DE10126133B4 - Process and apparatus for the preparation of highly viscous or highly stabilized polycondensates and demonomerized PA 6 - Google Patents

Process and apparatus for the preparation of highly viscous or highly stabilized polycondensates and demonomerized PA 6 Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von hochviskosen oder hochstabilisierten Polykondensaten und entmonomerisiertem PA6 unter Verwendung von senkrechten Reaktionsstufen, bei dem Polykondensatschmelze aus einer Vorstufe in das obere Ende der Reaktionsstufe eingespeist und über Verteilereinrichtungen und oberflächenvergrößernde Elemente verteilt wird und mittels Inertgas oder Vakuum aus der fließenden Polykondensatschmelze Abproduktionsreaktionspartner entfernt und oberhalb des Pegels der Polykondensatschmelze aus der Reaktionsstufe abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktverweilzeit im Sumpf der Reaktionsstufe so gewählt wird, dass am unteren Ende der Reaktionsstufe ein im chemischen Gleichgewicht befindliches Polykondensat vorliegt, von dem ein Teil in Verteilereinrichtungen am oberen Ende der Reaktionsstufe zurückgespeist wird, während der verbleibende Teil entsprechend dem gewählten Durchsatz zur weiteren Verwendung aus der Reaktionsstufe ausgetragen wird.method for the preparation of highly viscous or highly stabilized polycondensates and demonomerized PA6 using vertical reaction stages, in the polycondensate melt from a precursor to the top fed to the reaction stage and distribution facilities and surface enlarging elements is distributed and by means of inert gas or vacuum from the flowing polycondensate melt Removal reaction partner and above the level of Polycondensate melt are withdrawn from the reaction stage, characterized characterized in that the product residence time in the bottom of the reaction stage so chosen is that at the lower end of the reaction stage in the chemical Equilibrium polycondensate is present, of which a part fed back in manifolds at the top of the reaction stage will, while the remaining part according to the selected throughput to further Use is discharged from the reaction stage.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hochviskosen oder hochstabilisierten Polykondensaten und entmonomerisiertem PA6 der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a process for producing high-viscosity or highly stabilized polycondensates and demonomerized PA6 the type mentioned in the preamble of claim 1 and to a Apparatus for carrying out of the procedure.

Für die Polykondensation ist es zur Erhöhung der Viskosität bekannt, eine Entgasung in Doppelschneckenextrudern durchzuführen. Derartige Doppelschneckenextruder stellen jedoch aufwendige und verschleißanfällige Bauteile dar, und das Ausmaß der hiermit erreichbaren Entgasung ist begrenzt.For the polycondensation is it to increase the viscosity known to perform a degassing in twin screw extruders. Such twin-screw extruder However, represent complex and wear-prone components, and the Extent of This achievable degassing is limited.

Ebenso ist es bekannt, Nachkondensationsverfahren in annähernd horizontal angeordneten Nachkondensatoren durchzuführen. Dabei wird die Polykondensationsschmelze laufend aus einem Niveau durch sich drehende innere mechanische Vorrichtungen der oberhalb des Schmelzniveaus befindlichen Atmosphäre ausgesetzt und so entgast. Das entgaste Produkt wird nach außen abgeführt. Bei diesem Verfahren ist jedoch keine ausreichende exakte Produktverweilzeit gesichert, wodurch Qualitätseinbußen des fertigen Polykondensates eintreten. Auf keinen Fall wird das chemische Gleichgewicht am Ende der Polykondensation eingestellt. Im übrigen sind die dafür verwendeten Vorrichtungen kompliziert, insbesondere die Abdichtung zur Außenatmosphäre ist ein nicht ausreichend gelöstes Problem, wodurch sauerstoffanfällige Polykondensate geschädigt werden.As well It is known postcondensation in approximately horizontal arranged to perform post-condensers. In this case, the polycondensation melt running out of a level by rotating internal mechanical Exposed to devices located above the melt level atmosphere and so degassed. The degassed product is discharged to the outside. at However, this method does not provide a sufficient exact product residence time secured, reducing the quality of the finished polycondensates occur. In no case will the chemical Equilibrium set at the end of the polycondensation. Otherwise are the one for that used devices complicated, especially the seal to the outside atmosphere is a not sufficiently solved Problem, causing oxygen-susceptible Polycondensates are damaged.

