DE1745541A1

DE1745541A1 - Polykondensationsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE1745541A1
Application number: DE19671745541
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Manfred Dietze; Franz Hauer; Dipl-Ing Heinz Kuehne
Original assignee: Vickers Zimmer AG
Current assignee: Vickers Zimmer AG
Priority date: 1967-06-22
Filing date: 1967-06-22
Publication date: 1970-06-18
Also published as: FI47196B; NL6807858A; DE1745541B2; GB1233411A; CH512928A; ES352009A1; FR1572291A; CS172299B2; NL159415B; FI47196C; SE337926B

Description

Polykondenaationaverfahren und -Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung linearer Hochpolymere^» inabeeondere für die Weiterkondenaation von Vorkondensaten bei der Her-» stellung von Polyeetern, beiopieleweiee Polyäthylenterephthalat· .

Kontinuierlich arbeitende Verfahrett# bei welchen die polymere Reaktioneraaese den Reaktionabedingun^en in dünner Sohioht auegeeetat wird, sind bereite bekannt (DAS 1 .207 349i Spalte 2)· Hierbei let jedoch die Größe dee tiix die He&ktionewirkeamkeit

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entscheidenden Verhältnisses der Schichtoberfläche zinn Volumen der Reaktionsmasse durch die Größe der schichttragenden Reaktorflächen "begrenzt. Da diese Reaktorflächen häufig beheizte Metallwände sind, besteht bei den bekannten Verfahren die Notwendigkeit, die Schicht von den Reaktorflächen in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen mechanisch zu entfernen, um thermischen Abbau verursachende Überhitzungen der Reaktionsmasse zu vermeiden.

Pur die Durchführung diskontinuierlicher Polykondensationsverfahren sind Rührwerksautoklaven üblich, in denen die Reaktion in dicker Schicht erfolgt und daher neben anderen Nachteilen entsprechend lange dauert, weil die Freisetzung der Spaltprodukte, beispielsweise die Entfernung dampfförmigen Äthylenglykole bei der Herstellung von Polyäthylenterephthalat, aus der infolge kleinen Schiohtoberfläche/Volumen-Verhältnieses kompakten Reaktionsmasse sehr erschwert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Polykondensationsverfahren zu beseitigen, insbesondere ein Polykondensationsverfahren mit einem großen Schichtoberfläche/Volumen-Verhältnis zu erzielen, bei welchem Überhitzungen duroh übermäßige Wärmezufuhr vollkommen ausgeaoftkos-Ben sind und sich sowohl für die kontinuierliche als auch für dl· diskontinuierliche Herstellung linearer Polykondensate eignet.

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Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch,- daß die Reaktionsmasse mehrfach in freifallenden Schleiern durch den Reaktionsraum geführt wird. Durch dieses Verfahren wird eine im Verhältnis zum Volumen der Reaktionsmasse sehr große Oberfläche erreicht, weil die Schleier zwei gleich große Oberflächen besitzen, die das Ausdampfen freiwerdender Reaktionsprodukte, den Reaktionsablauf erheblich beschleunigend, in kurzer Zeit ermöglichen. Bei kontinuierlicher Verfahrensführung hat das den Vorteil einer Verkürzung der bislang erforderlichen Verweilzeiten der Reaktionsmasse unter den Reaktionsbedingungen und erlaubt außerdem eine bemerkenswerte Verkleinerung der Polykondensationapparate. Bei diskontinuierlicher Verfahrensführung erhöht sich infolge des beim erfindungsgemäßen Verfahren rascheren Reaktionsverlaufs die Chargenzahl des Polykondensationsapparates beträchtlich. Außerdem sind höhere Reaktionsgrade, z.B. höhere Intrinsic-Viskositäten, erreichbar, als mit den bisherigen diskontinuierlichen Verfahren. Da die Schleier sowohl bei kontinuierlicher als auch bei diskontinuierlicher Verfahrensführung nicht mit beheizten Metallwänden in Berührung kommen, entfällt die Gefahr der Überhitzung und die Notwendigkeit mechanischer Schichtentfernung vollständig.

Der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugte Polykondensationsreaktor geht nach dem Stande der Technik aus von einer Vorrichtung,bestehend aus einem liegenden be-

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heizten Behälter, darin mit Abstand voneinander angeordneten Trennwänden zur Bildung einer Mehrzahl von in Behälterachsrichtung hintereinanderliegenden miteinander kommunizierenden Reaktionszonen, in den Reaktionszonen vorgesehenen Rührelementen, einem Vorkondensateinlaß an einem Behälterende, einem Produktauslaß am anderen Behälterende, einem den Reaktionszonen gemeinsamen Dampfraum oberhalb der Trennwände und einer an den Dampfraum anschließenden Leitung zur Verbindung mit einer Vakuumquelle. Erfindungsgemäß sind bei einem. Reaktor dieser Gattung die Rührelemente etwa senkrecht angeordnete Ringscheiben, die mittels Speichen an einer gemeinsamen Rührwellenanoranung befestigt sind.

Die erfindungsgemäßen Rin_fascheibenrührer siehen ständig an ihnen haftende Reaktionsmasse aus den Sümpfen der einzelnen Reaktionszonen heraus, die von den Ringscheiben bei deren Rotation gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in Schleiern herabläuft, die ständig aus der in den Sümpfen befindlichen Reaktionsmasse heraus erneuert werden. Zugleich wird eine intensive Mischung der Teilchen unterschiedlichen Polykondensationsgrades in den einzelnen Reaktionszonen erreicht, die bei geringer dynamischer Zähigkeit der Reaktiionsmasse vorwiegend in den Sümpfen und mit zunehmender dynamischer Zähigkeit vorwiegend durch die Schleier selbst erfolgt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Ringscheiben, bzw. deren Drehzahl wird zur

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Erzielung der Schleierbildung so eingestellt_y daß die auf die Masseteilchen einwirkende Schwerkraft größer, ist, als die Summe aus Zentrifugalkraft und Reibungskräften. Mit während des Reaktionsablaufs steigender Viskosität der Reaktionsmasse wird daher vorteilhaft die Umfangsgeschwindigkeit der Ringscheiben verringert.

Weitere Erfindungsmerkmale sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele dargestellten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen?

Pig. 1 bis Fig. 16 in jeweils einem Längsschnitt und einem Querschnitt verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Pig. 17 bis Pig. 24 verschiedene Ausgestaltungen der die Reaktionszonen begrenzenden Srennwände,

Pig. 25 bis 28 einige Ausbildungsformen der Ringscheiben und

Pig. 29 in perspektivischer Darstellung eine einzelne Trennwand/Ringscheiben-Anordnung zur Demonstration der

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Hauptdurchflußwege für die Reaktionsmasse innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaues des erfincLungsgemäß en Polykondensationsreaktors wird zunächst auf die fig, 1 und 2 Bezug genommen. Der liegende Behälter 1 ist zweckmäßig ein doppelwandiger Zylinder mit doppelwandigen Böden 2, 3. Der Raum zwischen den beiden Wänden der Behälterteile stellt einen Heizmantel dar, durch den ein geeignetes dampfförmiges oder flüssiges Wärmeübertragungsmittel, z.B. Diphyl, fließt. Die Beheizung kann aber auch allein oder zusätzlich elektrisch durch Widerstandsheizbänder erfolgen, die um den Behälter 1 herumgeführt sind, der dann bei ausschließlicher Widerstandsbeheizung nicht doppelwandig ausgebildet werden muß. Andere bekannte feststehende Wärmestrahler zusätzlich oder aliein sind für die Beheizung ebenfalls geeignet. Die Beheizung kann auch so ausgelegt sein, daß zonenweise die Einstellung unterschiedlicher Temperaturen möglich ist, z.B. bei dem gezeigten Heizmantel durch Anordnung von Trennwänden zwischen den Behälterwänden zur Schaffung getrennter Heizkanmern. Der Behälter kann zur Montage- und Wartungserleichterung aus mehreren, vorzugsweise miteinander verflanschten Schüssen bestehen.

