Rührvorrichtung
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Rührvorrichtung mit einem Behälter, der mindestens in einem Teil eine zylindrische Innenfläche aufweist, deren Länge grösser ist als der Durchmesser des von ihr umschlossenen zylindrischen Raumes und die mindestens über den grösseren Teil ihrer Länge keine nach innen vorstehenden Leitwände aufweist, mit Mitteln, um ein Medium einenends in den Behälter einzuführen und Mittel, um andernends das Medium dem Behälter zu entnehmen, und mit einem im erwähnten Behälterteil angeordneten Rührer, welcher um eine mindestens angenähert mit der Achse des zylindrischen Innenraumes zusammenfallenden Achse drehbar ist und welcher wenigstens aus einem Teil besteht, der mindestens zwei miteinander verbundene, radial angeordnete Rührplatten aufweist, welche parallel zur Rührerachse verlaufen,
wobei die Länge der Rührplatten mindestens angenähert der Länge des zylindrischen Teils entspricht, die Breite der Rührplatten so gewählt ist, dass dussendurch- messer des durch eine Drehung der Rührplatten durchlaufenen Hohlzyldnderbereiches mindestens 60 S des Innendurchmessers des zylindrischen Innenraumes und der Innendurchmesser des Hohlzylinderbereiches wenigstens 50 % des inneren Radius des zylindrischen Innenraumes des Behälters beträgt.
Wenn in einem Behälter bei einem kontinuierlichen Verfahren ein Medium umgerührt wird, so wird das diesem Verfahren unterworfene Medium an einem Ende dem Behälter kontinuierlich zugeführt, und das oder die Produkte werden am anderen Ende des Behälters kontinuierlich entfernt. In einem nicht kontinuierlichen oder schubweisen Verfahren wird ein Behälter mit dem Medium beschickt und anschliessend das Verfahren durchgeführt. Am Ende des Verfahrens werden die Produkte aus dem Behälter entfernt und diese entleert.
Ein Vorteil des schubweisen Verfahrens besteht darin dass das gesamte dem Verfahren unterworfene Medium gleichen Behandlungszeiten unterworfen ist. Dies ist oft wesentlich im Hinblick auf die Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn das Verfahren sich auf die Polymerisation von ungesättigten, monorneren Komponenten bezieht, so hängt der Grad der Polymerisation der monomeren Komponenten und damit das Molekulargewicht der erzielten Polymere von der Reaktionsdauer ab. Wenn die einzelnen Teile des Mediums unterschiedlichen Reaktionszeiten unterworfen werden, so weisen die erzielten Polymere stark unterschiedliche Molekulargewichte auf.
Es ist oft wünschenswert, diesen Bereich der Molekulargewichte möglichst klein zu halten, weshalb ein Massenverfahren am zweckmässigsten ist. Anderseits ist ein kontinuierliches Verfahren meistens wirtschaftlicher.
In einem kontinuierlichen Verfahren bewirkt normalerweise ein Rührer eine Durchmischung eines Mediums an einem Ende des Behälters mit einem Medium am andern Ende des Behälters.
Dies wird oft end-bowend Mischung genannt und beruht auf der Wirbelbildung infolge der Propellerwirkung des Rührers. Daher wird das gerade in den Behälter eintretende Medium gerade mit jenem Medium vermischt, welches dem Behälter entnommen wird.
Die Zeitspanne zwischen dem Eintritt eines Partikel bis zu seinem Austritt aus dem Behälter wird oft Durchlaufzeit genannt. In diesem Falle sind ver schiedere Teile des Mediums aus den vorangehend beschriebenen Gründen unterschiedlichen Reaktionszeiten unterworfen, so dass hinsichtlich der Durchlaufzeiten eine beachtliche Streuung besteht. Es ist daher wünschenswert, eine Vorrichtung für kontinuierliche Verfahren zu schaffien, bei denen eine end-to-end -Mi- schung im wesentlichen beseitigt und gleichzeitig eine konstante Durchlaufzeit erzielt wird.
Eine Möglichkeit besteht in der Durchführung eines solchen Verfahrens unter Anwendung einer Schnecken--presse. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass die Mischung von Teilen des Mediums mit Teilen, welche unmittelbar benachbart sind, relativ gering ist. Ist bei einer solchen Vorrichtung eine relativ lange Durchlaufzeit erforderlich, so muss entweder die Umlaufgeschwin digkeit der Schnecke und damit die Durchmischung des in die Presse eintretenden Materials verringert werden, oder aber es müssen sehr eng geteilte und/oder lange Schnecken verwendet werden, was die konstruktiven Schwierigkeiten vergrössert.