Aus der DD 265 151 A1 ist ein Schmelzeentgaser bekannt, der einen Reaktor aufweist, in dem oberflächenvergrößernde Elemente angeordnet sind, über denen ein Verteiler zur Zuführung der Polykondensatschmelze an die Elemente angeordnet ist, wobei die Schmelze vor dem Eintritt in dem Sumpf des Reaktors erneut über Verteilerrinnen verteilt wird, um eine Schmelze mit hoher Viskosität und Stabilität zu erzeugen. Durch die vergrößerten Oberflächen wird bewirkt, dass der bei der Polykondensation entstehende leichtflüchtige Reaktionspartner – bei Polyamiden Wasser – schnell an die Schmelzeoberfläche diffundiert und damit besser entfernt wird.From the DD 265 151 A1 a melt degasser is known which comprises a reactor in which surface enlarging elements are arranged, over which a distributor for supplying the polycondensate melt is arranged on the elements, wherein the melt is distributed again before distribution in the bottom of the reactor via distribution channels to a Melt with high viscosity and stability to produce. The increased surface area causes the readily volatile reactant formed during the polycondensation-in the case of polyamides water-to be rapidly diffused to the surface of the melt and thus better removed.

Aus der DE 195 06 407 ist es zu dem gleichen Zweck bekannt, mehrere Reaktoren jeweils mit oberflächenvergrößernden Elementen übereinander anzuordnen, die aufeinanderfolgend in Reihe von der Schmelze durchströmt werden. Beide bekannte Vorrichtungen erfordern jedoch einen größen apparativen Aufwand.From the DE 195 06 407 For the same purpose, it is known to superimpose a plurality of reactors, each with surface-enlarging elements, through which the melt flows successively in series. Both known devices, however, require a large amount of equipment.

Aus der DE 24 61 902 A1 ist es weiterhin bekannt, einen Teil der Schmelze aus dem Sumpf eines Reaktors abzuziehen und einer Mischeinrichtung zuzuführen, in der die Schmelze mit einem gasförmigen Medium beaufschlagt, wobei der Ausgang der Mischeinrichtung an den unteren Bereich des Sumpfes, oberhalb des Niveaus der Schmelze in dem Sumpf oder entlang der Innenwand des Reaktors zurückgeführt wird. Auch hier ist der apparative Aufwand, bedingt durch die Mischeinrichtung, relativ groß, und die Verfahrensführung ist auf Grund des Anstiegs der Viskosität in der Gasleitung schwierig.From the DE 24 61 902 A1 It is also known to withdraw a portion of the melt from the bottom of a reactor and fed to a mixing device in which the melt is subjected to a gaseous medium, wherein the output of the mixing device to the lower portion of the sump, above the level of the melt in the sump or recycled along the inner wall of the reactor. Again, the equipment cost, due to the mixing device, is relatively large, and the process is difficult due to the increase in the viscosity in the gas line.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, das bzw. die bei geringem Aufwand eine starke Erhöhung der Viskosität ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a method of the initially and a device for carrying out the method, the one or the other at low cost, a strong increase in viscosity allows.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale gelöst.These The object is achieved by the features specified in claim 1 and 4 respectively solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims.

