DE2705556C3 - Polymerisationsreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Polymerisationsreaktor, der zur kontinuierlichen Herstellung von polymeren Substanzen eingesetzt werden kann.

Für die Herstellung von hochpolymeren Stoffen dienen im allgemeinen niedrigviskose Flüssigkeiten, welche durch bestimmte Katalysatoren, sowohl bei niedrigen, als auch bei hohen Temperaturen, in den höhermolekularen Zustand umgewandelt werden. Die hierfür notwendigen Reaktionszeiten können oftmals mehrere Stunden betrafen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Kettenlängen der Polymeren durch Zusätze geeigneter Stoffe zu regeln. Dazu ist es notwendig, daß die Stoffe mit den Ausgangsmaterialien innig vermischt werden und im Laufe der Reaktion durch Zugabe von weiteren Reaktionspartnern der Polymerisationsablauf gesteuert wird.

Die Herstellunghochpolymerer Stoffe kann sowohl in diskontinuierlicher als auch in kontinuierlicher Fahrweise erfolgen. Beim Chargenbetrieb setzt man gewöhnlich Rührwerkskessel oder Mischer ein. Für die kontinuierliche Fahrweise werden im allgemeinen Schneckenmaschinen eingesetzt, die allerdings fertigungstechnisch sehr aufwendig sind, weil man zu ihrer Herstellung Präzisionswerkzeugmaschinen und hochwertige Werkstoffe benötigt.

Ein Beispiel für eine derartige Schneckenmisch-Vorrichtung wird z. B. in der DE-AS 1719321 beschrieben. Ferner sind Reaktor-Typen bekanntgeworden, die es zwar gestatten, hochviskose Medien zu mischen und zu fördern, die jedoch keine ausreichende Verweilzeit bei wirtschaftlich vertretbarem Aufwand bieten. Zu derartigen Vorrichtungen gehören z. B. der sog. »Filmtruder«. Bekannt sind auch »Kaskadenreaktoren« (vgl. z. B. DE-PS 1142838), die ebenfalls kontinuierlich betrieben werden können. Damit können zwar die gewünschte Verweilzeit und auch ein enges Verweilzeitspektrum eingestellt werden, doch eignen sich diese Vorrichtungen nicht für viskose Medien, da die Ausbildung der Zellenräder eine Förderung dieser Stoffe nicht gewährleistet.

In DE-OS 2 160410, US-PS 3953002 und JP-PS 76/6870 werden Mischvorrichtungen beschrieben, die Förderelemente mit verschiedenen Steigungen auf einer drehbaren Walze angeordnet aufweisen. Für eine Verwendung als Polymerisationsreaktof sind diese Vorrichtungen jedoch nicht geeignet, da sich damit keine für die Polymerisation erwünschten Strömungsverhältnisse innerhalb des Reaktors erzielen lassen. In DE-AS 1146 852 und DE-AS X 295 524 werden Mischvorrichtungen beschrieben, die zwar eine intensive Vermischung des zu mischenden Gutes ermöglichen. Für Polymerisationsreaktionen sind diese Vorrichtungen gleichfalls nicht geeignet.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,

ίο eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die auch die kontinuierliche Herstellung von viskosen Substanzen erlaubt.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Polymerisationsreaktor, bestehend aus einem zylindrischen Behälter mit Ein- und Auslassen für das kontinuierlich durchlaufende Misch- oder Polymerisationsgut und einer oder gegebenenfalls mehreren um die Längsachse des Behälters drehbaren Wellen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß auf der Welle bzw. den Wellen abschnittsweise Wendel- und/oder Schraubenrührer angebracht sind, die in jeweils benachbarten Abschnitten entgegengesetzte Steigungen aufweisen, so daß in dem Reaktor eine Zellenströmung erzeugt wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Reaktors zur Polymerisation von Organopolysiloxanen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Förderung auch hochviskoser

so Stoffe einwandfrei gewährleistet ist, daß lange Verweilzeiten mit engen Verweilzeitspektren möglich sind, und daß die Herstellung der Vorrichtung fertigungstechnisch einfach ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht in einer

π möglichen Ausführungsform aus einem zylindrischen Rohr, in dem Förderelemente in Form von Wendeloder Schraubenrührern rotieren. Diese Förderelemente sind konstruktiv so ausgebildet, daß sie wechselweise entgegengesetzt verlaufende Strömungen er-

zeugen. Dies wird dadurch erzielt, daß die Steigung der Wendel oder der Schnecke abschnittsweise entgegengesetzt gerichtet ist, analog einer rechts- bzw. linksgängigen Schraube. Zwei benachbarte Zellen bzw. Abschnitte weisen somit entgegengesetzt gerich-

4· teteStrömungen auf. Dadurch entsteht in dem Reaktionsrohr eine Zellarströmung, wobei die Zellenzahl der Anzahl der Steigungswechsel vermehrt um eins entspricht. Jede Zelle für sich ist ideal durchmischt da Drehzahl, Steigung, Gängigkeit und Breite der

vi Schraubenrührer den jeweiligen Stoffdaten des zu rührenden Gutes angepaßt werden können. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung können auch mehrere Wellen nebeneinander vorliegen.

In Fig. 1 bis 4 sind mögliche Ausführungsformen

•ΊΊ solcher Wendel- und/oder Schraubenrührer dargestellt.

Fig. 1 stellt einen Schraubenrührer mit Leitrohr dar. Mit der gezeigten Steigung des Rührers wird bei Rechtslauf im Leitrohr eine nach unten gerichtete

Mi Strömung erzeugt. Da das darunterliegende Element die entgegengesetzte Steigung aufweist und demzufolge hierdie Strömung im Leitrohr nach oben gerichtet ist, entstehen in beiden Zellen entgegengesetzt gerichtete Zirkulationsströmungen.

μ Fig. 2 zeigt den Schraubenrührer in exzentrischer Anordnung. Für die gezeichnete Steigung ergibt sich bei Rechtslauf im Bereich des oberen Rührers eine nach unten, im Bereich des unteren Rührers eine nach

oben gerichtete Strömung,

Fig, 3 stellt einen Einfach-Wendelrührer dar, dessen Wendel so angestellt ist, daß bei Rechtslauf in der Nähe der Behälterwand eine nach unten gerichtete Strömung auftritt, während die darunterliegende Wendel in der Nähe der Behälterwand eine nach oben gerichtete Strömung erzeugt.

Fig. 4 stellt eine Kombination des Wendelrührers mit einem Schraubenrührer dar.

In Fig. 5 Ist ein Reaktor dargestellt, wie er z. B. für Polymerisationsprozesse in der Silicon-Chemie geeignet ist. Dabei bedeuten

1 Einlaßrohr

2 Auslaßrohr

3 öffnungen für Kühl- oder Heizmedium is

4 Reaktorwand

5 Rührwelle

6,10 Förderelement

7 Trennwand

8, 9 Einzelzelle

Das zu polymerisierende Gut tritt bei 1 in den Reaktor ein und wird in der Zelle 8 mit dem bereits anpolymerisierten Gut vermischt. Die Steigung des hier dargestellten Wendelrübrerelements 6 ist so ausgeführt, daß bei Rechtskauf in der Nähe der Behälterwand eine nach oben gerichtete Strömung erzeugt wird. In der nachfolgenden Zelle 9 ist das Wendeirührerelement 10 so ausgebildet, daß hier die entgegengesetzte Strömung entsteht. Dadurch ergibt sich der in Fig, 2 angegebene Zirkulationssinn in den einzelnen Zellen. Das zulaufende Gut durchläuft nacheinander die Strömungszellen, wobei jede Zelle für sich eine ideal durchmischte Stufe darstellt. Das Endprodukt verläßt bei 2 den Reaktor.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß sich durch die Anzahl der eingebauten Zellen das Verweilzeitspektrum in breiten Grenzen variieren läßt. Heizung bzw. Kühlung des Reaktors kann in beliebiger Weise vorgenommen werden. Durch den Einbau mehrerer Anschlüsse für die Heizung bzw. Kühlung kann dies auch abschnittsweise erfolgen.

Der erfindungsgemäße Reaktor kann für beliebige Reaktionsprozesse eingesetzt werden. Beispielhaft seien die Polymerisation von Locken, von Polybutadien, Polyisopren oder von Organopolysiloxanen genannt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche;

1. Polymerisationsreafctor, bestehend aus einem zylindrischen Behälter nut Ein- und Auslassen für das kontinuierlich durchlaufende Misch- oder Polymerisationsgut und einer oder gegebenenfalls mehreren um die Längsachse des Behälters drehbaren Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle bzw. den Wellen abschnittsweise Wendel- und/oder Schraubenrührer angebracht sind, die in jeweils benachbarten Abschnitten entgegengesetzte Steigungen aufweisen, so daß in dem Reaktor eine Zellenströmung erzeugt wird.

2. Verwendung eines Polymerisationsreaktors gemäß Anspruch 1 zur Polymerisation von Organopolysiloxanen.