DE2019017B2

DE2019017B2 - Verfahren zum freihalten der ruehrwellendichtungen von polymerisat in polymerisationskesseln mit untenantriebsruehrern und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2019017B2
Application number: DE19702019017
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.; Böhmer Karl-Heinz; Schiemann Willi; Beckmann Günter Dipl.-Ing. Dr.; 4370 Mari Kahanek
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1970-04-21
Filing date: 1970-04-21
Publication date: 1977-04-21
Also published as: BE766085A; NL7105293A; DE2019017A1; BR7102255D0; US3782739A; CA965446A; GB1338145A; FR2089535A5

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freihalten der Rührwellendichtungen von Polymerisat in Polymerisationskesseln mit Untenantriebsrührern und mit Inhalten über 20 m³ zur Durchführung von Suspensions- und Emulsionspolymerisationen wie der des Vinylchlorids oder des Butadiens allein oder miteinander oder auch mit anderen Comonomeren, z. B. der Emulsionspolymerisation von Butadien oder Styrol sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Polymerisationsreaktion von Vinylchlorid zu Polyvinylchlorid wird nach diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Verfahren in druckfesten Rührkesseln ausgeführt. Dabei sind das Vinylchlorid und das Polymere in Wasser suspendiert oder emulgiert In ähnlicher Weise betreibt man in Rührkesseln auch die Emulsionspolymerisation von Butadien-Styrol-Mischpolymerisaten, von reinem Butadien oder auch von anderen Comonomeren mit Butadien oder Vinylchlorid. Die heute üblichen Kessel haben Inhalte der Größen von 8 bis 20 m^}. Diese Kessel besitzen Rührorgane, z. B. Blattrührer, Impellerrührer oder Turbinenrührer, welche an einer durch die Kesselhaube geführten Rührwelle befestigt sind. Meistens ist die Rührwelle an der Haube durch eine doppeltwirkende Gltitringdichtung abgedichtet

Da der Bedarf an Polymerisaten ständig steigt, besteht die Notwendigkeit, leistungsstarke Produktionsstraßen unter Verwendung von großen Polymerisationskesseln zu erstellen. Beim Bau von Kesseln, deren Inhalt größer ist als 20 m³, trifft man bei der Dimensionierung der Rührwelle auf große Schwierigkeiten. Bei einem 50 m³ großen Polymerisationskessel für Vinylchlorid mit einem über dem Kesselboden angeordneten Impellerrührer würde die durch die Kesselhaube geführte Rührwelle mindestens mit einem Durchmesser von-300 mm auszuführen sein, damit das starke Antriebsdrehmoment schwingungsfrei auf das Rührorgan übertragen werden kann. Bei zu dünn ausgeführten Rührwellen gerät die Welle aufgrund der unvermeidbaren, auf das Rührorgan wirkenden Wechselkräfte in starke Biegeschwingungen, welche zum Bruch oder Abknicken der Welle führen können. Ein unbeabsichtigter Abbruch des Rührvorganges kann schwerwiegende betriebliche Störungen verursachen.
:'■:- Die Rührwellen mit mehr als 250 mm Durchmesser sind teueK schwer und schlecht montierbar. Sie benötigen für die Abdichtung Gleitringdichtungen, die sowohl in der Anschaffung als auch im Unterhalt außerordentlich kostspielig sind.

Daher erscheint es naheliegend, das Rührorgan mit einem sogenannten Untenantrieb vom Kesselboden her anzutreiben. Dabei könnte die Rührwelle extrem kurz sein und würde deshalb auch bei schlanker Ausführung kaum durch Biegeschwingungen gefährdet sein.

Konstruktionen von Rührautoklaven mit Untenantrieb sind bekannt Insbesondere wird in der GB-PS 911 557 eine Wellenabdichtung eines von unten gerührten Autoklaven beschrieben, bei dem der ringförmige Raum entlang der Welle und eine als Syphon wirkende Kappe mit einer Sperrflüssigkeit gefüllt sind. Die Sperrflüssigkeit soll den Autoklaveninnenraum von der Gleitringdichtung trennen. Diese Konstruktion bewährt sich jedoch nicht für die Suspensions- und Emulsionspolymerisation von Monomeren wie Vinylchlorid oder Butadien, weil die Monomeren die Eigenschaft haben, mit großer Geschwindigkeit in die Sperrflüssigkeit hineinzudiffundieren und im ringförmigen Kanal vor der Gleitringdichtung zu polymerisieren oder auch zwischen die Gleitringe zu geungen und dort zu polymerisieren, wodurch die Gleitringe undicht werden.

Diese Schwierigkeiten werden überwunden durch ein Verfahren zum Freihalten der Rührwellendichtungen von Polymerisat in Polymerisationskesseln mit Untenantriebsrührern und Inhalten über 20 m³ zur Durchführung von Suspensions- und Emulsionspolymerisationen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in den ringförmigen, die Gleitringdichtung 2 der Rührwelle 1 mit dem Kesselinnenraum verbindenden Kanal 4 eine mit dem Polymerisationsansatz verträgliche Spülflüssigkeit von außen eingeführt wird und von dort in den Kesselinnenraum 5 mit einer mittleren Mindestgeschwindigkeit von 20 cm/sec gelangt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Gleitringdichtungen der Rührwelle mit der Suspension der Emulsion der Kesselfüllung nicht in Berührung kommen, frei von Polymerisat funktionstüchtig bleiben und damit die sichere Verwendung des Untenantriebes bei Polymerisationen oder Copolymerisationen in Polymerisationskesseln über 20 m³ Inhalt ermöglichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Figur zeigt die Wellenabdichtung am Boden eines 40 m³ großen Polymerisationskessels. Die Rührwelle 1 wird mit doppeltwirkendem Gleitring 2 abgedichtet. Der ringförmige Kanal 4, der den Raum zwischen der Gleitringdichtung 2 und dem Kesselinnenraum 5 bildet, wird durch die im Gleitringdichtungsgehäuse la

angebrachte Kapillarrohrleitung 3 von außen mit der Spülflüssigkeit beschickt, die anschließend aus dem ringförmigen Kanal 4 in den Kesselinnenraum 5 abfließt

Es wurde gefunden, daß die Geschwindigkeit der in den Kesselinnenraum eintretenden Spülflüssigkeit einen s bestimmten Wert nicht unterschreiten darf, wenn das Eindringen von polymerisierenden emulgierten oder dispergierten Stoffen in den ringförmigen Kanal 4 zu der Gleitringdichtung hin verhindert werden soll. Es wurde gefunden, daß der Wert dieser Mindestgeschwindigkea 20 cm/sec beträgt, gemessen als Mittelwert über dem Querschnitt der Eintrittsöffnung zum Kesselinnenraum.

Um die Konzentration des zu polymerisierenden Stoffes bzw. des Polymerisats im Kessel nicht unzulässig herabzusetzen, muß man möglichst wenig Spülfliissig keit in den Kessel fördern.

Diese Forderung und die recht hohe Mindestgeschwindigkeit von 20 cm/sec ergaben zusammen die Notwendigkeit, die Eintrittsöffnung der Spülfiüssigkeit in den Kesselinnenraum möglichst eng, also spaltförmig zu gestalten. Das kann mit einem Einsatz geschehen, der in dem Raum zwischen der Gleitringdichtung und dem Kesselinnenraum angebracht wird, oder mit Hilfe eines über diesem Zwischenraum angebrachten, gegebenenfalls mehrteiligen oder verstellbaren Kragens oder eines anderen eine Verengung des Spülflüssigkeitsaustritts zum Kesselinnenraum hin bewirkenden Elements.

In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Rührwelle I eine als Rotationskörper ausgebildete verstellbare Kappe 6 über dem ringförmigen Kanal 4 angebracht, die einen ringförmigen Spalt 7 über einer plangeschliffenen in die Kesselhülle 8 eingesetzten Platte 9 zum Kesselinnenraum freiläßt. Durch die Versteilung der Kappe 6 kann die Höhe des Spaltes 7 eingestellt werden. Die kleinstmögliche Spalthöhe hängt von der Präzision der Wellenlagerung ab, von den Passungstoleranzen, der Maßgenauigkeiten und der Wellenverbiegung.

Mit der Zunahme des Kesselvolumens verkleinert sich das Verhältnis des Wellendurchmessers und der Spalthöhe und damit auch das Verhältnis der eingeförderten Spülflüssigkeitsmer.ge zum Volumen. Somit verringert sich die möglicherweise unerwünschte Herabsetzung der Konzentration der zu polymerisierenden Stoffe bzw. der Polymerisate im Kessel.

Beispiel

Im 40 m³ großen Polymerisationskessel mit Untenantrieb wurde im Wasser suspendiertes Vinylchlorid bei einem Betriebsdruck von 8 atü und einer Temperatur von 60°C unter ständigem Rühren polymerisiert. Die Rührwelle besaß einen Durchmesser von 245 mm und rotierte mit 80 Umdrehungen pro Minute. 260 l/h Wasser wurden während der Polymerisationsdauer von 10 Stunden durch einen ringförmigen Spalt von 300 mm Durchmesser und einer auf 0,3 mm eingestellter Spalthöhe kontinuierlich in den Kesselinnenraum gefördert. Die Geschwindigkeit des durch den ringförmigen Spalt hindurchtretenden Wassers betrug 25 cm/ see. Die Verringerung der Vinylchlorid- bzw. Polyvinylchlorid-Konzentration betrug 0,027%. Die Gleitringdichiungen waren nach 80 Polymerisationschargen frei von Polymerisat und unbeschädigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Freihalten der Rührwellendichtungen von Polymerisat in Polymerisationskesseln mit Untenantriebsrührern und Inhalten über 20 m³ zur Durchführung von Suspensions- und Emulsionspolymerisationen, dadurch gekennzeichnet, daß in den ringförmigen, die Gleitringdichtung (2) der Rührwelle (1) mit dem Kesselinnenraum ίο verbindenden Kanal (4) eine mit dem Polymerisationsansatz verträgliche Spüjflüssigkeit von a^ißen eingeführt wiird und von _dortjn den JKesselisnen- _; ^; raum (5) mit einer mittleren Mindestgeschwindigkeit von 20 cm/sec gelangt ■· ^!5

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer im Gleitringdichtungsgehäuse (2a) angebrachten Kapillarrohrleitung (3), die von außen her zum ringförmigen, zwischen der Gleitringdichtung und dem Kesselinnenraum (5) befindlichen Kanal (4) führt, und einem eine Verengung des Spülflüssigkeitsaustritts zu dem Kesselinnenraum (5) bewirkenden Element.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das die Verengung des Spülflüssigkeitsaustritts zu dem Kesselinnenraum (5) bewirkende Element eine als Rotationskörper ausgebildete Kappe (6) ist, die über dem Kanal (4) im Kesselinnenraum (5) auf der Rührwelle (I) verstellbar ist und über einer in die Kesselhülle (8) eingesetzten plangeschliffenen Platte (9) einen ringförmigen Spalt (7) freiläßt.