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Vorrichtung zur kontinuierlichen Polymerisation oder Mischpolymerisation
von Vinylchlorid in Substanz Zum Polymerisieren von Vinylchlorid in Substanz kennt
man verschiedene Verfahren. Technische Bedeutung hat vornehmlich ein Verfahren erlangt,
bei dem die Polymerisation in einem mit indifferenten Körpern gefüllten, um eine
horizontal angeordnete Achse rotierenden Autoklav erfolgt. Mit diesem Verfahren
lassen sich zwar Umsätze bis zu 900in erzielen, es hat jedoch den erheblichen Nachteil
einer diskontinuierlichen Arbeitsweise.
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Dieser Nachteil ist bei anderen bekannten Polymerisationsverfahren
vermieden, bei denen fortlaufend Monomere und Katalysator in verschiedenartigen
Reaktionsbehältern bis zu einem Feststoffgehalt zwischen 3 und 150/0 polymerisiert
werden und das in Form einer Suspension von Polymeren in Monomeren vorliegende Reaktionsprodukt
dann in gleicher, einen gleichbleibenden Füllungsgrad des Reaktionsbehälters sicherstellender
Menge aus diesem fortlaufend über Ventile und Rohrleitungen zu Filterorganen wie
Zentrifugen oder Druckfiltern, geführt wird, die das Polymere mit einem durchschnittlichen
Gehalt an Monomeren von 50°10 vom restlichen flüssigen, noch Katalysator enthaltenden,
also noch polymerisationsfähigen Monomeren trennen, welches über Leitungen wieder
in den Reaktionsbehälter zurückgeführt wird. Das am Polymeren noch anhaftende Monomere
kann in bekannter Weise etwa durch Erwärmen aus dem Polymeren entfernt und nach
Kompression ebenfalls in den Reaktionsbehälter zurückgeführt werden. Auch diese
Verfahren können jedoch nicht zufriedenstellen, da es häufig vorkommt, daß die den
Reaktionsbehältern verlassende Suspension in den nachfolgenden Leitungen, Ventilen,
Pumpen und Filterorganen weiterpolymerisiert, so daß diese oft schon nach verhältnismäßig
kurzer Betriebsdauer so verkrustet und verklebt sind, daß empfindliche Störungen
des kontinuierlichen Betriebs auftreten.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden diese Mängel beseitigt,
und es wird ein störungsfreier Ablauf solcher kontinuierlicher Polymerisationsverfahren
sichergestellt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur kontiunierlichen
Polymerisation oder Mischpolymerisation von Vinylchlorid in Substanz bis zu einem
Umsatz zwischen 3 und 150/o, gegebenenfalls in Gegenwart von maximal 200/o Lösungsmittel
für das Monomere, bestehend aus einem Reaktionsbehälter, besonders mit Rührwerk,
mit einer an den Behälter angeschlossenen Vorrichtung zum kontinuierlichen Eintragen
von Monomeren und Katalysator sowie mit einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Austragen
des
Reaktionsproduktes und zum Trennen der erhaltenen Suspension in Polymeres und Monomeres.
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung zum Austragen und Trennen als
Schneckenpresse mit selbstreinigender Doppelschnecke sowie mit einem oder mehreren
Anschlüssen an den Reaktionsbehälterinnenraum für den Rücklauf des abgepreßten Monomeren
ausgebildet ist.
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In zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung wird dazu vorgeschlagen,
die Schneckenpresse mit ihrem austrittsseitigen Ende aus dem Reaktionsbehälter herausragend
in diesem anzuordnen, was den besonderen Vorteil hat, daß sich Maßnahmen für eine
Wärmezufuhr zur oder eine Wärmeabfuhr von der Schneckenpresse erübrigen. Eine durchaus
zweckmäßige und günstige Anordnung läßt sich aber selbstverständlich auch in anderer
Weise erzielen, etwa dadurch, daß die Schneckenpresse unmittelbar an der Behälteraußenwand
angeordnet wird, wobei dann das eintrittsseitige Ende der Schneckenpresse mit dem
Behälterinnenraum in Verbindung gehalten ist und für den Rücklauf des in der Schnecke
abgepreßten Monomeren in den Behälterinnenraum zwischen diesem und der Schneckenpresse
entsprechende Verbindungen geschaffen werden. Beispielsweise kann die Anordnung
hierbei so getroffen werden, daß ein Teil der Behälterwand gleichzeitig auch einen
Teil des Schneckenpressengehäuses bildet und mit Durchtrittsöffnungen für den Rücklauf
des Monomeren versehen ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen dargestellt
und wird an Hand dieser im folgenden noch näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 in
schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Polymerisation mit
an der Innenwand des Reaktionsbehälters angeordneter Doppelschneckenpresse, F i
g. 2 a und 2 b in Aufriß und Grundriß eine etwas anders ausgebildete Vorrichtung,
jedoch mit der gleichen Anordnung der Schneckenpresse, und F i g. 3 eine Vorrichtung
mit koaxial im Behälter angeordneter Schneckenpresse.
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Nach F i g. 1 ist der mit einem Doppelmantel ausgebildete Reaktionsbehälter
1 über die Leitung 9 und die Dosierpumpe 8 an den Vorratsbehälter 7 für das Monomere
und in gleicher Weise über die Leitung 12 und die Dosierpumpe 11 an den Vorratsbehälter
10 für den Katalysator angeschlossen. Zentral im Behälter 1 ist das Rührwerk 2 angeordnet,
und dicht neben der Innenwand des Behälters 1 ist die Schneckenpresse 3 mit selbstreinigender
Doppelschnecke vorgesehen. An das aus dem Behälter herausragende Ende der Schneckenpresse
3 schließt sich die Transportschnecke mit Messerkopf 4 und an diese der Trommeltrockner
5 an. Über die Leitung 13 steht der Trommeltrockner 5 mit dem an den Vorratsbehälter
7 angeschlossenen Kühler 6 in Verbindung.
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14 ist eine am Trommeltrockner 5 vorgesehene Austrittsöffnung für
das Polymere, und 15 ist ein zu dessen Aufnahme bestimmter Behälter od. dgl.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Aus dem Vorratsbehälter
7, in dem sich das oder auch die, gegebenenfalls durch Kälte und/oder Druck verfiüssigten
Monomeren befinden, wird über die Dosierpumpe 8 und die Leitung 9 der Reaktionsbehälter
1 mehr oder weniger, beispielsweise bis zu zwei Drittel seines Rauminhalts gefüllt.
Über den an einen nicht gezeigten Wärme- oder auch Kältekreislauf angeschlossenen
Doppelmantel des Behälters 1 werden unter Rühren das oder die Monomeren auf die
gewünschte Polymerisationstemperatur gebracht.
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Nach Erreichen dieser Temperatur wird über die Dosierpumpe 11 und
die Leitung 12 aus dem Vorratsbehälter 10 das dort in Lösung befindliche Katalysatorsystem
in den Vorratsbehälter 1 gepumpt. Als Katalysatorsystem kommen beispielsweise in
Betracht: Peroxide, wie z. B. Benzoyl- oder Dilaurylperoxid, Azo-Verbindungen, wie
z. B. Azodiisobutyronitril; Redoxsysteme, wie z. B. Ascorbinsäure-Wasserstoffperoxid
oder Methylhydroperoxid in Gegenwart von Schwermetallsalzen, metallorganische Verbidnungen,
wie z. B. Lithium-, Bor- oder Aluminium-Alkyle, schließlich energiereiche Strahlen,
wie z. B. ;o-Strahlen oder UV-Licht. Gegebenenfalls können den Katalysatorsystemen
auch noch Lösungsmittel für das Monomere bis maximal 20°/o, bezogen auf das Monomere,
zugesetzt sein.
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Die nach Zugabe des Katalysators einsetzende Polymerisation wird
zunächst so weit durchgeführt, bis die entstehende Suspension zwischen 3 bis 15
Gewichtsprozent Polymeres enthält.
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Nach Erreichen der gewünschten Polymerenkonzentration wird durch
Einschalten der im Reaktionsb eh älter 1 untergebrachten, sich selbstreinigenden
Doppelschnecke 3 kontinuierlich ein Teil der Suspension aus dem Reaktionsbehälter
1 entnommen.
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Die Menge Suspension, die pro Zeiteinheit entnommen wird, richtet
sich nach der Polymerisationsge-
schwindigkeit des Systems und kann durch Regulie
rung des Umlaufes der Schnecke eingestellt werden.
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Mit dem Einschalten der Schnecke werden gleichzeitig die Dosierpumpen
8 und 11 in Funktion gebracht, die ebenfalls kontinuierlich frisches Monc meres
und Katalysatorlösung in den Reaktionsbehälter 1 einspritzen. Die Menge an Monomeren,
die pro Zeiteinheit von der Pumpe 8 zugeführt wird, richtet sich nach der Menge
an Polymeren und Monomeren, die in derselben Zeiteinheit von der Doppelschnecke
in den Trommeltrockner 5 ausgetragen wird. Die Katalysatorzugabe, die über die Dosierpumpe
11 erfolgt, wird so eingestellt, daß über die gesamte Betriebsdauer hinweg eine
gleichmäßige Polymerisationsgeschwindigkeit aufrechterhalten bleibt. Die von der
Doppelschnecke 3 eingezogene Suspension wird beim Transport durch die Schnecke zunehmend
verdichtet, so daß am Schneckenkopf ein Polymeres mit einem Monomerengehalt von
maximal 50 Gewichtsprozent ausgetragen wird. Das bei diesem Vorgang abgepreßte Monomere
läuft direkt in den Reaktionsbehälter 1 zurück, während das am Schneckenkopf austretende
Polymere von der Transportschnecke 4 erfaßt wird, an deren Kopf das Material mit
Hilfe von Messern pulverförmig zerkleinert wird.
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Dieses Pulver fällt in den Trommeltrockner, in dem die Aufarbeitung
dieses aus Polymeren mit anhaftenden Monomeren bestehenden Pulvers erfolgt. Das
vom Monomeren befreite Polymere gelangt über die Austrittsöffnungen 14 in den Auffangbehälter
15, und das abgetrennte Monomere über die Leitung 13 und den Kühler 6 zurück in
den Vorratsbehälter 7.
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Nach den Fig. 2a und 2b, bei denen für die mit der F i g. 1 übereinstimmenden
Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind, ist die Transportschnecke mit Messerkopf
4 anstatt an einen Trommeltrockner über die Leitungen 16 a und 16 b an die beiden
mit Doppelmantel ausgebildeten Auffangbehälter 17 a bzw. 17 b mit am oberen Ende
der Behälter angedeutetem Rührwerk 18 angeschlossen.
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Selbstverständlich können auch noch weitere Auffangbehälter 17 vorgesehen
werden.
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Bis einschließlich der pulverförmigen Zerkleinerung des Polymeren
mittels des an die Transportschnecke 4 anschließenden Messerkopfes ist die Arbeitsweise
dieser Vorrichtung die gleiche wie diejenige der Vorrichtung der Fig. 1. Im Unterschied
zu dieser wird hier jedoch das pulverförmige Polymere abwechselnd in den einen oder
anderen Auffangbehälter 17 a bzw. 17 b eingebracht, wonach die Aufarbeitung dieses
aus Polymeren mit anhaftenden Monomeren bestehenden Pulvers in verschiedener Weise
erfolgen kann.
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Eine Art der Aufarbeitung besteht darin, daß im Polymeren enthaltene
Monomere unter Rühren und den im Reaktionsbehälter 1 herrschenden Reaktionsbedingungen
weiterzupolymerisieren, bis ein Umsatz von etwa 90 eo erreicht ist. Die restlichen
100/o Monomeres werden dann nach bekannten Methoden durch Entspannen, Evakuieren
und/oder Wärme aus dem Polymeren entfernt und zurückgewonnen. Eine andere Aufarbeitungsmöglichkeit
besteht darin, das im Polymeren enthaltene Monomere dadurch zu entfernen, daß man
das die Transportschnecke4 verlassende pulverartige Polymerisat über eine nicht
gezeigte Druckschleuse einem der Auffangbehälter 17 a oder 17 b zuführt, in dem
dann unter Rühren, äußerer Erwärmung und gegebenenfalls Unterdruck eine
plötzliche
und restlose Entfernung des Monomeren aus dem Polymeren vorgenommen wird. Während
das so erhaltene Polymere über ein Zellenrad aus dem Behälter ausgetragen werden
kann, wird das entfernte Monomere über die Leitung 13 und den Kühler 6 in das Vorratsgefäß
zurückgeführt.
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Wie in F i g. 3 gezeigt, kann auch eine solche Anordnung getroffen
werden, bei der sich die Schneckenpresse3 mit selbstreinigender Doppelschnecke koaxial
im Behälterl befindet. Entsprechend besteht dann das Rührwerk 2 aus einem oder mehreren,
hier aus zwei, außermittig angeordneten Rührern. Im übrigen kann die Einrichtung
wieder in gleicher Weise ausgebildet sein wie bei den Fig. 1 und 2 oder aber auch
beispielsweise so, daß die Schneckenpresse 3 das Reaktionsprodukt - wie gezeigt
- unmittelbar in vertikaler Richtung nach unten aus dem Behälter 1 austrägt. Dementsprechend
ist dann auch die Transportschnecke mit Messerkopf 4 am unteren Ende des Behälters
1 angeordnet.