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Vorrichtung zur kontinuierlichen Polykondensation von
Diolestern der Terephthalsäure
Es ist bekannt, dass die Herstellung von Polyäthylenterephthalat in zwei Reaktionsstufen durchgeführt wird. Durch Umesterung von Dimethylterephthalat mit Äthylenglykol erhält man Diglykolterephthalat, welches unter Glykolabspaltung polykondensiert. Aus verschiedenen Gründen werden die beiden Reaktionen - Umesterung und Polykondensation - im allgemeinen in zwei Stufen durchgeführt. Diese beiden Stufen können unmittelbar aufeinanderfolgen, so z.
B. in einer einzigen Apparatur durchgeführt werden, deren Konstruktion eine Behandlung des Reaktionsgutes unter unterschiedlichen Bedingungen möglich macht. Beispielsweise können Rohrsystem eingesetzt werden, welche von der Reaktionsmasse nacheinander durchlaufen werden, wobei diese zuerst abwärts, dann wieder aufwärts strömt usw. Die Temperaturen in den einzelnen Rohren des Systems können unterschiedlich sein, d. h. sie werden in Strömungsrichtung ansteigen.
Ausserdem ist es auch möglich, die bei der Reaktion entstehenden flüchtigen Verbindungen, wie Methanol und Glykol, getrennt abzufuhren und gegebenenfalls zu Beginn der Polykondensation einen geeigneten Katalysator zuzusetzen. Um in solchen Vorrichtungen zu einem einheitlichen Polymeren zu kommen, ist es selbstverständlich notwendig, die Apparatur so zu konstruieren, dass für jede Reaktion genügend Zeit zur Verfugung steht, so dass sie vollständig ablaufen kann.
Es ist klar ersichtlich, dass bei allen Vorteilen, die das Arbeiten mit einem"vollkontinuierlichen"Aggregat bietet, derartige Vorrichtungen einer sehr genauen Steuerung bedürfen und infolgedessen sehr anfällig sind.
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kondensat sofort an die Spinnapparatur abgegeben werden kann, ist jedoch auch dann möglich, wenn man in einer gesonderten Stufe hergestelltes Diglykolterephthalat fortlaufend in eine Polykondensationszone bringt und aus ihr das Polymere in entsprechenden Mengen abzieht.
Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die sich mit der Lösung der bei einem solchen Prozess auftretenden Probleme beschäftigen. Ein solches Problem ist beispielsweise die Entfernung der bei der Polykondensation abgespaltenen flüchtigen Bestandteile. Zu Beginn der Reaktion ist die Abspaltung von Glykol besonders heftig. Da die Reaktionsmasse bei der angewendeten Temperatur dünnflüssig ist, kann das Glykol leicht entweichen und abgeführt werden. Anderseits jedoch tritt bei diesen erhöhten Temperaturen und vermindertem Druck leicht ein heftiges Schäumen der Reaktionsmasse auf, das als nachteilig anzusehen ist. Je weiter die Umsetzung fortschreitet, umso viskoser wird die Reaktionsmasse und umso schwieriger ist die Entfernung der flüchtigen Produkte. Man kann durch Verwendung von Rührern die Verdampfunggeschwindigkeit vergrössern.
Am besten bewährt haben sich hier nahezu horizontal angeordnete röhrenför- mige Gefässe. die durch Überlaufwehre unterteilt sind, in welchen ein oder zwei Fingerrührer bewegt werden. Die Rührer sind fest auf einer einzigen, durch die gesamte Vorrichtung hindurchgehenden Achse montiert und bewegen die in den einzelnen Abteilen befindlichen Anteile der Reaktionsmasse und befördern diese gleichzeitig weiter. Durch geeignete Ausbildung der Rührerfinger und Anordnung der Rührer innerhalb des Reaktionsgefässes kann man dafür Sorge tragen, dass ständig dünne Schichten der polykondensierenden Reaktionsmasse gebildet werden, aus denen die flüchtigen Bestandteile leicht entweichen können.
Ausser Glykol werden auch Diglykolterephthalat und oligomere Bestandteile verdampft bzw. hochgerissen die eine anschliessende Reinigung des Glykols erforderlich machen und ausserdem dem Prozess verlorene-
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hen. Diese Nachteile treten vor allen Dingen auf, wenn man unter vermindertem Druck arbeitet. Ander- seits ist jedoch nur eine solche Arbeitsweise in wirtschaftlich vertretbaren Zeiten interessant.
Schwierigkeiten ergeben sich bei den geschilderten kontinuierlich arbeitenden Apparaturen weiterhin dadurch, dass sich die niedermolekularen Anteile in den unbeheizten Rohrleitungen zum Vakuumaggregat in fester From absetzen und diese Leitungen verstopfen. Diesmachtnach relativ kurzen Zeitabständen eine mechanische Reinigung der Vorrichtungsteile erforderlich, so dass sich Unterbrechungen des kontinuierli- chen Prozesses nicht vermeiden lassen.
Es wurde nun gefunden, dass die vorher-geschilderten Nachteile bzw. Schwierigkeiten bei einer Vor- richtung zur Polykondensation von Diolestern der Terephthalsäure nicht auftreten, die in bekannter Weise aus einem gegen die Horizontale leicht geneigten, durch Wehre in verschiedene Kammern unterteilten Re- aktionsrohr besteht, welches über eine Trennsäule mit einer Vakuumpumpe in Verbindung steht.
Während es mit allen bisher bekannten Vorrichtungen nicht möglich war, einen kontinuierlichen Be- trieb bei zweckdienlichen Vakuumbereichen von 20 bis 10 Torr bzw. 0,5 Torr durchzuführen, gelingt es, mit der erfindungsgemässen Apparatur wochenlang ohne Störung zu arbeiten. Die Trennsäule ist mit keramischen Füllkörpern vorzugsweise mit glasierten Sattelringen beschickt und in Stufen derart beheizt, dass sämtliche von verdampfenden Glykol mitgerissenen monomeren und oligomeren Bestandteile zurückflie- ssen, während anderseits am Fusse der Kolonne praktisch kein flüssiges Glykol mehr festzustellen ist. Zweckmässig wird die Trennsäule so angeordnet, dass die zurückgeleiteten Monomeren bzw. Oligomeren in die erste Kammer des Reaktionsrohres zurücklaufen.
Die Verwendung glasierter Sattelringe empfiehlt sich, da diese Körper nur punktförmige Berührung miteinander haben, so dass keine toten Räume vorhanden sind, in denen eine Nachkondensation erfolgen kann. Eine solche Nachkondensation, d. h. die Bildung von Polymeren in der Trennsäule, würde zu empfindlichen Störungen führen, weil Polymere, die sich zwischen den Füllkörpem festsetzen könnten, bei den hohen Temperaturen zersetzt und in den Reaktionsraum zufliessen würden. Sie würden Verfärbungen des Polyesters hervorrufen.
Die in der erfindungsgemässen Vorrichtung hergestellten Polymeren zeichnen sich durch gleichmässig gute physikalische Eigenschaften aus, so dass sie unmittelbar an diespinnapparaturen abgegeben werden können. Der Abtransport des Polyäthylenterephthalats muss wegen des im Reaktionsrohr herrschenden Vakuums mittels einer Förderschnecke durchgeführt werden.
An Hand der Zeichnung wird die schematisch dargestellte Vorrichtung erläutert :
Das gegen die Waagrechte leicht geneigte Reaktionsgefäss 2, in welches durch die Zuleitung 1 das Umesterungsprodukt, d. h. Diglykolterephthalat zugespeist wird, ist mit einem Rührer 3 ausgestattet, welcher auf einer durchgehenden Achse eine Mehrzahl von Rührflügeln aufweist, von denen jeder in einer Kammer des Reaktionsgefässes läuft. Das Kondensat wird durch eine am Ende des Reaktionsraumes angeordnete Förderschnecke 4 ausgetragen und von der Pumpe 5 durch die Leitung 6 weiter transportiert.
Das Reaktionsgefäss 2 ist ferner mit einer Trennsäule 7 ausgestattet, welche mit Sattelringen beschickt ist. Oberhalb der Trennsäule 7 wird zweckmässig ein Rückflusskondensator 8 eingesetzt. Während die Mo- nomeren bzw. niedermolekularen Reaktionsprodukte durch die Trennsäule in den Reaktionsraum zurückfliessen, wird das Glykol abgeführt. Zweckmässig umgibt man die Leitung 9 mit einem Kühlmantel, um eine Kondensation des Glykols herbeizuführen. Die Leitung 9 führt zu den Auffanggefässen für das Glykol und zu einer Vakuumpumpe 10 (nicht dargestellt).