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Apparatur zur Entfernung flüchtiger Bestandteile aus Polymerisatmassen
Es ist bekannt, daß man Polymerisatmassen zur Erzielung optimaler Eigenschaften
von den in ihnen enthaltenen flüchtigen Bestandteilen befreien muß. Zu diesen flüchtigen
Bestandteilen gehören unumgesetzte Restmengen an Monomeren sowie Polymerisate mit
niedrigem Molekulargewicht (besonders Dimere und Trimere) sowie verschiedene gegebenenfalls
anwesende Gase. Dabei ist es erwünscht, eine möglichst vollständige Rückgewinnung
der unumgesetzten Monomeren zu erzielen, um die zurückgewonnenen Mengen erneut für
die Polymerisation einsetzen zu können. Indessen ist es in vielen Fällen nicht erwünscht,
gleichzeitig Polymerisate niedrigen Molekulargewichts, insbesondere Dimere und Trimere,
gemeinsam mit dem gewonnenen Monomeren in die Polymerisationsvorrichtung zurückzuführen,
weil diese niedermolekularen Polymerisate zu einer Verschlechterung der Eigenschaften
der Polymerisatmasse führen können, wie z. B. zu Verfärbungen.
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Diese Probleme sind besonders bei der Polymerisation von aromatischen
Alkenylverbindungen, wie z. B. Styrol, oc-Methylstyrol oder Vinyltoluol, Mono-und
Dichlorstyrol oder ar-Dimethylstyrol, zu Homopolymerisaten, Mischpolymerisaten aus
Gemischen von aromatischen Alkenylmonomeren oder Gemischen von aromatischen Alkenylmonomeren
mit verschiedenen Monomeren anderen Typs sowie zu Pfropfpolymerisaten akut. Die
Dimeren, Trimeren und andere niedere Polymerisate mit Molekulargewichten unterhalb
etwa 300 vieler aromatischer Alkenylmonomerer, insbesondere Styrol, können zu einer
starken Verfärbung der Polymerisatmassen führen. Daher ist ihre Anwesenheit im allgemeinen
unerwünscht, selbst wenn sie in Mengen von weniger als 1 Gewichtsprozent und darunter
vorliegen. Es ist daher erforderlich, eine Fraktionierung der aus der Polymerisatmasse
abgetriebenen flüchtigen Bestandteile vorzunehmen, um die Monomeren in reiner Form
zurückzugewinnen.
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Verfahren und Vorrichtungen zur Abtrennung der nicht polymerisierten
Monomeren sowie der niedermolekularen, flüchtigen Polymerisate aus einer Polymerisatmasse
sind bereits grundsätzlich bekannt. So hat man die Polymerisatmassen einer Behandlung
mit Wasserdampf oder einer Destillation, wie z. B. unter Vakuum, unterworfen, um
die flüchtigen Bestandteile abzutrennen. Die flüchtigen Bestandteile wurden dann
in besonderen Vorrichtungen fraktioniert, um beispielsweise das Monomere zurückzugewinnen
und erneut einsetzen zu können. So werden nach dem Verfahren der schweizerischen
Patentschrift 277611 Schmelzen von Superpolyamiden während des Spinn-
vorgangs in
Form dünner Strahlen durch eine Vakuumkammer geleitet, um sie von den flüchtigen
Bestandteilen zu befreien, die mit Hilfe einer Vakuumpumpe abgesaugt werden. Bei
dem Verfahren gemäß der deutschen Patentschrift 962 117 wird feinkörniges, festes
Polystyrol in dünner Schicht auf einer geeigneten Fördervorrichtung, wie z. B. einem
Stahlband, ausgebreitet und mit Infrarotstrahlen erhitzt, um die flüchtigen Bestandteile
abzudampfen.
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Allen diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist gemeinsam,
daß sie keine gleichzeitige Abtrennung und Fraktionierung der flüchtigen Bestandteile
in ein und derselben Vorrichtung gestatten. Für die Abtrennung und Fraktionierung
sind stets getrennte Vorrichtungen nötig, was den Platzbedarf erhöht und das Verfahren
kompliziert und verteuert. Weiterhin kann bei den meisten dieser Verfahren wegen
der zu kleinen Verdampfungsfläche der Polymerisatmasse entweder nur eine unsaubere
Abtrennung der flüchtigen Bestandteile von der Polymerisatmasse
erreicht
werden, oder aber man muß die Polymerisatmasse stärker erhitzen, was wiederum zu
Zersetzungserscheinungen führt. Infolge von Zersetzungen verspritzter Anteile der
Polymerisatmasse sowie der flüchtigen Bestandteile an den heißen Wandungen der Destillationsapparaturen
bilden sich Krusten, und die Polymerisatmasse wird verunreinigt.
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Erfindungsgemäß wird nun eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit der
die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen überwunden werden können
und die eine gleichzeitige kontinuierliche Abtrennung und Fraktionierung der flüchtigen
Bestandteile einer Polymerisatmasse in einem einzigen Gefäß gestattet.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Apparatur zur Entfernung
flüchtiger Bestandteile aus einer von diesen noch nicht befreiten Polymerisatmasse,
die unter ihren flüchtigen Bestandteilen unpolymerisiertes Monomeres und flüchtige
niedermolekulare Polymerisate enthält, durch fraktionierte Kondensation in einer
kombinierten Abdampf- Kondensations-Kammer, gekennzeichnet durch eine Kammer für
die Polymerisatmasse und eine über dieser Kammer angeordnete, sich von oben nach
unten erweiternde, gekühlte Glocke, die über der Kammer einen Dampfraum bildet und
deren unterer Rand außerhalb des oberen Randes der Kammer und mindestens so tief
wie dieser liegt und mit der Kammer verbunden ist, durch eine innerhalb des Dampfraumes
endende Leitung zur Einführung der von den flüchtigen Bestandteilen zu befreienden
Polymerisatmasse, ferner durch Einrichtungen zur Einstellung der dem Dampfraum zugewandten
Oberfläche der Glocke auf eine Temperatur, die höher als die Kondensationstemperatur
der Monomeren ist, jedoch nicht oberhalb der Kondensationstemperatur der flüchtigen
niedermolekularen Polymerisate unter dem in der Kammer herrschenden Druck liegt.
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Durch die charakteristischen Merkmale der erfindungsgemäßen Apparatur,
nämlich erstens die besondere Anordnung der gekühlten Glocke, die über der die Polymerisatmasse
aufnehmenden Kammer einen sich nach unten erweiternden Dampfraum bildet, zweitens
die besondere Anordnung des zur Einführung der Polymerisatmasse dienenden Rohres,
wodurch eine zentrale Einführung der Polymerisatmasse in einem frei fallenden Strom
oder aber in einer kaskadenartig fallenden, springbrunnenartigen Abwärtsströmung
erfolgt, und drittens die Einrichtungen zur Einstellung der Kondensationsoberfläche
der Glocke auf eine geeignete Temperatur, wird erreicht, daß die Verdampfung der
flüchtigen Bestandteile aus der Polymerisatmasse kontinuierlich, gleichmäßig und
vollständig unter für das Polymerisat sowie die flüchtigen Bestandteile schonenden
Bedingungen erfolgt, daß eine gleichzeitige und vollständige Abtrennung des abgedampften
Monomeren von den abgedampften flüchtigen niedermolekularen Polymerisaten erfolgt,
daß Siedeverzüge und ein Verspritzen der Polymerisatmasse auf die Kondensationsfläche
vermieden wird, daß sich keine Krusten von Zersetzungsprodukten bilden und keine
Verunreinigung der Polymerisatmasse mit derartigen Zersetzungsprodukten eintritt
und daß durch das konstante Verdampfenlassen der flüchtigen Bestandteile eine Entspannung
der Kondensatoberfläche durch die kondensierbaren niedermolekularen Poly-
merisate
erzielt wird, wodurch man verhindert, daß Kondensatanteile wieder in die von den
flüchtigen Bestandteilen bereits befreite Polymerisatmasse herabfallen. Durch die
Benutzung eines einzigen Gefäßes, das gleichzeitig als Verdampfungs- und Kondensationseinrichtung
dient, wird erfindungsgemäß weiterhin eine beträchtliche Einsparung an Arbeitsplatz,
Investitionskosten und Bedienungskosten erreicht.
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Aus der österreichischen Patentschrift 167 845 ist zwar ein für allgemeine
Destillationsaufgaben, insbesondere für die Lösungsmittelrückgewinnung, gedachter
Destillationsapparat bekannt, der aus einem Verdampfungsgefäß und einer aufgesetzten
Kondensationsfläche besteht, so daß Verdampfung und Kondensation innerhalb des gleichen
Gefäßes erfolgen.
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Dieser Destillationsapparat weist jedoch nicht die obengenannten charakteristischen
Merkmale der erfindungsgemäßen Apparatur auf und vermag die Funktion der erfindungsgemäßen
Apparatur nicht zu erfüllen. Er ist zum gleichzeitigen Entfernen und Fraktionieren
flüchtiger Bestandteile aus einer Polymerisatmasse ungeeignet. Es gibt keine Auswaschwirkung,
die bei einem solchen Apparat erforderlich ist. Der Kondensationsaufsatz der Apparatur
der österreichischen Patentschrift 167 845 weist genau die umgekehrte Form der erfindungsgemäß
vorgesehenen gekühlten Glocke auf, d. h., sein tiefster Punkt befindet sich in der
Mitte des Dampfraumes.
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Auf diese Weise würden sich bei einer Benutzung dieser Apparatur zur
Entfernung flüchtiger Bestandteile aus einer Polymerisatmasse nichtflüchtige Feststoffe,
die von der Kondensationsoberfläche abgewaschen werden, ansammeln und den Austritt
verstopfen. Weiterhin fehlen dieser bekannten Apparatur Einrichtungen, die zur Ausbreitung
einer von ihren flüchtigen Bestandteilen zu befreienden Polymerisatmasse, um eine
große Oberfläche zu erzielen, geeignet wären. Daher müßte die Temperatur der in
dem Verdampfungsgefäß befindlichen Polymerisatmasse beträchtlich erhöht werden,
was zu einer Verschlechterung der Polymerisatmasse führen würde.
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Die erfindungsgemäße Apparatur ist insbesondere zum Entfernen flüchtiger
Bestandteile aus Polymerisatmassen geeignet, die mindestens etwa 50 Gewichtsprozent
Einheiten einer aromatischen Alkenylverbindung enthalten, insbesondere aus Styrolpolymerisatmassen,
zu denen Polystyrol und verschiedene Mischpolymerisate und Pfropfpolymerisate von
Styrol mit anderen Monomeren und Polymerisaten gehören.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Apparat gekennzeichnet
durch zwischen dem unteren Rand der Glocke und dem oberen Rand der Kammer befindliche
Einrichtungen zum Auffangen und Abziehen der kondensierten niedermolekularen Polymerisate
und zum Abziehen des dampfförmigen Monomeren sowie durch im unteren Teil der Kammer
befindliche Einrichtungen zum Abziehen der von den flüchtigen Bestandteilen befreiten
Polymerisatmasse.
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Die Leitung zur Einführung der von ihren flüchtigen Bestandteilen
zu befreienden Polymerisatmasse in den Dampfraum kann ein senkrecht angeordnetes
Rohr sein, das gegebenenfalls von der Glocke herabhängen und sich bis in den Dampfraum
hinein erstrecken kann, um über den Flüssigkeitsspiegel der Polymerisatmasse, die
sich in der Kammer befindet,
zu enden. Natürlich kann man zum Einbringen
der Polymerisatmasse auch nicht senkrechte Leitungen, die in analoger Weise zur
zentralen Einführung der Polymerisatmasse geeignet sind, benutzen. Die Einrichtung
zur Einführung der Polymerisatmasse kann aber auch einfach eine Öffnung im oberen
Teil der Glocke sein. Durch die vorgenannten Einrichtungen wird die Polymerisatmasse
in Form eines frei fallenden Stromes mit großer Oberfläche eingeführt. Man kann
aber auch eine Leitung verwenden, die sich nach oben öffnet (wie z. B. ein von unten
durch die Kammer nach oben in den Dampfraum hineinragendes Rohr), wodurch die Polymerisatmasse
in einem kaskadenförmigen, springbrunnen artigen Strom mit großer Verdampfungsfläche
abwärts in die Kammer fließt.
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Die zur Zuführung der Polymerisatmasse dienende Leitung kann mit
Heizvorrichtungen versehen sein, um die Polymerisatmasse vor ihrer zentralen Einführung
in den Dampfraum auf die zum Abtreiben der flüchtigen Bestandteile erforderliche
Temperatur zu erwärmen. Ferner kann die Leitung an ihrem Ende ein Druckreduzierventil
(das dafür sorgt, daß innerhalb der Leitung ein höherer Druck als innerhalb des
Dampfraumes vorliegt) zur Verhinderung einer vorzeitigen Verdampfung der flüchtigen
Bestandteile aufweisen. Dieses Ventil ist vorzugsweise steuerbar, um eine Anpassung
an schwankende Fließgeschwindigkeiten zu gestatten.
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Die Wandungen der Kammer können ferner mit Heizvorrichtungen versehen
sein, um den Teil der Wandungen, der sich über dem Flüssigkeitsspiegel der Polymerisatmasse
befindet, unter der Zersetzungstemperatur der flüchtigen Bestandteile und den Teil
der Wandungen, der sich unter dem Flüssigkeitsspiegel befindet, auf einer Temperatur
zu halten, bei der die Polymerisatmasse noch fließfähig ist.
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Ferner können Einrichtungen vorgesehen sein, die zur Einstellung
eines praktisch konstanten Spiegels der flüssigen Polymerisatmasse in der Kammer
dienen.
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Durch die oben beschriebenen Einrichtungen zur Einführung der Polymerisatmasse,
die sämtlich der Einführung eines Stromes der Polymerisatmasse mit großer Verdampfungsfläche
dienen, durch die Anordnung der gekühlten Glocke und durch die Einrichtungen zur
Temperatureinstellung der Kondensationsoberfläche und der Wandungen der Kammer wird
erreicht, daß eine Zersetzung und Verunreinigung der Polymerisatmasse oder der flüchtigen
Bestandteile vermieden wird. Die Polymerisatmasse braucht vor ihrer Einführung lediglich
auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur vorerwärmt zu werden, und ein Verspritzen
der Polymerisatmasse wird vermieden. Eine Zersetzung der entweichenden flüchtigen
Bestandteile auf heißen Metallwänden wird ausgeschaltet. Dadurch wird eine vollständige
und verlustlose Trennung der einzelnen Bestandteile der zu reinigenden Polymerisatmasse
erreicht.
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Der erfindungsgemäße Apparat wird im folgenden an Hand der Zeichnungen
beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schematische Abbildung, die einen allgemeinen Typ
des Apparats erläutert; Fig. 2 gibt im Aufriß eine besonders geeignete Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Apparatur wieder; F i g. 3 ist eine Teilansicht im Schnitt
einer modifizierten Apparatur gemäß F i g. 2;
Fig.4 ist eine Aufrißzeichnung, vorwiegend
im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Apparatur, die
ebenfalls besonders geeignet ist; F i g. 5 ist eine Ansicht im Querschnitt entlang
der Linie 2-2 von Fig. 4.
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Bei dem Apparat gemäß Fig. 1 ist zur Einführung der von ihren flüchtigen
Bestandteilen zu befreienden Polymerisatmasse in die Kammer 3 ein Zuführungsrohr
1 vorgesehen, das von einem geeigneten Wärmeaustauscher 2 umgeben ist. Die Kammer
3 weist eine gekühlte Glocke 4 auf, deren Innenfläche als Kondensationsoberfläche
für die Dimeren, Trimeren und die anderen unerwünschten, flüchtigen Polymerisate
niedrigen Molekulargewichtes dient.
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Vorteilhaft weist die Glocke 4 an ihrem unteren Rand eine Sammelrinne
6 auf. Eine Leitung 7 dient zum Abziehen des Kondensats von der Sammelrinne 6. Die
Leitung 7 führt zu einem Auffangbehälter 8 mit einem Ableitungsrohr 9 zum Ableiten
der zu verwerfenden oder irgendeinem Verwendungszweck zuzuführenden niedermolekularen
Polymerisate. Der Auffangbehälter 8 ist über die Leitung 9 mit einem Kondensator
11 zum Kondensieren des Monomeren verbunden. Der Kondensor steht mit einem Ableitungsrohr
12 zum Abziehen des zurückgewonnenen reinen Monomeren sowie über ein Rohr 13 mit
einer Vakuumquelle in Verbindung. Die Leitung 7, der Auffangbehälter 8 und die zum
Kondenser 11 führende Leitung 9 können mit geeigneten Heizvorrichtungen versehen
sein, um die Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur des Monomeren, jedoch
unterhalb der Verdampfungstemperatur der niedermolekularen Polymerisate zu halten.
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Die Kammer 3 ist in ihrem unteren Teil mit einem Ableitungsrohr 13,
das in geeigneter Weise eine Pumpe 14 aufweist, zum Abziehen der von ihren flüchtigen
Bestandteilen befreiten Polymerisatmasse 5 versehen.
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Die in F i g. 2 erläuterte und in ihrer Gesamtheit mit 101 bezeichnete
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Apparatur besteht aus einer Kammer 115 und
einer Kondensationsglocke 107. Ein senkrechtes Einleitungsrohr 103 für die Polymerisatmasse
führt zum oberen Ende der Glocke 107 und kann sich in den Dampfraum innerhalb der
Glocke 107 hineinerstrecken. Das Einleitungsrohr 103 endet mit einer Platte 125,
die die Durchlaßöffnung 0 enthält, die über dem Flüssigkeitsspiegel 114 der in der
Kammer 115 befindlichen Polymerisatmasse angeordnet ist.
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Auf diese Weise bildet sich beim Verlassen der Durchlaßöffnung ein
nicht spritzender, frei fallender schaumiger, relativ dicker Strom F der Polymerisatmasse
aus. Vorzugsweise ist das Rohr 103 relativ kurz, so daß es nur eine ganz geringe
Strecke in den Dampfraum hineinragt. Es braucht aber, wie dies aus F i g. 3 hervorgeht,
nicht tatsächlich in die Glocke hineinzuragen, sondern kann mit der Platte 125 enden,
die dann mit der inneren, oberen Glockenoberfläche in einer Ebene liegt. Das Rohr
103 braucht weiterhin nicht unbedingt mit einer engeren Durchlaßöffnung zu enden,
wenn schon seine eigenen Dimensionen den gewünschten Effekt hervorzurufen vermögen.
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Vorzugsweise ist das Rohr 103 mit einem Wärmeaustauscher 102 versehen,
um die Polymerisatmasse auf eine zum Abtreiben der flüchtigen Bestandteile
geeignete
Temperatur zu erhitzen. Für diesen Zweck eignet sich häufig ein rohrförmiger Wärmeaustauscher.
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Das Rohr 103 kann auch vor dem Eintritt in die Glocke 107 durch einen
Heizmantel oder eine Heizspule hindurchtreten. Das Rohr 103 kann mit einem Mantel
104 und Zuführungs- und Abführungsrohrleitungen 105 bzw. 106 zum Hindurchleiten
einer Wärmeaustauschflüssigkeit versehen sein. Die Durchlaßöffnung 0 kann so dimensioniert
sein, daß die fließende Polymerisatmasse einem ausreichenden Druckabfall unterliegt,
um eine vorzeitige Verdampfung der flüchtigen Bestandteile innerhalb des Rohres
zu vermeiden. Die Durchlaßöffnung 0 kann ferner kontinuierlich, automatisch oder
von Hand regelbar sein, um eine Anpassung an Veränderungen der Fließgeschwindigkeiten
zu ermöglichen. Mit Hilfe einer solchen als Druckreduzierventil dienenden Durchlaßöffnung
0 können weiterhin Zersetzungen und sich daraus ergebende Verunreinigungen in dem
Rohr 103 vermieden werden.
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Wie gezeigt, kann sich die zur Kondensation dienende Glocke 107 vorteilhaft
trichterartig nach unten erweitern. Sie kann eine pyramidenförmige oder kegelförmige
Gestalt haben oder auf andere Weise ausgeführt sein, wie z. B. in Form eines gekrümmten
Gewölbes bzw. einer Kuppel. Eine Sammelrinne 108, die mit einer Abführungsleitung
109 verbunden ist, befindet sich am unteren Rand der Glocke, um die an der Innenfläche
der Glocke 107 ablaufenden, kondensierten flüchtigen Stoffe zu sammeln. Vorteilhaft
kann die Abführungsleitung 109 mit einer geeigneten Vakuumquelle und/oder einer
Vorrichtung zur Rückgewinnung der einzelnen flüchtigen Bestandteile in Verbindung
stehen.
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Obgleich in bestimmten Fällen die Glocke 107 mit Luft gekühlt werden
kann, wird es gewöhnlich vorgezogen, die Glocke 107 mit einem Mantel 110 für Wasser
oder für ein anderes Kühlmittel zu versehen.
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Für das Inumlaufsetzen des Kühlmittels benutzt man Ein- und Ablaßstutzen
111 und 112.
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Die Kammer 115 kann mit einem Mantel versehen werden, um ihre Wandungen
bei einer optimalen Temperatur zu halten. So kann man einen Heizmantel 116, der
mit Ein- und Auslaßstutzen 117 und 118 versehen ist, um die Seitenwände der Kammer
anordnen. Gewöhnlich ist es vorzuziehen, die Seitenwände bei einer Temperatur zu
halten, bei der die von ihren flüchtigen Bestandteilen befreite Polymerisatmasse
noch fließfähig ist. Obgleich um die Kammer 115 nur ein einzelner Wärmeaustauschmantel
gezeigt wird, kann man mehrere Mäntel benutzen, um verschiedene Abschnitte der Kammerseitenwände
bei verschiedenen Temperaturen zu halten. So kann man getrennte Wärmeanstauschmittel
über dem Flüssigkeitsspiegel der Polymerisatmasse in der Kammer 115 benutzen, um
den oberen Teil der Seitenwände unter der Zersetzungstemperatur und über der Kondensationstemperatur
der entweichenden flüchtigen Bestandteile zu halten. Die Ableitung der von ihren
flüchtigen Bestandteilen befreiten Polymerisatmasse erfolgt am Boden der Kammer
115 mittels einer Pumpe oder einer anderen Fördervorrichtung 123.
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Infolge der oben beschriebenen Konstruktion der erfindungsgemäßen
Apparatur treten während des Betriebes keine Zersetzungen und Ablagerungsbildungen
ein. Lediglich an der äußeren Oberfläche des zur Einführung der Polymerisatmasse
dienenden
Rohres bzw. an dessen Endplatte können sich eventuell Ablagerungen bilden,
was man aber dadurch verhindern kann, daß man das Fallrohr vertikal oder sehr kurz
hält. Man kann das Rohr auch so anordnen, daß es, abgesehen von seiner Austrittsöffnung.
praktisch völlig durch die Kondensationsoberfläche der Glocke überdeckt wird. Dadurch
werden Verunreinigungen im allgemeinen völlig ausgeschaltet.
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Die in den F i g. 4 und 5 wiedergegebene, in ihrer Gesamtheit mit
203 bezeichnete Apparatur besteht aus einer Kammer 215, die von einer Glocke 207
bedeckt ist. Zur Einführung der Polymerisatmasse dient die Zuführungsleitung 205,
die man zweckmäßig mit einem Heizmantel oder einer Isolierung 206 versieht. Die
Zuführungsleitung 205, hier als seitlich eintretend gezeigt, wird so angeordnet,
daß sie senkrecht von unten in den Dampfraum über dem Flüssigkeitsspiegel 214 der
Polymerisatmasse hineinragt. Auf diese Weise fließt die Polymerisatmasse aus der
Zuführungsleitung 205 in Form eines kaskadenartigen, springbrunnenförmigen Stromes
204 C heraus. Die Glocke 207 kann hier ebenfalls nicht nur eine trichterartige oder
pyramidenförmige, sondern auch eine mehr gewölbte Form haben. Eine Sammelrinne 208,
die durch einen Auslaßstutzen 209 entleert wird, befindet sich am unteren Ende des
Randes der Glocke 207. Vorteilhaft steht der Kondensatauslaßstutzen 209 mit einer
hier nicht gezeichneten Vakuumquelle und, wenn gewünscht, mit einem Gewinnungssystem
in Verbindung. Obgleich man in gewissen Fällen die Glocke 207 mit Luft kühlen kann
wird es gewöhnlich vorgezogen, die Glocke 207 mit einem Mantel 210 für Wasser oder
für ein anderes geeignetes Kühlmittel zu versehen, das man durch die Einlaß- und
Auslaßstutzen 211 bzw. 212 zuführen und abziehen kann.
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Die Kammer 215 kann auch mit Vorteil ummantelt sein, um ihre oberen
und unteren Teile oberhalb und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 214 der Polymerisatmasse
getrennt zu erhitzen. So sieht man einen Heizmantel 216, der Einlaß- und Ablaßstutzen
217 bzw. 218 aufweist, vor, um die Wandungen der Kammer 215 über dem Flüssigkeitsspiegel
der Polymerisatmasse bei einer Temperatur zu halten, die unter der Zersetzungstemperatur
der entweichenden flüchtigen Bestandteile liegt. In analoger Weise wird der untere
Teil der Kammer zur Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit der Polymerisatmasse mit
einem Heizmantel 219 versehen, der einen Ablaufstutzen 221 und einen Einlaßstutzen
220 hat. Am Boden der Kammer 215 ist eine Pumpe oder eine andere Transportvorrichtung
225 sowie ein Auslaßstutzen 223 vorgesehen. Gewöhnlich ist es wünschenswert, die
erfindungsgemäße Apparatur aus Aluminium oder aus einer korrosionsbeständigen Stahlsorte
herzustellen.
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Bei der Benutzung der erfindungsgemäßen Apparatur in ihren einzelnen
Ausführungsformen führt man die von ihren flüchtigen Bestandteilen zu befreiende
Polymerisatmasse in flüssiger Form mit Hilfe der gezeigten Zuführungsrohre in den
Dampfraum ein. Dabei erfolgt die Einführung der Polymerisatmasse - gegebenenfalls
unter Erwärmen mit den gezeigten Heizvorrichtungen - mit einer Temperatur, die ein
Abdampfen der flüchtigen Bestandteile innerhalb des Dampfraumes unter dem dort herrschenden
Druck gestattet. Weiterhin kann die Polymerisatmasse innerhalb des Zuführungsrohres
mit Hilfe besonderer Ventile unter einem
höheren Druck, als er innerhalb
des Dampfraumes herrscht, gehalten werden, um eine vorzeitige Verdampfung der flüchtigen
Bestandteile zu vermeiden. die Polymerisationsmasse tritt - je nach Ausführungsart
und Anordnung des Zuführungsrohres - in einem frei fallenden oder aber kaskadenartigen,
springbrunnenförmigen Strom mit großer Oberfläche in den Dampfraum aus, der gegebenenfalls
unter Vakuum gehalten wird, und fließt in die Kammer.
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Die verdampfenden flüchtigen Bestandteile werden dann an der Kondensationsoberfläche
der Glocke fraktioniert, die oberhalb der Kondensationstemperatur des Monomeren,
jedoch unterhalb bzw. auf der Kondensationstemperatur der niedermolekularen Polymerisate
gehalten wird. Dadurch kondensieren lediglich die niedermolekularen Polymerisate,
die in die zwischen dem unteren Rand der Glocke und dem oberen Rand der Kammer befindliche
Sammelrinne ablaufen, während das Monomere in der Dampfform verbleibt. Das Monomere
und das Kondensat der niedermolekularen Polymerisate werden abgezogen; das Kondensat
kann in einem Abscheider abgetrennt und sodann verworfen oder irgendeiner Verwendung
zugeführt werden. Das dampfförmige Monomere kann kondensiert und sodann erneut zur
Polymerisationsvorrichtung zurückgeleitet werden. Die von ihren flüchtigen Bestandteilen
befreite Polymerisatmasse wird aus der Kammer abgezogen und kann einer Auspreßvorrichtung
oder irgendeiner anderen geeigneten Kunststoffverarbeitungsvorrichtung zugeführt
werden.
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Der Dampfraum wird, wie angegeben, vorzugsweise unter Vakuum gehalten.
Selbstverständlich muß der innerhalb des Dampfraumes herrschende Druck zu der Einführungstemperatur
der von ihren flüchtigen Bestandteilen zu befreienden Polymerisatmasse sowie zu
der Temperatur der Kondensationsoberfläche der Glocke in einer geeigneten Beziehung
stehen, damit innerhalb des Dampfraumes eine Verdampfung der flüchtigen Bestandteile
aus der Polymerisatmasse erfolgt und an der Kondensationsoberfläche die niedermolekularen
Polymerisate kondensiert werden, während das Monomere nicht kondensieren darf.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Apparatur kann man die Polymerisatmasse
teilweise oder vollständig von ihren flüchtigen Bestandteilen befreien. Man kann
ansatzweise arbeiten; vorzugsweise arbeitet man aber kontinuierlich in einer oder
mehreren Stufen.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Apparatur wurden Styrolpolymerisatmassen
(wie z. B. Polystyrol), Mischpolymerisate von Styrol mit anderen aromatitischen
Alkenylmonomeren sowie den verschiedensten anderen polymerisierbaren Vinylmonomeren
und Pfropfmischpolymerisate von Styrol mit verschiedenen elastomeren Polymerisaten,
die nichtpolymerisiertes monomeres Styrol, 0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent Polymerisat
mit Molekulargewichten unter etwa 300 - bezogen auf das Gewicht der flüchtigen Bestandteile
in der Masse - und etwa 70 Gewichtsprozent Polymerisatfeststoffe enthielten, von
ihren flüchtigen Bestandteilen befreit, wobei gleichzeitig praktisch reines monomeres
Styrol gewonnen wurde.
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In allen Fällen wurden dabei optimale Ergebnisse erzielt, wenn innerhalb
der Apparatur ein absoluter Druck von etwa 100 bis 150 mm Hg aufrechterhalten wurde,
bei einer Temperatur der Kondensationsoberfläche der Glocke zwischen etwa 37 und
523 C (was mit Wasserkühlung erreicht wurde) und bei Erwär-
mung des Ableitungsrohres
für das dampfförmige Monomere und für die kondensierten niedermolekularen Polymerisate
und des Abscheiders mit Wasserdampf unter einem absoluten Druck von 3,51 bis 4,56
kg/cm2. Sämtliches auf diese Weise zurückgewonnenes monomeres Styrol wurde in das
Polymerisationsverfahren zurückgeführt, wobei keine Verfärbung der Polymerisationsprodukte
eintraten.
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Die verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Apparatur
wurden bis zu sechs Monaten mit Erfolg dazu benutzt, eine teilweise polymerisierte
Polystyrolmasse von ihren flüchtigen Bestandteilen zu befreien, die etwa 70 Gewichtsprozent
Polymerisatfeststoffe enthielt, ohne daß an irgendeiner Stelle der Apparatur schädliche
Ablagerungen gebildet wurden.
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Lediglich bei den in den Fig.2 und 3 wiedergegebenen Ausführungsformen
der Apparatur wurde auf der äußeren Fläche des Einführungsrohres eine Bildung von
Abscheidungen festgestellt. Diese Abscheidungen ließen sich in Zeitabständen von
etwa 1 Monat leicht entfernen; dies genügte, um ein Herabfallen der Abscheidungen
in die Polymerisatmasse zu vermeiden. Bei den Ausführungsformen mit direkt an der
Glocke endendem Einleitungsrohr trat keine Bildung von Abscheidungen ein. Beim Betrieb
der Ausführungen nach den Fig. 2 und 3 wurde die Polymerisatmasse bei etwa 2250
C durch die Einführungsöffnungen zugeführt, die sie bis zur Einführung in den Dampfraum
unter einem nicht zur Verdampfung führenden Druck hielten. Die Glocke wurde mit
Wasser gekühlt und bei etwa 650 C, die ummantelte Wandung der Kammer bei etwa 2500
C, gehalten und in der Apparatur ein absoluter Druck von etwa 150 mm Hg aufrechterhalten.
Der Flüssigkeitsspiegel der Polymerisatmasse wurde etwa in gleicher Ebene mit den
Kammerwänden gehalten. Man erhielt in allen Fällen ein ausgezeichnetes, praktisch
nicht verunreinigtes und außerordentlich gleichmäßiges Polystyrolprodukt. Es wurde
festgestellt, daß die Innenflächen des Einleitungsrohres ein glänzendes und helles
Aussehen hatten und sich in einem ebenso sauberen Zustand befanden wie bei Inbetriebnahme
der Apparatur.
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Beim Betrieb der Ausführungsform nach Fig.4 und 5 wurde die Polymerisatmasse
bei etwa 2250 C zugeführt, die Glocke mit Wasser gekühlt und bei etwa 650 C, die
ummantelte Wandung über dem Flüssigkeitsspiegel der Polymerisatmasse bei etwa 1500
C und die ummantelte Wand unter dem Flüssigkeitsspiegel der Polymerisatmasse bei
etwa 2500 C gehalten. In der Apparatur wurde ein absoluter Druck von etwa 150 mm
Hg aufrechterhalten. Man erhielt stets ein ausgezeichnetes, praktisch nicht verunreinigtes
und gleichmäßiges Polystyrolprodukt.
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Nach der Benutzung waren alle Innenflächen der Apparatur ebenso glänzend
und hell wie bei Inbetriebnahme.
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Im Gegensatz dazu bilden sich beim Arbeiten mit einer herkömmlichen
Abdampfapparatur, bei der die freiliegenden Innenflächen eine Temperatur von etwa
200 bis 2200 C aufweisen und bei der die geschmolzene Polymerisatmasse bei 180 bis
2000 C von ihren flüchtigen Bestandteilen befreit wird, auf der gesamten frei liegenden,
heißen Innenfläche rasch starke, Ablagerungen. Nach 4 Monaten war eine starke, vollständige
Verkrustung in der herkömmlichen Apparatur eingetreten.
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Die erfindungsgemäße Apparatur läßt sich selbstverständlich auch
bei anderen Polymerisatmassen mit Vorteil benutzen.