DD242415A1 - Verfahren und vorrichtung zur entmonomerisierung viskoser polymerloesungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entmonomerisierung viskoser Polymerloesungen, die nach vollendeter Loesungspolymerisation noch stoerende Restmonomere enthalten. Das Ziel der Erfindung besteht darin, viskose Polymerloesungen zu entmonomerisieren. Die thermische und mechanische Belastung soll zeitlich und produktspezifisch den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden koennen, so dass das Zielprodukt in der gewuenschten Qualitaet erhalten wird. Verunreinigungen sowie Verkrustungen aller Art sollen vermieden werden. Die Aufgabe besteht in der Entwicklung eines der Zielstellung entsprechenden Verfahrens und einer zu seiner Durchfuehrung geeigneten Vorrichtung und wird geloest, indem man ein jeweils in der Polymerloesung bereits zur Anwendung gebrachtes Loesungsmittel dampffoermig oder dampffoermig und fluessig ueber ein am Ruehrbehaelterdeckel starr befestigtes Zentralrohr, das in die Polymerloesung maximal eintaucht und am unteren Ende in verschiedenen horizontalen Ebenen radiale Dampfaustrittsbohrungen am Umfang verteilt enthaelt, einleitet, wobei ihre Anwendung in Ruehrbehaeltern mit einer Ankerruehrerkombination erfolgt. Als moegliche Anwendungsgebiete kommen die Entfernung und Rueckgewinnung von Monomeren und anderen fluechtigen Bestandteilen aus viskosen Polymerloesungen in Frage.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entmonomerisierung viskoser Polymerlösungen, die nach vollendeter Lösungspolymerisation noch störende Restmonomere enthalten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine Vielzahl von Entmonomerisierungsverfahren in Rührkesseln, Kolonnen, Sprühtürmen, Dünnschichtapparaten, Extrudern usw. mitvariierenden Druck-und Temperaturbereichen mit oder ohne Schleppmittel in Abhängigkeit von Prödukteigenschaften sind bekannt.

Die Entmonomerisierung in Rührkesseln (DD-PS 87661, DD-PS 120878, DD-PS 140621, DE-PS 1 248943, DE-PS 2429776, DE-PS 2441303, DE-PS 2454445, US-PS 2822356), Sprühtürmen (DD-PS 144416, DD-PS 144922, DD-PS 125909, DD-PS 212518, DE-PS 2917171, DE-OS 3038287) und Kolonnen (DD-PS 86940, DD-PS 124253, DD-PS 133241, DD-PS 138548, DE-OS 3102780, DE-OS 3200413, DE-PS 2746909, DE-PS 2903586, US-PS 2433060) wird fast ausschließlich bei niedrigviskosen Polymerdispersionen, vorwiegend wäßrigen Polymerdispersionen, angewendet, deren Fließfähigkeit auch bis zum Ende der Entmonomerisierung erhalten bleibt. Dabei wird meist Wasserdampf als Schleppmittel eingesetzt, um die Monomeren auszutreiben.

Ist die Fließfähigkeit eines zu entmonomerisierenden Polymerprodukts bereits stark eingeschränkt, kommen häufig Dünnschichtapparate mit rotierenden Einbauten zur Produktfilmerzeugung und ggf. zum Produkttransport zur Anwendung (DD-PS 134353, DD-PS 137842, DD-PS 147246, DD-PS 215320, DE-PS 2953248).

Ist die Fließfähigkeit des Polymerproduktes noch stärker eingeschränkt, wie es bei Schmelzen und Pasten der Fall ist, kommen in der Regel Extruder zum Einsatz (DE-PS 2606612, DE-OS 3310676). Bei letzteren beiden Verfahren können nur Produkte behandelt werden, die eine hohe mechanische Beanspruchung vertragen. In Extrudern kommt oft noch eine hohe thermische Beanspruchbarkeit hinzu. Nachteilig an diesen Verfahren ist weiterhin, daß im Falle einer beabsichtigten Weiterbehandlung im Rührkessel, das Produkt als Zwischenprodukt zum Zwecke der Entmonomerisierung aus dem Rührbehälter entfernt und nach beendeter Entmonomerisierung wieder einem Rührbehälter zugeführt werden muß. Wenn es sich bei dem Verfahren um einen chargenweisen Betrieb handelt, der für die Erfindung vorzugsweise in Betracht kommt, sollten Dünnschichtverdampfer bzw. Extruder gemieden werden.

