DE1495665B2

DE1495665B2 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen durchsatz von schmelzen bei der herstellung von polykondensations produkten

Info

Publication number: DE1495665B2
Application number: DE19621495665
Authority: DE
Inventors: Ditmar Dr 6238 Hofheim Bachmann (verstorben), Gerstenberg, Helmut, 6209 Fischbach, Grafen, Karlheinz, 6050 Offenbach, Paszthory, Emmerich, Dr, 6238 Hofheim
Original assignee: Farbwerke Hoechst AG, vormals Mei ster Lucius & Bruning, 6000 Frankfurt
Priority date: 1962-02-02
Filing date: 1962-02-02
Publication date: 1971-05-27
Also published as: GB1038942A; DE1495665A1; NL288338A; AT245264B; CH423243A; BE627956A; US3337508A; NL136678C

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum ist die Mischwirkung gering. Bei allseitig relativ kontinuierlichen Durchsatz von Schmelzen durch engem Spalt kann eine bessere Durchmischung ereine Reaktionsvorrichtung bei der Herstellung von folgen, doch ist die dann für die Entgasung zur Ver-Polykondensationsprodukten, insbesondere bei der fügung stehende Oberfläche mehr oder weniger unzu-Herstellung von linearen gesättigten und ungesättigten 5 reichend.

Polyestern, Polyäthern und Polyamiden sowie auf Bei bekannten Verfahren, bei denen andere mechani-

eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. sehe Hilfsmittel, wie Schaber oder Kratzer, verwendet

Es ist bekannt, einem Reaktionsgemisch zur Ein- werden, um den ganzen zulaufenden Gemischstrom

leitung und Fortführung der Polykondensation Wärme in sehr dünner Schicht in einem Durchgang über die

zuzuführen und das Gemisch gleichzeitig einem er- io Heizfläche zu fördern, besteht große Empfindlichkeit

niedrigten Druck und der Einwirkung eines Rühr- gegen Temperaturschwankungen, so daß schon Ab-

organs auszusetzen. Solche Verfahren werden meistens weichungen, die im Bereich der Regelgenauigkeit

chargenweise in Rührwerksbehältern von 5 bis 10 m³ automatisch gesteuerter Heizungen liegen, zu uner-

nutzbarem Inhalt durchgeführt. Der chargenweisen wünschten Nebenprodukten führen. Auch die Schaber

Polykondensation haften Mängel an, die durch die 15 und Kratzer sind Quellen für das Entstehen solcher

thermischen und Theologischen Eigenschaften des Nebenprodukte. An ihnen bleiben — gemessen an

reagierenden Gemisches bedingt sind. Die durchweg dem geringen Gemischinhalt der Apparaturen —

geringe Wärmeleitfähigkeit des Gemisches und die mit erhebliche Gemischanteile haften, die immer wieder

fortschreitender Polykondensation zunehmende Vis- an der Heizfläche vorbeigeschmiert und rasch zersetzt

kosität hemmen die gleichmäßige Durchwärmung 20 werden.

und Durchmischung; sie führen daher zu Produkten Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zuuneinheitlichen Polykondensationsgrades. Hierzu korn- gründe, einen kontinuierlichen Durchsatz von Schmelmen noch die Nachteile, die der chargenweisen Pro- zen durch eine Reaktionsvorrichtung bei der Herduktion gegenüber der kontinuierlichen allgemein stellung von Polykondensationsprodukten in techanhaften und im ungleichmäßigen Ausfall der einzel- 25 nischem Maßstab unter Vermeidung der geschilderten nen Chargen zueinander bestehen. Nachteile zu ermöglichen.

Es sind auch Verfahren bekanntgeworden, die Die Lösung besteht in einem Verfahren zum kontikontinuierlich ablaufen. Bei diesen bekannten konti- nuierlichen Durchsatz von Schmelzen bei der Hernuierlichen Verfahren stehen die bereits erwähnte stellung von Polykondensationsprodukten durch ein geringe Wärmeleitfähigkeit und das sich während 30 in mehrere Stauzonen unterteiltes zylinder- oder der Polykondensation verschlechternde Fließverhalten kegelförmiges, allseitig beheiztes, mit einer Rührvordes Gemisches der Erzielung eines Produktes von richtung versehenes Reaktionsgehäuse; das Verfahren hohem Polymerisationsgrad und der geforderten ist dadurch gekennzeichnet, daß aus den einzelnen Gleichmäßigkeit oft noch störender entgegen. Soweit Stauzonen mit auf der rotierenden Mittelwelle der bei diesen Verfahren die Förderung des Gemisches 35 Rührvorrichtung befestigten blatt- oder rollenförmigen ausschließlich unter dem Einfluß der Schwerkraft Streichvorrichtungen laufend Schmelzanteile enterfolgt, wie bei Verwendung von Kolonnen- oder nommen, über den jeder Stauzone zugeordneten Fallfilmapparaten, ist dem Kondensationsgrad eine Flächenabschnitt ausgebreitet, anschließend mit blattbesonders niedrige Grenze gesetzt, die oft schon mit förmigen rotierenden Schabevorrichtungen in die Zähigkeiten in der Größenordnung von 80 Poise er- 40 Stauzone zurückbefördert und mit dem Schmelzefluß reicht wird. vermischt werden.

