DE102004014163A1

DE102004014163A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Recyclat-Polyolen aus Polyestern

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Publication number: DE102004014163A1
Application number: DE200410014163
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. Langenstraßen; Hans-Dieter Prof. Hunger; Gerhard Prof. Dr. Behrendt; Bodo Gebert
Original assignee: Individual
Current assignee: BEHRENDT, GERHARD, PROF. DR., 23566 LUEBECK, DE
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2004-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyolen aus linearen Polyestern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. DOLLAR A Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyolen linearen Polyestern zu entwickeln. DOLLAR A Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch DOLLAR A - einen horizontal angeordneten Reaktor (1), der in einem Reaktorinnenraum (16) eine oder mehrere Hohlwellen (13), die horizontal, parallel und rotierbar gelagert sind, aufweist, wobei der Reaktorinnenraum (16) in Stoffflussrichtung in eine Misch- und Lösezone (111), eine Reaktionszone (112) und eine Nachreaktions- und Austragszone (113) geteilt ist, DOLLAR A - ein mit einer Temperaturerfassung (3) funktionell verbundenes Temperieraggregat (5), für einen Wärmeträgertransport in der oder die Hohlwellen (13) und in Heizmantel (Misch- und Lösezone) (118), Heizmantel (Reaktionszone) (119) und Heizmantel (Nachreaktions- und Austragszone) (120), DOLLAR A - einen Antrieb (4) der Hohlwellen (13), DOLLAR A - eine mit der Misch- und Lösezone (111) verbundene Förder- und Dosiereinrichtung (2) DOLLAR A und DOLLAR A - eine mit der Nachreaktions- und Austragszone (113) verbundene Austragseinheit (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyolen aus linearen Polyestern wie Polyettylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und/oder Polyethylenterephthalat- bzw. Polybutylenterephthalat-Abfällen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 15.
Es sind Verfahren bekannt, nach denen Polyesterabfälle durch niedermolekulare Glykole in Lösung gebracht und auf diesem Wege Polyesterpolyole für die Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen, Polyisocyanurat-Hartschaumstoffen; PUR-Klebstoffen oder Polyesterklebstoffen gewonnen werden. Ebenso sind Verfahren bekannt, nach denen Polyester durch Glykole in Oligoesterdiole umgewandelt und für den gleichen Zweck verwendet werden. Die Glykolyse wird dabei in der Regel mit Oligoetherdiolen, z.B. Diethylenglykol oder Dipropylenglykol, durchgeführt. Außerdem wird die Verwendung von Aminoalkoholen, z. B. Diethanolamin oder Triethanolamin gelehrt.

Die EP 0 154 079 lehrt ein Verfahren zur Herstellung von Terephthalsäuresterpolyolen, bei dem PET-Abfälle mit Glykolen umgesetzt werden und das bei der Umsetzung entstehende Ethylenglykol abdestilliert wird. Dem Reaktionsgemisch können höherfunktionelle Alkohole, z.B. N-Methylglucosid, Triethanolamin, Diethanolamin oder Glycerol zugesetzt werden.

Nach einer weiteren technischen Lehre gemäß der DE-OS 197 19 084 werden Polyesterabfälle und die bei der Polyestersynthese entstehenden Oligoesterkondensate zur Herstellung von Polyesterpolyolen verwendet. In J. Appl. Polym. Sci. 35, 775–785 (1988) wird die Herstellung von Polyesterpolyolen für Polyurethane aus PET-Abfä11en durch die Reaktion des PET mit Glykolen beschrieben.

Nach der Lehre des DE-PS 199 15 125 werden Polyester-Polymerpolyole für Polyurethane aus Polyestern oder Polyesterabfällen mit bis zu 20 Gew.-% diese verunreinigenden anderen Polymeren durch Umsetzung mit Oligoesterkondensaten hergestellt. Dabei werden durch Umsetzung von Polyesterabfällen mit Beimengungen von bis zu 20 % PVC, Polystyren, Styren-Copolymeren wie ABS, SAN oder ASA, Polycarbonat usw. mit Oligoesterkondensaten, die bei der Herstellung der Polyester entstehen, homogene Polymerpolyole erhalten.

Das bei diesem Verfahren eingesetzte Oligoesterkondensat ist ein hydroxyl- und estergruppenhaltiges Harz, das bei Polyesterkondensationen als unerwünschtes Nebenprodukt entsteht und derzeit als Abfall entsorgt werden muß. Dieses Oligohydroxyester enthaltende Gemisch ist in der Regel ein bei Raumtemperatur hochviskoses bis festes Destillationsprodukt der Polyesterherstellung, in dem ein Anteil metallorganischer Verbindungen als Reste von Umesterungskatalysatoren gelöst oder dispergiert ist.

Als Polyester werden bevorzugt Polyethylenterephthalat-Abfälle, z.B. Flaschen aus dem DSD-Sammelgut, verwendet, die bis zu 20 Gew.-% andere Kunststoffflaschen enthalten, vor allem solche aus PVC, Polycarbonat, PEN und hochgefüllten Styrencopolymerisaten.

Nach der Lehre der DO-OS 199 18 650 werden Polyesteralkohole mit weitem Viskositätsbereich durch Umesterung unter Verwendung von Abfallstoffen erhalten, indem Polyesterabfälle mit einem hydroxyl- und estergruppenhaltigen Harz in Gegenwart der in ihm enthaltenen metallorganischen Verbindungen bei erhöhter Temperatur in einem Reaktionsschritt mit Polyethylenterephthalat und gegebenenfalls Glykolen und aliphatischen Dicarbonsäuren umgesetzt werden. Dem Reaktionsgemisch können zur Steuerung der Eigenschaften der Polyesteralkohole weitere Glykole und/oder Triole bzw. Tetrole, Di- und/oder Polycarbonsäuren oder deren Anhydride zugegeben werden. Weiterhin können dem Reaktionsgemisch zur Steuerung der Eigenschaften des Reaktionsprodukts, und damit auch der daraus hergestellten Kunststoffe, höherfunktionelle Alkohole, z. B. Glycerol, Trimethylolpropan, Pentaerythrit und/oder Hexantriol, mit dem Ziel der Herstellung verzweigter Polyesteralkohole zugesetzt werden.

Nach diesem Verfahren läßt sich die Viskosität von Polyolen auf der Basis von linearen Polyestern, z.B. Polyethylenterephthalat, dadurch deutlich reduzieren, dass während der Umsetzung mit Glykolen, der Umesterung oder Glykolyse, außer Glykolen und/oder Oligoestern eine gegenüber der Terephthalsäure deutlich geringere molare Menge an Adipinsäure oder an einer anderen aliphatischen Dicarbonsäure bzw. deren Anhydrid hinzugefügt wird.

Die USP 5,981,672 und 6,048,907 betreffen Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Polyesterpolyolen durch Umsetzung von PET mit einem Glykol. Den Vorrichtungen ist gemeinsam, dass das Reaktorgefäß bzw. die Rührwelle um eine horizontale Achse rotieren. Beide Vorrichtungen sind für einen chargenweisen Betrieb konstruiert.

Für PBT oder PEN wurden bisher keine Glykolyseverfahren bekannt.

Unabhängig von der Solvolyse von Polyesterabfällen sind diskontinuierlich und kontinuierlich arbeitende Vorrichtungen zur Zerkleinerung, Vermischung und Umsetzung von festen und flüssigen Reaktionskomponenten mit folgenden Charakteristika bekannt:

– Reaktorwellen, die um horizontale Achsen rotieren,
– auf den Reaktorwellen angebrachte Knetschaufeln, die einen linearen Versatz untereinander auf der Hohlwelle und zueinander bei der Anordnung von Mehrwellenraktoren aufweisen,
– Volumenstrom des Reaktionsgutes ist über die Gesamtlänge des Reaktors unveränderlich,
– Heizmantel ist durchgehend über die Gesamtlänge des Reaktors beheizbar,
– durchgehend beheizbare Hohlwelle zur Beheizung der Kneterschaufeln und zur zentralen Wärmeabgabe an den Reaktorraum,
– Reaktorraum ist nicht in definierte Einzugszone, Reaktionszone und Austragszone eingeteilt.

Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, bei denen der Wärmeeintrag über die Mischerschaufeln erfolgt und der mechanische Einfluß auf das Reaktionsgut von untergeordneter Bedeutung ist.

Den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist nachteiligerweise gemeinsam, dass sie diskontinuierlich, d.h. chargenweise in einer oder in mehreren Stufen betrieben werden und für eine industrielle kontinuierliche Führung der Solvolyse von Polyestern nicht geeignet sind, weil entweder zu geringe Durchsätze möglich sind oder wegen ungünstiger Reaktorgeometrie hohe Temperaturen, erhöhter Druck, teure Reaktionspartner bzw. Katalysatoren oder wegen aufeinander folgender Reaktionsschritte und gegebenenfalls unterschiedlicher Reaktionsbedingungen eine aufwendige vielstufige Reaktionstechnik erfor derlich sind. Weiterhin ist der Antrieb ist nicht stoß- und ruckfrei, was zu einer erhöhten Belastung des Antriebsaggregats führt. Eine Verschiebung des Temperaturprofils im Reaktor, bedingt durch den Transport des Reaktionsgutes, ist nicht definiert beeinflußbar. Dadurch ist es schwierig, die für die Reaktion geeigneten, gegebenenfalls wechselnden Temperaturbedingungen einzustellen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Polyolen aus linearen Polyestern, insbesondere aus Polyethylenterephthalat, PBT, PEN PET-G oder Polyethylenterephthalat-, PBT-, PEN- oder PET-G-Abfällen zu entwickeln, die ohne die genannten Nachteile kontinuierlich unter chemisch vorgegebenen Verfahrensbedingungen die Konditionierung, die Dosierung und die Reaktion des Reaktionsgutes mit den zugeführten Komponenten gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst.

So ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus Polyethylenterephthalat und/oder Polyethylenterephthalat-Abfällen, einem Oligoestergemisch, gegebenenfalls einem oder mehreren Glykolen, gegebenenfalls anderen Alkoholen und gegebenenfalls einer oder mehreren aliphatischen Dicarbonsäuren in einem Misch-/Knetreaktor mit einer oder mehreren horizontal rotierenden Hohlwellen, an denen spezielle Mischelemente angeordnet sind, in einer oder mehreren Reaktions- und/oder Bearbeitungszonen unter kontinuierlichem Durchsatz zur Reaktion gebracht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch

– einen horizontal angeordneten Reaktor, der in einem Reaktorinnenraum eine oder mehrere Hohlwellen, die horizontal, parallel und rotierbar gelagert sind, aufweist, wobei der Reaktorinnenraum in Stoffflussrichtung in eine Misch- und Lösezone, eine Reaktionszone und eine Nachreaktions- und Austragszone geteilt ist,
– ein mit einer Temperaturerfassung funktionell verbundenes Temperieraggregat, für einen Wärmeträgertransport in der oder die Hohlwellen und in Heizmantel(Misch- und Lösezone), Heizmantel(Reaktionszone) und Heizmantel(Nachreaktions- und Austragszone),
– einen Antrieb der Hohlwellen,
– eine mit der Misch- und Lösezone verbundene Förder- und Dosiereinrichtung und
– eine mit der Nachreaktions- und Austragszone verbundene Austragseinheit.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwellen auf ihrer Oberfläche Knet- und Rührelemente so angeordnet aufweisen, dass deren Flächen mit einem Reaktormantel (innen) und/oder mit den Flächen der Knet- und Rührelemente benachbarter Hohlwellen bei der Rotation sich stetig verengende und wieder öffnende Spalte bilden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Förder- und Dosiereinrichtung der Vorrichtung eine Flüssigdosierung mit Vorratsbehälter und Dosierpumpe und eine Feststoffzuführung auf.

In einer Weiterbildung weisen die Hohlwellen auf ihrer Oberfläche Knet- und Rührelemente so angeordnet auf, dass deren Flächen mit einem Reaktormantel (innen) und/oder mit den Flächen der Knet- und Rührelemente benachbarter Hohlwellen bei der Rotation sich stetig verengende und wieder öffnende Spalte bilden, und dass der Reaktor an der Dosierseite beginnend bis zur Austragsseite fortsetzend eine Misch- und Lösezone, eine Reaktionszone und eine Nachreaktions- und Austragsszone aufweist.

Die wesentlichen Verfahrensschritte bei der erfindungsgemäßen PET-Glykolyse sind:

• Füllen des Reaktors mit der/den Glykol-Komponente/n mit der entsprechenden Pumpe bei ausgeschalteter Produktpumpe
• Füllen des Reaktors mit der aufgeschmolzenen Oligoester-Komponente mit der entsprechenden Pumpe (Behälter, Pumpe und Leitungen beheizt) bei ausgeschalteter Produktpumpe
• Einschalten von Rührer und Heizung des Reaktors und der Wellen
• Zudosieren der entsprechenden Menge PET-Flakes über eine Schnecke
• Batchbetrieb des Reaktors für beispielsweise 60 min bei beispielsweise 240 °C in der Reaktionszone; PET wird durch Umesterung und Spaltung der Polymerketten in Polyol überführt
• Übergang zum kontinuierlichen Betrieb durch gleichzeitiges Einschalten der Zuführungspumpen für Reaktionskomponenten und der Produktpumpe
• der kontinuierliche Betrieb kann prinzipiell unbegrenzte Zeit dauern; die Reaktion PET → Polyol wird dabei fortgesetzt
• bei der Umesterung wird Ethylenglykol freigesetzt, das über die Kolonne abdestilliert und aufgefangen wird
• die Temperaturen in den drei Zonen des Reaktors können unterschiedlich sein
• zum Herunterfahren Abschalten der Reaktionskomponenten- und Produkt-Pumpen; dadurch wird die letzte „Portion" der Reaktionsmischung noch für die Dauer von Lösen, Reaktion und Nachreaktion im Reaktor gehalten
• nach beispielsweise 60 min Batchbetrieb Leerfahren des Reaktors durch Einschalten der Produkt-Pumpe, gleichzeitig Abschalten der Heizung
• alle Operationen unter Schutzgasatmosphäre (z. B. Stickstoff) zur Verhinderung der durch die Einwirkung von Sauerstoff verursachten Qualitätsminderung der Polyole

Die Vermischung der Komponenten, die mechanische Zerkleinerung des linearen Polyesters und die chemische Umsetzung wird in einem Ein- oder Mehrwellen-Misch-/Knetreaktor ausgeführt, in dem eine oder mehrere Hohlwellen im wesentlichen horizontal rotieren und so das Reaktionsgut durch geeignete Knetelemente oder Schaufeln intensiv vermischen, bei Temperaturen von 160 bis 280 °C verflüssigen und durch eine oder mehrere Reaktionszonen in Richtung des Austragss transportieren. Die flüssigen und die festen Komponenten werden getrennt in die beheizte Kammer bzw. die beheizten Kammern des Reaktors geführt. Überraschend wurde festgestellt, dass diese Anordnung gegenüber einem diskontinuierlichen Betrieb erheblich geringere Verweilzeiten ermöglicht. Nach einer mittleren Verweilzeit von 10 bis 1000 Minuten, insbesondere 20 bis 600 Minuten, gelangt das im wesentlichen flüssige Vorprodukt in einen weiteren Teil der Reaktionskammer, wo die Reaktion gegebenenfalls unter veränderten Temperatur- und Zeit-Bedingungen zu Ende geführt wird. Gegebenenfalls werden in einer weiteren Kammer leichtflüchtige Bestandteile durch Destillation entfernt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus folgenden Teilen:

1. Dosiereinrichtungen für die Reaktionskomponenten (Polyester-Granulat, z.B. Polyethylenterephthalat-Granulat, Oligoesterkondensat, gegebenenfalls ein oder mehrere Glykole, gegebenenfalls eine oder mehrere aliphatische Dicarbonsäuren),
2. einem Reaktor mit Eintragzone, Zerkleinerungs-, Löse- und Mischzone, Haupt- und gegebenenfalls Nachreaktionszone und Austragszone,
3. ggf. einer integrierten Vorrichtung zur Destillation unter vermindertem Druck,
4. einer Austrags- und ggf. Filtrationseinrichtung (zur Abtrennung von Fremdkörpern wie Sand, Metallteilen u.a. nicht umsetzbare Polymer-Beimengungen wie z. B. PVC oder Polystyren können als Dispersion erhalten bleiben) für das Produkt
5. einem Heizaggregat,
6. einer Steuerungseinheit.

Die Dosiereinrichtungen für die Feststoffe werden an die Eigenschaften der zu fördernden Komponenten angepaßt. Weitere Dosiereinheiten dienen zur Förderung der flüssigen Reaktionskomponenten. Die Stoffströme sind durch ein Meß- und Steuerungssystem hinsichtlich des Massenverhältnisses aufeinander und hinsichtlich der Gesamtmasse auf die erforderliche Verweilzeit im Reaktor abgestimmt. Einer oder mehrere Stoffströme können vorgewärmt sein. Dazu kann ggf. die Abwärme des Reaktors verwendet werden.

Im Reaktor befinden sich eine oder mehrere gleich- oder gegensinnig im wesentlichen um horizontale Achsen rotierenden Hohlwellen. Die Hohlwellen des Reaktors weisen Knet- und Rührelemente auf. Die Anordnung der Knet- und Rührelemente auf der Hohlwelle bzw. den Hohlwellen sowie deren Stellung folgen in einer bevorzugten Ausführungsform einer technischen Kurve, z. B. einer Sinuskurve, Evolvente oder Abrollkurve. In einer bevorzugten Ausführungsform rotieren die Wellen mit unterschiedlichen Drehzahlen. Die Reaktorinnenwände können mit Einbauten (Schikanen) versehen sein, in die die Knet- und Rührelemente beim Betrieb dergestalt eingreifen, dass im Betrieb bei einer Umdrehung der Hohlwelle ein oder mehrere sich verengende Spalten mit Abrißkanten entstehen. Die Hohlwellen besitzen in einer bevorzugten Ausführungsform in Richtung der Strömung des Reaktionsgutes einen in Stufen zunehmenden Durchmesser.

An den Übergängen zwischen den Reaktorzonen befindet sich in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils ein gesteuerter Drehschieber, der das Reaktionsgut im unteren Bereich der Füllung jeweils zur nächsten Reaktorzone fördert.

Das Reaktorgehäuse besteht in einer vorteilhaften Weiterbildung aus zwei Halbschalen, die eine Demontage zu Reinigungs- und Wartungszwecken ermöglichen.

Die Heizeinrichtung zur Erzeugung der erforderlichen Umsetzungstemperatur im Reaktor kann in den hohl ausgestalteten Hohlwellen und/oder im Gehäuse untergebracht sein und z. B. durch eine indirekte Durchströmung mit auf die gewünschte Temperatur temperiertem Wärmeträger, z.B. Thermalöl erfolgen. Die Einströmung des Wärmeträgers in die Hohlwelle oder die Hohlwellen erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen tangential. Der Heizmantel des Reaktors ist in einer bevorzugten Ausgestaltung in mehrere Bereiche getrennt.

Am Ende des Reaktors sind ein Überlauf, eine Filtrationseinrichtung, bevorzugt ein Spaltenfilter mit Rückspülung, und eine Vakuumpumpe angebracht.

Die erforderlichenfalls vorzusehende Destillationszone, entweder in den Reaktor integriert oder als separate Einheit, dient gegebenenfalls zum destillativen Entfernen flüchtiger Nebenprodukte, gegebenenfalls unter Anwendung von Vakuum, wobei der dabei angewandte Druck 0,1 bis 400 mbar, bevorzugt 5 bis 100 mbar, betragen kann.

Bei Einsatz einer Vakuumdestillationsstufe ist zwischen der Knet-, Misch- und Reaktionszone und der Destillationsstufe sowie zwischen der Destillationsstufe und der Austragszone jeweils eine Schleusung beispielsweise über eine Zahnradschleuse, ein diskontinuierlich arbeitendes Stopfsystem, ein kontinuierliches Drucksystem, ein Ventil oder ein Balgsystem oder durch die Ausführung der Knet- und Rührelemente, die eine zeitweise Dichtung dieses Kompartiments erlauben und als Ventil nur eine bestimmte Menge Reaktionsgemisch in das nach folgende Kompartiment einzutragen erlauben, gegebenenfalls zur Rückhaltung von Fremdkörpern mit nachgeschaltetem Filter, vorzusehen. Der nachgeschaltete Filter ist vorzugsweise als Spaltenfilter mit Rückspülung ausgeführt.

Durch die Reaktionsführung im erfindungsgemäßen Reaktor ist ein Verfahren mit folgenden Vorteilen möglich geworden:

– kontinuierliches Verfahren mit einer Verfahrensstufe,
– keine Rückvermischung,
– Verwendung von preisgünstigen Einsatzstoffen,
– Umsetzung bei relativ niedrigen Temperaturen,
– eindeutig handhabbares Temperaturprofil in allen Reaktorzonen einschließlich definierten Reaktionsabbruchs durch definierte Beeinflussung des Temperaturprofils in den einzelnen Reaktorzonen und Ausgleich der Verschiebung des Temperaturprofils, welches durch den axialen Transport des aufgeheizten Reaktionsgutes entsteht,
– im wesentlichen drucklose Arbeitsweise,
– schneller axialer Materialtransport in der Einzugzone vom Füllstutzen in Richtung Reaktionszone mit gleichzeitiger inniger Vermischung,
– unterschiedlicher Volumenstrom in den Zonen möglich,
– auf den Prozeß einstellbare, kurze Verweilzeiten, d. h. hoher Materialdurchsatz,
– Reduzierung der eingesetzten Glykol- und Aminmengen,
– energie- und investitionssparend arbeitender Prozeß,
– geringer Lufteintrag durch die Knet-Mischbarren in das Reaktinsgut,
– Betrieb ohne zusätzliches Schutzgas,
– unmittelbare Benetzung der eingetragenen Schaummaterialien unter gleichzeitiger Entspannung des vorher komprimierten Materials und Auffüllung des vorhergehenden Gasraumes mit dem flüssigen Reaktionsgut,
– deutlich besserer Wärmeübergang durch die Oberflächenvergrößerung bei Dekompression, dadurch große Kontaktfläche der chemischen Reaktionspartner unmittelbar nach dem Materialeintrag,
– Produkt mit geringem Gehalt an unerwünschten primären aromatischen Aminen,
– Produkt ohne Aufarbeitung verwendbar.

Die erfindungsgemäß hergestellten Polyesteralkohole werden nach Abschluß der Umesterung direkt in Vorrats- oder Lagerbehältnisse ohne weitere Aufarbeitung abgefüllt. Die wesentlichen Produktdaten sind die Hydroxylzahl (OHZ) und die Viskosität. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, je nach Ausführungsform lineare und verzweigte Polyesteralkohole mit Hydroxylzahlen von 60 bis 600, Viskositäten (bei 20°C) von 1200 bis 500.000 mPas und hohem Aromatengehalt herzustellen. Dadurch können sie insbesondere zur Herstellung von hochwertigen bzw. flammgeschützten Polyurethanen eingesetzt werden.

Weiterhin werden die erfindungsgemäßen Polyesteralkohole vorteilhaft zur Herstellung von Polyisocyanurat-Hartschaumstoffen verwendet. Darüber hinaus können durch Einbau von ungesättigten Dicarbonsäuren (Maleinsäure, Fumarsäure) oder deren Anhydriden ungesättigte Polyesteralkohole hergestellt werden, die vorteilhaft bei der Herstellung vor Lacken, Beschichtungen und Klebstoffen eingesetzt werden können.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyole zeichnen sich durch eine hohe Stabilität bei der Lagerung und eine gute Mischbarkeit mit den Zusatzstoffen in Polyurethan-Systemen aus. Ursache für diese erwünschten guten Eigenschaften ist die durch das erfindungsgemäße Verfahren der Herstellung erzielte breite Molmassenverteilung sowohl der Terephthalatester selbst als auch der in ihnen angeordneten Alkylenglykolbausteine. Während der Polymerisationsgrad von PET in der Größenordnung von 90 bis 100 liegt, liegt derjenige der Oligohydroxyester bei 2 bis 4. Durch die Umesterung unter Mitwirkung der in den Oligohydroxyestern enthaltenen metallorganischen Katalysatorreste wird durch die in ihm anwesenden Alkylenglykole eine schnelle Kettenspaltung an den Estergruppen und dadurch eine Verringerung des Polymerisationsgrades bewirkt. Da diese Umesterungsreaktionen Gleichgewichtsreaktionen sind, erfolgt die Kettenspaltung nach statistischen Gesetzen. Die Oligohydroxyester erreichen dabei keine höheren Polymerisationsgrade, sondern bleiben als vergleichsweise niedermolekulare Polyesterpolyole im Gemisch. Die durch die Umesterung erzielten Polymerisationsgrade des PET erreichen Werte zwischen 40 und 5, so dass eine breite Molmassenverteilung erzielt wird, was durch Gelpermeationschromatographie bestätigt wird. Die Kombination aus breiter Molmassenverteilung und Einbau eines Alkylenglykolgemisches in die Polymerketten, dadurch Austausch des kurzkettigen Ethylenglykols durch höhere Homologe, führt zu den erwünschten, erfindungsgemäßen Eigenschaften, die durch eine direkte Depolymerisation durch Umesterung mit nur einem Glykol weder aus den Oligohydroxyestern noch aus dem PET erhalten werden können, da in diesen Fällen Produkte einer ganz anderen molaren Zusammensetzung und Molmassenverteilung entstehen, die nach wie vor kristallisierbar und dadurch nicht stabil sind.

Als Ausgangsstoffe werden eingesetzt:

1. lineare Polyester, beispielsweise Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephtalat, Abfälle von linearen Polyestern, die mit bis zu 20 % PVC, Polystyren, Styren-Copolymeren wie ABS, SAN oder ASA, Polycarbonat usw. verunreinigt sein können,
2. Glykole wie Ethylenglykol und seine Oligomeren, vor allem Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykole der mittleren Molmassen 200, 300, 400, 600, 800, 1000; Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Tetrapropylenglykol, Polypropylenglykole der mittleren Molmassen 200, 300, 400, 600, 800, 1000, Butandiol-1,4, Polybutylenglykole der mittleren Molmassen zwischen 200 und 1000 und Hexandiol-1,6,
3. Oligoester der Zusammensetzung 40 – 80% Terephthalsäure, 5 – 30% gebundenes Ethylenglykol, 1 – 20% freies Ethylenglykol, 1 – 20% gebundenes Diethylenglykol, 1 – 15% freies Diethylenglykol, 0 – 10% längerkettige Ethylenglykole, 0,5 – 5% metallorganische Verbindungen,
4. aliphatische bzw. cycloaliphatische Carbonsäuren oder Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Cyclohexandicarbonsäure oder Maleinsäure oder, soweit diese existieren, deren Anhydride.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Überblick,

2a eine schematische Darstellung eines Reaktors mit einer Hohlwelle im Längsschnitt ohne Strömungsabrisskante und ohne Gaseinlasskapillare,

2b eine schematische Darstellung eines Reaktors mit einer Hohlwelle im Längsschnitt mit Strömungsabrisskante und mit Gaseinlasskapillare,

3a eine schematische Darstellung eines Reaktors mit zwei Hohlwellen im Längsschnitt ohne Strömungsabrisskante und ohne Gaseinlasskapillare,

3b eine schematische Darstellung eines Reaktors mit zwei Hohlwellen im Längsschnitt mit Strömungsabrisskante und mit Gaseinlasskapillare,

4 eine schematische Darstellung des Querschnittes A-A von 3b eines Reaktors mit zwei Hohlwellen,

5a eine schematische Detaildarstellung eines Versorgungsanschlusses für die Einspeisung des Heizmediums in die Hohlwelle,

5b eine schematische Schnittdarstellung der vorangegangenen Detaildarstellung,

6a eine schematische Querschnittsdarstellung A-A von 2a und 2b eines Reaktors mit einer Hohlwelle,

6b eine schematische Schnittdarstellung A-A von 3a und B-B von 3b eines Reaktors mit zwei gleich großen Hohlwellen,

6c eine schematische Darstellung eines Reaktors mit zwei Hohlwellen, die einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen,

6d eine schematischen Schnittdarstellung eines Reaktors mit drei gleich großen Hohlwellen,

7 eine schematische Darstellung eines Dosierextruders,

8a eine schematische Darstellung eines Drehschiebers mit verstellbarem Durchlassquerschnitt als Detail des Reaktors,

8b eine schematische Darstellung eines Drehschiebers mit verstellbarem Durchlassquerschnitt in einem Reaktor mit zwei Hohlwellen in Schnittdarstellung,

8c eine schematische Darstellung eines Drehschiebers mit nicht verstellbarem Durchlaßquerschnitt als Detail des Reaktors und

8d eine schematische Darstellung eins Drehschiebers mit nicht verstellbarem Durchlaßquerschnitt in einem Reaktor mit zwei Hohlwellen in Schnittdarstellung.

1 zeigt, dass in einem Reaktor 1, der aus einem horinzontal angeordneten Reaktorgehäuse 11 besteht, eine oder mehrere Hohlwellen 14 angeordnet sind. An den Stirnseiten 121 des Reaktors 1 befinden sich Lagerstellen, die eine oder zwei Hohlwellen 14 axial fixieren und die radialen Kräfte im Betriebszustand aufnehmen. Das Reaktorgehäuse 11 weist bei Einwellenreaktoren einen zylinderförmigen Querschnitt und bei Zweiwellenreaktoren einen achtförmigen Querschnitt auf.

Die Anzahl der Knet- und Rührelemente 145 bzw. 150 auf den einzelnen Trägerscheiben 144 bzw. 149 der einzelnen Wellen 141 bzw. 146 muss immer untereinander verschieden sein, um zu verhindern, dass beim Durchgang der Knet- und Rührelemente 145/150 der einzelnen Wellen 141/146 untereinander der Anstieg des erforderlichen Drehmoments begrenzt bleibt. Das Widerstandsmoment ergibt sich aus der Viskosität des Reaktionsgutes an der entsprechenden Reaktorstelle und der in dem Spalt zwischen Knet- und Rührelement 145/150 und korrespondierendem Wellenmantel 142/147 und der an dieser Stelle korrespondierenden Knet- und Rührelemente 145/150 untereinander entstehenden Pfropfenströmung.

Das Reaktorgehäuse ist in Längsrichtung unterteilt in drei Bereiche. An dem Heizmantel für die Misch- und Lösezone 111 befinden sich die Einfüllstutzen 114 und 116, der die Verbindung zum Reaktionsraum 16 realisiert.

Im Bereich des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118 ist ein Extruderanschluss 115 angeordnet (7, 8a, 8c), der die Verbindung zwischen dem Reaktionsraum 16 und einem Dosierextruder 25 realisiert. Der Extruderanschluss 115 ist am Reaktorgehäuse 11 in der Weise angeordnet, dass er durch den Heizmantel(Misch- und Lösezone) 118 in den Bereich der Putz- und Einzugswelle 146 in der Weise hindurchgeführt sind, dass die jeweils längere Mantellinie tangential zu der Reaktormantellinie auf der Innenseite den Reaktionsraum 16 erreicht. Die kürzere Mantellinie des Extruderanschlusses 115 erreicht den Reaktionsraum 16 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Reaktionsgutes.

Gemäß 2 und 3 weist der Heizmantel(Reaktionszone) 119 an der Innenseite zum Reaktionsraum 16, im Arbeitsbereich der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145, Manteleinbauten 123 auf. Zwischen den Manteleinbauten 123 und den Knet- und Rührelementen (Knet- und Rührwelle) 145 besteht in der Weise eine Zuordnung, dass der Außendurchmesser des Flugkreises der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 zusammen mit den an der Innenseite des Mantels zum Reaktionsraum 16 tangential angeordneten Manteleinbauten 123 einen sich in Arbeitsrichtung stetig verengenden Spalt bilden, der unvermittelt durch eine scharfkantige Strömungsabrisskante 124 beendet wird (4). Unterhalb der Strömungsabrisskante 124 sind Gaseinlasskapillaren 125 angeordnet, die für den Einlass von Schutzgas oder Aktivgas genutzt werden. Im Bereich der Putz- und Einzugswelle 146, der sich im Bereich der Reaktionszone 112 befindet, sind stationär Knet- und Rührelemente 126 in der Weise angeordnet, dass sie die durch die Knet- und Rührelemente(Putz- und Einzugswelle) 150 erzeugten Rotationslinien an den freien Stellen durchdringen.

Der Austragsstutzen 117 (1, 2, 3) ist durch den Heizmantel (Nachreaktions- und Austragszone) 120 an der Unterseite bis zum Reaktionsraum 16 hindurchgeführt und befindet sich unmittelbar an der Stirnseite des Heizmantels (Nachreaktions- und Austragszone) 120.

Die Knet- und Rührwelle 141 und die Putz- und Einzugwelle 146 sind jeweils an den Ein- und Ausgängen mit feststehenden Anschlüssen 15 versehen. Auf der Austragseite befinden sich die Vorlaufanschlüsse 151 und an der Eintragseite die Rücklaufanschlüsse 152, d. h., die Temperierung der Wellen erfolgt entgegen der Arbeitsrichtung. Die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums in den Hohlwellen 14 verlangsamt sich durch die konstruktive Gestaltung der Lagerwelle(Knet- und Rührwelle) 143 bzw. der Lagerwelle(Putz- und Einzugwelle) 148 durch unterschiedliche Volumina in den einzelnen Zonen 111, 112 und 113 von der Austragseite zur Eintragseite. Die einzelnen Zonen des Reaktorgehäuses 11 werden einzeln temperiert vom Vorlauf Misch- und Lösezone 153 zum Rücklauf Misch- und Lösezone 154, vom Vorlauf Reaktionszone 155 zum Rücklauf Reaktionszone 156 und vom Vorlauf Nachreaktions- und Austragzone 157 zum Rücklauf Nachreaktions- und Austragzone 158, d. h., die Temperierung erfolgt zonenweise entgegen der Arbeits richtung des Reaktors 1 mit gleichmäßiger Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums.

Die Knet- und Rührwelle 141 wird aus einem Wellenmantel(Knet- und Rührwelle) 142 und einer auf der gleichen Mittellinie angeordneten Lagerwelle (Knet- und Rührwelle) 143 gebildet. Der Durchmesser der Lagerwelle (Knet- und Rührwelle) 143 steigt von dem Anfang des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 über den Bereich des Heizmantels (Reaktionszone) 119 bis zum Ende des Heizmantels (Nachreaktions- und Austragszone) 120 stetig an oder ist an den Übergangsstellen von der einen Zone zur anderen auf einen größeren Durchmesser erweitert. Auf dem durchgängigen Wellenmantel(Knet- und Rührwelle) 142 sind stationär Trägerscheiben (Knet- und Rührwelle) 144 angebracht. Die Trägerscheiben (Knet- und Rührwelle) 144 weisen zueinander einen definierten radialen Versatz auf. Am Umfang der einzelnen Trägerscheiben (Knet- und Rührwelle) 144 sind mehrere Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 in der Weise angeordnet, dass sie bei der Rotation der Knet- und Rührwelle 141 sowohl auf der einzelnen Trägerscheibe (Knet- und Rührwelle) 144 als auch in Zuordnung zu allen Trägerscheiben(Knet- und Rührwelle) 144 einen gemeinsamen Flugkreisdurchmesser bilden.

Die Anordnung der Trägerscheiben(Knet- und Rührwelle) 144 mit den Knet- und Rührelementen (Knet- und Rührwelle) 145 erfolgt gegenüber der Mittellinie der Knet- und Rührwelle 141 in der Weise, dass sich in Abhängigkeit von der Anzahl der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 am Umfang der Hohlwelle 14 mehrgängige Schraubenlinien bilden (3). Abweichend von den Schraubenlinien sind die einzelnen Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 in der Weise angeordnet, dass sie vom Beginn des Bereiches Heizmantel (Misch- und Lösezone) 118 bis zur geometrischen Mitte des Heizmantels (Reaktionszone) 119 der zugeordneten Schraubenlinie vorauseilen. Von der geometrischen Mitte des Heizmantels (Reaktionszone) 119 bis zum Ende des Heizmantels (Nachreaktions- und Austragszone) 120 sind die Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 gegenüber der zugeordneten Schraubenlinie nacheilend angeordnet. Die definierte Zuordnung des Vor- und Nacheilens der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 wird durch einen unterschiedlichen linearen Versatz erreicht, der sich aus einzelnen Geraden zusammensetzen, die mit der Schraubenlinie beginnen, sie in der geometrischen Mitte der Reaktionszone wieder kreuzen und dann am Endpunkt mit der Schraubenlinie einen gemeinsamen Punkt bilden. Der Versatz kann auch durch technische oder mathematische Kurven, z. B. Sinoiden mit den gleichen Punkten des Beginns, des Kreuzens der Schraubenlinie und des Endes der Schraubenlinie wie vorher beschrieben realisiert werden. Radial sind die Schraubenlinien so gestaltet, dass die Endpunkte immer mit einem Anfangspunkt einer Schraubenlinie des mehrgängigen Systems von der Mittellinie der Knet- und Rührwelle aus betrachtet zusammen fallen und somit sich stetig fortsetzende Schraubenlinien bilden.

Die Putz- und Einzugswelle 146 (3) hat den gleichen prinzipiellen Aufbau wie die Knet- und Rührwelle 141. Sie besteht aus dem Wellenmantel (Putz- und Einzugswelle) 147 mit der auf der gleichen Mittellinie angeordneten Lagerwelle (Putz- und Einzugswelle) 148. Auf dem Wellenmantel (Putz- und Einzugswelle) 147 sind Trägerscheiben (Putz- und Einzugswelle) 149 in der Weise stationär angeordnet, dass sie mit den auf ihnen befestigten Knet- und Rührelementen (Putz- und Einzugswelle) 150 im montierten Zustand des Reaktors 1 die freien Räume der korrespondierenden Trägerscheiben (Knet- und Rührwelle) 144 mit den darauf befestigten Knet- und Rührelementen(Knet- und Rührwelle) 145 mit einem in der Mittellage beider Wellen gleichmäßigen Spalt zueinander ausfüllen.

Im Bereich des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 bilden die Kanten der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 und die Kanten der Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 durch spitz gestaltete Keilwinkel (6a bis 6d) in der Drehrichtung eine Schneidlinie. Im Bereich des Heizmantels (Reaktionszone) 119 und des Heizmantels(Nachreaktions- und Austragszone) 120 wird durch stumpf gestaltete Keilwinkel (4, 6b bis 6d) der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 und der Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 in der Drehrichtung eine Druckfläche zueinander und zu den Manteleinbauten im Reaktorraum 16, beziehungsweise bei Einwellenreaktoren zu den stationären Knet- und Rührelementen 126 erzeugt.

Die Förder- und Dosiereinrichtung 2 (1) besteht für komprimierbare und feste Reaktionskomponenten aus dem Dosierextruder 25, der über den Extruderanschluss 115 mit dem Reaktionsraum 16 verbunden ist. Die Extruderschnecke 252 weist in Arbeitsrichtung ein sich stetig verringerndes freies Volumen auf, was durch eine stetige Zunahme der Extruderschneckenseele und durch eine stetige Reduzierung der Extruderschneckensteigung erreicht wird. An dem Dosierextrudermantel ist eine Vorwärmvorrichtung 251 in unmittelbarer Nähe des Heizmantels(Misch- und Lösezone) 118 angeordnet.

Die Dosierung von Flüssigkeiten erfolgt über die Flüssigdosierung 26, die aus je Flüssigkeitskomponente einer Dosierpumpe 262, die mit dem Reaktionsraum 16 im Bereich des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 verbunden ist, und einem Vorratsbehälter 261, der mit dem Eingang der Dosierpumpe 262 verbunden ist (1).

Die Dosierung von Schmelzen erfolgt über die Schmelzedosierung 27, die aus einer beheizten Dosierpumpe 272, die mit dem Reaktionsraum 16 im Bereich des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 verbunden ist, und einem beheizten Vorratsbehälter 271, der mit dem Eingang der Dosierpumpe 272 verbunden ist (1).

Im Bereich der Nachreaktions- und Austragszone 113 ist eine Destillationskolonne 7 mit dem Reaktionsraum 16 verbunden.

Am Eingang und am Ausgang der Reaktionszone 112 (8a bis 8d) ist jeweils ein Drehschiebersystem 127 angeordnet. Das Drehschiebersystem 127 besteht aus einer stationären Kammerscheibe 128, die zum Reaktormantel (innen) 122 abgedichtet ist. Auf der Kammerscheibe 128 befindet sich eine winkelveränderbare Stellscheibe 129, die einen oder mehrere Durchbrüche zusammen mit der Kammerscheibe 128 in unterschiedlichen Querschnitten freigibt. Auf den Hohlwellen 14 befinden sich Rotorscheiben 130, die mit jedem Umlauf der Hohlwellen 14 impulsweise die eingestellten Querschnitte auf der Kammerscheibe 128 und Stellscheibe 129 freigeben. Diese Anordnung hat zur Folge, dass bei freiem Querschnitt des Drehschiebersystems 127 am Übergang von der Misch- und Lösezone 111 zur Reaktionszone 112 und bei freiem Querschnitt des Drehschiebersystems 127 am Übergang zur Nachreaktions- und Austragszone 113 das Gesamtsystem im kontinuierlichen Betrieb gefahren werden kann. Durch Verringerung des freien Querschnittes des Drehschiebersystems am Übergang von der Misch- und Lösezone 111 zur Reaktionszone 112 und bei freiem Durchgang des Drehschiebersystems 127 von der Reaktionszone 112 zur Nachreaktions- und Austragszone 113 wird in der Reaktionszone 112 und Nachreaktions- und Austragszone 113 beim Betrieb der Saugpumpe 64 ein pulsierender Unterdruck erzeugt. Durch freien Durchgang am Übergang von der Misch- und Lösezone 111 zur Reaktionszone 112 und bei reduziertem Durchgang durch das Drehschiebersystem 127 von der Reaktionszone 112 zur Nachreaktions- und Austragszone 113 wird in der Reaktionszone 112 und Nachreaktions- und Austragszone 113 beim Betrieb der Förder- und Dosiereinrichtung 2 ein Überdruck in der Reaktionszone 112 erzeugt. Ein Quasi-Batchbetrieb ist möglich, wenn das Drehschiebersystem 127 zeitweilig wechselseitig geöffnet und geschlossen wird.

Die Temperaturerfassung 3 erfolgt durch einen an der Übergangsstelle des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 zum Heizmantel(Reaktionszone) 119 angeordneten Temperaturfühler (Misch- und Lösezone) 32, durch einen Temperaturfühler (Reaktionszone) 33 in der geometrischen Mitte des Reaktionsraumes 15 und einen Temperaturfühler (Nachreaktions- und Austragszone) 34 an der Übergangsstelle vom Heizmantel(Reaktionszone) 119 zum Heizmantel (Nachreaktions- und Austragszone) 120. Die Temperaturfühler 32, 33 und 34 sind mit dem Anzeigeteil 31 verbunden.

Der Antrieb der Knet- und Rührwelle 141 und der Putz- und Einzugwelle 146 erfolgt bevorzugt über einen Hydraulikmotor 4.

Die Temperierung des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118, des Heizmantels (Reaktionszone) 119, des Heizmantels (Nachreaktions- und Austragszone) 120 sowie des Wellenmantels (Knet- und Rührwelle) 142 und des Wellenmantels (Putz- und Einzugswelle) 147 erfolgt durch ein Temperieraggregat 5. Die Verbindungen vom Temperieraggregat 5 zu den einzelnen Heizmänteln der Zonen und den Wellenheizmänteln sind in der Weise angeordnet, dass die Flussrichtung des Heizmediums immer in der Gegenrichtung zur Arbeitsrichtung des Reaktionsgutes im Reaktionsraum 16 erfolgt.

Die Austragseinheit 6 ist hinter dem Austragsstutzen 117 angeordnet und wird aus einer Überlaufvorrichtung 61, einer Filtereinheit 62 und einer nachgeschalteten Saugpumpe 64 gebildet. Über der Filtereinheit 62 ist vom Filtereingang 621 zum Filterausgang 622 ein Differenzdruckmesswerk 63 geschaltet, welches den Zustand der Filterkerze 623 signalisiert.

Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Das feste Reaktionsgut, zum Beispiel PET-Flakes, kann durch einen Dosierextruder 25 in den Reaktionsraum 16 über den Extruderanschluss 115 im Bereich des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Reaktionsraum 16 eingebracht werden.

Das feste Reaktionsgut wird durch die auf der Putz- und Einzugswelle 146 befindlichen Knet und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 im Bereich des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 tangential in den Reaktionsraum 16 eingezogen. Die Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 und die Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 weisen im Bereich des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 an den Kanten spitzwinklige Keilwinkel auf, die im Mitteldurchgang der Knet- und Rührelemente Schneidlinien bilden. Das Reaktionsmaterial wird in diesem Bereich geschnitten und zusammen mit Komponenten aus der Flüssigdosierung 26 und der Schmelzedosierung 27, die in diesen Bereich eingeleiteten werden, gemischt und unter Zuführung von Wärme gelöst. Die Flüssigdosierung 26 erfolgt über drehzahlgeregelte Pumpen 262, die Flüssigkeiten aus Vorratsbehältern 261 ansaugen und dem Reaktionsraum 16 zuführen. Die Schmelzedosierung 27 erfolgt über drehzahlgeregelte, beheizte Pumpen 272, die die Schmelze aus dem beheizten Vorratsbehälter 271 ansaugen und dem Reaktionsraum 16 zuführen. Durch die rechtsgängige Anordnung der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 und die linksgängige Anordnung der Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 in mehrgängigen schraubenlinienförmigen Reihen, wobei die Anordnung der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 und der Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 der jeweiligen Schraubenlinie im Bereich des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 vorauseilt und dadurch einen steileren Winkel zur Arbeitsrichtung im Reaktionsraum 16 bildet, ist zwischen den Knet- und Rührelementen (Knet- und Rühr welle) 145 auf der Knet- und Rührwelle 141 und den Knet- und Rührelementen (Putz- und Einzugswelle) 150 eine eindeutige Zuordnung in der Mittellage der Wellen gegeben, die durch die unterschiedlichen Drehzahlen der Knet- und Rührwelle 141 und der Putz- und Einzugwelle 146 realisiert wird. Diese Anordnung hat einen zügigen Abtransport des Reaktionsgutes von dem Einfüllstutzen 114 und dem Extruderanschluss 115 zur Folge. Im Bereich des Heizmantels (Reaktionszone) 119 wird die Anordnung der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 und der Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 durch das Nacheilen zur jeweiligen Schraubenlinie flacher, was einen längeren Aufenthalt des Reaktionsmaterials im Reaktionsraum 16 im Bereich des Heizmantels(Reaktionszone) 112 bewirkt. Die Kanten der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 und die Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 weisen einen stumpfwinkligen Keilwinkel auf und bilden zueinander im Bereich des Mitteldurchganges und zu den Manteleinbauten (Reaktorraum) 123 Druckflächen, die das Reaktionsmaterial über die Bruchspannung hinaus flächig überlasten und dadurch den Materialverband auflösen. Die keilförmigen Manteleinbauten 123 mit der Strömungsabrisskante 124 bewirken die Ausbildung von Mikrowirbeln hoher Geschwindigkeit hinter der Strömungsabrisskante 124, was auch zu der Bildung von Gasblasen mit sehr niedrigen Innendruck führt, die in der Folge implodieren. Der Raum zwischen Strömungsabrisskante 124 und dem Reaktormantel (innen) 122 ist ideal für die Einleitung eines Aktivgases oder Schutzgases durch geometrisch bestimmte Gaseinlasskapillaren 125. Im Bereich des Heizmantels (Nachreaktions- und Austragszone) 120 ist die Anordnung der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 und der Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 wieder zur jeweiligen Schraubenlinie hin voreilend und bildet dadurch einen steilen Winkel zum Austragsstutzen 117 hin. Die Knet und Rührwelle 141 und die Putz- und Einzugwelle 146 rotieren in Abhängigkeit der Anzahl der Reihen der Knet- und Rührele mente auf den Wellen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zueinander. Die unterschiedlichen Drehzahlen bewirken eine Relativbewegung der Knet- und Rührelemente (Knet- und Rührwelle) 145 und der Knet- und Rührelemente (Putz- und Einzugswelle) 150 zueinander, was sich als Putzeffekt auswirkt. Die Temperaturmessung am Übergang des Heizmantels (Misch- und Lösezone) 118 zum Heizmantel (Reaktionszone) 119, in der Mitte des Reaktionsraumes 15 und am Übergang des Heizmantels (Reaktionszone) 119 zum Heizmantel (Nachreaktions- und Austragszone) 120 erfolgt über Thermoelemente, deren Thermospannungen zur Anzeige gebracht werden und für weitere Steuerungsvorgänge als Eingangssignal zur Verfügung stehen.

Nebenprodukte der chemischen Umsetzung im Reaktor 1, die bei der Temperatur im Reaktionsraum 16 in die Dampfphase übergehen, werden in der Destillationskolonne 7 kondensiert und außerhalb des Reaktors 1 aufgefangen. Erforderlichenfalls kann durch die Vakuumpumpe 64 im Reaktionsraum 16 ein Unterdruck hergestellt werden, um das Abdestillieren zu beschleunigen. Mit Hilfe des Drehschiebersystems 127 kann die Anwendung des Unterdruckes gesteuert werden.

Hinter dem Austragsstutzen 117 ist die Austragseinheit 6 angeordnet. Diese wird aus einer Überlaufvorrichtung 61, einer oder mehreren nachgeschalteten Filtereinheiten 62 und einer nachgeschalteten Saugpumpe 64 gebildet. Über der Filtereinheit 62 ist zwischen dem Filtereingang 621 und Filterausgang 622 ein Differenzdruckmesswerk 63 geschaltet, welches den Zustand der Filterkerze(n) 623 anzeigt und zur Anzeige bringt beziehungsweise regelungstechnisch den Produktstrom auf eine parallele Filtereinheit umschaltet.

