DE2714812A1

DE2714812A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung von polymerisationen aus der gasphase

Info

Publication number: DE2714812A1
Application number: DE19772714812
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Dr Frielingsdorf; Erich Dipl Chem Dr Kolk; Juergen Schwind; Dieter Dipl Chem Dr Volmer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1977-04-02
Filing date: 1977-04-02
Publication date: 1978-10-12
Also published as: US4212847A; DE2714812C3; DE2714812B2; JPS53123487A

Description

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Vorrichtung zur Durchführung von Polymerisationen aus der Gasphase

Die Erfindung betrifft die Durchführung von Polymerisationen aus der Gasphase in einem geschlossenen Reaktor mit einem darin um eine vertikale Achse rotierenden, Umlaufströme der eingesetzten Stoffe erzeugenden Rührer in Wendelform, der innerhalb bzw. unterhalb des regulären Feststoffbetts wirksam ist und im besonderen ergänzende Rühreiemente, die bis in den oberen Gasraum hinein wirken.

Es ist nach neueren Verfahren bekannt, die Polymerisation von äthylenisch ungesättigten Monomeren aus der Gasphase des Monomeren durchzuführen. Als Reaktionsgefäß dienen Autoklaven in Zylinderform, deren Böden und Deckel in ihrer Gestalt verschieden ausgebildet sein können, z.B. als Korbbogen oder Klüpperboden, und in besonderen Fällen auch mit ganz oder teilweise ebenen Flächen. - Die Polymerisation läuft in einem gerührten Feststoffbett aus Polymerisatgrieß ab, in dem eine sehr kleine Menge der Katalysatorkörper verteilt ist. Die geometrische Querschnitts-Form dieses Feststoffbettes wird einerseits durch die Geometrie des Reaktors und des verwendeten Rührers bestimmt und anderer seits durch die Rührerdrehzahl und durch die physikalischen Eigenschaften des Polymerisates, insbesondere das Schüttgewicht und die Kornverteilung. Um die aus Gründen der thermischen Homogenität erforderliche Rührwirkung zu erzielen, werden spezielle Rührelemente verschiedener Konstruktion eingesetzt, z.B. Wendelrührer wie in der DT-PS 12 18 265 beschrieben. Dieser Rührer erstreckt sich beim Antrieb vom Reaktorboden her nur über einen gewissen, wenn auch maximal großen axialen Bereich des im wesentlichen zylindrischen Reaktorvolumens. Durch diese Anordnung bildet somit die Oberfläche des Rührbettes die Grenzfläche gegen den darüber sich befindenden Gasraum. Die geometrische Form der Rührbettoberfläche hängt außer von den oben bereits genannten Einflußgrößen auch von der durch den Rührer erzeugten Polymerisatteilchenströmung ab. In getauchtem Zustand bildet sich beim

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Wendelrührer durch die Rotationsbewegung des gerührten Peststoffes an der Rührgutoberflache eine Trombe aus. Die Hauptförderrichtung verläuft dabei in der Hittelachse des zylindrischen Reaktorvolumens zum Reaktorboden hin. Es ist nun aus verfahrenstechnischen Gründen anderer Art, wie z.B. wegen des Nutzungsgrades des Reaktors, der Mischzeit des Rührbettes und der gegebenenfalls nötigen Begrenzung der Kühlgasmengen durch einen Produktwirbelpunkt nicht möglich, diesen Wendelrührer anders als im getauchten Zustand zu betreiben. Dadurch befindet sich während der Reaktion stets eine Rührgutschicht bestimmter Dicke über dem oberen peripheren Flugkreis des Rührers, die im allgemeinen als "hold-up" bezeichnet wird. Dieser "hold-up^M ist - mischtechnisch gesehen - eine schlecht gerührte Zone, da er aufgrund seiner Reaktorwandnähe nur der Rotationsbewegung des Produktes unterliegt. Der "hold-up" gibt daher Anlaß zur Ausbildung von PoIymerisatanwachsungen von der Reaktorwand her, die bei fortschreitender Polymerisationsdauer zu einer Störung der homogenen Durchmischung des Rührbettes, z.B. durch abfallende Brocken und zu mechanischer Beschädigung von Heß- und Regeleinrichtungen im Reaktor führen und schließlich zur Unterbrechung der Polymerisation zwingen.