Durch die Zurückspeisung eines Teils der am unteren Ende der vertikal angeordneten Reaktionsstufe befindlichen Polykondensatschmelze und damit ein Umpumpen eines Teils dieser Schmelze wird in einfacher Weise eine Erhöhung der Viskosität und/oder eine Laktamreduzierung erreicht, da die Schmelze mehrmals über einen Bereich mit intensiver Entgasung geleitet wird, um Polykondensationsabprodukte wirksam zu entfernen. Die Verweilzeit in der Reaktionsstufe wird dabei jeweils zur Erreichung des chemischen Polykondensatgleichgewichts eingestellt, damit ausreichend Polykondensatabprodukt nachgebildet und im Entgasungsraum oberhalb des Schmelzeniveaus entfernt werden kann. Die Entfernung des Polykondensatabprodukts kann mittels Inertgas oder im Vakuum erfolgen.By the feeding back a portion of the lower end of the vertically arranged reaction stage located polycondensate melt and thus a pumping a Part of this melt is simply an increase in the Viscosity and / or achieved a Laktamreduzierung, since the melt several times over a Area with intensive degassing is routed to polycondensation by-products effective to remove. The residence time in the reaction stage is in each case to achieve the chemical polycondensation equilibrium adjusted so that sufficient polycondensate product replicated and removed in the degassing space above the melt level can. The removal of the polycondensate product can be carried out by means of inert gas or done in a vacuum.

Am Zusammenfluß von Polykondensat aus der Vorstufe und aus der Rückführung entsteht ein nicht im chemischen Gleichgewicht befindliches Polykondensat, da die Menge des Abproduktreaktionspartners sich unterhalb des chemischen Gleichgewichts des Vorstufenpolykondensats einstellt. Hier findet deshalb eine Polykondensationsreaktion statt. Die Viskosität der Polykondensationsschmelze steigt demzufolge nach dem Zusammenfluß nicht nur wegen der Mischung an, sondern auch weil eine Polykondensationsreaktion stattfindet, sofern ausreichend Verweilzeit direkt nach dem Zusammenfluß zur Verfügung steht. Es kann deshalb von Vorteil sein, durch Rohrerweiterung nach dem Zusammenfluß bis zur Nachkondensationsreaktionsstufe zusätzliche Verweilzeit zu schaffen.At the confluence of polycondensate from the precursor and from the recycle results in a non-chemical equilibrium polycondensate, since the amount of Abwirkktreaktionspartners sets below the chemical equilibrium of the precursor polycondensate. Therefore, a polycondensation reaction takes place here. The viscosity of the polycondensation melt therefore increases after the confluence not only because of the mixture, but also because a polycondensation reaction takes place, provided that sufficient residence time is available directly after the confluence. It may therefore be advantageous, by pipe expansion after the confluence to Nachkondensationsreaktionsstufe to additional residence time to create.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt, die eine bevorzugte Ausführungsform der Reaktionsstufe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.One embodiment the invention is in the attached Drawing showing a preferred embodiment of the reaction stage to carry out of the inventive method shows.

Die in der Zeichnung gezeigte Reaktionsstufe umfaßt einen vertikalen Reaktor 1, der am oberen Ende eine Einlaßleitung 7 zur Zuführung der von einer Vorstufe gelieferten Polykondensatschmelze aufweist, wobei im Verlauf der Zuführungsleitung 7 eine Pumpe P1 angeordnet sein kann.The reaction stage shown in the drawing comprises a vertical reactor 1 , the upper end of an inlet pipe 7 for supplying the supplied from a precursor polycondensate, wherein in the course of the feed line 7 a pump P1 can be arranged.

In dem Reaktor 1 sind oberflächenvergrößernde Elemente 3 angeordnet, über denen ein Verteiler 2 zur Zuführung der Polykondensatschmelze an die Elemente 3 angeordnet ist, dessen Eingang mit der Einlaßleitung 7 verbunden ist.In the reactor 1 are surface enlarging elements 3 arranged over which a distributor 2 for feeding the polycondensate melt to the elements 3 is arranged, whose input to the inlet conduit 7 connected is.

