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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein eine Reaktorvorrichtung zur Verwendung bei der Aufbereitung
eines Polymermaterials und insbesondere eine Polykondensationsreaktorvorrichtung
zur Verwendung bei der Umwandlung einer polymeren Flüssigkeit
mit niedriger Viskosität
in eine polymere Flüssigkeit
mit relativ höherer
Viskosität
durch Förderung des
Ausdampfens eines flüchtigen
Bestandteils aus dem Polymer.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die kommerzielle Herstellung von
Kondensationspolymeren wie Polyestern und Polyamiden erfolgt in
der Regel nach einem als Polykondensation bekannten Verfahren in
einem Reaktorbehälter,
in dem eine Form von Rührer
dazu verwendet wird, das Ausdampfen eines in dem verarbeiteten Polymer
enthaltenen flüchtigen
Bestandteils zu induzieren. Auf diese Art und Weise kann man die
Viskosität
des Polymers und die Einheitlichkeit der Viskosität selektiv erhöhen.
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In einem herkömmlichen Behälter des
oben beschriebenen Typs wird dieses Polykondensationsverfahren kontinuierlich
durchgeführt,
indem das niedrigviskose Polymer an einem Ende des Behälters eingetragen
und durch den Behälter
zu einem in der Nähe
des gegenüberliegenden
Endes des Behälters
angeordneten Auslaß befördert wird,
wobei das Polymer während
seiner Verweilzeit im Behälter
der Einwirkung des Rührers
unterliegt. Der Behälter
ist auf einer horizontalen Achse orientiert, und der Rührer ist
in der Regel als koaxial gedrehter Käfig mit perforierten oder siebartigen
Elementen, die am zentralen Antriebsschaft radial montiert sind
und fortschreitend mit dem Polymer beschichtet werden, und außerdem mit
peripheren Wischelementen zur fortschreitenden Auftragung einer
filmartigen Beschichtung des Polymers auf der ringförmigen Innenwand des
Behälters
ausgebildet, wobei die kombinierte Wirkung der Siebe und Wischelemente
zur Vergrößerung der
exponierten Abdampfoberfläche
des Polymers bei fortschreitender Drehung des Rührers dient. Ein Beispiel für derartige
Vorrichtungen, die in der Technik gewöhnlich als "Wischwand" Polymerreaktoren ("wipewall"-Reaktoren) bezeichnet werden, ist der
US-PS 3,248,180 zu entnehmen.
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Im Zuge der Weiterentwicklung der
Polymertechnologie und der in der Industrie nach wie vor bestehenden
Forderung nach Polymeren mit höheren Feinheitsfestigkeiten
hat sich ein steigender Bedarf an Polymeren mit höheren Viskositäten, größerer Einheitlichkeit
und höherer
Gesamtqualität
ergeben. Herkömmliche
Reaktorvorrichtungen sind in dieser Hinsicht mit einigen Nachteilen
behaftet. Erstens wird durch die Anwesenheit eines zentralen Schafts über die
gesamte Länge
des Rührers
im allgemeinen der Abdampfstrom von flüchtigen Substanzen zu einem Abzug,
der gewöhnlich
im oberen Bereich des Austragsendes des Behälters angeordnet ist, eingeschränkt und
auch eine Sammeloberfläche
gebildet, auf der sich Polymer in angrenzenden stillstehenden Bereichen
sammeln und letztendlich überhitzen kann,
wobei sich im Polymermaterial kohlenstoffhaltige Verunreinigungen
bilden. Ansammlungen des Polymermaterials können auch in anderen stillstehenden
Bereichen im Behälter
auftreten, insbesondere am Ende und in den oberen Bereichen des
Behälters, die
möglicherweise
durch den Rührer
nicht zufriedenstellend gewischt werden. Die Notwendigkeit der Montierung
der Siebe am Schaft beschränkt
auch die Dichtheit, mit der die Siebe voneinander beabstandet sein
können,
was wiederum die Verdampfungskapazität des Behälters beschränkt. Die
volumetrische Kapazität
von herkömmlichen
Polykondensationsbehältern
wird dadurch beschränkt,
daß eine Überhitzung
des Polymermaterials vermieden werden muß. Ein verwandtes Problem besteht
darin, daß bei
herkömmlichen
Reaktoren eine nichtinvasive Messung der Polymertemperatur im Behälter nicht
möglich
ist.
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Kurze Darstellung der
Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt
demgemäß die Aufgabe
zugrunde, eine verbesserte Reaktorvorrichtung zur Verwendung bei
der Aufbereitung eines Polymermaterials bereitzustellen, die die
Probleme und Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere liegt
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten
Polymerreaktor des "Wischwand"-Typs mit einer wesentlich
erhöhten
volumetrischen Kapazität
bereitzustellen, mit dem zugleich Polymere bei im Vergleich zu herkömmlichen
Reaktoren vermindertem Risiko von Polymerüberhitzung und Polymerkontamination
nach dem Polykondensationsverfahren auf ein geeignet hohes Viskositätsniveau
und einen hohen Grad an Einheitlichkeit der Viskosität aufbereitet
werden können.
Besondere Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen in der Bereitstellung
eines "Wischwand"-Polymerpolykondensationsreaktors mit
einem neuen Rührer
ohne zentralen Schaft, einer neuen Anordnung von Polymerplatten
zur Regelung des Polymerstroms und verbesserter Fähigkeit
zum fortschreitenden Wischen praktisch aller Innenflächen in
der Polymerverarbeitungskammer des Behälters. Eine weitere Aufgabe
besteht in der Bereitstellung eines neuen Mittels zur Regelung der
Polymertemperatur im Reaktorbehälter
durch nichtinvasive Messung der Polymertemperatur und eines neuen Mittels
zum Kühlen
und/oder Erwärmen
des Polymers im Behälter
mittels Wärmeaustausch.
Weitere Aufgaben der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Offenbarung
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hervor.
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Kurz zusammengefaßt werden die obigen Aufgaben
mit der vorliegenden Erfindung durch Bereitstellung von Verbesserungen
in einer Reaktorvorrichtung des für die Aufbereitung eines Polymermaterials
unter Verwendung eines Reaktorbehälters, in dem ein Polymerrührer drehbar
angeordnet ist, ausgelegten Grundtyps gelöst. Der Reaktorbehälter definiert
eine sich horizontal erstreckende innere Polymerverarbeitungskammer,
eine Einlaßöffnung für Polymer
in die Verarbeitungskammer und eine Auslaßöffnung für Polymer aus der Verarbeitungskammer
in einem axialen Abstand voneinander entlang der Verarbeitungskammer
und eine Abzugsöffung
für Dampf aus
der Verarbeitungskammer. Der Polymerrührer erstreckt sich axial in
der Verarbeitungskammer und enthält
erfindungsgemäß eine ringförmige Überlaufplatte,
die eine wirksame Polymerdichtung zu der inneren zylindrischen Wand
einer Behälterhülle bildet und
eine zentrale Polymerüberlauföffnung definiert, und
eine Unterströmplatte
mit einem äußeren Umfang,
der mindestens eine Polymerunterströmöffnung zwischen ihrem äußeren Umfang
und dem Behälter
definiert. Die Überlaufplatte
und die Unterströmplatte
sind zwecks einheitlicher Drehung in im allgemeinen parallelem axialen
Abstand voneinander in der Verarbeitungskammer so aneinander befestigt, daß sich ein
Teil des Strömungspfads
für das
Polymermaterial zwischen dem Polymereinlaß und dem Polymerauslaß durch
die Überlauf-
und Unterströmöffnungen
der Platten erstreckt. Bei zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ist zwischen den Platten vorzugsweise mindestens ein perforiertes
polymerfilmbildendes Sieb angeordnet, das bewirkt, daß das Sieb
bei der Drehung des Rührers durch
das Polymermaterial filmartig beschichtet wird, wodurch sich eine
erhöhte
Dampfabgabe aus dem Polymer als Teil des Polykondensationsprozesses ergibt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Reaktorbehälters ist
die innere Polymerverarbeitungskammer im wesentlichen zylindrisch
ausgeführt,
und die Einlaßöffnung und
Auslaßöffnung für das Polymer
befinden sich nahe gegenüberliegenden
Enden der Kammer. Der Rührer
weist mehrere Überlauf-
und Unterströmplatten,
die alternierend axial entlang des Rührers angeordnet sind, und
mindestens ein Sieb (vorzugsweise Mehrfachsiebe), die zwischen jedem
Plattenpaar angeordnet sind, auf, wobei die Platten und Siebe zwecks
einheitlicher Drehung in im allgemeinen parallelem axialen Abstand
voneinander aneinander befestigt sind. Jede ringförmige Überlaufplatte
weist einen weitgehend kreisförmigen äußeren Umfang
auf, der in drehbarer polymerabdichtender Beziehung zum Behälter angeordnet
ist. Der äußere Umfang
jeder Unterströmplatte
ist vorzugsweise mit mehreren umfangsmäßig beabstandeten Einschnitten,
die entsprechend mehrere Unterströmöffnungen definieren, ausgebildet.
Durch die alternierende Anordnung der Überlauf- und Unterströmplatten
definiert der Rührer einen
gewundenen Strömungspfad
für das
Polymermaterial, der sich zwischen dem Polymereinlaß und dem
Polymerauslaß alternierend
durch die Polymerüberlauföffnungen
und die Polymerunterströmöffnungen
der aufeinanderfolgend alternierenden Überlauf- und Unterströmplatten
erstreckt, was zur Regelung der Verweilzeit, Verteilung und Viskosität des Polymermaterials
beim Strömen
zwischen aufeinanderfolgenden Überlaufplatten
dient.
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Die Unterströmplatten und Siebe weisen vorzugsweise
jeweils zentrale Öffnungen,
die zusammen zu den Überlauföffnungen
der Überlaufplatten axial
ausgerichtet sind und so einen zentralen Pfad für verstärkten Dampfstrom zum Dampfabzug
liefern. Es versteht sich, daß die
Viskosität
des Polymers mit axialer Fortbewegung des Polymers durch die Verarbeitungskammer
zwischen dem Einlaß und
dem Auslaß zunimmt
und die Siebe der Viskositätszunahme des
Polymers entsprechend in zunehmendem Abstand voneinander und von
den Platten angeordnet sind und auch eine von der Nähe des Polymereinlasses
zur Nähe
des Polymerauslasses der Kammer hin zunehmende offene Fläche aufweisen.
Zur Unterstützung
der Dampfabgabe weist die zentrale Überlauföffnung jeder Überlaufplatte
einen perforierten zentralen Kreisring auf, der wie die Siebe mit
fortschreitender Drehung des Rührers
mit einem Film aus dem Polymer beschichtet wird, wodurch die Dampfabgabe
aus dem Polymer zusätzlich
induziert wird. Für
die gleichen Zwecke kann auch jede Unterströmplatte mit einem perforierten
zentralen Kreisring versehen sein.
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Nach einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
kann der Durchmesser der zentralen Überlauföffnungen in den Überlaufplatten
von der Nähe des
Polymereinlasses zur Nähe
des Polymerauslasses hin zunehmen, so daß der Strömungspfad für das Polymer mit zunehmender
Viskosität
des Polymers weniger gewunden wird.
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Der Rührer weist vorzugsweise mehrere
Verbindungselemente auf, die sich zwischen den jeweiligen Umfängen der
Platten und der Siebe erstrecken und daran befestigt sind, was zur
Versteifung des Rührers
dient. Jedes Verbindungselement kann mit einer eine radial außerhalb
des Rührers
angeordnete Wischfläche
definieren den Hinterkante zur Aufbringung von Polymer auf der Innenfläche der
Behälterkammer
und Entfernung von Polymer von der Innenfläche der Behälterkammer bei der Drehung
des Rührers
ausgeführt
sein, was zusätzlich
zur evaporativen Polykondensation des Polymers beiträgt. Jedes Sieb
ist mit Umfangsschlitzen versehen, die die Verbindungselemente aufnehmen
und zwischen den Sieben und den Verbindungselementen Polymerablauföffnungen
definieren.
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Der Rührer enthält außerdem vorzugsweise an den
gegenüberliegenden
axialen Enden des Rührers
ein Paar von konstruktiv abstützenden
Scheiben, wobei jede Stützscheibe
mehrere Öffnungen aufweist,
die sich mit unterschiedlichen Winkeln zur Achse des Rührers dadurch
erstrecken. Die Stützscheibe
an dem in der Nähe
des Auslasses des Behälters
gelegenen Ende des Rührers,
an dem die Polymerviskosität
am größten sein
wird, ist vorzugsweise mit mehreren, von der Außenseite der Stützscheibe
vorstehenden Blättern
versehen, die bei Drehung des Rührers
Polymermaterial von der Innenfläche der
Kammer wischen.
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Um eine im Vergleich zu herkömmlichen
Vorrichtungen erhöhte
Größe und Kapazität der Reaktorvorrichtung
zu erleichtern, ist der Behälter
vorzugsweise mit einem oder mehreren, sich durch die Kammer erstreckenden
Durchgängen
zum Führen eines
Stroms eines Wärmeaustauschmaterials
in Wärmeübertragungsbeziehung
mit dem Polymermaterial in der Kammer ausgebildet, wodurch die Temperatur
des Polymermaterials durch Erwärmen und/oder
Abkühlen
wie erforderlich oder erwünscht geregelt
werden kann. Der Durchgang erstreckt sich vorzugsweise ringförmig über die
Kammer, wobei mindestens ein Teil des Durchgangs einen im allgemeinen
schraubenförmigen
Strömungspfad
für das Wärmeaustauschmaterial
bildet. Je nach besonderem Betrieb und besonderer Anwendung der
Vorrichtung kann das Wärmeaustauschmaterial
entweder entgegen der Durchflußrichtung
des Polymermaterialstroms in der Kammer oder in der gleichen Richtung
durch den Durchgang geleitet werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
können
für verschiedene
Zonen entlang der axialen Ausdehnung des Behälters verschiedene Durchgänge vorgesehen
sein, so daß die
Temperaturregelung durch Erwärmen
und/oder Abkühlen
und die Strömungsrichtung
des Wärmeaustauschmaterials
für die
jeweiligen Zonen unterschiedlich gehandhabt werden kann. Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch die nichtinvasive Messung der
Temperatur des Polymermaterials bei der Verarbeitung in der Kammer
mit Hilfe eines außerhalb
der Verarbeitungskammer angeordneten und durch ein an die Verarbeitungskammer angrenzendes
abgedichtetes Fenster in die Kammer gerichteten Infrarot-Wärmeemissionssensors.
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Die erfindungsgemäße Reaktorvorrichtung ist auch
zur Detektion des Polymermaterialniveaus in der Kammer mit Hilfe
einer Strahlungsquelle, die radial von einer Seite der Verarbeitungskammer
durch diese hindurch projiziert wird, und eines Detektors auf der
gegenüberliegenden
Seite der Kammer ausgestattet. Das Niveau des Polymers an der Stelle
der Strahlungsprojektion wird von einem Mikroprozessor oder einer ähnlichen
Form von Steuerung auf der Basis der Differenz zwischen der projizierten
und der detektierten Strahlungsmenge extrapoliert.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine
teilweise als vertikaler Querschnitt ausgeführte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Reaktorvorrichtung
nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
etwas vergrößerte Seitenansicht des
Polymerrührers
der Reaktorvorrichtung gemäß 1;
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3 eine
weiter vergrößerte Axialquerschnittsansicht
eines Teils der Reaktorvorrichtung gemäß 1 entlang der Linien 3-3;
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4A–4H Vertikalquerschnittsansichten des
Rührers
entlang der Linien 4A-4A bis 4H-4H gemäß 2, die die verschiedenen Überlaufplatten des
Rührers
in Vorderansicht darstellen;
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5 eine
Radialquerschnittsansicht eines zentralen Teils der Überlaufplatte
gemäß 4A entlang der Linie 5-5;
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6 eine
vergrößerte Vorderansicht
eines Umfangsteils der Überlaufplatte
gemäß 4A an ihrer Verbindung mit
einem der Polymerwischstäbe;
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7A–7F Vertikalquerschnittsansichten des
Rührers
gemäß 2 entlang der Linien 7A-7A bis
7F-7F, die die verschiedenen Unterströmplatten in Vorderansicht darstellen;
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8A–8H Vertikalquerschnittsansichten des
Rührers
gemäß 2 entlang der Linien 8A-8A bis
8H-8H, die die verschiedenen filmbildenden Siebe in Vorderansicht
darstellen;
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9 eine
Vertikalquerschnittsansicht des Rührers gemäß 2 entlang der Linie 9-9, die in Vorderansicht
die Innenseite der Einlaßendplatte
des Rührers
darstellt;
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10 eine
Vertikalquerschnittsansicht des Rührers gemäß 2 entlang der Linie 10-10, die in Vorderansicht
die Innenseite der Auslaßendplatte des
Rührers
darstellt;
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11 eine
Vertikalquerschnittsansicht des Rührers gemäß 2 entlang der Linie 11-11, die in Vorderansicht
die Außenseite
der Auslaßendplatte des
Rührers
darstellt;
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12 eine
Horizontalquerschnittsansicht des Behälters der Reaktorvorrichtung
gemäß 1 entlang der Linie 12-12,
die die in der Behälterhülle definierten
Wärmeaustauschzonen
darstellt;
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13 eine
Vertikalquerschnittsansicht eines Teils des Behälters der Reaktorvorrichtung
gemäß 1 entlang der Linie 13-13, die einen Polymertemperatursensor
der Vorrichtung darstellt; und
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14 eine
Vertikalquerschnittsansicht der Reaktorvorrichtung gemäß 1 entlang der Linie 14-14,
die die Polymerniveau-Detektionsanordnung der
Vorrichtung darstellt.
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Nähere Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
und zunächst
auf 1 ist eine Reaktorvorrichtung
nach einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in ihrer Gesamtheit all-gemein mit 20 bezeichnet.
Die Reaktorvorrichtung 20 enthält im Grunde genommen einen
weitgehend zylindrischen länglichen
Behälter 22,
der in horizontaler Anordnung durch Säulen 24, die neben
gegenüberliegenden axialen Enden des Behälters 22 montiert
sind, getragen wird. Der Behälter 22 wird
durch eine doppelwandige zylindrische Hülle 26 gebildet, die
an ihren gegenüberliegenden
axialen Enden durch jeweilige Endabdeckungen 28 abdichtbar
umschlossen ist, wodurch insgesamt eine entsprechende zylindrische
innere Verarbeitungskammer 30 definiert wird, in welcher
ein käfigartiger
Rührer 32 durch Traganordnungen 34,
die an den gegenüberliegenden
Endabdeckungen 28 montiert sind, drehbar getragen ist und
sich axial über
praktisch die gesamte Länge
der Kammer 30 erstreckt.
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Eine Polymereintragsleitung 36 ist
außen
an eine Endabdeckung 28 und ringförmig um eine durch die Abdeckung 28 in
der Nähe
der nach oben gerichteten Seite davon ausgebildete Einlaßöffnung 38 montiert
und steht mit dem entsprechenden Ende der inneren Verarbeitungskammer 30 in
Verbindung. Ein relativ größeres rohrförmiges Polymerauslaßanschlußstück 40 ist
an der Hülle 26 des
Behälters 22 an
seiner nach unten gerichteten Seite in der Nähe des gegenüberliegenden
Endes der Kammer 30 und ringförmig um eine durch die Hülle 26 in
die Verarbeitungskammer 30 ausgebildete Auslaßöffnung 42 befestigt.
Eine Dampfabzugsöffnung 44 ist
ganz analog durch die Hülle 26 an
seiner nach oben gerichteten Seite ausgebildet und mündet in
ein glockenförmiges Dampfsammelgehäuse 46,
das außen
an die Hülle 26 um
die Öffnung 44 herum
montiert ist. Eine Abzugsleitung 48 erstreckt sich seitlich
vom Dampfsammelgehäuse 46 und
steht damit in innerer Verbindung.
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Wie im folgenden noch näher erläutert wird, ist
die Polymereintragsleitung 36 über eine (nicht gezeigte) geeignete
Leitungskonstruktion mit einer Quelle eines niedrigviskosen Polymers,
wie beispielsweise Polyester, verbunden, die lediglich beispielhaft
mit 50 angedeutet wird und das angrenzende Ende der Kammer 30 kontinuierlich
mit dem Prozeßpolymer
beliefert. Durch Betrieb der erfindungsgemäßen Reaktorvorrichtung 20 gemäß der nachfolgenden
Beschreibung produziertes relativ höherviskoses Polymer wird mit
entsprechender Rate am gegenüberliegenden
Ende der Kammer 30 kontinuierlich nach unten durch das
Auslaßanschlußstück 40 ausgetragen
und einer nachgeschalteten Verarbeitungsstation oder einer geeigneten
Sammel- und Lagerstätte
zugeführt,
die lediglich beispielhaft mit 52 angedeutet ist. Die Abzugsleitung 48 ist
mit einer geeigneten Vakuumquelle 54 verbunden, um die
aus dem in der Verarbeitungskammer 30 induzierten Polykondensationsprozeß stammenden
abdampfenden Dämpfe
fortlaufend abzuziehen.
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Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2 ist der Rührer 32 aus
einem Paar von gegenüberliegenden
Endplatten 64, 65 und einer dazwischenliegenden
Reihe von ringförmigen
Polymerüberlauf- und
Bunterströmplatten 56, 58 und
ringförmigen
polymerfilmbildenden Sieben 60 gebildet, die in beabstandeter
paralleler Beziehung an ihren jeweiligen Umfängen über eine Reihe von sich axial
erstreckenden Polymerwischstäben 62,
die jeweils an den Endplatten 64, 65, Überlauf-
und Unterströmplatten 56, 58 und
Sieben 60 in gleichen Umfangsabständen darum herum befestigt
sind, integral miteinander verbunden sind. Ein zentraler axialer
Trägerschaft 66 erstreckt
sich von jeder Endplatte 64, 65 nach außen und
trägt den
Rührer 32 in
den Traganordnungen 34, wobei der von der Endplatte 65 am
Auslaßende
des Behälters 22 vorstehende
Schaft 66 verlängert
ist und sich somit zur Antriebsverbindung des Rührers 32 mit einem
geeigneten Antriebsmotor, der lediglich beispielhaft mit 68 angedeutet
ist, über
die entsprechende Traganordnung 34 hinaus erstreckt.
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Die Überlauf- und Unterströmplatten 56, 58 sind
entlang der gesamten Länge
des Rührers 32 alternierend
angeordnet, wobei unmittelbar neben der Endplatte 64 am
Einlaßende
des Behälters 22 eine Überlaufplatte 56 und
unmittelbar neben der Endplatte 65 am Auslaßende des
Behälters 22 eine
Unterströmplatte 58 angeordnet
ist. Zwischen jedem benachbarten Paar der Platten 56, 58 sind
Mehrfachsiebe 60 in verschiedener Anzahl angeordnet.
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Wie den 3 und 4A–4H zu entnehmen ist, ist
jede Überlaufplatte 56 bzw. 156, 256,
Y, 856 aus einem nicht perforierten plattenartigen ringförmigen Hauptkörper 70 ausgebildet,
der einen kreisförmigen Außenumfang
aufweist und eine konzentrische kreisförmige zentrale Öffnung 72 definiert,
in die ein ringförmiges
perforiertes Siebelement 74 mit relativ verringerter Dicke
koplanar mit dem Hauptringkörper 70 hineinragt
(siehe auch 5). Unter
Bezugnahme auf die 7A–7F ist jede Unterströmplatte 58 ganz analog
aus einem plattenartigen ringförmigen
Hauptkörper 76 ausgebildet,
der eine zentrale kreisförmige Öffnung 78 definiert,
in die sich ein ringförmiges
perforiertes Siebelement 80 erstreckt, wobei jedoch der kreisförmige Außenumfang
des Körpers 76 mit
einer Reihe von umfangmäßig über den
Körper 76 beabstandeten
gebogenen Einschnitten 82 ausgebildet ist. Der Außendurchmesser
der jeweiligen ringförmigen
Körper 70, 76 der Überlauf-
und Unterströmplatten 56, 58 ist
so gewählt,
daß er
dem Innendurchmesser der Behälterhülle 26 innerhalb
von verhältnismäßig engen
vorgegebenen Toleranzen sehr nahe kommt, so daß die Überlaufplatten 56 effektiv eine
Polymerabdichtung gegenüber
der inneren zylindrischen Wand der Hülle 26 bilden. Es
versteht sich, daß die
alternierende Anordnung der Überlauf- und
Unterströmplatten 56, 58 das
Polymer dazu veranlaßt,
einem gewundenen Strömungspfad
zu folgen, der alternierend über
den ringförmigen
Körper 70 und
durch die zentrale Öffnung 72 jeder Überlaufplatte 56 und
unter dem ringförmigen
Körper 76 und durch
die durch die bogenförmigen
Einschnitte 82 jeder dazwischenliegenden Unterströmplatte 58 gebildeten
Unterströmöffnungen
verläuft.
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Im Grunde genommen wird die Gesamtkammer 30 im
Behälter 22 durch
den Abstand zwischen jeder Überlaufplatte 56 und
der nächsten
nachfolgenden Überlaufplatte
56 im wesentlichen in eine Reihe von im allgemeinen voneinander
getrennten Kompartimenten unterteilt, in denen das Polymer beim
sequentiellen Durchströmen
der Kammer 30 von einem derartigen Kompartiment zum nächsten durch
die nachfolgenden Überlauföffnungen 72 vorübergehend gehalten
wird. Durch dieses serielle kompartimentierte Halten des Polymers
kann die Verweilzeit des Polymers in jedem aufeinanderfolgenden
Kompartiment relativ genau gesteuert werden, was wiederum die Steuerung
der Gesamtverteilung des Polymers entlang der Länge der Kammer 30 und
eine relativ genaue Steuerung der Viskositätszunahme des Polymers über die
seriellen Kompartimente ermöglicht. Die
durch die Platten 56, 58 erzielte Steuerung der gewundenen Über- und
Unterströmung
des Polymers fördert
an sich eine Polymerströmung
vom Pfropfentyp mit minimiertem Zurückströmen von Polymer in vorhergehende
Kompartimente.
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Wie für den Fachmann offensichtlich
ist, können
die spezielle Dimensionierung und Konstruktion der Überlauf-
und Unterströmplatten 56, 58,
insbesondere der Durchmesser der zentralen Öffnungen 72 der Überlaufplatten 56 und
die Form und Größe der Unterströmungseinschnitte 82 der
Untersrömplatten 58,
und die relative Beabstandung der Platten 56, 58 selbstverständlich von
Reaktor zu Reaktor und auch in einem gegebenen Reaktor wie erforderlich oder
gewünscht
gezielt variiert werden, um das Polymer dazu zu bringen, in einer
von verschiedenen Formen von gewundenen Pfaden al-ternierend über und unter
den jeweiligen Platten zu strömen
und dadurch eine verhältnismäßig genaue
Steuerung der Verweilzeit, Verteilung und Viskositätszunahme
des Polymermaterials beim Strömen
zwischen jeder Überlaufplatte
und der nächsten
nachfolgenden Unterströmplatte
zu erreichen.
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Beispielhaft und ohne Einschränkung wird bei
der in den Zeichnungen dargestellten besonderen Ausführungsform
der Reaktorvorrichtung 20 eine Anordnung von acht Überlaufplatten 56,
die mit acht Unterströmplatten 58 alternieren,
verwendet, beginnend mit einer ersten Überlaufplatte 56 in
geringem Abstand von der Endplatte 64 am Einlaßende der Kammer 30 und
abschließend
mit einer Unterströmplatte 58,
die von der Endplatte 65 am Auslaßende der Kammer 30 so
weit beabstandet ist, daß die
letzte Unterströmplatte 58 vor
der Bodenauslaßöffnung 42 im
Behälter 22 angeordnet
ist. Die Überlauf-
und Unterströmplatten 56, 58 sind
entlang der Länge
der Kammer 30 in gleichen Abständen voneinander angeordnet,
und nach dieser besonderen Ausführungsform
nimmt der Durchmesser der zentralen Öffnungen 72 in den Überlaufplatten 56 mit
jeder nachfolgenden Überlaufplatte 56 zu,
wohingegen der Durchmesser der zentralen Öffnungen 78 in den
Unterströmplatten 58 sowie
die Größe, Form,
Zahl und Beabstandung der Unterströmungseinschnitte 82 in
den Unterströmplatten 58 für die nachfolgenden
Unterströmplatten 58 konstant
sind, was alles aus der Darstellung der in den 4A–4H gezeigten einzelnen jeweiligen Überlaufplatten 156, 256, 356 usw.
und der in den 7A–7F gezeigten einzelnen jeweiligen Unterströmplatten 158, 258, 358 usw.
leicht ersichtlich ist. Durch diese besondere Dimensionierung und Anordnung
der Überlauf-
und Unterströmplatten 56, 58 wird
bewirkt, daß der
Strömungspfad
des Polymers mit der entsprechend allmählichen Zunahme der Viskosität des Polymers
bei der Fortbewegung entlang der Länge der Kammer 30 allmählich weniger gewunden
wird.
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Bei der besonderen dargestellten
Ausführungsform
ist auch ersichtlich, daß die
Siebe 60 mit allmählich
zunehmenden Abständen
angeordnet sind, wobei zwischen jedem benachbarten Paar der Überlauf-
und Unterströmplatten 56, 58 entlang
der Länge
der Kammer 30 von ihrem Einlaßende zu ihrem Auslaßende fortschreitend
weniger Siebe 60 angeordnet sind. Wie den Darstellungen
der einzelnen jeweiligen Siebe 160, 260, 360 usw.
in den 8A–8H zu entnehmen ist, variieren
die Siebe darüber
hinaus im Aufbau, der Form der darin vorgesehenen perforierten Öffnungen
und dem resultierenden Öffnungsverhältnis (d.
h. dem Betrag an gesamter offener Fläche, die durch die perforierten Öffnungen
in jedem Sieb definiert ist, im Verhältnis zu der von dem Sieb eingenommenen
Gesamtfläche). Im
Grunde genommen sind die Siebe 60 so angeordnet, daß sich der
Abstand voneinander und die gesamte offene Fläche, die von jedem einzelnen
Sieb 60 definiert ist, vom Einlaßende zum Auslaßende der Kammer 30 entsprechend
und im Verhältnis
zur Viskositätszunahme
des Polymers von einem Plattenkompartiment zum nächsten nachfolgenden Plattenkompartiment
entlang des Rührers 32 vergrößert.
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Im einzelnen sind beispielsweise
die im ersten Plattenkompartiment zwischen den Überlaufplatten 156, 256 angeordneten
Siebe 160, 260, 360 und 460 jeweils
aus einem plattenartigen flachen Planaren Körper 84 mit einer
zentralen Öffnung 85 und mehreren
eng beabstandeten kreisförmigen
Bohrungen 86, die axial durch den Körper 84 über praktisch seine
gesamte Oberfläche
gebohrt sind, ausgebildet, wobei die Größe der Bohrungen 86 von
den Sieben 160 zu den Sieben 460 zunimmt, wohingegen
die Zahl der Bohrungen 86 pro Sieb abnimmt. Siehe 8A–8D.
Die zwischen der Überlaufplatte 256 und der
nächsten
nachfolgenden benachbarten Unterströmplatte 258 angeordneten
Siebe 560 weisen eine zentrale Öffnung 89 auf und
sind als Gitter aus miteinander in gleichem Abstand und mit senkrechtem
Schnittwinkel verschweißten
Drähten 88,
die mehrere in linearen senkrechten Reihen angeordnete, quadratische
perforierte Öffnungen 90 definieren, ausgebildet.
Die restlichen Siebe 660, 760, 860 weisen
eine zentrale Öffnung 95 auf
und sind ebenfalls aus einem Gitter aus Drähten aufgebaut, aber in Form
einer Reihe von kreisförmigen
Drähten 92 mit zunehmendem
Durchmesser, die über
eine Reihe von linearen Drähten 94,
die radial zwischen den kreisrunden Drähten 92 in gleichen
Umfangsabständen
darum herum geschweißt
sind, konzentrisch koplanar verbunden sind und etwas trapezartige Öffnungen 96 definieren,
die wesentlich größer als
die quadratischen Öffnungen 90 der
Siebe 560 sind.
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Es versteht sich, daß die Siebe 60 beim
Betrieb der Reaktorvorrichtung 20 so funktionieren, daß sie kontinuierlich
mit einem Film aus dem Polymermaterial beschichtet werden, wenn
der Rührer 32 die Siebe 60 durch
die in jedem Plattenkompartiment enthaltene Masse von Polymermaterial
dreht, und dadurch die Filmbeschichtung aus dem Polymer auf jedem
Sieb 60 beim Drehen der beschichteten Teile der Siebe 60 durch
die oberen Bereiche der Kammer 30 voll-ständig
exponiert wird, wodurch das Ausdampfen von flüchtigen Substanzen aus dem
Polymer gefördert
wird. Zur Maximierung dieser evaporativen Polykondensationswirkung
ist es wichtig, daß die
Siebe 60 die Polymerbeschichtung in filmartiger Form halten,
was selbstverständlich
von der Viskosität
des Polymers und der speziellen Konstruktion jedes einzelnen Siebs
abhängt.
Das heißt,
daß bei
einem Polymer mit relativ hoher Viskosität das Polymer aufgrund seines
viskosen Charakters größere Perforationen
unter Erhaltung einer filmartigen Form überbrücken kann als ein Polymer mit
geringerer Viskosität.
Daher ist die angegebene Konstruktion und Anordnung der Siebe 160, 260, 360 usw.
so gewählt, daß die jeweiligen Öffnungsverhältnisse
der Siebe vom Einlaßende
zum Auslaßende
der Kammer 30 in Relation zu der von einem Plattenkompartiment
zum nächsten
erzielten Viskositätszunahme
des Polymers fortschreitend zunehmen.
-
Zur Maximierung der Gesamtverdampfung von
flüchtigen
Substanzen in der Kammer 30 ist es außerdem wünschenswert, daß die Siebe 60 so
eng wie möglich
voneinander beabstandet sind, ohne daß Polymerfilme auf benachbarten
Sieben 60 von einem Sieb zum nächsten überbrücken, was selbstverständlich von
der Polymerviskosität
und der damit verbundenen Oberflächenspannung
des Polymers abhängt.
Somit sind die Siebe 60, wie angedeutet, an dem Ende des
Rührers
32 im Einlaßende
der Kammer 30 am engsten voneinander beabstandet, wobei der
Abstand zwischen den Sieben 60 entlang der Länge des
Rührers
32 zum Auslaßende
der Kammer 30 hin allmählich
zunimmt. Siehe 1 und 2.
-
Wie bereits erwähnt, weist jede der Überlauf- und
Unterströmplatten 56, 58 in
ihren jeweiligen zentralen Öffnungen 72, 78 einen
zentralen perforierten Siebkreisring 74, 80 auf,
der genau wie die benachbarten Siebe 60 so funktioniert,
daß er
zur Verstärkung
des Ausdampfens von flüchtigen
Substanzen aus dem Polymer mit einem Polymerfilm beschichtet wird.
Wie bei den Sieben 60 variiert die spezielle Konstruktion
jedes Siebkreisrings 74, 80 so, daß die Siebe 74, 80 vom
Einlaßende
zum Auslaßende
der Kammer 30 hin in Relation zu der entsprechenden Viskositätszunahme
des Polymers entlang der Länge der
Kammer 30 mit fortschreitend zunehmender offener Fläche versehen
sind. Somit entspricht die spezielle Konstruktion der Siebkreisringe 74, 80 für jede jeweilige Überlaufund
Unterströmplatte 56, 58 der
der benachbarten Siebe 160, 260 usw. Daher haben
die Siebkreisringe 74 der Überlaufplatten 156, 256,
wie in den 4A–4H dargestellt, die Form
eines flachen plattenartigen Körpers,
der über
praktisch seine gesamte Oberfläche
mit mehreren eng beabstandeten kreisförmigen Bohrungen axial durchbohrt
ist, während
die restlichen Überlaufplatten 356, 456 usw. Siebkreisringe 74 in
Form eines Drahtgitters aus konzentrischen kreisförmigen Drähten, die
mit radialen Verbindungsdrähten
verschweißt
sind, aufweisen. Die erste Unterströmplatte 158 weist
ganz analog einen plattenartigen Siebkreisring 80 auf,
der mit eng beabstandeten kreisrunden Bohrungen durchbohrt ist,
und die zweite Unterströmplatte 258 weist
einen Siebkreisring 80 auf, der aus einem Drahtgitter aus senkrecht
verschweißten
linearen Drähten,
die quadratische perforierte Öffnungen
definieren, gebildet ist, wohingegen die restlichen Unterströmplatten 358, 458 usw.
einen Drahtgitterkreisring 80 aus konzentrischen kreisförmigen Drähten, die
mit radialen Verbindungsdrähten
verschweißt
sind, aufweisen, wie in den 7A–7F gezeigt.