Im unteren Bereich des Behälters 1 sind die ortsfesten Trennwände 4 erkennbar, die in diesem Ausführungsbeispiel bis in die Behältermitte reichen. Der VorkondensateinlaS 5 mündet in die

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-ν 7 - ■

erste, von dem Boden 3 und der ersten Trennwand begrenzte, Eeaktioaszone ein und der Produktauslaß 6 schließt an die letzte,, von der letzten Trennwand und dem Boden 2 "begrenzte. Zone an® Koaxial mit der Benälter achse ist die Rührwellenanordnung 7 "/or-'gesehen, die vakuumdicht durch die Böden 2, 3 hindurchgeführt ist und außerhalb des Behälters in ortsfesten lagern 8, 9 drehbar gelagert und an ihrem Ende 10 zur Verbindung mit einem geeigneten drehenden Antrieb, z.B. einem Elektromotor mit Regelgetriebe (nicht gezeigt), ausgebildet ist. Der Behälter 1 ist mittels an ihm angebrachter Pratzen 11 (Hg. 2) ortsfest gelagert. Oberhalb der Trennwände 4 befindet sich der allen Reaktionszonen gemeinsame Daiapfraum 12 an den sich über Stutzen die Leitung zur Verbindung mit einer Vakuumquelle anschließt. An Produktauslaß 6 ist vorzugsweise ein Austragsorgan, z.B. eine Austragsschnecke (nicht gezeigt), angeflanscht. Der Durchfluß der Reaktionsmasse durch den Reaktor ist weiter unten beschrieben.

Auf der Rührwellenanordnung ? sind die Ringscheiben 14- über drehfest auf der Welle sitzende Haben 15 und Speichen 1.6 befestigt. Bei dem Ausführuniisbeispiel gemäß J?ig. 1, 2 ist in jeder Reaktionsζone mit Ausnahme der letzten eine Ringscheibe 14 vorgesehen. Pur den kontinuierlichen Betrieb bietet das Fehlen einer Ringscheibe in der Austragszone den Vorteil, daß sich in dieser Zone ein definiertes Niveau der Reaktionsmasse einstellt, das zur-Segelung oder Einstellung der Verweilzeit der Reaktionsmasse in dem Polykondensationsreaktor herangesogen werden kann.

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Bei Ohargenbetrieb kann es dagegen von Vorteil sein, auch in der Austragszone eine Ringscheibe vorzusehen, um auch hier eine Schieierbildung zu erzielen.

Insbesondere, wenn mit niedrigen Eingangsviskositäten des Vorkondensates gearbeitet wird, ist es von Vorteil, in den Reaktionszonen mit geringer Viskosität der Reaktionsmasse jeweils mehrere Ringscheiben H vorzusehen, um die Zahl der Schleier im Reaktionsraum und die Mischwirkung in den Sümpfen zu vergrößern. Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 und 4 sind in den drei ersten Reaktionszonen jeweils zwei Ringscheiben 14 angeordnet, während die beiden ersten Reaktionszonen der Vorrichtung entsprechend der Fig. 5 und 6 mit drei und deren zwei folgenden Reaktionszonen mit zwei Ringscheiben 14 ausgestattet sind. In den Reaktionszonen höherer Viskosität der Reaktionsmasse ist bei den Beispielen gemäß der Fig. 3 und 5 wiederum jeweils eine Ringscheibe vorgesehen.' Die Fig. 4 und 6 zeigen unterschiedliche und von derjenigen nach Fig. 2 abweichende Ausbildungen der Trennwände 4c und 4f, die unterhalb der Behältermitte enden und weiter unten noch näher erläutert sind. Während bei der Vorrichtung nach Fig. 3, 4 jede Ringscheibe an einer Nabe 15' befestigt ist, trä^t bei der Vorrichtung nach Fig. 5, 6 jede Nabe 15*' zwei bzw. drei Ringscheiben 14· Dabei ist es nicht erforderlich, jede Ring- · scheibe mittels Speichen an der Nabe 15*' zu befestigen; es genügt, wenn eine Scheioe mit Speichen versehen ist und' die anderen Scheiben an dieser Scheibe mittels Stegen (nicht gezeigt) befestigt sind.

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Bei den Vorrichtungsbeispielen der I¹Ig. 1 bis 6 drehen sich die Ringscheiben mit derselben Umfangsgeschwindigkeit, wobei auch trotz der in den einzelnen Reaktionszonen unterschiedlichen Viskosität der Reaktionsmasse im wesentlichen zusammenhängende Schleier an den einzelnen Ringscheiben gebildet werden. In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann aber auch eine Anpassung an die von Reaktionszone zu Reaktionszone zunehmende Viskosität der Reaktionsmasse dadurch erfolgen, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Ringscheiben mit zunehmender Viskosität geringer werdend eingestellt ist. Prinzipiell ist das entweder durch gestufte Drehzahlen oder durch gestufte Durchmesser der Ringscheiben oder auch durch eine Kombination beider Prinzipien möglich.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 7, 8 wird das Prinzip gestufter Drehzahlen verwendet, indem die Rührwellenanordnung 7' bei gleichen Ringscheibendurehmessern aus einer Welle 17 und dazu konzentrischen Hohlwellen 18, 19 besteht, die mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben sind. Hierbei ist das Lager 9^! der Rührwellenanordnung 7' innerhalb des Behälters vorgesehen, eine bauliche Maßnahme, die jedoch nicht zw^ingend erforderlich ist, vielmehr kann die Lageranordnung auch wie mit Bezug auf Fig. 1, 2 beschrieben getroffen sein. Grundsätzlich kann sich aber auch das der Antriebsseite abgelegene Lager bei allen Vorrichtungsmodifikationen innerhalb des Behälters befinden. Die Welle 17 und die Hohlwellen 18, 19 werden von einem .

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Elektromotor 20, über ein Regelgetriebe 21 und Stirnradpaare 22, 23» 24 unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse angetrieben.

Es ist ersichtlich, daß die Hohlwelle 19 die größte Drehzahl und die Welle 17 die kleinste Drehzahl erhält. Die Fig. 8, die den Schnittverlauf entsprechend der Linie VIII - VIII in Jig. 7 wiedergibt, zeigt die Verwendung, der Trennwandausbildung 4c.

Auch die Vorrichtung nach Fig. 11, 12 zeigt eine Lösung, bei welcher der Viskositätszunahme durch Drehzahlanpassung "bei gleichen Ringscheibendurchmessern Rechnung getragen wird. Hierbei besteht die Rührwellenanordnung 7¹' jedoch aus zwei koaxialen getrennten Wellen 25 und 26, die von beiden Bodenseiten her mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben werden, und zwar die Welle 25 mit höherer und die Welle 26 mit geringerer Drehzahl. Den Wellen ist jeweils ein äußeres Lager 8 bzw. 9 und ein gemeinsames inneres Lager 27 zugeordnet. Fig. 12 zeigt die Verwendung einer weiteren Trennwandvariante 4b.

Bei der Vorrichtung entsprechend Fig. 13» H ist das Prinzip der Umfangsgeschwindigkeitsstufung durch Durchmesserstufung der Ringscheiben dadurch verwirklicht, daß der doppelwandige Mantel des Behälters 1^f entsprechend der Durchmesserabnähme der Ringscheiben kegelstumpfförmig ist, wobei die untere Mantellinie zur Erzielung eines einheitlichen Durchflußniveaus waagerecht und die Rührwellenanordnung 7" ^f der Behälterachse folgend geneigt angeordnet ist. Die Ringscheiben sind mittels

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drehfester Kugelgelenke 28 an der Eührwelle befestigt und durch ortsfeste Führungselemente 29, die zweckmäßig die Ringscheiben gabelförmig umgreifen, senkrecht gehalten. Diese Vorrichtung bietet den Vorteil, daß mit nur einem Antrieb für die Rührwellenanordnung 7" ^f an jeder der Ringscheiben unterschiedliche Umfangsgesehweindigkeiten erzielt werden.

Dieser Vorteil kommt auch der nach Fig. 15, 16 modifizierten Vorrichtung zu, bei welcher die innere Wand des doppelwandigen Mantels des Behälters 1'' entsprechend der Durehmesserabnahme der Eingscheiben stufenförmig aus ZyIinderabschnitten 30 bis zusammengesetzt ausgebildet ist und die Trennwände, die ebenfalls durchmesser^estuft sind, an den Stufenübergängen angeordnet sind. Obwohl gezeichnet, ist zwischen den den Zylinderabschnitten 34 und 35 zugeordneten Eeaktionszonen eine Durchmesserstufung nicht erforderlich, so daß die Austragszone auch den Durchmesser des Zylinderabschnittes 34 aufweisen kann. Fig. 16, die wiederum die Verwendung von Trennwänden 4c erkennen läßt, folgt dem Schnittverlauf XVI - XVI in Fig. 15.

Wie die Fig. 17 bis 20 veranschaulichen, können die Trennwände 4a, 4b, 4c und 4d als Kreisabsciinitte mit waagerecht eingestellter Oberkante ausgebildet sein. In einer weiteren Ausbildung, die sich aus den Fig. 21 und 22 ergibt, sind die Trennwände 4e und 4f Kreisausschnitte. Schließlich, können auch volle Kreisscheibenals Trennwände 4g und 4ii dienen, wie sich aus den

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Fig, 23 und 24 ergibt. Die Trennwände 4a, 4d, 4e und 4f enden in der Behältermitte, die Trennwand 4b oberhalb dieser und die Trennwand 4c unterhalb der Behältermitte. In den beiden erstgenannten Fällen s ind in den Trennwänden Aussparungen 36 für den Rührwellendurchtritt vorgesehen. Entsprechende Aussparungen 36 sind auch bei Trennwänden 4g und 4h vorhanden, die außerdem noch in ihrem oberen Bereich Dampfdurchtrittsöffriungen 37 aufweisen. In allen Trennwänden 4a bis 4h ist ein Ausschnitt für den Produktdurchtritt vorgesehen, der mit Rücksicht auf die sich bei Ringscheibenrotation in Pfeilrichtung verlagernde Öumpfmasse etwas außermittig angeordnet ist. Um ein Leerlaufen der Vorrichtung zu ermöglichen, kann zusätzlich eine weitere in der Mitte angeordnete Durchtrittsöffnung 39 in jeder Trennwand vorhanden sein. Anstelle der Öffnungen 38, 39 kann auch, wie gestrichelt angedeutet, eine einzige Öffnung durch einen Kreisabschnitt vorgesehen sein.

Beeinflußbar durch die Wahl der Trennwände entstehen im wesentlichen drei Hauptdurchflußwege für die Reaktionsmasse im Reaktor, wie -anhand der Fig. 29 erläutert wird. Der Pfeil 40 kennzeichnet den V/eg durch die Ausschnitte 38, der Pfeil 41 den Weg über die Trennwände an der Seite hinweg, an welcher die Reaktionsmasse von den Ringscheiben hochgezogen wird und schließlich der Pfeil 42 den Weg längs der Rührwelle. Je nach Ausführung der Trennwände können bei kontinuierlichem Betrieb die Flüsse entlang der Rührwelle und über die Trennwände mehr oder weniger unterdrückt

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und somit ein definierter Querschnitt für den Durchfluß von Eeaktionszone zu Reaktionszone geschaffen werden. Die Größe der Öffnungen 38 und ggf. 39 bestimmt dann im wesentlichen bei vorgegebenem Durchsatz und Reaktionsverlauf den für die freie Strömung erforderlichen Druckverlust, damit den Füllinhalt der einzelnen Reaktionsζonen und letztlich die Verweilzeit. Es ist vorteilhaft, die Öffnungen 39 von Trennwand zu Trennwand in Richtung zunehmender Viskosität zu vergrößern.

Um die Regelung der Verweilzeit innerhalb eines größeren Bereichs wie beschrieben mit Hilfe des Niveaus in der letzten ungerührten Reaktionszone zu erreichen, ist es zweckmäßig, daß die Reaktionsmasse vorwiegend durch die Öffnungen 38 und ggf. strömt. Eine Regelung der Verweilzeit mittels der Ringscheibenumfangsgeschwindigkeit ist für kleinere Regelbereiche möglich und vorteilhaft. Beträchtliche-Änderungen des Füllinhaltes der einzelnen Reaktionszonen lassen sich durch Drehzahländerung innerhalb eines dynamischen Zähigkeitsbereiches zwischen etwa 0,5 und 50 000 Poise aber nicht erzielen, zumal die Drehzahlen auf die Schleierbildung Rücksicht nehmen müssen.

Bei den Trennwänden 4c in der Vorrichtung nach Fig. 15, 16, ■ die sich nur für die kontinuierliche Betriebsweise eignet, dürfen selbstverständlich keine Öffnungen 38, 39 vorgesehen sein, damit ein Transport der Reaktionsmasse längs der Pfeile 41, 42 (Fig. 29) die Behälterstufen aufwärts möglich ist.

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Die Pig. 25 bis 28 verdeutlichen, daß die Ringscheiben 14 mittels einer oder mehrerer Speichen 16 an der Nabe 15 bzw. 15^f bzw. 15^fl befestigt ist. Die Zahl von vier Speichen sollte mit Rücksicht auf die Beeinträchtigung der freien Schleierfläche nicht überschritten werden.

Pur das gewünschte Strömungs- und Reaktionsverhalten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es von Wichtigkeit (vgl. Pig. bis 28),

daß das Verhältnis der Ringbreite s der Ringscheiben zu dem inneren Behälterdurchmesser d 0,01 bis 0,2 beträgt,

daß das Verhältnis des Abstandes c zwischen der inneren Behälterwand und den Ringscheiben zu dem inneren Behälterdurchniesser d gleich oder größer 0,01 ist und

daß das Verhältnis des Trennwandabstandes b (vgl.-Pig. 3) zu dem inneren Behälterdurchmesser d 0,1 bis 0,4 beträgt.

Pur eine zweckmäßige Eingrenzung des Abstandes 1 (vgl. Pig. 3) zwischen den Ringscheiben einer Reaktionszone bzw. zwischen den Ringscheiben und den Trennwänden läßt sich angeben: 25 (mm) 5 1 (mm) ^S "ö (mm)

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Vorzugsweise bei hoher Viskosität kanu es vorteilhaft sein, daß die Rührwellenanordnung 7 exzentrisch zur Behälterachse angeordnet ist, wobei die Ringscheiben 14 im unteren Behälterbereich ihre größte Wandnähe erreichen. Eine derartige Anordnung ist aus den Fig· 9, 10 ersichtlich. In diesem Pail ist dafür Sorge getragen, daß der Dampfraum 12' oberhalb der Ringscheiben vorgesehen ist, so daß -vollkommen geschlossene Schleier nicht den ■ Dsuiipfraum an den Grenzen der Reaktionszonen unterbrechen können. Dieselbe Wirkung kann aber auch bei den vorangehend beschriebenen Vorrichtungen durch einen Dampfraum erreicht werden, der muldenförmig nach außen ausgebaucht sich oberhalb der Ringscheiben befindet und über die gesamte Behälterlänge durchgeht (nicht gezeigt). Der Dampfraum kann aber auch außerhalb des Behälters angeordnet sein, wobei er mit den einzelnen Reaktionszonen über Stutzen verbunden ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Polykondensationsreaktor hat sich überraschend gezeigt, daß besondere Vorkehrungen zur Zwangsförderung der Reaktionsmasse nicht erforderlich sind, um enge Verweilzeitspektren zu erhalten. Erfindüngsgemäß ausgebildete Reaktoren sind deher äußerst einfach in ihrer Gestaltung und erlauben die wirtschaftliche Herstellung hoher Produktqualitäten« Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsc-jemäßen Vorrichtung werden Verweilzeitspektren erhalten, die praktisch identisch sind mit denjenigen idealer Rührkaskaden.

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Das erfindungsgemäße Verfahren und die hier beschriebenen bevorzugten Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens ist bzw. sind breiter und allgemeiner Anwendung für Reaktionen in flüssiger Phase, die in einem Bereich dynamischer Zähigkeit zwischen etwa 0,5 und 50 000 Poise ablaufen, fähig.

Nachfolgend sind in Verfahrensbeispielen die Ergebnisse der erfindungsgemäß durchgeführten Polykondensation zur Herstellung von Polyäthylenterephthalat tabellarisch aufgeführt, wobei die Beispiele I, II und III kontinuierliche Verfahrensführung betreffen und die Beispiele IV und V sich auf diskontinuierliche Verfahrensführung beziehen. Beispiel IV betrifft einen Vergleichsversuch, der in einem üblichen Rührwerksautoklaven durchgeführt wurde.