Dünnschichtapparate und Extruder sind generell vorzugsweise im kontinuierlichen Betrieb einzusetzen, um zeitraubende Zwischenreinigungen angetrockneter Verkrustungen u.a. zu vermeiden. Aus einerseits reaktionstechnischen Gründen und aus Gründen der Erzielung ganz bestimmter Produkteigenschaften andererseits werden gegenwärtig verstärkt Polymerlösungen hergestellt, wobei im Reaktionsprozeß hohe Umsätze vermieden werden und so eine anschließende Entmonomerisierung erforderlich wird. Da nach der Herstellung und Entmonomerisierung oft noch weitere Reaktionen und/oder Verdünnungsvorgänge folgen müssen, ist der Rührbehälterfüllstand zum Zeitpunkt der Entmonomerisierung meist sehr niedrig. Da noch eine sehr schlechte Wärmeübergangszahl von der Behälterwand auf die Polymerlösung hinzu kommt — komplettiert durch eine geringe Wärmeaustauschfläche — führt ein direktes Abdampfen aus der Polymerlösung bei gleichzeitiger Heizung des Rührbehälters zu unvertretbar großen Entmonomerisierungzeiten. Die Einstellung einer großen Temperaturdifferenz über die Behälterwand verbietet in den meisten Fällen das Produkt selbst.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, viskose Polymerlösungen zu entmonomerisieren. Die thermische und mechanische Belastung soll zeitlich und produktspezifisch den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden können, so daß das Zielprodukt in der gewünschten Qualität erhalten wird. Verunreinigungen sowie Verkrustungen aller Art sollen vermieden werden.

-2- 242 415 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entmonomerisierung von viskosen Polymerlösungen zu entwickeln. Die Entmonomerisierung soll vorzugsweise diskontinuierlich in einem Rührbehälter durchgeführt werden, wobei nach beendeter Entmonomerisierung im selben Rührbehälter weitere Operationen, wie Löse- und/oder Verdünnungsvorgänge, chemische Reaktionen u.a. stattfinden sollen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem man ein jeweils in der Polymerlösung bereits zur Anwendung gebrachtes Lösungsmittel vorzugsweise außerhalb des Rührbehälters verdampft und es dann produktspezifisch temperatur- und druckabgestimmt unter Rühren direkt der Polymerlösung über ein starres Zentralrohr vorzugsweise als Sattdampf zuführt, wodurch die Bildung von Ausscheidungen, Verkrustungen u. ä. vermieden wird. Durch diese Verfahrensweise wird die Polymerlösung aus dem Zentralrohr verdrängt und in den äußeren Ringraum gedrückt. Dadurch erhöht sich im Außenraum die Flüssigkeitssäule und damit einerseits die für den Lösungsmitteldampf bei seinem Durchtritt zur Verfugung stehende Verweilzeit für den Stoffaustausch und andererseits die Wärmeübertragungsfläche zur Behälterwand. Das Verhältnis Lösungsmitteldampf zu Polymerlösung beträgt 0,2 bis 5 kg/kg, vorzugsweise zwischen 2 und 3kg/kg. Eine gewünschte Beibehaltung oder Änderung im Feststoffgehalt der Polymerlösung erfolgt durch die richtige Wahl der Behältermanteltemperatur bei der Rührbehältertemperierung.

