DE1102409B - Verfahren und Vorrichtung zur Polymerisation von Styrol - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Polymerisation von Styrol

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DE1102409B DEM40104A DEM0040104A DE1102409B DE 1102409 B DE1102409 B DE 1102409B DE M40104 A DEM40104 A DE M40104A DE M0040104 A DEM0040104 A DE M0040104A DE 1102409 B DE1102409 B DE 1102409B
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Dipl-Ing Dr Oskar Dorschner
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F12/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring
    • C08F12/02Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F12/04Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring
    • C08F12/06Hydrocarbons
    • C08F12/08Styrene

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Polymerisation von Styrol Die kontinuierliche Herstellung von Polystyrol nach dem Blockverfahren wird so durchgeführt, daß das Styrol oder bereits verpolymerisiertes Styrol in einem turmartigen Reaktionsraum abwärts bewegt wird, der durch beheizbare Ummantelungen oder eingebaute Heizschlangen in mehrere Temperaturstufen unterteilt ist. In jeder der folgenden Stufen ist die Polymerisationstemperatur höher als in der vorhergehenden.
  • Der Reaktionsraum kann auch mit einer Rührvorrichtung ausgestattet sein. Das gebildete Polymerisat wird aus dem unteren Teil des Turmes abgezogen.
  • Die genaue Einhaltung der Arbeitstemperatur in den einzelnen Stufen stößt auf Schwierigkeiten wegen des nicht immer gleichmäßig exothermen Verlaufs des Polymerisationsvorganges, so daß Ungleichmäßigkeiten in der Wärmeentwicklung und in der Wärmeabfuhr bzw. dem Wärmeausgleich auftreten. Die lokalen Überhitzungen bewirken, daß das Polymerisat an den innenflächen des Reaktionsraumes, besonders an den Heizflächen, haftenbleibt. Dort entstehen besonders hochmolekulare Produkte, die nicht mehr von dem Strom des Polymerisats mitgenommen werden, die Fließfähigkeit des Gutes an deren Stellen behindern und damit die erwähnten Erscheinungen noch bestärken. Die Ansätze stören den Wärmeübergang und verkracken schließlich, wobei unerwünschte niedermolekulare Anteile gebildet werden, die die Oualität des Endpolymerisates ungünstig beeinflussen.
  • Die genannten Schwierigkeiten treten insbesondere bei Vorrichtungen mit festen oder beweglichen Einbauten, wie Heizschlangen, Rührern od. dgl., auf, weil auch die Einbauten selbst den freien Fluß des Polymerisates behindern. Es entstehen tote Winkel und dadurch Ungleichmäßigkeiten in der Wärmeverteilung und unterschiedliche Polymerisationsgeschwindigkeiten. Um die erwähnten Ansatzbildungen und Verstopfungen zu vermeiden, erfordern die bekannten Polymerisationsverfahren in jedem Fall eine sehr sorgfäitige Überwachung. Diese Schwierigkeiten werden durch das erfindungsgemäße Verfahren behoben, das sich durch besondere Einfachheit der Durchführung und der dafür erforderlichen Vorrichtungen auszeichnet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Elockpolymerisation von Styrol zu Polystyrol mit einem Monomerengehalt von 0,5 o/o und darüber in senkrechten Reaktionsräumen bei von oben nach unten mit fortschreitender Polymerisation durch indirekten Wärmeaustausch ansteigender Temperatur ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch indirekt mittels eines Gemisches zweier oder mehrerer unter vollständigem Rückfluß siedender Flüssigkeiten erfolgt, daß durch die Zusammensetzung des Flüssigkeitsgemisches die Temperatur des Polymerisationsgutes stetig der fortschreitenden Polymerisation angepaßt wird und daß der Querschnitt der Reaktionsräume so bemessen wird, daß über den ganzen Querschnitt jeweils etwa gleiche Temperaturen herrschen.