Beispiel 1
In einem erfindungsgemäßen Reaktor mit einem Gesamtvolumen von 20 l werden 2,5 kg Oligoesterkondensat nach Anspruch 5 bei 100°C im Vorratsbehälter aufgeschmolzen, über eine beheizte Pumpe und beheizte Rohrleitungen in den Reaktor gefördert und dort auf 210°C erwärmt. Nach Einschalten der Knetrührer werden über eine Dosierschnecke 6,7 kg PET-Abfä11e (91,2% PET, 4,7% PVC, 3,3% HDPE, 0,8% PS) innerhalb von 5 Minuten zugeführt. Nach 15 Minuten wird auf 245 bis 250°C erwärmt, und geschmolzenes Oligoesterkondensat und PET-Abfälle werden kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 13,5 bzw. 36,2 kg pro Stunde. Nach Verlassen der Reaktionszone wird das Gemisch in eine Entgasungszone überführt, in der ein verminderter Druck von 110 mbar bei einer Temperatur von 160°C eingestellt wird. Über die Saugleitung und eine Destillationskolonne wird ein Nebenproduktstrom von 13,3 kg/h abgezogen, der im wesentlichen aus Ethylenglykol und Diethylenglykol besteht. Nach 30 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 50 kg pro Stunde begonnen, der filtriert wird. In Abständen von 30 Minuten werden Proben entnommen. Man erhält ein weitgehend konstantes Produkt mit einer Viskosität η²⁵ von 12.500 und einer OH-Zahl von 310 mg KOH/g.
Beispiel 2
In einem erfindungsgemäßen Reaktor wie in Beispiel 1 werden 3,83 kg aufgeschmolzenes Oligoesterkondensat nach Anspruch 5 und 1,88 kg Diethylenglykol über eine beheizte Pumpe und beheizte Rohrleitungen in den Reaktor gefördert und dort auf 200°C erwärmt. Nach Einschalten der Knetrührer werden über eine Dosierschnecke 3,54 kg PET-Abfä11e (97% PET) innerhalb von 5 Minuten zugeführt. Nach 15 Minuten wird auf 215 bis 220°C erwärmt, und geschmolzenes Oligoesterkondensat, Diethylenglykol und PET-Abfälle werden kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 19,5, 9,5 bzw. 17,7 kg pro Stun de. Nach Verlassen der Reaktionszone wird das Gemisch in eine Entgasungszone überführt, in der ein verminderter Druck von 110 mbar bei einer Temperatur von 160 °C eingestellt wird. Über die Saugleitung und eine Destillationskolonne wird ein Nebenproduktstrom von 10,2 kg/h abgezogen, der im wesentlichen aus Ethylenglykol und Diethylenglykol besteht. Nach 30 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 50 kg pro Stunde begonnen, der filtriert wird. In Abständen von 30 Minuten werden Proben entnommen. Man erhält ein weitgehend konstantes Produkt mit einer Viskosität η²⁵ von 11.500 und einer OH-Zahl von 325 mg KOH/g.
Beispiel 3
In einem erfindungsgemäßen Reaktor wie in Beispiel 1 werden 5,0 kg Oligoesterkondensat nach Anspruch 5 bei 100°C im Vorratsbehälter aufgeschmolzen, über eine beheizte Pumpe und beheizte Rohrleitungen in den Reaktor gefördert und dort auf 200°C erwärmt. Nach Einschalten der Knetrührer werden über zwei Dosierschnecken 3,6 kg PET-Abfä11e (97 % PET) und 0,4 kg Adipinsäure innerhalb von 5 Minuten zugeführt. Nach 15 Minuten wird auf 215 bis 220°C erwärmt, und geschmolzenes Oligoesterkondensat, PET-Abfä11e und Adipinsäure werden kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 25, 18 bzw. 2,0 kg pro Stunde. Nach Verlassen der Reaktionszone wird das Gemisch in eine Entgasungszone überführt, in der ein verminderter Druck von 110 mbar bei einer Temperatur von 160°C eingestellt wird. Über die Saugleitung und eine Destillationskolonne wird ein Nebenproduktstrom von 2,1 kg/h abgezogen, der im wesentlichen aus Wasser und Ethylenglykol besteht. Nach 30 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 45 kg pro Stunde begonnen, der filtriert wird. In Abständen von 30 Minuten werden Proben entnommen. Man erhält ein weitgehend konstantes Produkt mit ein Viskosität η²⁵ von 6.500 mPas und einer OH-Zahl von 265 mg KOH/g.
Beispiel 4
In einem erfindungsgemäßen Reaktor wie in Beispiel 1 werden 4,4 kg Oligoesterkondensat nach Anspruch 5 bei 100°C im Vorratsbehälter aufgeschmolzen, über eine beheizte Pumpe und beheizte Rohrleitungen in den Reaktor gefördert und dort auf 210°C erwärmt. Nach Einschalten der Knetrührer werden über zwei Dosierschnecken 4,0 kg PET-Abfä11e (97% PET) und 0,24 kg Adipinsäure und über eine Dosierpumpe 0,64 kg Dipropylenglykol innerhalb von 5 Minuten zugeführt. Nach 15 Minuten wird auf 215 bis 220°C erwärmt, und geschmolzenes Oligoesterkondensat, PET-Abfälle, Adipinsäure und Dipropylenglykol werden kontinuierlich zugeführt mit Fördergeschwindigkeiten von 22, 20, 3,2 bzw. 1,2 kg pro Stunde. Nach Verlassen der Reaktionszone wird das Gemisch in eine Entgasungszone überführt, in der ein verminderter Druck von 110 mbar bei einer Temperatur von 160°C eingestellt wird. Über die Saugleitung und eine Destillationskolonne wird ein Nebenproduktstrom von 3,0 kg/h abgezogen, der im wesentlichen aus Wasser und Ethylenglykol besteht. Nach 30 Minuten wird mit der Entnahme eines Produktstroms von ca. 45 kg pro Stunde begonnen, der filtriert wird. In Abständen von 30 Minuten werden Proben entnommen. Man erhält ein weitgehend konstantes Produkt mit einer Viskosität η²⁵ von 4.700 mPas und einer OH-Zahl von 320 mg KOH/g.

1: Reaktor
11: Reaktorgehäuse
111: Misch- und Lösezone
112: Reaktionszone
113: Nachreaktions- und Austragszone
114: Schmelzeanschluss
115: Extruderanschluss
116: Flüssigkeitseinlass
117: Austragsstutzen
118: Heizmantel (Misch- und Lösezone)
119: Heizmantel (Reaktionszone)
120: Heizmantel (Nachreaktions- und Austragszone)
121: Reaktorstirnwand
122: Reaktormantel (innen)
123: Manteleinbauten
124: Strömungsabrisskante
125: Gaseinlasskapillare
126: Knetelement (stationär)
127: Trägersegment (Knetelement stationär)
128: Drehschieber
129: Kammerscheibe
130: Stellscheibe
131: Rotorscheibe
14: Hohlwelle
141: Knet- und Rührwelle
142: Wellenmantel (Knet- und Rührwelle)
143: Lagerwelle (Knet- und Rührwelle)
144: Trägerscheibe (Knet- und Rührwelle)
145: Knet- und Rührelement (Knet- und Rührwelle)
146: Putz- und Einzugwelle
147: Wellenmantel (Putz- und Einzugswelle)
148: Lagerwelle (Putz- und Einzugswelle)
149: Trägerscheibe (Putz- und Einzugswelle)
150: Knet- und Rührelement (Putz- und Einzugswelle)
15: Versorgungsanschluss (Hohlwelle)
151: Versorgungsanschluss (Heizmantel)
16: Reaktorinnenraum
2: Förder- und Dosiereinrichtung
25: Dosierextruder
251: Vorwärmvorrichtung
252: Extruderschnecke
26: Flüssigdosierung
261: Vorratsbehälter
262: Dosierpumpe
27: Dosierung (Schmelze)
271: Vorratsbehälter, beheizt
272: Dosierpumpe, beheizt
273: Heizgerät
3: Temperaturerfassung
31: Anzeigeteil
32: Temperaturfühler Misch- und Lösezone
33: Temperaturfühler Reaktionszone
34: Temperaturfühler Nachreaktions- und Austragszone
4: Hydraulikmotor
5: Temperieraggregat
6: Austragseinheit
61: Überlaufvorrichtung
62: Filtereinheit
621: Filtereingang
622: Filterausgang
623: Filterkerze
63: Differenzdruckmesswerk
64: Saugpumpe
7: Destillationskolonne