Eine zusätzliche Beschleunigung der Entmonomerisierung kann erzielt werden, wenn in Abhängigkeit von den Polymerlösungseigenschaften eine hohe Behältermanteltemperatur zulässig ist. Hier muß der dadurch provozierten Feststoff- und damit Viskositätserhöhung durch eine Wärmeäquivalente Direktdosierung flüssigen Lösungsmittels entgegengewirkt werden. Das Verhältnis zwischen der dampfförmigen und flüssigen Lösungsmittelmenge ist ausrüstungs- und produktabhängig und sollte deshalb variabel zwischen 5:1 und 20:1 eingestellt werden können. Das bei der Entmonomerisierung mit Monomeren angereicherte Lösungsmittel wird kontinuierlich aus dem Rührbehälter abgeführt, kondensiert und aufgearbeitet. Die zur Durchführung des Verfahrens entwickelte erfindungsgemäße Vorrichtung, die in einem mit einer Ankerrührerkombination ausgestatteten Rührbehälter zur Anwendung kommt, besteht in einem am Rührbehälterdeckel starr befestigten Zentralrohr, dessen Durchmesser das 0,4- bis 0,8fache des Rührbehälterdurchmesser beträgt. Die Eintauchtiefe in die Polymerlösung ist zu maximieren, wobei die Grenzen durch den gewählten Zentralrohrdurchmesser und die Rührergeometrie bestimmt werden. Dabei wird der Gasraum über der Polymerlösung durch das Zentralrohr in einen Innen-und einen Außenraum-geteilt. Am unteren Ende des Zentralrohres sind in mehreren horizontalen Ebenen eine Vielzahl von radialen Dampfaustrittsbohrungen am Umfang verteilt, die im stationären Zustand der Entmonomerisierung Dampfgeschwindigkeiten zwischen 0,1 und 10m/s ermöglichen. Derfreie Querschnitt der Summe aller Bohrungen von einer Bohrungsebenezur nächsten darunterliegenden muß zunehmen um den Faktor 1 bis 5. Die Anzahl der Bohrungsebenen ist so groß zu wählen, daß ein axialer Dampfdurchbruch im Zentralrohr nicht auftreten kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen Rührkessel, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sichtbar wird. Die Entmonomerisierung einer viskosen Polymerlösung erfolgt in einem Rührbehälter, in dem eine Ankerrührerkombination, bestehend aus einem großen Ankerrührer 11 und einem kleinen Ankerrührer 9 — angetrieben von einem Antriebsmotor 1 über ein Getriebe 2 — zur Anwendung kam. Über den Stutzen 4 des vom Zentralrohr 6 gebildeten Innenraumes, der starr am Behälterdeckel 5 befestigt ist, wurde Lösungsmitteldampf eingeleitet, der die viskose Polymerlösung 8 bis zu den radialen Lösungsmitteldampfaustrittsbohrungen 10 absenkte und so den Durchtritt von Lösungsmitteldampf durch die Polymerlösung in den Außenraum ermöglichte. Die Entnahme des mit Monomeren verunreinigten Lösungsmitteldampfes erfolgte über den Stutzen 3 im Außenraum. Die Temperierung des Rührbehälters erfolgte über den Behältermantel 7. Folgender Versuch wurde in der Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt: Entmonomerisiert wurde eine viskose Polymerlösung im Lösungsmittel Ethylacetat, die noch 2,15 Ma.-% Vinylacetat als Restmonomere enthielt. Der Rührbehälter hatte eine Größe von 6,3 m³ und eine Ankerrührerkombination, die von einem Antrieb von 25 kW mit einer Drehzahl bis zu 0,5s~¹ angetrieben wurde. Die Viskosität der Polymerlösung betrug 4500 mPas bei einer Temperatur von 298 K und einem Feststoffgehalt von 40 Ma.-%. In einem Zeitraum von 10 Stunden wurden durch den 3,9m³ umfassenden Polymerlösungsansatz über das Zentralrohr mit einem Durchmesser von 1 000 mm, das 1 200 Bohrungen mit dem Bohrungsdurchmesser von 5 mm in 4 Bohrungsebenen und 1 200 Bohrungen mit dem Bohrungsdurchmesser von 10 mm in 8 Ebenen am unteren Ende enthielt, 10500 kg Ethylacetatdampf geleitet, dessen Temperatur vor Eintritt in den Rührbehälter maximal 353K betrug. Am Rührbehälter wurde ein Unterdruck von 0,05kPa aufrechterhalten, was einer Innentemperatur von 331 K entsprach. Die Behältermanteltemperatur wurde bei 353 K gehalten. Die gewünschte Konstanthaltung des Feststoffgehaltes von 40 Ma.-% wurde durch eine kontinuierliche Dosierung von 125 l/h flüssigen Ethylacetats gewährleistet. Ein Restmonomergehalt von 0,09Ma.-% konnte erreicht werden, wobei eine Inspektion des Rührbehälters nach der Entmonomerisierung ergab, daß praktisch keine Ausscheidungen bzw. Verkrustungen zu verzeichnen waren.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Entmonomerisierung viskoser Polymerlösungen, die vorzugsweise diskontinuierlich erfolgt, in einem mit einer Ankerrührerkombination ausgestatteten Rührbehälter, der druck- und temperaturseitig auf die zu entmonomerisierende Polymerlösung abgestimmt ist, gekennzeichnet dadurch, daß ein in der Polymerlösung bereits eingesetztes Lösungsmittel dampfförmig oder dampfförmig und flüssig direkt unter Rühren in die Polymerlösung eingeleitet wird und das Masseverhältnis Lösungsmitteldampf zuflüssigem Lösungsmittel 5kg/kg bis20kg/kg und das Masseverhältnis Lösungsmitteldampf zu Polymerlösung 0,2 kg/kg bis 5 kg/kg, vorzugsweise zwischen 2 und 3 kg/kg, beträgt.
2. 2. Vorrichtung zur Entmonomerisierung viskoser Polymerlösungen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein maximal in die Polymerlösung eintauchendes Zentralrohr zur direkten Einleitung des dampfförmigen Lösungsmittels in die Polymerlösung, mit einem Durchmesser des 0,4- bis 0,8fachen des Rührbehälterdurchmessers, mit am unteren Ende des Zentralrohres in mehreren horizontalen Ebenen angeordneten radialen Dampfaustrittsbohrungen, die am Umfang so angeordnet und dimensioniert sind, daß die Lösungsmitteldampfgeschwindigkeiten in den Bohrungen im stationären Zustand der Entmonomerisierung zwischen 0,1 und 10 m/s liegen und der freie Querschnitt der Summe aller Bohrungen von einer Bohrungsebene zur nächsten darunterliegenden um den Faktor 1 bis 5 zunimmt, starr am Rührbehälterdeckel befestigt ist.