Durch Verwendung von Apparaturen, bei denen Der Schmelzefluß wird durch die entnommenen der Transport der Mischung in besonderer Weise Teilströme immer wieder gestört sowie intensiv verdurch mechanische Hilfsmittel, wie Schnecken, Walzen mischt und unter dem Schub des Zulaufes über die oder andere Fördereinrichtungen, erzwungen wird, 45 einzelnen Gefalle hinweg gefördert. Dabei ist es vorkönnen der Scherwiderstand im Stoffgemisch und die teilhaft, die Schmelze mit fortschreitendem Lauf durch hemmenden Adhäsionskräfte zwar besser überwunden das Reaktionsgehäuse steigenden Temperaturen auswerden, doch sind unerwünschte Ungleichmäßig- zusetzen.

keiten der Durchmischung und örtliche Überhitzungen Die Anpassung an den fortschreitenden Polykon-

nicht zu vermeiden. Dabei einmal entstandene In- 50 densationsgrad beim Lauf der entsprechenden Schmel-

homogenitäten werden aber erfahrungsgemäß beim zen durch das Reaktionsgehäuse kann noch dadurch

Ablauf dieser Verfahren um so weniger ausgeglichen, verbessert werden, daß der Schmelzefluß hinterein-

je strenger das Gemisch geführt wird. ander in mehreren Reaktionsvorrichtungen stufen-

In extruderähnlichen Schneckenapparaturen besteht weise angestaut wird und dabei mit fortschreitender

zwischen Schneckenkamm und dem als Heizfläche 55 Polykondensation fallenden Drücken und steigenden

dienenden Trog eine dem Spiel entsprechende dünne Temperaturen ausgesetzt wird. Die Drücke können

Gemischschicht; die Schicht zwischen Schneckenkern beispielsweise von Vorrichtung zu Vorrichtung nach

und Trogwand ist dagegen ungleich größer. Dadurch einer geometrischen Reihe abgestuft werden, während

besteht bei der geringen Wärmeleitfähigkeit des Stoff- die Temperaturen in Richtung der Strömung linear

gemisches die Gefahr der Überhitzung für die trog- 60 steigend gehalten werden können,

nahen Schichten oder aber die der ungenügenden Er- Eine weitere Anpassungsmöglichkeit liegt in der

wärmung für die kernnahen Gemischanteile. Der Variation der Schichtstärke, indem nämlich die

schwache Mischeffekt der Schnecke vermag diese Schmelze in mit fortschreitendem Lauf durch das

unterschiedlichen Bedingungen nicht auszugleichen. Reaktionsgehäuse stärker werdenden Schichten auf Auch die Verwendung von Walzen, deren wirksame 65 den Flächenabschnitten der Stauzone ausgebreitet

Fläche eine Relativbewegung zur Gehäuse- oder und verstrichen wird; so können die in der ersten

Trogwand ausführt, bringt erhebliche Nachteile mit Staustufe entnommenen Schmelzeanteile in dünner,

sich. Bei weitem Spalt zwischen Gehäuse und Walze die der folgenden Stufe in relativ stärkeren Schichten

aufgetragen und verstrichen werden. Schließlich können auch die Tiefe und Breite der Staustufe oder deren Schmelzeinhalt, ζ. Β. zur Erzielung eines bestimmten Verweilzeitverlaufes, gestaffelt sein.

Das Verfahren gemäß der Erfindung sichert eine gute Raum-, Flächen- und Zeitausnutzung. Die Produktschichten an den Heizflächen werden zur Vermeidung von Überhitzungen ständig erneuert und stets von neuem mit dem Inhalt der Staustufen durchmischt. Durch Überquellen beim Mischen wird ein Teil der Schmelze auch in die benachbarten Stufen verdrängt. Keinesfalls kann sich aber das zulaufende Gemisch unmittelbar mit der auslaufenden Schmelze vermischen. So entsteht bei der Polykondensation ein Produkt von hoher Gleichmäßigkeit und Güte.

Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, die aus einem vakuumfesten, allseitig beheizbaren zylindrischen oder kegelförmigen in mehrere Zonen unterteilten Reaktionsgehäuse mit im Innenraum angebrachten Rührern besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rührer aus parallel zur Rührwelle angebrachten Blättern oder Rollen bestehen, die an mitrotierenden, ringförmigen Stauelementen befestigt sind.