Am unteren Ende des Reaktors 1 sind zwei in Reihe geschaltete Dosiereinrichtungen P2, P3, beispielsweise in Form von steuerbaren Pumpen, angebaut, zwischen denen ein Ende einer Rückführleitung 6 angeschlossen ist, deren anderes Ende mit dem Eingang des Verteilers 2 verbunden ist, wobei diese Verbindung vorzugsweise auch an einer Verbindungsstelle 9 mit der Einlaßleitung erfolgen kann. Die in Austritts-Strömungsrichtung hintere Dosiereinrichtung P3 könnte auch durch ein Regelventil gebildet sein.At the bottom of the reactor 1 are two series-connected metering P2, P3, for example in the form of controllable pumps, mounted between which one end of a return line 6 is connected, the other end to the input of the distributor 2 is connected, this compound preferably also at a junction 9 can be done with the inlet pipe. The downstream in the flow direction metering device P3 could also be formed by a control valve.

Nach der Verbindungsstelle 9 ist es zweckmäßig, in die Einlaßleitung einen statischen Mischer 10 einzusetzen und den statischen Mischer 10 einschließlich der Leitung nach dem statischen Mischer 10 bis maximal zum Verteiler 2 so zu dimensionieren, daß die Verweilzeit für einen Viskositätsanstieg durch Polykondensation ansteigt. Die Querschnittsfläche der Leitung 7 nach der Verbindungsstelle 9 ist deshalb größer als die Summe der Querschnitte der Leitung 7 vor der Verbindungsstelle 9 plus dem Querschnitt der Rückführleitung 6.After the junction 9 it is expedient, in the inlet pipe a static mixer 10 to insert and the static mixer 10 including the pipe after the static mixer 10 up to the distributor 2 be dimensioned so that the residence time for an increase in viscosity increases by polycondensation. The cross-sectional area of the pipe 7 after the connection point 9 is therefore greater than the sum of the cross sections of the line 7 in front of the junction 9 plus the cross section of the return line 6 ,

Es ist auch möglich, nach der Verbindungsstelle 9 noch einen (nicht gezeigten) Reaktor einzubauen, der vollständig mit Polykondensat gefüllt ist und von der Verbindungsstelle 10 bis zum Eintritt in die Polykondensationsstufe von dem Produkt durchströmt wird. Die Einlaßleitung 7 am Reaktoraustrag endet dann vor dem Verteiler 2 und ist mit beliebigem Durchmesser in den Verteiler 2 eingebunden.It is also possible after the connection point 9 still incorporate a reactor (not shown) which is completely filled with polycondensate and from the joint 10 is traversed by the product until it enters the polycondensation stage. The inlet pipe 7 at the reactor discharge then ends before the distributor 2 and is with any diameter in the distributor 2 involved.

Der Reaktor 1 weist weiterhin am oberen Ende mindestens einen Gasaustritt 4 und im Sumpf eine Niveaumeßeinrichtung 5 auf, deren Ausgangssignal zur Steuerung der Dosiereinrichtung P3 oder alternativ auch der Pumpe P1 verwendet werden kann.The reactor 1 also has at least one gas outlet at the upper end 4 and a level measuring device in the sump 5 whose output signal can be used to control the metering device P3 or alternatively also the pump P1.

