CS266588B2 - Reactor for polymerization reactions realization in systems with high concentration of polymer - Google Patents

Description

Předložený vynález ее týká reaktoru nové koncepce, který se hodí pro provádění polymerací v systémech s vysokou koncentrací polymeru.

Vynález se konkrétně týká reaktoru, který je v podstatě tvořen válcovitým pláštěm s vertikální osou, který je opatřen horním a spodním Čelem, v plášti válce je v souhlasu s jeho tvořící přímkou umístěn otvor s vertikální osou, který spojuje vnitřek válce s tělesem vytlačovacího stroje, přičemž tento vytlačovací stroj má rovněž vertikální osu a tvoří s reaktorem jeden celek.

Je známo, že v případě polymeračních postupů, během kterých polymer vzniká v roztoku nebo suspenzi v organickém prostředí, je účelné pracovat při co nejvyšší koncentraci polymeru. Takový způsob provozu, zejména v tom případě, že se zvýší koncentrace polymeru na výstupu z reaktoru, umožňuje dosažení značných úspor ve spotřebě energie.

Až dosud však žádné postupy, u kterých byla snaha dosáhnout co nejvyšších úspor co nejvyšším zvýšením koncentrace polymeru, nevedly к významnějšímu obchodnímu úspěchu. Známé postupy, při kterých polymer vzniká bud v suspenzi nebo v roztoku v organickém prostředí, se proto stále ještě realizují v koncentračním rozmezí, které nepřekračuje 30 % hmotnostních, přestože teorie učí, že podmínkou pro úspěšné dosažení optimálních energetických úspor je koncentrace polymeru v rozmezí od 60 do 70 % hmotnostních.

Vzhledem к tomu, že z ekonomických důvodů není radno pracovat v systémech s vysokou koncentrací polymeru, uchylují se výrobci přednostně ke způsobům polymerace ve fluidním loži nebo ke způsobům polymerace v emulzi nebo v suspenzi ve vodnéfti prostředí.

Existuje však mnoho případů, ve kterých není možno pracovat ani ve vodném prostředí, například s ohledem na typ použité katalýzy (katalýza pomocí katalyzátorů Ziegler-Natta, aniontová katalýza nebo katiotová katalýza), ani ve fluidním loži, například s ohledem na vlastnosti vyráběného polymeru, jako je tomu v případě běžných elastomerů, které mají příliš vysokou lepivost. V těchto případech se v průmyslu v provozním měřítku ještě používá polymeračních postupů prováděných v organickém prostředí, při nichž vznikající polymer zůstává rozpuštěn nebo suspendován ve shora uvedených nízkých koncentracích, se všemi nevýhodami z toho plynoucími, které byly rovněž krátce uvedeny shora..

Ve specifickém případě konjugovaných diolefinů se polymerace provádí většinou v uhlovodíkovém roztoku za účelem regulace polymerační teploty a tedy za účelem získání rozpustných lineárních polymerů neobsahujících gel nebo v podstatě neobsahujících gel, které mají regulovanou molekulovou hmotnost.

Bloková polymerace konjugovaných diolefinů naproti tomu nedoznala významnějšího rozšíření v průmyslu, přes nepochybné výhody, které způsob prováděný v nepřítomnosti nebo v podstatě v nepřítomnosti rozpouštědel nebo ředidel nabízí ve srovnání s tradičními postupy v roztoku.

Důvody pro tento fakt je možno nalézt v neurčité nebo chybějící identifikaci vhodných katalytických systémů a/nebo v obtížích způsobovaných inženýrskými nebo Theologickými problémy nebo problémy 8 výměnou tepla při manipulaci s polymerními hmotami o vysoké viskozitě. Tak například reakční teplo se musí odvádět ve formě skupenského tepla odpařování reakčního prostředí a uvolňující se páry je nutno z reakčního systému odvádět nízkou rychlostí, aby při tom nedocházelo ke strhávání polymerní hmoty v takovém rozsahu, že by to způsobovalo ucpávání výstupní trysky reaktoru. Dále musí být umožněna přesná regulace reakčních podmínek, aby nedocházelo к anomáliím v historii tvorby polymeru. .

Přihlašovatel nyní zjistil, Že těchto požadavků je možno dosáhnout tak, že se polymerace konjugovaných diolefinů v bloku provádí v reaktoru podle vynálezu, který mimo to vykazuje další podstatné výhody, jako je samočisticí schopnost a neměnnost distribuce doby setrvání.

CS 266 588 B2

Reaktor podle předloženého vynálezu umožňuje provádět polymerační reakce v systémech s vysokou koncentrací polymeru, zejména blokové polymerace a kopolymerace konjugovaných diolefinů.

