DE1767216A1

DE1767216A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von Fluessigkeiten und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE1767216A1
Application number: DE19681767216
Authority: DE
Inventors: L Wu William C; Henze Edward Durand; Crawford Jack Ellis; Edwards Ralph W
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1967-04-13
Filing date: 1968-04-11
Publication date: 1971-08-12
Also published as: FR1573173A; GB1208074A; US3522214A; JPS4920629B1

Description

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEAAANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MONCHlN HAMIUIO TiLlPON. SSS47« MOO MÖNCHEN 15, 11. April Ij)OS TILIOIAMMEi KAIPATENT NUSiIAUMSTIAfIE 1«

Mobil Oil Corporation New vork, fl,γ. (V.St'.A.)

Vorrichtung zur kontinuierlichen Lehardlu/i^ von Flüssigkeiten und Verfahren dazu

Die Erfindung bezieht sieh auf die Behandlung vor. Flüssigkeiten und insbesondere zur Behandlung von Ilüssigkeiteu, wobei eine Wirkung eines gasförmigen Materials an der Gas/Plüs- M sigkeits-Grenzfläche vorhanden ist. Bei einer besondes bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Behandlung mit oder ohne Entfernung eines Gases von de.· Oberfläche einer viskosen Flüssigkeit in Betracht gezogen. Eine speziell bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft die kontinuierliche "Polykondensation von Polymerisaten niedriger Ordnung von Polyethylenterephthalat zu Produkten von hohem Molekulargewicht.

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Es. sind viele Arbeitsweisen und Arten von Vorrichtungen für das Inberührung/'bringen von Flüssigkeiten mit Gasen oder für die Entfernung von Gasen aus Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Erfolgen vorgeschlagen worden. Es ist verhältnismäßig einfach, gleichförmige Behandlungen dieser Art bei vielen Materialien zu erzielen, wobei jedoch gröiere Schwierigkeiten bei anderen Materialien auftreten, insbesondere

^ wenn die Behandlung eine rasche Entwicklung von Gasen oder Dämpfen aus einer Flüssigkeit von sich ändernder Viskosität unter unteratmosphärischen Drücken und bei hohen Temperatu- · ren, wie dies bei der Herstellung von Fasern und Materialien von Reifencordqualität von Polyethylenterephthalat mit einem hohen Molekulargewicht aus einem "Vorpolyroerisat" der Fall ist, umfaßt. Der hier verwendete Ausdruck Vorpolymerisat* beschrdbt Gemische von Polymerisaten geringer Größe oder von Olygomeren von Polyäthylenterephthalat, die häufig einige

fc Prozent an Monomerem Bis-(2-hydroxyäthyl)-terephthalat enthalten und einen mittleren Polymerisationsgrad im Bereich von etwa 2 bis 15 aufweisen. Es ist bekannt, daß bei derartigen Polykondensationsreaktionen eine gleichförmige Verweilzeit für alle Teile des Materials bei einer kontinuierlichen Produktion erwünscht und zweckmäßig ist und daß ein Zurückmischen afer ein Vermischen von Materialien mit niedrigem - Molekulargewicht mit Materialien von höherem Molekulargewicht

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unerwünscht 1st. Außerdem ist es bekannt, daß die Abgabe an in der Reaktion gebildetem Äthylenglykol durch das Freilegen einer gießen Oberfläche erleichtert wird, d.h. durch eine große Gas/Flüssigkeits-Grenzfläche der Heaktionsmischung, und außerdem durch das Ausführen der Reaktion in mehreren Zonen unter allmählich oder fortschreitend abnehmende:; unteratmosphärischen Drücken erleichtert wird.

i Eine große Vielzahl von Rühreinrichtungen einschließlich ~

Einschneckenpressen, sich drehender Spiral- oder Schraubenbänder, parallel anliegender Haspeln (adjoining parallel reels) und entgegengesetzt sich drehender miteinander kommender Schaufelräder eder ^ichaufelflügeln wurden für die Schaffung einer innigen Berührung zwischen Flüssigkeiten und Oasen in verschiedenen Arten von Gefäßen vorgeschlagen. In einigen Fällen wird eine Abstreif- ο<1·γ ...JflBchwlrkung erwähnt oder scheint bei Betrieb vorhanden au sein; es scheint jedoch nicht, daß irgendeine derartige Vorrichtung, ein« selbstrei- M nigende Wisch- oder Abstreifwirkung für alle Einrichtungsoberflächen, die der die Behandlung eingehenden Flüssigkeit ausgesetzt sind, ergibt.

FUt dl· Herstellung von Polyäthylenterephthalat von hohem Molekulargewicht aus Vorpolymerisat ist in der US Patentschrift 3 057 702 eine Vorrichtung zum Transport des reagierenden Materials beschrieben, die einen großen Ober-

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flächenbereich während der Reaktion mittels einer sich

über
drehenden Welle, die sich/einen gentgten Blymerisationsreaktor erstreckt und kurze unterbrochene oder abgesetzte Schneckengänge ader Abschnitte, durchsetzt mit Sieben, für die Unterteilung von großen Polymerisatagglomeraten trägt, erzeugt. Zur Vergrößerung der Oberflächenausbildung ohne Zunahme der Länge des Gefäßes ist angegeben, daß- das "Gefäß erweitert werden kann, um den Gebrauch von zwei derartigen sich drehenden Wellen mit miteinander kämmenden Sehneckenabschnitten zu erlauben, wobei jedoch kein Hinweis auf die Richtung der Drehung oder den Spielraum ocfer Zwischenraum zwischen den Schneckengängen enthalten ist. Gemäß dieser Patentschrift ist es auch in Betracht gezogen, den Reaktor in eine Mehrzahl von Abteilungen, die unter abnehmenden Drücken betrieben werden, mit Hilfe von Dämmen oder Wehren, die mit im Abstand angeordneten oberen Trennwänden oder Querwänden zusammenarbeiten, um Flüssigkeitsabdichtungen an den Enden der Abteilungen zu bilden, zu unterteilen. Dabei ist jedoch anscheinend der Unterschied im Druck zwi-

kleinen,

sehen benachbarten Abteilungen durch die'' mit diesen Flüssigkeitsabdichtungen erhältlichen Druckgefäfle stark begrenzt, wenn nicht ein Reaktor von übermäßiger Größe verwendet wird.

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Die Abwärtsneigung des Reaktors hält einen Fluß des Materials durch diesen aufrecht und die verschiedenen Schneckengänge sind demgemäß bei verschiedenen Tiefen in die Flüssigkeit, die im Bereich bis zu einir nahezu vollständigen Eintauchung darin liegen, eingetaucht.

Die US-Patentschrift 2 758 915 beschreibt etwa einen ähnlichen Reaktor, bei welchem gegensinnig sich drehende mit-

einander in Eingriff stehende, flache, feste Scheiben als Rühreinrichtung vorgesehen sind, deren Abstand zwischen benachbarten Scheiben von etwa 15,87 bis 28,57 mm (5/8"bis 1 1/8" zunimmt, um eine große freigelegte Oberfläche zu bilden und ' auch eine gewisse Pumpwirkung auszuüben. Obgleich die Scheiben in-der Zeichnung dieser Patentschrift am oberen Ende ala sich nach auswärts drehend dargestellt sind, ist darin nicht angegeben, daß dadurch irgendein Yorteil gegenüber einer gegensinnigen Einwärtsdrehung erzielt wird. Es wird dabei eine Neigung des viskoseren polymeren Materials zum Anhaften an den Oberflächen der festen 'Scheiben beobachtet, durch welche eine wiederholte Aussetzung oder Freilegung des gleichen polymeren Materials erhalten wird, und es ist darin vorgeschlagen, diese Schwierigkeit durch das Anbringen einer Reihe von mit offenen ip.eicb.en versehenen Rädern oder Gittern zwischen den Schi?i"ben auf den sich drehenden Wellen zu überwinden. Bei aufwärts gegen das Abgabeende geneigten

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Reaktoren 1st angegeben, daß eine Anzahl von kurzen Abschnitten von miteinander kämmenden oder im Eingriff stehenden Schnecken in mehreren Stellungen entlang der parallelen Wellen angebracht werden kann, um die Pumpwirkung zu verbessern, wobei Jedoch der Zwischenraum zwischen derartigen Schneokengängen nicht angegeben ist. _ Gemäß der.Erfindung werden ein kontinuierliches Ver-

W «

fahren und eine Vorrichtung für die Behandlung einer Flüssigkeit, die eine Wirkung eines gasförmigen Materials an der Gas/FlüSBlgkelts-Orenzfläche umfaßt, geschaffen, wobei die Flüssigkeit bei einer geeigneten Behandlungstemperatur In dem Dampfraum einer begrenzten Zone in *orm einer dünnen Schicht von geregelter maximaler Dicke auf den auswärts und entgegengesetzt sich drehenden oberen Oberflächen eines Paare« von im wesentlichen waagerechten parallelen eng miteinander in Eingriff stehenden Sohnecken kontinuierlich verteilt und freigelegt oder ausgesetzt wird und die Flüssig- lceit durch dl· Zone bei einen vorbestimmten Auaaaö dureh dl· öegendrehung der genannten Schnecken, dl« teilweise in die Flüssigkeit bis auf eine Tiefe eingetaucht sind, die lra wesentlichen den Radius der Schnecken nicht übersteigt, kontinuierlich gefördert wird.