Die Rückführleitung 6 ermöglicht die Zurückspeisung eines Teils der am unteren Ende des Reaktors 1 befindlichen Polykondensatschmelze umd damit ein Umpumpen eines Teils dieser Schmelze, wodurch in einfacher Weise eine Erhöhung der Viskosität und/oder eine Laktamreduzierung erreicht wird, da die Schmelze mehrmals über die oberflächenvergrößernden Elemente 3 geleitet und intensiv entgast wird, um Polykondensationsabprodukte wirksam zu entfernen. Die Verweilzeit in dem Reaktor 1 wird dabei jeweils zur Erreichung des chemischen Polykondensatgleichgewichts und/oder im Fall der Produktion von PA 6-Polykondensat bzw. Copolyamidpolykondensaten auf der Basis von PA 6 zur Erreichung einer Laktamreduzierung eingestellt, damit ausreichend Polykondensatabprodukt nachgebildet und im Entgasungsraum oberhalb des Schmelzeniveaus über den Gasaustritt 4 entfernt werden kann.The return line 6 allows the recovery of part of the at the bottom of the reactor 1 This polycondensate melt umdump so that a pumping of a portion of this melt, which in a simple manner an increase in viscosity and / or a Laktamreduzierung is achieved because the melt several times over the surface enlarging elements 3 is passed and degassed intensively to effectively remove polycondensation by-products. The residence time in the reactor 1 This is in each case set to achieve the chemical polycondensation equilibrium and / or in the case of the production of PA 6-polycondensate or copolyamide polycondensates based on PA 6 to achieve a Laktamreduzierung so that sufficient polycondensate and reproduced in the degassing above the melt level on the gas outlet 4 can be removed.

Die Entfernung des Polykondensatabprodukts kann mittels Einleitung eines Inertgases über eine Leitung 8 in die Nähe der Oberfläche der Schmelze oder im Vakuum erfolgen.Removal of the polycondensate product may be accomplished by introduction of an inert gas via a conduit 8th close to the surface of the melt or in vacuum.

Für eine Polykondensation zur Erhöhung der Viskosität kann die Verweilzeit der Schmelze in dem Reaktor 3 Stunden betragen, wobei als Beispiel eine Umpumpmenge von 50% des Durchsatzes durch den Reaktor 1 über die Steuerung der Dosiereinrichtungen P2, P3 eingestellt werden kann. Hierbei sollte das Nutzvolumen über eine Erhöhung des durch die Niveaumeßeinrichtung 5 gemessenen Füllstandes um 50% erhöht werden.For a polycondensation to increase the viscosity, the residence time of the melt in the reactor 3 Hours, taking as an example a pumping rate of 50% of the throughput through the reactor 1 can be adjusted via the control of the metering devices P2, P3. Here, the useful volume should be increased by the level meter 5 measured level can be increased by 50%.

Zur Gewinnung von höher stabilisiertem Polykondensat können Stabilisatoren in der Vorstufe zugesetzt werden.to Gaining higher stabilized polycondensate can Stabilizers are added in the precursor.

Wenn das Verfahren zur Entlactamisierung von PA6 verwendet wird, wird das Niveau nicht angehoben, und es kann durch Umpumpen von 100% des Durchsatzes eine Lactamreduzierung von etwa 4,5% erreicht werden.If the process for the deacetamization of PA6 is used the level is not raised and it can be pumped by 100% the throughput a lactam reduction of about 4.5% can be achieved.

Der Gasaustritt 4 kann mit nur schematisch angedeuteten Einrichtungen zur Rückgewinnung von Monomerem, des Inertgases und Wasser verbunden sein.The gas outlet 4 may be associated with only schematically indicated means for the recovery of monomer, the inert gas and water.

Claims (7)