-
Wie am besten in den 9–11 zu sehen ist, sind die
Endplatten 64, 65 des Rührers 32 als kreisförmige planare
Scheiben mit relativ größerer Dicke als
die Platten 56, 58 und ohne zentrale Öffnung ausgeführt und
dienen als konstruktiv abstützende
Elemente für
die gegenüberliegenden
Enden des Rührers 32.
Jede Endplatte 64, 65 ist mit mehreren Polymerdurchflußöffnungen 98,
die kreisförmig
mit gleichen Umfangsabständen
konzentrisch um die Achse der Endplatte 64 angeordnet sind,
ausgebildet, wobei jede zweite der Öffnungen 98 winklig
durch den Körper
der Endplatte 64, 65 in einer Winkelrichtung zur Achse
der Platte und die dazwischenliegenden Öffnungen 98 ganz analog
winklig durch den Plattenkörper
in der entgegengesetzten Winkelrichtung zur Plattenachse ausgebildet
sind. Durch die winklige Orientierung der Öffnungen 98 können die
Endplatten 64, 65 das Polymer effektiv durch die Öffnungen 98 "pumpen". Der äußere Umfang
der Endplatte 65 am Auslaßende
der Kammer 30 ist mit mehreren flachen bogenförmigen Einschnitten 100 ausgebildet, die
genau so wie die umfangmäßigen Unterströmungseinschnitte 82 der
Unterströmplatten 58 als Polymerunterströmöffnungen
funktionieren. Siehe 10 und 11. Darüber hinaus ist die äußere Endseite
der Auslaßendplatte 65 mit
mehreren Radialflügeln 102 ausgebildet,
die als Polymerwischblätter dienen
und fortschreitend Polymer von der benachbarten Innenfläche der
Auslaßendabdeckung 28 wischen
(siehe 11).
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Wie in den 1–11 zu sehen ist, handelt
es sich bei jedem der Polymerwischstäbe 62 um einen länglichen
linearen Stab mit rechteckigem Querschnitt, der in entsprechenden
rechteckigen Einschnitten montiert ist, die aufeinander ausgerichtet jeweils
in den äußeren Umfängen der Überlaufplatten 56,
Unterströmplatten 58,
Siebe 60 und Endplatten 64, 65 in nachlaufender
winkliger Beziehung zur Achse des Rührers 32 relativ zu
seiner Drehrichtung ausgebildet sind. Die Wischstäbe 62 sind
in den jeweiligen Einschnitten 104 in den Überlaufplatten 56, den
Unterströmplatten 58 und
den Endplatten 64, 65 enthalten, so daß die jeweilige
radial äußerste Kante jedes
Stabs 62 praktisch genau mit den jeweiligen äußeren Umfängen der
Platten und Endplatten fluchtet. Da die Siebe 60 jedoch
einen etwas kleineren Außendurchmesser
als die Platten 56, 58 und die Endplatten 64, 65 haben,
ragen die radial äußersten
Kanten der Wischstäbe 62 etwas über die äußeren Umfänge der
Siebe 60 hinaus. Die Wischstäbe 62 sind an den Überlauf-
und Unterströmplatten 56, 58 und den
Endplatten 64, 65 vorzugsweise durch kontinuierliche
Schweißnähte entlang
der Gänze
der jeweiligen darin vorhandenen Einschnitte 104 befestigt,
wohingegen die Wischstäbe 62 in
den in den Sieben 60 ausgebildeten Einschnitten 104 nur
an den radial äußeren Enden
derartiger Einschnitte 104 verschweißt sind, wobei die radial innersten
Ausdehnungen derartiger Einschnitte 104 in den Sieben 60 seitlich
vergrößert sind,
um einen Abstand 108 zwischen den Wischstäben 62 und
dem Körper
der jeweiligen Siebe 60 zu erzeugen, um das Ablaufen von
Polymer zwecks besserer Filmbildung und zur Verringerung jeglicher
Nei gung des Polymers, sich in derartigen Bereichen anzusammeln und
zu stagnieren, zu fördern.
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Auf diese Art und Weise bieten die
Wischstäbe 62 eine
nachlaufende Wischerkante 62=, die beim Drehen des Rührers 32 fortschreitend
und kontinuierlich Polymer aus dem Bodenbereich der Kammer 30 abzieht
und das Polymer wischerartig auf die innere zylindrische Wand der
Kammer 30 aufträgt
und dabei überschüssiges Polymer
abträgt,
so daß über praktisch
die gesamte zylindrische Innenwand der Kammer ein Film aus dem Polymer
aufrechterhalten wird. Die durch diese fortschreitende Wischwirkung
erzielte Filmbildung des Polymers dient zur weiteren Maximierung
der der Abdampfwirkung ausgesetzten Oberfläche des Polymers, um die Siebe 60, 74, 80 bei
der Förderung
der größtmöglichen
Polykondensation des Polymers zu unterstützen.
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Zur weiteren Verstärkung der
Wischwirkung der Stäbe 62 ist
es außerdem
bevorzugt, daß ausgewählte Stäbe 62 eine
Stange 106 aufweisen, die mit der äußeren Wischerkante 62= praktisch über die
gesamte Länge
jedes ausgewählten
Wischerstabs 62 verschweißt ist und etwas nach außen vorsteht
und so in relativ größere Nähe zur Innenwand
der Kammer 30 als die anderen Wischstäbe 62 kommt, wie in 6 gezeigt. Die Stange 106 ist
vorzugsweise aus einem Metall ausgebildet, das relativ weicher ist
als das Metall, aus dem die Behälterhüllenkonstruktion 26 angefertigt
ist, z. B. Nickel, so daß bei
unbeabsichtigtem Kontakt zwischen den Stangen 106 und der
Innenwand der Kammer 30 lediglich die Stange 106 verformt
wird und die Kammerinnenwand nicht zerkratzt oder anderweitig verunstaltet
wird.
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Es ist hervorzuheben, daß die Wischstäbe 62 die
jeweiligen Endplatten 64, 65, die Platten 56, 58 und
die Siebe 60 des Rührers 32 vereinigen,
ohne daß ein
zentraler axialer Schaft bereitgestellt werden muß, wie es
bei konventionellen Polymerpolykondensationsreaktoren üblich ist.
Durch das Fehlen des zentralen Schafts wird vorteilhafterweise das
Risiko einer potentiellen Ansammlung des Polymers darauf und der
sich daraus ergebenden Kon tamination des Polymers in der Kammer 30 ausgeschaltet.
Darüber hinaus
liefert das Fehlen des zentralen Schafts in Verbindung mit den ausgerichteten
zentralen Öffnungen
in den Platten 56, 58 und in den Sieben 60 eine relativ
große
axiale offene Fläche,
die sich zentral entlang der Länge
des Rührers 32 erstreckt
und durch die aus dem Polymer ausdampfende flüchtige Substanzen relativ ungehindert
zur Abzugsöffnung 44 strömen können. Hierzu
sind in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform die zentralen Teile
der durch die Siebkreisringe 74, 80 in den Platten 56, 58 definierten Öffnungen
und die durch die kreisförmigen
Siebe 60 definierte zentrale Öffnung koaxial ausgerichtet
und weisen weitgehend identische Innendurchmesser auf, wobei lediglich
die Außendurchmesser
der Siebkreisringe 74 der Überlaufplatten 56 (und
wiederum die jeweiligen Durchmesser der darin vorgesehenen zentralen Öffnungen 72)
entlang der Länge
des Rührers 32 variieren.
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Wie oben bereits erwähnt, ist
die Hülle 26 des
Reaktorbehälters 22 doppelwandig
aufgebaut, wie allgemein in 1 dargestellt,
und weist eine innere zylindrische Wand 26=, die die Verarbeitungskammer 30 definiert,
und einen äußeren zylindrischen
Mantel 26== mit etwas größerem Durchmesser
auf, der in konzentrischer Beziehung um die Innenwand 26= herum
durch daran angeschweißte und
sich radial dazwischen erstreckende Manteltragstäbe 110 getragen wird.
Durch den dadurch zwischen der Innenwand 26= und dem Außenmantel 26==
der Behälterhülle 26 geschaffenen
Ringraum kann vorteilhafterweise ein Wärmeaustauschmaterial befördert werden,
durch welches das Polymer durch Entzug von überschüssiger Wärme abgekühlt und/oder alternativ zusätzlich erhitzt
werden kann.
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Insbesondere zeigt 12 beispielhaft und ohne Einschränkung eine
bevorzugte Anordnung der Manteltragstäbe 110 unter Ausbildung
von drei separaten ringförmigen
Wärmeaustauschzonen 112, 114, 116,
die entlang der Länge
des Behälters 22 hintereinander
angeordnet und zwischen axial beabstandeten parallelen Manteltragstäben 110=
in Form von nicht perforierten Zonenteilerwänden, die sich zwischen der
Innenwand 26= und dem Außenmantel 26==
an den axialen Grenzen der Wärmeaustauschzonen
radial erstrecken, definiert sind. In jeder Wärmeaustauschzone 112, 114, 116 ist
eine Reihe von Manteltragstäben
110== beabstandet und parallel angeordnet, die als Strömungsregelungswände dienen
und jeweils mit einer Umfangsöffnung 118 (s. 1) ausgebildet sind, an
der sich Strömungsumleitwände 110===
winklig zwischen benachbarten Strömungsregelungswänden 110==
erstrecken.
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Auf diese Art und Weise definieren
die Strömungsregelungswände 110==
in Verbindung mit den Strömungsumleitwänden 110===
einen kontinuierlichen Strömungspfad
für Wärmeaustauschmaterial, der
sich im wesentlichen spiralförmig
von einem axialen Ende jeder Wärmeaustauschzone
zu deren anderem axialen Ende ringförmig erstreckt. Am Außenmantel
26== der Behälterhülle 26 sind
an den jeweils gegenüberliegenden
axialen Enden jeder Wärmeaustauschzone 112, 114, 116 düsenartige
Einlaß- und
Auslaßleitungen 120 befestigt,
die in die gegenüberliegenden
Enden des darin definierten Strömungspfads
münden
und zur Beförderung
von Wärmeaustauschmaterial
in jede Zone und zum Abführen
von Wärmeaustauschmaterial
aus jeder Zone dienen.
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Wie für den Fachmann leicht ersichtlich
ist, kann die tatsächliche
Strömungsrichtung
des Wärmeaustauschmaterials
in jeder Zone 112, 114, 116 so gewählt werden,
daß der
Gesamtwärmeaustauschstrom
entweder in der gleichen Richtung wie der Polymerstrom im Behälter 22 oder
in dazu entgegengesetzter Richtung fließt, je nachdem, ob und in welchem
Ausmaß eine
Erwärmung
oder Abkühlung
des Polymers im angrenzenden Bereich der inneren Verarbeitungskammer 30 gewünscht ist.
So kann es beispielsweise insofern, als das durch die Einlaßöffnung 38 in
das Einlaßende
der Kammer 30 eintretende relativ niedrigviskose Polymer
in der Regel eine niedrigere Temperatur als das bereits in der Verarbeitung in
der Kammer 30 befindliche Polymer aufweist, wünschenswert
sein, Wärmeaustauschmaterial
mit relativ erhöhter
Temperatur in der benachbarten Wärmeaustauschzone 112 so
umzuwälzen,
daß es
in der gleichen Gesamtrichtung wie der Polymerstrom in der Kammer 30 ringförmig und
spiralförmig
um die Kammer 30 strömt,
um eine schnellere Erwärmung des
Polymers auf seine Soll- Verarbeitungstemperatur
zu bewirken, wohingegen es in der Regel wünschenswert wäre, ein
relativ kälteres
Wärmeaustauschmaterial
durch die dem Auslaßende
des Behälters
benachbarte letzte Wärmeaustauschzone 116 in
insgesamt spiralförmiger
Richtung entgegen der Richtung des Polymerstroms im Behälter zu
befördern,
um das Polymer in dem angrenzenden Bereich der Kammer 30 abzukühlen, um
eine mögliche Überhitzung
und einen möglichen
Abbau des Polymers zu verhindern. In der dazwischenliegenden Wärmeaustauschzone 114 kann
der Wärmeaustauschstrom
in jeder der beiden Richtungen erfolgen, da die besonderen Verfahrensbedingungen
eine Erwärmung
oder Abkühlung
des Polymers erforderlich machen können.
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Wie für den Fachmann leicht ersichtlich
ist, kann man zur Beförderung
durch die jeweiligen Wärmeaustauschzonen
praktisch jedes geeignete Wärmeaustauschmaterial
verwenden, wobei ein hochsiedendes Material auf Phenolbasis, wie
die unter dem Markenzeichen DOWTHERM von der Firma Dow Chemical
Corporation vertriebene Wärmeaustauschflüssigkeit,
besonders bevorzugt ist.
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Durch die durch selektiven Betrieb
der Wärmeaustauschzonen 112, 114, 116 in
Verbindung mit der oben beschriebenen neuen Konstruktion des Rührers 32 erzielte
Polymertemperaturregelung kann der Behälter 22 der erfindungsgemäßen Reaktorvorrichtung
vorteilhafterweise mit wesentlich größerem Durchmesser und größerer Länge angefertigt werden,
als in bekannten Polykondensationsreaktoren üblicherweise praktisch möglich war,
wodurch die Gesamtverarbeitungskapazität des erfindungsgemäßen Reaktors
wesentlich größer ist
als bei bekannten herkömmlichen
Reaktoren.
-
Die Größeneinschränkungen bei bestehenden Reaktoren
ergeben sich im Grunde genommen aus einer Kombination mehrerer Faktoren.
Zur Erzielung einer Gesamterhöhung
der Prozeßkapazität ist es
notwendig oder zumindest wünschenswert,
die Drehgeschwindigkeit des Rührers
mit zunehmender Größe des Behälters und
des Rührers
im wesentlichen gleich zu halten, wobei jedoch die entsprechende
Erhöhung
der zum Antrieb eines vergrößerten Rührers benötigten Leistung
notwendigerweise im allgemeinen entsprechend mehr Wärme in dem
zu verarbeitenden Polymer erzeugt, wodurch sich Probleme hinsichtlich übermäßiger Erwärmung und
Abbau des Polymers ergeben. Stillstehende Bereiche in der Polymerverarbeitungskammer
und damit einhergehende Probleme hinsichtlich der Erzielung einer einheitlichen
Polymerviskosität
und Verhinderung von Polymerkontamination können bei Erhöhung der Behältergröße verstärkt auftreten.
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Demgemäß kann die erfindungsgemäße Reaktorvorrichtung
im Gegensatz zu herkömmlichen Reaktoren,
bei denen beträchtliche
Erhöhungen
der Reaktorkapazität
ohne potentielle Beeinträchtigung der
Polymerqualität
schwierig oder unmöglich
zu erzielen waren, in wesentlich größerer Größe und Prozeßkapazität als herkömmliche
Reaktoren ausgeführt
sein und zugleich sogar Verbesserungen der Polymerqualität ermöglichen.
Durch die neue Konstruktion des Rührers ohne zentralen Schaft
wird das Risiko der Polymerkontamination aufgrund von stillstehenden
Bereichen im Polymer minimiert, die Trägerung der filmbildenden Siebe
in engerem Abstand zueinander als bei Rührern mit zentralem Schaft
ermöglicht,
wodurch das Abdampfen von flüchtigen Substanzen
in einem gegebenen Kammervolumen maximiert wird, und auch ein freieres
Strömen
und ein schnellerer Abzug von abdampfenden Dämpfen aus der Prozeßkammer
gefördert.
Die Konstruktion des Rührers
ermöglicht
auch die Aufrechterhaltung von engeren Toleranzen zwischen dem Umfang
des Rührers
und der inneren zylindrischen Wand des Behälters 22, insbesondere
zwischen der Behälterwand und
den Wischstäben 62 und
fördert
so eine mehrfache Polymerwischwirkung bei jeder Umdrehung des Rührers, was
den doppelten Vorteil der Förderung
einer schnelleren Abgabe von flüchtigen
Substanzen sowie Wärme
aus dem Polymer erbringt und auch das Ausmaß nicht gewischter Oberflächen im
Behälter
auf ein Minimum reduziert. Die durch den doppelwandigen Aufbau der
Behälterhülle 26 mit
mehreren voneinander getrennten Wärmeaustauschzonen mögliche relativ
genaue Temperaturregelung fördert eine
schnellere Abfuhr von überschüssiger Wärme aus
dem Polymer, die mit der größeren Kapazität der Vorrichtung
einhergeht, und gewährleistet
dadurch, daß die
durch die neue Rührerkonstruktion
erzielten Qualitätsverbesserungen
nicht durch überhitzungsbedingten
Polymerabbau in schädlicher
Weise wieder wettgemacht werden.
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Zur weiteren Unterstützung der
Regelung der Polymertemperatur in der Verarbeitungskammer 30 der
erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 sind
an der Unterseite der Behälterhülle 26 bei
jeder Wärmeaustauschzone 112, 114, 116 nichtinvasive
Temperatursensoren montiert, mit denen die Polymertemperatur in
jeder Zone direkt gemessen werden kann, ohne die Prozeßkammer 30 konstruktiv
zu stören. Wie
am besten in 13 zu sehen
ist, ist an jeder Temperaturmeßstelle
entlang des Behälters 22 eine sich
zwischen der Innenwand 26= und dem Außenmantel 26== der Behälterhülle 26 erstreckende
ringförmige
Montiernabe 122 zum Aufnehmen und Tragen eines Temperatursensors 126,
vorzugsweise in Form eines Infrarot-Wärmeemissionssensors,
abgedichtet an einer Fensteröffnung 124 in
der Innenwand 26= zur genauen Messung der Polymertemperatur direkt
aus dem Polymer im angrenzenden Bereich der Kammer 30 befestigt.
Jeder Temperatursensor 126 ist vorzugsweise mit einer Hauptsteuerung
für die
Reaktorvorrichtung 20, bei der es sich um einen Computer
oder eine andere programmierbare Steuerung auf Mikroprozessorbasis
handeln kann, verbunden, wodurch die Temperaturmessungen zur Einleitung
von programmierten Variationen des Betriebs der Wärmeaustauschzonen 112, 114, 116 oder
zur Steuerung von verwandten Funktionen der Reaktorvorrichtung 20 verwendet
werden können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch mit
einem Mittel ausgestattet mit dem das Polymerniveau in der Prozeßkammer 30 an
einer oder mehreren Stellen entlang der Länge des Behälters 22 detektiert
und wiederum zur Steuerung des Polymereintrags und Baustrags in
den und aus dem Behälter 22 oder
einer anderen geeigneten Variable oder eines anderen geeigneten
Parameters des Prozeßbetriebs der
Reaktorvorrichtung 20 verwendet werden kann. Insbesondere
verwendet man in der Polymerniveaudetektionsanordnung, wie in 14 gezeigt, eine Projektionseinrichtung,
die repräsentativ
mit 128 bezeichnet ist und durch die eine Quelle einer
vorgegebenen Menge Kernstrahlung von einer lateral an die Unterseite
des Behälters 22 angrenzenden äußeren Stelle
in einer im allgemeinen radialen Richtung durch den Behälter 22 zu
einem an der gegenüberliegenden
oberen äußeren Seite
des Behälters 22 angeordneten
Strahlungsdetektor 130 quer nach oben projiziert wird.
Der Strahlungsprojektor 128 und der Detektor 130 stehen über eine
Leitung 132 mit der Zentralsteuerung der Reaktorvorrichtung 20 (oder
einer anderen geeigneten Steuereinrichtung) in Wirkverbindung, welche
darauf programmiert ist, die Dicke des Polymers in der vertikalen
Ebene in der Kammer 30, durch die die Strahlung projiziert
wird, als mathematische Funktion der Differenz zwischen der bekannten
vorgegebenen Stahlungsmenge, die vom Projektor 128 abgegeben
wird, und der vom Detektor 130 tatsächlich empfangenen und detektierten
Strahlungsmenge zu berechnen, wobei die von der Konstruktion des
Behälters 22 abgelenkte
oder absorbierte Strahlung durch Extrapolation berücksichtigt wird.
Vorzugsweise ist eine wie oben beschriebene Polymerniveaudetektionsanordnung
an zwei oder mehr beabstandeten Stellen entlang der Länge des Behälters 22 angeordnet,
darunter zumindest an das Einlaß-
und das Auslaßende
des Behälters
angrenzende Stellen.
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Es ist daher für den Fachmann leicht ersichtlich,
daß die
vorliegende Erfindung einen breiten Nutzungs- und Anwendungsbereich
aufweist. Zahlreiche andere Ausführungsformen
und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung als die hier beschriebenen sowie
zahlreiche Variationen, Modifikationen und äquivalente Anordnungen gehen
aus der vorliegenden Erfindung und ihrer vorhergehenden Beschreibung
hervor oder werden davon durchaus nahegelegt, ohne den Grundgedanken
oder den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Demgemäß versteht
es sich, daß die
vorliegende Erfindung hier zwar anhand ihrer bevorzugten Ausführungsform
näher beschrieben
wurde, die vorliegende Offenbarung jedoch die vorliegende Erfindung
nur beispielhaft erläutert
und lediglich zwecks Bereitstellung einer vollständigen und ausführbaren
Offenbarung der Erfindung erfolgt. Die obige Offenbarung soll die
vorliegende Erfindung nicht einschränken oder anderweitig irgendwelche
derartigen Ausführungsformen,
Abwandlungen, Variationen, Modifikatio nen und äquivalenten Anordnungen ausschließen, wobei die
vorliegende Erfindung lediglich durch die hierzu beigefügten Ansprüche und
deren Äquivalente
beschränkt
ist.