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Weitere Gesichtspunkte der Erfindung betreffen deren besondere Anwendung bei der kontinuierlichen Polymerisation von flüssigen Materialien, die verdampfbare oder gasförmige Materialien während der Polymerisation erzeugen, insbesondere von hochviekosen polymerisierenden Materialien, und eine spezifische Ausführungsffcrm der Erfindung umfaßt die Anwendung auf die Polykondensation von niederen Polymerisaten von PSlyäthylenterephthalat zu Polymerisaten von hofeem M₀Iekulargewicht.

Weitere Merkmale der Erfindung' umfassen die Aufrechterhaltung des F»|- oder Eingriffzwlschenrauraes (nip clearence) zwischen den im Eingriff stehenden Schneckengängen bei ausreichend kleinem Ausmaß, um die maximale Dicke der darauf verteilten Flüssigkeitsschicht zu regeln, das Aussetzen von im wesentSiehen allen inrichtungsoberfla'ehen, die mit der viskosen Flüssigkeit in Berührung sind, an eine kontinuierliche Wischwirkung, die Anordnung von begrenzenden Wänden und Daapfräumen mit Bezug auf die Schnecken, die Schaffung einer Mehrzahl von aufeinander folgenden Reaktionsionen und die Welse,- in welcher das flüssige Material zwischen den Zonen übergeführt oder abgegeben wird, wobei gasdichte Abdichtungen beibehalten werden.

Der hier verwendete Ausdruck "Bissigkeit" bezeichnet allgemein nicht nur normalerweise flüssige Materialien sondern

umfaßt auch halbfeste und feste Materialien (beispielsweise einer plastischen Beschaffenheit oder von Kunst stoff na tür), die zum Fließen bei erhöhten Temperaturen unter beaehtliehen Drücken fähig sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Dreikammerreaktor, wobei der Längsschnitt auf Linie 1-1 von Fig. 2 genommen wurde.

Fig. 2 zeigt eine iiuerschnittsansicht des gleichen Reaktors auf der Ebene der Line 2-2 von Fig. 1.

Die Figuren sind teilweise schematisch, wobei Teile abgenommen sind und das gebräuchliche Zubehör weggelassen wurde, um eine größere Klarheit zu erhalten.

Mit Bezug auf Fig. I ist ersichtlich, daß der Reaktor in drei getrennte Reaktionszonen, nämlich eine Anfangsreaktionskammer 10, eine Zwischenkäufer 12 und eine Endkammer 14, unterteilt ist. Die oberen Teile dieser Kammern enthalten Darapfräume, die innerhalb der Hauben oder Dachteile 16, 18 bzw. 20 eingeschlossen sind, wobei deren untere Wände 22, 24 bzw. 26 sich überlappende Zwillingslaufbuchsenabschnitte

(twin barrel sections) sind, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Alle drei Kammern sind nahezu vollständig von einem Mantel 2δ umgeben, durch welchen ein flüssiges

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oder dampfförmiges Heiz- oder Kühlmedium , beispielsweise ein.heißes Wärmeübertragungsmittel, aus einem Gemisch von Diphenyl und Diphenyloxid (Dowtherm), zur Jfcgelung der Temperatur In den Reaktionszonen im Umlauf geführt werden kann. Dieser Heizmantel ist zweckmKflfe mit Hilfe von Trennwänden 30 und 32 in drei Zonen unterteilt. Einlaßverbindungen 34, 36 und 38 sind für die Zuführung der Wärmeaustauschflüseigkeiten bei gleicher oder bei verschiedenen Tanpera* türen Jeweils vorgesehen und die·· Flüssigkeiten können durch «1· obere» AnsohlÜsse 40, Λ2 bzw. 44 abgezogen werden. Die atrömnngeriehtung kann auoh umgekehrt sein« wenn kondensieren-» de DSapf» als indirekte Ülraeauetausohaiediajs zur Anwendung gelang·»·

Das Vorpolyraeriiat oder «iß« andere Flüssigkeit, die der Behandlung unterzogen werden eoll, wird durch eine Zufuhrleitung 46 auf die ersten Gänge (flights) der nachstehend beschriebenen Schneeken geführt und das Produkt wird durch eine öffnung 48 (schematisch dargestellt) in der Endplatte 50, die entfernbar am Ende dee Reaktors angebracht ist, abgezogen. Die Kammern sind mit getrennten Qasübertragungsleitungen 52, 54 bzw. 56 versehen, die mit deren Dampftfäumen in Verbindung stehen. Bei Anwendung derselben für die Entfernung eines kondensierbaren Dampfes ist es zweckmäßig und erwünscht, daß diese Leitungen nach abwärts von den Dempfhauben- oder -dachteilen 16 usw. weg geneigt sind.

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um jegliches Kondensat au3 der Reaktionskamner abzuziehen. wie dies in Fig. 2 gezeigt ist· überdies 1st es zweckmäßig und erwünscht, entweder diese Leitungen stark zu isolieren oder noch besser sie mit Heizxaänteln zu umgeben« und zwar in jedem Fall ,wenn sie ein Material führen, das zu einer Verfestigung darin nach dem Kondensieren neigt*

Zwei gegensinnig sieh drehende miteinander im £ir<_. stehende Schnecken 58 und 60 erstrecken sich praktisch ν her die gesamte Länge des Reaktors durch die Laufbuobsenabschnitte 22, 2k und 26, dl· am oberen Ende offen sind ur.d auch durch die am Umfang vorhandenen laufbucheenabschnitte oder Durohgangswege 62, 6$ und 66. Jede Schnecke umfaßt eine Welle, die eine Mehrzahl von Schneckengänge aufweisenden Abschnitten trägt, die sich mit der Welle drehen und sich über die gesamte Länge des Reaktors erstrecken. Diese Schnecken können als Integrale Einheiten durch Bearbeitung von ElnzelstUcken aus Stangenausgangsmaterlalien von geeigneten Durchmesser gebilfet sein. Vorzugswelse werden Jedoch die nachstehend beschriebenen verschiedenen Schneckenabschnitte getrennt oder einzeln aus getrennten Längen von dickwandigen zylindrischen Ausgangsmaterialien mit einer Bohrung, die derjenigen der Schneckenwälle ent-

spricht, hergestellt, worauf diese Schneckengänge (flight«) auf der Welle mit Hilfe von Vorsprüngen oder Splinten,

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die in Keilnuten in der Welle und in die Schneckengänge eingreifen, starr befestigt verden. Die Instandhaltung und Ausbesserung sind dabei sowohl leichter und einfacher als auch billiger, wenn Schnecken mit einem zusammengesetzten Aufbau zur Anwendung gelangen.

So umfaßt eine Schnecke 53 eine Welle 68, die drei verteilende Gewindeabschnitte 70 trägt, die sich jeweils über die Länge der Reaktionskammer, in welcher der Abschnitt ™ angeordnet ist, erstrecken, und ein tiefes V-Profil von verhältnismäßig geringer Teilung oder achsparallelen Abstand der Oewindegänge oder Oanghöhe zwischen den einzelnen Schneekengängen oder Gewindegängen aufweisen, wobei zwei abdiohteode Schneckenabeobnitte J2 von gleichen Durchmesser und gleicher tiefe, jedoch mit einer ausgeprägt kleineren Teilung, in den geschlossenen laufbuchse η oder Durchgängen 62 und 64 und ein Abgabeabschnitt von Schneekengängen 74 in dem geschlossenen Abgabeabschnitt der Laufbuchse 66 M

angeordnet sind. Die Teilung der Abgabeschneckengänge 74 ist ebenfalls beträchtlich kleiner als diejenige der Schneckengänge 70, wobei jedoch deren Außendurchmesser und Tiefe der Auskehlungen gewöhnlich gleich bleiben.

Die Schnecke 58 wird zweckmäßig an vier Stellen in der Längsrichtung des Reaktors 76 getragen, der eine Stopfbüchse 76 einschließt, die an einem von dem Beschickungsende der

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Vorrichtung vorstehenden Kragen 78 befestigt ist, wobei zwei Lager 80 an den Tragringen 82 in jedem der geschlosse-

sen
nen Iaufbucii/lurchgänge 62 bzw. 64 und ein weiteres Lager öl an der Endplatte 50 angebracht sind. Es ist in Betracht gezogen, daß das Äußere der Stopfbüchse 76 innerhalb eines Vakuummantels eingeschlossen sein kann, um jegliche Möglichkeit zum Durchtreten der Atmosphäre in die Reaktionskammer 10 in tien Fällen, bei welchen diese Kammer unter einem hohen Vakuum betrüben wird,auszuschalten. ·

Die Lagertragringe Ö2 weisen einen durchbrochenen Aufbau auf und sie sind entfernbar oder lösbar an dl· Doppellaufbuchsenabschnitte 62 und 64 In einer Weise angebracht, daß ein Drehen der Ringe mit den Wellen verhindert wird. Jedoch wird durch die eine oder mehrere Öffnungen (nicht gezeigt) von beschränkter Größe in Jedem der ringförmigen Tragringe 82 eine beträchtlich geringere Querschnittsfläche als die Enden der Schrauben- oder Schneckengänge für den Durchgang der die Behandlung eingehenden Flüssigkeit geschaffen. Daher wirken diese Ringe als Öffnungsplatten und erzeugen einen Widerstand gegenüber dem Strömen, der die Flüssigkeit in den Durchgängen 62 und 64 zurückleitet, wobei die Durchgänge den gesamten nicht im Eingriff stehenden Umfang der Schneckenabschnitte J2 mit einem sehr geringen Spiel- oder Zwischenraum einschließen. Durch diese Wirkung wirden zumindest mehrere der einzelnen Gänge der Paare von Schnecken-

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abschnitten 72, die den Ringen 82 benachbart sind, mit der Flüssigkeit gefüllt und dadurch wird eine dynamische Flüssigkeitsabdichtung gegen den Durchgang von Gasen und Dämpfen zwischen den drei Reaktionskammern selbst unter dem/ Einfluß eines beachtlichen Unterschieds im statischen Druck geschaffen, wobei das Fließen der Flüssigkeit von einer Kammer zu der nächsten ermöglicht ist.

Die Schnecke 58 #ird von einer Einrichtung mit einem ^ Regelgetriebe 84, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, angetrieben und diese Einrichtung kann typischerweise einen Elektromotor mit einer regelbaren Geschwindigkeitsübertragung und einem Reduktionsgetriebe für das Drehen der Welle 68 bei Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 1 bis U/min oder darüber umfassen. Die Schnecke ist mit einem linksgängigen Gewinde versehen und dreht sich in Richtung des Uhrzeigersinnes bei Betrachtung vom Beschickungsende der Vorrichtung, wie in Fig. 2 gezeigt, (d.h. bei Betrachtung Jj in der Bewegungsrichtung des flüssigen Materials durch die Vorrichtung), um kontinuierlich das die Behandlung eingehende Material von links nach rechts in dem in Flg. 1 gezeigten Reaktor zu fördern.

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Die andere Schned© 60 ist in jeder Hinsicht der Schnecke 58 ähnlich, außer daß sie mit'einein rchts-. gängigen Gewinde ausgestattet ist und entgeger^esetzi; zum Uhrzeigersinn bei Betrachtung in .Fig. 2 mit der gleichen Geschwindigkeit durch ein geeignetes Getriebe innerhalb des Antriebsmechanismus 84 gedreht wird.Jeder Abschnitt des Schneckengewindes auf der Schnecke 58

W besitzt ein dazu passendes Gegenstück von gleichen durchmesser, Profil, Länge, Lage und mit gleichen Trag- oder Stützeinrichtungen und mit gleicher Drehgeschv;indi3keit; jedoch von entgegengesetzter Gewindeausrichtung auf der Schnecke 60 . Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist , trägt die Welle 86 der Schnecke 60 einen Gewindeabschnitt 88, dar in tiefem * '. und in dichtem Eingriff mit dem Gewindeabschnitt 7o auf der anderen Schnecke zusammenarbeitet. Dieses Zusammenarbeiten oder Eingreifen der Schneckengänge

* erstreckt sich von einem unteren funkt sehr nahe zu der Kante oder der Erhöhung 9o der Bodenwand des Zwillingslaufbuchsenabschnittes bis zu einer Stelle in Nähe der Höhe der nach unten vorstehenden Rippe oder Laufschiene des eingeschlossen Laufbuchsenabschnittes 62 und der SP^alt oder minimale Spielraum zwischen den Schneckengängen liegt in der Ebene, die eich durch die Achsen der beiden

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Schnecken 68 und 86 erstreckt. Die Vorrichtung ist mit einem geeignetem Klemm- oder Spaltspielraum zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Schneckengiüigen ausgestattet, der für das jeweilige Verfahren und die zu behandelnde Flüssigkeit angemessen ist. Bei der Polykondensation von Polyäthylenterephthalatvorpolyraerisat wurden gute Ergebnisse bei einem Spiel oder Zwischenraum von etwa

1·' "
1,53? mm (T^ ) zwischen den Schneckengängen bei allen mit- Jjj

eiraader in Eingriff stehenden Abschnitten erhalten, der die freigelegte oder ausgesetzte FlüssigkeitsCilmdicke auf ein Maximum zwischen etwa o,794 und 1,587 mm (1/32"und 1/16 ") in Abhängigkeit von der Neigung zum Auspressen von

Klemm

satzlichem Material nach oben durch den'spalt oder Zwischenraum der Gänge hindurch begrenzt, wobei die neigung zum Auspressen nach oben wahrscheinlich von derartigen Faktoren wie der Drehgeschwindigkeit der Schnecken und dem Ausmaß und der Viskosität der Flüssigkeit beeinflußt wird.

Der Spielraum zwischen sofc liehen Schneckengängen und den Laufbuchsenabschnitten, die diese teilweise oder vollständig umgeben, wird vorzugsweise möglichst klein gehalten (z.B. typischer Weise innernalb eines Bereiches von etwa o,o25 bis 0,508 mm (ο,οοΐ bis op2o ")), um eine kräftige Abstreif- oder '"'ischwirkung zu erhalten und im wesentlichen

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ein Zurückfließen und eine Stockung der Flüssigkeit während der Behandlung auszuschalten.

Die kleinen Spalt- und Lauf'buchsenzwisdhanräume oder -Spielräume sind ein wichtiges Merkmal der Erfindung, da dadurch gewährleis"tet wird, daß im wesentlichen alle Einrichtungsoberflachen, die mit der Flüssigkeit in Berührung stehen, kontinuierlich einer Wisc&oder Abstreifwirkung unterworfen werden, die irgendeine signifikante Ansammlung und Stockung des vorliegenden Materials verhindert.

Die Schneckenwellen 68 und 86 sind zueinander parallel in einer im wesentlichen waagrechten Ebene ausgerichtet. Obgleich ein Ende der Vorrichtung etwas erhöht oder gesenkt sein kann, um die Schnecken etwas zu neigen, ist bei dieser Ausfuhrungsform gewöhnlich kein Vorteil vorhanden und eine ausreichende Neigung, um den Flüssigkeitsspiegel auf oberhalb der Schneckenachsen über irgendeine beachtliche Länge der Verteilunesschneckengänge in den Reaktionskamme γη. zu heben, ist im allgemeinen unerwünscht. Obgleich es in Betracht gezogen wird, daß die beiden Schnecken in der Weise angeordnet werden, daß ihre Wellen in .Richtung zu dem Abgabeende der Vorrichtung etwas konvergieren oder divergieren, um einen abnehmenden oder zunehmenden Spielraum zwischen den Schneckengängen bei der Vorwärtsbewegung des zu behandelnden Materials durch die ßeakUonszonen zu schaffen,

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wird ausserdem angenommen, daß irgendwelche dadurch gewonEnan Vorteile selten, falls überhaupt, die beim Aufbau und bei der Instandhaltung eines derartigen Reaktors auftretenden zusätzlichen Kostän rechtfertigen würden.

Es ist außerdem in Betracht gezogen, daß unterschiedliche Spiel - oder Zwischenräume zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Schneckenwellen in verschiedenen -R^aktionskammern zur Anwendung gelangen können, wobei man jedes Paar von Sehneckengewindeabschnitten 7ο und 88 auf verschiedene Abmessungen bearbeitet, um Plüssigkeits-.schichten von unterschiedlicher Dicke in den verschiedenen · Kammern freizulegen. Jedoch wird dieses Merkmal böi den meisten Anwendungen nicht als notwendig erachtet und es kann außerdem zu weiteren Komplikationen führen, da da_ durch verschiedene Durchmesser für den Laufbuchsenabschnitt in jeder .Reaktionszone erforderlich werden und der Zusammenbau und das •auseinandernehmen der Vorrichtung erschwert wird.

Eine wesentliche Fläche der Schneifeen gänge in Nähe ihrer in Zusammenarbeit stehenden Verbindungs - oder Klemmstelle ist an den Dampf raum über die volle -Länge von jeder .Reaktionskammer ausgesetzt. Wie in J¹Xg. 2 gezeigt, ist dabei ein Kreisquadrant von j ader Schnecke in dem Bereich ausgesetzt,

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ier sich von der Verbindung 9^- der Wände des Dampfdach- oder Dampfhaubenteils 16 und der Laufbuchse 22 auf einer Seite abwärts zu den Spalt oder der Klemmstelle in der Ebene der Schneckenachsen und bis zu der Verbindungsstelle 96 des Dachteils und der Laufbuchse auf der anderen Seite erstreckt. Es ist ersichtlich, daß die Weite der Haube 16 vergrößert oder verkleinert werden kann, um die Bedürfnisse eines j egglichen besonderen Verfahrens in der Abmessung der Vorrichtung zu erfüllen, wodurch der Abstand zwischen den Verbindungsstellen 94 und 96 und die Weite der so in diesem Dampfraum freigelegten Schneckenabschnitte vergrößert oder verkleinert werden.

Bei Betrieb der spezifischen Ausfüimngsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung in Verbindung mit den Hauptmerkmalen des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein flüssiges oder gasförmiges Wärmeaustauschmedium in die Einlaßanschlüsse 34, 36 und 38 des Mantels 2B eingeführt, um jede der drei Kammern 1o, 12 imd 14 auf die gewünschte Tfeaperatur zubringen und das gegenläufige Drehen bei der gewählten Geschwindigkeit der Schnecken 58 und 6o wird durch Betätigung des Antriebsmechanismus 84 begonnen. Eine Saugkraft wird an die Einlaßanschlüsse bzw. Abgabe anschlüsse 52, 54· und 56 unter Anwendung von geeigneten Einrichtungen wie Vakuum-

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pumpen oder Dampf strahlabzügen (Steam jet eductors) (nicht gezeigt) angelegt, wobei diese Einrichtungen getrennt betätigt werden können öder mit/einander verbunden sein können. Erforderlichenfalls werden die Reaktionskammern mit einem inerten Gas durchgespült, beispielsweise mit Stickstoff, das durch Einlaßanschlüsse (nicht gezeigt) eingeführt wird. Wenn die Behandlung einer flüssigkeit nLt einem Gas oder mit Dampf erwünscht ist, kann andererseits das Behandlungsgas durch die Gasüberführungsleitungen 52, 54- und 56 eingeführt werden. Schließlich wird ein Strom der zu behandelnden Flüssigkeit durch den Einlaßanschluß 4-6 in die .Reaktionskammer 1o bei einem geeigneten Strömungsausßmaß eingeführt. Im allgemeinen ist es zweckmäßig und erwünscht, diesen Strom und die Geschwindigkeit der Schnecken in der Weise zu regeln, daß der Flüssigkeitsspiegel in den Reaktionskammern nicht über die Achsen der Schnecken 58 und 60 steigt, um die Vorteile der B_ehandlungsarbeitsweise gemäß dec Erfindung mit Bezug auf die Aussetzung von lediglich einer dünnen Schicht oder einem dünnen Mim von geregelter Dicke der Flüssigkeit an die Dampfräume vollständig zu erhalten. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, den Einlaß 4-6 unterhalb der Schnelöcen anzuordnen.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird aufeinanderfolgend durch die drei Kammern durch das Drehen der Schnecken ge-

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fördert, die gleichzeitig auch einen dünnen Film der Flüssigkeit an dem Bodenteil des Dampfraums aussetzen. Da sich jede der Schnaken durch einen Flüssigkeitsteich am Bodenteil des Laufbuchsenabschnittes 22 dreht,nimmt sie eine Schicht von Flüssigkeit von ungeregelter Dicke auf, die beträchtlich in ihrer Dicke in Abhängigkeit hauptsächlich von der Viskosität der Flüssigkeit in diesem Augenblick unter φ den vorherrschenden Bedingungen variiert. Jedoch kann beim Erreichen der Klemmstelle der miteinander in Singriff stehenden Schneckengänge der kleine KIe mm Zwischenraum zwischen den Schneckengängen eine positive Regel- oder Steuerwirkung ausüben, bei welcher die maximale Dicke des Films oder der Schicht von Flüssigkeit auf den Schneckengängen, die aus der Klemmstelle herauskommen, in der vorstehend beschriebenen Weise beschränkt wird. -

Bei Flüssigkeiten von beachtlicher Viskosität führt das Zusammenarbeiten oder das Eingreifen ineinander auch zu einer Wisch- oder Reibwirkung, die eine kontinuierliche Erneuerung oder Änderung der an den Dampfraum freigelegten Flüssigkeitsoberfläche ergibt. Diese Cberülächenerneuerung ist im Hinblick auf die Erleichterung dein. Abgabe von Gas oder Dampf aus viskosen Flüssigkeiten sehr widhtig, da diese Entwicklung überwiegend auf einem Oberflächeneffekt beruht

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und dabei viskose -Flüssigkeiten eine beachtliche Neigung zur Beibehaltung der gleichen Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche selbst während eines beträchtlichen Rührens bestäht, wenn ■ keine Wisch- oder Abstreifwirkung zur Anwendung gelangt. Es ist auch zu beachten, daß der enge Klemmeingriff eine sich wiederholende Wischwirkung um das gesamte Profil von jedem Schneckengang oder jedem Gewinde einschließlich dem Fuß- oder Bodenteil von sämtlichen Auskehlungen oder ' Einkerbungen liefert, die zusammen mit dem Wischen oder Abstreifen des Umfangs der Schneckengänge oder-gewinde im wesentlichen entlang des gesamten Wandbereichs der Iaufbuchsen eine ununterbrochene Reinigung von im wesentlichen allen Yorrichtungsoberflächen, die mit der viskosen Flüssigkeit in Berührung stehen, ergibt» Demgemäß ist eine wesent·*· liche Ansammlung von Ablagerungen von ruhendem Material mit einer dadurch bedingten Verschlechterung in dön physikalischen Eigenschaften und/oder der Farbe des Produktes in wirksamer Weise eingeschaltet. Überdies besteht keine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Verstopfung der Vorrichtung und v«h Betriebsstörungen oder -Unterbrechungen für ReparaturarteLten und Reinigung sind auf ein Minimum zurückgeführt.

Wenn jeder.Teil der Flüssigkeit das Ende der anfänglichen

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Abschnitte 70 und 88 des Verteilun^sschneckengewindes erreicht und in den vollständig eingeschlossenen Durchgang 62 gelang, wird er dann durch den Schneckengewindeabschnitt 72 von wesentlich geringerer Teilung und mit einem rechtsgängigen Eingriffgöwinde (mating right hand flight) gefördert. Wie vorstehend beschrieben, werden wenigstens mehrere Schnaken - oder Gewindegänge von diesen Schneckenabschnitten geringer Teilung vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt, und somit eine dynamische Abdichtung gegenüber einem Dampflecken während des Pumpens der Flüssigkeit durch den Laufbuchsenabschnitt 62 in die Kammer 12 durch Öffnungen (nicht gezeigt) in den Zwillingslagerträgern 82 geschaffen. Obgleich ein ähcLicher Effekjrinit Schneckengewinden von gleicher Teilung wie die Verteilungssehneckengange erhalten werden kann, üben Gewindegänge mit niedrigerer Teilung eine größere Pump#irkung, die häufig bevorzugt wird, aus. Somit wird in dem Durchgang 62 und den mit Flüssigkeit gefüllten Schneckengängen das Durchtreten von gasförmigem Material zwischen den Kämmen 1o und 12 verhindert,auch wenn diese Kanrarn unter wesentlich verschiedenen statischen Dampfdrücken arbeiten, während jedoch das flüssige Material stetig durch den Durchgang 62 bei einem konst rten Strömungsausmaß gepumpt wird.

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Eine ähnliche dynamische Flüssigkeitsabdichtung wird in dem Durchgang 64 aufrechterhalten, um irgendein wesentliches Gas- oder Dampflecken zu verhindern, auch wenn die Reaktionskammer 14- bei einem wesentlich verschiedenen Druck von demjenigen der Kammer 12 gehalten wirst. DHe Verteilungsabschnitte der Schneckengänge 7o und vollziehen die gleichen Wirkungen einer Förderung der Flüssigkeiten und einer Verteilung derselben in Form g|

eines dünnen Films in Qeder der verschiedenen Reaktionskammern. Eine Regelung der Dicke des verteilten Filmes auf den oben liegenden Oberflächen des Sclmeckenganges wird fortgesetzt, selbst wenn eine große Zunahme in der Viskosität vorhanden ist, wie dies bei polymerisierenden Flüssigkeiten häufig der Fall ist. Durch eine derartige Regelung der Dicke des freigelegten oder ausgesetzten Flüssigkeitsfilmes durch sämtliche Reaktionskammern hindurch werden ein Aufschäumen und Brausen, was üblicher Weise mit der Abgabe von gasförmigem Material aus viskosen ™ Flüssigkeiten verbunden ist, vermieden oder wenigstens auf ein Minimum herabgesetzt. Ein überschüssiges Schäumen führt zu einem Mitfeissen von übermäßigen Mengen an Flüssigkeit, die entweder verloren geht,oder unter zusätzlichen ' K_osten gewonnen wird. Überdies besteht eine große Wahrscheinlichkeit, daß das in dem Dapf mitgerissene oder sub-

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linderte polymere Material die Dampfabzugsleitungen und die Rückgewinnungseinrichtung mit festen Ablagerungen verstopft.

Die Behandlungsflüesigkeit wird aus dem Reaktor durch den vollständig eingeschlossenen Laufbuchsenabschnitt 66 mit Hilfe des Schneckenabschnittes 74 und eines im Eingriff stehenden rechtsgängigen Schneckenabschnittes auf der Verbindungswelle 86 abgegeben, die das Produkt durch die Öffnung 48 preßt, die zweckmäßig etwas oberhalb von dem Laufbuchsengrad oder der Laufbuchsenerhebung 9o anstatt ii}där in Fig. 1 schematisch gezeigten Stelle ange bracht sein.kann. Da für das Ausstoßen des Produktes durch die kleine Abgabeöffnung 48 ein beträchtlich höherer Druck als für die Förderung der Flüssigkeit durch den Reaktor erforderlich ist,werden vorzugsweise häufig Schneckengänge von rechteckigem Profil innerhalb des Laufbuchsenabschnittes insbesondere für die Handhabung von Flüssigkeiten hoher Viskosität angewendet. Bei der Herstellung von Polyethylenterephthalat von Faser- oder Reifencordqualität kann es erwünscht sein, an den Abgabeauslaß 48 eine positive Verdrängungspumpe beispielsweise eine Präz,isionsgetriebepumpe anzuschließen, um einen stetigen Durchfluß hierdurch aufrechtzuerhalten. Wenn nicht ein stetiges und geeignetes Abgabeausmaß beibehalten wird, neigt die Produktflüssigkeit

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zum ärücklaufen in die Reaktionskammer Ή und zum Überfluten der oberen Oberflächen der Schnecken darin, wobei dies, wie vorstehend ausgeführt ist, unerwünscht ist, da dadurch die erwünschte Wirkung der miteinander in Eingriff stehenden Schnecken bezüglich der Verteilung oder Ausbreitung einer ebenen gleichförmigen Schicht von geregelter Dicke auf den Oberen Oberflächen der Schnecken zunichte gemacht wird. W

Aus den vorstehenden Ausführungen ist es für den Fachmann ersichtlich, daß das Verfahren gemäß der Erfindung zu überlegenen Ergebnissen bei cfer Verteilung oddr Ausbreitung einer Schicht aus einer Flüssigkeit von geregelter Dicke an der deft Dampfräumen ausgesetzten Grenzfläche führt, wobei verhältnismäßig geringfügige Schwankungen in der Filmdicke vorhanden sind, welbst wenn sehr große Änderungen in der Viskosität während der Reaktion auftreten; ferner wird gemäß der Erfindung erreicht, daß im wesentlichen ' - M sämtliche der mit der Flüssigkeit in Berührung stehenden OberXlächen einer konstanten Abstreif- oder Wischwirkung unterworfen werden und daß ein Rückmischen im wesentlichen ausgeschaltet wird. Derartige Ergebnisse sind mit Schnecken_f die sich in gleicher Richtung drehen, oder mit Schnecken, deren obere Oberflächen einwärts gegeneinander anstatt auswärts wie gemäß der Erfindung sich drehen, nicht erhältlich.

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Außerdem erstrecken sich die Schnecken gemäß der Erfindung über die Gesamtlänge der Reaktionskammern, wobei sie sowohl eine Verteilungs- als auch eine Förderfunktion in gleichbleibender stetiger Weise ausführen, anstatt lediglich kurze Schnecken- oder Gewindeabschnitte für die Ausübung einer gelegentlichen Pumpwirkung aufzuweisen.

Die Eigenschaften und Merkmale der verschiedenen

™ . Schneckengewinde sind einer beträchtlichen Änderung unterworfen. Im allgemeinen können die Verteilung-s- und Förder-

7o
scnneckenteile und die Abdichtungs- und Pumpschneckenteile

72 und 74- irgendein Gewindeprofil beispielsweise ein V-förmiges oder rechteckiges Profil aufweisen, das einen scharfkantigen Rand in großer Nähe zu den Wänden der umgebenden Laufbuchsenabschnitte trägt, um ein Rückfließen und Anhaften von viskoäer Flüssigkeit an den Laufbuchsenwänden auf ein Minimum zurückzuführen oder auszuschalten. Ge- ^ wohnlich wird ein Profil in Form eines kurz vor einem scharfen Punkt endigenden Vs für die Verteilungsschneckengänge 7o und für ein letöhtes Pumpen in den eingeschlossenen Gewindegängen 72 bevorzugt während ein gleich tiefes rechteckiges Profil für die in dem Abgabegewindeabschnitt 74 verlange stärkere Pumpwirkung häufig besser ist. Tiefgängige Nuten oder Hohlkehlen sind für die Schaffung von einer maximalen Oberflächenaussetzung oder Freilegung der Flüssigkeit in

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Kombination mit einer maximalen Produktionskapazität erwünscht und die Tiefe derselben kann sbh auf etwa die Hälfte oder mehr des Gewindegangradias'in vielen Fällen belaufen. Im allgemeinen ist die Teilung ode£ die Ganghöhe der Verteilungsgewindegänge zweckmäßig verhältnismäßig klein beispielsweise -etwa 5 bis 25 % des maximalen Schneckendurchmessers. Die Teilung von jedem der Abdichtungs- und Pumpgewindegänge ist in vielen Fällen vor-

' ■ ■ ■ ■■■ ■ . ■ . ■ ■. ■ . ■■. ■ ■ ■■ .. . ■; -■ Λ zugsweise noch kleiner und liegt gewöhnlich innerhalb des ^ Bereichs von etwa 3 bis 15 % des Schneckendurchmessers, um . die Pumpwirkumg durch den mesjchnischen Vorteil der verringerten Ganghöhe oder Teilung zu erhöhen.

Der Klemmspielraum- oder. Zwischenraum zwischen den miteinander/in Eingriff stehenden Scrmeckengängenkann für verschiedene Arbeitsweisen und Flüssigkeiten wesentlich variieren, wobei es jedoch in allgemeinen erwünscht ist, einen im wesentlichen gleichförmigen - SpejLlraum __ oder Zwischenraum um das gesamte Profil des Gewindes oder der ja

Schneckengänge zu haben. Es ist in Betracht gezogen, daß dieser Zwischenraum so läein wie o,25 mn ( o,o1 ") oder selbst noch geringer bei der Behandlung von einigen Flüssigkeiten geringer Viskosität ist und eine Größe von ·, etwa5,o8 mm (o,2") oder darüber aufweist, wenn Flüssigkeiten mit übermäßig hohen Viskositäten behandelt werden.

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Bei aaderen Ausfiihrungsformen gemäß der Erfindung kann der Reaktor eine einzige Reaktionszone enthalten oder in 2,4 oder noch mehr Zonen unterteilt werden. Überdies kann es in einigen Fällen erwünscht sein, getrennte Reaktoren dieser Art zu verwenden, die in Reihe bei einem Folgeverfahren zur Erzielung einer größeren Beweglichkeit und Anpassungsfähigkeit angeordnet sind. Die letztere Anordnung erlaubt die Anwendung einer verschiedenen Schneckengeschwindigkeit in jedem Reaktor und auch verschiedene Schneckengrößen-,überdies wird dabei das übziehen von Proben von Zwischenprodukten zwischen ddn Reaktionszonen zur Begutachtung und zur Analyse erleichtert.

Eine besondere Ausfühcungsform der Erfindung mit Bezug auf die Polykondensation wird nachstehend anhand des folgenden Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Sine Vorpolymerisatbeschickung für das Polykondensationsverfahren wird hergestellt, indem man ein Gemischvon Äthylenglykol und Terephthalsäure in einem molaren Verhältnis von 1,5 : 1, daä außerdem o,28 % Diisopropylamin und o,o5 % Antimontrioxyd (bezogen auf das Gewicht von Terephthalsäure) als Katalysatoren enthält, umsetzt. Diese direkte Veresterung wird unter angemessenem

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Rühren in einem geschlossenen Gefäß bei einer Tempesatur von 265⁰C (5o9 F) unter einem. Druck von etwa 7,o3 atü (1oo während 24 Minuten und dann bei etwa 1,41 atü (2o psig) während iSer nächsten 15 Minuten ausgeführt und schließlich wird der Druck auf 1oo mm Hg absolut mit einer Temperaturerhöhung auf etwa 28o°C (536°) während 15 Minuten oder darüber vermindert. Während der ersten Stufen wird das bei der Umsetzung gebildete Wasser in Dampfform entfernt und flj

nicht umgesetztes Glykol wird als Kopfprodukt in den Endstufen abgeführt.

Das sich ergebande Polyathylenterephthalatvörpolymerisat enthält noch das Antimontrioxyd, das ein guter PoIykondensationskatalysator ist, und besitzt eine Viskosität von 4 Poise bei 282 C (54o°F) und eine grundmolare Viskosität (I.V.) von o,18, gemessen in einer verdünnten Lösun-g in einer Mischung von gleichen Gewichten von Phenol und Tetrachloräthan bei 25 C. Ber geschätzte Polymerisations- _M

grad dieses Materials ist 8 und daher enthalten dessen Polyme^isatketten von geringer Größe durchschnittlich etwa 8 sich wiederholände Terephthalsäurereste, die durch einfache Glykoloxygruppen verbunden sind und auf Hydroxyäthylreste enden, wobei gegebenenfall^einige GOOH-Endgruppen vorhanden sind.

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Andererseits kann die Beschickung aus einem ähnlichen Polyäthylenterephthalatvorpolymieiisat bestehen, da§ bei . der Umesterung von Dimethylterephthalat mit üthylenglykol erhalten wurde . Jedoch wird im allgemeinen das über die direkte Veresterung von Terephthalsäure mit Glykol erhaltene Vorpolymerisat als Beschickung bevorzugt, da dieses bei höheren Ausmaßen während des Polykondensations-Verfahrens kondensiert und Produkte von wesentlich höherem Molekulargewicht erhältlich sind, als dies bei einem Ausgangsmaterial, das auf dem Umesterungswege hergestellt worden ist, erhältlich sind5 es kann theoretisch angenommen werden, daß der Unterschied in der .Reaktivität insbesondere in den späteren Stufen der Polykondensation auf die Anwesenheit von einigen reaktionsfähigen Carboxy!resten bei der ersteren Beschickung und von einigen verhältnismäßig reaktionsträgen Methylendgruppen in der letzteren Beschickung zurückzuführen ist.

Bei der Herstellung eines Polyäthylenterephthalats von Faser^ualität in einem Zweistufen_Polykondensationsverfahren wird ein Reaktor mit eine? Innenlänge von etwa 224· cm (88 ") verwendet, der dem in Fig, 1 dargestellten mit der Abänderung ähnlich ist, daß die mittlere Reaktionskammer 12 und die Zwillingslaufbuchsendurchführung 64- weg-

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gelassen sind. Das Polyäthylenterephthalatvorpolymerisat mit den vorstehend angegebenen Viskositätseigenschaften wird in einem Ausmaß von 15,6 kg(3o lbs.) je Stunde durch den Linlaßanschluß 4-6 zu den Schnecken 58 und 6ο in der ersten Kammer 1o des Beakt^ors eingeführt. Sämtliche der Schneckengewindeabschititte · in dem Reaktor besitzen maximale oder Außendurchmesser und Fußdurchmesser von 17,78 bzw. 8,89 cm (7 und 3,5 ") mit KlemmstellenzwischEnräumen von

etwa 1,587 mm (1/16^H) und sie drehen sich mit einer kon- ™

stanten Geschwindigkeit von 12 U/Min. Die Verteilungsgewindeabschnitte 7o und die iumpgewindeabschnitte 72 sind mit etwas stumpfen V-förmigen Gewindeprofilen mit Ganghöhen von etwa 2,24- cm bzw. o,889 cm (o,88 bzw. o,35") während der Abgabeschneckenabschnitt 7^· Schneckengänge von rechte-ckisem Profil und eine Teilung von 1,4-2 cm (o,56") aufweist. Die Gesamtverweilzeit für den Durchgang des polymerisierendenMaterials durch den Reaktor wird auf 35 Minuten geschätzt und der gesamte Reaktor wird bei M

einer Temperatur von etwa 282⁰C (54-O⁰F) mittels eines im Umlauf gehaltenen geeigneten heißen flüssigen Heizmediums durch die Heizmäntel gehalten.

Es wird kein wesentlicher Teich von der eiiteführten flüssigen Beschickung oberhalb der miteinander in Eingriff-

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stehenden Schnecken in Kammer 10 gebildet, während die Auswärts- und entgegengesetzte Drehung von diesen Schnecken rasch

Jf"¹
den giifiten Teil der lüssigkeit über die Schneckenwellen 63 bzw. 86 unter Bildung eines Teiches innerhalb der unteren Sektoren der Schneckengänge und am Boden des Laufbuchsenabschnittes 22 trägt. Dieses innerhalb der unteren Teile der Schneckengänge enthaltende Material wird stetig entlang der etwa 68,6 cm (27 inch) langen ersten Kammer vorwärtsbewjgt, während die sich kontinuierlich ändernden ^ilme der Flüssigkeit aufwärts durch die Klemmstelle der Schnecken getragen und am Bodenteil des Dampfraumes in der Haube Io ausgesetzt werden, wobei ein äsoluter Druck von 5 nun Hg darin unter Anwendung einer Saugkraft auf die ÜberfUhrungsleitung 52 für die Entfernung des aus den ausgesetzten flüssigen Filmen auf den oberen Schneckenoberflächen freigegebenen Äthylenglykoldampfes aufrechterhalten wird. Anfänglich können die Filme der Flüssigkeit in dem oberen Sektor von jedem Schneckengang £ dünner als etwa 0,794 mm (l/j52 inch) sein, uncjaies ist erwünscht, da dadurch ein Schäumen oder Aufbrausen in den ersten Stufen der Polykondensation, wobei die Entwicklung von Ä'thylenglykoldampf sehr rasch ist, auf ein Minimum zurückgeführt wird. In Jedem Fall ist eine fortschreitende und beachtliche Zunahme in der Viskosität der Flüssigkeit während dee

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Fortachreitens der Polymerisation vorhanden und der Klemmspalt von etwa 1,587 mm (1/16 inch) Spielraum der Schnecken übt bald eine einschränkende Wirkung auf die sich verdickende Flüssigkeit aus, die den Film in jedem Schneckengang, der aus dem zusammenarbeitenden Eingriff austritt, auf eine maximale Dicke im Bereich von etwa 0,794 bis 1,587 mm'U/32 bis 1/16 inch) begrenzt.

Nach einer wesentlichen Kondensation wird die polymerisierende Flüssigkeit durch den etwa 14 cm (5,5 inch) langen Durchgang durch die Schneckenabschnitte darin direkt in die etwa 119 cm lange Bndreaktionskammer 14 bei dieser Ausführungsform gemäß der Erfindung gepumpt, Beim Eintreten ti die Kammer I^ durch die öffnungen in den ^agerstützen (bearing supports) 82 wird dl# viskos« Flüssigkeit erneut in Form einer dünnen Schicht ▼on geregelter maximaler Dicke auf den Verteilungsabachnitten 70 der gegensinnig sich drehenden Schnecken ausgebreitet und weiter polymerisiert, während sie einer konstanten Reib- oder Wischwirkung und einer kontinuierlichen Erneuerung der auege«*· legten oder ausgesetzten Filmoberflächen unterworfen ist. ■k'in niedriger unteratmosphärischer Druck von 0,5 nun Hg ist in der Endreaktionszone aufrechterhalten und es wird mehr Atjhylenglykol aus des polymeren Material freigegeben und durch die Dampfabgabeleitung 56, die mit einer geeigneten Vakuuaquelle

■ . . st· ■ . .

verbunden 1st, abgezogen. Mit der Zeit erreicht die Reaktion«-

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mischung den etwa 22,86 cm (9 inch) langen Zwillingslaufbüchsenabschnitt 66, wobei sie eine außerordentlich viskose polymere Schmelze geworden ist. Der Schneckenabschnitt 74 und dessen Gegenstück pumpen dieses Produkt durch den geschlossenen Laufbuchsenabsehnitt 66 und den Abgabekanal in eine damit in Verbindung stehende Getriebepumpe (nicht gezeigt), die die Schmelze durch eine Strangpreßform oder Spritzform zu einer Pelletiervorrichtung (nicht gezeigt) pre^t.

Auf dem Weg durch den Reaktor ist' der· Spiegel der poly.r.erisierenden Flüssigkeit unterhalb der Aehr.en der Schnecken ix. der Kammer 10. Jedoch sind die geschlossener, Laufbu-ihöenaD-schnitte 62 und 66 einschließlich der Nuten oder Hohlkehlen in den Schneckengängen darin im wesentlichen vollständig mit dem polymerisierenden Material gefüllt.

Das polymere Produkt besitzt eine gute Farbe und ein hohes Molekulargewicht, das für die Herstellung von Textilfasern oder -fäden geeignet ist. Es besitzt eine Viskosität von 2200 Poise bei etwa 232°C (54O°F), eine grundmolare Viskosität (I.V.) von 0,71, einefEV (Hnumströmur.gsgeschwindigiceit) von 0,8, einen Schmelzpunkt von etwa 125ö°C (25O⁰F) und ein Molekulargewicht von etwa 20 000. Der Diäthylenglykolgehalt dieses Materials ist 1,6 %, bezogen auf aen Gesair.tglykolgehalt, und sein Säureäqudvalent ist 22. Der Verlust an Vorpolyraerisat während der PolylBondensationsreaktlon beläuft sich auf Möglich 0,5 Jf des Gewichts der Beschickung.

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Im Hinblick auf die auffallende Wirksamkeit, die gemäß der Erfindung bei der Handhabung von viskosen Materialien mit Viskositäten oberhalb etwa 100 Ppise erzielt wird, insbesondere wenn die Viskositäten Indwertevim 10 000 Poise oder darüber, gemessen bei Reaktionstemperatur, erreichen, wobei Vorsorge für eine geregelte /Aussetzung von aehr gro ten-FiLImflachen von geregelter Dicke zusammen mit dem Fortsetzen der Änderung des Materials an der Oberflüche der Filme getroffen .-M wird, bestehen gewisse Vorteile bei Anwendung einfacherer bekannter Kondensationsarbeitsweisen in den ersten iieaktionsstufen uid-Vervolls-tJtdigung der Polykondensation in einer einzigen Reaktionszone in Übereinstimmung mit der Arbeitsweise gemäß der Erfindung.Beispielsweise wird dabei das Vorpolymerisat des vorhergehenden Polykondensatiorisbeispiels zuerst nacheinander in drei geschlossenen senkrechten zylindrischen Reaktionsgefäßen, die in Reihe angeordnet sind und mit verhältnismäßig großen Dampfräumen, wirksamen gebräuchlichen Rühr-

■■■■.■ . ■■ ■ ' ; ' . :. ä

werken und Heizeinrichtungen ausgestattet sind, umgesetzt. ^

Diese Gefäße sind jeweils auf etwa 282°C (54O°F) erhitzt und bei einem abBsluten Druck von 20 mm in de»· ersten Crtfttfi, 10 ram in dem zweiten Gefäß und 5 mm Hg in dem dritten Gefäß gehalten, wobei der Äthylenglykoldampf als Kopfprodukt abgenommen wird. Die Verweilzeiten sind so eingestellt, um das , Vorpolymerisat ausreichend zu kondensieren, um dessen grundmola*

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Viskosität (I.V.) von 0,18 huf 0,^8 zu erhöhen. Dieses Zwischenkondensationsprodukt mit einer Viskosität von etv/a 120 Poise bei 282⁰C (5²K)⁰F)' und einem Polymerisationsgrad in der Größenordnung von 46 wird dann in einen Doppelschneckenreaktor mit einer einzigen Reaktionskammer eingeführt, unidie Polykondensation wird vervollständigt, um. ein Polyethylenterephthalat produkt von Faserqualität ähnlich demjenigen des vorstehenden Beispiels unter den gleichen Reaktionsbediii£un_ber. (z.3. 0,5 nun absoluter Druck, usw.) in einer einzigen üeaktionszone mit dergleichen Abmessungen,wie vorstehend für die Endreaktions-■ kammer 14 in dem vorstehend angegebenen Beispiel angegeben, zu bilden.

Bei der Kondensationspolymerisation von Pclyathylenterephthalatvorpolymerisat bewirkt der abnehmende unteratmosphärische Reaktionsdruck sowohl eine Zunahme des Reaktionsausmaßes als auch des Polymerisattnolekulargewichts im Gleichgewicht. Der abnehmende unteratmosphärische Reaktionsdruck erzeugt jedoch auch einen beträchtlichen Verlust an Beschickung als Kopf produkt infolge der Verflüchtigung, eines Sehäumens/ind

en

Mitreißens der Beschickung mit den damit verbunden/Schwierigkeiten, die sich aus der Verfestigung des polymeren Materials in den Vakuumleitungen und dem Kondensatgewinnungssjrstem ergeben.< Verluste aufgrund eines Mitreißens und Schäumens sind beson- · [·

de»s ausgeprägt, wenn ein Teich des Materials von beachtlicher '■

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Tiefe an ein hohes Vakuum ausgesetzt wird. Außerdem ist das Ausmaß der katalytischen Polykondensation von diesem Vorpolymerisat eine Funktion des Ausmaßes der Polymedsatoberflächenerneuerung oder der Änderung in der Oberfläche der ausgesetzten polymerisleranden Flüssigkeit sowie der Verweilzeit, Temperatur, des Druckes und der Katalysatorkonzentration, überdies führen die wesentlichen Unterschiede in den Verweilzeiten von ■ M einzelnen Polymerisatmolekülen, dioubllcherwelse bei kontinuierlichen Polymerisationsverfahren infolge eiies Hückmischens und Stockens auftreten, häufig zu etier wesentlichen Verschlech-* terung des Polymerisats, wie dies aus einem übermäßigen Säureäquivalent,, der eohleehten Farbe und den schlechten physikalischen Eigenschaften ersichtlich ist.

Sin Überlegenes Produkt 1st zusammen mit der Ausschaltung oder Rückführung auf ein Minimum von derartigen Schwierigkeiten gemäß der Erfindung durch Polykondensation von dieeea Vor- * polymerisat bei hohen Reaktionsausnaßen mit gleichförmigen Verweilzeiten erhältlich, wobei das polymerisierend© Material in

unter "orm eines dünnen Filmes von geregelter Dicke und/Auesetzen von großen Oberflächen davon unter wiederholter Änderung des Materials an der Filmoberfläche,während das polymerisierend« Material durch einen Reaktor bei einem konstanten Ausmaß gefördert wird, verteilt wird. Verbesserungen bezüglich der Arbeitsweise und Ergebnisse sind besonders bei Arbeitsweisen -

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unter hohem Vakuum ersichtlich, insbesondere wenn in den Endphasen der Polykondensation oder Polymerisation außerordentlich viskose Materialien vorhanden sind. Überdies sind das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung aufgrund der verbesserten Abdlchtungsmerkraale von sich aus für Mehrstufenarbeitsgänge geeignet,die ein Polymerisieren von Olygomeren von niedrigem Molekulargewicht unter einem mäßigen Vakuum mit damit bedingter Erniedrigung, in der Verdampfbarkeit

an oder Verflüchtigbarkeit vor der Aussetzung/ein hohes Vakuum

ermöglichen, wodurch Materialverluste verringert werden.

Bei der Polykondensation von Polyäthylenterephthaifcvorpolymerisat sind typische Reaktionstemperaturen zwischen etwa 240 und 380°C, wobei ein Bereich von etwa 270 bis 29O⁰C gewöhnlich bevorzugt wird. FUr eine Arbeltsweise mit einer einzigen Druckstift unter Anwendung der Arbeitswelse gemäß der Erfindung soll der absolute Druck zweckmäßig innerhalb des Bereichs von etwa 0,1 bis 2 mn Hg liegen. Bei einem zweistufigen Verfahren sind ein Anfangsdruck zwischen etwa 1 und 20 mm und ein tieferer Enddruck im Bereich von etwa 0,1 bis 2 mm im allgemeinen geeignet. Für dreistufige Arbeitswelsen kann die Anfangszone bei einem Druck zwischen etwa 30 und J500 ram, die Zwischenzone bei etwa 1 bis 20 mm und die Endmone bei einem noch niedrigeren Druck in dem Bereich von 0,1 bis 2 mn gehalten werden«

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BeI einen konstanten Dureheatzausraaß wurden beachtliche Zunahmen in der grundraolaren Viskosität desPolyäthylenterephthaletproduktes durch eine'Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Schnecken erhalten, was darauf hinweist, daß der Hauptteil der Polykondensationsreaktion an der PolymerisatoberflMche stattfindet und daß die Oberflächenaussetzung während der Reaktion eine kritische Variable darstellt. Oemäi der Erfindung wird ein verbessertes physikalisches Verfahren und es werden ^ verbesserte Mittel oder Einrichtungen zur Steuerung des PoIykcndensationsausmaßes durch Regelung der Ausmaßes der Oberflächenaussetzung und deren Erneuerung bei der selektiven Er- , zeugung von Produkten mit den gewünschten physikalischen Eigenschaften geschaffen.

Bei niedrigen Schneckengeschwindigkeiten (z.B. unterhalb etwa 12 ü/ain) sind das Oberflächenaussetzungsausmaß und die Verweilzelt des Polymerisats in den Reaktor beide Funktionen der Schneckengeschwindigkeit und können nicht unabhängig geregelt werden. Jedoch 1st bei höheren Geschwindigkeiten der ^ Überwiegend« Anteil im Reaktor gehaltenen Polymerisats in orm von Hünen auf den Schneckengängen und Laufbuchsen statt*. in Form eines Teiches der Polymerisatmasse vorhanden und die Verweilzeit bleibt im wesentlichen konstant, während die Schneckengeschwindigkeiten variiert weden können, um das Ausua*ß der Oberflächenerneuerung zu regeln und dadurch das Polykondensationsausmaß ai steuern.

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Die Erfindung, die vorstehend Ira einzelnen im Zusammenhang mit einer spezifischen Polymerisationsreaktion ir> einer Art von Reaktor erläutert wurde, besitzt eine Anwendbarkeit in breitem Umfange auf andere Polymerisationsreaktionen, bei welchen ein gasförmiges Material entwickelt wird, SDwe|l auch auf andere Arbeitsweisen, bei welchen ein gasförmiges Material zu oder aus der Oberfläche einer "lüssigkeit übergeführt wird, beispielsweise bei der Entfernung von flüssigen Reaktionsmedien oder Lösungsmitteln aus synthetischen Harzen oder anderen Kunststoffmftterialien. Die neuartige Arbeitsweise und Einrichtung sind für die Behandlung von hochvöcosen Materialien insbesondere In den Fällen, bei welchen sich die Viskosität dee Materials während der Behandlung beträchtlich ändert, besonders geeignet.

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Claims

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Patentansprüche

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung vnn Flüssigkeiten in einem geschlossenen Gefäß mit einem Paar von im wesentlichen waagerechten, pajQken , drehbaren, miteinander im Eingriff stehenden Schnecken, die sich über das Gefäß erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (84) zum Drehen der Schnecken (58,60) in ent- ' ^ gegengesetzten Richtungen, wobei die oberen Oberflächen der Schnecken (58,60) auswärts von der Kleramstelie zwischen den Schnecken bewegt werden und der Klemmstellenzwischenraum ausreichend klein 1st, um die Dicke der Schicht der auf den Sohnecken Ton der Klemmeteile austretenden Flüssigkeit zu regeln» und «inen Dampfraua (16,18,20) oberhalb der Schnecken (58,60) uafftßt, der eich über einen wesentlichen Bereich der oberen Oberflächen der Schnecken (58,60) in Nähe der Klemmstelle zwischen den Sohnecken (58,60) erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch X, dadurch gekennzeichnet, ™ daß eine Wandung (22,24,26) die unteren Umfangsteile der Schnecken (58/60) dicht begrenzt.

j5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaß (48) für die behandelte Flüssigkeit am Ende eines Abgabedurchgangs (66), der dicht und vollständig den jeweiligen Umfang der Schnecken 158,60) begrenzt,

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vorhanden l3t, wodurch im Betrieb wenigstens einige der Zwischenräume zwischen den Schneckengängen mit der behandelten Flüssigkeit so gefüllt werden, daß der Abgabedurchgang gegen das Durchtreten von gasförmigem Material abgedichtet ist,

4. Vorrichtung nach Anspruch ~*>, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Schnecken (58,6O) innerhalb des A'ogabedurchgangs (66) Schneckengänge (74) von geringerer Teilung als der übrige til der Schnecken (58,60) in den begrenzten Zonen (16,18,20) aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daS die Teile der Schnecken (58,60) innerhalb des Abgabedurchgangs (66) Schneckengänge (74) mit einem rechteckigen Profil aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Zwischenwände (30,32), die das Gefäß in getrennte begrenzte Zonen teilen, wobei benachbarte Zonen (16,18,20) durch einen Verbindungsdurchgang (62,64) verbunden sind, dir dicht und vollständig die Schnecken (58,60) begrenzt, wobei im Betrieb wenigstens einige der Zwischenräume zwischen den Sehneckengängen mit der Flüssigkeit so gefüllt werden, daß der Durchgang gegen ein Durchtreten des gasförmigen Materials abgedichtet ist, umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Schnecken (58,60) innerhalb des Verbindungsdurchgariges (62,6$) Schneckengänge (72) von geringerer Teilung

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als der übrige Teil der Schnecken (58>6o) mit den begrenzten Zonen (ϊ>, 1-3, 20)-. aufweisen. .

o.' Verfahrer zur kontinuierlichen Behandlung yor. Flüssigkeiten unter Anwendung der Vorrichtung nach'einem der Arsprüche 1 bis 7, wobei die Wirkung eines Gases an einer Gas/ Flüssigkeits-Grenzfläche vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, da3 man die Flüssigkeit in die Vorrichtung einführt und . -. . . . . . ■ , ^ . . .

über die oberen Oberflächen der Schnecken unter Aufviärtsleiten durch die Klerarastelle zwischen den Schnecken während deren
Drehung verteilt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine polymerlsierende Reaktionsflüssigkeit, bei welcher ein Gas aus der Flüssigkeit entwickelt wird, behandelt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Reaktions flüssigkeit, die unter-Entwicklung von gasförmigem Äthylenglykol zu Polyethylenterephtha lat polykondensiert, behandelt.

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