Ein anderes Verfahren, um dieses Ziel zu erreichen, besteht in einem festen zylindrischen Rührer, welcher keine Leitwände aufweist und in einem Behälter mit einer zylindrischen Innenfläche dreht, wobei der Zwischenraum zwischen den Wänden des Behälters und des Rührers verhältnismässig klein ist. Dabei kann das im Behälter befindliche Medium als ein dünnwandiges Rohr betrachtet werden, welches durch die zwischen der Rührer- und der Behälteroberfläche entstehenden Wirbel durchgemischt wird. Dieses System hat den Nachteil, dass der Behälter nur eine relativ geringe Menge des Mediums aufnehmen kann, so dass die Leistung des Behälters gering ist und welche nur durch eine Vergrösserung des Behälters erreicht werden kann.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass wenn der Rührer ein fester Zylinder ist, wegen seines hohen Eigengewichts konstruktive Schwierigkeiten entstehen.
Wird der Rührer leichter, zum Beispiel als Hohlkörper konstruiert, so besteht die Gefahr, dass wenn das System unter höhere Drucke gesetzt wird, das Medium durch das Rührermaterial hindurchdiffundiert, so dass bei feuergefährlichen Materialien eine Explosionsgefahr besteht.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet. dass die Rührplatten an ihren äusseren langen Schmalseiten mit Flanschen versehen sind.
Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Die einfachste Form des Rührers weist zwei oder mehr mit an den Schmalseiten mit Flanschen versehenen Rührplatten auf, welche an einem oder an beiden Enden miteinander verbunden sind und welche Mittel aufweisen, um die Rührplatten um eine im wesentlichen zu ihrer Längsrichtung parallele Achse zu drehen.
Ein solcher Rührer ist in Fig. 1 innerhalb eines aufgeschnittenen Behälters dargestellt und weist zwei Rührplatten 1 auf, welche mit ihren Enden an einem Stab 2 befestigt sind, welcher zwei Achsen 3 aufweist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A durch einen Rührer, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, wobei der Rührer in einem Behälter montiert ist.
Der Behälter 4 weist einen Innenraum auf und ist mit einer Eintritts- bzw. Austrittsöffnung 5 und 6 versehen. Die Antriebsmittel für den Rührer sind nicht dargestellt. Dreht der Rührer um die Achse 3, welche in den Lagern 7 der Endwände des Behälters 4 angeordnet sind, so bildet er einen Umfangskreis 9. Dieser Kreis ist in Fig. 2 mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet.
Dieser Umfangskreis weist einen Aussendurchmes ser (2 X Strecke A) auf, der wenigstens 60 % des Durchmessers der inneren zylindrischen Oberfläche des Behälters (2 X Strecke B) misst. Beträgt der Aussendurchmesser des Umfangkreises weniger als 60 % des Durchmessers des zylindrischen Innenraumes des Be härters so wird die Durchmischung merklich schlechter.
Aus dem gleichen Grunde muss der Durchmesser des Kreises (Strecke C) wenigstens 50 % des Radius des zylindrischen Innenraumes des Behälters betragen, wenn eine gute Durchmischung erreicht werden soll.
Der Durchmesser des Umfangskreises g wird durch die Breite der Rührplatten 1 und durch die Entfernung dieser Rührplatten von der Drehachse des Rührers bestimmt. Beispielsweise kann eine Rührplatte näher an der Rührerachse als die andere liegen, und ebenso können die Rührplatten unterschiedlich breit ausgebildet sein.
Vorzugsweise werden die Rührplatten gleich gross ausgebildet und in gleicher Entfernung von der Rührerachse angeordnet und in gleichen Intervallen um die Rührerachse herum angeordnet, da ein symmetrischer Rührer weit weniger konstruktive Probleme, zum Beispiel wegen den Vibrationen, aufwirft als ein asymmetrischer Rührer.
Um eine minimale Durchmischung zu erhalten, muss der Durchmesser des äusseren Umfangkreises wenigstens 75 %, vorzugsweise 85 bis 98,'des Durchmessers des inneren zylindrischen Hohlraumes betragen.
