DE1520317A1

DE1520317A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Polycarbonamiden

Info

Publication number: DE1520317A1
Application number: DE19631520317
Authority: DE
Inventors: Coggeshall Alva Clifton
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1962-07-17
Filing date: 1963-07-15
Publication date: 1969-01-16
Also published as: CH419577A; SE304859B; GB1047628A; DK111251B; NL295438A; BE635059A

Description

EDUARD LORENZ · BERNHARD SEIDLER ·, MARGRIT SEIDLER

RECHTSANWÄLTE

Bayerisches Oberstes Landesgericht · Oberlandesgericht München · Landgerichte München I und Il

8 Mönchen 22, Widenmayerstraße 50 Telefon [0811] 297194 Postscheck: Mönchen 170280 Bankkonto: Bayerische Hypotheken- und

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4559 S/H

Monsanto Chemical Company, St. Louie, Missouri, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Polyoarbonamiden

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung von Polymeren mit hohem Molekulargewicht, insbesondere solcher Polymere, die durch kondensationsartige Reaktionen hergestellt werden, beispielsweise Polyamide, Polyester u. dgl» Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierliche*! Herstellung linearer Polycarbonamide einer Art, die durch ein hohes Molekulargewicht gekennzeichnet ist_f wobei diejenigen eingeschlossen sind, die besonders nützlich bei der Herstellung geformter Gegenstände sind, wie etwa Fasern. Fäden u* dgl« Ferner betrifft die Erfindung eine bei dieser kontinuierlichen Herstellung verwendete Vorrichtung.

....-.- _{f (}. ... Die Herstellung linearer Kondensations-Polymere aus Polymer-bildenden Reaktanten hat in verschiedenen Industrien wachsende geschäftliche Bedeutung erlangt« Bei der Bildung derartiger linearer Polymere, insbesondere von einem Typ„ dessen Sigensehaft.en die Film« und ]?aser-3?oriab&rkeit einschließen, kann das polymere ühidprodukt ein Polycarbonamid

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sein, welches aus flüssigen Zusammensetzungen gebildet wird, die PoXyearbonamid-bildende Reaktanten enthalten.

Bei einem Beispiel der Bildung von Polycarbonamides wie etwa Iylon u. dgl., wird eina Lösung einer Polyamid-bildenden Zusammensetzung, die gewöhnlich Wasser oder ein arideres Lösungsmittel- enthält, über (L&m atmosphärischen Druck liegenden Drücken und Polyanrid-bildenden Temperaturen unterworfen, um die Polykondensation oder die Polyamid-bildende Reaktion durch·» zuführen. Wenn die Polykondensation Polyamid-bildender 2usammensetzungen fortschreitet, nimmt die Viskosität der Polyamidileaktionsmasse in bekannter Weise au und es wurde gefunden, daß bei Benutsung bekannter Polymerisationsvorrichtungen Teile der viskosen Reaktioiismasse daau neigen^ in einem relativ stagnierenden oder physikalisch- trägen Zustand zn verbleiben, insbesondere bei «ieri letzten Stufen des-Polyköndensationsvorganges, bei welchen die Kasse gewöhnlich einem Klima Ton reduzierter I&iergie ausgesetzt wird» Mesas Polykondonsatiojisklima neigt. zusaaimen mit der zunshmendeii Yiskosität der lasse dasu_f die wirkuiigs- .... volle. Durchführung des Polykondensationsprozesses zu beeinträoh·? tigsn, indem die ioly«Verbindung von Ajoin-Enden, mit Oarboxyl-» .ώιάβη stark behindert wird-und indem sich beträchtliche. Schwle*·. rigkeiten bei. der Entfernung des'Reaktionswassers. aus. der. Ee-_ aktionsiaasse. ergeben«. Als Ergebnis der neigung des .Reaktion-s'-. wassere,in-der Massa zu verbleib@n₉ ergibt sich,die Gefahr, daß sich d@r Polykondensationsprosseß i?j»k@lirt oder nicht bis mi seiiisffl-gewöhnlichon.-AbeohXuß verläuft·_g woduroh. sich ©in. Poly«·... ... amid«Bndprodukt von geringer Qualität ei gibt* .■.-.,,.

■ -;. Ferner ist man bei der TfrwsMusig haute bekannter Polykonüenöationsvorriolitungen Sehwieri^keiijen begegne.t_t. und., »^ ZYmr nicht nur als lirgetmis des schwächeaden Klimas, welohess _nf^ notwendig durch die Verwendung der bekannten Vorrichtungen -.-,i- r

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herbeigeführt wird und dem die Reaktionsmasse unterworfen wird, sondern auch als Ergebnis der schlechten Wärmeübertragungsbedingungen, die diesen Apparaten gemeinsam sind. 33s wurde gefunden, daß infolge dieser Iiachte.il e die Reaktionsmasse für lange Zeitabschnitte auf hoher Temperatur gehalten werden muß, um die Verdampfung der flüchtigen Produkte und einen günstigen Abschluß der Pölykondensationsreaktion zu gewährleisten.. Hält man aber Polymer-bildende Zusammensetzungen wie die oben beschriebenen für eine verhältnismäßig lange Zeitdauer auf hoher . Temperatur, so ergibt sich thermische Degradation oder Begeneration des resultierenden Polymers. Darüber hinaus kann die der Masse zugeführte Wärme, wenn sich der Polymerisationsvorgang seinem Abschluß nähert und die Viskosität der Reaktionsmasse ihrem erwünschten Optimalwert näherkommt, ein tibermaß an Polymerisation, unerwünschte Seitenreaktionen oder beides verursachen^ was zu Anhäufungen unerwünschter Stoffe führen kann, die gewöhnlich als Gele bezeichnet werden. Obwohl die chemische Zusammensetzung dieser SeIe nicht genau bekannt ist, weiß man, daß diese Gele nachteilig sind land die Qualität des polymeren Snderzeugnisses wesentlich herabsetzen» Es sind verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden, um die Eeaktionsmasse in einem turbulenten Zustand zu erhalten und die Wärmeübertragungsbedingungen zu verbessern, insbesondere während der letzten Abschnitte der Polymerisation» aber keinem dieser Vorschläge ist es gelungen, das Problem der Gel-Bildung zu lösen. Ferner begegnet man noch immer der thermischen Degradation dea Polymerisationsproduktes.

Ss ist allgemein bekannt, daß bei den Endstufen der Polykondensation die viskose Flüssigkeit und das umgebende Gas dazu neigen, die Ausscheidung von Wasser oder eines ähnlichen Reaktionsproduktes aus der flüssigen Phase in die

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Gasphase ssu "begrenzen. Wie oben erwähnt_f ist die Entfernung de« _: Wassers aus der Eeaktionemasse hei der erfolgreichen Durchfuhr ; rung des Polykondensationsproduktes von entscheidender Wichtig:·· i keit» Es ist deshalb sehr wünschenswert₉ daß eine größtmög- · liehe Yerweilzeit in dem der abschließenden Behandlung dienen«* den System erzielt wird» um die Ausscheidung Ton Wasser oder ähnlichen, aus der Verbindung der der Polykondensation unter-· worfenen Moleküle resultierenden Stoffen zu fördern und die Wirksamkeit des Polykondensationsprozeseea und der dafür verwendeten Vorrichtung zu erhöhen·

line erste Aufgäbe der vorliegenden Erfindung besteht, deshalb darin» eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren zur Herstellung sythatischer Polymerisationsprodukte eu schaffen*

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin» eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren eur Herstellung synthe* tisoher linearer Polykondensations-Polymarisationsprodukte mit hoher Qualität, wie etwa Polycarbonamide_f insbesondere solcher mit film- und Xaserbildenden Eigenschaften Ku schaffen·

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer neuen Vorrichtung und eines neuen Verfahrene zur Herstellung synthetischer linearer Polykondensations-Polymerisationsprodukte, wobei die thermische Degradation und GeI-Bildungen in der Polymer-bildenden Reaktionsmasee Terringert oder verhindert werden·

line weitere Aufgabe der Erfindung ist auf die Schaffung einer neuen Vorrichtung und eines neuen Polymerisationeverfahrens zur Herstellung synthetischer linearer Polymerisationspro· dukte gerichtet» wobei ein Polykondensationsproieß in wirkungsvoller Weise unter Verwendung einer Ausrüstung von minimaler

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ßröße äurehgeführt werden kann und ein polymeres Snderaeugnis ergibt, das im wesentlichen frei von unerwünschten Stoffen wie etwa Gelen u. dgl. ist.

lerner "befaßt sich die Erfindung mit der Schaffung einer neuen Torrichtung und eine,s neuen Verfahrens zur Bildung synthetischer Polykondensations-Polymerisationsprodukte wie etwa Polyamide, welches durch eine erhöhte Verweilzeit der Polymer-bildenden Realetionsmassen in den Endstufen der Poly« merisation gekennzeichnet ist.

Weiter betrifft die Erfindung eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren zur Herstellung einer bedeutend erhöhten Menge synthetischer Polykondensations-Polymerisationsprodukte mit einer Ausrüstung von gegebener Größe·

SchlieBlich ist es eine Aufgabe der Erfindung_f eine neue Vorrichtung und ein neues Verfahren zur Herstellung synthetischer linearer Polymerisationsprodukte zu schaffen, wobei die maximale Ausnutzung des Volumens innerhalb der Vorrichtung zur Burehführung eines der Verfahrenssohritte im PoIymeriaatioasprözeß ermöglicht wird.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Brfindung werden sich aus ihrer nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung ergeben.

2ur Lösung der Aufgabensteilusgen der Erfindung wird eine Polymer-bildende Reaktionsmasse hergestellt, welche bei dem bevorzugten besonderen Ausführungsbeispiel eine wässrige Lösung eines Mamin-ssweibasigen Garboxyl-Saless enthält. Während der anfänglichen Vtrfahrensechritte des neuartigen Verfahrens wird

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die ReaktionsmasBe einer erhöhten Temperatur und einem geeigneten Druck ausgesetzt, um einen Teil des IiösungswaseerB aus der Reaktionsmasse zu verdampfen. Der Abdampfrücketand wird Bedingungen unterworfen, bei welchen der größere Teil der Reaktionsmasse fortschreitend in ein Polykondensationsprodukt umgewandelt wird, während das Reaktionswasser oder ein üialicher, als Ergebnis der Verbindung der Moleküle der Seaktionsmasae erzeugter Stoff entfernt wird. Die resultierende polymerisierte Reaktionsmasse, die einer weiteren Umwandlung in ein Polymerisationeprodukt von höherem Molekulargev/icht zugänglich ist, wird kontinuierlich durch ein Gefäß geleitet, in welchem dem System ausreichende Wärme zugeführt wird, um das Reaktionswässer, oder die ähnliche Substanz aus dem System in gasförmigem Zustand zu entfernen.

Infolge der hohen Viskosität dj»r Reaktionsmasse an dieser Stelle im System ist es notwendig, daß eine maximale Verweilzeit der Masse erzielt wird, so daß die aus Dampf oder einer ähnlichen gasförmigen Substanz bestehenden Blasen in &qt Lage sind, durch die viskose .Reaktionsmasse aufzusteigen und entfernt zu werden, wodurch verhindert wird, daß sieh ein Re* aktionsgleiehgewioht einstellt. Auoh ist es wegen der deutlich zunehmenden-Viskosität einer bereits viskosen Masββ innerhalb des Reaktionsgöfäßes in diesem Verfahrensstadium von entscheidender Wichtigkeit, daß die in dieses Verfahrensstadium eintretende viskose Masse nicht mit der stärker viskosen Masse läuft, die im Begriff ist, aus dem Gefäß auszutreten, wodurch die Verweilzeit der Reaktionsmasse innerhalb dieser Stufe &»* Systems verringert würde. Kbxhl dies zugelassen wird, so ftüu?t das Verfahren zu unzureichend polymerisiert em Material, das mit Gel und thermisch degradiertem Material vermischt ist»

Die maximale Verweilzeit der Reaktionsmasse innerhall}

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dieser Stufe des Systems und die "Verhinderung des Mitlaufens des eintretenden Materials -geringerer Viskosität mit dem süst tretenden, stärker viskosen Material werden mit Hilfe einer Vorrichtung erreicht, die ein horizontales Gefäß umfaßt, welches eine schneckenartige Pumpvorrichtung aufweist, die um ein« zur Pließriehtung der Eeaktionsmasse duroh das Gefäß im wesentlichen parallele Achse rotiert. Die sehneckenartige Pumpvorrichtung weist eine Welle mit eich von dieser nach außen erstreckenden Wendeln auf, wobei die Wendeln eine unterschiedliche G-anghöhe haben. Die Ganghöhe der Schneckengänge verändert sich im wesentlichen entsprechend einer Gleichung, in welcher das Produkt aus der Ganghöhe zwischen zwei einander benachbarten Wendeln der Schnecke und der Dichte der zwischen ihnen befindlichen Reaktionsmasse einer konstanten ganz oder jedenfalls annähernd gleich ist.

Die neuartigen Merkmale, in welchen die Anmel&erin das wesentliche der Erfindung sieht, sind im einzelnen in den nachstehenden Ansprüchen widergegeben. Die Erfindung kann jedoch sowohl hinsichtlich der Anordnung als auch der Betriebsweise affl besten unter Heranziehung der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verstanden werden» in welcher

Pig. 1 eine Flußskizze oder ein Diagramm ist, welches einen gemäß der vorliegenden Järfindung durchgeführten Polymeriaationeprozeß zeigt und

fig« 2 eine vertikale, teilweise geschnittene Ansicht einer Vorrichtung ist, die eine AuefÜhrungsform der Erfindung umfaßt und ein ieil der in dem FluSäiagramm der Fig» 1 gezeigten !^behandlungsvorrichtung iet*

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Obwohl in allgemeinen jede geeignete Polymer-bildende Zusammensetzung nach dem neuartigen erfindungegemäSen Yerfabren behandelt werden kann, «erden vorzugsweise solche Stoff« behandelt, die einer Polykondensation zur Herstellung von Polymerisationsprodukten Ton hohem Molekulargewicht zugänglich sind, also beispielsweise solcher Polymerisationsprodukte, die faserbildende iäigensohaften haben· Unter Bezugnahme auf solche Stoffe wird das neuartige erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert werden· Polymer-bildende Zusammensetzungen.· die zur Herstellung faserbildender Polymerisationsprodukte nach dieser Erfindung geeignet sind, können aus einer Art bestehen, aus welcher Polycarbonamide hergestellt werden. Die Beschreibung der Erfindung wird nachstehend besonders auf die Herstellung ▼on Polycarbonamide^ abgestellt, welche die kommerziell herge- * stellten Nylons umfassen·

In Jj¹Ig, 1 ist sehematiech mittels einer Fluflsklsee oder eines Diagramms eine JEusfünrungsform des neuartigen Tsrfahr ens zur Herstellung linearer Polymerisationsprodukte dargestellt, auf welches sich die Erfindung besieht. Die PolymerisationsTorrichtungf die zur Durchführung des Veriahrens nach Fig. 1 verwendet wird, umfaßt ein Paar Behälter oder Mlaehtank* 1 und 2, in welohen geeignete Anteile der Bestandteile, die die iolymer-bildende Zusammensetzung oder Reaktionsmasse umfassen, zu Beginn des Verfahrens angeordnet und, falls.erwünscht« gleichförmig gemischt werden können. Als Beispiel für Polymerbildende Zusammensetzungen kann die Reaktionemasse innerhalb der Mischtanks 1 und 2 eine Mischung organischer primärer oder sekundärer Diamine und organischer sweibasiger CarboxylsSure, ihres Salzes oder einer polymeri si erbaren organischen Mono-' aminosäure enthalten. Ss ist darauf hinzuweisen» daß das erfindungsgemäfle Verfahren sit besonderem Vorteil angewendet werden kann, wenn die Polyamid-bildende Zusammensetsung anfänglich in Form einer wässrigen Lösung eingebracht wird. Beispiels*»

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weise kann eine 45 oder §0 *£ige oder noch, höhere wässrige Lösung Ton Hexemethylen-Aaaonittm-Adipat eingebracht werden» wenn es erwüneciit ist» die Lusting bei atmosphärischem Druck öder angenähert bei Baumtemperatur zu halten.

Kit KiIf β beispielsweise einer Pumpe 3» die innerhalb einer Zuführleitung#angeordnet ist» wird die Lösung des Poljamid-bildenden Salzes oder der Reaktionsmasse einer Verdampf ereinheit 5 oder einer ähnlichen Vorrichtung «um Austreiben des Wassere durch Wärmeanwendung zugeführt, durch welche die Kasse kontinuierlich hindurchbewegt wird. Bei diesem Arbeitsgang wird die Konsentration des Polymer-bildenden Materials in der wässrigen Lösung bis zu einem Bereich von 60 bis 75 Öewichteprosent oder mehr erhöht. Die Verdampfereinheit 5 kann einer der bekannten Wärmeaustauscher sein, beispielsweise ein Mantel-Bohr-Verdampfer» bei welchem die Wärme der Beaktionsmaese mit Hilfe eines geeigneten Heizmediums wie etwa Dow-ther* Dämpfe_r Wasserdampf o. dgl· sugeführt wird· Das Heizmedlum kann mit Hilfe der Einlaßöffnung 6 und der Auslassöffnung ? kontinuierlich durch die Einheit 5 bewegt werden· Vorzugsweise wird die Beaktiomsmasee in der Verdampfereinheit mit Hilfe nicht dargestellter geeigneter Mittel in Bewegung gehalten» um die Wftrs«ubertragung«bedingungen und die Wasseraustreibung zu verbessern. Das verdampfte Lösungewaseer oder der Dampf werden aus der Einheit 5 duroh. die Auelaßöffnung 8 entfernt.

Beispielsweise kann die Lösung des Poly.amid-bildenden Salxes Inder Verdampfereinheit auf eine Temperatur von rund 105 bis 115 ° Otleiue für etwa 20 bis 50 Minuten bei geeignetem Druck erhitst werden» um diese Koncentration herbeizuführen. 39 nach den temperatur- und Druckbedingungen in der Verdampf ereishelt kann darin auch die Oligomerisation der Heaktionsmasse beginnen.

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Sie in der Verdampfereinheit 5 konzentrierte Reaktionsmasee kann kontinuierlich aus dieser beispielsweise mittels einer Pumpe 9 entfernt und durch eine Zufuhr« leitung 10 einem Autoklav oder Reaktor 11 zugeführt werden. Bei dem dargestellten Ausftthrungsbeispiel entspricht der Reaktor 11 vorzugsweise der Verdampfereinheit 5 und kann deshalb rom Mantel-Rohr-Typ sein, durch welchen die Reaktion*- masse kontinuierlich hindurchbewegt wird, während Wärme zur Einwirkung auf die Hasse gebracht wird. Um. die Polykondensation des Salzes der Adipinsäure und des Hexamethylen-Diamin zu erreichen, kann die Reaktionsmasse in dem Reaktor 11 einem Druck von rund 240 bis 260 Ib je Quadratzoll ausgesetzt und bis auf eine erhöhte Polyamid-bildende Temperatur von rund 235 °Celsius erhitzt werden» ie in'der Verdampfereinheit 5 kann die Masse in dem Reaktor vorzugsweise mittels eines Heizmediums erhitzt werden, welches kontinuierlich durch Einlaß- und Auslaßleitungen 12 bzw· 13 durch das System bewegt werden kann, und ferner kann die der Polykondensation unterzogene Masse in Bewegung versetzt werden» um die tfärmeübertragungsbedingungen su verbessern* Die flüchtigen Produkte einschließlich des restlichen Iiusungsw&ssers und des Beaktionswassers, welche« in dem Reaktor während der •Polykondensation erzeugt wird, können durch den Reaktorauslafi entfernt werden.

Bei dem überatmosphärischen Druck und der Polyamidbildenden Temperatur, die innerhalb des Reaktors herrschen, wird ein großer Teil der Reaktionsmasse, die kontinuierlich durch den Reaktor 11 hindurchbewegt wird, polykondensiert und in ein Polyamid von niedrigem Molekulargewicht umgewandelt· Obwohl die Terweilseit der Heaktionsmasse im Reaktor 11 in Übereinstimmung mit dem jeweils au« zuführend en besonderen Verfahren gewählt wird» hat sich bei einem in Übereinstimmung Bit ^der vorliegenden Erfindung durchgeführten Polymerisationsverfahren

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eine Verweilzeit von rund zwei Stunden, als vorteilhaft er- wiesen. "■'"' "'"' '·-··■·■■■· ■ ■ ' v

Xach hinreichendem Verweilen der Polymerisations-Heaktionsmasse im Heaktor 11 wird das teilweise polymerisierte Material kontinuierlich aus dem Seaktor abgeführt und durch eine Leitung 15 einer Druck-Beduziereinhelt oder einem "Flasher" 16 aittels der Pumpe 17 zugeleitet· Die teilweise polymerisiert« Reaktionsmasse innerhall) dee Flasher 16 kann schnell und kontinuierlich etwa auf atmosphärischen Druck gebracht werden» und das eingeschlossene Wasser oder ähnliche Bebenprodukt der Polymerisation in der flüssigen Phase innerhalb der Masse wird aus der Hasse verdampft oder "geflasht", wodurch eine Zunahme des Polymerisatlonsgrades der Masse ermöglicht wird· Das eingeschlossen· Wasser oder ähnliche Polymerisations-Hebenprodukt kann aus dem Flasher 16 durch die Leitung 20 abgeführt werden. Gleichzeitig wird vorzugsweise der Masse eine vorausbestimmt« Wärmemenge zugeführt, um die während des Flash-Vorganges verlorene Wärae zu ersetzen. Diese Wärme kann durch ein geeignetes Heizmedium zugeführt werden« welches durch die ±£Lnlaß- und Auelaßleitungen 18 bzw. 19 strömt.

Ss ist darauf hinzuweisen* daß die oben beschriebenen Schritte des Polymerisationsprozesses, die bei dem neuartigen erfindungsgemäßen Verfahren vorgenommen werden, an sich bekannt sind und ganz allgemein in der Industrie durchgeführt werden· Die Druck«-und Temperaturwerte sind ebenso wie dl« besondere Aufeinanderfolge der oben erwähnten Verfahreneschritte nur zur Erläuterung beschrieben und Abweichungen von ihnen können innerhalb des Babmens der Erfindung vorgenommen werden, um die teilweise polymerisierte Reaktionsmasse zu erhalten, die aus dem Flasher 16 abgeführt wird. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß die den Flasher verlassende Masse nicht vollständig

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•polykondensiert ist und daß weitere Polykondensation, die zu einem Polymerisationsprodukt mit höherem Molekulargewicht führt, zur Erzielung eines zufriedenstellenden Snderzeugnieeee notwendig ist.

Die teilweise polymerisierte Reaktionsmasse ist in diesem Stadium außerordentlich viskos, und schwierig eu behandeln. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind Mittel vorgesehen worden, um die Polymerisation der Heaktionemat ;e wirkungsvoll abzuschließen und zwar bei größtmöglicher Ausnutzung der zur Durchführung des Verfahrens dienenden Ausrüstung, um ein Polycarbonamid von besondere hoher Qualität zu erzielen, welches von Gelen und thermisch degradierten Polymerisaten frei iet. .

Im einzelnen kann die teilweise polymerisiert^ Reaktionsmasse durch die Leitung 21 mittels der Pumpe 22 einer weiteren Einheit oder einer ^^behandlungsvorrichtung 25 zugeführt werden. Die Reaktionsmasse kann durch diese kontinuierlich in solcheiArt hindurcshbewegt werden, daß eine maximale Verweilzeit der Reaktionsmasse in der ^behandlungsvorrichtung erzielt wird, indem das innerhalb der Vorrichtung 23 zur Verfügung stehende Volumen maximal ausgenutzt wird, wobei ein Polymerisat des gewünschten Molekulargewichte durch die Leitung 24 austreten kann. Wärme kann der Reaktionsmasse innerhalb der !•^behandlungsvorrichtung 23 durch ein geeignetes Heiemedium zugeführt werden, welches in das Endbehandlungseyetem bei 26 eintreten und dieses bei 2? verlassen kann· Die Dämpf· der Reaktionemaese, die sich innerhalb der ^^behandlungsvorrichtung 23 bilden, können durch die Auslassöffnung 28 abgeführt werden·

Bei der kontinuierlichen Polymerisation von Nylon land anderen ähnlichen Kondensations-Polymerisaten kann der ab-

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schließende Verfahrenes ehri*tt mittels einer Endbehandlungaeinheit ersielt werden, welche Ib wesentlichen ein horizontales zylindrisches Gefäß ist, durch welches die Beaktionsmasse mittels eines ungefüllten Schneckenförderers hindurohbewegt wird· Der ungefüllte Schneckenförderer arbeitet im allgemeinen so, dafl ein besonderer Seil der Reaktionsmasse zwischen zwei einander benachbarten Wendeln des Schneckenförderer» abgesondert und dieser T@%1 der Hasse mit einer Geschwindigkeit vorwärts bewegt wird, welche dem Produkt aus der .Entfernung zwischen einander benachbarten Wendeln der Schnecke oder der Ganghöhe und der Umdrehungsgeschwindigkeit des Schneckenförderers entspricht· Die Reaktionsmasse beendet ihre Polymerisation bis au dem erwünschten Molekulargewicht während sie sich bewegt*

In ?ig# 2 ist nun im einseinen eine !^behandlungsvorrichtung dargestellt, die eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt. Die !^behandlungsvorrichtung 23 umfaßt ein zylindrisches Gefäß 35, das in geeigneter Weise durch Stützglieder 32 in horizontaler Lage abgestützt ist, ein inneres zylindrisches Gefäß 31» das zwischen den Gefäßen 35 und 31 einen Hingraum 36 bildet, eine echneokenartige Pumpvorrichtung 44 mit Schneokenwendeln und eine Pumpe 42 sum Abführen polymerisierter Masse aus der !^behandlungsvorrichtung« Die Sohneekenpumpvorrichtung 44 kann an ihrer Hauptachse mittels einer Antriebsvorrichtung 25 gedreht werden, die über die Kupplung 34 so auf die Schnecke 44 •inwirkt, daß dies· in der bei 43 gezeigten Richtung gedreht wird* Be können Lager 38 und 39 vorgesehen sein, um die Schnecken pumpvorrichtung 44 abzustützen und ihre Drehbewegung zu ermöglichen, und ferner Dichtungen 40 und 41» um ein Lecken in die Bndbehandlu&gsvorriohtung hinein oder aus dieser heraus su verhindern«

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Die Reaktionemaese kann in die )Mdbehandlungevorriohtung durch die Leitung 21 eintreten., horizontal durch aufeinanderfolgende Wendeln 45 durch die bei 43 gezeigte Rotation bewegt werden und schließlich aus der iindbehandlungavorriehtung mittels der Pumpe 42 durch die Leitung 24 abgeführt werden· iäin geeignetes Heizmedium wie etwa Dow-therm Dämpfe oder Wasserdampf kann in den Bingraum 56 durch die Leitung eintreten und durch eine nicht dargestellte Leitung wieder austreten_f um einen guten Umlauf des Heiasmediums zu gewährleioten. Das aus der weiteren Polykondensation der Reaktionsmasse innerhalb der lindbehandlungsvorrichtung sich ergebende Gas kann durch eine nicht dargestellte Leitung entfernt werden» die im allgemeinen an ,der Oberseite der Endbehandlungsvorrichtung angeordnet ist und es kann ein Vakuum angewendet werden, um die Abführung des Gases zu unterstützen.

Im Betrieb ist es zweckmäßig* die richtung in nicht ganz gefülltem Zustand zu betreiben« Der J¹IuS der Reaktionsmasse in die ilndbehandlungs vorrichtung durch die Leitung 21 wird so gesteuert, daß die Oberfläche der Hasse zwischen dem Ende 46 der E&äbehanäluiigeYQrrichtung und der ersten Wendel 45 niemals über die Oberseite des Sehneokenschaftes 49 hinausgeht, die Bit 48 bezeichnet ist. In dieser Art wird dann ein aegmentföriaiger Teil der Reaktionsmasse zwangsläufig zur Auslaßpumpe 42 bewegt«

Die Verwailzeit des Polymerisats innerhalb der End* behandlungsvorrichtung ist wesentlich, um das gewünschte Maß von Polymerisation der Reaktionsmasse sipfersielen· Der ungefüllt· Standard-SohneckeztfSr&erer mit gleichbleibender Ganghöhe ar* beitet mehr oder weniger in einer Weise, die derjenigen einer positiven Verdrängerpumpe ähnlich ist, welche einen abgesonderten Teil der Reaktionsmasse alt konstanter linearer Geschwindig-

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kelt durch die Jändbehandlungsvoa^richtung bewegt. Die Dichte der Reaktlonsmasse in der iSndbehaiidlTmga vorrichtung nimmt von dem Einlaß- bis zum Auslaöende zu» wenn die Polymerisation fortschreitet und die Freisetzung des Dampfes stattfindet. Bei der Polymerisation von Hylon aind spezifische Gewichte in der Größenordnung von. O_f3O bis 0,38 für die Seaktionsmasse an der Einlaßöffnung der Jäodbehandlungsvorrichtung üblich und spezifische Gewichte von. 0,47 bis 0,54 können an der AuslaSöffnung der lindbehandlungsvorrichtung gefunden werden.

Ba die Dichte des abgesonderten Teils der Heaktionsraasse deutlich zunimmt, wenn sich diese durch die Sndbehandlungsvorrichtung bewegt, verringert sich auch der Flüssigkeitsspiegel des abgesonderten Teils der Reaktionsmasse deutlich, wenn er sich durch einen Standard-Schneckenförderer mit ungefüllter Schnecke und gleichbleibender Ganghöhe bewegt. Bei einem Beispiel, bei welchem das spezifische Gewicht eines abgesonderten Teils der Reaktionsmasse von O_t3O5 am Jinlaß bis 0,478 am Auslaß zunahm, nahm der !Flüssigkeitsspiegel des abgesonderten Teile so ab, daß das Verhältnis des Volumens des abgesonderten Teils der Heaktionsmasse am Einlaß zum Volumen des gleichen abgesonderten Teils am Auslaß rund 1,8 ι 1,0 betrug.

3s ist ohne weiteres verständlich, daß, wenn eine gewünschte Verweilzeit der Reaktionsaaese eingehalten werden soll, um das gewünschte Maß von Polykondensation der Reaktionsmasse au erreichen, die Hotationageeohwindigkeit konstant gehalten werden muß, wodurch wiederum der Durchsatz der Reaktionsmas se auf etwa die Hälfte des an sieh bei einer jindbehandlungsvorrichtung eines gegebenen Volumens möglichen Y/ertes begrenzt wird.

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Durch die vorliegende Erfindung, nach welcher die Ganghöhe des Schneckenförderers entsprechend einer Gleichung variiert wird, in v/elcher das Produkt der Ganghöhe (p) zwischen den v/endeln des Schneckenförderers und der Dichte (d) der Heaktionsmasse zwischen den V/endeln der Schnecke, für welche die Ganghöhe gemessen wird, 'einer Konstante (k) gleich ist, kann der Flüssigkeitsspiegel der Heaktionsmasse innerhalb der ^^behandlungsvorrichtung auf einer im wesentlichen gleichbleibenden Höhe vom Einlaß bis zum Auslaß gehalten werden und es findet eine maximale Ausnutzung des innerhalb der 3ndbehandlunga~ vorrichtung zur Verfügung stehenden Volumens.statt· Die Rotation»*» geschwindigkeiten des jchneokenförderers können erheblich erhöht werden, während die Verweilseit der Eeaktionemass· innerhalb der ^^behandlungsvorrichtung auf dem gewünschten Wert gehalten wird, der Volumen-Ausstoß polymerisieren Materials von der gewünschten Qualität kann deutlich erhöht werden und es werden bessere Wäreetibertragungsbedingungen innerhalb der Endbehandlungevorrichtung ' aufrechterhalten, welche die Gel-Bindung und die thermische Degradation des Polymerisats verhindern.

Da offensichtlich sehr verschiedene Ausführungsformen der Erfindung denkbar sind, ohne den wesentlichen Erfindungsgedanken zu verlassen, ist selbstverständlich nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die besonderen Ausführungsbeispiele zu beschränken·

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Claims

- IT - '

Patentansprüche»'

|l.j Vorrichtung zur Herstellung von Polymerisaten, welche Mischtanke, eine Verdampfereinheit, einen Reaktor, einen flasher und eine jSndbehandlungsvorrichtung mit einer Schnecke »um Bewegen des Polymerisats aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sanghöhe der Schnecke entlang der Hauptachse der Schneckeneinrichtung unterschiedlich groß ist.

2« Vorrichtung jsur Herstellung von Polymerisaten, welche Mischtanke, eine Verdampfereinheit» einen Reaktor, einen Flasher und eine iindbehandlungsvorrichtung mit einer Polymerisat-jSintrittaöffnung aufweist, die eine Schnecke mit Wendeln zum Bewegen des Polymerisats in waagerechter Richtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke zwischen den Wendeln eine Ganghöhe aufweist, die entlang der Hauptachse der Schneckeneinrichtung entsprechend der G-leiohung

ρ . d * k

veränderlich ist, wobei ρ die Ganghöhe und der Abstand zwischen zwei einander benachbarten Wendeln der Schnecke, d die Dichte des Polymerisats zwischen den beiden einander .benachbarten Wendeln der Schnecke, für welche ρ gemessen wird, und k eine Konstante ist, die durch das Produkt von ρ · d für die ersten beiden Wendeln der Schnecke an der iäintritteöffnung der !^behandlungsvorrichtung beetimmt wird.

3· Vorrichtung zur Herstellung von Polymerisaten durch Kondensationfl-Reaktionen, welche Mischtanks, eine Verdampf ereinheit, einen Reaktor, einen Flasher und eine Bndbehanalungevorrichtung mit einer Schnecke zum Bewegen des Polymerisate in waagerechter Richtung umfaßt,dadurch

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gekennzeichnet, daß die Ganghöhe der Sohnecke entlang der waagerechten Achse der Schneckeneinrichtung unterschiedlich groß ist.

4. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von /olycarbonamiden, welche Mischtanks, einen Verdampfer, einen ' Reaktor» einen flasher und eine xindbehandlungsvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die land behandlungsvorrichtung eine drehbare öchneckeneinrichtung mit unterschiedlicher Ganghöhe zum Bewegen des Polycarbonamide in waagerechter Richtung durch die Endbehandlung= inrichtung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aufweist.

5. Vorrichtung zur Herstellung von Polycarbonamide^ welche eine 3ndbehandlungsvorrichtung mit einer horizontalen drehbaren Schnecke zum Bewegen des Polycarbonamide durch die !^behandlungsvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe der Schnecke in horizontaler Richtung entlang der Schneckeneinrichtung unterschiedlich ist.

6. Vorrichtung zur zwangsläufigen Bewegung viskoser Substanzen mit einem beidseitig durch aändwände abgeschlossenen zylindrischen Gefäß, Mitteln zur Einbringung viskoser Substanz in das Gefäß, Mitteln zum Austritt viskoser Substanz aus dem Gefäß, einer horizontalen Schneckeneinrichtung mit Schneckengängen innerhalb des Gefäßes, wobei die Hauptachse der Schneckeneinrichtung drehbar im wesentlichen parallel zur Hauptachse des zylindrischen Gefäßes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den V/endeln der Schnecke entlang der Hauptachse der ächneckeneinrichtung unterschiedlich ist»

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Wendeln der Schnecke sich entlang der Hauptachse der Sohneckeneinrichtung entsprechend der Gleichung*

ρ . d * lc

ändert, wobei ρ der Abstand zwischen zwei einander benachbarten Wendeln der Schnecke, d die Dichte des viskosen Materials zwischen den einander benachbarten Wendeln der Schnecke, für welche ρ gemessen wird, und k eine Konstante 1st, die durch das Produkt von ρ · d für die ersten beiden Wendeln am Eintrittsende des viskosen Materials in dem zylindrischen Gefäß bestimmt ist,

8. Verfahren zur Aufrechterhaltung eines konstanten Flüssigkeitsspiegel Innerhalb eines Gefäßes für viskoses Material welches in horizontaler Richtung mittels eines ungefüllten

Schneckenförderers bewegt wird, welcher einen einzelnen Massenanteil des viskosen Materials zwischen einander benachbarten Wendeln des Schneckenförderers absondert, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken-Ganghöhe' entlang der horizontalen Achse des Schneckenförderers entsprechend der Gleichung!

Ganghöhe · Dichte « k

verändert wird, wobei Ganghöhe der horizontale Abstand zwischen einander benachbarten Wendeln des Schneckenförderers, Dichte die Dichte des «wischen den einander benachbarten Wendeln, für welche die Ganghöhe gemessen wird, abgesonderten viskosen Material« und k eine Konstante 1st, die durch das Produkt der Ganghöhe zwischen den beiden ersten einander benachbarten Wendeln des Schneckenförderers, welche das geförderte viskose Material absondern, und der Dichte des viskosen Materials zwischen den erwähnten ersten beiden einander benachbarten Wendeln, für welch· die Ganghöhe genossen wird, erhalten wird.

BAD ORiOtNAU 909803/1084