Ähnliche Erscheinungen sind auch bei Polymerisationen in Suspension nach DT-OS 20 32 700 oder in Dispersion nach DT-PS 1 557 021 beobachtet worden. Um derartige Störungen zu beseitigen, wird bisher empfohlen, die Rotationsbewegung eines äußeren oberen Trombenrandes durch Stromstörer, Stromleitbleche, Leitschaufelgitter und ähnliche an der Reaktorwand befestigte Elemente in eine turbulente Bewegung umzuwandeln. - Ohne Bezug auf irgendeine Polymerisationsreaktion sind andererseits bereits Rührelemente in besonderen Anordnungen aus der DT-PS 38O 02 4, US-PS 1 585 I69, DT-PS 657 302 und DT-AS 12 13 386 bekannt, die ebenfalls mit Leitblechen, Strombrechern oder Mischflügeln eine bessere Durchmischung eines Behälterinhaltes in seinem oberen Volumenbereich erzielen. Den letztgenannten Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sie entweder an der Behälterwand oder am Behälterdeckel befestigt sind, wobei sie

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drehbar und in der höhe verstellbar sind oder es werden auch ihre Anstellwinkel gegenüber der vertikalen Achse veränderbar eingerichtet. Bei diesen bekannten Anordnungen von Stromstörern ergeben sicli in Wandnähe stets tote Zonen und Bereiche unterschiedlicher Turbulenz,

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, den Ablauf der Polymerisation durch eine Verbesserung der Rührelemente so einzurichten, daß die Bildung von Polymerisationsanwüchsen an der Reaktorwand im Bereich des "hold-up" über einem Wendelrührer und am daran sich noch weiter nach oben anschließenden Teil der Reaktorwand, d.h. im Gasraumbereich, verhindert wird und dadurch störungsfreie kontinuierliche Polymerisation über lange Perioden hinweg möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf den innerhalb des regulären Feststoffbettes rotierenden Wendelrührer ein über dessen höchstliegenden Plugkreis sich nach oben erstrekkender Rührstab aufgesetzt ist, dessen randgängig überstrichene Bewegungsflache der Kontur des Reaktors in diesem Bereich angepaßt ist. - Wach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der aufgesetzte Rührstab einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt von wesentlich kleinerer Fläche als der Querschnitt des wendel- bzw. ankerförrnigen Rührers auf, wobei die lange Achse des Rührstabquerschnitts tangential zur Wand des Reaktors ausgerichtet ist.

Es zeigt die Zeichnung einen Reaktor mit von unten angetriebenem Wendelrührerc Die Reaktorwand ist mit 1 und der im Innern rotierenden Rührer mit 2 bezeichnet. Sofern gemäß der Zeichnung der Reaktor einen ebenen oberen Deckel H besitzt, ist der am Wendelrührer 2 über dessen am weitesten oben liegenden Flugkreis hinaus aufgesetzten Rührstab 3 ein Flachstab, dessen oberes freies Ende in einem bestimmten Abstand von der unteren Grenzfläche des Deckels ²J endet. Die Grenzfläche des aufgesetzten Rührstabes 3 bewegt sich beim Betrieb des kombinierten Rührelementes in einem

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bestimmten Abstand aber die innere zylindrische Wandfluche. Die Vorderkante des aufgesetzten Rührstabes 3 ist mit kleiner bzw. mit minimaler Staufläche profiliert, uu Polymerisatanwüchse auch an dieser Stelle zu vermeiden. - Wird statt eines ebenen Deckels ein im Querschnitt bogenförmig gekrümmter Deckel verwendet, so ist das freie Ende des aufgesetzten Hiihrstabes 3 der Kontur des Deckels Ί mit vorzugsweise gleichbleibendem Wandabstand angepaßt.

Wie oben bereits ausgeführt, stellen sich iu Innern des Haktors Rotationsbewegungen des gerührten Feststoffes auch in vertikaler Richtung ein, die sich aus der Formgebung und Querschnittsprofilierung des wendeiförmigen Hührers 2 ergeben. Der Querschnitt des aufgesetzten Rührstabes 3 ist demgegenüber so zu bemessen, daß in seinem Wirkungsbereich keine zusätzlichen vertikalen Strömungskomponenten im wandnahen Bereich entstehen. Daraus folgt, daß der Querschnitt des aufgesetzten Rührstabes wesentlich kleiner bemessen ist als derjenige des innerhalb des regulären Feststoffbettes rotierenden Rührers. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Rührstabes 3 mit höchstens 1/10 vorzugsweise 1/30 bis 1/100 vom Flächenquerschnitt des wendeiförmigen Rührers zu bemessen. Bei der Bemessung des Abstandes des Rührerstabes 3 von der Wandfläche mit Maßgabe der Rotationsgeschwindigkeit ist dafür Sorge zu tragen, daß keine reibenden oder schabenden Wirkungen auftreten. Die der Reaktorwand zugekehrte Seitenfläche des Rührstabes soll daher mindestens einen Abstand von 10 mm von der Reaktorwand haben.

Der Hittelpunkt der Querschnittsfläche des Rührstabes hat ist vom Mittelpunkt der Rührachse in einer Entfernung angeordnet die 47 bis 49 % des Reaktordurchmessers beträgt.

Beispiel

In einem Polymerisationsresaktor mit Klöpperboden und einem Gesaratinhalt von 3 m-⁵ wurde die Äthylen-Gasphasenpolyrnerisation durchgeführt. Die Reaktorfüllung betrug 900 kg Polyäthyiengrieß.

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Der eingängige Wendelrührer mit einem Durchmesser von 1 100 mm und einer Höhe von 1 900 mm nahm bei einer Drehzahl von 66 UpM die Leistung von 18 kW auf. Die Abmessungen des Flachstahlrühreraufsatzes betrugen: Höhe h = 6üO nun, Breite b = 40 mm; Dicke c = 6 mm. Der Wandabstand des Rühreraufsatzes betrug 10 mm. Das freie Ende des Rühreraufsatzes war auf eine Länge von 100 mm der Krümmung des Reaktordeckels angepaßt. Die kontinuierliche Polymerisation erstreckte sich über eine Reaktorbetriebszeit von 1 296 Stunden ohne jeue Störung. Nacn Öffnung des Reaktors wurden keinerlei Anwachsungen von Polymerisat an der Reaktorwand festgestellt.

Vergleichsbeispiel

Es wurde wie oben gearbeitet jedoch ohne eines Flachstahlrühreraufsatzes.

Fünf Stunden nach dem Start der kontinuierlichen Polymerisation wurde das Auftreten faustgroßer Katalysator-haltiger Polymerisatbrocken an den Austragseinrichtungen des Reaktors registriert. Dreizehn Stunden nach Reaktionsbeginn wurde der Polymerisationslauf wegen Unkontrollierbarkeit der Reaktionsbedingungen abgebrochen. Nach öffnung des Reaktors wurde die Ausbildung eines massiven, katalysatorhaltigen, geschmolzenen Polymerisatringes im Bereich des "hold-up" festgestellt. Das übrige Rührbett enthielt weitere katalysatorhaltige Brocken von Polymerisat.

BASF Aktiengesellschaf

Zeichn.

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Claims

BASF Aktiengesellschaft

Unser Zeichen: O.Z. 3>2 522 vG/ML

6700 Ludwigshafen, den 01.04.1977

Patentansprüche

Vorrichtung zur Durchführung von Polymerisationen aus der Gasphase in einem geschlossenen Reaktor mit einem darin um eine vertikale Achse rotierenden, Umlaufströme der eingesetzten Stoffe erzeugenden Rührer in Wendelform mit vorgegebener Querschnittsfläche des Wendel, dadurch gekennzeichnet, daß auf den innerhalb des Feststoffbettes rotierenden Rührer ein über dessen höchstliegenden Flugkreis sich nach oben erstreckender Rührstab in einem Abstand von der Achse des Rührers aufgesetzt ist, die ^7 bis 49 % des Reaktordurchmessers beträgt wobei der Abstand der Seitenfläche des Rührstabes zur Reaktorwand mindestens 10 mm beträgt und dessen randgängig überstrichene Bewegungsfläche der Kontur des Reaktors in diesem Bereich angepaßt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgesetzte Rührstab einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen lange Achse tangential zur Wand des Reaktors ausgerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des aufgesetzten Rührstabes wesentlich kleiner bemessen ist als der Querschnitt des innerhalb des regulären Feststoffbettes bewegten wendeiförmigen Rührers.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante des aufgesetzten Rührstabes mit mini maler Staufläche profiliert ist.

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