DD294428A5 - Ruehrkesselreaktor zur herstellung hochviskoser polymerer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ruehrkesselreaktor zur Durchfuehrung von Polymerisationsreaktionen in hochviskosen Reaktionsmedien und bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten. Durch die Verwendung eines kuehlbaren Einsteckrohres in einem beidseitig mit Foerderelementen ausgeruesteten Hohlzylinder-Ruehrer mit der erfindungsgemaeszen Anordnung und Befestigung der Ruehrerwendeln wird die Durchmischung und Homogenitaet der Reaktionsmasse sowie die Waermeabfuhr verbessert. Die Polymerisation wird sicher beherrscht; es werden Polymere hoher Einheitlichkeit erzeugt.{Reaktor; Polymerisation; Waermeabfuhr; Styren-Acrylnitril-Copolymerisat; Molekulargewichtsverteilung; Hohlzylinder; Einsteckrohr; Ruehrerwendeln; Durchmischung; Homogenitaet}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Rührkesselreaktor zur Herstellung hochviskoser Polymerer aus ungesättigten Monomeren, gegebenenfalls in Gegenwart von Elasten und Hilfst jffen, durch Masse- oder Lösungspolymerisation.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Polymerisaten nach der M'issepolymerisations-Technologie ohne bzw. unter Verwendung von wenig Lösungsmittel bei hohen Umsätzen Infolge der stark ansteigenden Viskosität der Reaktionsmischung Schwierigkeiten bezüglich der Durchmischung, der Förderung, der Wärmeabfuhr und der schnellen Einmischung der im allgemeinen niederviskoseren Einsatzstoffe auftreten, die die Beherrschung des Prozesses erschweren. Zur Lösung dieser Probleme werden z. B. Rührkesselreaktoren mit kühlbarem Einsteckrohr und Rohrbündelwärmeübertrager im Ringraum zwischen Rührer und Reaktorwand vorgeschlagen, bei denen die Rührerschnecken mit Leitrohr als Mischorgane verwendet werden (US 3679561, GB 123894% GB 1404163). Diese Reaktoren ermöglichen zwar wärmetechnisch hohe Umsätze, können aber die Ausbildung stagnierender Bereiche, insbesondere in den Rückförderräumen zwischen Reaktormantel und Leitrohr, nicht vermeiden.

Speziaireaktoren mit einer oder mehreren Schnecken werden mit wachsender Produktviskosität immer extruderähnlicher und damit teurer (DD 67700, DE-AS 1719321, DE-OS 2160410, US 3953002, EP 0202826, EP 0222599, EP 0160570, EP 0189507, EP 0274668).

Diese Reaktoren gewährleisten zwar eine gute Einmischung der niederviskosen Einsatzstoffe in die hochviskose Reaktionsmasse, besitzen jedoch nur ein begrenztes Reaktionsvolumen und sind wegen der fehlenden Rückvermischung für zahlreiche Polymerisate aus Qualitätsgründen nur bedingt geeignet.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Einmischung der Einsatzstoffe in die Reaktionsmasse und zur Verbesserung der Wärmeabfuhr, bei dem die Einsatzstoffe und kondensierte Monomerbrüden mit einem Teil des Reaktionsproduktes außerhalb des Rührkesselreaktors in einem statischen oder dynamischen Mischer homogenisiert werden und das so erhaltene Gemisch dem Reaktor zugeführt wird (DE OS 2343871). Nachteilig ist hierbei, daß eine zusätzliche Schmelzpumpe nebst Rohrleitungen und Mischvorrichtungen für das Auskreisen und Wiedereinspeisen eines Teils des Reaktionsproduktes benötigt werden und daß die Siedekühlung speziell bei Monomergemischen zu einer Beeinträchtigung der Produktqualität wegen der unterschiedlichen Zusammensetzung von Reaktionsmasse und Gasraum führt.

