DD227144A1

DD227144A1 - Vorrichtung zur herstellung von polyamid aus epsilon-kaprolaktam

Info

Publication number: DD227144A1
Application number: DD26590284A
Authority: DD
Inventors: Karlheinz Wiltzer; Baldur Ebert; Hans Bruetting; Gerhard Zeschke
Original assignee: Schwarza Chemiefaser
Priority date: 1984-08-02
Filing date: 1984-08-02
Publication date: 1985-09-11

Abstract

Die Vorrichtung dient zur Herstellung von Polyamid 6 in einem mehrstufigen Verfahren, welches fuer hochwertige Feinseiden eingesetzt wird. Mit der Vorrichtung soll eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute gewaehrleistet sein, wobei der Einsatz an Kaprolaktam gesenkt werden kann. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass man eine Vorrichtung, bestehend mindestens aus 2 Reaktoren, einsetzt, wovon der 1. Reaktor ein Druckreaktor ist und jeweils zwischen zwei Reaktoren ein Schmelzetrockner angeordnet ist, wobei jeder Schmelzetrockner, dem ein Nachkondensator folgt, an seinem Kopf ueber Oeffnungen direkt mit dem Abtriebsteil einer Trennkolonne oder mit dem Dampfkondensierer verbunden ist und das Ueberlaufrohr des Sumpfes der Trennkolonne im Mischwaermetauscher tauchend endet, wobei der Mischwaermetauscher ueber eine Pumpe mit dem Produktgasraum des Druckreaktors ueber einen Rohranschluss mit der niveaugesteuerten Wasserdosierpumpe verbunden ist.

Description

Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Herstellung von Polyamid 6 aus'£-Kaprolaktam

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyamid 6 für ein mehrstufiges kontinuierlich ablaufendes Verfahren.

Charakteristik der bekannten technischen-Lösungen

Es ist bekannt, Polyamid 6 in einstufig und bei barometrischem Druck arbeitenden VK-Reaktoren herzustellen (DD-PS 5.5 822). Um hohe Reaktionsgeschwindigkeiten in den VK-Reaktoren einstellen zu können, wird am Reaktoranfang hohe Temperatur eingestellt. Die Reaktion startet damit bei hohen Temperaturen. Da der Umsatz am Reaktionsstart noch gering ist, wird relativ viel Laktam aus dem Verfahren ausgedampft. Um den Laktamverlust zu verringern, wurde vorgeschlagen, die den VK-Reaktor verlassenden Dämpfe mittels einer Trennkolonne-in seine Be-

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standteile Laktam und Wasser aufzuspalten und die laktamreiche Komponente wieder in den VK-Reaktor zurückfließen zu lassen. Das überschüssige Wasser wird ausgetrieben (OD-PS 62 912).

In den VK-Reaktoren ist die Reaktionsgeschwindigkeit gering, da die für den Reaktionsstart wirksame Wassermenge niedrig ist. Die Reaktionsgeschwindigkeit bei dem Verfahren nach DD-PS 62 912 wird zusätzlich verringert, da die von der Trennkolonna zurückfließende laktamreiche Komponente kalt ist und dadurch das bereits anpolymerisierte Produkt im VK-Reaktor wieder abgekühlt wird. Der erreichbare Polymerisationsgrad wird außerdem stark begrenzt, da mit der laktamreichen Komponente Wasser wieder in den VK-Reaktor zurückfließt.

Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, Polyamid 6 mittels Verfahren, die in diesen angepaßten Vorrichtungen ablaufen müssen, herzustellen, die aus mehreren Stufen bestehen (DD-PS 124 806, DD-PS 133 681). Diese Erfindungen sind mit Nachteilen behaftet. Bei der Erfindung DD-PS 124 806 wird das Verfahren in einem Vor- und einem Hauptreaktor durchgeführt. Die Reaktion erfolgt im Vorreaktor unter Druck und im Hauptreaktor unter barometischen Verhältnissen. Aus dem Hauptreaktor wird .Laktam-Wasser-Dampf ausgetrieben, in einer Rückflußkolonne wird Laktam verflüssigt und fließt wieder in den Hauptreaktor zurück. Da eine vollständige Trennung des Stoffgemisches Wasser-Laktam nicht möglich ist, fließt mit der laktamreichen Komponente auch wieder Wasser in den Hauptreaktor zurück, wodurch der erzielte Polymerisationsgrad abgesenkt wird. Auch hier wird das rückfließende Laktam in der Trennkolonne stark abgekühlt, was zur Verringerung der Polykondensationsgeschwindigkeit im Hauptreaktor führt.

Beim Verfahren nach DD-PS 133 681 werden die direkten Nachteile in der Polykondensationsstufe vermieden, da der Laktam-iVasser-Dampf aus der Polykondensationsstufe ausgetrieben wird. Auf diese Weise steigt jedoch der Kaprolaktamverbrauch beträchtlich an, insbesondere steigt der Kaprolaktamverbrauch bei der Produktion von Polyamid 6 hohen Polymerisationsgrades oder hohen Stabilisierungsgrades .

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyamiden zu schaffen, mit welcher bei wirtschaftlichem Betrieb eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute gewährleistet wird, wobei der Einsatz von Kaprolaktam gesenkt werden kann und hochsäurestabilisiertes Polyamid oder Polyamid mit sehr hohem Durchschnittspolymerisationsgrad hergestellt werden kann. .

Darlegung des «Vesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Anordnung von bekannten Vorrichtungselementen zur Polymerisation von Polyamid 6 zueinander so vorzunehmen, daß auf einfache und neuartige Weise eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute an Polyamid δ. erzielt wird sowie der Polymerisationsgrad und der Stabilisierungsgrad wesentlich erhöht werden und ausgedampftes Laktam ohne Beeinträchtigung der Reaktionsgeschwindigkeit wieder in die Vorrichtung zurückgeführt werden kann.

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, wenn man eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyamid aus

^-Kaprolaktam, bestehend aus mindestens 2 Reaktoren, wovon der 1. Reaktor ein Druckreaktor darstellt und jeweils zwischen 2 Reaktoren ein Schmelzetrockner angeordnet ist, einsetzt, wobei jeder Schmelzetrockner, dem ein Nachkondensator folgt, an seinem Kopf über öffnungen direkt mit dem Abtriebsteil einer Trennkolonne oder mit dem Dampfkondensjs-er verbunden ist, und das Oberlauf rohr des Sumpfes der Trennkolonne im Mischwärmetauscher tauchend endet, wobei der Mischwärmetauscher über eine Pumpe mit dem Produktgasraum des Druckreaktors und über den Rohranschluß mit der niveaugesteuerten Wasserdosierpumpe verbunden ist.

Die öffnungen ara Kopf von Schmelzetrocknern werden auch direkt mit dem Mischwärmetauscher verbunden. Bei dieser Lösung ist es zweckmäßig, daß der Dampfkondensierer in den Mischwärmetauscher integriert wird, beispielsweise durch den Einbau einer Kühlschlange in den Mischwärmetauscher. Im Mischwärmeta-useher enden alle Oberlauf rohre der Dampfkondensierer oder Trennkolonnen oder öffnungen der Schmelzetrockner abtauchend, wodurch verhindert wird, daß Luftsauerstoff in die Polyamid führenden Apparate gelangen kann.

Die erfindungsgeraäße Vorrichtung wird nachstehend durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die beigefügte Zeichnung zeigt die Anordnung der Aggregate zueinander, mit welcher die Polymerisation von f -Kaprolaktam in 4 Polymerisatoren durchgeführt wird.

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In den Druckreaktor 1 wird £-Kaprolaktam, wässrige TiO₂-3uspension und wässriges Rücklaktam kontinuierlich eindosiert. Das wässrige Rücklaktam wird mittels der Kolbenpumpe 9 in den Produktengasraum des Druckreaktors' 1 in Abhängigkeit von konstant eingeregelten Systemdruck dosiert. Das Polyamid verläßt kontinuierlich den Druckreaktor 1. Über ein Regelventil 12, dessen Durchlaß in Abhängigkeit vom Produktniveau im 1. Nachkondensator 2.1 geändert wird, tritt das Produkt in den 1. Schmelzetrockner 3.1. Im Schmelzetrockner werden Schmelzefäden erzeugt und an nicht dargestellten Lochblechen, die vertikal eingebaut sind, wird die Schmelzetrocknung abgeschlossen. Ober diese Lochbleche fließt das Polyamid. Am Ende des Schmelzetrockners strömt trockener Stickstoff ein. Dieser Stickstoff belädt sich im Schmelzetrockner 3.1 mit Wasser-, Laktam- und in sehr geringem Umfang mit Oligomerendämpfen. Am Kopf des Schmelzetrockners 3.1 verläßt über öffnungen der beladene Stickstoff den 1. Schmelzetrockner 3.1 und strömt in die Trennkolonne 5. Die Trennkolonne 5 besteht aus 5 Böden. Die Eintrittsoffnung für den beladenen Stickstoff in die Trennkolonne 5 befindet sich zwischen dem 3. und 4. Boden> so daß die Obersäule, die sogenannte Abtriebssäule, aus Boden 4 und 5 und die Untersäule aus den Boden 1 bis 3 besteht. Die Verbindungsleitung zwischen öffnungen 4 und Trennkolonne 5 ist in Richtung Trennkolonne 5 geneigt, so daß durch Wärmeverluste kondensierende Dämpfe in Richtung Trennkolonne 5 abfließen. Der Rückfluß in der Trennkolonne wird durch den am oberen Ende der Trennkolonne 5 eingebauten Kühler mittels Kaltwasser erzeugt. Der Kühler wird so betrieben, daß der über Kopf der Trennkolonne austretende Stickstoff nur noch sehr gering (^ 3 %) mit Laktam, aber sehr stark mit Wasser beladen ist.

Im Wasserschloß 13 wird die Abtriebssäule der Trennkolonne 5 abgetaucht. Die Abtauchtiefe im Wasserschloß wird so gering gewählt, daß der Stickstoff immer über die Obersäule der Trennkolonne 5 entweichen muß. Die Untersäule der Trennkolonne 5 ist über ein Überlaufrohr 8 mit dein Mischwärmetauscher 7 verbunden. Das Oberlaufrohr 8 taucht in das Produktniveau des Mischwärmetauschers 7 ein. Das in der Untersäule der Trennkolonne 5 abgetrennte schwach wasserhaltige Laktam (Wasseranteil ca. 0,8 %) fließt über Abtauchung in den Mischwärmetauscher 7.

Am Ende des 1. Schmelzetrockners 3.1 wird über einen nicht dargestellten Schmelzeverteiler die Polyamidschmelze auf die Produktoberfläche des 1. Nachkondensators 2.1 verteilt und es tritt trockener Stickstoff ein. Das Polyamid durchströmt den 1. Nachkondensator 2.1, dabei bildet sich durch Polykondensationsreaktion Wasser. In Abhängigkeit vom Produktniveau im 2. Nachkondensator 2.2 wird über die Schmelzeförderpumpe 14.1 das Polyamid in den 2. Schmelzetrockner 3.2 gedrückt. Am Kopf des 2. Schmelzetrockners 3.2 werden Schmelzefäden erzeugt. Die Schmelzefäden werden am Ende des 2. Schmelzetrockners 3.2 durch eine Schmelzeauf fang- und Schmelzeverteilervorrichtung auf das Produktniveau des 2. Nachkondensators 2.2 verteilt. Zur Trocknung des Polyamids strömt am Ende des 2. Schmelzetrockners 3.2 trockener Stickstoff ein. Seitlich am Kopf des 2. Schmelzetrockners 3.2 sind öffnungen 4 angebracht, die über eine Rohrleitung mit dem Dampfkondensierer 11 verbunden sind. Die verbindende Rohrleitung ist in Richtung Dampfkondensierer 11 geneigt angeordnet und im Dampfkondensierer abgetaucht. Der Einsatz eines Dampfkondensierers 11 an dieser Stelle einer Trennkolonne 5 ist nach diesem Schmelzetrockner 3.2 möglich, weil die ausgetriebene Wassermenge aus dem Polyamid gering ist, und deshalb Trennung nicht erforderlich ist.

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Im Dampfkondensierer 11 ist ein eingängiger Wärmetauscher eingebaut. Mit diesem Wärmetauscher wird eine Temperatur von ca. 80 ⁰C im Dampfkondensierer 11 eingestellt. Der Überlauf des Dampfkondensierers 11 endet abtauchend im Mischwärmetauscher 7. Über diese Abtauchung fließt das laktamreiche Kondensat in den Mischwärmetauscher 7. Der Gasraum des Dampfkondensierers 11 ist mit dem Wasserschloß 13 über ein Rohr verbunden. Das Rohr taucht in das Niveau des Wasserschlosses 13 ein. Über diese Abtauchung strömt der Stickstoff, der in den 2. Schmelzetrockner 3.2 eindosiert wurde, ins Freie.

Die Abtauchhöhe des Dampfkondensierers 11 im Wasserschloß 13 ist geringer als die im Mischvvärmetauscher 7, eingestellt. Das Polyamid verweilt im 2. Nachkondensator 2.2 und es bildet sich wieder durch die Kondensationsreaktion Wasser. Am Ende der 2. Nachkondensation

2.2 wird mittels der Schmelzeförderpumpe 14.2 das Polyamid in die 3. Schmelzetrocknung 3.3 gedruckt. Am Kopf des 3. Schmelzetrockners 3.3 werden durch Düsen Fäden erzeugt. Die Fäden werden von einer Schmelzeauf fangvorrichtung auf vertikal angeordnete Blecheinbauten verteilt. Die Blecheinbauten, zweckmäßigerweise Streckmetall, tauchen direkt in das Produktniveau des 3. Nachkondensators 2.3 ein. Am Ende des 3. Schmelzetrockners

3.3 wird trockener Stickstoff eindosiert.

Aus den dünnen Polyamidschichten, die sich an den vertikalen Blecheinbauten ausbilden, und aus den Polyamidfäden diffunsiert Laktam und relativ wenig Wasser in den Stickstoff. Über die Öffnungen-4 am Kopf des 3. Schmelzetrockners 3.3 verläßt der mit Laktam und geringer Meng'e Wasser beladene Stickstoff den 3. Schmelzetrockner 3.3 und wird direkt im Mischwärmetauscher 7 abgetaucht. ₄

Die Kondensation des Dampfes im Mischwärmetauscher wird gewährleistet durch die Zuführung des Frischwassers über die Wasserdosierpumpe 10. Es ist jedoch auch möglich, die Dämpfe direkt im Mischwärmetauscher durch eine geregelte Kühlung über die Rohrschlange des Mischwärmetauschers 7 zu kondensieren. Diese Rohrschlange ersetzt dann für die 3. Schmelzetrocknung den Dampfkondensierer 11.

Inertgasatmosphäre im Mischwärmetauscher 7 wird durch den Stickstoff der 3. Schmelzetrocknung 3.3 geschaffen. Der Gasraum des Mischwärmetauschers 7 ist im Wasserschloß 13 abgetaucht. Der gesamte Stickstoff verläßt über das Wasserschloß 13 die Vorrichtungen.

Der Produktgasraum des Druckreaktors 1 ist über die Kolbenpumpe 9 und dazugehörige Rohrleitungen mit dem Mischwärmetauscher 7 verbunden, Mittels der Dosierpumpe 9 wird aus dem Mischwärmetauscher 7 in den Produktengasraum des Druckreaktors 1 in Abhängigkeit vom Systemdruck im Druckreaktor geregelt flüssiges Wasser-Läktam-Gemisch dosiert.

Der Flüssigstand im Mischwärmetauscher 7 wird konstant eingestellt. In Abhängigkeit vom Flüssigstand im Mischwärmetauscher wird durch die Wasserdosierpumpe 10 destilliertes '//asser in den Mischwärmetauscher 7 dosiert. Das Wasser dient als Ausgleich für die Versorgung des Druckreaktors mit Reaktionswasser, zur Kondensation von Dämpfen, die direkt über die Öffnungen 4 in den Mischwärmetauscher 7 eingeleitet werden und zur Abkühlung von heißem einströmenden Laktam von der Trennkolonne 5 auf ca. 90 ⁰C.

Von den in das Produktniveau eintauchenden Blecheinbauten fließt das Polyamid in den 3. Nachkondensator 2.3. Der dritte und letzte Nachkondensator 2.3 ist größer als alle vorherigen Reaktoren gestaltet, so daß das Produkt hier länger verweilen muß. Am Ende des 3. Nachkondensators 2.3 liegt ein hochviskoses Polyamid vor, welches annähernd im Gleichgewichtszustand sich befindet. Ober die Schmelzeförderpumpe 14.3 wird das Polyamid in Stränge gegossen und gelangt zur Weiterbehandlung in die nachfolgenden Prozeßstufen. Die Schmelzeförderpumpe 14.3 läuft mit konstanter Drehzahl.

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Claims

Erfindunqsanspruch

1. Vorrichtung zur Herstellung von Polyamid 6 aus Kaprolaktam, bestehend aus mindestens 2 Reaktoren, wovorv der 1. Reaktor ein Druckreaktor ist und jeweils zwischen zwei Reaktoren ein Schmelzetrockner angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Schmelzetrockner (3), dem ein Nachkondensator (2) folgt, an seinem Kopf über Öffnungen (4) direkt mit dem Abtriebsteil einer Trennkolonne (5) oder mit dem Dampfkondensierer (11) verbunden ist und das Überlaufrohr (8) des Sumpfes (6) der Trennkolonne (5) im Mischwärmetauscher (7) tauchend endet, wobei der Mischwärmetauscher (7) über eine Pumpe (9) mit dem Produktgasraum des Druckreaktors (1) über einen Rohranschluß mit der niveaugesteuerten Wasserdosierpumpe (10) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungen (4) der Schmelzetrockner (3) oder die Oberlauf rohre (8) direkt mit dem Mischwärmetauscher (7) verbunden sind und abtauchend enden.

- Hierzu 1 Seite Zeichnungen -

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