Verfahren zur Herstellung von hochviskosen oder hochstabilisierten Polykondensaten und entmonomerisiertem PA6 unter Verwendung von senkrechten Reaktionsstufen, bei dem Polykondensatschmelze aus einer Vorstufe in das obere Ende der Reaktionsstufe eingespeist und über Verteilereinrichtungen und oberflächenvergrößernde Elemente verteilt wird und mittels Inertgas oder Vakuum aus der fließenden Polykondensatschmelze Abproduktionsreaktionspartner entfernt und oberhalb des Pegels der Polykondensatschmelze aus der Reaktionsstufe abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktverweilzeit im Sumpf der Reaktionsstufe so gewählt wird, dass am unteren Ende der Reaktionsstufe ein im chemischen Gleichgewicht befindliches Polykondensat vorliegt, von dem ein Teil in Verteilereinrichtungen am oberen Ende der Reaktionsstufe zurückgespeist wird, während der verbleibende Teil entsprechend dem gewählten Durchsatz zur weiteren Verwendung aus der Reaktionsstufe ausgetragen wird.Process for the preparation of highly viscous or highly stabilized polycondensates and demonomerized PA6 using vertical reaction stages, in which polycondensate melt from a precursor is fed into the upper end of the reaction stage and distributed via distributors and surface-enlarging elements and removed by means of inert gas or vacuum from the flowing polycondensate Abproduktktionsreaktionspartner and be deducted above the level of the polycondensate from the reaction stage, characterized in that the Produktverweilzeit in the bottom of the reaction stage is chosen so that at the lower end of the reaction stage is a present in chemical equilibrium polycondensate of which a portion is fed back into manifolds at the top of the reaction stage, while the remaining portion is discharged from the reaction stage for further use in accordance with the chosen throughput. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zurückgespeiste Teil 50% der Durchsatzmenge der Reaktionsstufe entspricht.Method according to claim 1, characterized in that that the fed back Part corresponds to 50% of the flow rate of the reaction stage. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktverweilzeit für eine Polykondensation zur Erhöhung der Viskosität bis 5 Stunden beträgt und die Produktverweilzeit nach dem Zusammenströmen von frischem Produkt mit zurückgespeistem Produkt bis 1 Stunde beträgt.Method according to claim 1 or 2, characterized that the product residence time for a polycondensation to increase the viscosity to 5 hours and the product residence time after the confluence of fresh product with recycle Product is up to 1 hour. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem einen Reaktor (1), in dem oberflächenvergrößernde Elemente (3) angeordnet sind, über denen ein Verteiler (2) zur Zuführung der Polykondensatschmelze an die Elemente (3) angeordnet ist, wobei der Reaktor (1) am oberen Ende mindestens einen Gasaustritt (4) und im Sumpf eine Niveaumeßeinrichtung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet dass am unteren Ende des Reaktors (1) zwei in Reihe geschaltete Dosiereinrichtungen (P2, P3) angebaut sind, zwischen denen ein Ende einer Rückführleitung (6) angeschlossen ist, deren anderes Ende mit dem Eingang des Verteilers (2) verbunden ist.Apparatus for carrying out the process, with a reactor ( 1 ), in which surface enlarging elements ( 3 ) over which a distributor ( 2 ) for feeding the polycondensate melt to the elements ( 3 ), wherein the reactor ( 1 ) at the upper end at least one gas outlet ( 4 ) and in the sump a level measuring device ( 5 ), characterized in that at the lower end of the reactor ( 1 ) two series-connected metering devices (P2, P3) are mounted, between which one end of a return line ( 6 ) whose other end is connected to the input of the distributor ( 2 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Dosiereinrichtungen durch eine Pumpe (P2, P3) gebildet ist.Device according to claim 4, characterized in that in that at least one of the metering devices is controlled by a pump (P2, P3) is formed. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Polykondensatschmelze aus der Vorstufe dem Verteiler (2) über eine Pumpe (P1) zugeführt wird, die zur Regelung des Durchsatzes durch den Reaktor (1) steuerbar ist.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that polycondensate melt from the precursor to the distributor ( 2 ) is supplied via a pump (P1), which is used to regulate the flow rate through the reactor ( 1 ) is controllable. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (6) in Strömungsrichtung hinter der Pumpe (P1) an einer Verbindungsstelle (9) in die Einlaßleitung (7) mündet, und hinter der Verbindungsstelle (9) in der Einlaßleitung (7) vor dem Verteiler (2) ein statischer Mischer (10) und/oder ein mit Einlaß und Ablaß versehener Reaktor angeordnet ist.Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the return line ( 6 ) in the flow direction behind the pump (P1) at a connection point ( 9 ) in the inlet line ( 7 ) and behind the junction ( 9 ) in the inlet line ( 7 ) in front of the distributor ( 2 ) a static mixer ( 10 ) and / or a reactor provided with inlet and outlet.
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