DE2038363B2

DE2038363B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Polymerisationsansätzen

Info

Publication number: DE2038363B2
Application number: DE2038363A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing.Dr. Beckmann; Johannes Dietrich; Karl-Heinz Herkt; Kurt Dipl.-Ing. Pfeiffer
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1970-08-01
Filing date: 1970-08-01
Publication date: 1974-10-03
Also published as: DE2038363A1; JPS5129196B1; US3785430A; BE770694A; NL7110573A; FR2101856A5; NL151719B; GB1352219A; CA956395A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Polymerisationsansätzen bei Emulsions-, Suspensions-, Lösungs- und Massepolymerisationen in nicht vollständig gefüllten Polymeri-•ationskesseln mit 40 m³ großen oder größeren Inhalten «nd Wärmelasten über 500000 kcal/h mit Hilfe des mit dem Gsaraum eines Polymerisationskessels in Verbindung stehenden Rückflußkühlers.

Polymerisationsreaktionen werden üblicherweise in druckfesten Rührkesseln ausgeführt. Die Polymerisate lallen entweder in feiner Form dispergiert oder emuliiert in einer Trägerflüssigkeit an (Emulsions- oder Suspensionspolymerisation), oder sie lösen sich in der Trägerflüssigkeit unmittelbar nach ihrer Entstehung (Lösungspolymerisation). Wenn das Monomere selbst als Trägerflüssigkeit verwendet wird, spricht man von einer Masse-Polymerisation.

Polymerisationsreaktionen sind exotherm. Während des Polymerisationsprozesses ist eine Wärmemenge abzuführen, die sich aus dem Produkt der spezifischen Polymerisationswärme und der Masse des gebildeten Polymerisats, der Rührwärmemenge und der Auf· wärmeenergie zusammensetzt. Bei kleineren Polymerisationskesseln von der Größe bis zu 20 m³ Inhalt kann diese Wärmemenge durch Wandkühlung abgeführt werden. Solange während der Polymerisation an den Kesselwandtmgen keine den Wärmefluß behindernden Abscheidungen entstehen, können auch größere Kessel mittels Kühlschlangen gekühlt werden, die zusätzlich zu der Wandküblung im Kesselinneren angebracht sind. Bilden sich jedoch Abscheidungen, so ist die Verwendung von Kühlschlangen nicht zweckmäßig, da sie nur umständlich zu reinigen sind. Deshalb verwendet man — insbesondere bei Kesseln mit Inhalten größer als 20 m³ - Rückflußkühler, die mit dem Gasraum des Kassels verbunden sind und m <*enen ein Teil der kondensterbaren Bestandteile des Gases oberhalb der Polymerisationsflüssigkeit niedergeschlagen wird und in den Kessel zurücklaufen kann

Deutsche Patentschrift 1013 870 beschreibt ein Kühlsystem für Polymerisationskesse! hei dem G,,. von der Haube abgesaugt wird, anschließend küinp · miert und teilweise oder vollständig in der Trägerf!,., sigkeit oder dem Monomeren gelöst in den Kc-·! eingefahren wird.

In der deutschen Auslegeschrift 1 025 143 ist e," Gaskreislaufverfahren mit Teilkondensation beschul ben. Hierbei wird Gas aus dem Kopf des Kunde=.-sators abgesaugt, ver-dichtet unddurch injektionsdüse die am Boden des Polymerisationskessels angebrac-; sind, in den Kessel gefördert.

Die deutsche Offenlegungsschrift 1 495 145 beschreibt eine Rückflußkühlung, bei der die Temperate des Polymerisationsansatzes geregelt wird, indem du: Kühlmittelzufuhr zum Rückflußkühler in Abhängigkeit von der Polymerisationstemperatur gesteuert wird.

Alle angeführten Verfahren weisen Nachteile auf. die sich besonders schwer auf die Polymerisation um Kesselinhalten über 40 m³ auswirken.

Die zur Durchführung des Verfahrens nach der deutschen Patentschrift 1 013 870 notwendigen Kompressoren sind in der Anschaffung teuer und in ihrem Betrieb aufwendig, zumal die im Gasstrom selbst in Spuren vorhandenen mitgerissenen Feststoffteilchen dem Kompressor Schaden zufügen können.

Das Verfahren nach der deutschen Auslegeschrift I 025 143 ist bei seiner Anwendung auf die Polymerisation von 40 m³ großen oder größeren Kesselinhalten unwirtschaftlich oder technisch nicht durchführbar. Die zirkulierende Gasmenge muß auf einen Druck gebracht werden, der größer ist als die Summe des hydrostatischen Drucks im Kessel und des Druckabfalls an den Injektionsdüsen. Dieser Druck ist im allgemeinen größer als 4 mWS und kann mit Hilfe eines Kreiskolbengebläses oder eines Radialgebläses erzeugt werden. Diese Maschinen sind mechanisch empfindlich gegenüber mitgerissenen Polymerisatteilchen und haben einen hohen Energieverbrauch. Bei Polymerisationskesseln mit Inhalten über 40 m³ ist dieses Kühlverfahren bei der Polymerisation von schäumenden Ansätzen schwierig durchzuführen, weil der Gasraum des Polymerisationskessels schon kurze Zeit nach Prozeßbeginn mit Schaum gefüllt ist.

Auch das in der deutschen Offenlegungsschrift I 495 145 beschriebene Verfahren eignet sich nur schlecht für die Polymerisation von 40 m³ großen oder noch größeren Ansätzen. Bei der Polymerisation von Vinylchlorid in einem über 40 m³ Inhalt großen Kessel treten Wärmebelastungen von mehr als 500000 kcal/h auf. Der Versuch zeigte, daß dabei Wärmeübergangs-

werte im Rückflußkühler statt der üblicherweise for dem Rückflußkühler mittels der Kreiselpumpe 7 fiber

kondensierende Gase zu erwartenden Werte zwischen die Leitungen 4 und 12 in die Kesselhaube geführt

500 und 5000 kcal/m⁸ · h · Grad nur weniger als wird, d. h., seine Zirkulation so erfolgt, daß im

300 kcal/m* · h · Grad betrugen, beträchtlich schwank- Rückflußkühler der Gasstrom dem Brudenstrom

ten und außerdem während der Polymerisationsprozeß- S gleichgerichtet ist.

phase mit der höchsten Reaktionsgeschwindigkeit be- Führen dagegen die Brüden Feststoffteilchen mit,

sonders tief lagen. Dieses hatte zur Folge, daß die so können sie die Rückflußkühlerflächen bedecken und

Temperatur nur schlecht geregelt werden konnte. Nach den Wärmeübergang verringern. In diesem Fall emp-

dem Versuch waren die Eingange der Rückflußkühler- fiehlt es sich, das Gas aus der Kesselhaube in den

rohre mit Produktablagerungen bedeckt. io Rückflußkühlerkopf — und damit im Gegenstrom zu

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein den Brüden — zu fördern.

Rückflußkühlverfahren und eine Vorrichtung zu des- Diese Zwangsförderung des Gases durch den Rück-

sen Durchführung zu finden, die auch bei Polymeri- flußkühler kann sowohl mittels einer außerhalb des

sationen in Kesseln mit 40 m³ großen und größeren Rückflußkühlers angebrachten Vorrichtung, beispiels-

Inhalten und auftretenden Wärmelasten über ts weise mittels einer Kreiselpumpe, als auch mit Hilfe

500000 kcal/h eine einwandfreie Kühlfunktion ge- einer im Inneren des Rückflußkühlers installierten

währleisten. Vorrichtung, z. B. mit Hilfe eines Ventilators, erfolgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Im letzteren Fall ist eine außerhalb des Rückflußlöst, daß das Gas entweder aus dem Gasraum des kühlers gelegene und den Rückflußkühlerkopf mit Polymerisationskessels durch den Rückflußkühler in 2° dem Gasraum des Polymerisationikessels verbindende den Rückflußkühlerkopf und von dort unter Umqe- Leitung nicht mehr erforderlich,
hung des Kühlers in den Gasraum des Pokmerisa- In beiden Fällen wird der Gasdurcriluß in Abhäntionskessels zwangsgefördert wird oder - in entgegen- gigkeit von der Temperatur im Flüssigkeitsraum des gesetzter Richtung — aus dem Rückflußkühlerkopf Polymerisationskessels so geändert, daß ein Anstieg durch den Rückflußkühler in den Gasraum d^s Poly- 25 der Temperatur eine Vergrößerung des Gasdurchmerisationskessels und von dort unter Umgehung des flusses und damit der Kühlleistung bewirkt. Auf diese Kühlers in den Rückflußkühlerkopf zwangsgefördert Weise wird die Temperatur im Flüssigkeitsraum des wird. Polymerisationskessels durch die Änderung des Durch-

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen flusses vom zwangsgeförderten Gas peregelt.

insbesondere in der einwandfreien Wärmeabfuhr aus 3° Die Änderung des Gasdurchflusses kann entweder

40 m³ großen und größeren Polymerisationsansätzen durch die kontinuierliche Änderung der Leistung der

und einer sehr guten Regelung der Temperatur von Gasfördervorrichtung oder — wie in der beispielhaften

diesen Polymerisationsansätzen. Ein weiterer Vorteil Ausführung der Erfindung — durch die kontinuierliche

der Erfindung besteht in ihrer einfachen Vorrichtung Änderung des wirksamen Querschnitts der Gasleitung

und der wirtschaftlichen Betriebsweise. 35 mit Hilfe eines Regelorgans 6 bei konstanter Leistung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der der Gasfördervorrichtung bewerkstelligt werden.
Zeichnung dargestellt und im folgenden näher be- Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Rückflußschrieben, kühlanlage wird an einem Beispiel dargestellt.

Die Figur zeigt den Polymerisationskessel mit der

Rückflußkühlanlage. Der Polymerisationskessel 1 40 Beispiel
wird mit Flüssigkeitsstand, d. h. nicht vollständig

gefüllt, betrieben. Durch das Rühren hat die Flüssig- In einem Polymerisationskessei mit einem Inhalt

keitsoberfläche die Form einer Trombe 9. von 100 m³ wurde ein Ansatz Emulsions-Polyvinyl-

Auf der Kesselhaube ist zentral ein Rückflußkühler 2 chlorid hergestellt. Der Rückflußkühler hatte eine aufgesetzt, der von einer pro Zeiteinheit konstanten 45 Fläche von 170 m². Als Kühlmittel für den Rückfluß-Kühlmittelmenge durchströmt wird. In diesem Rück· kühler diente Flußwasser einer Eingangstemperatur flußkühler 2 steigen Brüden aus dem Gasraum des von 20" C, das aus dem Rückflußkühler auf etwa 40 C Polymerisationskessels hinauf. Ein Teil der Brüden erwärmt austrat. Die Kreiselpumpe hatte eine Gaskondensiert im Rückflußkühler 2, das Kondensat läuft förderleistung von etwa 100 m³/h. Während der nach unten in die Rinne 3 herab und kann von hieraus 5° Polymerisationsreaktion betrug der Innendruck im mit Hilfe der Leitung 10 abgezogen und dem Kessel Polymerisationskessel S bis 9 atü, die Temperatur im an einer anderen Stelle wieder zugeführt werden, oder Flüssigkeitsraum betrug 55ⁿC. Während der Reakes kann an der Obeikante 11 der Rinne 3 überlaufen tionsdauer von 4 Stunden wurden 27 Tonnen Emul- und in die Trombe 9 zurückfallen. Am Kopf la des sions-Polyvinylchlorid hergestellt. Das entspricht einer Rückflußkühlers 2 ist eine Rohrleitung 4 angebracht, 55 Polymerisationiwärme von rund 12000000 KiIodie zu einer Kreiselpumpe 7 führt. Inder Rohrleitung 4 kalorien mit einer durchschnittlichen Wärmelast von befindet sich neben einem Absperrventil 5 ein Regel- 3000000 kcal/h. Der Wärmedurchgangswert im Rückorgan 6. Die Kreiselpumpe 7 ist mit der Leitung 12 flußkühler ergibt sich hieraus zu 720 kcal/m² · h · C. über ein Absperrventil 8 mit der Kesselhaube ver- Die Temperatur im Flüssigkeitsraum wurde mit der bunden. ^6o Genauigkeit von ± 1,5°C konstant gehalten. Während

Sind die aus dem Kessel in den Rückflußkühler der Reaktion trat kein Schäumen auf, obwohl die

aufsteigenden Brüden frei von Feststoffteilchen, so wäßrige Phase der Emulsion eine Grenzflächenspan-

wird der größte Küiileffekt erzielt, wenn das Gas aus nung von 50 dyn/cin² hatte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verf&bren zum Kühlen von Polyraerisationsansätzen bei Emulsions-, Suspensions-, Lösung· S und Massepolymerisationen in nicht vollständig gefüllten Polymerisationskesseln mit 40 m³ großen oder größeren Inhalten und Wärmelasten übeir SOOOOQ kcal/h mit Hilfe des mit dem Gasraum eines Polymerisationskessels in Verbindung stehenden Rückflußkühlers, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas entweder aus dem Gasraum des Polymerisationskessels durch den Röckflußkühler in den Rückflußkühlerkopf und von dort unter Umgehung des Kühlers in den Gasraum des Polymerisationskessels zwangsgefördert wird oder — in entgegengesetzter Richtung — aus dem Rückflußkühlerkopf durch den Rückflußkühler in den Gasraum des Polymerisationskessels und von dort unter Umgehung des Kühlers in den Rücklfußkühlerkopf zwangsgefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Flüssigkeitsraum des Polymerisationskessels durch Änderung des Durchflusses vom zwangsgeförderten Gas geregelt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen I und 2, bestehend aus einem zentral auf den Polymerisationskessel (1) aufgesetzten und mit dem Gasraum des Polymerisationskesseis unmittelbar verbundenpn Rückflußkühler (2), einer den Rückflußkühlerkopf (2a) mit dem Gasraum des Polymerisationäkes..els verbindenden Gasleitung und einer in dieser Gasleitung befindlichen Gasfördervorrichtung.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den RückflußkQhlerkopf (2a) mit dem Gasraum des Polymerisationskessels verbindende Gasleitung entweder außerhalb oder innerhalb des Rückflußkühlers gelegen ist. 4"