DE2624284C3

DE2624284C3 - Verfahren zum Dosieren von fluidisierbaren Feststoffen

Info

Publication number: DE2624284C3
Application number: DE19762624284
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Chem. Dr. 6710 Frankenthal Bolte; Ingo H. Dipl.-Ing. Dr. 6700 Ludwigshafen Dorn; Juergen Ing.(Grad.) 6705 Deidesheim Martin
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1976-05-31
Filing date: 1976-05-31
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE2624284B2; DE2624284A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen Dosierung von fluidisierbaren Feststoffen, die vor Eintritt in einer? Reaktionsraum keiner Temperatur-, Druck- und/oder Stoßbelasiung ausgesetzt werden dürfen.

Zwar sind eine große Zahl von Fördereinrichtungen bekannt, doch können diese dann nicht angewandt werden, wenn der zu dosierende Fesistoff z. B. keiner Temperaturbelastung ausgeselzt werden darf. Andere Förderaggregate belasten das Fördergut /.war nicht durch Reibung, dosieren aber nur ungenau oder benötigen einen sehr hohen technischen Aufwand, wie z. B. Dosierbandwaagen in einem explosionsgeschützlen Raum. Bei ancitren Dosiercinrichlungcn führen die Dämpfe von Verbindungen, η wclc' £ die /u dosierenden Feststoffe eingebracht we-den. laufend zu Störungen durch Zusammenbacken. Zur / jfrechterhaltung einer gleichbleibenden Kalalysatorkonzentration während der Polymerisation von monomeren Verbindungen müssen /.. B. Katalysatoren über einen längeren Zeitraum zu den Reaktanten in einen Reaktionsruum dosiert werden. Wegen der Abhängigkeit von Polymerisationsgeschwindigkeit und Polvmeris3tionsgrad von der Initiatorkonzentration stellt die genaue Dosierung von Katalysatoren eine wichtige Operation bei den verschiedenen Polymerisationsverfahren dar.

In anderen Fällen soll z. B. ein bestimmter Stoff in einen Reaktor befördert werden, der sich sehr leicht zersetzt, ehe er an den gewünschten Ort gelangt und dort wirksam wird. Andere Stoffe können ihre Eigenschaften ändern, wenn sie z. B. durch Schcrung einer Druckbelastung ausgesetzt werden.

Natürlich ist die Dosierung problemlos, wenn es sich bei den Stoffen um flüssige Produkte handelt, die einfach in eine Reaktions/.one gebracht werden können. In vielen Fällen ist es auch möglich, die benötigten Katalysatoren oder andere Feststoffe mit Lösungsmitteln in eine leicht dosiorbare Form zu bringen.

Die Auswahl der Lösungsmittel wird aber eingeschränkt, da manche Verbindungen mit den zu dosierenden Stoffen reagieren oder nur eine geringe Löslichkeit besitzen, so daß z. B. nur eine Förderung einer Suspension möglich m. Diese Methode führt aber oft zu Störungen durch Verstopfungen und zu DoMcrschwankungcn. Bei bestimmten Polymerisationsn.ikhonen können /. B. die Lösungsmittel den Pro/el.t i'mpfimllich stören, indem sie wegen ihrer regelnden Wirkung einen gewünschten Polymerisationsgrad nicht M-rwuklii-hen lassen. Auch gibt es Fälle, bei denen ein K'Miinmtc.s Lösungsmittel nicht brauchbar ist, indem es als unerwünschtes Lösungsmittel oder umgekehrt als unerwünschtes Fällungsmittel für den Reaktanten wirkt. Oft wird das Lösungsmittel für die zu dosierenden Stoffe im Endprodukt nicht gewünscht, so daß das Lösungsmittel z. B. durch Destillation oder Extraktion in einem zusätzlichen Arbeitsgang wieder entfernt werden muß. Bei einer sehr großen Zahl von Verfahren, bei denen mittels Katalysatoren polymerisiert wird, ist es oft schwer, für Monomere, Polymere und Katalysato, und Hilfsstoff ein geeignetes Lösungsmittel zu finden. Auch bei anderen Reaktionen, bei denen Stoffe zu den Reaktanten geführt werden müssen, wie z. B. die Dosierung eines anorganischen oder organischen Salzes, müssen Verträglichkeit und Löslichkeit vorhanden sein. Sollen sogar mehrere Stoffe gleichzeitig in einem bestimmten Zeitraum in den Reaktionsraum dosiert werden, ist ein geeignetes Lösungsmittel überhaupt nicht zu finden.

Aus den beschriebenen Gründen ist das Fördern von Feststoffen in einen Reaktionsraum die einzige Alternative. Hierfür sind eine Vielzahl von Apparaten bekannt, wie z. B. die Förderung mittels Zellradschleusen, Schnecken, Becherwerken, Bandförderern, Vibrationsrinnen, Drehtellern sowie die pneumatische Förderung.

Die Fördereinrichtungen für Feststoffe sind nicht frei von Störungen, die bei bestimmten Operationen auftreten.

Zum Beispiel wird bei der Polymerisation von monomeren Verbindungen Wärme freigesetzt, die abgeführt werden muß. Auch werden bestimmte Reaktionen wegen der Reaktionsgeschwindigkeit oft bei erhöhter Temperatur ausgeführt, so daß sich in den Reaktionsräumen über den Reaktanten Dämpfe von Einsatzstoffen, Lösungsmitteln und Hilfsstoffen befinden. Bei der Zudosierung vor, Feststoffen mit den bekannten Fördereinrichtungen ergeben sich oft Probleme, wenn die Feststoffe beim Eintritt in den Reaktionsraum mit den Dämpfen in Berührung kommen. Durch Kondensation an dem Fördergut entstehen leicht Zusammenbackungen, Cie die Fördereinrichtungen leicht blockieren und außer Tätigkeit setzen; oft schließen die Fördereinrichtungen den Reaktionsraum nicht genügend gegen den umgebenden Raum ab, so daß z. B. Luftsauerstoff in den Reaktionsraum gelangen kann, der wiederum die ablaufende Reaktion empfindlich stören kann.

Bei der Verwendung von Schnecken zum Fördern von Feststoffen gelingt es zwar, den Reaktionsraum weitgehend dicht zu verschließen, doch sind diese Apparate nicht geeignet bei der Förderung von Substanzen, die vor Eintritt in den Reaktionsraum keiner Temperatur- oder Druckbelastung ausgesetzt werden dürfen. Zum Beispiel gehören zu diesen sich bei Temperaturerhöhung zersetzenden Substanzen Katalysatoren, die bei der radikalischen Polymerisation von Monomeren Verwendung finden, wie Peroxidverbindungen und Azodinitrüverbindungen. Durch die in einer Schnecke auftretende Reibungswärme kommt es nach Temperaturerhöhung zu explosionsartigen Zersetzungen.

Die beschriebenen Verfahren sind mit dem Nachteil behaftet, daß sie nicht die betriebssichere, genaue Dosierung von Feststoffen ohne Temperatur-. Druckoder Stoßbelastung gewährleisten.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur betriebssicheren und genauen Dosierung von temperatur-, druck und/oder stoßempfindlichen feststoffen anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Feststoffe mittels eines Gases fluidisiert werden und aus einem Wirbelbett mittels eines Treibgasstromes in den Reaktor eingetragen werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Feststoff, z. B. als Katalysator, in einen Reaktor, in dem monomere Verbindungen unter Freisetzung von Wärme polymerisiert werden, in konstanter Menge über einen längeren Zeitraum ohne Temperaturbelastung eindosiert, ohne daß es zu Verstopfungen oder Störungen der Vorrichtung kommt. Durch die erfindungsgernäße Eindosierung des Feststoffes mittels eines Treibgasstromes kommt es an den Grenzzonen der Eintrittsstelle zu keiner Kondensation von gasförmigen Verbindungen und damit zu keinen Anbackungen. Wegen des oft störenden Einfiusses von Luftsauerstoff bei manchen Reaktionen wird zum Fördern der fluidisierbaren Feststoffe ein inertes Medium, wie z. B. Stickstoff oder Helium, verwendet. In besonderen Fällen kann es erforderlich sein, dem Feststoff ein :n Fluidisierungshilfsrnitte! zuzusetzen, damit eine einwandfreie Fluidisierung im Wirbelbett möglich is ·

