DE1720666B2

DE1720666B2 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen polykondensation von bis(2- hydroxyaethyl)-terephthalat

Info

Publication number: DE1720666B2
Application number: DE1967F0052625
Authority: DE
Inventors: Horst; Karasiak Wolf; 1000 Berlin Rothert
Original assignee: Karl Fischer Apparate- u. Rohrleitungsbau, 1000 Berlin; Chatillon Societe Anonima Italiana per le Fibre Tessi-Ii Artificiali S.p.A., Mailand (Italien)
Priority date: 1965-01-15
Filing date: 1967-06-07
Publication date: 1976-12-16
Also published as: IE32393B1; AT316873B; LU56207A1; SE355588B; GB1233382A; IE32393L; BE716182A; FR94676E; NL6807811A; JPS4819712B1; DE1720666A1; CH544784A; US3630686A; IT965518B

Description

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Bereits bei der DT-AS 12 28 417 wird von einem bekanntcn Stand der Technik ausgegangen, nach dem die Herstellung thermoplastischer Polykondensationprodukte in zwei oder mehreren Stufen durchgeführt wird. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Polykonden· sation ist bei den gewählten Temperatur- und Druckbedingungen im wesentlichen abhängig von der für die Verdampfung des flüchtigen Umsetzungsprodukte« zur Verfugung stehenden Oberfläche des Resktionsgemisches, von der Wirksamkeit einer Rührvorrichtung, vom Wärmeübergang von den Apparatewandungen zum Reaktionsgemisch, der Wärmeleitung innerhalb des Reaktionsgemisches und der Duffusion des abgespaltenen flüchtiaen Reaktionsproduktes an die Oberfläche. Als ebenfalls bekannt wird zur Beschleunigling der Polykondcnsationsreaktion in dieser Vorveröffentlichung die Verwendung von Dünnschichtverdampfern angegeben. Nach der Lehre dieser Vorveröffcntlichung ist aber ein Dünnschichtverdampfer nur für die kontinuierliche Herstellung eines niedrig viskosen Vorkondensats durch Polykondensieren der Ausgangsstoffe aus der dünnen Schicht der Rcaktionsmasse einzusetzen. Die weitere Polykondensation zu Schmelzen hoher Viskosität hingegen soll in anderen üblichen, nicht nach dem Prinzip der Dünnschichtvcrdampfer arbeitenden Vorrichtungen erfolgen.

Wie dieser Vorvcröffcntlichung weiterhin zu entnehmen ist, werden als geeignete Ausgestaltungen von Dünnschichtverdampfern solche Konstruktionen an-Besehen, bei denen die Kessel vertikal, horizontal oder geneigt aufgestellt und innen mit rotierenden Ruhr- ^bzw· Wischvorrichtungen versehen sind. Diese Dünnschichtverdampfer sollen gegebenenfalls an verschiedenen Stellen auf unterschiedliche Temperatur gebracht werden können. So wird als vorteilhafte Maßnähme ausdrücklich erwähnt, die Temperatur von der Eingangsseite her ansteigen zulassen.

Im Gegensatz zu diesem bekannten Stand der Technik geht die Erfindung von einer mehrstufigen Anlage aus, bei der insbesondere fur die letzten Stufen Dünnschichtreaktoren eingesetzt werden. Eine solche Anlage und die dabei verwendeten Konstruktionen sind in der FR-PS 14 61 114 beschrieben bzw. dargestellt. Nach dem Beispiel 1, einer Anlage mit zwei Polykondensationsreaktoren, soll das Polykondensationsprodukt im ersten eine Temperatur von 25O⁰C und im zweiten eine solche von 272°C aufweisen. Nach Beispiel 2, einer Anlage mit drei Polykondensationsreaktoren, sind Produkttemperaturen von 250, 265 und 268⁰C vorgesehen.

Im Betrieb einer solchen Anlage haben sich jedoch Störungen gezeigt. Diese waren allein durch konstruktive Maßnahmen nicht zu beheben und insbesondere darauf zurückzuführen, daß sich im Kopf- oder Dombereich der Reaktoren feine Kristalle ansetzten, durch die sich im Laufe der Zeit stakalitenähnliche Gebilde aufbauten. Bei einer gewissen Größe lösten sich diese Gebilde entweder allein durch ihr Eigengewicht oder auch infolge der Verpackung und einer damit verbundenen geringeren Haftfähigkeit von den Reaktorwandungen.

Es wurde nun überraschend festgestellt, daß gemäß der Erfindung diese Störungen vermieden werden können, wenn bei den einzelnen Reaktoren jeweils der Sumpf auf 260 bis 320⁰C, der Zylinder auf 260 bis 320°C und der Dom auf 280 bis 35O°C erhitzt wird, wobei Sumpf, Zylinder und Dom der jeweiligen Reaktoren unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Die Temperaturen werden so gewählt, daß sich keinerlei Rückstände, sei es durch Sublimation oder Kondensation, oberhalb der Schmelze ansetzen.

Die erwähnten Kristalle würden sich nicht nur auf das Verfahren störend auswirken, sondern auch auf die Qualität des hergestellten Produktes. Wenn sie nämlich in die im Reaktor befindliche Schmelze gelanoen, zeigt sich durch diese Verunreinigung eine auffallende Veränderung. So würden z. B. die Fadenqualität eines synthetischen schmelzgesponnenen Fadens und die Farbeinheitlichkeit beeinträchtigt, insbesondere der Weißheitsgrad durch einen gelblichen Schimmer belastet. Außerdem lassen sich Störungen im Spinnprozeß auf verkrackte Produkte zurückführen, die in die Schmelze gelangen und dort nicht aufgelöst werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich bei Ausführungsformen der Erfindung ergeben, mehrere hintereinandergeschaltete Dünnschichtreaktoren einer Anlage in ihren Zylinderbereichen, beginnend mit 275°C, auf jeweils um 5⁰C gegenüber dem vorgehenden Reaktor höhere Temperatur zu beheizen. Die Temperaturen in den Dombereichen können gleich sein, auch bei unterschiedlichen Temperaturen in den Zylinderbereichen, um sicherzustellen, daß sich keinerlei Ansätze bilden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich in besonders einfacher und wirkungsvoller Weise derart ausbilden, daß für die Beheizung der Dombereiche aller Reaktoren ein

gemeinsamer Heizmittelkreislauf, der Sumpfbereiche der Dünnschichtreaktoren ein weiterer gemeinsamer Heizmittelkreislauf und der Zylinderbereiche der Dünnschichtreaktoren jeweils eigene Heizmittelkreislaufe vorgesehen sind.

Es besteht außerdem die Möglichkeit, für die Beheizung des die erste Stufe bildenden Reaktors für dessen Sumpfbereich denselben Heizmittelkreislauf vorzusehen, wie für seinen Zylinderbereich.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Dünnschichtreaktor im Schnitt,

F i g. 2 eine 4stufige Anlage mit dem Beheizungsschema für die einzelnen Reaktoren.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Dünnschichtreaktor 1 wird das Bis-(2-hydroxyäthyl)-terephthalat über die Leitung 5 eingetragen und mit den Wischblättern 3 unter gleichzeitiger Bildung einer dünnen Schicht auf der Innenseite des Reaktors 1 nach unten gefördert. Die Wischblätter 3 sind an Armen 2 angeordnet. Das kondensierte Produkt wird aus dem Stutzen 4 ausgetragen. Die bei der Kondensation frei werdenden Brüden verlassen den Reaktor durch den geneigten Brüdenabzugsstutzen 6. Der Doppelheizmantel des Reaktors ist in die Heizräume 7 (Sumpfbeheizung), 8 (Zylinderheizung) und 9 (Dombeheizung) aufgeteilt. Jeder dieser Heizräume ist mit Anschlußleitungen 10 bis 15 für die Zuführung bzw. den Auslaß des Heizmittels versehen.

Bei einer industriellen Polykondensationsanlage, wie sie in F i g. 2 schematisch dargestellt ist und in der mehrstufig gefahren wird, wird z. B. die 1. Stufe als ein normaler Verdampfungsapparat K₁ ausgebildet und bei den nachfolgenden Stufen K₂, K₃ und K₄ die DünnscViichttechnik angewandt. Für eine solche mehrstufige Anlage sind folgende sechs Heizmittelkreislaufe vorgesehen:

Heizmittelkreislauf Hl:
Arbeitsbereich: 280—35O⁰C

Heizmittelkreislauf Hl-Arbeitsbereich-240--270⁰C

Heizmittelkreislauf //3:
Arbeitsbereich: 260-320°C

Heizmittelkreislauf H4:
Arbeitsbereich: 260-320°C

Heizmittelkreislauf HS■
Arbeitsbereich: 260—320 C

Heizmittelkreislauf H6:
Arbeitsbereich: 260—320^cC

Dabei werden die Sumpfbereiche 7 der drei üünnschichtreaktoren K₂, K₃ und K₄ vom Heizmittelkreislauf H 3 gespeist, der vornehmlich auf 27O⁰C gehalten wird. An diesen Heizmittelkreislauf //3 sind auch die verbindenden Rohrleitungen angeschlossen. Die erste Stufe ist z. B. als einfacher, mit einem Doppelmantel zur Beheizung versehener Reaktor K₁ ausgebildet. Der Sumpf- und der Zylinderbereich 7 und 8 dieser Stufe werden von dem Heizmittelkreislauf Hl gespeist, der auf einer Temperatur von 260° C arbeitet. Für die Zylinderbereiche 8 der folgenden Dünnschichtreaktoren K₂, K₃ und K₄ sind die Heizmittelkreisläufe HA, H5 und H6 vorgesehen, die in dem Bereich von 260—320°C arbeiten. Eine besonders vorteilhafte Einstellung ergibt sich, wenn diese Reaktoren K_a bis K₄ — beginnend mit dem Reaktor K, — mit einer Zylindertemperatur von 275^GC beginnend jeweils pro Reaktor 5⁰C höhere Temperaturen in den einzelnen Zylinderbereichen 8 aufweisen.

ac Die Beheizung der Dombereiche 9 aller Reaktoren K₁ bis K₄ wird von dem Heizmittelkreislauf H1 übernommen, für den sich 32O°C Arbeitstemperatur als vorteilhaft herausgestellt hat.

Beispiel

Aus einer reinen, sich zur direkten Veresterung eignenden Terephthalsäure und Äthylenglykol wurde eine homogene Mischung hergestellt. Es wurden ein gesetzt:

Terephthalsäure zu Äthylenglykol in einem Molverhältnis 1:1,8.

Als Veresterungskatalysator diente Calciumazetat in einer Menge von 0,01 %, bezogen auf die eingesetzte Terephthalsäuremenge. Das entstehende Wasser sowie das ebenfalls austretende Äthylenglykol wurden über eine Kolonne abgetrennt und das Wasser abgetrieben.

Die Terephthalsäure / Äthylenglykol - Mischung wurde in einem Autoklav bei 2 atü und einer Tempe^{ratur von 230}°C ^unter ständigem Rühren innerhalb ^von ^ Stunden total verestert. Das gewonnene Glykol-Terephthalat hatte folgende Kennzeichen:

Freie Terephthalsäure 3,5%

Glvkoläther 2 3°/

Olykolatner i,i,₀

_Das Bis(2-hydroxyäthyl)-terephthalat wurde sodann _{Jo jn die} Polykondensationsanlage eingetragen und dort unter den in den Beispielen der FR-PS 14 61 114 angegebenen Bedingungen polykondensiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche·

1. Verfahren zur kontinuierlichen Polykondensation von Bis(2-hydroxyäthyl)-terephthalat mit stehend anaeordneten, hintereinandergeschalteten zylindrischen Dünnschichtreaktoren, auf deren Innenflächen das Bis(2-hydroxyäthyl)-terephthalat in dünner Schicht durch umlaufende Verteilerflügel abwärts gefördert wird, während die dabei frei werdenden Reaktionsprodukte oben am Kessel absesauct werden und das Endprodukt aus dem Boden des Kessels abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei den einzelnen Reaktoren jeweils der Sumpf auf 260 bis 32O⁰C, der Zylinder auf 260 bis 320⁰C und der Dom auf 280 bis 350^cC erhitzt wird, wobei Sumpf, Zylinder und Dom der ieweiüeen Reaktoren unterschiedliche Temperaturen aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch eekennzeichnet, daß die Dünnschichtreaktoren in ihren Zylinderbereichen (8), beginnend mit 275⁼C, auf je'weils um 5"C gegenüber dem vorhergehenden Reaktor höhere Temperaturen beheizt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beheizung der Dombereiche (9) aller Reaktoren ein Gemeinsamer Heizmittelkreislauf (//1), der Sumpf bereiche (7) der Dünnschichtreaktoren ein weiterer gemeinsamer Heizmittelkreislauf (/73) und der Zylinderbereiche (8) der Dünnschichtreaktoren jeweils eigene Heizmittelkreisläufe (//4, //5, H6) vorgesehen sind.