In DD 144064 wird ein Reaktor beschrieben, der mit einem wandgängigen Wendelrührer und zentralem Rückströmkanal (Hohlwelle) ausgerüstet ist. In US 4007016 ist gleichfalls ein Reaktor mit zentralem Rückströmkanal beschrieben, wobei sich bei diesem zusätzliche wendeiförmige Statikmischer im Rückströmkanal befinden. Beide Reaktoren besitzen mit den Rückströmkanälen schlecht durchmischte Gebiete.

EP 0202706 beschreibt einen Rührkesselreaktor für kontinuierliche Massepolymerisationen mit Einsteckrohr, der einen Schneckenband- und einen Propellerrührer für die Kreislauf- und Mischprozesse besitzt. Dieser Reaktor ist für kontinuierliche Polymerisationsprozesse mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit, hoher Wärmeentwicklung und kurzen Verweilzeiten wegen größerer, nicht gerührter Volumenanteile und der damit verbundenen Nachteile in der Wärmeabführung über die Wand, der Gefahr der Bildung von Ausscheidungen in diesen Bereichen sowie einer picht homogenen Reaktionsmasse nicht bzw. nur sehr begrenzt geeignet.

Aus gleichen Gründen ungeeignet für schnelle Polymerisationsprozesse in hochviskosen Reaktionsmischungen sind Rührreaktoren mit an der WeIIa angebrachten Rührerarmen, die in Wandnähe des Reaktors an diesen Armen angebrachte Rührelemente besitzen (DE 3332069) bzw. zur Zirkulation bei entsprechend komplizierter Rührerkonfiguration noch einen separaten Propellerrührer aufweisen (OD 230157).

Der in DD 246038 beschriebene Reaktor ist grundsätzlich zur Herstellung von Polymeren in hochviskosen Reaktionsgemischen bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten geeignet, besitzt aber noch Mängel bezüglich einer genügend schnellen Einmischung der niedrigviskosen Einsatzmischung in die hochviskose Reaktionsmasse.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Bedingungen bei der Herstellung von Polymeren aus Monomeren unterschiedlicher Reaktivitäten nach der Masse- oder Lösungspolymerisationstechnologie so zu verbessern, daß auch bei hohen Polymerisationsgeschwindigkeiten die Polymerisation sicher beherrscht wird und molekular einheitliche Copolymere mit gewünschten Eigenschaften erhalten werden.

Darlegung des Wesen· der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rührkesselreaktor zur kontinuierlichen Herstellung von Polymeren, bestehend aus temperierbarem Reaktormantel, feststehendem Einsteckrohr und einem zentralsymmetrisch angeordnetem Rotor, der aus einer Rotorwelle, einem Joch und einem Rohrerzylinder besteht, oben und unten offen ist, sich in Achsrichtung der Rotorwelle vom Reaktorboden bis zum Reaktordeckel erstreckt, und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Reaktormantel und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Einsteckrohr Rührerwendoln aufweist und der Einlaßöffnungen an Reaktordeckel, Reaktorboden, Rotorwelle und/oder Einsteckrohr und Auslaßöffnungen besitzt, so zu gestalten, daß auch bei Viskositäten der Reaktionsmasse bis 1000 Pas und kleinen mittleren Verweilzeiten die niedrigviskosen Ausgangsstoffe besondere schnell in die hochviskose Reaktionsmasse eingemischt werden, eine verbesserte Durchmischung und Isothermie der Reaktionsmasse, eine sichere Ableitung der Reaktionswärme und ein ausscheidungsfreier Betrieb gewährleistet sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem Umfang des Rührerzylinders nebeneinander 2 bis 10 Rührerwendeln angeordnet sind, diese Rührerwendeln in ihrem Anstiegswinkel bis zu 10" voneinander verschieden sind, über die Länge des Rührerzylinders vorzugsweise 3 Zonen von Rührerwendeln so angeordnet sind, daß die mittleren Anstiegswinkel der Rührerwendeln in den einzelnen Zonen zueinander vorzugsweise gleich und die Rührerwendel der jeweils aufeinanderfolgenden Zonen vorzugsweise um den Winkel Pi/2 dividiert durch die Rührerwendelzahl versetzt sind und die Rührerwendeln am Rührerzylinder derart befestigt sind, daß zwischen Rührerwendeln und Rührerzylinder ein Abstand von maximal 2 Millimetern vorhanden ist. Durch die spezifische Wendelgestaltung in den Ringräumen zwischen Rührerzylinder und Reaktormantel sowie zwischen Rührerzylinder und Einsteckrohr und der Gesamtkonfiguration des Reaktors wird erreicht, daß auch bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, kurzen Verweilzeiten und damit hohen Durchsatzleistungen im Reaktor ständig eine weitgehend homogene und isotherme Reaktionsmasse vorliegt. Schlieren- und Kanalbildung niedrigviskoser Zulaufgemischanteile oder große Temperaturgradienten mit der Folge der Verschlechterung der molekularen Einheitlichkeit sowie der Gefahr der Bildung lokaler Ausscheidungen im Reaktor werden vermieden. Die für die Wärmebilanz solcher Reaktoren wichtige Kühlkapazität des kalten Zulaufs des Einsatzgemisches wird vollständiger ausgenutzt, ohne daß Anteile direkt an der heißen Reaktorwand erwärmt werden bzw. die Erzeugung von Polymeren mit veränderten Molmassen verursachen.

