DE2240227A1 - Kontinuierlich arbeitende polymerisieranlage - Google Patents

Description

DR BERG DIPL.-INQ. STAPF

8 MÜNCHEN SO₁ rviAUERKIRCKERSTR. 4*

\k, Aug. 1972

Anwaltsakte 22726

Monsanto Company
St.Louie, Missouri/USA

Kontinuierlich arbeitende Folymerisleranlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine kontinuierlich arbeitende Polymerisieranlage.

In der chemischen Verfahrenstechnik war es bisher be~ reits bekannt, einen Reaktor mit einem Rückflußkondensator auszurüsten und damit ein System zu schaffen, welches eine schnellere Entfernung von Wärmeenergie aus dem Reaktor ermöglicht als dies bei der Verwendung

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eines einfachen Kühlmantels um den Reaktor der Fall ist.

Bei Reaktionsmassen in Form zäher Flüssigkeiten traten bisher erhebliche Schwierigkeiten beim Mischen auf. So erfordert der Antrieb eines Rührwerks, beispielsweise eines um eine senkrechte Achse in dem Reaktorgefäß drehbaren Anker-Rührwerks ₉ bei einer zähflüssigen Masse einen übermäßig hohen Kraftaufwand, wobei es überdies zum Anhängen des Materials und sogar zur Bildung von "toten Bereichen" in der zu mischenden, zähflüssigen Masse kommen kann. Es ist daher schwierig, wenn nicht gar unmöglich» mit dem herkömmlichen, mechanischen Mischen allein eine Homogenität der stark zähflüssigen Massen zu erzielen.

Wird ein herkömmlicher Reaktor mit einem darin angeordneten, herkömmlichen Rührwerk mit einem Rückflußkondensator ausgerüstet, so erzielt man bei stark zähflüssigen Massen weder eine homogene Mischung noch eine homogene Temperatur darin. Demzufolge fanden in der bisherigen Verfahrenstechnik keine mit Rückflußkondensator ausgerüsteten Reaktoren Verwendung, sofern es sich darum handelte, zähflüssige oder stark zähflüssige Massen zu rühren.

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In jüngster Zeit wurde jedoch eine neuartige Mischbzw· Rührtechnik entwickelt, mittels welcher sich eine im wesentlichen vollständige Homogenität in einer zähflüssigen Hasse erzielen läßt.

Wird nun bei Anwendung der neuen Mischtechnik und der dazu erforderlichen Kombination aus Rührwerk und Reaktor eine solche Kombination mit einem Rückf lußkondensator und den dafür notwendigen Hilfs- und Steuereinrichtungen versehen» so ergibt sich in unerwarteter und überraschender Weise eine Anlage» in welcher ein zähflüssiges System erzielbar 1st, weiches in Bezug auf !Temperatur, Umwandlungsreaktion und Zusammensetzung im wesentlichen homogen ist. Eine solche Anlage ist wenig aufwendig, so daß sie sich zur Verwendung bei der Herstellung von billigen Polymer-Werkstoffen eignet·

Die erfindungsgemäße Anlage eignet sich besondere gut für die Herstellung von Polymeren, z.B. Polystyrol, mit einer überraschend engen Verteilung der Molekulargewichte, beispielsweise im Bereich von etwa 20 000 bis 100 000 der Staudinger-Skala ·

Beim Herstellen von thermoplastischen Polymeren ist eine gleichmäßige Verteilung des Molekulargewichts besonders erstrebenswert, inabesondere im Hinblick auf die

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damit zusammenhängenden Sclifaelzfließeigonschaften. Ist nämlich in einer zum Spritzgießen oder Strangpressen bestimmten Polymerschmelze die Verteilung der Molekulargewichte zu breit, so sind die Fließeigenschaften der Schmelze ungleichmäßig und nicht in voraus bestimmbar· Dabei ist es dann schwierig, dia Spritzguß- bzw. Strangpreßvorrichtungen so einzustellen, daß die Schwankungen der Fließeigenschaften ausgeglichen werden. Bisher konnten thermoplastische Polymere mit engem Bereich des Molekulargewichtε in chargenweise arbeitenden Suspensionsund Emulsions-Polymerislerverfahren hergestellt werden. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit neigt man seit einige Zeit jedoch auf dem Gebiet der Hochpolymerteciinik in zunehmendem Maße zur Massenpolymerisation, insbesondere zur kontinuierlich arbeitenden Massenpolymerisation bei der Herstellung von thermoplastischen Polymer-Rohstoffen für die plastikverarbeitende Industrie.

In einem kontinuierlich arbeitenden Reaktor fUr Massenpolymerisation ist gewöhnlich ein stark zähflüssiges Reaktionssystem vorhanden. Dieses setzt sich teilweise aus Polymeren und zum Teil aus Monomeren zusammen, um ein gleichmäßiges Molekulargewicht in dem zähflüssigen ReaktLousgcwisch zu erhalten. Insbesondere in den PoIymeranteilen des Gemisches muß die Reaktionsmischung bei im wesentlichen gleichmäßigen Polymerlsationsbedingungcm

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erhalten "werden, insbesondere hinaiclrtlich Temperatur und Druck, In allon bekannten, zur Verwendung für die kontinuierliche iiasseiipolyiasrisatioii verwendbaren Reaktoranlagen ist es jedoch schwierig, wann nicht gar unmöglich, als Endprodukt ein Polymer mit relativ enger Streuung des Molekulargewichts zn -erhalten, und zwar hauptsächlich wegen der Schwierigkeiten, die Temperatur- und Drückveriiältnisae in allen Bereichen des Reaktors genau zu steuern.

Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht die Durchführung einer Massenpolymerisation unter Verwendung stark zähflüssiger Reaktionsstoffe und die genaue Steuerung der Temperatur- und pruckverhältnisse bei der Polymerisation« Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Reaktoranlage mit der dazugehörigen Kombination von Einrichtungen läßt eich dor Inhalt des Reaktors in allen Bereichen desselben unter im wesentlichen gleichen Bedingungen erhalten. Diese Gleichmäßigkeit der Reaktionsbedingungen läßt sich kontinuierlich und bei den größtmöglichen Reaktionsgeschwindigkeiten axifrechterhalten, so daß die erwünschte enge Streuung der Molekulargewichte eraielbar 1st.

Die Erfindung schafft also eine Reaktoranlage zur Verwendung für isothörmische Massönpolymerisation zum Herstellen von Polymeren mit im wesentlichen glelchmäßigei?.

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Molekulargewicht und cieichaüßigor choaischer Zusammensetzung« Dor Reaktor ist für die Zufuhr von verflUssigton, verdampf baren, polyiaarisierbaren Kononer-Auflgangsetoffen mit relativ geringer Zähflüssigkeit eingerichtet, nie Roaktoranordnung ist ferner für die Bearbeitung von beim Polymerisieren dor !Iononer~Ausgangsstoffe entstehenden Polyraoren insbesondere in zähXlüssigera Zustand eingerichtet. Bei der Reaktoranordnung ist in einer abgedichteten Kammer eine vorwiegend aus den Monomer-Ausgangsstoffen gebildete, daepffönaige Phase sovie eine zu einen überwiegenden Gewichtsanteil aus Polymer bestehende, relativ zähflüssige Phase enthalten. Dabei befindet sich die dampfiüraige Phase im oberen Teil des Reaktorinnenraums und die polymere zähflüssige Phase In dessen unteren Teil. Die zähflüssige Masse im unteren Teil der Reaktoranordnung wird unter äußerst genau gesteuerton Temperatur- und Druckbedingungon gehalten, welche oberhalb des Siedepunktes der Monomer-Ausgangsotoffe in deai Reaktor liegen.

Die Reaktoranordnung hat ein Gehäuse, welches eine längliche Innenbaraiaer rait im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt umschließt. Die Wandungen der Kanmer verlaufen in im wesentlichen gleichbleibendem Radialabstand zu oiner sich waagerecht durch, die Kammer erstreckenden Längsachse Das Verhältnis zwischen der Länge

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BAD ORtGlNAL

der Längsachse und dem grSSten Durchmesser, dar Ka liegt im Bereich von 1iO,5 Ms 3 »5°

Das Gehäuse weist in seiner oberen Hälfte wenigstens einen Einlaß und in der unteren Halite wenigstens einen Auslaß auf.

Ferner enthält die Rcaktoranordnung ein Paddel-Rührwerk« Dieses hat eine im wesentlichen koa>dLal mit der Längsachse des Geniuses durch dieses verlaufende Welle, Die ¥elle ist in den Stirnwandungen des Gehäuses drehbar gelagert und mit geeigneten Dichtungen abgedichtet«.

Das Paddel-Rührwerk ist mit wenigstens einem Paar einander diametral gegenüberstehender RUhrpaddel versehen. Die Rührpaddel ragen von der Welle aus radial und vorzugsweise bis nahe an die innere Wandfläche der Geliäuse* innenkaiamer heran· Die einzelnen Paddel erstrecken sich in Axialrichtung im wesentlichen durchgehend über die ganze Wello. An den einander diagonal gegenüberliegen« den äußeren Rändern oder Ecken weisen die einander paarweise gegenüberstehenden Paddel jeweils Durchlässe &uf, deren wirksame Gesarat-Querschnittsfläche etwa 3 bin 50^» vorsugsvfeine 4 bis 2OJ£, der wirksamen Oberfläche der betreffenden Paddel beträgt, wobei jedoch im Rahmen der Erfindung auch etwas größere oder kleinere Flächen

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verwendbar sind. Die Durchlässe in jeweils einem Paar Paddel weisen vorzugsweise im wesentlichen gleiche Größe auf und sind einander entsprechend in den einander diagonal gegenüberliegenden äußeren Randteilen gebildet« Der gemeinsame Durchmesser eines Paars von Paddeln in dem Paddelrührwerk beträgt an jeder beliebigen Stelle entlang der Welle mit Ausnahme der Stellen» an denen die Durchlässe gebildet sind, vorzugsweise nicht weniger als etwa 9Otf des Durchmessers der Innenkammer des Reaktors an der betreffenden Stelle.

Die einzelnen Paddel können auch um 10 bis 45° versetzt angeordnet sein. Dabei braucht die Versetzung an den diametral einander gegenüberliegenden Ecken in jedem Paar nicht unbedingt gleiche Größe zu haben. Vorzugswelse ist jedes Paddel sowohl axial als auch radial Io wesentlichen kontinuierlich gebogen, obgleich die Winkelversetzung der nicht mit Durchlässen versehenen Rand- bzw. Eckteile der einzelnen Paddel auch durch einen, oder mehrere Knicks oder Winkel erreicht werden kann·

Bei der Drehung des PaddelrUhrwerks findet vorzugsweise keine Berührung zwischen den Außenteilen der Paddel und den Innenwandungen des Gehäuses statt« Für den An· trieb der Welle des PaddelrUhrwerks ist eine Antriebsquelle mit Antriebsübertragungseinrichtung vorgesehen.

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Bei der Drehung des Paddelrührwerks in der wenigstens teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Kammer des Gehäuses ergibt sich eine Kombination von zyklischen senkrechten Verlagerungen. Rollbewegungen, waagerechten Verlagerungen und Überschlagbewegungen· Der Abstand zwischen den äußeren Enden der Paddel und der Gehäusewandung liegt je nach den Abmessungen des Gehäuses vorzugsweise zwischen etwa O,25 und etwa 33 mm« Das Verhältnis zwischen dem Abstand zwischen den äußeren Enden der Paddel und der Kammerwandung und dem jeweiligen Kam beträgt an allen- Stellen entlang der Achse des» mit Ausnahme der Stellen» an den@a die Ou&®küMm® det sind* etwa O,01 bis O»0001« Bsr laipl@to rührwerk» erteilt dessen Welle im Betrieb eine vorzugsweise gleichmäßige Drehbewegung»

Bei Wellendrehzahlen bzw. Winkelgeschwindigkeiten unterhalb der turbulenten Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit ergibt sich eine Kombination aus Scherwirkungen. Gefälle-Mischwirkurigen und Mischwirkungen durch axiale Strömung, wobei in der Mitte der Kammer befindliche Teile der Flüssigkeit deren Ende in einer axial verlaufenden Bewegung bei etwa drei Vierteln einer vollen Umdrehung der Welle erreichen· Hit der Reaktoranlage findet ein Rückflußkondensator Verwendung. Dieser enthält eine Anordnung von Kühlrohren und Leitungen. Die Außen-

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flächen der Kühlrohre sind zur Kühlung eingerichtet. Die Leitungen bilden eine Strömungsverblndung zwischen den KUhlrohren und der Kammer im Scheitel des Gehäuses« 80 daß Dämpfe aus der Kammer abgeführt, an den KUhI* rohren kondensiert und zur Kammer zurückgeleitet werden können.

Die Leitungsanordnung des Rückflußkondensators ist mit Absperreinrichtungen zum Steuern der Dampfströmungen aus einem Reaktor bei dessen Betrieb versehen. Die verstellbaren Absperreinrichtungen sind ihrerseits über Temperatur- und/oder Drucksteuereinrichtungen öffnend und schließend betätigbar· Die Temperatur- bzw. Drucksteuereinrichtungen werden durch im Dampf raum des Reaktors angeordnete Temperatur- bzw. Druckfühler gesteuert. Die Anlage wird vervollständigt durch Einrichtungen zum Steuern des Materialstroms vom Reaktor zum Rückflußkondensator.

Zum besseren Verständnis ist die Erfindung nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Aueführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer zweiten AusfUhrungsfona der Erfindung.

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Fig. 3 ein Blockdiagramm einer dritten Au8fUhrungs~ form der Erfindung·

Fig« 4 ein Blockdiagramm einer vierten AusfUhrungsf©na der Erfindung«

Fig. 5 eine schematisierte Darstellung einer Gesamt» anlage gemäß der Erfindung.

Fig· 6 eine schematisierte Seitenansicht eines liegenden, kontinuierlich arbeitenden Hischreaktors für die erfindungsgemäße Anlage»

Fig. 7 eine Längsschnittansicht des in Fig. ß gezeigten Mischreaktors alt einen AusfUhrungsbeispiel eines Paddelrührwerks«,

Fig« 8,9 und 10 schematisiert;® Sehnittanislehten eines erfindungsgemäßen Hischreaktors zur DarBteUiffig der Mischvorgänge.

Fig. 11 eine - schematisiert® BareteULtmg €©r Mschvörgänge in einem Mischreaktor nmck Fig. 8 Ms 10 in einer tängsschnittansicht«

1S ein» Fig» 9 eatspre©!4©si€© Baratelluog_e b@i der. ' gfi^telle der ia Fig«" 9 g©»igt@n gekrOimtea Aus« fühnsng der PMdA ©iae ia Eaäiairiclitimg geradlinig® oder eteaa® form ü@r Paddel fargeseh©» &©$■ und eine Flüssigkeit alt einer anderen flstositat bearbeitet wird» .

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Fig·13a bis 131 Ansichten verschiedener AusfUhrungsfornen von Paddelrührwellen für die Verwendung in erfindungsgeaäßen Mischreaktor.

Flg. 14 eine Flg. 11 entsprechende Ansicht einer anderen Ausf Uhrungsform für einen Mischreaktor mit zwei Sprühkopf en für die Materialzufuhr» zwei Dampfabzugeleitungen und BiIt einea Vierpaddel-Rührwerk·

Fig. 15 eine Querschnittansicht der Ausführung nach Fig. mit einer für den günstigsten Betrieb des Mischreaktors größten Füllung einer zähflüssigen Reaktionsnasse ·

Flg.16 eine schematisierte Querschnittansicht einer

AusfUhrungsform eines kontinuierlich betreibbaren Mischreaktors mit eines RUckflußkondensator, und

Fig. 17 ein Flußdiagramm der Gesamten©rdnung einer erfindungsgeiaäßen Anlage·

Fig» 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für eine Anlage gemäß der Erfindung. BIe einzelnen Teile derselben sind mit Bezeichnungen versehen» so daß sich eine Beschreibung Im einzelnen erübrigt. Die in den vor» schiedenen Figuren gezeigten Ausführungen enthalten jeweils einen Reaktor» einen RUckflußkondensator und Steuereinrichtungen. Ebenso erübrigt sich eine ins einzelne gehende Beschreibung von Fig. 17· da in dem dort gezeig-

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ten Flußdiagramra Jeweils eine der Anordnungen nach Fig. 1 bis 4 als "Reaktor" verwendet werden kann« Der eigentliche Reaktor ist nachstehend im einzelnen beschrieben.

Die Steuereinrichtungen dienen der Steuerung der aus dem Reaktor dem Kondensator zuströmenden Dämpfungen· Sie umfassen Fühleinrichtungen für di© Temperatur und/ oder den Brück im Reaktorgehäus@₉ -sua Erzeugen von dementsprechenden Ausgangasignalen_f ¥©rat3ilbare Absperreinrichtungen zu» Regulieren der B&Bpi ströimaag wa der Reaktorkamrasr zum Kondensator und auf di® Aösgaagssi» gnale ansprechend© Steuereinrichtuageii %vm B@tltig@ii der

Absperr einrichtungen. Die Einrichtungen für diese einzelnen Funktionen können von herkönaalicliör Art sein·

Der aiickXluß kondensat or hat eine herkömmlich® Bauweise mit Kühlrohren« welche mit dsm oberen Toll der Reaktorkammer strömungsverbunden sind, und Einrichtungen zum Kühlen von Seilen der Außenflächen dar Kühlrohre· Während des Betriebs der Anlage werden aus der Reaktorkammer abgeführte Dämpfe darin kondensiert. Dazu kann praktisch jede -Art von bekannten Rückflußkondensatoren verwendet werden.

In der Anordnung nach Fig· 5 ist ein Mischreaktor 10

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über eine an seiner Oberseite austretende Leitung 41 mit einem Rückflußkondenaator 40 verbunden· Aus dem Kondensator 40 austretendes Kondensat gelangt über ein· Leitung 4? in einen Auffangbehälter 42. Die Standhöhe des Kondensate im Auffangbehälter 42 wird durch eine FUhlereinrichtung 44 überwacht und durch Rückleitung von Kondensat aus dem Behälter 42 über eine Leitung 45 t eine Pumpe 46 und ein Absperrorgan 47 zum Reaktor 10 auf einer vorbestimmten Hohe gehalten. Die aus dem Re* aktor ausströmende Dampfmenge wird mittels einer DruckfUhleranordnung 49 gesteuert, welcher ein elektrisches Ausgangssignal von einem im Dampfraum des Auffangbehälter ß 42 angeordneten Fühlelement zugeleitet wird· Die Druckfühleranordnung 49 betätigt eine Doppelbereich-Drucksteuereinrichtung. Bei Abgabe eines Signals von einer 50# eines eingestellten Wertes übersteigenden Größe werden ein Absperrorgan 50 für ein inertes Gas geöffnet und ein Auslauventil 31 gleichzeitig geschlossen. Das Öffnen und Schließen erfolgt proportional zur Größe des von der Druckfühleranordnung 49 abgegebenen Signals, so daß dem Auffangbehälter 42 ein inertes Gas zugeführt und dadurch die Menge des über die Leitung 41 aus dem Reaktor abgeführten Dampfs verringert wird. Sinkt die Größe des von der DruckfUhleranordnung abgegebenen Signals unter 50# des eingestellten Werts ab, so werden das Absperrorgan 50 geschlossen und das Auslaßventil 51

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:^:· gleichzeitig und proportional der Größe des Signals 'T-. von der Druckfühleranordnung 49 geöffnet, so daß die DampfStrömung aus dem Reaktor 10 Über die Leitung 41 zunimmt.

Ein mit der erfindungsgemäßen Anlage bevorzugt bearbeitbares Polyalkenyl-aromatisches Polymer ist Styrol. Das dem Reaktor 10 aufgegebene Monomer-Außgangsraaterial enthält beispielsweise wenigstens 9O?6 monomeres Styrol und der Rest bis auf 100 Gew.% cc-Methylstyrol. Die flüssige Phase im Reaktor enthält vorzugsweise etwa bis 69 Gew.JS Homopolystyrol und darüberhinaus bis auf

100 Gew.# Styrol. .

Der in Fig. 6 und 7 gezeigte Mischreaktor 20 für die erfindungsgemäße Anlage setzt sich aus einem Gehäuse» einem Rührwerk und einem Antrieb dafür zusammen. Das aus Stahlblech oder dergl. gefertigte Gehäuse 21 umschließt eine Kammer 22 (Fig. 7). Es hat ©in sylindri*· sches Mittelteil 23, an dessen beiden Enden Stirnwandüngen 24, 25 befestigt siisd. In der dargestellten Ausführung ist die Stirnwand 24 entlang einem Randsteg an einem Ende des zylindrischen Mittelteils 23 angeschweißt, während die Stirnwand 25 mittels daran und am zylindrischen Mittelteil 23 gebildete Halteflansche 30, 31 durchsetzender Schrauben 28 mit Muttern 29 befestigt ist. ■

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Im mittleren Bereich des zylindrischen Teils 23 ist an dessen Oberseite ein Einlaß 33 gebildet. Ein entsprechend geformter und mit einem Flansch versehener Stutzen 35 verbindet den Einlaß 33 mit einer Eintragshaube 34. Die Eintragshaube 34 ist mittels einen daran gebildeten Flansch durchsetzender und in Gewindebohrungen im Flansch der Leitung 35 geschraubter Schrauben 36 an diesem befestigt. In die Haube 34 sind Zufuhrleitungen 37 und 38 eingeführt. Die Leitung 37 läuft innerhalb der Haube 34 in einem Sprühkopf 39 aus, welcher so angeordnet ist, daß er ein zugeführtes Material in einem vorbestimmten Muster über einen weiten Bereich in der Kammer 22 versprüht. Die Leitung 38 endet in der Haube 34 in einer normalen Mündung, über welche ein Material in Form eines Stroms in die Kammer 22 einführbar ist.

Ein im Gehäuse 21 gebildeter Auslaß 11 ist über einen mit einem Flansch versehenen Stutzen 12 mit einem Auslaßrohr 13 verbunden. Das Auslaßrohr 13 ist mittels Schrauben 14 am Stutzen 12 befestigt. Zum Zuführen und Austragen von Material in diQbzw. aus der Kammer 22 über die Zufuhrleitungen 37 und/oder 38 bzw. das Auslaßrohr 13 sind gegebenenfalls (nicht dargestellte) Pumpen vorgesehen. Außerdem kann der Mischreaktor noch zusätzliche Ein- und Auslässe erhalten.

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BAD ORIGINAL

Ebenfalls im mittleren Bereich des Gehäuses 21 ist an seiner Oberseite eine Abzugsöffnung 16 gebildet. Sin mit einem Flansch versehener Stutzen 17 verbindet die Abzugöffnung. 16 mit einem Leitungsrohr 18» welches mittels Schrauben 19 daran befestigt ist· Während des Betriebs dient die Abzugöffnung 16 als Sicherheitaabzug, durch welchen bei einem übermäßigen Druckans12eg in der Kammer 22 Druckgase aus dem Gehäuse 21 entweichen können. Zu diesem Zweck ist in dem Rohr .13 eine Zerreißaembrane 13 eingesetzt. Zum Abdichten der Kammer 22 gegenüber der Umgebung und zum Verhindern von Flüssigkeitsaustritten daraus im Betrieb des Kischreaktors sind zwischen der Stirnwand 25 und dem Mittelteil 23» zwischen dem Stutzen 35 und der Haube 34, zwischen dem Stutzen 12 und der Leitung 13 und zwischen dem Stutzen 17 und der Leitung 18 Dichtungen 26 bzw. 32 bzw. 3$ bzw. 54 eingelegt. Bei der Verwendung des düsenreaktor ε 20 zum Mischen von zähflüssigen Massen ist zweckmäßig ein Abzug vorgesehen» an welchem ein Rückflußkondensator angeschlossen sein kann«

Das Gehäuse 21 des MiBchreaktors 20 weist eine Innenwandung 56 und eine Außenwandung 57 auf, mit einem dazwischenliegenden Zwischenraum 58· Die Innen- und Außenwandungen sind zur Bildung des Zwischenraums 53 durch Flansche 30, 31, 27 und die Stutzen 35» 12 und 17 ge-

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halten. Der Zwischenraun 58 bildet einen Kühl- oder Heizmantel für die Abfuhr bzw. Zufuhr von Wdrae von der bzw. zur Kaiainer 22 unter Hindurchleiten einer Kühlflüssigkeit, z.U. Wasser, oder eines erhitzten Strömungsmittels vie öl, Wasser oder Dampf. Das je nach den Erfordernissen beim Batrieb des Mischreaktors 20 gekühlte oder erhitzte Strömungsmittel wird dem Zwischenraum 53 Über Einlasse 59 und 60 zugeführt und Über Auslässe 61, 62, 63 und 63a daraus abgeführt. Das Gehäuse 21 des IUsehreaktorε 20 kann ferner mittels einer beliebigen bekannten Anordnung isoliert sein« Ob eine Isolierung des Mischers 20 notwendig ist oder nicht, hängt vom jeweiligen Verwendungszweck desselben ab·

In der Kammer 22 des Gehäuses 21 ist ein Paddelrührwerk 66 enthalten. Dieses ist auf einer Welle 67 drehbar» welche im wesentlichen koaxial mit einer waagerechten Längsachse 69 des Gehäuses 21 verläuft und die Stirnwandungen 24 und 25 desselben durchsetzt. Außerhalb der Stirnwändungen 24 und 25 let. die Welle 67 in herkömmlichen Lageranordnungen 70 bzw. 71 gelagert. Die Lageranordnung 70 ißt an Tragstrebon 72 befestigt, z.B. angeschweißt, welche mit ihren anderen Enden in gleicher Weise an der Stirnwand 24 befestigt sind. In entsprechender Weiso ist die Lageranordnung 71 Über Tragstreben 73 an der Stirnwand 25 befestigt. Für die dichte

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Durchführung der Welle 67 durch die Stirnwandungen des Gehäuses 21 und damit zum Verhindern von Flüssigkeitsaustritten aus dem Gehäuse 21 um die Welle 67 herum sind an den Stirnwandungen 24 und 25 die Welle 67 umgebende Stopfbuchsen 74 bzw. 75 vorgesehen. Im übrigen können für die Abdichtung zwischen der Welle und dem GeMuse beliebige bekannte Einrichtungen verwendet werden· Der auf die Packungen 76, 77 der/Stopfbuchsen 74 bzw, 75 ausgeübte Druck ist mittels auf Schrauben 79 bzw. 81 sitzender Spannmuttern 73 bzw. 80 auf einen bestimmten ¥ert einstellbar. Somit ist die Welle 67 also drehbar und abgedichtet im Gehäuse 21 gelagert.

An der Welle 67 sind einander diametral gegenüber zwei Paddel 83» 34 befestigt, z.B. angeschweißt« Die Paddel 85» 84 ragen von der Welle 67 radial auswärts bis nahe an die innere Wandfläche der Karamer 22, ohne diese jedoch zu berühren. Die Paddel erstrecken sich durchgehend und geradlinig in Axialrichtimg entlang des durch die Karamer 22 verlaufenden Seils der Welle 67.

An einander diagonal gegenüberliegenden äußeren Enden bzw. Ecken weisen die Paddel 83, 84 jeweils einen Durchlaß 85 bsi/. 86 auf. Die Fläche der Durchlässe 85, 86 erstreckt sick über jeweils _etvu 3 bis 2GjS dar wirksamen Gesamtfläche"des betreffendcn Paddels. Die genaue Qugf-

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BAD ORKSfNAt

schnittsgröße und Anordnung der Durchlässe 85 und 86 In den beiden Paddeln sind in einem weiten Rahmen veränderbar« So können die Durchlässe nach Jeweils einer oder zvei Seiten des betreffenden Paddels hin offen» also nicht eingefaßt sein· Gewöhnlich erstrecken sich die Durchlässe nicht in Längsrichtung über die Hittellinie 87 der Paddel 83t 84 hinaus. Sie können sich jedoch radial einwärts zur Welle 67 hin erstrecken. Ein durch die Paddel 83» 84 gebildetes Paar ist vorzugsweise in Bezug auf Größe und Anordnung der Durchlässe 85» 86 genau symmetrisch ausgebildet. Ein Durchlaß 85 bzw. 86 kann je nach den Umständen, beispielsweise hinsichtlich der Festigkeit und den Abmessungen eines Paddels aus einer oder auch mehreren einzelnen öffnungen gebildet sein*

In dem Mischer läßt sich eine hochgradige Homogenität und Gleichmäßigkeit in einer mittels des Paddelrührwerks 66 bewegten Flüssigkeit herstellen und erhalten. Die Abmessungen der Kammer 22 des Mischers 20 sind vorzugsweise so gewählt» daß sich das Verhältnis der Länge der Achse 69 zum größten Durchmesser der Kammer im Bereich von 1x0,5 bis 3,5» insbesondere im Bereich von 1l1,5 bis 2,5 bewegt.

Für den Antrieb der Welle 67 ist ein Elektromotor 88

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vorhanden und Über ein Getriebe 89 und eine Zwischen« welle 90 damit verbunden« Zum Schutz vor Überlastungen hat das Getriebe 89 eine Sicherheitskupplung 91g welche die Zwischenwelle 90 mit der Welle 67 verbindet. PUr den Drehantrieb des Paddelrührwerks können auch andere bekannte - elektrische» magnetische» mechanische oder sonstige - Einrichtungen vorhanden sein·

Der Mischraktor 20 hat zweckmäßig einen Sockel 93 mit einem den Antriebssatz aus dem Motor 68» der Volle 90» dem Getriebe 89 und der Kupplung 91 tragenden Untergestell 94 und Stutzen 95» 96» auf denen das Gehäuse 21 mit dem Rührwerk 66 und den zugeordneten Einrichtungen ruht.

In Fig. 8 bis 10 sind die Vorgänge beim Mischen einer stark zähflüssigen Masse 97 in einem Mischer 98 gemäß der Erfindung gezeigt. Die Masse 97 füllt den Mischer nur teilweise aus. Die großen bzw. breiten Oberflächen

tr

des Paddelrührwerks 66 bewirken das Auftreten von großen Scherkräften in den Bereichen 101, 102 und 103. Bei der Drehung des RBhrwerks 66 entstehen durch Pließdehnung in den Bereichen 104 und 105 sowie durch Überschlag in Bereich 106 unter Schwerkrafteinwirkung starke Mischwirkungen*

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Fig. 12 ist eine Fig. 9 entsprechende Darstellung, bei welcher jedoch anstelle der in Flg. 9 gezeigten, in Radialrichtung gekrümmten Paddeln gerade, ebene Paddel sowie eine Fließmasse mit einer von der in Fig« 9 gezeigten verschiedenen Zähigkeit verwendet werden· Bei radialer Krümmung der Paddel kann diese in Bezug auf die Drehrichtung des Rührwerks 66 konvex oder auch konkav ausgebildet sein»

Gleichzeitig mit den in Fig. 8 bis 10 und 12 gezeigten Mischvorgängen findet aufgrund der Durchlässe 85 und 86 ein weiteres Durchmischen der Flleßmasse 97 in axialem Umlauf durch den Mischer 98 statt. Bei der Drehung des Rührwerke 66 strömt die Masse 97 in der schematisch dargestellten Veise durch die Durchlässe 85» 86. Aufgrund der Durchlässe 85 und 86 ergibt sich ein beiderseits gleiches entgegengesetztes Maseengefälle sowie ebenfalls gleiche Drücke an den Paddelspalten, woraus ein sehr schneller axialer Umlauf resultiert.

In Flg. 13a bis 131 sind verschiedene AusfUhrungsformen von PaddelrUhrwerken für einen Mischer gemäß der Erfindung gezeigt. Fig« 13a bis 13e zeigen Rührwerke mit jeweils zwei aus je zwei einander gegenüberstehenden Paddeln gebildeten Paaren» Die Paddol eines Rührwerks Können gemäß der Darstellung in Fig. 13a mit Durchlässen

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versehen sein» deren Größe sich jeweils zwischen etwa 3 und 5054 der wirksamen Gesamtfläche des betreffenden Paddels 85 A bzw· 85B bewegt. Vorzugsweise liegt die GrUBe der Durchlässe Jedoch im Bereich zwischen etwa 4 und 20$ der wirksamen Gesamtfläche. Die genaue Größe und Anordnung der Durchlässe 85, 86 in einem Paddel sind in weitem Rahmen veränderbar. So kann ein Durchlaß nach el« ner oder zwei Selten des betreffenden Paddels hin offen, also dort nicht eingefaßt sein. Gewöhnlich erstrecken sich die Durchlässe nicht in Längerichtung über die Hit« tellInIe 6.QS betreffenden Paddels hinaus. Andererseits können sich die Durchlässe jeweils von der Welle auswärts zum Rand des Paddels hin erstrecken. Die Durchlässe eines Paares sind in Bezug auf ihre Größe und Anordnung in den Paddeln 85A_t 85B vorzugsweise genau symmetrisch gebildet. Die Durchlässe können unabhängig von radialer und/oder axialer Krümmung der einzelnen Paddel vorhanden sein» Die Wirkung der Durchlässe auf die Hischvorgänge sind in weitem Maße von ihrer Größe in Bezug auf das Paddelrühr— werk und von der Zähflüssigkeit der zu mischenden Hassen abhängig. Sind beispielsweise die Durchlässe klein und die Fließmaßse sehr zähflüssig, so sind die Durchlässe in Bezug auf die gesamte Paddelfläche bei der Drehung des Rührwerks in einem Mischer praktisch wirkungslos. In Fig. 13b und 13c sind die Paddel auf zwei verschiedene Arten axial gekrümmt. In Fig. 13b findet das Prinzip der

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Schraubenpumpe Anwendung, während in Flg. 13c die axiale Krümmung der einzelnen Paddelpaare so verläuft, daß der Materialbewegung und -konzentration in einem Bereich eines Paddelpaares eine Materialbewegung und -konzentration in einem anderen Bereich entgegengesetzt verläuft und diese aufhebt, so daß das Material dauernd relativ gleichmäßig Über die Länge des Mischers verteilt 1st.

Fig. 13d zeigt ein Rührwerk mit sechs Paddeln, welche in zwei Sätzen von jeweils drei gleichmäßig bzw. symmetrisch um die Welle herum stehenden Paddeln angeordnet sind. Die Ausführung nach Fig. 13© hat die gleiche Anzahl von einzelnen Paddeln, welche hier Jedoch in einem Satz von vier und einem anderen Satz von zwei Paddeln angeordnet sind.

üie einzelnen Paddel eines Satzes sind vorzugsweise jeweils symmetrisch bzw. in gleichen Umfangsabständen angeordnet, wenngleich dies auch nicht unbedingt erforderlich ist. Die in gleichen Winkelabständen angeordneten Paddel eines Satzes sind in Bezug auf die eines anschließenden Satzes derart versetzt, daß sie jeweils in der Mitte zwischen diesen radial hervorstehen, wie dies in Fig. 13a bis 13d gezeigt ist.

Das in Fig. 13g gezeigte Rührwerk 150 hat eine Welle 67, an welcher einander diametral gecenüber zwei RUhrpaddol

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152, 153 angeschweißt oder sonstwie befestigt sind» An einander diagonal gegenüberliegenden Enden der Paddel 152 und 153 sind zwischen deren radial äußeren Rändern und der Welle 67 verlaufende Durchlässe 154, 155 gebildet. Die nicht mit Durchlässen versehenen Ecken bzw. Ränder 156, 157 der Paddel 152 bzw. 153 verlaufen in ümfangsrichtung versetzt zu den betreffenden, dio. Durchlässe bildenden Rändern 154 bzw. 155. Die Versetzung der Paddel 152 und 153 verläuft in Bezug auf die Welle 67 in praktisch gleicher Richtung und hat Jeweils die gleiche Größe im Bereich zwischen wenigstens 0° und etwa 90°. Zur Versteifung der Paddel 152 und 153 sind Jeweils mehrere in axialem Abstand radial hervorstehende · Winkelbleche 158 vorgesehen. Die einzelnen Winkelbleche 158 erstrecken sich von der Vieile 67 aus radial auswärts entlang der konkaven Fläche das betreffenden Paddels 152 bzw. 153 und sind an der Welle 67 und an dem betreffenden Paddel 152 bzw. 153 angeschweißt oder sonstwie befestigt. Die durch die Winkelblech© 158 verbesserte Steifigkeit gestattet die Verwendung eines solchen Rührwerks in einem ziemlich großen Mischer und/oder in einem solchen, in welchem eine relativ stark zähflüssige Mause zu mischen ist. Entlang der radial äußeren, in axialer Richtung verlaufenden Ränder der Paddel 152, 153 ist Jeweils eine Abetreifklinge 159 angebracht. Zur Befestigung der Abafrrelfklingen 159 an

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den Paddeln 152, 153 dienen Schrauben und Muttern 160. In üon Klingen 159 gebildete Schlitze 115 ermöglichen ein Verstellen derselben (Fig. 11).

Fig. 1^h zeigt eine weitere Ausführungsform eines Paddelrührwerks 170. Darin sind Abstreifklingen 159 entlang der radial äußeren Ränder, Jedoch jeweils an dor Rückseite von RUhrpaddeln 172, 173 angebracht, wobei zur Befestigung Schrauben und Muttern 160 dienen. Wie in der Ausführung nach Fig. 13g ißt das Rührwerk 170 mittels !lippen 175 versteift. Diese sind in Bezug auf die Drehrichtung des Rührwerks 170 um die ¥elle 67 beim Betrieb des Mischers an den Rückselten der Paddel 172, 173 angeordnet. Das Rührwerk 170 kann auch in entgegengesetztem Drehsinn angetrieben sein, wobei dann Jedoch vorzugsweise (nicht dargestellte) Streben an den Rückseiten der Paddel 172, 173 vorgesehen sind.

Der Mischer 93 ist während des Betriebs vorzugsweise nicht vollständig mit der Fließmasse 97 gefüllt. Bei einer im wesentlichen konstanten großen Oberfläche der Fließmasse 97 im Mischer 90 und einer im wesentlichen kontinuierlichen Oberflächenerneuerung ist eine größtmögliche Anfansavorteilung eines dem Mischer zum Vermischen mit der Fließmasse 97 zugeführten Materialo erzielbar, inubosondoro wenn das Material 110

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weiße über einen Sprühkopf 39 in Form eines Sprüh« nebeis in den Mischer 98 eingetragen wird· In Fig. 11 ist der ungefähre Verlauf der Oberfläche der Fließmasse 97 in senkrechter Stellung des Rührwerks 66 gezeigt und das Muster der axialen Strömung der Hasse durch den spiralig gewundenen Pfeil angedeutet. Die gestrichelte Linie und der gestrichelte Pfeil zeigen den ungefähren Verlauf der Oberfläche der Hasse 97 bzw· den Strömungsverlauf nach einer ¥eiterdrehung des Rührwerks um 180°.

Wie man in Fig. 8 "bis 12 erkennt» bestreicht das Rührwerk 66 boi jeder Umdrehung im wesentlichen den gesamten Innenraum des Mischers 98, wodurch sich die Gefahr der Ausbildung von schwach bewegten oder stagnierenden Bereichen im Mischer verringert und ein günstiges Scherkraftfeld über den gesamten Querschnitt der Fließraasse entsteht·

Beträgt die Füllung eines Mischers 98 der beschriebenen Art mit einer Fließraasse oder Flüssigkeit etwa 10 bis 9055 des Volumens, so ergeben sich bei der Drehbewegung des Rührwerks 66 darin gleichzeitig drei verschieden Arten von IlischvorgSngen bzw· Rühr- oder Strömungsmustern.

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1. Eine zyklische senkrechte Lageveränderung in einem Zyklus von etwa 1/2 bis 60 mal pro Minute. Zunächst wird die im Mischer enthaltene Flüssigkeit durch einen Paddel eines Paddelrührwerks einer senkrechten Hubkraft unterworfen, welche größer ist als die abwärts gerichtete Schwerkraft und wenigstens groß genug ist, um einen Teil des in dem Mischer enthaltenen Gesamtvolumens der Flüssigkeit von einem in Schwerkraftrichtung tieferen in einen in Schwerkraftrichtung höheren Bereich dos Mischers zu heben, fiel der weiteren Drehung des Paddele wird die Hubkraft entzogen und die angehobene Flüssigkeit ist der Schwerkrafteinwirkung unterworfen. Die auf die Flüssigkeit Insgesamt einwirkende Schwerkraft reicht wenigstens aus» im wesentlichen die gesamte angehobene Flüssigkeit in den in Schwerkraftrichtung tieferen Bereich zurückzuführen, bevor eich das zyklische Anheben der Flüssigkeit wiederholt.

