DE1301068B - Vorrichtung zur kontinuierlichen Polymerisation einer polymerisierbaren Mischung - Google Patents

Description

• Bei Anlagen zur kontinuierlichen Polymerisation von polymerisierbaren Mischungen in Masse, in Lösung oder in Emulsion ist es wesentlich, daß kein Teil des Reaktionsgemisches über den gewünschten Polymerisationszustand hinaus in der Anlage verweilt.
• Es sind aus zwei konzentrischen Zylindern, nämlich einem äußeren festen Zylinder und einem einen nahe an den äußeren Zylinder herangeführten Schraubengang tragenden inneren Zylinder bestehende Anlagen zur kontinuierlichen Polymerisation von Vinylmonomeren bekannt, die jedoch der vorstehenden Bedingung nicht entsprechen. Aus den in einen polymerisierten Zustand gelangten Produkten bilden sich nämlich mindestens an den Wänden des inneren Zylinders und an dem Schraubengang eine Kruste, d. h. eine Ansammlung von Produkten, die über die vorgesehene Verweildauer hinaus in der Anlage verbleibt. Diese charakteristische Wandverkrustung führt nach und nach zu einer Verminderung des Nutzraumes der Anlage, bis diese völlig zugesetzt ist.
• Die Erfindung hilft diesem Mangel ab und sorgt ohne besondere Kratzorgane, auf deren Oberflächen sich ebenfalls Ablagerungen bilden können, dadurch für eine Freihaltung der Wände der Polymerisationsvorrichtung, daß die Vorrichtung aus mehreren, um sich selbst rotierenden, paarweise im wesentlichen tangentialen, aufeinander abrollenden Zylindern mit parallelen Achsen besteht, zwischen denen die polymerisierbare Mischung befördert wird und von denen mindestens einer eine stillstehende Achse und mindestens ein anderer eine bewegliche Achse hat, wobei die Manteiflächenpunkte des Zylinders bzw. der Zylinder mit beweglicher Achse eine in bezug auf den bzw. die Zylinder mit stillstehender Achse ein oder hypozykloidale Bewegung ausführen. Auf diese Weise reinigen sich alle mit der zu polymerisierenden Mischung und dem Polymerisat in Berührung tretenden Wände gegenseitig von selbst.
• Die gleiche vorteilhafte Wirkung tritt ein, wenn es sich bei der Reaktion um eine Polyaddition handelt.
• Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung, und zwar ist Fig. 1 ein senkrechter Schnitt durch eine in der Mitte verkürzte Reaktionsanlage gemäß der Erfindung und Fig.2 ein Schnitt nach LinieII-II in Fig. 1.
• In Fig. 1 ist der zylindrische Behälterl der Reaktions anlage mit seiner Wärmeaustauschkammer 2, seinem in der Mitte mit einer Öffnung 4 versehenen Boden3 und seinem DeckelS dargestellt, welcher auf den Behälter dicht aufgepaßt ist und eine mittlere hoffnung 6 hat. Die Wärmeaustauschkammer begrenzt unterhalb des Bodens 3 des Behälters eine mittels einer Platte 8 verschlossene Kammer 7. Die Platte 8 hat eine Mittelöffnung 9 und liegt dicht an dem Unterrand der Wärmeaustauschkammer 2 an.
• In dem Behälter 1 ist in dessen Achse zwischen dem Boden 3 und dem Deckel 5 ein drehbarer Zylinder 10 angeordnet, mit dessen Enden Zahnräder 11 bzw. 12 verbunden sind, die sich mit ihm in Öffnungen 4 bzw. 6 drehen können. Drei Satellitenzylinder 13, deren Durchmesser etwa dem Unterschied zwischen dem Radius des Mittelzylinders 10 und dem Innenradius des Behälters 1 entspricht, sind zwischen dem Deckel 5 und dem Boden 3 des Behälters mit Hilfe von Zahnrädern 14 bzw. 15 gelagert. Die Zahnräder 14 und 15 sind paarweise an dem gleichen Zylinder 13 befestigt, und sie stehen einerseits mit den Zahnrädern 11 bzw. 12 und andererseits mit Zahnkränzen 16 bzw. 17 im Eingriff, welche an dem Deckel bzw. dem Boden des Behälters befestigt sind. Der mittlere Zylinder mit seinen Zahnrädern 11 und 12 wird mittels einer Welle 25 angetrieben, welche bei ihrer Drehung die Satellitenzahnräderl4 bzw. 15 und damit die Satellitenzylinder 13 in Drehung versetzt. Die Satellitenzylinder sind, wie aus Fig.2 ersichtlich, gegenüber der Behälterachse symmetrisch angeordnet.
• Etwa auf halber Höhe der Kammer 7 befindet sich unterhalb des Bodens 3 des Behälters eine umlaufende Platte 18, welche in der Mittelöffnung9 der Verschlußplatte 8 zentriert ist und durch eine Achse 19 angetrieben wird, welche sich von dem Behälter aus nach unten erstreckt. Zwischen dem kreisförmigen Rand der Platte 18 und der zylindrischen Wand der Kammer 7 ist ein Durchlaß 23 vorhanden. Durch die Platte 8, welche die Kammer 7 verschließt, gehen eine oder mehrere Leitungen 20 hindurch, die der Zuleitung der Ausgangsstoffe für die Polymerisationsreaktion dienen. Das untere Zahnrad 11 des mittleren Zylinders ist von Kanälen 21 durchsetzt, welche den Eintritt in die Reaktionsanlage gestatten und eine Verbindung zwischen der Kammer 7 und dem Behälter 1 bilden. Die Kanäle 21 bestehen aus einem mittleren Eintrittskanal, der auf der Seite der Kammer 7 durch das Zahnrad 11 längs seiner Achse hindurchgeht, und radialen Verlängerungskanälen an der Unterseite des Zahnrades 11. Die beiden radialen Verlängerungskanäle laufen in einem bestimmten Winkel auseinander und münden in den Behälter 1 ein. Der Winkel, den die radialen Kanäle miteinander einschließen, weicht von dem Winkel, unter dem die Satellitenzahnräder 14 angeordnet sind, d. h. von 120°, ab, so daß sich beim Lauf der Zylinder 13 nicht gleichzeitig gegenüber beiden Kanälen 21 ein Zahnrad befindet. Am Austritt aus dem Behälter 1 kann man die gleiche Anordnung treffen, indem Kanäle durch das obere Zahnrad 12 des mittleren Zylinders hindurchgehen. Um jeden Rückfluß zu verhindern, ist es vorteilhaft, gemäß Fig. 1 ein Zahnrad vorzusehen, zwischen dessen Oberseite und dem Deckel der Reaktionsanlage ein gewisses Spiel 22 vorhanden ist. Das Reaktionsgemisch wird so unmittelbar um die Antriebswelle 25 herumgeführt, welche das Zahnrad 12 antreibt. Die Welle 25 dreht sich ihrerseits in einem koaxialen Gehäuse, das zusammen mit der durchgehenden Welle einen Spalt 27 für den Durchtritt des Polymerisats bildet. Dieses Gehäuse ist rechtwinklig an ein Ableitungsrohr24 angeschlossen, welches in seiner Achse einen Rotor 26 aufweist, der mit großer Geschwindigkeit angetrieben wird und um den herum das Polymerisat die Anlage verläßt.
• Die Anlage arbeitet folgendermaßen: Die Ausgangsstoffe werden kontinuierlich durch die Leitung 20 in die Kammer 7 unter der Platte 18 eingebracht.
• Infolge des Luftspaltes 23 zwischen dem Rand der Platte 18 und der Behälterwand gelangen die Ausgangsstoffe in den oberen Teil der Kammer 7. Die mit großer Drehgeschwindigkeit angetriebene Platte 18 unterwirft die Ausgangsstoffe nahe der Oberfläche einer kräftigen Scherwirkung und auf diese Weise einer wirksamen Durchmischung, ohne daß dadurch der kontinuierliche Zufluß der Ausgangsstoffe durch die Leitung 20 oder der Übertritt des Gemisches durch die Kanäle 21 in die Reaktionsanlage gestört wird. Am Ende der radialen Kanäle 21 tritt das Reaktionsgemisch zwischen den Zähnen des Zahnrades in das Reaktionsgefäß ein, wo das Gemisch in dem Zwischenraum zwischen der festen Wand des Behälters 1 und den beweglichen Oberflächen der seitlichen Zylinder 13 und des mittleren Zylinders 10 von dem Boden nach und nach gleichmäßig bis zu dem Deckel aufsteigt. Die Zylinder bestreichen sich bei ihrer Bewegung gegenseitig. Sie rollen gleichzeitig auf der Innenwand des Behälters 1 und auf der Außenwand des mittleren Zylinders 10 mit einer Geschwindigkeit, die von der Natur des Reaktionsgemisches, insbesondere seiner Viskosität, der Strömungsgeschwindigkeit und der Abmessungen des Reaktionsbehälters abhängt. Die Bewegung der Zylinder stört in keiner Weise die gleichmäßige Aufstiegsbewegung des Gemisches. Durch die vollständige Symmetrie der Zylinderwände und ihrer Parallelität mit der Behälterachse wird nämlich trotz der Drehbewegung ein geradliniger Strom des Reaktionsgemisches von unten nach oben mit einer Verweilzeit in dem Reaktionsbehälter gesichert, die an allen Stellen einer beliebigen normalen Querschnittsebene des Behälters die gleiche ist. Außerdem verhindert die konstante Drehung der Zylinderwände mit der gegenseitigen Bestreichung die Bildung von Krusten auf diesen Wänden. Infolgedessen wird jeder durch Wandeffekt verursachte Rückfluß vermieden.
• Man kann also sagen, daß die Reaktionsanlage den Bedingungen einer kontinuierlichen Polymerisation methodischer Art entspricht.
• Im oberen Teil strömt das Polymerisat bei 22 unmittelbar über das Zahnrad 12, um dann den Reaktionsbehälter um die Welle 25 herum und durch das Rohr 24 zu verlassen, dessen Rotor mit großer Geschwindigkeit umläuft und eine kontinuierliche Vorwärtsbewegung des Polymerisats ohne Ansammlung oder Abbau desselben sichert.
• Das Reaktionsgemisch wird durch den Wärmeaustausch mit der Kammer 2 auf die gewünschte Temperatur gebracht.
• Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Reaktionsanlage stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar. Es sind auch andere Ausführungsarten möglich, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So kann beispielsweise die Anzahl der Zylinder 13 beliebig sein, sofern nur die Symmetrie bezüglich der Achse des Reaktionsbehälters gewahrt bleibt. Auch ein Reaktionsbehälter ohne mittleren Zylinder ist brauchbar. Die seitlichen Zylinder bestreichen sich dann unmittelbar gegenseitig.
• Es ist nicht notwendig, daß die Wärmeaustauschkammer 2 auch die Kammer 7 des Mischers umgibt.
• Der Mischer kann von dem Reaktionsbehälter unabhängig sein, und er kann auch sonst von dem Ausführungsbeispiel abweichen. Beispielsweise kann das mit großer Geschwindigkeit umlaufende Organ des Mischers die Form eines Zylinders, eines Kegels oder irgendeiner anderen Umdrehungsfläche haben.

Claims (1)

1. Patentanspruch Vorrichtung zur kontinuierlichen Polymerisation einer polymerisierbaren Mischung in Masse, in Lösung oder in Emulsion, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus mehreren, um sich selbst rotierenden, paarweise im wesentlichen tangentialen, aufeinander abrollenden Zylindern mit parallelen Achsen besteht, zwischen denen die polymerisierbare Mischung befördert wird und von denen mindestens einer eine stillstehende Achse und mindestens ein anderer eine bewegliche Achse hat, wobei die Mantelflächenpunkte des Zylinders bzw. der Zylinder mit beweglicher Achse eine in bezug auf den bzw. die Zylinder mit stillstehender Achse ein oder hypozykloidale Bewegung ausführen.