CH492477A - Drehtrommel zur Durchführung von kontinuierlichen Flüssigphase-Reaktionen - Google Patents

Description

  



  Drehtrommel zur Durchführung von kontinuierlichen Flüssigphase-Reaktionen
Um organische Reaktionen, die bekanntlich im Gegensatz zu anorganischen mit   langsamerer    Geschwindigkeit ablaufen, zu beschleunigen, sind ein reger Stoffaustausch und meist höhere Temperaturen und die Anwendung von Druck notwendig. Da organische Reaktionen durchweg   Gleichgewichtsreaktionen    sind, ist es ferner günstig, mindestens ein Endprodukt möglichst rasch aus dem Gleichgewicht zu entfernen.



   Auch die Polykondensationsreaktionen gehören zur Gruppe der Gleichgewichtsvorgänge, wobei neben dem   makromolekularen    Polykondensationsprodukt niedermolekulare einfache Stoffe, beispielsweise Wasser oder Alkohole abgespalten werden. Auch hier ist es günstig, die meist dampf-oder gasförmig anfallenden niedermolekularen Verbindungen aus dem Reaktionsgemisch rasch zu entfernen, um die Ausbeute an gewünschtem Polykondensat zu erhöhen.



   Da bei der Herstellung von Kunststoffen durch Polykondensation meist Reaktionsgemische mit relativ hohen Viskositäten entstehen, ist es hier besonders wichtig, die Oberfläche des Reaktionsgutes möglichst gross zu halten, einerseits, um einen günstigen Stoffaustausch zu   gewähr-    leisten und anderseits, um das ungehinderte Austreten der entstehenden dampf-oder gasförmigen kleinen   Molekiile    zu erleichtern.



   Zu diesem Zweck wurden zahlreiche Apparaturen entwickelt, beispielsweise für organische Reaktionen sogenannte Dünnschichtverdampfer. Aus der anorganischen Chemie ist es beispielsweise bekannt, festen Produkten anhaftendes Wasser in sogenannten   Dreh-odcr    Kalzinierungstrommeln zu entfernen, wobei durch   stän-    diges Drehen stets eine   Oberftächenvcrgrösserung    eintritt und das zu entfernende Wasser leicht entweicht.



   Alle diese genannten Vorrichtungen haben Nachteile. Die meisten Apparate sind sehr kostspielig und im Betrieb aufwendig. Die Wartungs-und Reinigungskosten sind hoch. Dreh-und Kalzinierungstrommeln sind zwar einfach konstruiert und preisgünstig, jedoch wurden die bisher bekannten Vorrichtungen nur zur Behandlung fester Stoffe konstruiert. Sie ermöglichen nur die Durchführung einfacher Reaktionen, wie z. B. das Entfernen von Wasser, sind jedoch zur Durchführung komplizierter organisch chemischer Umsetzungen nicht geeignet, da es bei diesen Reaktionen neben der Oberfläche noch auf eine möglichst gleichmässige Verweilzeit   aller Volumenelemente dcs Reaktionsgemisches    ankommt.



   Diesen Nachteil des Standes der Technik versucht die Erfindung durch Verwendung einer neuartigen Apparatur zu beseitigen.



   Diese Apparatur besteht aus einer Drehtrommel zur Durchführung von kontinuierlichen   Flüssigphase-Reak-    tionen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie schrau  benförmige    Einbauten sowie an einem Ende einen Ein  lassstutzen    für das einzubringende Gut, am anderen Ende einen Auslassstutzen zum Ablassen des Reaktionsproduktes sowie ferner eine Offnung zum Entfernen gasoder dampfförmiger Stoffe enthält.



   Vorzugsweise sind die Wände   und/oder    die schraubenförmigen Einbauten ganz oder teilweise   beheiz-oder    kühlbar. Die Drehtrommel liegt vorteilhaft horizontal oder in einem kleinen Winkel in Richtung vom Einlasszum   Austassstutzen    hin, nach unten geneigt.



   Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Drehtrommel ist einstellbar, und die Trommel kann unter erhöhtem oder vermindertem Druck betrieben werden. Ferner kann die   Drebtrommet    mit einem weiteren Druckgefäss umgeben werden, wobei dieses Druckgefäss evakuiert, beheizt   und/oder    gekühlt werden kann.



   Die erfindungsgemässe Drehtrommel hat den Vorteil, dass es mit ihrer Hilfe nicht nur möglich ist, organische Reaktionen in dünnen Schichten durchzuführen, sondern auch die Verweilzeit der miteinander reagierenden Reaktionspartner beträchtlich zu erhöhen. Darüber hinaus sorgt die erfindungsgemässe Drehtrommel, unabhängig von der durchgesetzten Menge des   Reaktionsgutes,    stets für eine sehr gleichmässige Verweilzeit. Diese   Vergleich-      massigung    der effektiven Verweilzeit konnte bisher mit keinem der bekannten Apparate erzielt werden. Diese hat zusammen mit der sich kontinuierlich erneuernden  Oberfläche des Reaktionsgemisches den Vorteil, dass der Stoffaustausch rasch, intensiv und gleichmässig erfolgt.

   Auch bei verschieden grossen Ansätzen gelingt es, stets ein Endprodukt mit   g) eichmässigen    Eigenschaften zu erhalten, was ein Vorteil bei der Herstellung flüssiger, linearer Polykondensate, die zu Fäden verformt werden sollen, ist. Die Drehtrommel gemäss vorliegende Erfindung eignet sich nicht nur zur kontinuierlichen Herstellung von organischen Polykondensaten, sondern auch zur Herstellung von Vorprodukten dieser Polykondensate. Zum Beispiel gelingt es, Veresterungen und Umesterungen durchzuführen, wobei stets hohc Ausbeuten erzielt werden. Durch den hohen Raum-Zeit Umsatz sind die mit der Drehtrommel durchgeführten Reaktionen sehr wirtschaftlich.



   Die entstehenden Produkte können ohne betrieblichen Aufwand sehr leicht aus dem Reaktionsgefäss entfernt werden. Durch die Möglichkeit, unter Druck oder Vakuum und bei allen möglichen Temperaturen zu arbeiten, ist die   crfindungsg    vielseitig. Diese   Drchtrommel    zeichnet sich durch ihre Wirtschaftlichkeit gegenüber üblichen Apparaturen aus.



   Die erfindungsgemässe Drehtrommel sowie ihre Verwcndbarkeit werden in folgenden Beispielen sowie der Zeichnung veranschaulicht.



   In der Zeichnung ist der besseren Übersicht wegen die mögliche Ausführungsform, nämlich die Trommel mit einem Druckgefäss zu umgeben, weggelassen. Bei I wird das Ausgangsprodukt in die Trommel 2 eingeführt.



  Das   Trommelgehäuse    3 umgibt die eigentliche Drehtrommel 4, die bei 5 und 5'gelagert ist und mittels eines Motors 6 über ein Getriebe 7 und eine Antriebsscheibe 8 angetrieben   v'ird.    Die Drehtrommel 4 besteht aus einem zylindrischen Rohr 9, das am Produkteintrittsstutzen I gegen das Trommelgehäuse 3   abgeschlos-    sen ist. Dieses zylindrische Rohr 9 ist mit Einbauten 10 versehen, die so angeordnet sind, dass sie einen fortlaufenden, nicht unterbrochenen Schraubengang bilden.



  Hierdurch wird bei sich drehender Drehtrommel 4 das am Boden derselben befindliche Produkt 11 unabhängig von seiner Viskosität in Richtung des Auslasses 12 befördert und verfasst durch diesen den Reaktor. Ab  gespaltener    Dampf bzw. Gase verlassen das Druckgefäss durch Auslass   13.   



      Beispiet I   
Herstellung von   Pofyäthyfengiykofterephthalat    a.) Herstellung des Dimethylesters :
Eine Suspension von   10,    0 kg Terephthalsäure in 38,4 kg Methanol wird bei I der Trommel zugeführt.



  Die Trommel dreht sich mit einer Drehzahl von 2 Um  drchungen/Stunde.    Nach einer   Rcaktionsdauer    von 5 Stunden und einer Temperatur von   180  C war    die Veresterung beendet. Die Ausbeute   an Terephthalsäure-    dimethylester betrug 10, 8 kg (92,5% der Theorie). In diesem Falle wurden durch den   Auslass 13    keine Dämpfe abgezogen. Der Reaktor selbst stand unter einem Druck von 40   kg ! cm-'.    b.) Umesterung des Dimethylesters zu Bis- (2-hy  droxiäthyl)-tercphthalat    :
Eine Lösung von 38,8 kg Dimethylterephthalsäurcester in 27,3 kg Diäthylenglykol wird auf eine Temperatur von   180  C erhitzt    und als Veresterungskatalysator 22 g Zinkacetat zugegeben.

   Das Gemisch wird bei 1 in die Trommel eingeführt, die sich mit einer Drehzahl von 3   UmdrehungeníStunde    dreht. Nach einer Reaktionszeit von 3 Stunden, in der die Temperatur des Gemisches auf   240     C ansteigt und bei einem Druck von 760 Torr war die Umesterung beendet. Die Ausbeute an   Bis- (2-hydroxiäthyl)-terephthalat    betrug   41,    0 kg. Der   Umesterungsgrad    betrug 99,5   der Theoric.    c.) Herstellung des Vorkondensats :
41, 0 kg   Bis- (2-hydroxiäthyl)-terephthalat    mit einem Polykondensationsgrad von etwa 2 und einer Viskosität von 4 cP wird auf eine Temperatur von 230 bis 250  C erhitzt und der Trommel bei   I    zugeführt.

   Die Drehtrommel dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 8 Um  drehungen/Stunde.    An die Trommel wird ein Vakuum von etwa   180    Torr   angetegt.    Die Temperatur des Reaktionsgemisches steigt während der Verweilzeit von 1,5 Stunden auf 260 bis   270  C    und die Viskosität auf etwa 40 P.

   Das Endprodukt hatte eine   Intrinsic-Viskosität    von 0,15, gemessen in einem Gemisch von 60 Gew.   %    Phenol und 40 Gew.   X      1,      1,    2,2-Tetrachloräthan. d.) Herstellung des   Polykondensats    :
40 kg eines Vorkondensats mit einer Intrinsic-Visko  sität    von 0,18 wird auf 260 bis   270  C    aufgeheizt und der Drehtrommel bei I zugeführt. Diese steht unter einem Vakuum von 0,2 Torr und läuft mit einer Geschwindigkeit von 3   Umdrehungen/Stunde.    Nach einer Verweilzeit von 4 Stunden steigt die Viskosität auf etwa 1000 P. Das Endprodukt hatte eine Intrinsic-Vis  kosität    von 0,65.



   Beispiel 2
Herstellung von Polyhexamethylendiaminadipat a.) Herstellung des Vorkondensats :
Eine wässrige Lösung von 30 kg   Hexamethylendi-    aminadipat in 20 kg Wasser wird bei   260  C    dem unter einem   Uberdruck    von 25   atü    stehenden Reaktor zugeführt. Nach einer Verweilzeit von 2 Stunden und einer Trommeldrehzahl von 4   Umdrehungen/Stunde    erreicht das Produkt eine Temperatur von 275  C und eine relative Lösungsviskosität in Schwefelsäure von 1,9. In einem Zwischengefäss wird entspannt. b.) Herstellung des   Polykondensats    :
Das mit einer Temperatur von 275  C die Drehtrommel verlassende   Vorpolykondensat    fliesst erneut einem, jedoch unter Unterdruck stehenden Reaktor zu.



  Nach einer Verweilzeit von 2,5 Stunden und einer Drehzahl der Trommel von 2 Umdrehungen/Stunde erreicht das Produkt bei gleichbleibender Temperatur von 275  C eine relative Viskosität von 2,5.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Drehtrommel zur Durchführung von kontinuierlichen Flüssigphase-Reaktionen, dadurch gekennzeich- net, dass sie schraubenförmige Einbauten sowie an einem Ende einen Einlassstutzen fiir das einzubringende Gut, am anderen Ende einen Auslassstutzen zum Ablassen des Reaktionsproduktes sowie ferner eine Öffnung zum Entfernen gas-oder dampfförmiger Stoffe enthält.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Drehtrommel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dic Wände undloder schraubenförmige Einbauten ganz oder teilweise beheiz-oder kühlbar sind.

   2. Drehtrommel nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie horizontal liegt oder in einem kleinen Winkel in Richtung von Einlass-zum Auslassstutzen hin, nach unten geneigt ist.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung der Drehtrommel nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1-3 zur Durchführung von kontinuierlichen Veresterungs-und Umesterungsreaktionen in flüssiger Phase.

   UNTERANSPRUCH"---.'".

   3. Verwendung gemäss Patentanspruch II zur Durch fuhrung kontinuierlicher Polyesterherstellung in flüssiger ¯ Phase.