DD201309A1

DD201309A1 - DEVICE FOR PRODUCING POLYMERS

Info

Publication number: DD201309A1
Application number: DD23559581A
Authority: DD
Inventors: Reiner Thiele; Guenter Weickert; Wilfried Hoenisch; Bernd Hamann; Juergen Runge
Original assignee: Reiner Thiele; Guenter Weickert; Wilfried Hoenisch; Bernd Hamann; Juergen Runge
Priority date: 1981-12-10
Filing date: 1981-12-10
Publication date: 1983-07-13

Abstract

Vorrichtung zur kontinuierlichen, halbkontinuierlichen und diskontinuierlichen Herstellung von Homo-, Co- bzw. Pfropf-Polymeren des Styrens u.a. geeigneter vinylgruppenhaltiger und /oder doppelbindungshaltiger Monomerer ggf. in Gegenwart von elastischen Pfropfsubstraten nach dem Massepolymerisationsverfahren. Die Erfindung betrifft einen verbesserten Ruehrreaktor mit Schneckenruehrer und Rueckstroemkanal. Ziel der Erfindung ist, einen solchen Einzelreaktor oder auch als Reaktoren aus einer Reaktorschaltung, die gut geeignet sind zur Durchfuehrung von Massepolymerisationen bis zu hohen Umsaetzen und dabei noch gleichmeassige Produktqualitaeten erzeugen, im Bedarfsfalle ausserordentlich schnell, sicher und vollstaendig ohne grosse Produktverluste und Produktverunreinigungen, entleeren zu koennen.Apparatus for the continuous, semi-continuous and batchwise preparation of homo-, co- or graft polymers of styrene, and the like suitable vinyl-containing and / or double bond-containing monomer, if appropriate in the presence of elastic graft substrates according to the bulk polymerization. The invention relates to an improved Ruehrreaktor with Schneckenruehrer and Rueckstroemkanal. The aim of the invention is to empty such a single reactor or as reactors from a reactor circuit, which are well suited for carrying out bulk polymerizations up to high conversions while still gleichmeassige product qualities, in case of need exceptionally fast, safe and completely without large product losses and product impurities to be able to.

Description

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Title of the invention

Vorrichtung zur Herstellung von PolymerenApparatus for the production of polymers

Fields of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, halbkontinuierlichen oder diskontinuierlichen Herstellung von Polymerisaten in Masse oder in Gegenwart von Lösungsmitteln.The invention relates to a device for the continuous, semi-continuous or batchwise preparation of polymers in bulk or in the presence of solvents.

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Die Vorrichtung ist Torteilhaft anwendbar besonders auch bei Durchführung der Polymerisation bis zu hohen Monomerumsätzer und bei Reaktionsmassen mit. Zähigkeiten bis 1 000 Pa sThe device is Torteilhaft applicable especially when performing the polymerization up to high monomer ethers and reaction masses with. Toughness up to 1 000 Pa s

Besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen für die Polymerisation vor ungesättigten Monomeren oder deren Gemischen, wie z. B. Styren, c6 -Methylstyren, Acrylnitril, Vinylacetat, Methacrylnitril, Methacrylsäureraethylester, oC ,ß-ungesattigte Monocarbonsäuren sowie deren Estern und Nitrilen, Vinylchlorid und anderen vinylhaltigen Monomeren, gegebenenfalls in ,Anwesenheit von Elasten, wie Polybutadien, Butadien-Styren-Polymeren, Butadien-Acrylnitril-Copolymeren, Ä'thylen-Propylen-Terpolymeren, Äthylen-Vinylacetat-Copolymeren, ohloriertem Polyäthylen, elastischen Blockpolymeren und anderen. Particularly advantageous applications of the device according to the invention exist for the polymerization of unsaturated monomers or mixtures thereof, such as. As styrene, c6-methylstyrene, acrylonitrile, vinyl acetate, methacrylonitrile, methacrylate, oC, ß-unsaturated monocarboxylic acids and their esters and nitriles, vinyl chloride and other vinyl-containing monomers, optionally in, presence of elastomers, such as polybutadiene, butadiene-styrene polymers, Butadiene-acrylonitrile copolymers, ethylene-propylene terpolymers, ethylene-vinyl acetate copolymers, chlorinated polyethylene, elastic block polymers and others.

Characteristic of the known solutions

Die Herstellung von Polymerisaten im Masseverfahren bei diskontinuierlicher, halbkontinuierlicher oder stationär kontinuierlicher Betriebsweise der eingesetzten Polymerisation reaktoren bzw. Reaktorschaltungen ist bekanntThe preparation of polymers in the bulk process in discontinuous, semi-continuous or stationary continuous operation of the polymerization reactors or reactor circuits used is known

Insbesondere bei hohen Monomerumsätzen treten dabei infolge der stark ansteigenden Viskosität der Reaktionsmischung Probleme bezüglich der Durchmischung der Reaktiönsmasse und dei Wärmeabführung sowie Förderung des Mediums auf, die die Beherrschung des Prozesses erschweren· Particularly at high monomer conversions, problems arise due to the greatly increasing viscosity of the reaction mixture with respect to the mixing of the Reaktiönsmasse and dei heat removal and promotion of the medium, which complicate the mastery of the process ·

Ein weiteres Problem stellen die bei den alternierend betrie benen Polymerisationsanlagen notwendigen Entleerungs- und Reinigungsprozesses (wegen des hohen Zeitaufwandes)sowie die bei einem Produktwaohsel in kontinuierlichen Polymerisations anlagen anfallenden großen Mengen Produktes minderer Qualitä dar. Bei den für die Durchführung der genannten Polymerisationsprozesse bekannten Vorrichtungen handelt es sich zu air um Rührkisselreaktoren mit herkömmlichen Mischorganen, wie ] peller- oder Propellerrührer, Blattrührer, SchraubenrührerA further problem is the drainage and cleaning process necessary for the alternately operated polymerisation plants (because of the high expenditure of time) and the large quantities of inferior quality product resulting from a product bath in continuous polymerization plants. The devices known for carrying out the mentioned polymerization processes it is air to Rührkisselreaktoren with conventional mixing devices, such as peller or propeller stirrer, blade stirrer, screw

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mit oder ohne Leitrohr oder Ankerrührer, die aber versagen, wenn dia Zähigkeit des Mediums wesentlich über 1 Pa s steigt Cs. 25. B. I. Houban, Th. Weyl, Methoden der organischen Chemie, G. Thieme-Verlag, Stuttgart), zum anderen um Polymerisationsreaktoren, bei denen Rührerschnecken mit Leitrohr als Mischorgane verwendet werden und die Reaktionsmasse zwischen Reaktorinnenmantel und Leit- bzw. Einsteckrohr im Kreislauf gefördert wird (GB-PS 1 238 943, GB-PS 1 404 163). Letzterer Reaktortyp gestattet zwar eine Polymerisation bis zu hohen Monomerumsätzen, doch kann die Bildung stagnierender Strömungsbereiche insbesondere im Rückförderungsraum zwischen Reaktormantel und Leitrohr nicht völlig ausgeschlossen werden. Die Verwendung von Polymerisationsextrudern, mit deren Hilfe die Probleme der Wärmeabführung aus der Reaktionsraischung auch bei hohen Umsätzen beherrscht werden können, bringt den Nachteil mit sich, daß sie aufgrund ihres Strömungsverhaltens nicht für die Herstellung von molekular und chemisch möglichst einheitlichen nichtazeotropen Copolymerisaten und wegen der auftretenden starken Scherkräfte auch nicht für die Herstellung von schörempfindlichen Produkten geeignet sind. Rührreaktoren mit Sehneckenrührern mit innerer Hohlwelle, wie sie im DD-WP 144 064 beschrieben sind, stellen einen wesentlichen Fortschritt bei der Lösung der Probleme der Durchmischung und Wärmeabführung aus der Polymerisationsmasse dar, da sie die Vorteile der Rührkesselcharakteristik und des verbesserten Wärmeüberganges an der Reaktorinnenwand, wie er auch bei Extrudern durch das ständige Abschaben dieser erreicht wird, miteinander vereinigt.with or without guide tube or anchor stirrer, but fail if the viscosity of the medium increases significantly above 1 Pa s Cs. 25. BI Houban, Th. Weyl, Methods of Organic Chemistry, G. Thieme-Verlag, Stuttgart), on the other to polymerization reactors in which stirrer screws are used with guide tube as mixing elements and the reaction mass between the reactor inner jacket and Leit- or plug-in tube in the circuit (GB-PS 1 238 943, GB-PS 1 404 163). Although the latter reactor type allows polymerization up to high monomer conversions, the formation of stagnant flow regions, in particular in the recirculation space between the reactor jacket and the guide tube, can not be completely ruled out. The use of polymerization extruders, with the help of the problems of heat removal from the reaction mixture can be controlled even at high conversions, has the disadvantage that they are not due to their flow behavior for the preparation of molecular and chemically uniform as possible non-azeotropic copolymers and because of occurring strong shear forces are also not suitable for the production of schörempfindlichen products. Stirred reactors with internal hollow shaft chopper stirrers, as described in DD-WP 144 064, represent a significant advance in solving the problems of mixing and heat removal from the polymerization, since they have the advantages of the stirred tank characteristics and the improved heat transfer at the reactor inner wall, as it is also achieved in extruders by the constant scraping of these, united together.

Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht Jedoch darin, daß eine vollständige Entleerung innerhalb kurzer Zeit nicht möglich ist· Alle diese bekannten konstruktiven Lösungen für die Polymeri-The disadvantage of this device, however, is that complete emptying within a short time is not possible. All of these known structural solutions for the polymerization of

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sationsreaktoren haben mit Ausnahme der Polymerisationsextruder jedoch den Nachteil, daß für eine notwendige Entleerung des Reaktionsraumes, z. B# nach Beendigung der Reaktion bei diskontinuierlicher oder halbkontinuierlicher Betriebsweise, im Havariefall oder bei Produktwechsel in kontinuierlich betriebenen Anlagen relativ lange Zeiten benötigt werden.However, with the exception of the polymerization extruder sationsreaktoren have the disadvantage that for a necessary emptying of the reaction space, for. B # after completion of the reaction in discontinuous or semi-continuous operation, in case of accident or product change in continuously operated systems relatively long periods are needed.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mittels einer geeigneten Vorrichtung eine weitgehend vollständige Schnellentleerung eines mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Rührerschnecke ausgerüsteten Rührreaktors zu ermöglichen·The object of the invention is to make possible by means of a suitable device a substantially complete rapid emptying of a stirred reactor equipped with a stirrer screw designed as a hollow shaft.

Darlegung des Wesens der Erfindung Die technische Aufgabe Explanation of the essence of the invention The technical task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Polymerisaten in Masse oder in Gegenwart von Lösungsmitteln, bestehend aus Reaktor mit als Hohl welle ausgebildeter Rührerschnecke, welche einen Rückströmkanal mit ungekühlten Wandungen besitzt, so zu verbessern, daß eine Entleerung des Rührreaktors auch bei Viskositäten des Reaktorinhaltes in hohen Umsatzbereichen bis 1 000 Pa s dem Ziel gemäß möglich ist.The invention has the object of providing a device for the preparation of polymers in bulk or in the presence of solvents consisting of reactor with a hollow shaft formed as a stirring screw, which has a return flow channel with uncooled walls, so that an emptying of the stirred reactor even at Viscosities of the reactor contents in high conversion ranges up to 1 000 Pa s the target is possible.

Features of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rührreaktor im Reaktorboden eine verschließbare Schnellent* leerungseinrichtung mit großem freiem Querschnitt besitztThis object is achieved in that the stirred reactor in the reactor bottom has a closable Schnellent * emptying device with a large free cross-section

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und die Hohlwelle der Rührersehnecke mit einem vertikal beweglichen, dicht schließenden Kolben ausgerüstet ist. Zum Entleeren des Rührreaktors z. B· bei Produktwechsel oder im Havariefall werden Zu- und Ablauf des Reaktors verschlossen, die Drehrichtung der Schneckenrührer so geändert, daß diese nach unten fördern und das Schnellentleerungsventil im Boden des Reaktors geöffnet. Durch Einfahren des Kolbens von oben in die Hohlwelle des Schneckenrührers zu einem geeigneten Zeitpunkt wird die darin befindliche Reaktionsmasse nach unten aus dem Rückströmkanal herausgepreßt und eine vollständige Entleerung des Rührreaktors erreicht· Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft anwendbar besonders auch bei Reaktionsmassen mit Zähigkeiten bis 1 000 Pa s bis zu hohen Monomerumsätzen.and the hollow shaft of the Rührsehnecke is equipped with a vertically movable, tightly closing piston. To empty the stirred reactor z. In the case of a product change or in case of an accident, the inlet and outlet of the reactor are closed, the direction of rotation of the screw stirrers is changed so that they move downwards and open the quick-drain valve in the bottom of the reactor. By retracting the piston from above into the hollow shaft of the screw agitator at a suitable time, the reaction mass contained therein is pressed down from the return flow and complete emptying of the stirred reactor achieved · The inventive device is advantageously applicable especially for reaction masses with toughness up to 1 000 Pa s up to high monomer conversions.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die notwendigen Zeiten zur Entleerung auf mindestens ein Zehntel derjenigen sinken, die für einen gleichen Reaktor ohne die beschriebene Vorrichtung benötigt werden. Darüberhinaus gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung eine vollständige Entleerung des Reaktors einschließlich der Hohlwelle.A further advantage of the device according to the invention is that the drainage times required decrease to at least a tenth of that required for a same reactor without the device described. Moreover, the device according to the invention allows a complete emptying of the reactor including the hollow shaft.

Dadurch sind Produktwechsel weitgehend ohne durch Vermischung s effekte bewirkte Qualitätsminderungen sowie ohne Produktverluste möglich. Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit der Entleerung und Reinigung einzelner Rührreaktoren einer Reaktorschaltung.As a result, product changes are largely possible without quality impairments caused by mixing effects and without product losses. Also advantageous is the possibility of emptying and cleaning individual stirred reactors of a reactor circuit.

Merkmale und Vorteile sind in dem folgenden Ausführungs-/ Vergleichs-Beispiel näher erläutert.Features and advantages are explained in more detail in the following embodiment / comparison example.

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embodiment

Flg. 1 zeigt eine scnematisolie Darstellung eines Rührreaktors mit Sehneckenrührer und innerer Hohlwelle ohne Entleerungsvorrichtung.Flg. FIG. 1 shows a detailed illustration of a stirring reactor with chord-wheel stirrer and internal hollow shaft without emptying device.

Fig. Z zeigt den gleichen Reaktortyp mit Entleerungsvorrichtung.Fig. Z shows the same type of reactor with emptying device.

Im Betriebszustand erfolgt die Zuspeisung des Reaktionsgemisches in die Reaktoren von unten durch den Stutzen (8). "Die Rührerschnecke (4) bewirkt eine Vermischung des eingespeisten Reaktionsgemisches mit dem aus der Hohlwelle ('/) durch die Öffnung (5) austretenden Reaktionsgemisches und die Förderung nach oben. Im oberen Reaktorbereich erfolgt eine Teilung des Massenstromes. Ein Teil des Reaktionsgemisches fließt durch die oben offene Hohlwelle (7) wieder nach unten, der andere Teil verläßt den Reaktor durch den Stutzen (1).In the operating state, the feed of the reaction mixture into the reactors from below through the nozzle (8). "The stirrer screw (4) effects a mixing of the fed reaction mixture with the reaction mixture emerging from the hollow shaft ('/) through the opening (5) and the upward conveyance In the upper reactor area the mass flow is divided the hollow shaft (7), which is open at the top, downwards again, the other part leaves the reactor through the connecting piece (1).

Die Entleerung des Reaktors ohne spezielle Entleerungsvorrichtung gem. Fig. 1 erfolgt über den Stutzen 1 oder 8 ggf. unter Hinzugabe inerter Lösungsmittel oder von Monomeren. Die Entleerung des Reaktors ist dadurch nicht vollständig und auch nicht kurzzeitig möglich. Die Entleerung des Reaktors mit spezieller Entleerungsvorrichtung gem. Fig. erfolgt nach Verschließen der Stutzen (1) und (8) durch Änderung der Drehrichtung von (4) sowie gleichzeitiges Öffnen von (9). Die Entleerung des Rückströmkanals wird nach Entleeren des Reaktionsraumes zwischen Reaktoraußenwand und Hohlwelle durch Einfahren des Kolbens (10) in den Rückströmkanal vorgenommen.The emptying of the reactor without special emptying device acc. Fig. 1 via the nozzle 1 or 8 optionally with the addition of inert solvent or monomers. The emptying of the reactor is thus not complete and not possible for a short time. The emptying of the reactor with special emptying device acc. Fig. Is done after closing the nozzle (1) and (8) by changing the direction of rotation of (4) and simultaneous opening of (9). The emptying of the return flow channel is made after emptying the reaction space between the reactor outer wall and the hollow shaft by retracting the piston (10) in the return flow.

Claims

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invention claim

Apparatus for the preparation of polymers in bulk or in the presence of solvents, which consists of a stirred reactor with one or more designed as a hollow shaft agitator and wherein in the Rührerschnekke a return flow channel is arranged with uncooled walls, characterized in that the stirred reactor in Keaktorboden a closable quick emptying device has a large free cross-section and the hollow shaft of the stirrer screw is equipped with a vertically movable, tight-closing piston.

To

2 sheets of drawings