Reaktor podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje příčný průřez reaktorem, obr. 2 znázorňuje podélný průřez reaktorem a obr. 3 znázorňuje detailní pohled na lopatku míchadla.

Reaktor podle vynálezu je v podstatě tvořen válcovitým pláštěm £ s vertikální osou, který je opatřen horním a spodním čelem, v plášti válce je v souhlasu s jeho tvořící přímkou, umístěn otvor 2 s vertikální osou, který spojuje vnitřek válce s tělem £ vytlačovacího stroje, přičemž tento vytlačovací stroj má rovněž vertikální osu a tvoří s reaktorem jeden celek.

Reaktor je dále vybaven míchadlem se svislou osou, jehož hřídel vstupuje do reaktoru bud svrchu nebo zéspodu. К hřídeli je připevněno jedno nebo více kolmých ramen £, z nichž každé podpírá určitý počet vertikálních lopatek 5.

Lopatky míchadla jsou zkosené shora dolů, aby tak vznikal tlak nasměrovaný na spodek reaktoru, v závislosti na směru otáčení míchadla.

Reaktor dále obsahuje jednu nebo více soustav narážek 6, které jsou umístěny ve volném prostoru, do kterého nezasahují lopatky míchadla j>. Vzájemná poloha otáčejících se lopatek _5 a narážek 6 je u otvoru 2 taková, že otáčející se lopatky umístěné blízko středu reaktoru dosáhnou odpovídající narážky dříve než obvodové lopatky. Výsledkem takového uspořádání je, že kdykoliv dosáhnou otáčející se lopatky během svého otáčení narážek u otvoru 2, je na obsah reaktoru vyvozován tlak směřující к obvodu a tedy к otvoru 2.

V ostatních zónách reaktoru mohou otáčející se lopatky dospět к narážkám bud současně nebo tak jak bylo uvedeno shora, aby docházelo к dopravě hmoty směrem к obvodu.

Hřídel míchadla je opatřena vnějším pláštěm 11, tvořeným trubkou, která je spojena do jednoho celku se spodním čelem reaktoru, aby nedocházelo к Weissenbergovu efektu. К tomuto efektu by mohlo docházet při otáčení hřídele ve styku s reakčním prostředím.

Reaktor je opatřen tryskou £ pro uvádění katalyzátoru používaného při polymerací, která je umístěna v blízkosti pláště hřídele, a tryskou £ pro uvádění monomeru nebo monomeru a případného rozpouštědla.

Reaktor dále obsahuje vypouštěcí trysku 9 pro odpařené reakční prostředí (nebo v případě polymerace v bloku, pro samotný monomer), která slouží pro odvádění reakčního tepla a tedy pro regulaci teploty, a vypouštěcí trysku 10 pro polymer ve formě koncentrovaného roztoku v monomeru nebo monomerech nebo popřípadě v jejich směsi s rozpouštědlem.

Vytlačovací stroj může být jednošnekový nebo dvoj šnekový, přičemž šnek nebo šneky musí vytvářet dopravní zónu přilehlou к přívodu polymeru z reaktoru, kterážto zóna musí mít tedy přinejmenším stejnou délku jako otvor 2, a kompresní zónu.

Reaktor samozřejmě obsahuje také obvyklá měřicí zařízení, jako je například zařízení pro měření teploty nebo pro měření maximální hladiny reakčního systému, atd.

Shora popsaného reaktoru je možno používat pro jakékoliv polymerace prováděné v systémech s vysokou koncentrací polymeru, až do 60 % hmotnostních nebo i výše.

Konkrétně je možno reaktoru použít pro polymerací konjugovaných diolefinů v bloku, při které se katalyzátor přidává к jednoduchému homogennímu systému obsahujícímu jeden nebo více monomerů.

CS 266 588 B2

Taková polymerace je popsána v následujícím příkladu provedení, ze kterého jsou zřejmé další podrobnosti vztahující se к reaktoru. Cílem příkladu je dokumentovat situaci, ke které dochází uvnitř reaktoru za provozu a tak na konkrétním příkladu ilustrovat vynález.

Rozumí se samo sebou, že rozsah vynálezu není tímto konkrétním příkladem jakkoliv omezen.