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Beispiele I bis III

II

III

Durchsatz (leg/Tag) Katalysator

800

jAntimontriazetat

Katalysatorkonzentration (Gew. $, ' η bezogen auf Dimethyl- ' terephthalate ,

Reaktordurchmesser i d (mm) ;

Anzahl.der gerührten Zonen ,

700

Rührerform und -an-j 3 mal 2 Ringordnung

Trennwandtyp

Produkttemp. am
Auslaß ( C)

Druck (Torr)

mittlere Verweilzeit (h)

— 1

Drehzahl (min"' )

RührerUmfassungs-

geschwindigkeit

(m/sec)

Intrins i c-Visko s i-

tät *)

Eintritt

Intrinsic-Viskosi-

tät '*■)

Austritt

b/d - Verhältnis
s/d - Verhältnis
Speichenzahl

scheiben 2 mal 1 Ringscheibe

Pig.

285 0,8 5,0

0,18 0,24

0,8

0,21 0/114 4 1000 Antimontriazetat

0,04

700

mal 2 Ringischeiben mal 1 Ringscheibe

Pig.

284 1,6 2,0

20

0,72 0,15

0,5

0,21 0/114 4

6600

0,014

1300 8

mal 2 Ringscheiben mal 1 Ringscheibe

Pig.

273 2,5 1,6

10

0,67' 0,15

0,45

0,14 0,077 4

*) Meßmethode: Phenol/Tetrachloräthan-Lösungsmittelgemisch 2:3, 20 G, Ostwald-Viskosimeter

Während die Verfahrensbedingungen bei Beispiel I so eingestellt waren, daß am Reaktorauslaß kontinuierlich ein unmittelbar zu hochwertigen Fäden verspirmbares Produkt; ausgetragen wurde, waren die Bedingungen bei Beispiel II und III so ^-w'-ihrt, daß das Reaktorprodukt einer weiteren i-olykonaensa·.. ■; o: : i n^^rrtj ^v fen war ο

BAD ORIGINAL. Beispiel IV und Y

	IY	0,04	0,07	Y	6	von 12 auf 1 wäh rend der Reaktion abnehmend
Reaktortyp	stehender Rührkessel	670	350		7	7
Heaktordurchmesser (mm)	600	12	12	liegender Rührkessel nach 5¹Ig. 1, 2	0,88	>0,9
Rührertyp	Sρirairührer an vertikaler Welle	9,5	7,5	700
T emp eraturführung (⁰O)	in 3 h bis 275 dann ständig 275	0,65	0,74	Ringscheiben nach Pig. 1,2
Druckprogramm (Torr)	in 1 h bis 20 dann 0,2 bis 0,5		1,5 h bei 270, anschlie ßend 275
Katalysator	Antimontriazetat	1,5 h bis 20, dann 0,3 bis 0,8
Katalysatorkonzen tration (Gew. io)	0,04	Antimontriazetat
Schichthöhe der Reaktionsmasse (mm)	350	0,04
Rührerdrehzahl (min ~ )	12	267 (bei nicht einge schaltetem Rührer)
Reaktionszeit (h)	7	1
Intrinsic-Viskosität Austritt *)	0,69	7
0,7

*) Meßmethode: Lösungsmittelgemisch thenol/

Tetrachloräthan 2:3, 20 C, Ostwald-Viskosimeter

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Der Vergleich der Versuchsreihen unter IV taid Y zeigt, daß . das ■'erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung unter vergleichbaren Heaktionsbedingungen kürzere Verweilzeiten erfordert und zu wesentlich höheren Viskositäten führt.

- Ansprüche -

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Claims

I Belegexemplar!

J Darf nicht geani'-rt wsrde" >'

1. Polykondensationsverfahren für die Herstellung linearer Hochpolymerer, insbesondere für die Weiterkondensation von Vorkondensaten bei der Herstellung von Polyestern, bei welchem die Reaktionsmasse den Reaktionsbedingungen in dünner Schicht ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmasse mehrfach in freifallenden Schleiern durch den Reaktionsraum geführt wird ο

2. Vorrichtung zur'Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem liegenden beheizten Behälter, darin mit Abstand voneinander angeordneten Trennwänden zur Bildung einer Mehrzahl von in Behälterachsrichtung hintereinanderliegenden miteinander kommunizierenden Reaktionszonen, in den Reaktionszonen vorgesehenen Rührelementen, einem Vorkondensateinlaß an einem Behälterende, einem Produktauslaß am anderen Behälterende, einem den Reaktionszonen gemeinsamen Dampfraum oberhalb der Trennwände und einer an den Dampfraum anschließenden Leitung zur Verbindung mit einer Vakuumquelle, dadurch gekennzeichnet , daß die Rührelemente etwa senkrecht angeordnete Ringscheiben (14) sind, die mittels Speichen (16) an einer gemeinsamen Rührwellenanordnung (7) befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet.

daß der Behälter (1) ein doppelwandiger Zylinder mit doppel-

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wandigen Böden (2, 3) ist, durch welche die Rührwellenanordnung (7) koaxial mit der Behälterachse vakuumdicht hindurchgeführt ist*

4· "Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Ringbreite (s) der Ringscheiben (14) zu dem inneren Behälterdurchmesser (d) 0,01 bis 0,2 beträgt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstandes (c) zwischen der inneren Behälterwand und den Ringscheiben (14) zu dem inneren Behälterdurchmesser (d) gleich oder größer 0,01 ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Trennwandabstandes (b) zu dem inneren Behälterdurehmesser (d) 0,1 bis 0,4 beträgt.

7· Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reaktionszonen mit geringer Viskosität der Reaktionsmasse jeweils mehrere Ringscheiben (14) vorgesehen sind (Fig. 3 bis 6)ο

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Ringscheiben (14) mit zunehmender Viskosität der Reaktionsmasae geringer werdend

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XX

eingestellt ist.

9· Vorrichtung nach. An&prueh 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwellenanordnung (7¹) aus mehreren konzentrischen Wellen/Hohlwellen (17, 18, 19) -besteht, die mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben sind, derart, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Ringscheiben (H) von Reaktionszone zu Reaktionszone nach Maßgabe der Viskositätszunahme geringer wird (Pig.7,8).

10οVorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwellenanordnung (7¹¹) aus zwei koaxialen getrennten Wellen (25, 26) unterschiedlicher Antriebsdrehzahl besteht, die von beiden Bodenseiten her in den Behälter hineinreichen und mit getrennten Antrieben versehen sind (ffig· 11, 12)

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheiben (14) mit vom Einlaßende zum Auslaßende des Behälters hin abnehmenden Durchmessern ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelwandige Behältermantel entsprechend der Durchmesserabnahme der Ringscheiben (H) kegelstumpfförmig ist, wobei die untere Mantellinie des Behälters (1^l) waagerecht und die Rührwellenanordnung (7¹¹¹) der Behälterachse folgend geneigt angeordnet ist, während die Ringscheiben mittels drehfester Kugelgelenke (28) od. dgl. an der Rührwelle befestigt

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a*

sind und durch ortsfeste Führungselemente (29) etwa senkrecht gehalten sind (Fig. 15» 14)· ..

13· Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die innere Wand des doppelwandigen Behältermantels (1¹¹) entsprechend der Durchmesserabnahme der Ringscheinen (14) stufenförmig-aus Zylinderabschnitten (30 bis 35) zusammengesetzt ist und die Trennwände (4c) an den Stufenübergängen angeordnet sind (Fig. 15» 16).

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührwellenanordnung (7) exzentrisch zur Behälterachse angeordnet ist, wobei die Ringscheiben (14) im unteren Behälterbereich ihre größte Wandnähe erreichen . 9, 10). .

15· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 14,. dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Reaktioriszone, an welche der ProduMauslaß (6) angeschlossen ist, keine Ringscheibe aufweist. · ■

16, Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (4a bis 4d) als Kreisabschnitte mit waagerecht eingestellter Oberkante ausgebildet, g&f. mit Aussparungen (36) für den Rührwell eildurchtritt versehen und in ihrem unteren Bereich mit Produktdurchtrittsausschnitten (38, 39) ausgestattet sind (Fig. 17 bis 20).

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17· Vorrichtung nach, den Ansprüchen 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (4-e, 41') als» Kreisausschnitte ausgebildet, mit Aussparungen (36) für den Rührwellendurchtritt
versehen und in ihrem unteren bereich mit Produktdurchtrittsausschnitten (38, 39) ausgestattet sind (Fig. 21 und 22).

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (4g, 4h) als volle Kreisscheiben ausgebildet, in ihrem oberen Bereich mit Dampfdurchtrittsöffnung (37) sowie mit zentralen Rührwellendurchtritten (36)
versehen und ihrem unteren Bereich mit Produktdurchtrittsausschnitten (38, 39) ausgestaltet sind (Pig. 23 und 24).

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