Der Durchmesser des Umfangkreises 9 beträgt wenigstens 60 %, vorzugsweise wenigstens 75 % des Radius des zylindrischen Hohlraumes.
Der Innenraum zwischen den inneren Kanten 10 der Rührplatten wird vorzugsweise durch einen Kern ausgefüllt, damit sich keine Stellen bilden, in denen das Medium nicht durchgerührt wird.
Vorzugsweise bilden die mit Flanschen versehenen Rührplatten mit einem Kern ein Stück, welcher Kern vorzugsweise einen runden Querschnitt aufweist. Der Kern kann aber auch mit den Rührplatten nicht verbunden sein und kann ausserdem nicht am Rührer befestigt sein. In einzelnen Abarten kann der Kern zweckmässigerweise als Stator ausgebildet sein oder er kann in entgegengesetzter Richtung zum Rührer drehen.
In einzelnen Fällen kann der Kern als Hohlkörper ausgebildet sein, durch welchen ein Heiz- oder Kühlmedium geleitet wird oder durch welchen das Medium dem Behälter zugeführt oder entnommen werden kann, wenn z. B. nicht an jedem Ende des Behälters eine Öffnung erwünscht ist. Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen derartigen Rührer, welcher in einem Behälter 13 angeordnet ist.
In Fig. 3 ist der Behälter 13 mit einem zentralen. hohlen Stator 14 verbunden, durch welchen das Medium in den Behälter eintritt.
Eine Austrittsöffnung 15 ist in der Endwand 16 angeordnet, so dass das Medium, das bisher an den entgegengesetzten Enden des Behälters zum und weggeführt wurde, vom gleichen Ende her in den Behälter eingeführt und diesem entnommen werden kann. Der Rührer weist zwei Rührplatten auf, welche einenends mit einem Ring 18 auf einem Lager 19 gelagert sind und welche andernends durch eine Scheibe 20 an einer Achse 21 im Lager 22 gelagert sind. Die Scheibe 20 weist einen zentralen, konischen Vorsprung 23 auf. welcher dazu dient, um das aus dem hohlen Stator 14 eintretende Medium radial in den Behälter zu lenken.
Ist ein Kern vorhanden, so wird er vorzugsweise mit einem kreisrunden Querschnitt, mit einem Durchmesser von weniger als 10 j%, vorzugsweise weniger als 5 ,, des Durchmessers des zylindrischen Innenraumes des Behälters ausgeführt.
Dass die bisher beschriebenen Rührer nur zwei mit Flanschen versehene Rührplatten aufweisen, will nicht heissen. dass sie nicht auch mehr als zwei Rührplatten aufweisen können. Ausführungen mit drei oder mehr gleichmässig angeordneten Rührplatten erbrachten gute Ergebnisse. Rührer mit drei Rührplatten, welche an einem festen Kern befestigt sind, haben ein gutes Verhältnis bezüglich der Festigkeit und des Gewichtes.
Ein derartiger Rührer ist in Fig. 4 im Querschnitt dargestellt.
In dieser Figur weist der Rührer drei Rührplatten 24 auf, welche gleichmässig um einen zentralen Kern 25 angeordnet sind, welcher ebenfalls als Tragachse für den Rührer dient.
Eine einfache Ausbildungsform eines Rührers mit einem Flansch zeigt Fig. 4 im Querschnitt, wo drei Rührplatten 24 an einem Kern 25 befestigt sind, die an ihren freien Enden transversal angeordnete Flanschen 26 aufweisen. Diese Flansche können flach oder gebogen sein, zum Beispiel derart, dass sie dem Umfangskreis, welcher bei einer Drehung der Arme entsteht, entsprechen. Eine solche Ausbildungsform ist in Fig. 5 im Querschnitt dargestellt. Bei der Verwendung von mit flachen Flanschen versehenen Rührern können tote oder Stellen, an denen nicht gemischt wird, auftreten, welche sich besonders in den Ecken 28 befinden.