Aueführungibeleplel

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden

In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: Seitenansicht Rührkesselreaktor Fig. 2: Seitenansicht Rotor

Fig. 1 zeigt einen temperierbaren Rührkesselreaktor mit einem aus Rotorwelle 1, Joch 2, Rührzylinder 3 und inneren und äußeren Wendeln 4,5 bestehenden Rotor.

In Fig.2 ist der Rotor mit den äußeren Wendeln 5 dargestellt. Es existieren 3 Zonen von Wendeln, die in ihrem mittleren Anstieg unterschiedlich sind. Weiterhin sind unterschiedliche Anstiege der Wendelstücke innerhalb einer Zone erkennbar. Durch die spezielle Anordnung der Wendelstücke wird eine intensive lokale Vermischung der Gemischkomponenten erzielt.

Claims (2)

1. Rührkesselreaktor zur kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Herstellung von Polymeren aus ungesättigten Monomeren unterschiedlicher Reaktivitäten, ggf. in Gegenwart von Elasten und Hilfsstoffen nach der Massepolymeristionstechnologie bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, hohen Zähigkeiten und kurzen mittleren Verweilzeiten der Reaktionsmasse im Reaktor, bestehend aus temperierbarem Reaktormantel, feststehendem Einsteckrohr und einem zentralsymmetrisch angeordnetem Rotor, der aus einer Rotorwelle, einem Joch und einem Rührerzylinder besteht, oben und unten offen ist, sich in Achsrichtung der Rotorwelle vom Reaktorboden bis zum Reaktordeckel erstreckt, und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Reaktormantel und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Einsteckrohr Rührerwendeln aufweist und der Einlaßöffnungen an Reaktordeckel, Reaktorboden, Rotorwelle und/oder Einsteckrohr und Auslaßöffnungen besitzt, gekennzeichnet dadurch, daß auf dem Umfang des Rührzylinders nebeneinander 2 bis 10 Rührnwendeln angeordnet sind, diese Rührwendeln in ihrem Anstiegswinkel bis zu 10° voneinander verschieden sind, über die Länge des Rührerzylinders Zonen von Rühret wendeln so angeordnet sind, daß die mittleren Anstiegswinkel der Rührerwendeln in den einzelnen Zonen zueinander gleich und die Rührerwendeln der jeweils aufeinanderfolgenden Zonen um den Winkel Pi/2 dividiert durch die Rührerwendelzahl versetzt sind und die Rührerwendelzahl versetzt sind und die Rührerwendeln am Rührerzylinder derart befestigt sind, daß zwischen Rührerwendeln und Rührerzylinder ein Abstand von maximal
2. 2 Millimetern vorhanden ist.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen