DE2124642A1

DE2124642A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Rühren

Info

Publication number: DE2124642A1
Application number: DE19712124642
Authority: DE
Inventors: Kenji; Kobayashi Toshiyuki; Masuhara Kenichi; Okayama Takeya (Japan)
Original assignee: Japan Exlan Co Ltd
Current assignee: Japan Exlan Co Ltd
Priority date: 1970-05-19
Filing date: 1971-05-18
Publication date: 1971-12-09
Also published as: GB1328724A; DE2124642B2; DE2124642C3

Description

DR, M0LLER-BOR6 DIPL-PHYS. DR. MAN ITZ Dl PL -CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD Dl PL-I NG. GRÄMKOW PATENTANWÄLTE

18, MAI W\

Ph/th - J 1067

JAPAN EXIiAH COI-IPAHX LIMITED

1-25, Dojiiua Hamadori 1-chome, Kita-ku, Osaka,

Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Rühren

Priorität: Japan vom 19. Hai 1970 Nr. 42603/70

Japan vom 26. Dezember 1970 Nr.

Japan voa 26· Dezember 1970 Sr. 140310/70 c*»».

Die Erfindung "bezieht sich auf ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zum Rühren alt einem perforierten Schraubenblatt und insbesondere auf ein industriell verwertbares Flüssigkeitsrührverfahren, bei dem einer zu rührenden Flüssigkeit eine wirksame Scherkraft erteilt wird oder eine wirksame Scherkraft und ein zur feinen Zerteilung der in einer Flüssigkeit vorhandenen !Teilchen wirksamer Extrusionsfluß auf die Flüssigkeit übertragen wird, so daß die Verweilzeit der Flüssigkeit in den liührbehältor vereinheitlicht wird.

Die allgemeine Verwendung eines mit einem drehbaren Schraubenblatt ausgestatteten Rührwerl» im Rührbehälter zum Rühren einer Flüssigkeit hoher Viskosität ist bekannt. Ein solches Rührverfahren zeigt einen praktisch befriedigenden Rühreffekt

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für den Fall, daß die Flüssigkeit in dem Behälter gleichförmig vermischt werden soll. Die der Flüssigkeit in dem Behälter erteilte Rührkraft wirkt jedoch, überwiegend in Form eines auf die Flüssigkeit in axialer Richtung -vom Schraubenblatt durch dessen Drehung angewandten Druckes. Deshalb hat es sich als schwierig erwiesen, solchen Druck anzuwenden, um ,der zu rührenden Flüssigkeit eine Scherkraft ψ wirksam zu erteilen. So war bislang die Anwendung eines solchen Rührsystems zum Homogenisieren einer Dispersion in einem heterogenen System erheblich eingeschränkt.

Andererseits variiert bei kontinuierlichem Rühren einer Flüssigkeit unter Verwendung eines Rührbehälters der Hischzustand der gerührten Flüssigkeit in Abhängigkeit nicht nur von der Viskosität der Flüssigkeit, sondern auch davon, ob die gerührte Flüssigkeit eine perfekt gemischte Form oder die Form eines extrudierten Flusses annimmt. So ergibt beispielsweise der Mischzustand einer gerührten Flüssigkeit bei einer chemischen Reaktion wie beispielsweise einer Polymerisationsreaktion einen entscheidenden Einfluß auf die Reaktionsausbeute des Polymerisats oder auf die physikalischen Eigenschaften des Reaktionsproduktes und im Falle des Rührens einer Flüssigkeit, um Dispersion in einem heterogenen System zu bewirken, stellt der Hischzustand der gerührten Flüssigkeit einen Hauptfaktor zvu? Bestimmung der Größenverteilung der dispergierten Teilchen dar.

Es wurde nun gefunden, daß bei den meisten chemischen Reaktionen die Verweilζeit-Verteilung und die Größenverteilung der dispergierten Teilchen, wenn eine Flüssigkeit in einem

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Rührbehälter im Zustand eines extrudierten Flusses gerührt wird, im allgemeinen, in einem engeren Bereich liegt als im Falle einer vollkommenen Mischung ohne einen Extrusionsfluß (oder Druckkolbenfluß). Deshalb ist es wünschenswert, beispielsweise um die Reaktionsausbeute bei einer Polymerisationsreaktion su verbessern oder eine gleichförmige Teilchengrößenverteilung in der Dispersion eines heterogenen Systems zu erhalten, den Mischzustand des gerührten Behälters so nahe wie möglich an einen Zustand extrudierten Flusses heranzubringen«

Der Hischsustand jedoch, der durch die herkömmliche Flüssigkeitsrührvorrichtung su erreichen ist, bei welcher ein Schraubenrührblatt drehbar in einem Behälter angebracht ist, kommt einer vollkommenen Durchmischung nahe. Daher ist, um die Reaktionsausbeute su verbessern oder einen Misch.zustand im engen Terteilungsbereich der Größe der dispergierten feilchen zu erhalten, ein kompliziertes System erforderlich, bei dem mehrere Hührbehälter, in Reihe miteinander verbunden, verwendet werden· Selbst mit einem solchen System ist es weiterhin in der Praxis schwierig, kontinuierlich einen stabilisierten Zustand eines extrudierten Flusses aufrecht zu erhalten·

So hat man sich lange in der Industrie die Entwicklung eines neuen Flüssigkeits-Rührverfahrens und einer Vorrichtung erhofft, die industriell leicht su betätigen und einfach in ihrem Aufbau ist·

Es wurde nun gefunden, daß ein zur Verbesserung der Reaktionsausbeute einer gerührten flüssigkeit oder zur Einengung des Verteilungsbereichs der Größe dispergierter Teilchen wirksamer Extrusionsfluß leicht dadurch erzielt werden kann, daß ein

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perforiertes Schraubenblatt vorgesehen wird, welches der gerührten !Flüssigkeit in dem Rührbehälter eine Scherkraft erteilt oder daß wenigstens zwei Anordnungen solcher perforierter Schraubenblätter auf einer gemeinsamen Welle vorgesehen werden und eine Trennscheibe koaxial mit und zwischen den beiden Anordnungen der perforierten Schraubenblätter angebracht wird.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues Rührverfahren zu schaffen, welches hinsichtlich der Rührwirkung wie etwa gleichförmiger Durchmischung selbst in einem heterogenen flüssigen System und feiner Dispersion usw. erheblich verbessert ist.

Weiterhin ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Rührverfahren und eine Vorrichtung zur wirksamen Durchführung verschiedener physikalischer und chemischer Vorgänge wie etwa Ausfällen, Polymerisation, Lösen einer chemischen Zusammensetzung (wie etwa eines Polymerisats) und feiner und gleichförmiger Verteilung einer Substanz in einer Flüssigkeit zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuen Flüssigkeits-Rührverfahrens, das einen extrudierten Fluß zur wirksamen Einengung des Bereiches der Verweilzeitverteilung der gerührten Flüssigkeit in einem Rührbehälter schafft.

Weiterhin ist es Ziel der Erfindung, eine Flüssigkeits-Rührvorrichtung zu schaffen, die zur Durchführung einer Polymerisationsreaktion nützlich und sehr einfach in ihrem Aufbau ist und den Bereich der Größenverteilung dispergierter leuchen

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beim Dispergieren eines heterogenen Systems wirksam einengt oder die Ausbeute der Reaktion verbessert.

Weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Diese und andere Ziele können erfindungsgemäß- durch Einbringen einer zu rührenden Flüssigkeit in einem Rührbehälter, in welchem ein perforiertes Schraubenblatt mit durch die folgenden Gleichungen bestimmten Abmessungen drehbar angebracht ist:

O,99D »d« 0,7OD (1)

3,0d fc S * 0,5d (2)

d_ 6 0,2d (3)

(D² - d²) + nd_o ² S 0,5D² (4)

worin D ein Innendurchmesser des Behälters, d ein Außendurchmesser des Rührblattes, d ein Durchmesser eines im Rührblatt anzubringenden Lochs, η die Lochzahl pro ganze Drehung des Schraubenblattes, auf die Ebene senkrecht zur axialen Richtung des Behälters projiziert, und S eine Schraubenganglänge, in axialer Richtung des Rührblattes gemessen, ist, und Ausstoßen der Flüssigkeit durch die im Schraubenblatt angebrachten Löcher mit der Drehung des perforierten ßchraubenblattes, durch die der Flüssigkeit eine Scherkraft erteilt wird, erreicht werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden wenigstens zwei Sätze der oben genannten perforierten Schraubenblätter auf einer gemeinsamen Welle vorgesehen, und koaxial mit und

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zwischen den beiden Sätzen der perforierten Schraubenblätter ist eine Trennscheibe angebracht, um einen extrudierten Fluß der Flüssigkeit in dem Eührbehälter unter gleichzeitiger Erteilung einer Scherkraft zu schaffen, so daß ein Extrusionsfluß gebildet werden kann, der den Bereich der Verweilzeitverteilung der gerührten Flüssigkeit wirksam einengt.

Die fcrlgenden Figuren veranschaulichen die Erfindung im ™ einaänen:

Fig«, 1 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Rührvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2a ist-eine Fotografie, die morphologische Merkmale eines unter Verwendung einer erfindimgsgemäßen Vorrichtung erhaltenen Copolymerisats darstellt j

Fig. 2b ist eine Fotografie ähnlich der Fig. 2a und zeigt

morphologische Eigenschaften eines unter Verwendung einer herkömmlichen Vorrichtung erhaltenen CopoHgrmerisats;

Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung

zwischen der Ausflußgeschwindigkeit und dem Verhältnis aus abgelaufener Zeit und durchschnittlicher Verweil· zeit darstellt, um den Effekt des Extrusioncflusses, wie er mit der Vorrichtung nach Fig. 3 erzielt wird, zu belegen;

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5 ist eine grafische Darstellung, die beispielhaft den Zustand der größten Verteilung der dispergierten Teilchen, wie er erfindungsgemäß zu erreichen ist,

darstellt j

6 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform; und

Fig. 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des perforierten Blattes, wie es in der Vorrichtung genäß Fig. 6 verwendet wird.

In Fig. 1 ist Liit 11 ein zylindrischer Rührbehälter aus rostbeständigem Katerial, \tfie etwa Aluminium oder rostfreiem Stahl, mit einem Flüssigkeitseinlaß 8 wo. einem oberen Teil und einen Auslaß 9 zum Ausbringen der Flüssigkeit nach der Reaktion dargestellt. Eine, hohl zylindrische Außenwandung 5 ist zur Ausbildung eines Kanteis 6 für die Zirkulation eines kühl- oder Heizmittels entlang der Seitenwandung 4- des Rührbehälters vorgesehen. Der Hantel besitzt einen Einlaß 10 und einen Auslaß '/ für das Kühl- oder Heizmittel.

Eine mit einen Rührschraubenblatt 1 ausgestattete Welle 5 ist drehbar und vertikal im Rührbehälter 11 angebracht und wird durch eine geeignete Kraftquelle (nicht dargestellt), wie etwa einem Elektromotor, angetrieben. In dem Blatt 1

wie liegt eine Vielzahl von Löchern 2,/dargestellt, und durch diese Löcher 2 läßt man die Flüssigkeit in deü Behälter mit der Drehung des Rülirblattes strömen, so daß der Flüssigkeit eine Scherkraft, die eine Verbesserung der Mischwirkung bewirkt, erteilt wird.

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Es wurde, gefunden, daß es, unabhängig von den physikalischen Eigenschaften oder insbesondere der Viskosität der in dem Behälter zu rührenden Flüssigkeit, wünschenswert ist, daß das Rührsystem gleichzeitig alle in den im folgenden angegebenen Bezugsgleichungen (1) bis (²I-) bestimmten Bedingungen erfüllt, um günstige Rühr- und Mischwirkungen zu erzielen.

Das bedeutet, es wurde nun gefunden, daß die Rührwirkung einer Flüssigkeit in einem Behälter der oben beschriebenen Art unter Aufrechterhaltung eines wirtschaftlichen Betriebszustands niedrigen Energieverbrauchs nunmehr erheblich verbessert werden kann, wenn gleichzeitig die durch die folgenden Gleichungen bestimmten Bedingungen erfüllt werden: .

d ~ 0,70D (1)

3,Od *"S * 0,5d (2)

d_o £ 0,2d (3)

(D² - d²) + nd_o ² ?0,5D² W

worin D ein Innendurchmesser des Behälters, d ein Außendurch- W~ messer des Rührblattes, d ein Durchmesser eines im Rührblatt anzubringenden Lochs, η die Lochzahl pro ganze Drehung des Schraubenblattes, auf die Ebene senkrecht zur axialen Richtung des Behälters projiziert, und ß eine Schraubenganglänge, in axialer Richtung des Rührblattes gemessen, ist. Durch diese Anordnung vrliJäs eine durch das Strömen der Flüssigkeit durch die Löcher verursachte Scherkraft auf die in den Behälter eingebrachte Flüssigkeit.

Werden die Bedingungen der Gleichungen (1) und (3) nicht erfüllt, so ist es schwierig, gleichförmigkeit der der zu

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rührenden Flüssigkeit erteilten Scherkraft aufrechtzuerhalten. V/ird weiterhin die Bedingung der Gleichung (4-) nicht eiSillt, wird der Effekt der Druckanwendung auf die Flüssigkeit in axialer Itichtung des Bührblattes gering, so daß es schwierig ist, eine gewünschte Scherkraft zu erzielen. "Überschreitet die obere Grenze der Ganglänge S gemäß der Bezugsgleichung (2) den dreifachen Wert des Außendurchmessers d des Rührblattes, so tritt die Tendenz zu ungenügend durchmischten Bereichen auf. Weiterhin gilt insbesondere, daß, je kleiner die Ganglänge S ist, umso größer die Wirkung zur Vermeidung des Auftretens solcher ungenügend durchmischter Teile ist. Andererseits steigt in dem Falle, daß die untere Grenze der Ganglänge gemäß der Bezugsgleichung (2) überschritten wird, die zun Küliren benötigte Kraft in unangemessener Weise an.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise zur Polymerisationsreaktion in einem heterogenen System oder zur Copolymerisationsreaktion von Monomeren mit unterschiedlichem ιύε aktivität sverhältiiis verwendet, wird auf das flüssige Ausgangsuaterial einheitlich eine starke Scherkraft ausgeübt, so da£ die Teilchen des entstehenden Polymerisats oder Copolymerisate sehr gleichförmig und fein werden, und es wird sehr leicht, die Kolekulargewichtsverteilung so zu steuern, daß sie in einem engen kontrollierten Bereich liegt. BgIu xiühren unter Verwendung solcher perforierter Blätter voll Schraubentyp liegt der größte Faktor für die gleichf örmigjs Dispersion und feine Verteilung der Flüssigkeit in dem Behälter in der Scherkraft, die durch das Strömen der Flüssigkeit durch die Löciier itt Kührblatt bewirkt wird. Selbst wenn eine xflüscifcjkeit hoher Viskosität gerührt wird oder beispielsweise eine 1-olyiuerlösurj.j:; ο ehr hoher Konzentration, kann ein Heaktioncprodukt hoher Gleichförmigkeit erhalten werden.

BAD OFUQiNAL

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toei

Weiterhin ist es/einer Betriebsweise, die

wie etwa Lösung eines Copoylmerisats, begleitet, gernäß leichter, die Fiaterialübertragungsrate oder -_weschwindigkeit zu etelf«i?n ~ als nach irgendeinen herkönnlichen Rührverfahren. Daher wird beim Dispergieren "und Iiiscken einer· fremden Substanz in einerviskosenij'lüssigl-eit nicht nur die Einheitlichkeit des dispergierten Zustande verbessert, sondern auch die.hischgeschwindigkeit kann erheblich gestei-" gert werden.

Fig. 3 zeigt eine x^eitere Ausführungsforni der ErfindLinr;. Diese Vorrichtung ist die gleiche wie die in !'ig. 1 gezeigte, mit der Ausnahme, daß zwei perforierte Schraubehblätter 1 und 1' vorgesehen sind, die jeweils die gleichen strukturellen Merkmale \tfie das in IPig* 1 dargestellte Schraiibenblatt aufweisen, und daß eine Trennscheibe 12 zur Erzeugung eines Extrusionsflusses der Ausgangsmaterialflüssigkeit in dem Behälter auf der Welle 3 koaxial mit und zxcischen den beiden perforierten Schraubaiblättern 1 und 1' befestigt ist.

Auch bei der Vorrichtung der in i'ig. 3 gezeigten Art ist es notwendig, daß die verschiedenen Abmessungsnerki.,ale den Gleichungen (1), (2), (3) und (4-) genügen sollten, außer daß in diesen Gleichungen "d" nicht nur den iiuBencirrcliBiesser des Rührblatts, sondern auch den Außendurcliiuesser der Trennscheibe bedeutet. Wenn diese Beziehungen erfüllt sind, vrerden nicht nur die zuvor erklärten Wirkungen oder Vorteile bezüglich der Vorrichtung der 5¹Ig. 1 erzielt, sondern auch ein wünschenswerter extrudierter ffluß des flüssigen haterials in dem Behälter.

Die Gründe, warum die durch diese Gleichungen (1), (2), (3) und (4-) definierten Beziehungen die L^loi^cnen sind wie die

BAD ORiGlNAL

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zuvor bezüglich Fig. 1 erklärten, sind die folgenden: Genügt der Durchmesser der Trennscheibe nicht der durch die Gleichung (1) definierten Beziehung, vermindert sich die Trennwirkung der Rohmaterialflüssigkeit in dem Behälter so erheblich, daß es schwierig ist, einen günstigen Zustand extrudierten Flusses zu erzielen. Das bedeutet, daß, wenn der Außendurchmesser der Trennscheibe nicht 70 % des Innendurchmessers des Rührbehälters erreicht, eine zirkulierende Strömung in der axialen Richtung des Behälters in der zu rührenden Rohmaterialflüssigkeit gebildet wird, so daß der der Rohmaterialflüssigkeit erteilte Rühreffekt dem Rühreffekt durch vollkommenes Hischen ähnlich ist und der der Erfindung eigene Effekt der Einengung des Bereichs der Durchmesserverteilung der dispergierten Teilchen nicht genügend erreicht wird.

Wird eine Vorrichtung nach IJ¹Ig. 3 beispielsweise zur kontinuierlichen Polymerisationsreaktion eingesetzt, wird dem Reaktionsmaterial einheitlich eine starte Scherkraft erteilt, die durch das Strömen des flüssigen Reaktionsmaterials durch die Rührblattlöcher verursacht wird, und die Verweilzeitverteilung des flüssigen Reaktionsmaterials in dem Behälter wird so eng, daß eine verbesserte Reaktionsausbeute kontinuierlich über einen langen Zeitraum unter stabilisierten Betriebsbedingungen erreicht wird.

Fig. 4- ist eine grafische Darstellung, die die Heßergebnisse der Verweilzeit-Verteilung eines flüssigen Materials in einem Rührbehälter der in Fig. J dargestellten Art zeigt, wobei eine Trennscheibe zwischen den perforierten, rührenden ©chraubenartigen. Blättern vorgesehen ist. Aus Fig. 4- wird erkemxAär-j., daß im Vergleich ι in. einer vollkommenen Durchmischung die

10 9 8 B 0 / 1 6 1 7 ⁸^ ^OFUGINAL

Verweilzeitverteilung einen Wert zeigt, der sehr nahe der theoretischen Verweilzeitvertellung für den Fall liegt, daß eine Vielzahl von Rührbehältern in Heihe miteinander verbunden ist.

Für den Fall, daß in Fig. 4-, wenn eine Flüssigkeit, die zu einem bestimmten Zeitpunkt (t = O) eingeflossen ist, gleichförmig in einem Rührbehälter durchmischt wird, die Konzentration fc G ist und daß die Konzentration der Flüssigkeit, die bei t = O in die aus dem Rührbehälter ausfließende Flüssigkeit eingeflossen ist, O ist, wenn eine Zeit t, seit t = O verstrichen ist, so ist das Verhältnis (C/C ) als Ausflußrate und ty. als verstrichene Zeit definiert. Wenn weiterhin die Kapazität des Rührbehälters V und die Zuflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Rührbehälter V ist, ist das Verhältnis (V /V) als durchschnittliche Verweilzeit definiert. Daher fließt die Flüssigkeit bei 1,0 auf der Abszisse in Fig. 4 aus, wenn das flüssige Material in dem Behälter in einem vollkommen extrudierten Strömungszustand ist.

Aus der vorstehenden Erklärung ergibt sich, daß gemäß der Er-™ findung eine Polymerisationsreaktion, eine Auflösung, Dispersion oder eine Hischung lange Zeit unter stabiler Betriebsbedingung fortgesetzt werden kann.

Weiterhin liegt bezüglich der Wärmeleitfähigkeit von der Behälterwandung zur Flüssigkeit in dein Behälter die Wärneleitfähigkeit beim erfindungsgemäßen Verfahren nahe der theoretischen Wärmeleitfähigkeit durch Reibung, so daß, selbst wenn die Viskosität des flüssigen Materials hoch ist, eine ausgezeichnete Wärmeleitung erzielt werden kann.

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Da
/die oben erklärte Vorrichtung für den erfindungsgemäßen Zweck von erheblichem Nutzen und Bedeutung ist, wurde gefunden, daß gelegentlich ein ungenügend durchmischter Teil, wenn auch nur örtlich, zwischen defc spiral^güsig an einer Rotationsachse befestigten Rührblättern vorhanden sein kann. Die Gegenwart eines solchen ungenügend durchmischten Teils übt einen unerwünschten Einfluß auf die Verbesserung der Homogenität des Reaktionsproduktes aus.

Es wurde weiterhin gefunden, daß das Auftreten solchen ungenügend durchmischten Teils vermieden werden kann, indem eine Abdeckkappe in Verbindung mit dem Loch auf dem Schraubenblatt, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, vorgesehen wird. Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung hat die gleichen strukturellen Iierkmale wie die der Fig. 1 oder 3» außer daß in Verbindung mit $%a«it Loch 2 eine Abdeckkappe bzw. -platte 13 in einem geeigneten Winkel Q zur Oberfläche des Blattes 1 vorgesehen ist. Die Kappe bzw. Platte 13 ist eine Art Rektifizierungs.glied, das der gerührten Flüssigkeit eine positive Drehströmung verleiht, so daß die Bildung eines ungenügend durchmischten Teils verhindert werden kann, wobei der ungenügend durchmischte Teil aufgrund eines Anteils «eHt totem Winkels zwischen den Rührblättern entsteht, wenn die gerührte Flüssigkeit an die untere Fläche des Rührblattes unter der Einwirkung einer Scherkraft durch diese Löcher gepreßt und zugeführt wird. Die Abdeckplatte 13 bildet einen geeigneten Anstellwinkel 0, so daß der durch die das unter*und obere Ende der Kappe bzw. Platte verbindende Gerade mit der Oberfläche des Rührblattes gebildete Winkel 20 bis BO⁰, vorzugsweise 30 bis 60°, sein kann.

Die Eriindung wird weiter durch die folgenden Beispiele erläutert, worin alle Teile und Proζentangaben, sofern nicht

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anders angegeben, auf das Gewicht bezogen sind:

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde eine Rührvorrichtung wie in !'ig.

gezeigt, mit folgenden Abmessungen verwendet:

Tabelle 1

k Innendurchmesser ¹D des Behälters 990 mm

Außendurchmesser d des Rührblattes 94-0 mm

Ganglänge S des Rührblatts 1800 mn

Lochdurchmesser d 100 mm

Lochzahl η 12

Behälterlänge in axialer Richtung 2J00 mm

Ein Monomerengemisch aus 89»5 % Acrylnitril und 10,5 ^c/° Methylacrylat wurde in die Rührvorrichtung eingebracht, worin die Flüssigkeitstemperatur durch Temperatursteuerung eines Heizmittels im Mantel bei 55 C gehalten τ-nirde. Weiterhin wurde eine geeignete Menge Katalysator, bei den das Molverhältnis von Natriumchlorat und llatriumsulfit 1 : S betrug, P Salpetersäure und reines Wasser zugesetzt und die Copolymerisationsreaktion mit einer Verweilzeit im Behälter von 60 rain durchgeführt, um ein Copolymerisat, das hauptsächlich aus Acrylnitril bestand, herzustellen.

Sodann wurde zum Vergleich die gleiche Copolymerisationsreakticn in einer Rührvorrichtung vom Turbinenblatttyp dmrchgeführt, die die Abmessung des Innendurchmessers besaß und bei der die Länge in axialer Richtung der der oben genannten Rührvorrichtung entsprechend gemacht wurde. Die Turbinenblätter wurden in awei Stufen angeordnet, wobei sechs Turbinenblätter pro btufe vorhanden xiraren und der Außendurclimesser jedes Blattes GOO mm betrug.

BAD ORIGINAL

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In jeder dieser Polymerisationsreaktxonen wurde die Salpetersäuremenge so gesteuert, daß der pH in der Vorrichtung bei 2,4 gehalten wurde.

Die Ergebnisse dieser Versuche zeigt die Tabelle 2.

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BAD ORIGINAL tabelle 2

Copoly- Hach vollmerisierständiger bare liono- Copolymemere(Gew.%) risationsreaktion in der Reaktionslösung entlialtenes Copolymerisat(Gew.%)

Teilchengrößenverteilung des Copolymerisats

,3 (<42

mesh)

0,35- 0,10- 0,
0,10mm 0,053 0,044 mm
(42 - nun mm C>32
(150- (250- mesh
mesh 250 325

mesh) mesh)

Molekulargewichtsverteilung des Copolymerisats

Gewichts-' Zahlen-Durch-Durchschnitts- schnittsmolekular- molekulargewicht gewicht (Kw) Ö

Erfindungsgeinäße
Hührvorrichtung 40,0 %

dhirbinenblatt-Eiilirvorrichtung

29,0%

34,7

23,5% 0 °/o 0,4% 0,8% 1,1% 97,7% 111000

28200

0% 4,2% 14,1% 6,4% 75,4-% 111000 25000

CTi

N)

σ)

Auf der Innenwandung des Polymerisationsbehälters und auf den Turbinenblättern der iiurbinenblattartigen Rührvorrichtung wurde eine durch die Verfestigung von Copolymerisatteilchen verursachte Abscheidung beobachtet, wenn mehr als 29 Gew.% l-ionomere zugeführt wurden, lind es erwies sich als unmöglich, die Polymerisationsreaktioii fortzusetzen.

Aus dea obigen Vergleich wird verständlich, daß das Rühr-. verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung herkömmlichen Vorrichtungen gegenüber überlegene Wirkungen hinsichtlich der Einheitlichkeit der Durchmischung und der feinen Verteilung der dispersen Phase zeigt.

Die als Fig. 2a und 2b beigefügten Fotografien zeigen Teilchenverteilungen des erhaltenen Copolymerisats.

Beispiel 2

Es wurde eine Flüssigkeitsrührvorrichtung wie in Fig. 1 dargestellt, mit. den in Tabelle wiedergegebenen Abmessungen
verwendet.

Tabelle 3

Innendurchmesser D des Behälters 222 mm

Außendurchmesser d des Rührblattes 212 mm

Ganglänge S des Rührblatts 120 mm

Lochdurchmesser d 5 mm

Lochzahl η 480

Behälterlänge in axialer Richtung 600 mm

Eine Kischlösung von 15 TIn. eines Monomerengemischs aus 90 % Acrylnitril und 10 % Methylacrylat, 85 TIn. einer

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47 %igen wäßrigen Lösung von Natriumthiocyanat, 0,18 TIn. Azobisisobuty^.ronitril und 0,067 TIn. Thioglykolsäure vjurae mit Schwefelsäure auf pH 3,0 eingestellt und in die Rührvorrichtung eingebracht, worin die' Flüssigkeitstemperatur durch Temperaturkontrolle des Heizmittels ini Kantel bei 75 ⁰G gehalten wurde. Die Polymerisationsreaktion wurde kontinuierlich durch Aufrechterhalten der durchschnittlichen Verweilzeit im Behälter von 120 min durchgeführt. Die DreL-zahl der Rührwelle wurde bei 200 Upm gehalten.

In Abänderung wurde das perforierte Rührschraubenblatt der oben verwendeten Vorrichtung in drei gleiche Teile in axialer Richtung geteilt und eine Trennscheibe gleichen Durchmessers wie ta· Rührblatt wurde jeweils zwischen den entsprechenden Abschnitten des perforierten Rührsehraubenblatts befestigt, wobei ein ähnliches Rühr system entstand wie in Pig. 3 dargestellt. Die gleiche Copolymerisation wurde unter Verwendung dieser modifizierten Vorrichtung durchgeführt. Ein Teil des Reaktionsprodukts, kontinuierlich aus dem. Rührbehälter abgezogen, wurde in Wasser gegossen, um das Copolymerisat auszufällen, und die Umwandlung (Polymerisationsausbeute) * gemessen. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 4-,

Tabelle 4 Pol^naerisationsausbeute

Vorrichtung nach Fig. 1 76,0 %

Vorrichtung nach Fig. 3 86,5 /^

Beispiel 3

Pentachlorbiphenyl (Kanechlor-500) wurde kontinuierlich in eine Lösung des Reaktionsprodukts (Polymerisatlösung) Iiineindispergiert, welche mit der Vorrichtung (Fig. 1) des Beispiels

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hergestellt worden war, und· die Verteilung der Durchmesser der dispergierten Teilchen gemessen.

Wieder wurden die zwei Arten der Vorrichtungen, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurden, eingesetzt. In jedem Fall wurde die Temperatur der Flüssigkeit in dem Behälter bei 50 ⁰C gehalten. Zwei TIe. Pentachlorbiphenyl und 98 TIe. der in Beispiel 2 unter Verwendung der Vorrichtung der Fig. erhaltenen Polymerisatlösung wurden kontinuierlich zugeführt, während die durchschnittliche Verweilzeit von 10 min im Behälter aufrecht erhalten wurde. Die Rührwelle wurde mit 400 Upm bewegt, um das heterogene System zu dispergieren und zu durchmisehen.

Dann wurde die kontinuierlich vom Rührbehälter abgezogene Dispersion gesammelt und die Durchmesserverteilung der dispergierten Teilchen des Pentachlorbiphenyls mikrofotografisch gemessen.

Die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt, worin die Kurve a eine Durchmesserverteilung dispergierter Teilchen bei einer Rührvorrichtung ohne Trennscheibe, und die Kurve b eine Durchmesservei'tcilung dispergierter Teilchen bei Verwendung der Vorrichtung mit Trennsclieiben zwischen perforierten Rührscliraubenblättern zeigt.

Fig» 5 macht verständlich, daß eine Dispersion mit einheitlicher Durchmesservertdlung der Teilchen leicht mit hoher Ausbeute mit Hilfe der Vorrichtung der in Fig. 3 dargestellten Art hergestellt werden kann.

Beispiel M-

Zuerst wurde eine Rührvorrichtung der in Fig. 6 gezeigten Art

verwendet, bei der Abdeckkappen auf einem perforierten

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BAD ORIGINAL

4-5	O	ium
990	cam
940	Lim
1800	mm
100
12	Bim
2300

Rührschraubenblatt ausgebildet waren und die die Tabelle 5 gezeigten Abmessungen aufwies.

Tabelle 5

' Durch die Abdeckplatte gebildeter Anstellwinkel O

Innendurchmesser D des Behälters

AußendiKCchmesser d des Rührblattes Ganglänge S des Rührblatts

Lochdurchmesser d

Lochzahl η

Behälterlänge in axialer Richtung

Ein Monomerengemisch aus 89,5 °/° Acrylnitril und 10,5 % Methylacrylat wurde kontinuierlich in 'dl·' Rührvorrichtung eingebracht, in der die Iflüssigkeitstemperatur bei 55 °C gehalten wurde. Weiterhin wurden geeignete Mengen eines Katalysators, bei dem das Molverhältnis von ITatriumchlorat und Natriumsulfit 1:8 war, Salpetersäure und reines Wasser zugesetzt und die Oopolymerisationsreaktion unter Beibehaltung einer durchschnittlichen Verweilzeit im Behälter von 60 min durchgeführt, um ein hauptsächlich aus Acrylnitril bestehendes Copolymerisat herzustellen.

Dann wurde zum Vergleich eine turbinenblattartige Rührvorrichtung gleichen Innendurchmessers und gleicher Länge in axialer Richtung und mit einem Außendurchmesser des Turbinenblattes von 600 mm, sechs Turbinenblättern pro Stufe und zwei Turbineriblattstufen verwendet, um die Copolymerisationsreaktion unter den gleichen Bedingungen, wie zuvor erwähnt, durchzuführen.

*) wie der oben genannten Bükrrorrioktung

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Bei jeder dieser Reaktionen wurde die Salpetersäureinenge so gesteuert, daß der pH des Reaktionsgemisches im Behälter "bei 2,4 gehalten wurde. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 6.

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Tabelle 6

Copolyt- Nach vollmerisierständiger frare Mono- Copolymemere(Gew.%)risations- reaktion in der Reaktionslösung enthaltenes CoDolymerisat(Gew.%) Teilchengrößenverteilung Molekulargewichtsverteilung des Copolymerisate des Copolymerisate

0,35 0,55- 0,10- 0,058- 0,044 Gewichtsmm 0,10 0,058 0,044 mm Durch-(42 mm mm mm (325 "schnittsmesh) (42 - (150- (250- mesh) molekular-250 325 gewicht
mesh) mesh) mesh) ([Mw)

Zahlen-Durchschnitt smolekular- gewicht
(Kn)

Rührvor-

richtung nach. .6

39,596

34,3% 0% 0,1% 0,3% 1,3% 93,3% 111000

28200

furbin eii blatt Eührvorrichtung

23,5% 0% 4,2% 14,1% 6,4% 75,4% 111000

25000

2Ί2Α642

Auf der Innenwandung des Behälters und auf den (Purbinenblättern der genannten tu'rbinenblattartigen Rührvorrichtung wurde eine durch die Verfestigung von Copolymerisatteilchen ausgelöste Abscheidung beobachtet, wenn mehr als 29 Gew.% Honoriere zugeführt viurden, und es erwies sich als unmöglich, die Polymeriaationsreaktion fortzusetzen. Die oben gezeigten Ergebnisse machen verständlich, daß die erfindungsgemäße VorxrLchtung einer herkömmlichen Vorrichtung gegenüber hinsichtlich der Einheitlichkeit der Durchmischung und der feinen Verteilung des dispergierten Zustands überlegene Wirkungen zeigt.

-Fatentansprüche-

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BAD ORiGINAL

Claims

Patentansprüche

1. Ruhrverfahren mit einem perforierten Schraubenblatt, gekennzeichnet durch Einbringen einer zu rührenden Flüssigkeit in einen Rührbehälter, in welchem ein perforiertes Schraubenblatt mit durch die folgenden Gleichungen bestimmten Abmessungen drehbar angebracht ist:

o,99D U» o,7OD (1)

3,0d Ξ S ^ 0,5d . · (2)

ä ^ 0,2d (3)

Op Ο P- P

(ΊΓ - d^d) + nd ^d ^ 0,5V O)

worin D ein Innendurchmesser des Behälters, d ein Außendurchmesser des Rührblattes, d ein Durchmesser eines im Rührblatt anzubringenden Lochs, η «lie Lochzahl pro ganze Drehung des Schraubenblatts, auf die Ebene senkrecht zur axialen Richtung des Behälters projiziert, und S eine Schraubenganglänge, in axialer Richtung des Rührblattes gemessen, ist, und Ausstoßen der Flüssigkeit mit der Drehung des perforierten Schraubenblatts durch die im Schraubenblatt angebrachten Löcher.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von wenigstens zwei Sätzen der perforierten Rührschraubenblätter, wobei eine Trennscheibe drehbar koaxial zwischen den Schraubenblättern angeordnet ist.

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3. Rührverfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Abdeckkappe bzw. -platte in Verbindung mit jedem der Löcher unter einem geeigneten Winkel zur Oberfläche des Schraubenblattes·

4-, Rührvorrichtung mit perforiertem Schraubenblatt, g e k e η η zeichnet durch eine drehbar in der Vorrichtung angebrachte und mit einem Rührschraubenblatt ausgestatteten Welle, welches eine Vielzahl von darin befindlichen Löchern aufweist.

5· Rührvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Sätze von Schraubenblättern auf einer drehbaren Welle vorgesehen sind und eine Trennscheibe dazwischen auf der gleichen Welle befestigt ist.

6. Rührvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher mit einer Abdeckplatte versehen sind, die mit der Oberfläche des Schraubenblatts einen Anstellwinkel von 20 bis 80° bildet.

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