2. In einem im wesentlichen waagerecht verlaufenden Umfangsbereich bildet sich eine UmwSlzbewegung aus, welche sich in Umfausrichtung im wesentlichen entlang der gesamten Innenfläche des Mischers erstreckt* In diesem Bereich findet eine dauernde Beiregung in einer im wesentlichen normal zur Waagerechten verlaufenden Richtung statt* Die Umwälzbewegung entsteht aufgrund einer sich in der gleichen Richtung bewegenden Druckwelle, welche

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durch die Paddel eines Paddelrllhrwerks erzeugt wird und dem Bewegungsbereich dicht auf folgt» Im Bereich der Durchlässe verläuft der Bewegungsbereich $e nach der Ausbildung der Durchlässe in einem gegebenen Mischer diskontinuierlich. Die Paddel erzeugen jeweils eine Druckzone, welche auf di© Flüssigkeit im Bereich der Uawälzbewegung eine Kraft ausübt» die wenigstens dssu ausreicht, wenigstens einen feil der Flüssigkeit Ia diesem Bereich entlang einer im Querschnitt .etwa kreisförmigen Bahn la. Bewegung mu kälte»«, Dies© erstreckt sich zunächst ctei*
einem Paddel, Ia no maler
des Mischergehäuses weg fHb©f ©in© Satferaisag welche gewöhnlich geringer ist 'als d@r des Mischergehäuses ea einer g©g©fe©3a©a daraijf vor der Druckzone-wie
und schließlich zunächst
hin· Zwischen d@n Außöar§ss&©m dtr Paddel raid

dung des MischergeMuses aa wad Ia dor Braekgone besteht gewöhnlich eine Schübzahl von wenigstens" etwa 2OQO⁸⁵⁰"³"''⁸ ,> deren genauer Wert von de© Zwischenraum swlsehen PsvädaX« rand und Göhäusm/and und ά&τ Bwegungsgosehifindigkeifc des Paddelrands In ©inen gegebene» Äscher abMaglg äst· Die Schübs&hl beträft wenigstens 5^S®^C°"' vma tesa bis 10 000^SÖCl" oder sogar darüber¹ betragen.

liegt die SchubzahX Jedoch unter 10 000 ^ww % te Schädi--

gungen einer gegebenen Flüssigkeit durch übermäßige Kräfteeinwirkung zu vermeiden·

3. Die waagerechte Verlagerung geschieht in einer längsgerichteten Uralaufbewegung im Mischer in einem solchen UmlaufzyklAs, daß das innerhalb einer Minute von einem Endbereich des Mischers zum anderen Endbereich bewegte FlUssigkeitsvolumen etwa gleich 1/10 ble 30/1 des Gesamtvolumens der Flüssigkeit im Mischer ausmacht. Dieses Volumenäquivalent sowie die waagerechte Umlaufgeschwindigkeit der so bewegten Flüssigkeit sind etwa proportional dem Zyklus der zyklischen senkrechten Verlagerung In Jedem gegebenen Fall. Die waagerechte Verlagerung wird durch die Durchlässe in den Paddeln des Rührwerks» bewirkt·

Während der zyklischen senkrechten Verlagerung, der Umw&lzbewegung und der waagerechten Verlagerung bestehen im wesentlichen Im gesamten Volumen der im Mischer enthaltenen Flüssigkeit laminare Strömungsverhältnisse. Die zyklische senkrechte Verlagerung erzeugt vorzugsweiße zuj-rmaeii mit der Umwälzbewegung eine Überschlagbewegung aer FlüsBigkeit im Mischer.

FIg. 8 bie 12 zeigen bevorzugte Aüaführungsformen von RUhrpadaeln, an deren radial äußeren, in Axialrichtung

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verlaufenden Rändern radial einwärts und auswärts verstellbare Abstreifklingen 159 angebracht sind. Die Verstellbarkeit ist dadurch erreicht ₉ da0 die Klingen 159 Jeweils mittels darin gebildete Schlitze 115 «ad in dem betreffenden Paddel gebildete Bohrungen durchsetzender Schrauben-Hutterkombinationen 160 befestigt sind· Die Klingen 159 ermöglichen ein einfaches Einstellen des Zwischenraums zwischen dem Rand des betreff enden Paddels und der inneren Wandfläche eines Mischers sowie der wirksamen Gesamtstirnfläche eines gegebenen Paddelrührwerks. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck Stirnfläche die radial äußere» in Axialrichtung verlaufende und im wesentlichen der inneren Wandflache des Mischers zugewandte Randfläche eines .Rührpaddels*

Die Rührpaddel sollen bei der Drehimg des Rührwerks in einem Mischer 98 dessen innere Handfläche vorzugsweise nicht berühren oder daran entläßgaireiehens, sondern mit ihren Rändern in einem relativ kleinen, bestimmten Abstand dazu verlaufen« Dieser Abstand ist vorzugsweise so klein, daß er in Fig. 8 bis 12 aicht* zu BrkQjinen ist«,

In Fig. 14 und 15 sind schematisierte Ansichten einer weiteren Ausführungsf ons des ©rfindungsgemäßen Mschreaktors 119 dargestellt» Dieser ist ähnlich dem Mischer 98, unterscheidet sich jedoch von diesem daring daß an.«

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stelle des einzigen Sprühkopfes 39 zwei Sprühköpfe 120, 121 für die Zufuhr von Material zum Mischer 119 vorhanden sind. Die beiden Sprühköpfe 120 und 121 sind jeweils in einer Abzugöffnung 122 bzw. 123 angeordnet. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft» wenn das Eintragsmaterial dazu verwendet werden soll, oberhalb einer Fließmaase im Mischer 119 in verdampfter Form vorhandene Stoffe zu kondensieren, beispielsweise bei der Verwendung eines solchen Mischers in Verbindung mit einem Rückflußkondensator zum Durchführen einer Polymerisatlonsreaktion (Flg. 16).

Die Abzugöffnungen 122 und 123 des Mischers 119 sind in Bezug auf die Senkrechte winklig versetzt, so daß sich in dem Mischer 119 im Betrieb ein höherer Füllstand erzielen läßt, ohne die Abzugöffnungen 122 und 123 zu verschließen. Im normalen Betrieb des Rührwerks in dem Mischer 119 verlagert sich nämlich der Flüssigkeitsspiegel aus seiner Normallage in eine Schräglage und würde damit die Abzugöffnungen 122 und 123 blockieren, wenn diese nicht versetzt angeordnet wären«

Anstelle des in der vorstehenden Ausführung des Mischers verwendeten Rührwerks mit zwei Paddeln findet in dem Mischer 119 ein Rührwerk 124 mit vier Paddeln Verwendung. Fig. 131 zeigt eine Schrägansicht eines solchen Rühr-

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werks 124. Darin sind die einzelnen Paddel im wesentlichen diametral einander gegenüber an einer Welle 127 befestigt* Ferner sind in den einander diagonal gegenüberliegenden Enden der Paddel Jeweils eines Paares Durchlässe gebildet. Die Durchlässe in Jeweils nebeneinanderliegenden Paddeln sind symmetrisch angeordnet. Die einzelnen Paddel sind Jeweils mit einer einstell-:* baren Klinge 159 entsprechend den in dem Mischer 98 verwendeten Klingen versehen.

In beiden Ausführungen 93 bzw« 119 des Mischers ist eine Auslaßöffnung 131 bzw· 132 für den Je nach der gewählten Arbeitsmethode kontinuierlichen oder intermittierenden Austrag von Material gebildet· Zur Beschickung der Nischer 96 bzw» 119 sind Einlaßöffnungen 37 bzw. 134 vorgesehen (Fig. 7 bzw. 14).

Fig« 16 zeigt einen insgesamt mit 93 bezeichneten Mischer mit dem gleichen Aufbau wie der in Fig. 11 und 12 gezeigte. Er enthält ein Rührwerk 66 mit oinem Paar radial gekrümmter Paddel und ist mit einem Rüekf lußkon« densator 136 verbunden. In Verbindung mit dem Rückflußkondensator 136 eignet sich der Mischer 98 als Reaktor für die Herstellung von Polymeren wie etwa Homopolystyrol odor Styrol-Acrylnitril-Mischpolymer durch kontinuierliche Massepolymerisation* Die in einem Mischer

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98 mittels des Rührwerks 66 erzielbare Mischwirkung ist geeignet» eine darin enthaltene zähflüssige Polymerschmelze in einem im wesentlichen isothermischen Zustand zu erhalten. Eine (nicht dargestellte) Ummantelung schützt den Mischer 98 vor Wärme Verlusten. Aus der(in Fig· 16 nicht dargestellten) Polymerschmelze austretende, verdampfte Monomere gelangen über einen oberhalb der im unteren !Teil des Mischers 93 enthaltenen Polyiaarschmelze gebildeten Daiapfraum an einem Sprühkopf 39 vorüber in einen Abzug 139 und über diesen in einen RUckflußkondensator 136. Im Kondensator 136 werden die Dämpfe kondensiert, worauf das Kondensat über eine insgesamt mit 133 bezeichnete Anordnung von Leitungen und Pumpen in den Mischer 93 zurückgeführt wird. Bei der Herstellung von beispielsweise Homopolystyrol enthalten die bei kontinuierlicher Polymerisation aus dem Mischer 98 austretenden Dämpfe zum überwiegenden Anteil Styrol-Monomer.

Die erfindungsgemäße Reaktoranordnung eignet sich insbesondere zur Verwendung in exothermischen kontinuierlichen Massen-Polymerisationsverfahren zum Herstellen von Polymerisaten mit im wesentlichen gleichmäßigem Molekulargewicht lind gleichmäßiger chemischer Zusammensetzung, bei welchem flüssige, vordampfbaro und polymerleiorbare Ausgangsstoffe der ileaktüranordnung in ;u-

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nächst relativ wenig zähflüssigem Zustand zugeführt werden, das daraus hergestellte Polymerisat relativ stark zähflüssig ist und die Temperatur und/oder Druckverhältnisse über aem Siedepunkt der polymer!sierbaren Ausgangsstoffe liegen. .

Zum. besseren Verständnis der erfihdungsgemäßen Prinzipien und ihrer Anwendung sind nachstehend einige Arbeitsbeispiele angeführt. Darin sind alle auf Anteile bezogenen Angaben, wenn nicht anders vermerkt, Gewichtsanteile·

Beispiel 1 . ,

Ein liegend angeordneter* kontinuierlich gerührter Mischreaktor der in Fig· 1 gezeigten Art mit einem Rührwerk der ebenfalls darin gezeigten Art wird über eine Eintragöffnung 31 kontinuierlich mit Styrolmonoraer iß Form eines flüssigen Sprühnebels beschickt, Die Zufuhrmenge des Monomers beträgt etwa 22,7 kg/h bei einer Temperatur des zugeführten Monomers von etwa 15°C· Nach Erreichen eines stabilen Zustandes wird gleichzeitig eine polymerisierte Schmelzmasse in einer Menge von etwa 52 kg/h kontinuierlich übor Auslässe 33 und 34 aus dem Reaktor abgeführt. Die polymerisierte Schmelzmasse enthält etwa 70 Göw.% Polystyrol mit einem numerischen Durchschnitts-Molekulargewicht von etwa 115 000 (etwa 55 000, bezogen auf die Staudinger-Skala), gelöst in einem bis 100 Gew.% fehlen-

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den Rest Styrolmonomer· Das Polymer hat einen Dispersioneindex von etwa 2,5. Die polymerisierte Schmelzmasse aus dem Reaktor hat eine Viskosität von etwa 40 000 cP bei etwa 150⁰C und eine Schubzahl von etwa 10 ^8ec""·, Die Verweilzelt im Reaktor beträgt etwa 4,6 h und die Umsetzgeschwindigkeit von Monomer in Polymer im Reale tor liegt bei etwa 10 kg Polymer pro Stunde Verweilzeit und Gewichtseinheit.

Der Füllstand des Reaktors wird, bezogen auf dlο Im we~ sentlichen nicht ausgedehnte flüssige Phase bei der Temperatur von etwa 150°C_r auf etwa 65# des Volumens gehalten und das Rührwerk ist mit einer Drehzahl von etwa 12 U/min angetrieben. Der Inhalt des Reaktors vlrd bei einer Temperatur von etwa 150⁰C in einem im wesentlichen homogenen und Isothermischen Zustand gehalten. Der Reaktor ist ummantelt und ein Über die Ummantelung in Umlauf gehaltenes Strömungsmittel hat eine Temperatur von etwa 150⁰C.

Der Reaktor 1st mit einem RUckflußkondensator versehen, welcher an der Eintragsöffnung 31 am Reaktor angeschlossen ist. Verdampftes Styrol-Honoinor wird aus dem im oberen Teil des Reaktors gebildeten Dampfraum abgeführt und bei einer Temperatur von ©tifa 15O⁰C dem Kondensator zugeleitet, wobei es einen in der EintragsÖffnung 51

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angeordneten Sintragsprühkopf passiert· Der Monomerdampf wird im Kondensator auf etwa 15⁰C abgekühlt und das Kondensat in den Reaktor zurückgeführt· Die Dampfabfuhr wird so eingestellt, da0 die Temperatur im Inneren des Reaktors auf etwa 15O⁰C bei einem Druck von etwa 0,94 kp/cm gehalten wird. Bei diesem Druck erhöht sich das Volumen der zähen Fließmasse im Reaktor durch darin vorhandene Monomer-Dampfbläschen um ©twa 15# gegenüber dem Volumen der gleichen Masse unter einem korzzeitigen Druck von etwa 1,05 kp/cm bei einer £©snperatur von ebenfalls 150⁰C, wobei im wesentlichen keine Daao^f» bläschen in der Masse vorhanden eind* Im Reaktor beträgt die Schubzahl irfcwa io^se , die waagerecht© Veav lagerung hat das achtfache -ÄquivalensjVQluiä®». der ten flüssigen Phase pro Minute und die zyklischen rechten Verlagerungen erfolgen iss. einem Ijklm wa 24 Hai pro Minute*

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beiapfel 1 wltd unter uen gl®i®hm dingungen wiederholt, wobei jedoch das in am eingetragen© flüssig© Monomermaterial 90 monomer und den Rest bis 100 Qm·% hält. Das a-oa d@m Reaktor at^cKllttirte Polymer fe&$ #1:

numerisehas Durchschnitts*Mal©kulargewlcht swisölj©; 40 000 unfi 60 000 und ein@n Dis^^rsiisasiHdex v®Ei ^

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2,4 bis 2,6. Das Volumen der im Reaktor enthaltenen zähen Fließmasse ist um etwa 1OJi gegenüber dem Volumen im Ruhezustand vergrößert«

Beispiel 3

Das Verfahren nach Beispiel 1 wird unter gleichen Bedingungen wiederholt, wobei jedoch das in den Reaktor eingetragene flüssige Monomermaterial 95 Gew.# Styrolmonomer und den Rest bla 100 Gev.% Monochlorstyrol enthält* Das Monochlorstyrol ist ein Gemisch aus wenigstens etwa 6.5 Gew.J* Qrthoisomer und dem Rest bis 100 Gew.% im wesentlichen Paraisomer· Letzteres wird von der Firma Dow Chemical Company in den Handel gebracht.

Das aus dem Reaktor abgeführte Polymer hat ein numerisches Durchschnitts-Molekulargewicht zwischen 40 000 und 60 000 und einen Dispersionsindex von etwa 2,4 bis 2,6. Das Volumen der im Reaktor enthaltenen zähen Flleßmasse l.at um etwa 10% gegenüber dem Volumen im Ruhezustand vergrößert·

Beispiel 4

Das Verfahr·;'¹! nach Beispiel 1 wird unter gleichen Bedingungen wiederholt> wobei Jedoch das in den Reaktor eingetragene flüssig© Monomeraaterial 95 Gev,% Styrolmonomer und den Rest bis 100 Gew.Ji Parabromstyrol enthält.

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Das aus dem Reaktor abgeführte Polymer hat ein numerisches Durchschnitts-Molekulargewicht zwischen 40 000 und 60 000 und einen Dispersionsindex von etwa 2,4 biß 2,6. Das Volumen der im Reaktor enthaltenen zähen Fließmasse ist um etwa 10$ gegenüber dem Volumen im Ruhezustand vergrößert·

Beispiel 5

Das Verfahren nach AnbeitsbeispieX 1 wird unter gleichen Bedingungen wiederholt, wobei jedoch das in den Reaktor eingetragene flüssige Monoraermaterial 95 Gew·^ Styrol·» monomer und den Rest bis 100 Grew.% ein unreines Orthoparadichldrstyrol enthält»

Das aus dem Reaktor abgeführte Polymer hat ein numerisches Durchschnitts-Molekulargewicht von 40 000 bis 60 000 und einen Dispersionsindex von etwa 2,4 bis 2,6. Das Volumen der im Reaktor gehaltenen zähen Fließmasae ist um etwa 10# gegenüber dem Volumen im Ruhezustand vergrößert,

Beispiel 6

Das Verfahren nach Beispiel 1 wird unter Verwendung von Styrolmonomer wiederholt, jedoch "bei einer Schubzahl von 2000^sec . Das Volumen ά®τ Pließn-asse ist um etwa

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ORIGINAL INSPECTED

gegenüber dem Volumen im Ruhezustand vergrößert. Das entstehende Polymerisat hat ein Molekulargewicht zwischen 48 000 und 50 000.

In den vorstehenden Beispielen sind die Molekulargewichte, sofern nicht anders angegeben» auf die Staudinger-Skala bezogen.

Die vorstehende Beschreibung ist auf einige venige AusfUhrungsbeispiele der Erfindung beschränkt. Zahlreiche Abwandlungen und Änderungen sind im Rahmen der beanspruchten Erfindung möglich·

- Patentansprüche -

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Claims (3)

1. Patentansprüche:

   Reaktoranordnung zur Verwendung in einem kontinuierlichen exothermen Massen-Polymerisationsverfahren zur Herstellung eines Polymerisats mit im wesentlichen gleichförmigem Molekulargewicht und im wesentlichen gleichförmiger chemischer Zusammensetzung in einer Polymerisationsreaktion, bei welcher a) eine solche Reaktoranordnung mit einem verflüssigten, verdampfbaren polymerisierbaren Material in zunächst relativ gering zähflüssigem Zustand beschickt wird, b) ein daraus hergestelltes Polymerisat einen relativ stark zähflüssigen Zustand hat und c) die Temperatur- und/oder Druckverhältnisse über dem Siedepunkt der polymerisierbaren Ausgangsstoffe .gehalten sind, gekennzeichnet durch A) ein Gehäuse (21), welches eine Kammer (22)'umschließt, deren Wandungen im wesentlichen radial symmetrisch in Bezug auf eine waagerechte Längsachse (69) der Kammer verlaufen, mit wenigstens einer in der oberen Hälfte gebildeten Einlaßöffnung (3D und wenigstens einer in der unteren Hälfte gebildeten Auslaßöffnung (11), B) durch ein Paddel-Rührwerk (66) 1) mit einer sich im wesentlichen entlang der Längsachse erstreckenden Welle (67), 2) einer mit Dichtungseinrichtungen (7*1 bis 81) versehender? Lageranordnung (7o bis 73) zur drehbaren Lagerung der Welle in einander gegenüberliegenden Stirnwandungen

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   22A0227

   25) des Gehäuses und 3) mit wenigstens einem Paar einander gegenüberstehender Rührpaddel (83,8*1), welche in gleichem gegenseitigem Umfangsabstand an der Welle befestigt sind, sich in Radialrichtung von der Welle auswärts bis nahe an die Innenfläche der Umfangswandung der Kammer und in Axialrichtung von Jeweils einem Ende der Kammer aus über wenigstens die halbe Länge der Kammer erstrecken und in der anderen Hälfte wenigstens eine Unterbrechung {85,86) aufweisen, *t) wobei einer die Kammer bis zu zwischen Io und 90% füllenden, relativ zähflüssigen Pließmasse durch Drehung der Welle des Paddelrührwerks mit einer Winkelgeschwindigkeit unter der turbulenten Strömungsgeschwindigkeit der Pließmasse eine gleich zeitige Kombination a) zyklischen senkrechten Verlagerungen in der Kammer in einem Zyklus von 1/2 bis 60 Mal pro Minute, b) Umwälzbewegungen in einem zunächst dem Umfang der Kammer im wesentlichen waagerechten Bereich, welcher sich bei einer Schubzahl von wenigstens 5 see" normal zur Waagerechten zwischen den Paddeln und der Kammer bewegt und c) waagerechten Verlagerungen in der Kammer mit einer Äquivaleni.-Jnilaufmenge von l/lo bis 3o/l des Gesamtvolumens der in der Kammer enthaltenen Fließmasse erteilbar ist,durch clie Antriebsanordnung (88 bis 91) für den Drehantrieb dc"j Rührwerk;;, durch eine Rückflußkondensatoranordnung mit mit dom eboren Teil der Kammer strömungsverbun-

   - Jl₃ -

   3 O ;i« u 3 / 1 O 5 2

   ORIGINAL INSPECTED

   f 13 -

   denen Rohrkörpern (139) und Einrichtungen (136) zum Kühlen der Außenfläche der Rohrkörper zum Kondensieren von wäh-"rend des Betriebs der Anordnung aus der Kammer abgeführten Dämpfen, und durch Steuereinrichtungen (kH bis 51)zum Steuern der aus der Kammer in den Kondensator überführten Dampfmengen, mit Fühleinrichtungen zum Ermitteln von Temperatur und/oder Druck in dem Gehäuse und zum Erzeugen von den ermittelten Werten entsprechenden AusgangsSignalen, mit verstellbaren Absperrorganen zum Regulieren der Dampfströmung von der Kammer zum Kondensator und mit auf die Ausgangssignale ansprechenden Steuereinrichtungen zum Betätigen der verstellbaren Absperrorgane.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die.Kammer (22) zylindrisch ist und daß zv/ischen ihrer größten Länge entlang der Längsachse und ihrem größten Durchmesser ein Verhältnis von l:o,5 bis 1:3,5 besteht.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk (15o) wenigstens ein Paar einander im wesentlichen gegenüber angeordneter Paddel (152,153) enthält, daß die einzelnen Paddel radial auswärts^ von der Welle (6?) hervorstehen und sich durchgehend in Axialrichtung erstrecken, daß an jeweils einem· Paar im Bereich der einander diagonal gegenüberliegenden äußeren Ecken der Paddel Durchlässe (15^ 155) Ke-

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   -,.,-.,■._-, ; ■'. ' ' ORIGINAL INSPECTED

   bildet sind, deren wirksame Querschnittsflächengröße jeweils zwischen 1 und 50% der Größe der wirksamen Gesamtfläche der betreffenden Paddel beträgt, daß das nicht mit einem Durchlaß versehene Endstück der einzelnen Paddel in Umfangsrichtung gegenüber dem mit dem Durchlaß vorsehenen Endstück des Paddels versetzt ist, wobei die Paddel jeweils eines Paars in gleicher Richtung in Bezug auf die Welle eine zwischen O bis etwa betragende Versetzung aufweisen,und daß der radial äußere Rand der einzelnen Paddel an jeder Stelle in Axialrichtung entlang der V/eile zusammen mit der Wandung des Gehäuses (21) an der entsprechenden Stelle einen Spalt bildet, dessen Breite nicht mehr als etwa 5S» des Innendurchmessers der Kammer (22) an der betreffenden Stelle beträgt.

   4. Anordnung nach Anspruch 3# dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk ein Paar von jeweils einen Durchlaß gleicher Größe aufweisenden Paddeln hat und daß die Paddel im wesentlichen geradlinig und eben oder In Bezug auf die Drehrichtung der Welle radial konvex gekrümmt r.Jnd.

   5. Anordnung nach Anspruoli 3₍ deüurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk zwei auf df-r \v-ile axial nebeneinander befestigte; Sätze von 'addelii aufweist, wobei

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   BAD OBlGtNAL

   jeder Satz ein axiales Teilstüek der Kammer daß die Paddel jeweils eines Satzes gleiches Usfangsabstände aufweisen^ daß die einzelnen Paddel d©x° beides Sätze jeweils radial von der ¥©lle_ abstehen und sioh axial entlang derselben erstrecken ₉ daß die Breite der Paddel in den beiden Sätzen an jeder Stelle ihrer axialen Ausdehnung von der Well© aus gemessen im ¥er-° hältnis von 1j1 bis IUQ₀S zum Radius der Kammer au der betreffenden Stelle steht₉ und daß di©"beiden axial nebeneinander angeordneten Sätze jeweils wenigstens ein Paar Paddel aufweisenσ

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