Deshalb werden vorzugsweise die unteren Kanten der Flansche durch hohlkehlenartige geneigte Ebenen ersetzt, wie Fig. 6 zeigt. Diese Ausführungsform ist leicht herstellbar und ergibt eine gute Umrührung, aber eine weniger gute end-to-end -Mischung
Ein Rührer mit dem in Fig. 7 gezeigten Querschnitt weist zur Bildung von Flanschen kontinuierlich gekrümmte Rührplatten auf, wodurch eine bessere Durchrührung mit weniger toten Stellen erzielt wird als bei Rührern, wie sie in Fig. 6 dargestellt sind, wobei diese Rührer jedoch nicht so leicht herstellbar sind.
Die Rührplatten sind vorzugsweise durchbrochen, da dadurch der Durchmischungsgrad benachbarter Teile des Mediums verbessert wird und wodurch ausserdem der Rührer leichter wird.
Fig. 8 zeigt einen bevorzugten Rührer in perspektivischer Darstellung. Dieser Rührer entspricht demjenigen, welcher im Querschnitt in Fig. 6 dargestellt isb, mit dem Unterschied, dass er durch eine Reihe von Löchern 29 in jeder Rührplatte 30 durchbrochen ist.
Die in den Rührplatten angeordneten Löcher in Fig. 8 sind rechteckig ausgebildet, obwohl mit kreisrunden Löchern, welche e leichter herstellbar sind, ebenfalls gute Ergebnisse erzielt wurden.
Es wird angenommen, dass der Wirkungsbereich eines Rührers nicht das gesamte Volumen des Behälters zu umfassen braucht. Zum Beispiel kann ein langer Behälter durch Leitwände oder dergleichen in mehrere getrennte Bereiche aufgeteilt sein, wobei in einzelnen Bereichen herkömmliche Rührer angeordnet sein können, d. h. mit einer annehmbaren durchgehenden Mi schun & wobei in anderen Bereichen erfindungsgemässe Rührer angeordnet sind. Analog kann der Rührer aus verschiedenen Teilen bestehen, welche unabhängig voneinander mit der gleichen oder mit einer anderen Geschwindigkeit angetrieben werden können. In verschiedenen Bereichen können die Rührer unterschiedlich gestaltet sein, indem sie zum Beispiel unterschiedlich gestaltete Rührplatten aufweisen.
Indessen sollte die Länge des Rührers in jedem Bereich grösser sein als der Durchmesser der zylindrischen Innenfläche jenes Behälterteiles, in welcher der Rührerteil angeordnet ist, wobei die Länge vorzugsweise wenigstens dreimal, in speziellen Fällen wenigstens achtmal, oder bis zwölfmal den Durchmesser des erwähnten zylindrischen Innenraumes ausmacht. Im allgemeinen ergab sich, dass mit zunehmendem Länge/Durchmesserverhältnis die lend-to-end -Mischungswirkung kleiner wurde.
Der Ausdruck frei von Leit- oder Prallwänden bedeutet, dass in jenem Bereich des Behälters, in welchem der kleinere end-to-end -Mischungs-Rührer zweckmässig ist, frei von Vorsprüngen ist, welche von der zylindrischen Innenfläche in den Umfangskreis des Rührers hineinragen. Indessen können kleine Vorsprünge, welche nicht in diesen Umfangksreis hineingreifen, vorhanden sein, sofern sie die Strömung des um gerührten Mediums nicht beeinflussen. Solche Vorsprünge können zum Anbringen von Thermoelementen oder zum Einspritzen von Bestandteilen in das Mc dium angebracht sein. Um die end-to-end -Mischungs- Wirkung zu verkleinern, wird der Rührer vorzugsweise so ausgebildet, dass er in Längsrichtung des Behälters keine Kraft auf das Medium ausübt.
Dies bedingt, dass möglichst keine Rührerfläche in einer zu seiner Längsachse geneigten Fläche angeordnet ist bzw. dass keine Rührerfläche einen Neigungswinkel von mehr oder weniger als 90 aufweist. Der Rührer sollte im wesentlichen um eine zur Längsachse des Behälters parallele Achse drehbar sein. Vorzugsweise wird der Rührer um eine zur Längsachse des zylindrischen Behälters konzentrische Achse angeordnet. Indessen kann bei Verwendung eines langen Rührers dieser aus mehreren miteinander verbundenen Teilen bestehen, deren Mittelteil, sofern es stationär ist, mit der zylindrischen Fläche in Berührung steht.