In den Zeichnungen ist eine derartige Vorrichtung in beispielsweisen Ausführungen dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch die Längsachse;

F i g. 2 und 3 entsprechen zugehörigen Querschnitten in den Ebenen I—I und II—II; in

F i g. 4 ist eine Variante der Vorrichtung wiedergegeben;

F i g. 5 entspricht einem Querschnitt in der Ebene III—III;

F i g. 6 zeigt zwei parallelgeschaltete Vorrichtungen.

Aus F i g. 1 ist zu ersehen, wie in einem zylindrischen, horizontal angeordneten Gehäuse 1 ringförmige Stauelemente 2 durch blattförmige Verteil-, Verstreich- und Schabeeinrichtungen 3 miteinander und mit einer Antriebswelle 4 verbunden sind. Die verbindenden Blätter können radial gerichtet sein; sie können aber auch, wie am besten aus F i g. 2 zu erkennen, zu einer am äußeren Ende der Blätter an die Stauelemente gelegten Tangente geneigt sein. Die Antriebswelle 4 besteht hier nur in einem Stummel, an dem vier Blätter 3 über eine Nabe 5 befestigt sind. Beim Drehen der Welle werden die Nabe 5, die Blätter 3 und die Stauringe 2 mitgenommen. Das Gehäuse 1 ist mit einem Heizmantel 6 umgeben, der in mehrere Abschnitte unterteilt ist.

Die Heizeinrichtung bzw. der Heizmantel kann mittels Dampf oder mittels eines flüssigen Wärmeübertragers betrieben werden. Vorteilhaft ist es jedoch, eine elektrische Beheizung anzuordnen; solche elektrische Beheizungen können leicht in einzelne Abschnitte unterteilt werden, die unabhängig voneinander betreibbar sind. Beispielsweise kann jeder Stauzone ein Heizungsabschnitt zugeordnet werden (F i g. 4). Es können aber auch mehrere benachbarte Stauzonen zu einer Heizgruppe zusammengefaßt werden (F ig. 1).

Die ringförmigen Stauelemente 2 können so angeordnet werden, daß sie das Gehäuse in mehrere gleich lange Kammern aufteilen; es ist jedoch zweckmäßiger, die Kammern in ihrer Länge abzustufen, so daß die Kammern vom Einlauf 7 zum Auslauf 8 hin länger werden. Die Außendurchmesser der Stauelemte 2 sollen zur Erzielung eines guten Staueffektes nur geringes Spiel gegenüber der Gehäusewand aufweisen.

Die Innendurchmesser der Stauelemente können gleiche Größe aufweisen. Ein eindeutig zum Auslaß 8 hin abgestufter Stau wird sicherer erzielt, wenn die Innendurchmesser der ringförmigen Stauelemente zum Auslaß hin größer werden.

Die Verteil-, Verstreich- und Schabeblätter 3 einer Kammer werden ihrer Aufgabe entsprechend zweckmäßig mit verschiedenem Spiel zur Gehäusewand angeordnet. Auf diese Weise wird neben der Durchmischung im Stau eine zusätzliche Durchmischung an der Wandung erreicht. Ebenso kann zur Erzielung steigender Schichthöhen das Spiel der Verstreichblätter in den letzten Kammern größer sein als in den ersten. Lediglich die als Schaber dienenden Blätter weisen ein gleich geringes Spiel zur Wand auf.

Zum Verteilen und Verstreichen der Schmelze können an Stelle von Blättern mit Vorteil auch Walzen oder Rollen angeordnet werden, die in den Stauelementen 2 gelagert oder geführt sind. Zur Erklärung einer derartigen Anordnung ist in die mittlere Kammer (F i g. 1 und 3) ein Walzenpaar eingezeichnet. Es ist zu erkennen, wie die Walzen 3 in Bohrungen 11 der Stauelemente 2 drehbar gelagert werden können; die Achsen der Walzen führen hierbei keine Relativbewegung zu den die Stauelemte verbindenden Blättern aus. Die Walzen können jedoch auch in Leisten 12 der Stauelemente 2 drehbar geführt werden (F i g. 4 und 5).

Bei konisch ausgeführtem Gehäuse müssen die Rollen oder Walzen ebenfalls kegelig ausgebildet sein, damit ihr Mantel gegenüber der Wand ein gleichmäßiges Spiel beibehält. In F i g. 4 und 5 sind unter anderem derartige Ausführungsformen wiedergegeben. Die rollenförmigen Verteileinrichtungen 3 der Staukammern 15 und 16 sind in Bohrungen 11 der Stauelemente 2 gelagert, die der Kammer 14 in Wulsten 12. Die Kammern 13 und 17 enthalten nur blattförmige Verteileinrichtungen. Die verschiedenen Arten der Verteil- und Verstreicheinrichtungen sind hier nur zum Vergleich nebeneinander gezeigt. Bei der praktischen Ausführung einer solchen Vorrichtung werden die Kammern vorzugsweise mit gleichartig ausgebildeten Verteil-, Verstreich- und Schabeeinrichtungen ausgestattet, beispielsweise mit paarweise einander gegenüberliegenden Blättern und Walzen in jeder Kammer.