Claims

Verfahren zur Herstellung von Polyolen aus linearen Polyestern wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und/oder Polyethylenterephthalat- bzw. Polybutylenterephthalat-Abfällen, Oligoesterkondensaten, gegebenenfalls hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen und gegebenenfalls aliphatischen Dicarbonsäuren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus Polyethylenterephthalat und/oder Polyethylenterephthalat-Abfällen, einem Oligoestergemisch, gegebenenfalls einem oder mehreren Glykolen, gegebenenfalls anderen Alkoholen und gegebenenfalls einer oder mehreren aliphatischen Dicarbonsäuren in einem Misch-/Knetreaktor mit einer oder mehreren horizontal rotierenden Hohlwellen, an denen spezielle Mischelemente angeordnet sind, in einer oder mehreren Reaktions- und/oder Bearbeitungszonen unter kontinuierlichem Durchsatz zur Reaktion gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) lineare Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und/oder Polyethylenterephthalat- bzw. Polybttylenterephthalat-Abfälle, ein Oligoesterkondensat, gegebenenfalls ein oder mehrere Glykole, gegebenenfalls andere Alkohole und gegebenenfalls eine oder mehrere aliphatische Dicarbonsäuren kontinuierlich in die erste Zone eines Misch-/Knetreaktors befördert, unter Scherung homogenisiert und temperiert werden, b) die Mischung in eine zweite Zone des Reaktors befördert wird und dort bei weiterer Scherung, Durchmischung und Temperierung zur Reaktion gebracht wird, c) die Mischung in einer anschließenden dritten Zone gegebenenfalls durch Anlegen von Vakuum von flüchtigen Bestandteilen befreit wird und d) das flüssige Produkt gegebenenfalls durch Filtration von festen Fremdbestandteilen befreit und abfüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als lineare Polyester Polyethylenterephthalat-Abfälle eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als lineare Polyester verunreinigte PET-Abfälle eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Oligoesterkondensat ein bei der PET-Herstellung anfallendes, metallorganische Katalysatoren enthaltendes Destillationsprodukt eingesetzt wird, das folgende Zusammensetzung aufweist: 40 – 80% Terephthalsäure, 5 – 30% gebundenes Ethylenglykol, 1 – 20% freies Ethylenglykol, 1 – 20% gebundenes Diethylenglykol, 1 – 15% freies Diethylenglykol, 0 – 10% längerkettige Ethylenglykole, 0,5 – 5% metallorganische Verbindungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als hydroxylgruppenhaltige Verbindungen niedermolekulare Polyalkylendiole verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass 5 bis 65 Masseteile Polyesterabfälle in einem Gemisch aus 5 bis 65 Masseteilen Oligoesterkondensat, gegebenenfalls 5 bis 45 Masseteilen Diethylenglykol, Polyethylenglykol und/oder Polypropylenglykol als niedermolekulare Polyalkylendiole sowie 0 bis 30 Masseteilen Alkohole wie Butandiol-1,4, Glycerol, Trimethylolpropan, Hexantriol, Pentaerythrit, Dipropylenglykol, Oligopropylenglykole und/oder Oligoethylenglykole kontinuierlich umgesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktionsgemisch 5 bis 40 Masseteile einer aliphatischen bzw. cycloaliphatischen Carbonsäure, einer Dicarbonsäure oder eines Anhydrids kontinuierlich zudosiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Dicarbonsäure Adipinsäure, Sebacinsäure, Azelainsäure oder Maleinsäure eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch in der ersten Zone des Misch-/Knetreaktors bei einer Verweilzeit von 10 bis 120 min auf 150 bis 280 °C temperiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch in der zweiten Zone des Misch-/Knetreaktors bei einer Verweilzeit von 10 bis 600 min und einer Temperatur von 180 bis 280°C umgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch gegebenenfalls in der dritten Zone des Misch-/Knetreaktors bei einer Verweilzeit von 10 bis 600 min und einer Temperatur von 180 bis 280°C umgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch gegebenenfalls in der dritten Zone des Misch-/Knetreaktors unter einem Vakuum von 0,1 bis 400 mbar einer Destillation zur Entfernung flüchtiger Nebenprodukte und Verunreinigungen unterworfen wird.
Polyol, gekennzeichnet durch die Herstellung nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 13.
Vorrichtung zur Herstellung von Recyclat-Polyolen aus Polyestern, gekennzeichnet durch – einen horizontal angeordneten Reaktor (1), der in einem Reaktorinnenraum (16) eine oder mehrere Hohlwellen (14), die horizontal, parallel und rotierbar gelagert sind, aufweist, wobei der Reaktorinnenraum (16) in Stoffflussrichtung in eine Misch- und Lösezone (111), eine Reaktionszone (112) und eine Nachreaktions- und Austragszone (113) geteilt ist, – ein mit einer Temperaturerfassung (3) funktionell verbundenes Temperieraggregat (5), für einen Wärmeträgertransport in der oder die Hohlwellen (14) und in Heizmantel (Misch- und Lösezone) (118), Heizmantel (Reaktionszone) (119) und Heizmantel (Nachreaktions- und Austragszone) (120), - einen Antrieb (4) der Hohlwellen (14), – eine mit der Misch- und Lösezone (111) verbundenen Förder- und Dosiereinrichtung (2) und – eine mit der Nachreaktions- und Austragszone (113) verbundene Austragseinheit (6).
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwellen (14) auf ihrer Oberfläche Knet- und Rührelemente (145, 150) so angeordnet aufweisen, dass deren Flächen mit einem Reaktormantel (innen) (122) und/oder mit den Flächen der Knet- und Rührelemente (145, 150) benachbarter Hohlwellen (14) bei der Rotation sich stetig verengende und wieder öffnende Spalte bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Förder- und Dosiereinrichtung (2) eine Flüssigdosierung (26) mit Vorratsbehälter (261) und Dosierpumpe (262) und eine Feststoffzuführung (23, 22, 21, 25) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosierschnecke (21) oder eine Extruderschnecke (252) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels an dem Reaktor (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Extruderschnecke (252) außerhalb des Reaktors (1) und dessen beheizbaren Mantels (118) angeordnet und bei Umgebungstemperatur betreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Extruderschnecke (252) eine Heizung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Förder- und Dosiereinrichtung (2) tangential zum Reaktor (1) und in Drehrichtung zu den Knet- und Rührelementen angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) und ein Reaktorgehäuse (11) aus zylinderförmigen Einzelteilen gebildet sind und ein Reaktormantel (innen) (122) des Reaktors (1) mit stationären Knetelementen (126) in der Weise bestückt ist, dass diese mit den Knet- und Rührelementen (145, 150) auf der Wellenmantelfläche (142) der Hohlwelle (14) kommunizierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) und das Reaktorgehäuse (11) aus zylinderförmigen Sektionen in der Weise verbunden sind, dass sie einen achtförmigen Querschnitt ergeben, deren jeweilige Kreismittelpunkte mit den Mittellinien der Hohlwellen (14) und deren Wellenmantelflächen (132) zusammen fallen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) und das Reaktorgehäuse (11) aus zylinderförmigen Sektionen mit gleichen Durchmessern bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) und das Reaktorgehäuse (11) aus zylinderförmigen Sektionen mit unterschiedlichen Durchmessern bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Lösezone (111), Reaktionszone (112) und Nachreaktionszone (113) aufgeteilt sind und separat temperierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Anordnung des Reaktors (1) die Hohlwellen (14) mit den Wellenmantelflächen in der Misch- und Lösezone (111), der Reaktionszone (112) und der Nachreaktionszone (113) unterschiedliche freie Querschnitte aufweisen, die unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Temperiermediums bewirken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Knet- und Rührelemente (145, 150) auf den Wellenmantelflächen (132) auf einer idealen Schraubenlinie angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Knet- und Rührelemente (145, 150) auf den Wellenmantelflächen (132) mehrgängig auf ideale Schraubenlinien angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der schraubenlinienartigen Anordnungen der Knet- und Rührelemente (145, 150) auf den Wellenmantelflächen der einzelnen Hohlwellen (14) gegenläufig und unterschiedlich ist, aber ständig bei der Rotation der Hohlwellen (14) in einem gemeinsamen Bereich miteinander kommunizierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Anordnung der Knet- und Rührelemente (145, 150) vom Beginn der Misch- und Lösezone (111) bis zur Mitte der Reaktionszone (112) den idealen Schraubenlinien nacheilen, die idealen Schraubenlinien sich in der Mitte der Reaktionszone (112) kreuzen und von dort bis zum Ende der Nachreaktionszone (113) den idealen Schraubenlinien vorauseilen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Anordnung der Knet- und Rührelemente (145, 150) durch Einzelabschnitte linearer Funktionen beschrieben werden, die den jeweiligen idealen Schraubenlinien überlagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Anordnung der Knet- und Rührelemente (145, 150) durch ausgewählte, modifizierte Winkelfunktionen beschrieben wird, die den jeweiligen idealen Schraubenlinien überlagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermedium tangential in den Raum der Hohlwelle (14) zur Wellenmantelfläche (142, 147) einlassbar ist und die Strömungsrichtung des Temperiermediums entgegen der Arbeitsrichtung des Reaktionsgutes im Reaktor (1) verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Knet- und Rührelemente (145, 150) an den Kanten in Rotationsrichtung negativ hinterschnitten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die negativ hinterschnittenen Kanten einen spitzen Winkel aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die negativ hinterschnittenen Kanten einen spitzen Winkel aufweisen, die durch einen Radius abgerundet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Knet- und Rührelemente (145, 150) zur korrespondierenden Wellenmantelfläche (142, 147) beim Rotationsdurchgang einen sich stetig verengenden Spalt aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Knet- und Rührelemente (145, 150) zu den benachbarten Rührelementen (145, 150) auf der jeweils korrespondierenden Wellenmantelfläche (142, 147) beim Rotationsdurchgang einen sich stetig verengenden Spalt aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenfläche des Mantels des Reaktors (1) keilförmige Verengungen mit einer scharfkantigen Abrisskante montiert sind, die im Zusammenwirken mit den negativ hinterschnittenen Kanten der Knet- und Rührelemente (145, 150) beim Durchgang einen sich ständig verengenden Spalt bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Abrisskanten Kapillaren enden, durch die ein Schutzgas oder Aktivgas in den Reaktor (1) eingeleitet werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Lösezone (111) von der Reaktionszone (112) und die Reaktionszone (112) von der Nachreaktionszone (113) im Reaktor (1) durch ein Drehschieber (128) abtrennbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehschiebersystem (127) aus einer stationären Platte mit mindestens einem Durchbruch unterschiedlicher Form besteht, auf der eine um den Rotationsmittelpunkt der Hohlwellen (14) schwenkbare Platte mit einem oder mehreren Durchbrüchen zur veränderbaren Einstellung des Querschnittes des stationären Systems angebracht ist, auf welcher eine Rotorplatte mit mindestens einem Durchbruch gleichsinnig mit der Rotation der jeweiligen Hohlwellen (14) umläuft und dabei die Durchbrüche der stationären Platte und der schwenkbaren Platte in einstellbaren Zeitabständen verdeckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Winkelversatz der stationären Platten des Drehschiebersystems (127) zwischen der Reaktionszone (112) und der Misch- und Lösezone (111) und zwischen der Reaktionszone (112) und der Nachreaktionszone (113) zueinander nur ein Drehschiebersystem (127) jeweils auf Durchgang geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchbrüche immer unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Reaktor (1) befinden.