DE1570852C2 - Vorrichtung zur Photochlorierung von wäßrigen Suspensionen wasserunlöslicher Polymerisate - Google Patents

Description

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Die übliche Photochlorierung von wasserunlöslichen, organischen Polymerisaten, die in Wasser suspendiert sind, hat insofern Nachteile, weil das Chlor in Wasser nur wenig löslich ist, die Polymerisate von Wasser nur wenig benetzbar sind und nur wenig Licht durch die J5 Suspension übertragen wird. Daher wird die Photochlorierung von Polymerisaten im allgemeinen nicht technisch durchgeführt. Wenn beispielsweise in Wasser suspendiertes Polyäthylen in einem Reaktionsgefäß photochloriert werden soll, an dessen Innenwand eine Anzahl von Lichtquellen angebracht sind, dann schwimmt ein großer Teil des Polyäthylens auf der Wasseroberfläche. Dadurch wird die Chlorierung ungleichförmig, und die Reaktion dauert sehr lange.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Photochlorierung von wäßrigen Suspensionen wasserunlöslicher Polymerisate, bestehend aus einem mit Rührer, Gaszufuhr- und Gasabführleitung, Produktzuführ- und Produktabführleitung sowie Lichtquellen versehenen Reaktionsgefäß, die dadurch gekennzeichnet ist, daß innerhalb des Reaktionsgefäßes mehrere Lichtquellen rohrförmiger Gestalt gruppenweise in horizontaler Richtung angeordnet sind, die mehrere übereinanderliegende, horizontale Etagen bilden, und daß an der vertikalen Welle des Rührers mehrere horizontal liegende Flügelräder angebracht sind, von denen mindestens je eines zwischen je zwei Etagen der Lichtquellen liegt.

Bei der bevorzugten Vorrichtung gemäß Anspruch 2 wird sowohl die Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit als auch das Innere des Wassers heftig gerührt, wodurch die Absorptionsgeschwindigkeit des Chlors im Wasser besonders erhöht wird. Wenn nur die Wasserphase gerührt wird, dann nimmt die Absorptionsgeschwindigkeit des Chlors im Wasser um ein h5 Zwanzigstel bis ein Vierzigstel ab, während bei einer Rührung der Grenzfläche allein die Absorptionsgeschwindigkeit um ein Drittel bis ein Fünftel geringer wird. Demgemäß wird die Chlorierungsgeschwindigkeit eines suspendierten Polymerisates erhöht, wenn man gleichzeitig die Grenzfläche und das Innere rührt. Vorzugsweise sind an der Rührerwelle oberhalb der Lichtquellen mehrere Flügelräder angebracht, so daß außer der Grenzfläche zwischen dem Gas und der Flüssigkeit auch der obere Raum des Reaktionsgefäßes gerührt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nun an Hand der Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Figuren hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig.2 zeigt die Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Linie II—II der Fig. 1;

F i g. 3 ist eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 4 zeigt die Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Linie IV-1V der F ig. 3;

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch die Rührerwelle;

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Nach den F i g. 1 und 2 besteht die Vorrichtung aus einem Reaktionsgefäß 1, das mit Kunststoff ausgekleidet ist. Durch das Reaktionsgefäß 1 hindurch erstrecken sich etagenweise angeordnete Glasrohre 2, in denen fluoreszierende Lampen angebracht sind. Eine Rührvorrichtung 3 befindet sich zwischen je zwei Reihen von Glasrohren 2, deren Flügelräder im weiteren als »Flügelräder für die Suspension« bezeichnet werden. Sie sind auf einer drehbaren Welle 4 befestigt, die durch einen Antriebsmechanismus, z. B. einen elektrischen Motor und entsprechende Zahnräder (die beide nicht gezeigt sind), in eine Richtung gedreht werden. Weiterhin ist das Reaktionsgefäß 1 mit Kühlrohren 5 ausgestattet, die längs der Innenwand des Reaktionsgefäßes 1 in vertikaler Richtung verlaufen. Das Reaktionsgefäß wird durch eine Einlaßöffnung 7 für die Polymerisatsuspension, eine Einlaßöffnung 8 für das Chlor, eine Ausgangsöffnung 9 für das behandelte Polymerisat sowie eine Ausgangsöffnung 10 für das verbrauchte Gas vervollständigt.