Je nach Spiel und Winkel zur Gehäusewand können

die Blätter unterschiedliche Funktionen übernehmen,

z. B. wirken praktisch spielfreie Blätter als Schaber, während Blätter mit weiterem Spiel als Verteiler, Ver-Streicher oder Schöpfer wirken. Durch entsprechende Neigung der Blätter kann die ihnen zugedachte Funktion verbessert werden; vorwärts geneigte Blätter begünstigen die Schabe- und Mischwirkung, rückwärts geneigte die Schöpfwirkung und Verteilung.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung können mehrere Vorrichtungen der beschriebenen Art hintereinandergeschaltet werden. Es können aber auch mehrere Vorrichtungen parallel arbeiten; hierzu können beispielsweise zwei Wellen je mit Stauelementen 2 sowie Verteil-, Verstreich- und Schabeeinrichtungen 3 in einem Gehäuse 1 untergebracht werden. Eine derartige Schaltung ist in F i g. 6 dargestellt.

Beispiel

Polyäthylenterephthalat, das bereits eine Viskosität von 40 Poise besaß und in einem Mengenstrom von 100 kg/h mit einer Temperatur von 300⁰C anfiel, sollte

zu einem höheren Polykondensationsgrad aufgearbeitet werden.

Hierzu wurde unter Verwendung einer Vorrichtung der beschriebenen Art von 1,5 in Gehäuselänge, 0,8 m Gehäusedurchmesser und mit vier Stauelementen die anfallende Schmelze im Gehäuse fünffach gestaut. Die inneren Durchmesser der ringförmigen Stauelemente waren zwischen 400 und 500 mm gleichförmig abgestuft. Aus dem Schmelzefluß wurden in jeder Stufe Schmelzanteile entnommen und mittels Blättern auf den zugehörigen Heizflächenabschnitten verteilt, verstrichen, in die Staustufe zurückgefördert und.dort mit dem Schmelzefluß vermischt. Die Welle und damit die Stauelemente und Blätter drehten sich 16mal pro Minute. Der Betriebsdruck im Gehäuse betrug 0,5 Torr. Die Verweilzeit der Schmelze lag bei 60 Minuten. Das abgezogene Polykondensat hatte eine Temperatur von 305⁰C und eine Viskosität von 400 Poise. Gleichzeitig fielen 2 kg/h Äthylenglykol dampfförmig an.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Durchsatz von Schmelzen bei der Herstellung von Polykondensationsprodukten durch ein in mehrere Stauzonen unterteiltes, zylinder- oder kegelförmiges, allseitig beheiztes, mit einer Rührvorrichtung versehenes Reaktionsgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß aus den einzelnen Stauzonen mit auf der rotierenden Mittelwelle der Rührvorrichtung befestigten blatt- oder rollenförmigen Streichvorrichtungen laufend Schmelzeanteile entnommen, über den jeder Stauzone zugeordneten Flächenabschnitt ausgebreitet, anschließend mit blattförmigen rotierenden Schabevorrichtungen in die Stauzone zurückbefördert und mit dem Schmelzefluß vermischt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze mit fortschreitendem Lauf durch das Reaktionsgehäuse steigenden Temperaturen ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in mit fortschreitendem Lauf durch das Reaktionsgehäuse stärker werdenden Schichten auf den Flächenabschnitten der Stauzonen ausgebreitet und verstrichen wird.

4. Vorrichtung zum kontinuierlichen Durchsatz von Schmelzen nach Anspruch 1, bestehend aus einem vakuumfesten, allseitig beheizbaren zylindrischen oder kegelförmigen in mehrere Zonen unterteilten Reaktionsgehäuse mit im Innenraum angebrachten Rührern, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührer aus parallel zur Rührwelle angebrachten Blättern oder Rollen bestehen, die an mitrotierenden ringförmigen Stauelementen befestigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch abschnittsweise angeordnete und unabhängig voneinander betreibbare Einrichtungen zur Beheizung des Gehäuses.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesser der ringförmigen Stauelemente dem Innendurchmesser der gleichliegenden Gehäusequerschnitte entsprechen und daß die Innendurchmesser dieser Stauelemente zum Auslauf hin größer werden.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Rührer parallel zur Rührwelle angebrachten Blätter unterschiedliche Abstände zur Gehäusewand aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen