CH325087A - Verfahren und Einrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines Aminoplasten - Google Patents

Description

  <B>Verfahren und Einrichtung zur</B>     kontinuierlichen   <B>Herstellung</B> eines     Aminoplasten       Die vorliegende     Erfindung    betrifft. ein  Verfahren und eine Einrichtung zur     konti-          nui.erliehen    Herstellung eines noch nicht       auskondensierten,    jedoch auf saure Sub  stanzen durch     Auskondensieren    ansprechen  den     Aminoplasten.     



  Das Verfahren ist .dadurch gekennzeich  net,     da.ss    das     Harnstoff        uncI    Formaldehyd  enthaltende flüssige     Ausgangsmaterial    unter  Überdruck in     reäelba.rer    Menge durch ein  Reaktionsgefäss geleitet wird, in welchem es  zunächst von Normaltemperatur auf eine be  stimmte     Höchsttemperatur    erhitzt wird und  dann in einen     Grossoberflächenv        erdampfer     eintritt, den es unter der Einwirkung von       Thioharnstoff    durchläuft, .dabei von Bezirken  mit.

   Höchsttemperatur zu solchen von gerin  gerer Temperatur strömend, und an dessen  Ende das     Reaktionsgemisch    in regelbarer  Menge aus dem Reaktionsgefäss austritt, von  wo aus es über einen Flächenkühler geleitet       Lind    dort unter Atmosphärendruck auf Nor  maltemperatur .abgekühlt wird, wobei die       Verweilzeit    in dem Reaktionsgefäss wegen der  rasch fortschreitenden     Polykondensation    nur  einige Minuten beträgt und die     Poly        konden-          sat.ion    durch den     Flä.ehenkühler    in einem  Stadium zum Stillstand gebracht.

       wird,     in dem das entstandene     Produkt    an sich  zwar beständig, aber gegen geringe Mengen       saurer    Substanzen so empfindlich ist, dass  unter deren Einwirkung die unterbrochene  Polykondensation bei Normaltemperatur und    Atmosphärendruck rasch bis zur     völligen          Aushärtung        fortschreitet.     



  Die Einrichtung zur Durchführung des  Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass  das flüssige Ausgangsmaterial über einen Zu  flussregler von unten her einem zylindrischen,  senkrecht stehenden, innen unter Überdruck  stehenden Reaktionsgefäss zugeführt wird,  und zwar dem ringförmigen Raum, der zwi  schen der Aussenwandung des Reaktions  gefässes,     durch    welche hindurch von einer an  ihrer Aussenseite angebrachten regelbaren       Heizvorrichtung        Wärme    ins Gefässinnere ab  gegeben     -wird,    und     einem        als    Grossoberflächen  verdampfer dienenden     innern.    Verdampfer  zylinder vorhanden     ist,

      welcher     Verdampfer-          zylin.der    sich koaxial im Reaktionsgefäss von  dessen Bodenplatte bis in die Nähe von dessen  oberem Deckel erstreckt, wo er einen hori  zontalen Rand bildet, über den das ausser  halb des     Verdampferzylinders    unter Erwär  mung hochsteigende flüssige     Reaktionsgemisch     überfliesst und dann unter Temperatur  verlust durch eine längs der     Verdampferzy-          linderinnenwand    sich     schraubenlinienförmig     nach unten hinziehende offene Rinne rinnt,

    und dass das Reaktionsgemisch am untern  Ende des     Verdampferzy    lindern aus dem     Re-          aktionsgefäss    über eine den Abfluss     regelnde     Vorrichtung abfliesst zum     Flächenkühler.     



  Es sind seit langer Zeit Verfahren und  Einrichtungen zur Herstellung von Kunst  harzen     aus    Harnstoff und Formaldehyd be-           kannt,    wenngleich .die Theorie dieser Art  von Harzbildung noch nicht völlig geklärt  ist. Es wird heute jedoch angenommen, dass  es sich dabei um einen     Polykon.densations-          v        organg    handelt und nicht wie bei vielen an  dern Kunststoffen, um eine     Polymerisations-          reaktion.    Bei den     Ca.rbamidharzen,    die zur       Gruppe    der sogenannten     Aminoplaste    ge  hören,

   erfolgt nach heutiger Kenntnis die  Harzbildung in drei Phasen, und zwar der:  Phase     A.    = Bildung kristalliner     Methy        lol-          verbindungen;     Phase B = Kondensation zu löslichen oder       dispergierbaren,    linearen, ver  zweigten oder     zyklischen    Mole  külen;  Phase C = Entstehung von zwei- bis     drei-          In    zu harten unlöslichen und       unsehmelzbaren    Produkten.  



  Bei den bekannten Verfahren der Harz  erzeugung aus Harnstoff und Formaldehyd  wird eine als     Ausgangsmaterial    dienende  Harnstoff -Formaldehyd -Lösung bei etwa.  90  C mehrere Stunden lang am     Rüekfluss     erhitzt., was eine     Ausbeute    von etwa 60 bis       7011/o    ergibt. Das Endprodukt,     Carbamidha.rz     genannt, weist aber meist einen unangeneh  men     FormaldehydgeiLich    auf.

   Ausserdem be  wirkt der komplizierte     Herstellungsprozess,     der bisher nicht kontinuierlich gestaltet wer  den konnte, und die relativ geringe Ausbeute  eine     Verteuerung    des Endproduktes, die  dessen Anwendung hinderlich im     N%'ege    steht.  



  Diese Nachteile der bisherigen     Erzeu-          gungsmethoden    und ihres Endproduktes sol  len durch das Herstellungsverfahren und die  Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfin  dung beseitigt werden. Die kontinuierliche  Erzeugung nach diesem Verfahren ergibt. ein  an sieh beständiges     Carbamidharz,    welches       durch    saure Stoffe oder Wärme zum     Aus-          härten    gebracht und den     verschiedensten     Anwendungen leicht angepasst werden kann.

    Die kontinuierliche     Erzeugung    soll ferner  eine stark verkürzte     Prozessdauer,    eine hohe    Ausbeute bis zu     9011/9    ermöglichen und dem  entsprechend billig sein.  



  Das Verfahren und die Einrichtung ent  sprechend der vorliegenden Erfindung ist  nachstehend an Hand der Zeichnung bei  spielsweise beschrieben, die ein vereinfachtes  Schema der Einrichtung wiedergibt.  



  Es wird ein flüssiges Ausgangsmaterial  verwendet, bei dem die Komponenten     Harn-          toff    und Formaldehyd dominieren.     Ausser-          s   <B>s</B>  dem enthält es bereits den     Thioharnstoff    so  wie eventuell Melanin.  



  Dieses flüssige Ausgangsmaterial 1 be  findet sich in einem Behälter 2, aus dem es  durch eine     Flüssigkeitspumpe    3 über das Sieb  5 und die Leitung 4     lierausgesau.gt    und dem       Zuflussregler    6 unter     Überdruck    zugeführt  wird. Dieser     Zufluss.regler    6     bemisst    die über  die Leitung 7 dem     Reaktionsgefäss    8 unter       hberdruck        zufliessende    Menge an Ausgangs  material und ist mit Druck- und Mengen  anzeigevorrichtungen 9 bzw. 10 ausgerüstet.  Die von der Pumpe 3 geförderte: über  schüssige Flüssigkeitsmenge läuft über die  Leitung 11 in den Behälter 2 zurück.

   Das  Reaktionsgefäss 8 besteht. in der dargestellten  beispielsweisen     Konstruktion    aus einem unten  geschlossenen, zylindrischen,     senkrecht    stehen  den Behälter     1\?,    der durch einen Deckel 13  luftdicht und     diackfest    abgeschlossen ist. Im  Innern dieses Behälters 12, 13 ist ein Gross  oberflächenverdampfer in Form eines koaxial  angeordneten Rohres     1-1    vorgesehen, zwischen  dessen Aussenwand und der Innenwand des  zylindrischen     Behälters    12 ein ringförmiger  Raum 1:3 gebildet wird, in den das flüssige  Ausgangsmaterial 1 kontinuierlich von unten  her über die Leitung 7 einströmt.