Es wurde festgestellt, dass bei der Drehung eines solchen Rührers das Medium den Rührer in eine solche Lage drängt, in welcher die Rührerteile in eine Linie um die Längsachse der zylindrischen Fläche drehen. Daher sind bei langen Behältern in deren Mitte keine Lager erforderlich, welche die Strömung des Mediums unterbrechen. Die Einund Austrittsöffnungen des Behälters sind vorzugsweise so angeordnet, dass soweit als möglich keine Turbulenz auftritt. Daher wird das Medium vorzugsweise radial oder tangential eingeführt. Ein Verfahren zur radialen Einführung wurde vorangehend im Zusammenhang mit der in Fig. 3 gezeigten Ausführung beschrieben. Eine tangentiale Einführung zeigt Fig. 9 im Querschnitt.
Die Fig. 9 zeigt einen Rührer nach Fig. 8, welcher in einem Behälter angeordnet ist, welcher ! eine tangentiale Zuführungsöffnung 31 besitzt.
Wie vorangehend beschrieben, kann der Behälter teilweise in jenen Bereichen zum Rühren des Mediums ausgebildet werden, in denen eine end-to-end -Mi- schung erforderlich ist. Dies kann in bestimmten Fällen für die erste Mischung von zu verarbeitenden Bestandteilen wünschbar sein. In solchen Anordnungen kann sich der Rührer aus dem Bereich der tiefen end-toend -Mischung bis in einen anderen Bereich erstrecken.
In diesem Bereich kann der Behälter noch eine zylindrische Innenfläche mit einem grösseren Durchmesser aufweisen. Eine solche Anordnung zeigt Fig. 10, welche einen Längsschnitt durch eine derartige Anordnung darstellt. In dieser weist ein Behälter 32 zwei Zonen 33, 34 auf, von denen jede eine zylindrische Innenfläche aufweist. Der Innendurchmesser der Zone 33 ist grösser als jener der Zone 34. Ein Rührer 35 nach Fig. 8 ist grösser als jener der Zone 34. Ein Rührer 35 nach Fig. 8 ist im Behälter 32 angeordnet. Die Durchbrechungen 29 des Rührers sind in Fig. 10 nicht eingezeichnet.
Die Eine und Austrittsöffnungen 36, 37 sind an den gegenüberliegenden Enden des Behälters angeordnet.
Die Eintrittszone 33 weist einen relativ grossen Zwischenraum zwischen der Innenwandung des Behälters und den Flanschen des Rührers auf, so dass der Durchmesser des bei einer Drehung der Rührplatten erzeugten Umfangskreises mehr als 60% des Durchmessers der zylindrischen Innenfläche beträgt.
An den Flanschen des Rührers sind Schaufeln 38 befestigt, um eine gute Durchmischung des Mediums einschliesslich der end-to-end -Mischung in der Zone 33 zu gewährleisten. Die Zone 33 ist, wie Fig. 11 im einzelnen zeigt, durch eine Prallwand 39 von der Zone 34 getrennt.
Die Prallwand 39 besteht aus einer Scheibe 40, durch welche der Zentrumskern des Rührers 35 hindurchgeht. Die Scheibe ist mit ringförmigen sektorartigen Schlitzen 41 versehen, so dass das Medium von der Zone 33 in die Zone 34 hindurchtreten kann.
Die Zone 34 weist eine zylindrische Innenfläche mit einem kleineren Durchmesser als die Zone 33 auf, so dass in der Zone 34 beim Drehen des. Rührers 35 der Umfangkreisdurchmesser wenigstens 60 % des Durchmessers des inneren zylindrischen Raumes des Behälters beträgt. Daher wird in der Zone 34 das Medium gut umgerührt, wobei die end-to-end -Mischung minimal ist. In der Wand des Behälters sind Ausnehmungen 42 vorgesehen, damit Thermoelemente angebracht werden können.
Die Geschwindigkeit, mit welcher der Rührer gedreht wird, hängt ab von: a) der Natur des durchzuführenden Verfahrens, b) der Natur, speziell der Viskosität des dem Verfahren unterworfenen Mediums, c) der Querkraft, welcher das Medium unterworfen wird und d) der Gestalt und der Grösse des Rührers.
Vorzugsweise wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rührers so gewählt, dass das dem Verfahren unterworfene Medium eine turbulente Strömung aufweist.
Durch einfache Versuche kann die optimale Geschwindigkeit für jedes Verfahren ermittelt werden.