Da in der Vorrichtung viele Rohre mit Lichtquellen dicht nebeneinander angeordnet sind, kann eine große nutzbare Lichtmenge ausgestrahlt werden. Die Vorrichtung zur Chlorierung einer Suspension von Polymerisaten ermöglicht eine Beschleunigung der Reaktion, da die Glasrohre mit den Lichtquellen sehr nahe beieinander liegen und die Partikeln des Polymerisats gleichförmig mit Licht bestrahlt werden. Die Vorrichtung ermöglicht weiterhin ein gleichförmiges Rühren jeder Schicht, so daß eine sehr gleichförmige Chlorierung erfolgt Da ferner die Glasrohre mit den Lichtquellen sehr dicht an den rührenden Flügelrädern liegen, können keine Partikeln des Polymerisats an diesen Glasrohren anhaften und dadurch den Nutzeffekt der Chlorierung herabsetzen.

Bei der besonderen Ausführungsform gemäß F i g. 6 sind zusätzliche zu den mit den in der F i g. 1 beschriebenen Bauteilen 1 bis 10 noch Flügelräder 3a vorhanden, die horizontal angeordnet sind und nahezu die gesamte Flüssigkeitsoberfläche und die Gasphase oberhalb der Glasrohre 2 umrühren. Diese Flügelräder sind ebenfalls auf der Welle 4 befestigt und drehen sich mit dieser. Wenn sie zusätzlich eingebaut sind, dann rührt mindestens ein Flügelrad die Flüssigkeitsoberflä-

ehe im Reaktionsgefäß. Dadurch wird die Flüssigkeit heftig in den Gasraum hochgewirbelt, und da die Flügelräder 3a im Gasraum das Chlor mit der Flüssigkeit vermischen, ist eine außerordentlich gute Berührung zwischen Chlorgas und der Reaktionsflüssigkeit gewährleistet. Auf diese Weise wird das Chlorgas schnell von der Reaktionsflüssigkeit absorbiert und eine schnellere Chlorierung erzielt.

Die Flügelräder 3 für die Suspension in den F i g. 1 und 3 brauchen nicht aus Blättern zu bestehen, die in ι ο allen Fällen in der gleichen vertikalen Ebene liegen. Eine solche vertikal ausgerichtete Anordnung ist jedoch zum Ein- und Ausbau der Flügelräder zweckmäßig.

Die in den F i g. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig.6 gezeigten nur durch eine Rührvorrichtung, die nahezu die gesamte Flüssigkeitsoberfläche und den Raum oberhalb der horizontalen Glasrohre 2 rührt. In dieser Ausführungsform ist die Rührvorrichtung aus zwei Blättern 3£> zusammengesetzt, die kreuzweise und senkrecht an der sich drehenden Welle 4 befestigt sind. Diese Blätter werden im weiteren mit »Grenzflächenrührer« bezeichnet.

Mit Hilfe der Vorrichtung nach F i g. 3 und 4 kann die Suspension intensiv und gleichförmig bestrahlt werden. Außerdem bringt der Grenzflächenrührer die Suspension in Bewegung, so daß auch die Partikeln eines Polymerisats, das leichter als Wasser ist, z. B. Polyäthylen, von dem entstehenden Wasserwirbel mitgerissen werden und in das Wasser eindringen, worauf sie von den Flügelrädern für die Suspension weiter nach unten befördert werden. Weiterhin werden Chlorblasen entwickelt, wenn der Wasserwirbel den oberen Teil des Reaktionsgefäßes bespült, die ebefalls in die Suspension eindringen und von den Flügelrädern für die Suspension weiter nach unten bewegt werden. Auf diese Weise wird das Chlor schnell und vollständig absorbiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet für die Chlorierung von Polyolefinen, wie Polyäthylen und Polypropylen, Polydienen, wie Polybutadien, Polyisopren und Polychloropren sowie Polyvinylchlorid und Polystyrol.

Beispiel 1

Die Chlorierung von Polyäthylen mit einer mittleren Partikelgröße von 50 Mikron, einem spezifischen Gewicht von 0,915 und einem mittleren Polymerisationsgrad von 4000 wird in einer Vorrichtung nach der F i g. 6 durchgeführt.

Das Reaktionsgefäß hat ein inneres Volumen von 5001 und ist mit Polyvinylchlorid ausgekleidet. Zwanzig fluoreszierende Lampen von 100 Watt sind in fünf Niveaus zu je vier Lampen angebracht, so daß man fünf horizontale Etagen aus Rohren mit fluoreszierenden Lampen erhält. Auf einer gemeinsamen Welle sind außerdem sechs Reihen horizontaler Flügelräder für die Suspension angebracht, die alle einen Querschnitt in Form eines umgekehrten Dreiecks wie in der Fig.5 aufweisen. Sie liegen bezüglich der Lampenrohre in derartigen Höhen, daß der Raum zwischen den Lampenrohren gerührt wird und daß die Polyäthylenteilchen, die leichter als Wasser sind, in das Wasser eindringen.

Um die Lampen und die Flügelräder herum sind noch Kühlröhren angelegt, die aus konzentrischen, inneren und äußeren Rohren bestehen. Die inneren Rohre dienen zum Einlaß und die äußeren zum Auslaß des Kühlwassers, und sie sind so ausgelegt, daß die Reaktionsflüssigkeit auf einer definierten Temperatur gehalten wird.

Oberhalb der Flügelräder für die Suspension sind schließlich auf der gemeinsamen Welle noch sieben Reihen von Flügelrädern für den Gasraum vorgesehen, die aus je vier Flügeln in Form eines horizontalen Kreuzes bestehen und wobei jeder Flügel aus einer vertikal angeordneten flachen Platte besteht.

Als Lösungsgeschwindigkeit für das Chlor ergeben sich 3,02 g/m³ · Std. bei einer Temperatur von 40° C, wenn die Chlorkonzentration 2 g/l beträgt. Zur Einstellung eines Chlorierungsgrades von 35% ist eine Zeit von 25 Stunden erforderlich.

Beispiel 2

Mit einem Gerät nach den Fig.3 und 4 wird die Chlorierung von Polyäthylenteilchen mit einem mittleren Durchmesser von 50 Mikron, einem spezifischen Gewicht von 0,915 und einem mittleren Polymerisationsgrad von 4000 durchgeführt. In fünf Rohretagen sind je vier fluoreszierende Lampen untergebracht. Mittels einer Verkleidung 5 zur Kühlung in Form von Kühlröhren wird eine Reaktionstemperatur von 60° C aufrechterhalten. Chloriertes Polyäthylen mit einem Chlorgehalt von 35% wird in 5 Stunden erhalten, während mit einem üblichen Reaktionsgefäß, das eine Anzahl von Lichtquellen an der Innenwand des Gefäßes, Rührer im mittleren Teil und Kühlröhren enthält, unter den gleichen Umständen 30 Stunden notwendig sind, um das gleiche Ergebnis zu erhalten.

Beispiel 3

200 kg Polyvinylchlorid mit einer mittleren Teilchengröße von 70 Mikron, einem spezifischen Gewicht von 1,40 und einem mittleren Polymerisationsgrad von 1000 werden in 900 kg Wasser suspendiert und entsprechend dem Beispiel 2 mit Chlor behandelt. Unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 2 beträgt der Chlorgehalt des chlorierten Polyvinyls nach 8 Stunden bereits 67%.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Photochlorierung von wäßrigen Suspensionen wasserunlöslicher Polymerisate, > bestehend aus einem mit Rührer, Gaszufuhr- und Gasabführleitung, Produktzuführ- und Produktabführleitung sowie Lichtquellen versehenen Reaktionsgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reaktionsgefäßes mehrere Lichtquel- ι ο len rohrförmiger Gestalt (2) gruppenweise in horizontaler Richtung angeordnet sind, die mehrere übereinanderliegende, horizontale Etagen bilden, und daß an der vertikalen Welle des Rührers (4) mehrere horizontal liegende Flügelräder (3) ange- '5 bracht sind, von denen mindestens je eins zwischen je zwei Etagen der Lichtquellen liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (2) durch das gesamte Reaktionsgefäß und dessen Wände hindurch verlaufen und zusätzlich Flügelräder (3) im oberen, als Gasraum dienenden Teil an der vertikalen Welle (4) oberhalb der Lichtquellen enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lichtquelle durch Glasrohre geschützt ist.