   Der     Ver-          danipferzylinder        1.1    erstreckt sich vom Boden  des Behälters 1? bis nahe an dessen Deckel  13 und bildet dort. einen horizontalen Rand  16, über den die ausserhalb des Verdampfer  zylinders 14 hochsteigende Flüssigkeit über  fliesst und in das Innere des     Verdanipfer-          zylinders    14     gelangt.     



  Die im     ringförmigen    Raum 15 hochstei  gende Flüssigkeit wird dabei kontinuierlich  von Normaltemperatur bis auf eine. bestimmte           Höchsttempera.tur    erhitzt, infolge der auf die  Aussenwand des Behälters 12 einwirkenden       IIeizeinrichtung    17. Diese besteht hier bei  spielsweise aus einem ölgefüllten, den Behäl  ter 12 allseits umgebenden ringförmigen  Raum 18, in dem sich eine     Vielzahl    von     Heiz-          elementen    19, vorzugsweise elektrischen     Heiz-          elementen    befindet, die über die Leitung 20  gespeist. werden.

   Eine     Tümperaturmesseinrich-          tung    21 für den     Ölmantelraum    ist vorhanden  und durch die Leitung 22 mit einem automa  tischen     Thermoregler    23 verbunden, der eine  weitere Temperaturanzeige über die Leitung  24 aus dem     Innenraum    des Reaktionsgefässes  8 erhält und die Heizeinrichtung 17 derart.  steuert, dass die Temperatur im Reaktions  gefäss einen bestimmten     Höchstwert,    vorzugs  weise 140 bis     7.50     C, nicht überschreitet.  



  Das im Ringraum 15 ausserhalb des V     ,er-          dampferzylinders    14 nach oben steigende  Ausgangsmaterial besitzt. bereits,<B>je</B> nach       Durehsatzmenge,    eine mehr oder weniger  lange Zeitperiode vor dem Erreichen des  Randes 16 die vorgeschriebene Höchsttempe  ratur. Mit. dem     Cberfliessen    über den Rand 16  tritt die auf die Höchsttemperatur erhitzte  Flüssigkeit in den     Grossoberflächenverdamp-          fer    14 ein, rinnt an dessen Innenwand nach  unten und gelangt in eine oben offene Rinne  die sieh längs der Innenseite des     Ver-          dampferzylinders    14 schraubenlinienförmig  nach unten hinzieht.

   In dieser offenen Rinne  25, die den wesentlichen Teil des     Grossober-          Flächenverdampfers    darstellt, ,erfolgt unter  der     Einwirkung    des im Reaktionsgefäss kon  stant. gehaltenen     Überdruckes,    vorzugsweise  etwa 4 atü, und der Temperatur, die beim       :

  lbwärtsfliessen    sinkt, die     Polykondensations-          reaktion,    die derart rasch vor sich geht, dass  die am untern Ende des     Verdampfer7ylinder-          innenraumes    sieh sammelnde Flüssigkeit 26  bereits das     erwünschte        Carbamidharz    enthält-,

    das über den Rohrstutzen '7 und den     Aus-          trittsregler    28 das Reaktionsgefäss 8     verlä.sst.     Das im     Grossoberfläeheriverdampfer    ent  stehende     Dampfgemiseh    wird über ein regel  bares     Auslassv        entil    29 und die Leitung 30 aus  dem Reaktionsgefäss abgeführt und     verwertet,       wie noch beschrieben     werden    wird. Die,     Ver-          weilzeitdes    Reaktionsgemisches im Reaktions  gefäss 8 beträgt wegen der rasch fortschrei  tenden Polykondensation bloss einige Minu  ten.

   Für die richtige Wirkung des Prozesses  ist von Wichtigkeit,     dass    das Niveau des       Carbamidharzes    26     im    untern Teil des Gross  oberflächenverdampfers 14 innerhalb vor  gegebener     Grenzen    konstant gehalten wird.  Dies gewährleistet ein automatisch wirken  der     Niveauregler        28a,    der von zwei im Innern  des Verdampfers 14 angebrachten Fühlern  28b betätigt wird. Die beiden Fühler     28b,     vorzugsweise elektrisch arbeitende Kontakt  anordnungen, bestimmen das maximale bzw.

    das minimale Niveau des     Carbamidharzes    26  und     wirken    über den Niveauregler 28a auf  das     vorzugsweise    unstetig arbeitende     Auslass-          v        entil    28 derart ein,     da.ss    das     Carbamidharz-          niveau    den Höchstwert nicht überschreitet  und den Tiefstwert nicht unterschreitet. Die  beiden Fühler 28b sind zwecks     Einregelung     der Niveaugrenzen von aussen einstellbar.  



  Das über den Austrittsregler 28 aus dem  Reaktionsgefäss 8 kommende     Carbamidharz     bedarf zur Unterbrechung der     Polykonden-          sationsreaktion    und zur     Stabilisierung    im  teilweise polykondensierten Zustand einer  raschen Abkühlung auf Normaltemperatur,  wozu es über die kurze Leitung 31 in den  Flächenkühler 32 geleitet wird. Dieser be  steht in der dargestellten     beispielsweisen     Ausführung, die sich im Betrieb gut bewährt  hat, aus der eigentlichen Kühlfläche 33, hier  von treppenartiger Gestalt, die auf der Rück  seite vom Kühlmittel 34 bespült ist, bei  spielsweise von Kühlwasser, das bei 35 in  den Flächenkühler 32 eintritt und diesen über  die Leitung 36 verlässt.

   Die Kühlfläche, über  die das flüssige Produkt aus dem Reaktions  gefäss     hinwegfliessen    soll, ist geneigt ange  ordnet,     und    das zu kühlende Produkt wird  durch eine     Verteileinrichtung,    hier beispiels  weise eine rotierende Walze 37, gleichmässig  auf das oben liegende Ende der Kühlfläche  33 aufgebracht.

   Das auf     Normaltemperatur     abgekühlte     Endprodukt.,    das an sich beständig  ist, aber nach Zusatz geringer Mengen saurer      Substanzen bei Normaltemperatur und Atmo  sphärendruck rasch bis zur völligen     Aus-          bärtung    weiter polykondensiert, verlässt den       Fläehenkühler    32 über den Rohrstutzen 38.  Die Kühlung des     Carbamidharzes    .erfolgt  zwar bei normalen Atmosphärendruck, je  doch ist der gesamte Flächenkühler in ein  allseits     luftdichtes    Gehäuse 39 eingeschlos  sen, aus dem über eine Rohrleitung 40 die  bei der Abkühlung frei werdenden Dämpfe       abgesaugt    werden.  



  Das aus dem Reaktionsgefäss 8 über das  Regelventil 29 und die Rohrleitung 30 ab  geführte Dampfgemisch, das unter dem im       Reaktionsgefäss    8 herrschenden Druck steht.,  wird in einer     Injektorappa.ratur    41 entspannt  und der dabei auftretende Unterdruck zum  Absaugen des Dampfgemisches aus dem     Flä-          ehenkühler    32 über die Rohrleitung 40     be-          nützt.    Die beiden Dampfgemische durchlau  fen den Kühler 42, beispielsweise in der Rohr  sehlang-e 43, und werden vom Kühlmittel,

    beispielsweise dem über die Rohrleitung 36  eintretenden und bei 44     austretenden        Kühl-          wasserstrom,        kondensiert.    Hierdurch wird  Methanol und andere leichtflüchtige Bestand  teile, die beim Prozess entstehen, gewonnen  und über die Rohrleitung 45 abgeführt.  



  Die für den Ablauf des     kontinuierlichen     Herstellungsprozesses massgeblichen Regel  organe sind sämtlich mit .einer zentralen Pro  zess-Steuereinrichtung 46 verbunden, und  zwar der     Zuflussregler    6 über die Steuerlei  tung 47, der     Thermoregler    23 über die Steuer  leitung 48 und das Regelventil 29 über die  Steuerleitung 49.

   Durch diese.     Prozess-Steuer-          einrichtung    werden die drei Regelorgane mit  tels elektrischer, pneumatischer oder ander  weitiger Beeinflussung so gesteuert, dass die  gewünschte     Durehsatzmenge    bei vorbestimm  ter     Verweilzeit    innerhalb des Reaktions  gefässes aufrechterhalten und die     Unterbre-          ehung    der     Polykondensationsreaktion    zum ge  wünschten Zeitpunkt gewährleistet     wird.     



  Zur Beobachtung des Reaktionsablaufes  im Reaktionsgefäss 8 ist dieses mit. einem  Schauglas 50 im Deckel und an andern       zweckmässigen    Stellen versehen und mit einer         Innenbeletlehtung        ausgerüstet.    Ferner besitzt  es je einen direkt wirkenden Tempe.ratur  bzw.     Druekanzeiger    51     bzw.    52     und    ein     Si-          eherheitsventil    53.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur kontinuierlichen Her stellung eines noch nicht. auskondensierten, jedoch auf saure Substanzen durch Aus kondensieren ansprechenden Aminoplasten, dadurch gekennzeichnet, dass das Harnstoff und Formaldehyd enthaltende flüssige Aus gangsmaterial unter Überdruck in regelbarer Menge durch ein Reaktionsgefäss geleitet wird, in welchem es zunächst von Normal temperatur auf eine bestimmte Höchst temperatur erhitzt wird und dann in einen Grossoberfläehenverdampfer eintritt, den .es unter der Einwirkung von Thioliarnstoff durchläuft, dabei von Bezirken mit Höchst temperatur zu solchen von geringerer Tempe ratur strömend,

   und an dessen Ende das Re aktionsgemisch in regelbarer Menge aus dem Reaktionsgefäss austritt, von wo aus es über einen Flächenkühler geleitet und dort unter Atmosphärendruck auf Normaltemperatur abgekühlt wird, wobei die Verweilzeit in dem Reaktionsgefäss wegen der rasch fortschrei tenden Polykondensation nur einige Minuten beträgt und die Polykondensation durch den Flächenkühler in ,einem Stadium ziun Still stand gebracht wird, in dem das entstandene Produkt an sieh zwar beständig, aber gegen geringe 3lengen saurer Substanzen so emp findlich ist,

   dass unter deren Einwirkung die unterbrochene Polykondensation bei Normal temperatur und Atmosphä.rendi-iek rasch bis zur völligen Aushärtung fortschreitet.. IL Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, da.ss das flüssige Ausgangs material über einen Zuflussregler von unten her einem zy lindrisehen, senkrecht stehenden, innen unter Überdruck stehenden Reaktions gefäss zugeführt wird, und zwar dem rin,- förmigen Raum,

   der zwischen der Aussenwan dung des Reaktionsgefässes, durch welche hin durch von einer an ihrer Aussenseite ange- brachten regelbaren Heizvorrichtung Wärme ins Gefässinnere abgegeben wird, und einem als Grossoberflä.chenverdampfer dienenden innern Verdampferzy linder vorhanden ist, welcher Verdampferzylinder sich koaxial im Reaktionsgefäss von dessen Bodenplatte bis in die Nähe von dessen oberem Deckel er streckt, wo er einen horizontalen Rand bil det,

   über den das ausserhalb des Verdampfer- zylinders unter Erwärmung hochsteigende flüssige Reaktionsgemisch überfliesst und dann unter Temperataiverlust durch eine längs der VerdampferzsIinderinnenwand sieh schraubenlinienförmig nach unten hinziehende offene Rinne rinnt,

   und dass das Reaktions- gemisch aiu untern Ende des Verdampfer- zvlinders aus dein Reaktionsgefäss über eine den Abfluss regelnde Vorrichtung abfliesst zum Flächenkühler. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspiilch I, da durch gekennzeichnet., dass der Thioharnstoff bereits im flüssigen Ausgangsmaterial ent halten ist. 2.

   Verfahren nach Pa.tenta.nspruch I, da: durch gekennzeichnet, dass das flüssige Aus gangsmaterial 14lelamin enthält. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, da.ss der im Reaktions gefäss herrschende überdruck angenähert vier kg pro emz beträgt. -l. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Flächen kühler in einem allseits luftdicht abgeschlos senen Gehäuse, in welchem Atmosphären druck herrscht, eine Kühlfläche aufweist, die durch ein Kühlmittel gekühlt wird,

   und über deren gekühlte Flächenteile das Reak tionsgemisch mit Hilfe von besonders vor gesehenen :Mitteln gleichmässig verteilt wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die besonders vorgesehenen Mittel zur gleichmässigen Verteilung des Reaktions gemisches über :die gekühlten Flächenteile, durch die Struktur dieser Flächenteile und durch den Anstellwinkel der Kühlfläche zur Horizontalen eine gleichmässige und rasche Abkühlung des Reaktionsgemisches erzielt wird.

   6. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im allseits luftdicht abgeschlossenen Gehäuse des Flächenkühlers vorhandenen Dämpfe und Gase des Reaktionsgemisches unter Aufrechterhaltung des Atmosphären druckes im Gehäuse abgesaugt und einer Kondensationseinrichtung zugeführt werden. 7.

   Einrichtung nach Patentausprueh II, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zuführung des flüssigen Ausgangsmaterials zum Reak tionsgefäss eine Pumpe vorhanden ist, und dass im Reaktionsgefäss ein Druck in der Grössenordnung von vier atü aufrechterhalten wird. B.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, da.ss die regelbare Heizeinrichtung an der Aussenwand des Re aktionsgefässes aus einem dieses rings um gebenden Ölbad mit einer Vielzahl von Heiz- elementen besteht. 9. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeich net, dass die Heizelemente elektrische Heiz- elemente sind. 10.

   Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 8 und 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die Höchsttemperatur des Reaktionsgemisches im Reaktionsgefäss 140 bis 150 C beträgt und durch Regelung des Heizstromes der elektrischen Heizelemente in diesem Bereich durch einen Thermoregler konstant gehalten wird. 11. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das im Reak tionsgefäss entstehende Dampfgemisch über ein Druckregelventil abgeleitet und einer Kühlapparatur zugeführt wird zwecks Rück gewinnung leichtflüchtiger Bestandteile. 12.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, da.ss der Flächen kühler aus einer durch. Kühlflüssigkeit ein seitig bespülten Kühlfläche besteht, auf die das aus dem Reaktionsgefäss kommende Pro- dukt durch eine Verteileinrichtung gleich- mässig aufgebracht wird, und über welche Kühlfläche dasselbe deichmässig abfliesst. 13.

   Einrichtung nach Patentanspiaieh II und Unteranspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass die Verteileinrichtung aus einer ro tierenden -Walze besteht. 14. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeiehnet, dass die unter Atmosphären druck auf Normaltemperatur .erfolgende Ab kühlung unter Luftabschluss vor sieh geht, und das entstehende Dampfgemisch einer Kühlapparatur zugeführt wird zwecks Rück gewinnung leichtflüchtiger Bestandteile. 15.

   Einrichtung nach Patentansprueh 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrald Prozesssteuereinriehtung vorhanden ist, die auf den Zuflussregler, den Thermoregler für die Heizeinriehtuno, und ein Drneki entil für den Dampfaustritt aus dem Reaktionsgefäss über Steuerleitungen einwirkt und den ge wünschten Prozessablauf automatisch gewähr leistet. 16.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, .dass die den Ab fluss regelnde Vorrichtung einen automatisch arbeitenden Niveauregler für das Niveau des Reaktionsgemisehes am untern Ende des Grossoberflä.chenverdampfers umfasst.