Ein Apparat wie oben beschrieben ist speziell geeignet für die Durchfühung chemischer Reaktion, im speziellen für die Polymerisation von ungesättigten Äthylenmonomeren. Typische derartige Prozesse sind die Massenverfahren für die Polymerisation von beispielsweise Äthylen und Styren; Emulsionspolymerisationsverfahren wie zum Beispiel bei der Polymerisation von Vinylchlorid und bei der Herstellung von verschiedenen synthetischen Gummi; die Polymerisationsverfahren für körnige Medien wie zum Beispiel bei der Polymerisation von Vinylchlorid, Methyl, Methacrylat und Fluorkarbonen, wie zum Beispiel Tetrafluoräthylen; Polymerisationsverfahren einschliesslich Solvente, wie sie zum Beispiel für die Herstellung von hochdichten Polythenen verwendet wird.
Es wird angenommen, dass in solchen Verfahren nicht nur Öffnungen an den Enden des Reaktionsbehälters sondern ebenfalls davon entfernt längs dem Reaktionsbehälter wünschbar sind, zum Beispiel für die Zugabe von Katalysatoren in Massen Polymerisationsverfahren oder für die Zugabe von Monomeren und/oder emulgierenden Mitteln bei Emulsionspolymerisationsverfahren oder für die Entfernung von Reaktionsnebenprodukten, wie zum Beispiel Wasserdampf in Polykondensationsverfahren, zum Beispiel bei der Herstellung von Nylon oder Polyäthylenterephthalat.
Eine zweckmässige Vorrichtung für Verfahren, in welchen Produkte wie Wasserdampf entstehen, die entfernt werden müssen, zeigen die Fig. 12 und 13, wobei Fig. 13 einen Schnitt längs der Linie B-B nach Fig. 12 darstellt. Ein horizontal angeordneter Behälter 44 ist mit einem Rührer 45 nach Fig. 8 versehen.
Die Eine und Austrittsöffnungen 46 und 47 sind an den Enden des Behälters angeordnet, wobei eine Reihe von Ventilen 48 in der oberen Wand des Behälters angeordnet ist.
Diese Ventile sind mit einem Rohr 49 verbunden, welches an einer nicht dargestellten Vakuumpumpe angeschlossen ist. Auf diese Weise können flüchtige Bestandteile aus dem Medium im Kessel durch die Ventile 48 extrahiert werden.
Es wird angenommen, dass bei Verfahren mit körnigem Material zum Beispiel breiförmigen Katalysatoren oder Suspensionen von polymeren Granulaten an den Ein- bzw. Austrittsstelien des Behälters geeignete Absperrorgane, wie zum Beispiel Drehorgane, zweckmässig sind.
In einer Anlage mit einer gasförmigen und einer flüssigen Phase übt der Rührer einen Verspritzeffekt aus, welcher einen guten Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit gewährleistet. Überraschenderweise ist die end-to-end -Mischung in einem derartigen System sehr gering.
Die vorliegende Erfindung wird keineswegs durch die nachfolgenden Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Nach diesem Beispiel wurde Methylmetacrylat kontinuierlich in einem erfindungsgemässen Reaktionsrührbehälter polymerisiert.
Beschreibung der Vorrichtung. Der Querschnitt der Vorrichtung zeigt Fig. 14. Der Reaktionsbehälter weist die Form eines vertikalen hohlen Glaszylinders 50 auf, welcher eine Länge von 5,79 m, einen Aussendurchmesser von 82,55 mm und einen inneren Durchmesser von 74,6 mm aufwies. Der Zylinder war von einem nicht dargestellten Wassermantel umgeben, durch welchen Wasser kontinuierlich umgewälzt werden konnte, um die Behältertemperatur zu regulieren.
An jedem Ende des Behälters war eine nicht dargestellte Öffnung für den Ein- bzw. Austritt angeordnet.
Der Rührer 51 war aus drei gleichen Teilen aufgebaut, welche mit der Längsachse des Behälters ausgerichtet und axial angeordnet waren.