  • Die Polymerisationstemperatur verläuft auf dem XVeg durch den Reaktionsraum nach einer ansteigenden Kurve, wobei die zur Vorpolymerisation notwendige Temperatur als Anfangspunkt und die Fließtemperatur des flüssigen Polystyrols als Ende dieser Kurve anzusehen ist. Diese Kurve wird durch eine entsprechende Siedekurve des wärmeaustauschenden Flüssigkeitsgemisches so eingestellt, daß die Temperatur im Polymerisationsgut an keiner Stelle unter dem jeweiligen Fließpunkt liegt. Die Siedekurve des wärmeaustauschenden Flüssigkeitsgemisches beginnt bei etwa 500 C und wird durch entsprechende Wahl der verschiedenen miteinander mischbaren Flüssigkeiten so eingestellt, daß sie bei etwa 500 C beginnt und, ohne scharfe Knicke aufzuweisen, bei einer Temperatur endet, die 10 bis 1000 C, zweckmäßig 30 bis 600 C, über der Fließtemperatur des polymerisierten Styrols liegt. Dank des guten Wärmeaustausches zwischen dem siedenden Flüssigkeitsgemisch und dem Polymerisationsgut weist die Kurve des Temperaturanstiegs im Polymerisationsgut keine scharfen Knicke auf, die sich auf den Ablauf und die Dauer der Polymerisation sowie auf die Güte des erzeugten Polymerisates nachteilig auswirkten.
  • Das zu polymerisierende Styrol wird zweckmäßig durch ein stehendes Rohr von etwa 3 bis 50 m, vorzugsweise 8 bis 15m Höhe bzw. ein System derartiger Rohre abwärts geführt. Die so gebildeten Gutsäulen haben Querschnitte, die noch einen guten Mlårmeaus- gleich innerhalb des Polymerisationsgutes zulassen, d. h. Durchmesser von 10 bis 100 mm, zweckmäßig 20 bis 50 mm. Der Wärmetaustausch wird so betrieben, daß sowohl fehlende Wärme an die reagierenden Stoffe abgegeben als auch überschüssige Wärme aufgenommen und die reagierenden Stoffe überall auf der jeweils gewünschten Temperatur gehalten werden können. Erfindungsgemäß erfüllt das wärmeaustauschende Flüssigkeitsgemisch von großem Siedebereich den gesamten wärmeaustauschenden Raum, in dem es durch eine rektifizierende Verdampfung den gleichmäßig guten Wärmeaustausch gewährleistet. Durch die rektifizierende Verdampfung ergibt sich im ständigen Betrieb eine Anreicherung der am höchsten siedenden Bestandteile des wärmeaustauschenden Mittels am untersten Teil der Gutsäulen, während sich die am leichtesten siedenden Anteile am obersten Teil sammeln. Das kann noch dadurch begünstigt werden, daß die bei der rektifizierenden Verdampfung entstehenden Dämpfe, die oben aus dem bzw. den das wärmeaustauschende Mittel enthaltenden Räumen entweichen, zweckmäßig unter Ausnutzung ihrer Kondensationswärme verflüssigt und wieder in die wärmeaustauschenden Räume zurückgeführt werden.
  • Dadurch, daß durch Wärmezufuhr das wänneaustauschende Mittel auf der ganzen Länge des wärmeaustauschenden Raumes auf Siedetemperatur gehalten wird und sich durch die rektifizierende Verdampfung eine Zunahme der Konzentration der leichter siedenden Bestandteile von unten nach oben einstellt und die Temperatur umgekehrt von oben nach unten entsprechend zunimmt, stellt sich auch die Temperatur des zu polymerisierenden Styrols in der gleichen Weise ein.
  • Mit der erfindungsgemäßen Zu- und Abfuhr der Wärme durch ein siedendes Flüssigkeitsgemisch ist in Verbindung mit dem geringen Querschnitt des Reaktionsraumes ein gleichbleibender Wärmeaustausch zwischen dem Polymerisationsgut und dem wärmeaustauschen den Mittel gewährleistet. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei denen die Beheizung durch Heizschlangen oder dampfbeheizte Mäntel stufenweise erfolgt, wird das Polymerisationsgut mit Hilfe eines siedenden Flüssigkeitsgemisches stetig und kontinuierlich beheizt, so daß der Temperaturunterschied zwischen dem wärmeaustauschenden Mittel und dem Reaktionsgut etwa konstant bleibt.
  • Hierbei wird dem zu polymerisierenden Gut in dem Maße Wärme zugeführt oder entzogen, wie es die Polymerisation erfordert. Falls es aus irgendwelchen Gründen in dem Polymerisationsgut zu lokalen tSberhitzungen kommt, nimmt das wärmeaustauschende Mittel die hier auftretenden Wärmemengen unter Verdampfung auf und führt die Polymerisation augenblicklich wieder auf das normale Maß zurück.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich infolgedessen die Polymerisation besonders gleichmäßig, betriebssicher und störungsfrei durchführen. Die zur Durchführung des Verfahrens besonders geeigneten Vorrichtungen zeichnen sich durch glatte Innenflächen des Polymerisationsraumes aus, in dem auch der freie Fluß des Gutes nicht durch irgendwelche Einbauten verhindert wird. Diese Vorrichtungen sind leicht zu bauen und instand zu halten.
  • Durch entsprechende Wahl der Zusammensetzung des wärmeaustauschenden Mittels kann der Verlauf der Kurve des Temperaturanstieges wesentlich geändert werden. Es ist z. B. möglich, im ersten Teil der Kurve den Temperaturanstieg flach zu gestalten. An diesen Teil schließt sich ein Abschnitt starken Temperaturanstiegs an, der bis zum Ende der Kurve oder bis zu einem bestimmten Punkt der Kurve zunimmt. Von diesem Punkt ab kann der Temperaturanstieg gegebenenfalls wieder flacher gehalten oder die Kurve auf gleichmäßige Temperatur eingestellt werden. Je nach dem Verlauf der Polymerisation sind auch entsprechende Änderungen der Temperaturkurve im ersten und mittleren Teil möglich.
  • Die Polymerisation des Styrols beginnt üblicherweise mit Temperaturen von etwa 50 bis 803 C. Nach Erreichen eines Polymerisationsgrades von etwa 30 bis 35 0/o wird die Temperatur rascher gesteigert. Dabei ist darauf zu achten, daß das Styrol ständig fließfähig bleibt. Die Polymerisation schreitet entsprechend der zunehmenden Temperatur fort, und auch am Ende der Polymerisation liegt die Temperatur etwa 10 bis 1000 C über dem Fließpunkt des fertigen Polymerisates. Die Endtemperatur der Polymerisation beträgt etwa 180 bis 2000 C. Die Polymerisation wird normalerweise bei niedrigen Drücken, z. B. 0,5 bis 10Atmosphären, durchgeführt; es können aber auch Drücke angewendet werden, die bis zu 2000 Atmosphären und mehr betragen.
  • Die Siedekurve des wärmeaustauschenden Mittels kann in allen Fällen so eingestellt werden, daß unerwünschte Temperaturänderungen im Verlauf der Polymerisation unterbleiben. Die Polymerisation verläuft dadurch mit größerer Leistung und führt zu einer gleichmäßigen Qualität des Polymerisates.
  • Die rektifizierende Verdampfung des wärmeaustauschenden Mittels kann durch besondere Ausgestaltung der diese wärmeaustauschenden Mittel aufnehmenden Räume in ihrer Wirkung stark verbessert und entsprechend den Erfordernissen der günstigsten Polymerisierung gelenkt werden. Die Einstellung der stetig ansteigenden Temperatur nach einer gewünschten Kurve im Raum des wärmeaustauschenden Mittels kann z. B. durch an sich bekannte Anordnung von Raschigringen oder ähnlichen 5 trömungswiderständen, z.B. Siebböden oder sonstigen aus der Destillationstechnik bekannten Einrichtungen, erfolgen. Schließlich kommt in manchen Fällen auch die Ausbildung des das wärmeaustauschende Mittel enthaltenden Raumes nach Art einer Rektifikationskolonne mit Böden und Glocken in Frage. Die Rektifikation kann auch, wie an sich bekannt, so durchgeführt werden, daß das wärmeaustauschende Mittel ständig oder satzweise in seinen Rektifikationsraum, etwa an dessen höchster Stelle, eingeführt wird und daß die leichter siedenden Bestandteile des Flüssigkeitsgemisches dampfförmig oben und die schwerer siedenden Bestandteile flüssig unten aus dem Rainn für das wärmeaustauschende Mittel abgezogen werden. Wenn man die Siedegrenzen des wärmeaustauschenden Mittels entsprechend weit wählt, z.B. von 50 bis 5000 C, so kann man in manchen Fällen auch ohne Einbauten im wärmeaustauschenden Raum auskommen. Es genügt manchmal auch allein der Temperaturunterschied, der durch die ständige Rückführung der verdampften, leichter siedenden und wieder kondensierten Flüssigkeitsbestandteile in dem oberen Teil des das wärmeaustauschende Mittel enthaltenden Raumes entsteht.
  • Statt in Röhren kann die Polymerisation des Styrols auch in stehenden Kammern durchgeführt werden, die vorteilhaft als zylindrische Gefäße ausgebildet werden.
  • Für das wärmeaustauschende Mittel sind dann im Gefäß verteilte Rohre vorgesehen, die oben mit einem Raum für die Kondensation der aus dem wärmeaustauschenden Mittel verdampften Bestandteile und mit Einrichtungen für die Zurückführung des Kondensats zum wärmeaustauschenden Mittel ausgestattet sind.
  • Der Querschnitt der Gutsäule in der stehenden Kammer kann dabei zwecks besseren Wärmeausgleiches unterteilt sein, so daß sich auch hier keine Teilchen des Gutes in einem Abstand von der nächsten wärmeaustauschenden Fläche befinden, der länger als etwa 50 bis 100 mm ist. Auch Lamellenöfen können für die Polymerisation des Styrols verwendet werden, die derartig ausgebildet sind, daß das zu polymerisierende Gut zwischen parallelen Blechen abwärts wandert, die von zahlreichen übereinanderliegenden Rohrreihen durchdrungen sind und bei denen das wärmeaustauschende Mittel durch die Rohre geführt wird. Diese Lamellenöfen sind dann derart eingerichtet, daß das wärmeaustauschende Mittel in den höheren Rohrreihen unter einem niedrigeren Druck siedet als in den darunterliegenden Reihen. Ähnliche Differenzen in der Temperatur des siedenden Gemisches lassen sich auch dadurch erreichen, daß das stehende Gemisch im Wärmeaustauschraum mittels einer Pumpe bewegt wird, wobei in seinem Strömungswege Drosselorgane an verschiedenen Stellen vorgesehen sind, die so wirken, daß in den Raum für das wärmeaustauschende Mittel ein gewünschter Temperaturabfall von unten nach oben eintritt. Es läßt sich damit eine solche Druckverteilung entlang der wärmeaustauschenden Flächen herbeiführen, daß das wärmeaustauschende Mittel an allen Stellen der Apparatur bei der Temperatur siedet, die an diesen Stellen zweckmäßig ist. Hierbei kömlen in manchen Fällen auch wärmeaustauschende Mittel mit einheitlichem Siedepunkt angewendet werden. Eine Veränderung der Siedetemperatur des wärmeaustauschenden Mittels kann auch durch Änderung des Siededruckes erzielt werden.
  • Als W ärmeaustauschmittel kommen die verschledensten Stoffe in Betracht, beispielsweise Gemische von gesättigten oder ungesättigten aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, wobei in der Konstitutionsformel der Kohlenwasserstoffe auch ein oder mehrere beliebige Wasserstoffatome durch die Hvdroxyl- oder Carboxylgruppe in freier oder gebundener Form, z. B. als Ester, Amide, Salze od. dgl., oder durch die Xitro- oder Amingruppe oder durch Halogene, insbesondere Fluor und/oder Chlor, oder durch halogenähnliche Gruppen, wie Rllodan, oder durch organische Radikale, z. B. das der Aminoalkohole, ersetzt sein können. Als Wärmeaustauschmittel können auch Gemische von leicht verdampfenden Metallen oder von Metallverbindungen angewendet werden, wobei die als Wärmeanstauschmittel verwendeten Stoffe so gewählt werden, daß sie bei den angewendeten Temperaturen keine schädlichen Veränderungen erfahren. Als Bestandteil des Wärmeaustauschmiftels kann in manchen Fällen auch Wasser verwendet werden, insbesondere wenn die anderen Wärmeaustauschmittelbestandteile mit Wasser mischbar sind. Die Erhitzung des wärmeaustauschenden Mittels auf seinen Siedepunkt kann zweckmäßig durch Beheizung des unteren Teiles des das wärmeaustauschende Mittel aufnehmenden Raumes, beispielsweise durch elektrische Widerstandheizung, bewirkt werden.
  • Die Polymerisation kann ohne Katalysatoren oder zur Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit mit Zusatz von Katalysatoren durchgeführt werden. Die Katalysatoren werden vorteilhaft dem Ausgangsstoff zugemischt und mit diesem in den Polymerisationsraum eingebracht.
  • Vorrichtungen für die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt den Typ eines Ofens, bei dem Styrol durch ein stehendes Rohr geführt wird, das zusammen mit seinem Inhalt auf von oben nach unten fortschreitend erhöhter Temperatur gehalten wird. In Fig. 2 ist ein Ofen dargestellt, der in einem gemeinsamen zylindrischen Raum mehrere Reaktionsrohre hat. Im Ofen nach Fig. 3 sind stehende Rohre für das wärmeaustauschende Mittel vorgesehen, während das zu polymerisierende Gut den die Rohre umgebenden Raum füllt.
  • Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann in ihrer einfachsten Form auch zweckmäßig für die Durchführung von technischen Versuchen benutzt werden. Sie besteht aus einem Polymerisationsrohr 41 aus Chromnickelstahl von 30 mm Durchmesser und 3 m Höhe, das in ein SIantelrohr42 von 100 mm Durchmesser eingeschweißt ist. Im Älantelrohr sind bis zu 1 m Höhe von unten Raschigringe 43 von 10 mm Durchmesser untergebracht.
  • Im unteren Teil des Mantelrohres ist eine elektrische Heizung 44 angeordnet. Das Polymerisationsrohr 41 ist am unteren Ende mit einer Austragseinrichtung versehen, die aus einem Rohr 45 und einem in dieses dicht abschließenden Kolben 46 besteht. Oben ist das Polymerisationsrohr 41 über die Leitung 47 mit einem Druckgefäß 48 verbunden, dem über das Ventil 49 und die Leitung 50 das Monostyrol zugeführt wurde. Nach Auffüllen des Druckgefäß es 48 mit dem Monostyrol wurde das Gefäß mit einer Stickstoffatmosphäre von 0,5 atü Druck beaufschlagt.
  • In das Mantelrohr wurde eine Kohlenwasserstofffraktion, bestehend aus 500in Benzin mit einer Siedelage von 50 bis 2000 C und 50°/o Dieselöl mit einer Siedelage von 200 bis 3000 C, eingefüllt. Bereits nach einer halben Stunde nach Einschaltung der elektrischen Heizung stellte sich in der Heizflüssigkeit und damit auch im Polymerisationsrohr eine Temperatur ein, die oben 800 C betrug und nach unten über die ersten 2 m nur schwach bis 810 C anstieg. Auf dieser Strecke wird die Vorpolymerisation des Monostyrols durchgeführt.
  • Durch eine Probenahme über das Rohr 51 und das Ablaßventil 52 wurde kontrolliert, ob die Vorpolymerisation von 25 bis 30 ovo des Endwertes erreicht ist. Von diesem Punkt an stieg die Heizbadtemperatur stetig von 81 auf 2000 C an, so daß die Polymerisation fortschreiten konnte und das Polymerisat andauernd fließend blieb. Mit dem Kolben 46 wurde das Polymerisat über die Leitung 45 in die Wanne 53 gedrückt.
  • Es wurden stündlich 50 g Polystyrol mit einer Viskositätszahl von 75 und einem Molekulargewicht von 250000 erzeugt.
  • Nach Fig. 2 ist in einem zylindrischen Mantel 1 ein Röhrenbündel, bestehend aus den Polymerisationsrohren2, oben und unten in die Rohrplatten 3 und 4 eingeschweißt. DieseRohrplatten sind durch den oberen Deckel4a und den unteren BodenS geschlossen und bilden mit den Rohren, die beispielsweise 40mm Durchmesser haben können, den Polymerisationsraum.
  • Der zylindrische Mantel 1 ist unten durch einen Kolonnenfuß 6 abgeschlossen, in dem eine iieizschlange 7 eingebaut ist. Oben ist der zylindrische Mantel durch den Kolonnenkopf 8 abgeschlossen, in dem eine Kühischlange 9 angeordnet ist. Im zylindrischen Mantel sind in von oben nach unten zunehmenden Abständen Siebböden 10 eingebaut.
  • Die zu polymerisierenden Stoffe werden beispielsweise in einem Behälter 11 gestapelt. In diesem Behälter 11 werden über die Leitung 12 die zu polymerisierenden Stoffe und über die Leitung 13 im Bedarfsfall der flüssige Katalysator eingefüllt. Mit dem Rührwerk 14, das durch den Elektromotor 15 angetrieben wird, wird eine innige Durchmischung des Katalysators mit den zu polymerisierenden Stoffen erreicht. Über die Leitung 16 und die Pumpel7 wird der zu polymerisierende Stoff in den oberen Teil 17a des Polymensationsofens gepumpt. Dort erfolgt durch Verteiieinrichtungen 18 die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über die Polymerisationsrohre 2.
  • Der Heizraum, der aus dem zylindrischen Mantel 1, dem oberen Kolonnenkopf 8 und dem unteren Kolonnenfuß 6 gebildet wird, ist mit einer siedenden Flüssigkeit, beispielsweise einer Mischung von Erdölbenzin mit einer Siedelage von 60 bis 1800 C und einem Dieselöl mit einer Siedelage von 200 bis 3200 C, gefüllt. Durch Einleiten von Hochdruckdampf mit beispielsweise 40 atü Dampfdruck in die Dampfschlange7 beginnen die niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffe der Benzinfraktion zu verdampfen und steigen durch die Siebböden 10 nach oben. Dort werden sie in der Kühlschlange 9, die mit Kühlwasser beaufschlagt wird, kondensiert und verteilen sich im oberen Teil des Heizraumes. Nach einer kurzen Aufheizzeit reichern sich im oberen Teil des Heizraumes die niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffe an, während im unteren Teil des Heizraumes die höhersiedenden Kohlenwasserstoffe verbleiben. Im Siedezustand stellt sich folglich ein Temperaturbild ein, das von oben nach unten stetig ansteigt und das je nach der Siedelage der Heizflüssigkeit und der Anordnung der SiebbödenlO von oben nach unten in einer bestimmten Temperaturkurve stetig ansteigend eingestellt werden kann. Bei der Verwendung des angegebenen Benzin-Dieselöl-Gemisches kann man eine Temperaturkurve erhalten, die beispielsweise von 80 bis 2000 C in der gewünschten Form ansteigt.
  • Dieses Temperaturbild wird auf die im Heizraum befindlichen Rohre, die den Polymerisationsraum bilden, übertragen. Der zu polymerisierende Stoff, der über die Leitung 16 in die Rohre 2 eintritt, wird zunächst bis nahe an die im Heizraum befindliche Temperatur von beispielsweise 800 C aufgeheizt. Bei dieser Temperatur beginnt die Polymerisation; das Produkt ist flüssig und fließt in den Rohren nach unten. Mit dem Fortschreiten der Polymerisation wird das Produkt zähflüssig, es kommt jedoch in den Bereich der höheren Temperatur, so daß es trotz fortschreitender Polymerisation immer fließfähig gehalten werden kann. Bei der völligen Polymerisation wird die Temperatur so weit über dem Fließpunkt des Polymerisates gehalten, daß dieses aus den Polymerisationsrohren 2 und dem unteren Boden 5 über das Regelventil 19 aus dem Polymerisationsraum austreten kann.
  • In Fig. 3 ist der Polymerisationsraum aus dem zylindrischen Behälter 21 gebildet, der durch den oberen Rohrboden 22 und den unteren Boden 23 abgeschlossen ist. Dieser Polymerisationsraum ist von Heizrohren24 durchzogen, die so angeordnet sind, daß eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in jedem Ouerschnitt des gesamten Polymerisationsraumes erzielt wird. Die Heizrohre verbinden den unteren Heizraum 32, der durch den Deckel 25 abgeschlossen ist, mit dem oberen Kondensationsraum 33, den ein oberer Deckel 26 abschließt. Im unteren Heizraum ist eine Heizschlange 27 angeordnet, im oberen Kondensationsraum eine Kühlschlange 28. Der zu polymerisierende Stoff tritt durch die Leitung 29 in den Polymerisationsraum ein und wird zunächst durch eine Verteilereinrichtung 30, die beispielsweise als Siebblech ausgeführt werden kann, gleichmäßig über den gesamten Querschnitt verteilt. Das Produkt fließt nach unten, wobei die Polymerisation immer mehr einsetzt und mit der steigenden Temperatur das Produkt immer fließfähig gehalten wird, bis es als fertiges Polymerisat über das Regelventil 31 aus dem Polymerisationsraum austritt.
  • Die von oben nach unten ansteigende Temperatur wird in ähnlicher Weise wie-bei Fig. 2 durch die Verwendung einesFlüssigkeitsgemisches mit einem großen Siedeintervall erzielt. An Stelle der Siebböden können in den Heizrohren 24 Raschigringe 34 angeordnet werden, die vorteilhaft unten dichter gelagert sind als oben.
  • Dies kann man dadurch erreichen, daß der Durchmesser der Raschigringe unten beispielsweise 5 mm beträgt und nach oben auf 10, 15 und 25 mm Durchmesser ansteigend gehalten wird.
  • PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur kontinuierlichen Blockpolymerisation von Styrol zu Polystyrol mit einem Monomerengehalt von etwa 0,50/0 und darüber in senkrechten Reaktionsräumen bei von oben nach unten mit fortschreitender Polymerisation durch indirekten Wärmeaustausdh ansteigender Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch indirekt mittels eines Gemisches zweier oder mehrerer unter vollständigem Rückfluß siedender Flüssigkeiten erfolgt, daß durch die Zusammensetzung des Flüssigkeitsgemisches die Temperatur des Polymerisationsgutes stetig der fortschreitenden Polymerisation angepaßt wird und daß der Querschnitt der Reaktionsräume so bemessen wird, daß über den ganzen Querschnitt jeweils etwa gleiche Temperaturen herrschen.
  • 2. Verfahren nach Ansprudh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedekurve in ihrem ersten Teil langsam und dann stark ansteigt.
  • 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedekurve des wärmeaustauschenden Flüssigkeitsgemisches bei etwa 50 C beginnt und, ohne scharfe Knicke aufzuweisen, bei einer Temperatur endet, die 10 bis 1000 C, zweckmäßig 30 bis 600 C, über der Fließtemperatur des polymerisierten Styrols liegt.
  • 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur dem unteren Teil des Raumes bzw. der Räume, in denen sich das wärmeaustauschende Mittel befindet, Wärme zugeführt wird.
  • 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeaustauschende Mittel unter Druck gehalten wird.
  • 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation unter Druck erfolgt.
  • 7. Vorrichtung zur Durchfiilhrung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch hohe Räume, durch die das zu polymerisierende Gut kontinuierlich abwärts geführt wird, und mit diesen Reaktionsräumen in Verbindung stehende Räume von ungefähr gleicher Höhe, die das wärmeaustauschende Mittel enthalten, wobei die Anordnung der Räume für das Reaktionsgut und für das wärmeaustauschende Mittel so getroffen ist, daß Teilchen des Gutes nicht weiter als etwa 10 bis 100 mm von der wärmeaustauschenden Fläche entfernt sind.

Claims (1)

  1. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum bzw. in den Räumen, die das wärmeaustauschende Mittel aufnehmen, Füllkörper oder Einbauten in Form von durchbrochenen waagerechten Böden, die auch als Kolonnenböden ausgebildet sein können, angeordnet sind.
    9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und8, gekennzeichnet durch stehende Polymerisationsrohre (2), die in Rohrböden (3 und 4) eingedichtet sind und sich innerhalb des zylindrischen Gefäßes (1) befinden, mit Räumen über den Rohrböden zur Zuführung des zu polymerisierenden und Abführung des polymerisierten Gutes, ferner gekennzeichnet durch durchbrochene Böden (10) in dem Raum für das wärmeaustauschende Mittel zwischen den Rohren (2) und der Behälterwandung (1), durch eine Heizeinrichtung (7) am untersten Teil des Behälters und durch eine Sondensationseinrichtung für die aus dem wärmeaustauschenden Mittel entstehenden Dämpfe mit Zurückführung für das Kondensat zum wärmeaustauschenden Mittel.
    In Betracht gezogene Druckschriften: H. Oh ii n g er, Polystyrol, 1. Teil, Springer-Verlag, 1955, S. 53 bis 66, 68 bis 72; auch Fußnoten über Patentschriften und sonstige Publikationen, wie die deutsche Patentschrift Nr. 634278, USA.-Patentschriften Nr. 2 496 653, 2 530 409; Tabelle 7 (S. 65) über physikalische Eigenschaften der BASF-Polystyrole Zusammenstellung (S.71) über die in den USA im Handel befindlichen Polystyrole.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE634278C (de) * 1930-10-03 1936-08-22 Ig Farbenindustrie Ag Verfahren zur Gewinnung von als Kunstmassen geeigneten Polymerisationsprodukten aus Styrol, Inden, Vinylestern und aehnlichen polymerisierbaren organischen Verbindungen
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