Příklad ,

Pracuje se kontinuálním postupem za použití reaktoru podle obr. 1 až 3 o vnitřním průměru 250 mm, který obsahuje lopatky o výšce 300 mm. Reaktor obsahuje dvě soustavy vždy po třech otáčejících se lopatkách a tři soustavy vždy po dvou narážkách. Během zkoušky se butadien polymeruje v nepřítomnosti rozpouštědla za použití katalyzátoru na bázi neodymu, který obsahuje

a) alespoň jednu sloučeninu neodymu zvolenou ze souboru zahrnujícího oxid, alkoxidy, fenoláty a karboxyláty neodymu a jejich směsi s jinými složkami na bázi vzácných zemin;

b) alespoň jednu organickou sloučeninu obsahující alkoholické nebo fenolické hydroxyskupiny nebo karboxyskupiny zvolenou ze souboru zahrnujícího alkoholy, fenoly a karboxylové kyseliny, za případného přídavku vody;

c) alespoň jednu organokovovou sloučeninu hliníku nebo její odpovídající hydridový derivát;

d) alespoň jednu halogenovanou sloučeninu zvolenou ze souboru zahrnujícího sekundární a terciární alkylhalogenidy, aryl- nebo alkylarylhalogenidy, halogenidy organických kyselin, halogenidy kovů nebo organokovové halogenidy, halogenovodíky a halogeny.

Konkrétně se použije katalytického systému, který se připraví následujícím způsobem:

Do nádoby o objemu 5 1, vybavené míchadlem a výměníkem tepla se pod dusíkovou atmosférou předloží

220 g (0,62 molu) oxidu neodymu (Nd₂O₃) o Čistotě 95 %;

945 g (3,9 molu) naftenové kyseliny o čísle kyselosti 230; ,

180 g (1,9 molu) terč, butylchloridu o čistotě 98 %; .

2,8 kg vazelínového oleje;

ml vodného roztoku chlorovodíku o koncentraci 37 % hmotnostních.

Směs se po dobu 3 hodin míchá při teplotě 60 °C pod dusíkovou atmosférou. Na konci této periody se získá směs olejovitého vzhledu.

Takto získaná směs se předloží do nádoby o objemu 120 1, vybavené míchadlem. Do této nádoby se rovněž uvede 50 1 roztoku obsahujícího 0,8 mol/1 aluminium diisobutylmonohydridu ve vazelínovém oleji.

Reakční hmota se pod dusíkem míchá při teplotě místnosti (asi 20 °C) po dobu 2 hodin.

Na konci této periody se získá katalytický roztok, který obsahuje neodym, hliník a chlor v následujících koncentracích:

neodym 0,023 gatomu/1, hliník 0,74 gatomu/1, · chlor 0,034 gatomu/1.

Tohoto roztoku se použije na polymeraci.

CS 266 588 B2

Zkoušejí se různé produkční rychlosti v rozmezí od 4 do 20 kg/h polymeru měněním frekvence otáček míchadla v rozmezí od 20 do 80 min”¹, při konstantní teplotě (60 °C) a konstantní rychlosti vynášecího vytlačovacího stroje (80 g/min).

Typický pokus se provádí za těchto podmínek:

nově uváděný butadien butadien odpařený a recyklovaný po kondenzací dávkování katalyzátoru odpovídající produkční rychlost viskozita Mooney polymeru kg/h kg/h mmolu/h Nd kg/h polymeru + 2 koncentrace polymeru na výstupu asi 62 %. z vytlačovacího stroje

Polybutadien je nerozpustný v monomeru. Za podmínek ustáleného stavu se uvnitř reaktoru vytvoří následující situace, počínaje od spoda:

vrstva polymeru nabotnaného monomerem za rovnovážných podmínek (pevná fáze), udržována v nej spodnější části reaktoru, poněvadž lopatky míchadla vyvozují,jak bylo již shora uvedeno, tlak působící směrem dolů;

vrstva monomeru, ve kterém je rozpuštěno zanedbatelné množství polymeru;

horní plynná vrstva.

Katalyzátor, který je uváděn v blízkosti pláště hřídele, se rovnoměrně rozptyluje v pevné fázi obklopující tento plášť, v důsledku účinku vyvozovaného otáčejícími se lopatkami.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Reaktor pro provádění polymeračních reakcí v systémech s vysokou koncentrací polymeru, vyznačující se tím, že je tvořen válcovitým pláštěm (1) s vertikální osou, který je opatřen horním a spodním čelem, v plášti válce je v souhlasu s jeho tvořící přímkou umístěn otvor (2) s vertikální osou, jehož prostřednictvím je válec spojen s vytlačovacíni strojem (3) s vertikální osou, přičemž reaktor je opatřen míchadlem s vertikální osou, jehož vertikální hřídel nese alespoň jedno rameno (4), které je к ní kolmé přičemž každé rameno nese vertikální lopatky (5) a reaktor je dále vybaven alespoň jednou soustavou narážek (6), umístěnou ve volném prostoru, do kterého nezasahují lopatky (5).