Jeder Teil hatte die gleiche Form wie die in Fig. 6 gezeigte Einheit, d. h. sie hatte drei gleiche vom Kern 53 radial abstehende Rührplatten 52, wobei jede Rührplatte einen Flansch aufweist. Jede Rührplatte ist mit einer Reihe von Bohrungen mit einem Durchmesser von 20,64 mm versehen, deren Zentren längs der Rührplatte 27,9 mm auseinanderlagen. Die Rührplatten hatten eine Dicke von 3,2 mm. Der totale Durchmesser des Rührerquerschnittes betrug 68,26 mm, was 91,5 % des Innendurchmessers des Behälters entspricht.
Die äusseren Enden der Rührplatten wiesen Flansche 54 auf. Die Entfernung vom Zentrum des Kernes bis zum Flansch 54 betrug 25,4 mm. Die Form der Flansche war derart, dass ein Winkel von 47,50 im Zentrum des Rührerquerschnitbes gebildet wurde. In diesem Rührer erkennt man, dass der Kern 53 nur durch die Verbindung der drei Arme 52 gebildet wird.
Der an einem Ende des Behälters liegende Rührerteil wurde durch einen Aussenmotor angetrieben, während der anschliessende Teil durch den ersten Rührerteil angetrieben wurde. Analog wurde der dritte Teil durch den zweiten Teil angetrieben. Der Behälter hatte eine Nennkapazität von ungefähr 22 Liter.
Polymerisationsangaben. Es wurde eine wässerige Lösung mit den folgenden Anteilen aufbereitet.
Wasser: 1200 Gewichtsteile
Natriumdodecylbenzensulphonat; 5,24 Gewichtsteile Kaliumpersulphat: 0,7 Gewichtsteile
Der Behälter wurde mit dieser Lösung gefüllt und anschliessend wurde weitere Lösung kontinuierlich zugegeben, wobei die Menge welche oben in den Kessel eingegeben wurde, ungefähr 11 ml/Sek. betrug.
Anschliessend wurde Methylmethacrylat oben in den Kessel eingegeben, und zwar in Mengen von 4,3 ml/sek.
Der Rührer dreht mit 660 UpM, wobei die Temperatur bei 650 C gehalten wurde. Die Aufenthaltsdauer der Partikel im Behälter betrug ungefähr 25 Minuten, was durch die Zugabe einer kleinen Menge eines Färbmittels in die wässrige Lösung im Augenblick ihres Eintritts in den Behälter und durch die Beobachtung ihrer Abwärtsbewegung ! im Behälter ermittelt werden konnte. Es wurde beobachtet, dass der Farbstoff geschlossen nach unten bewegt wurde, woraus sich ergibt, dass keine end-to-end > -Mischung auftrat.
Die elektrische Leistung zum Antrieb des Rührers betrug ungefähr 390 Watt. Es wurde eine steife milchige, weisse Emulsion von Polymethylmethacrylat in Wasser gebildet, in welcher nach der Analyse die festen Bestandteile ungefähr 7,5 Gew. S betrugen gegenüber einer Umwandlung der Monomere zu Polymeren von 28 Ges. %. Weder im Behälter noch am Rührer konnte ein Aufbau beobachtet werden. Der Feststoffanteil und entsprechend die Umwandlung konnten durch kleinere Anteile an Monomeren und einer geringeren Zugabe der wässrigen Phase und/oder durch die Verwendung eines längeren Behälters gesteigert werden.
Beispiel 2
Die Vorrichtung nach Beispiel 1 wurde für eine kontinuierliche Polymerisation von Styren durch eine wässrige Emulsionspolymeris ationstechnik verwendet.
Es wurde eine wässrige Lösung der folgenden Bestandteile hergestellt:
Wasser: 200 Gewichtsteile Natriumdodecylbenzensulphonat: (Emulsionsbildner)
3 Gewichtsteile Kaliumsuiphat: 0,5 Gewicht & teile Natriumhexamethaphosphat: 0,05 Gewichtsteile
Der Behälter wurde mit dieser Lösung gefüllt, auf 800 C erwärmt und anschliessend kontinuierlich von der auf 800 C vorerwärmten Lösung zugegeben. Die zugeführte Menge, die oben am Behälter durch einen Strömungsmesser zugegeben wurde, betrug im Mittel 4,4 ml/sek. Eine Mischung von 100 Gewichtsteilen Styren und 0,1 Gewichtsteilen t-Dodecylmercaptan (Modifiziermittel) wurde anschliessend über einen Strömungsmesser oben in den Behälter eingegeben, wobei die zugegebene Menge im Mittel 2,2 ml/sec. betrug.
Eine wässerige Lösung von 3 Gewichtsteilen Natriumpersulphat (Katalysator) in 100 Gewichtsteilen Wasser wurde ebenfalls oben in den Behälter aus einer Bürette zugegeben. Die Behältertemperatur wurde bei 800 C gehalten, obwohl die zugegebene Menge der Katalysatorlösung variiert wurde. Indessen betrug die zugegebene Menge 0,1 Gewichtsteile Natriumpersulphat für 100 Gewichtsteile Styren. Die Durchlaufzeit betrug 60 Minuten.
Periodisch wurden der milchigen Lösung des Polystyrens Proben entnommen und geprüft. Einzelheiten ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle.
EMI5.1
<tb>
Zeit <SEP> in <SEP> Stunden <SEP> vom <SEP> Beginn <SEP> Feststoffgehalt <SEP> der <SEP> milchigen <SEP> Lösung <SEP> Umwandlung <SEP> Bemerkungen
<tb> <SEP> der <SEP> Katalysatorzugabe <SEP> Gew. <SEP> % <SEP> Gew. <SEP> %
<tb> <SEP> o <SEP> Beginn <SEP>
<tb> <SEP> 4 <SEP> 20,3 <SEP> 99 <SEP> Wie <SEP> die <SEP> Feststoffe, <SEP> da <SEP> die
<tb> <SEP> Gleichgewichtsbedingungen <SEP> noch
<tb> <SEP> nicht <SEP> erreicht <SEP> sind.
<tb>
<SEP> 111/2 <SEP> 28,8 <SEP> 98
<tb> <SEP> 13 <SEP> 22,2 <SEP> 84
<tb> <SEP> 17 <SEP> 25,5 <SEP> 92
<tb> <SEP> 181/2 <SEP> 34,1 <SEP> 97 <SEP> Aufbau <SEP> von <SEP> Polymeren <SEP> am <SEP> Rührer
<tb> <SEP> 21 <SEP> 32,0 <SEP> 99 <SEP> und <SEP> am <SEP> Behälter <SEP> gering.
<tb>
<SEP> 22 <SEP> 26,8 <SEP> 92
<tb> <SEP> 23 <SEP> 29,4 <SEP> 98
<tb> <SEP> 24 <SEP> 31,0 <SEP> 98
<tb>
Die Latex-Proben wurden unter dem Elektronen Mikroskop geprüft, wobei festgestellt wurde, dass die Latices eine normale Teilchen
Wasser: 100 Gewichtsteile
Natriumdodecylbenzensulphonat (Emulsionsbildner):
3,2 Gewichtsteile
Kaliumsulphat: 0,7 Gewichtsteile Natriumhexamethaphosphat: 0,05 Gewichtsteile Natriumhydroxyd: 0,15 Gewichtsteile
Die Polymerisation wurde wie im Beispiel 2 durchgeführt, wobei jedoch mit einer Temperatur von 750 C statt 800 C gearbeitet wurde. Weitere Änderungen gegenüber dem Beispiel 2 bestehen darin, dass die wässrige Lösung des zugegebenen Katalysators in Mengen von im Mittel von 0,15 Gewichtsteilen Natriumpersulphat auf 100 Gewichtsteile Styren zugegeben wurde. Die Zugabemenge des Monomers, der wässrigen Lösung A und der Katalysatorlösung wurde verkleinert, so dass die Durchlaufzeit 80 Minuten betrug.
Weiter wurde zusätzliches Wasser oben in den Behälter eingegeben, um den Gehalt an festen Teilen im Bereich von 36 bis 40 Ges.% zu halten. In diesem Beispiel wurde rasch ein Gleichgewicht erreicht, und 100 Minuten nach Beginn betrug der Gehalt an festen Teilen 36,3 Ges.% und die Umwandlung 99,5 Ges. %. 3 Stunden und 15 Minuten nach Beginn betrug der Gehalt an festen Teilen 38,3 Ges. % und die Umwandlung betrug 99,2 Ges.%. Die Polymerisation wurde 4 Stunden nach Beginn unterbrochen. Zu keiner Zeit wurde ein Aufbau beobachtet und die Latices wiesen stets eine Teilchengrössenverteilung und eine Stabilität wie im Beispiel 2 auf.