Dabei handelt es sich im allgemeinen um untergeordnete Mengen an Hilfsstoffen, die in den Endprodukten wegen ihrer geringen Konzentration nicht stören. Ein r, solcher besonderer Fall, bei dem ein Fluidisierungshilfsmittel zugesetzt werden kann, liegt bei der Dosierung von Azodiisobuttersäuredinitril vor. Diese Substanz ist normalerweise kristallin und bildet leicht Agglomerate, die eine Fluidisierung des Feststoffes im Wirbelbett ic stören. Durch Zusatz von geringen Mengen eines Fluidisierungshilfsmittels, wie z. B. Kieselgel, gelingt es, die Substanz überraschenderweise ohne Störungen zu dosieren.

Ebenso wie die beschriebenen Katalysatoren können ;\ auch fluidisierbare Hilfs- und Zusatzstoffe, wie z. B. Farbstoffpigmente, Filterhilfsstoffe oder andere feste Stoffe mit dem Verfahren und der Vorrichtung auf einfache Weise dosiert werden.

Auch bei der Dosierung von sehr kleinen Mengen von :i> fluidisierbaren Feststoffen, wie z.B. 100 g/Stunde in einen Reaktor, gelingt es. die Gewichtskonstan/ über einen sehr langen Zeitraum einzuhalten. Das Wirbelbett kann ohne Störung des Betriebes mit neuem Feststoff nachgefüllt werden, so daß die Vorrichtung zum .r, Dosieren in kleinen Dimensionen g^ halten werden kann. Ebenso kann die Dosierung in den Reaktor unterbrochen werden, ohne daß es zu Verstopfungen der Leitungen kommt. Es besteht keine Schwierigkeit, die Vorrichtung entsprechend dem Durchsat/ zu ·> vergrößert:. Gegebenenfalls kann die Dosiervorrichtung einschlirßlich (¹^m Reaktor bei erhöhtem oder erniedrigtem Druck betrieben werden.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen die Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter 1. η dem ein Feststoff 4 mittels eines Gases 2, das am Boden des Behälters I durch einen Anströmboden 3 eintritt, fluidisiert wird. Durch einen Treibgasstrom 7 kann die >■,< Dosierung des Feststoffes 4

1. entweder über eine Strahldüse 5. die weit genug oberhalb des Anströmbodens 3 des Wirbelbettes ,ingebracht ist (F i g. 1) oder

2. über eine außenliegetule Saugdüse 6 (I ig. 2) erfolgen.

Durch pneumatischen Transport in einer Rohrleitung 4 gelangt das Feststoff -/(ias-Gi-mis< h in den Reaktor.

Das zur Fluidisierung benötigte Gas wird im Oberteil des Behälters 1, der als Beruhigungsraum ausgebildet oder mit einem Zyklon versehen sein kann, vom Feststoff getrennt und verläßt über eine Leitung 8 die Dosiervorrichtung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen weiter ausgeführt Die in den Beispielen angegebenen Teile und Prozente sind Gewichtseinheiten.

Beispiel 1

In den Behälter 1, dessen Durchmesser 150 mm und dessen Höhe 400 mm betragen und der mit einer Sintermetallplatte 3 der Porosität 38 — 42% ausgerüstet ist, werden 1000 Teile Azodiisobuttersäuredinitril (AZDN) und 50 Teile Kieselgel 99,8%; 4-20 πιμ, eingefüllt und mit 1600 l/h Stickstoff fluidisiert.

Der Austrag des AZDN erfolgt mit der Vorrichtung gemäß Fi g. 1 ebenfalls mit Stickstoff. Der Durchmesser des Tauchrohres beträgt 6 mm.

Die aus dem Behälter 1 ausgetragene <\ZDN-Menge wird während 2x60 Minuten in 5-Minuten-Abständen

gewogen.	Pro Stunde	Mittelwert der
Treibgas	ausgeladenes	5-Minuten-Messungen
menge	AZDN
	[Teile]	[Teilel
[i/hi	211	IS
¹K)	330	26
120	785	()5
150

Beispiel 2

In die in Beispiel 1 beschriebene Apparatur werden 1000 Teile Kaliumpersulfat sowie 50 Teile Kieselgel 99.8%. 4-20ΐτιμ eingefüllt und mit 2200 1 Stickstoff fluidisiert.

Die aus dem Behälter I ausgctnigene Kaliumpersulfatmenge wird während 2x60 Minuten in 5-Minuten-Abständen gemessen.

I'reihgas-	Pro Stunde	Mittelwert der
menge	ausgetragenes	5-Minulen-Messur.gen
	Kaüumpersullut
[l/h]	[Teilel	licilcl
^l>5	150	12
140	310	25
Id(I		32

In den Beispielen 3-5 werden Einsatzmöglic.ikeitcn des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Beispiel 3

Man dosiert gleichzeitig während 2 Stunden zu 132 Teilen siedendem Isopropanol eine Lösung voii J22 Teilen Isobutylacrylat, 5.3,6 Teilen Mcthylmcth.icrylat; ^r)3.6 Teilen isomerisiertem Leinöl mit einer Dienzahl von etwa 25 (nach Kauf m a η η und Ii a I d e s, Berichte tier Deutschen C"hi:mi; .-hen Gesellschaft, 70. Jahrgang. S. 903 [1937]). 53.6 Teilen Acrylamid. 53.6 Teilen Acrylsäure. 10.72 Teilen Diisopropylauthogcndisulfid in I !4 Teilen Isopropanol sowie 5.36 Teile festes AZDN.

vermischt mit 0,268 Teilen Kicselgcl 99.8%. 4-20 um. wobei die Mischung stets am Rückfluß kocht. Wenn der Feststoffji;ehalt von b5% erreicht ist. ist der Ansät/ auspolymerisiert. Dieses Mischpolymerisat weist die gleichen Eigenschaften auf wie ein Polymerisat, bei dem das AZ.DN aufgeschliimmt in der 7fachen Menge Isopropaiiol zudosiert wird.

Beispiel 4

F.rsct/t man im Beispiel 3 das Isopropanol durch ein wesentlich höher siedendes Lösungsmittel. /.B. Xylol, so erhält man ebenfalls Mischpolymerisate mit Figensehaflen, wie sie bei Polymerisationsverfahren erfüllen werden, bei denen das Λ/.DN als Suspension im verwendeten Lösungsmittel dosiert wird, obwohl in diesem Beispiel die Halbwert/eit des AZI)N nur einen Bruchteil der 1 lalbwert/eit bei der Siedetemperatur des Isopropanols betragt.

Beispiel ^r>

Führt man die gleiche I Imsct/ung wie in Beispiel i durch, wobei jedoch 19t) ieiie isopropanol /u gleicher Anteilen aus Zulauf und Vorlage weggelassen werden erhiilt man ein Mischpolymerisat mit einem Feststoffan teil von «Wo.

Man erhält ein Mischpolymerisat gleicher Zusammensetzung, wenn man das Mischpolymerisat nach den Angaben von Beispiel 3 herstellt, dabei das AZI)N in dei 7fachen Menge Isopropanol /udosiert und nach Frmchen von bV'/o Feststoffanleil noch 19> Teile Isopropanol abdestilliert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Dosieren von fluidisierbaren Feststoffen, die vor Eintritt in einen Reaktionsraum ^r> keiner Temperatur-, Druck- und/oder Stoßbelastung ausgesetzt werden dürfen, in einen Reaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffe mittels eines Gases fluidisiert werden und aus einem Wirbeibett, mittels eines Treibgasstromes in in den Reaktor eingetragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Feststoffen untergeordnete Mengen an Fluidisierungshilfsstoffen zusetzt.