DE3107657C2

DE3107657C2 - Verfahren und Reaktor zur kontinuierlichen Umesterung und Herstellung von Polymeren

Info

Publication number: DE3107657C2
Application number: DE3107657A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 4330 Mülheim Kreutzer
Original assignee: Didier Engineering GmbH
Current assignee: Didier Engineering GmbH
Priority date: 1981-02-28
Filing date: 1981-02-28
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPS57158223A; DE3107657A1; KR830009149A

Abstract

Die Reaktionsmasse wird aus dem Zentrum des Reaktionsraumes durch Zentrifugalkraft gegen die Außenwand des Reaktors geschleudert und in den Sumpf der Reaktionsmasse zurückgeleitet, wobei zusätzlich dampfförmiger Alkohol aus dem Unterbereich entgegen der Durchlaufrichtung der Reaktionsprodukte durch den Reaktionsraum aufsteigt. Vorzugsweise wird die Reaktionsmasse im Zentrum von einer als Scherorgan ausgebildeten Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung (16) intensiv gemischt und geschert, damit die durch den dichten Alkoholdampf geschleuderten Reaktionsmassenpartikel mit größtmöglicher Reaktionsfläche versehen sind und recht viel vom die Partikel umhüllenden Alkoholdampf mitreißen zur Intensivierung und Beschleunigung des Reaktionsvorgangs. Der Reaktor (10) weist mehrere übereinander angeordnete und über Durchtrittsöffnungen verbundene Reaktionsräume (11) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Reaktor zur kontinuierlichen Umesterung eines Alkylenglykols. vorzugsweise Äthylenglykol, mit einem Ester einer DicarbonsäWe, vorzugsweise Dimethylterephthalat, und zur anschließenden Vorkondensation des niedermolekularen Produktes zu einem üblicherweise als »Prepolymer« bezeichneten höhermolekularen Zwischenprodukt in einem beheizten ein- oder mehrräumigen Reaktor mit mindestens einer Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung, von der die Reaktionsmasse im Zentrum jedes Reaktionsraumes angesaugt, danach durch Zentrifugalkraft gegen die Außenwand des Reaktors geschleudert und in den Sumpf der Reaktionsmasse zurückgeleitet wird.

Bei bekannten Verfahren kommen Autoklaven mit Rührorganen und evtl. mit Einrichtungen zur Bildung von Fallstromfäden, -schichten und -schieiern zum Einsatz, um die Reaktionsmasse in dünner Schicht den Reaktionsbedingungen auszusetzen und um für eine optimale Freisetzung der Spaltprodukte möglichst große Schichtoberflächen im Verhältnis zum Volumen zu erhalten. Bei allen bekannten Verfahren erfolgt die Reaktion Abspaltung und Verdampfung noch verhältnismäßig langsam, so daß die Reaktionsmasse meist vielmals den Reaktionsraum durchlaufen muß. die Verweilzeiten laiig sind oder die Apparate entsprechend groß sind.

Bei diesem Verfahren ist ein hoher Wärmeaustausch bei hohen Reaktionstemperaturen, ein schneller Stoffaustausch sowie eine dauernde Erneuerung der »Reaktionsflächen« erforderlich.

Aus der DE-OS 20 30 499 wie auch aus der DD-PS 91 568 ist es bekannt, die Reaktionsmasse im Zentrum eines Reaktionsraumes anzusaugen und durch Zentrifugalkraft gegen die beheizte Außenwand des Reaktors zu schleudern. Von dieser Reaktorwand wird die Reaktionsmasse in einen Sumpf zurückgeleitet. Der Reaktor weist hohle kegelstumpfförmige Rotationskörper auf, die im Zentrum des Reaktionsraumes umlaufen und als eine Schleuder- und Sprühvorrichtung dienen. Die Reaktion der Masse wird von diesen Rotationskörpern allein durch die Zentrifugalkraft ausgelöst, mit der die Masse aus dem Sumpf gefördert und gegen die Gehäusewand geschleudert wird. Diese Vorrichtung ist nicht geeignet, die Reaktionsgeschwindigkeit ausrei-

chend zu steigern.

Vorliegende Aufgabe ist es, ein Verfahren sowie für dessen Durchführung eine Vorrichtung zu schaffen, die zu einer wesentlich schnelleren Reaktionszeit, wenig Nebenreaktionen und einer gleichmäßigen Verweilzeit führt.

Die verfahrensmäßige Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst Hierdurch wird die Reaktionsmasse nach der Eingabe in den Reaktor auf dem Boden des Reaktionsraumes zu einem Sumpf gesammelt und im Kreislauf aus diesem heraus durch die Zentrifugalkraft mit großer Geschwindigkeit als Nebel oder in fein versprühter Form in und durch einen Aufwärtsstrom des verdampften Reaktionsteilnehmers Alkohol gegen die Reaktorwand geschleu- dert und danach in den Sumpf zurückgeleitet. Hierdurch befinden sich die abgeschleuderten Massenpartikel für die Dauer ihres Schwebezustandes in einem dichten Alkoholdampf und werden von diesem umhüllt Die so aus dem Dampf mitgerissenen Alkoholanteiie intensivieren den Reaktionsvorgang, insbesondere während des Auftre?fens der Partikel auf die Gehäasewand.

Vorzugsweise erfolgt vor dem Abschleudern in der Schleuder- und Sprühvorrichtung eine Scherung des Produktes mit dem Zweck, die Reaktionsflächcn im Mikrobereich der Reaktionsmasse zu vergrößern und ständig zu erneuern, also unreagierte Teilchen miteinander in Kontakt zu bringen, um damit auch deren Alkoholdampfaufnahme während des Schleudervorganges zu intensivieren.

Dieses ständige Erneuern der großen Reaktionsflächen mit anschließendem Versprühen der Massepartikel sowie die nachfolgende intensive Wärmezufuhr beim Ablaufen der Masse in einer dünnen Schicht an der beheizten Reaktorwand hat eine intensive Reaktion. »■> also Umesterungsreaktion, zur Folge.

Die vorrichtungsgemäße Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen beheizbaren Reaktor nach den Kennzeichnungsteilen der Ansprüche 3 bis 7 gelöst.

Der Gegenstand der Erfindung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen nachstehend beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Hierin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen vertikalen Reaktor nach einem ersten Ausführungsbeispiel, mit mehreren übereinander angeordneten Reaktionsräumen nach Anspruch 3;

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen vertikalen Reaktor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, mit mehreren übereinander angeordneten Reaktionsräumen nach Anspruch 7.

In dem ersten Ausfuhrungsbeispiel nach Fig.] besitzt der vertikale Reaktor 10 vier übereinander angeordnete Reaktionsräume 11, die durch zum Zentrum hin schräg abfallende Zwischenboden 12 unterteilt sind. In deren Zentrum ist eine zur Schaffung unterschiedlicher und damit an die unterschiedlichen Reaktionsbedingungen des sich in den Reaktionsräumen verändernden Produktes anpaßbarer Drehzahlen einmal unterteilte, von endseitigen Motoren 26 antreibbare vertikale Rotorwelle 13 gelagert. Diese Rotorwelle 13 weist eine gemeinsame geometrische Drehachse A auf, die sich vom Reaktorboden 14 durch die unteren drei Reaktorräume 11 und durch die Zwischenboden 12 hindurch bis in den obersten Reaktorraum 11 über dessen Zwischenboden 12 erstreckt.

Auf diesen Zwischenboden 12 und dem Reaktorboden 14 sitzt jeweils das Statorgehäuse 15 einer Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung 16, deren Sprühteller

17 als Rotor auf der Rotorwelle 13 fest angeordnet ist Das Statorgehäuse 15 ist mit einem dem Sprühteller Yl angepaßten Flansch ausgebildet Zwischen den einander zugekehrten Rächen dieses Statorgehäuseflansches und des rotierbaren Sprühtellers 17 ist lediglich ein schmaier Spalt 17a gebildet der nach außen gegen die Reaktorwand 10a gerichtet ist, und zwar so, daß die Richtung des angeschleuderten Produktes etwa waagerecht besser leicht schräg nach oben gerichtet ist, um die beheizte Reaktorwandfläche als Kontaktfläche möglichst weitgehend auszunutzen.

Die Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung 16 kann als Scherorgan ausgebildet sein zur intensiven, zwangsweisen Erneuerung der »Reaktionsflächen«, und zwar können Rotor 17 und Stator 15 mit senkrecht zur Drehachse angeordneten Rippen oder mit parallel zur Drehachse angeordneten ineinandergreifenden Stiften 17£> versehen sein.

Das Statorgehäuse 15 ummantelt im Unterbereich des Reaktionsraumes 11 die Rotorwelle 13 mit einem verhältnismäCig geringen Abstand, so daß ein Ringraum

18 gebildet ist, der mit dem SpaJ' 17a zwischen Sprühteller 17 und Statorgehäuse 15 durchgehend verbunden ist Das so gebildete Rohrstück 15a des Statorgehäuses 15 dient als Ansaugstutzen und hat dicht über dem Zwischenboden 12 bzw. Reaktorboden 14 EintrittsöFnungen 19 für die Reaktionsmasse 20, die sich in den leicht konischen, zur Mitte hin abfallenden Zwischenboden 12 und dem entsprechend gestalteten Reaktorboden 14 in dem muldenartigen Sammelraum 24 als ein Sumpf ansammelt Die Rotorwelle 13 weist innerhalb des Statorgehäuses 15 eine in dessen Ringraum 18 nach oben bis zum Sprühteller 17 verlaufende Transportschnecke 18a auf, von der die Reaktionsmasse durch die Eintrittsöffnungen 19 angesaugt und nach oben in den Spalt 17a bis zum Erfassen durch den Sprühteller 17 transportiert wird.

In den Zwischenboden 12 ist jeweils eine Durchtrittsöffnung 21 mit einer die Höhe des anzusammelnden Reaktionsmassen-Sumpfes bestimmenden Aufkrayjng 21a angeordnet. Ober die Aufkragung 21a fließt die Reaktionsmasse bei Übersteigen ihres Randes durch die Durchtrittsöffnung 21 hindurch nach unten in den darunterliegenden Reaktionsraum 11. Hiervon im Abstand ist weiter zur Reaktorwand 10a hin eine im Durchmesser erheblich größere Durchtrittsöffnung 22 mit einer Aufkragung 22a angeordnet, die mit ihrem Rand die Aufkragung 21a der Durchtrittsöffnung 21 ausreichend überragt, so daß die sich als Sumpf ansammelnde Reaktionsmasse nicht durch die letztgenannte Durchtrittsöffnung 22 hindurchtreten kann. Diese Durchtrittsöffnung 22 dient zum Abzug der abgespalteten Dampfprodukte und auch zum Durchtritt eines zusätzlichen Glykoldampfes. der im Unterbereich des Ree'aors 10 durch eine Zuleitung 23. die sich von außen in den untersten Reaktorraum 11 erstreckt, eingeleitet wird urtd sämtliche Reaktorräuie: U in aufwärtiger Richtung durchströmt. Zur besseren Verteilung dieses Glykoldampfes sind in den Zwischenböden 12 noch weitere, mindestens diametral zu den erstgenannten Durciitrittsöffnungen 22 angeordnete gleiche Durchtriusöffnungen 22 vorgesehen.

Der unterste Reaktionsraum 11 hat noch unterhalb des Ansaugstutzens 15a der dortigen Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung 16 einen Sammelraum 24 für das Reaktionsprodukt, das aus diesem Sammelraum 24 durch eine Abzugsleitung 25 kontinuierlich abgezogen wird.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht ein vertikaler Reaktor 10 aus vier übereinander angeordneten Reaktorräumen 11, durch die sich eine zentral angeordnete Rotorwelle 13 vertikal erstreckt Auf dieser sitzen als Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung 33 kegelstumpfförmige Rotoren aus vier verschiedenen breiten, gestaffelt angeordneten und miteinander verbundenen Sprühtrommeln34. deren Verbindungselement 35 über einen Haltering 36 mit der Rotorwelle 13 verbunden ist.

Die jeweilige Mantelfläche der Sprühtrommel 34 ist am äußeren Rand 34a in Richtung zur Reaktorwand 10a abgewinkelt und dient zum gezielten Abschleudern und

IO Absprühen der Reaktionsmasse gegen die Reaktorwand 10a. Die Sprühtrommeln 34 tauchen möglichst nahe der Rotorwelle 13 in den Reaktionsmassen-Sumpf zur Aufsaugung und Mitnahme der Reaktionsmasse mit Hilfe der Trommelflächen und Spalten zwischen den einzelnen Sprühtrommeln 34.

In beiden Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 erfolgt die Beheizung der Reaktoren 10 durch ein Wärmeträgermedium, das über Rohrleitungen 40 den jedem Reaktorraum U zugeordneten Heizmänteln zugeführt wird. Selbstverständlich kann jede andere, bei derartigen Reaktoren übliche Beheizung angewendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen^ Umesterung eines Alkylenglykols, vorzugsweise Äthylenglykol, mit einem Ester einer Dicarbonsäure, vorzugsweise Dimethylterephthalat, und zur anschließenden Vorkondensation des niedermolekularen Produktes zu einem üblicherweise als »Prepolymer« bezeichneten höhermolekularen Zwischenprodukt in einem beheizten ein- oder mehrräumigen Reaktor mit mindestens einer Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung, von der die Reaktionsmasse im Zentrum jedes Reaktionsraumes angesaugt, danach durch Zentrifugalkraft gegen die Außenwand des Reaktors geschleudert und in den Sumpf der Reaktionsmasse zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dampfförmiger Alkohol entgegen der Durchlaufrichtung der Reaktionsprodukte durch den Reaktionsraum oder die Reaktionsräume geleitet a^:rd.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmasse vor dem Abschleudern bzw. Versprühen geschert wird.

3. Beheizbarer Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reaktionsräume (U) übereinander angeordnet und durch zum Zentrum hin schräg abfallende Zwischenboden (12) unterteilt sind, die im Zentrum einen Sammelraum bilden, in den der Ansaugstutzen (\5a) einer Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung (16) mit mindestens einem um seine Senkrechtachse rotierenden Sprühteller (17) hineinrag', dessen Syrühflät <ie und damit Austrittsrichtung des abgeschleuderten Produktes mit einer waagerechten Komponente £ gen die Außenwand {iOa) des Reaktors (10) gerichtet ist, und daß die Zwischenboden (12) mindestens eine Durchtrittsöffnung (21) für die Reaktionsprodukte und mindestens eine Durchtrittsöffnung (22) für das abzuleitende Spaltprodukt sowie für den dampfförmigen Alkoholstrom aufweisen, und daß eine Aufkragung (22a) der letztgenannten Durchtrittsöffnung (22) eine Aufkragung (2\a) der Durchtrittsöffnung (21) für den Durchtritt der Reaktionsprodukte überragt (F i g. 1).

4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung (16) als Scherorgan ausgebildet ist indem Rotor (17) und Stator (IS) mit senkrecht zur Drehachse (A) angeordneten Rippen oder mit parallel zur Drehachse (A) angeordneten ineinandergreifenden Stiften so {\7b) versehen sind.

5. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der unterste Reaktionsraum (U) unterhalb des Ansaugstutzens (IS) seiner Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung (16) einen Sammelraum (24) für das Reaktionsprodukt aufweist, aus dem sich eine Abzugsleitung (25) nach außen erstreckt, und daß sich oberhalb der Ansaugöffnung (19) der Schleuder- bzw. Sprühvorrichtung (16) eine Zuleitung (23) für den dampfförmigen Alkoholstrom in den Reaktionsraum (11) erstreckt.

6. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (13) auf der die einzelnen Ansaug-, Schleuder- und Sprühvorrichtungen (16) angebracht sind, mindestens einmal zur Schaffung unterschiedlicher Drehzahlen unterteilt ist.

7. Beheizbarer Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reaktionsräume (11) übereinander angeordnet und durch zum Zentrum hin schräg abfallende Zwischenböden unterteilt sind, die wie auch der unterste Reaktionsraum im Zentrum einen Sammelraum bilden, in den auf einer zentralen Welle (13) angeordnete kegelstumpfförmigs Rotoren (33) aus mehreren, in verschiedenen Breitet gestaffelt angeordnete und miteinander verbundene Sprühtrommeln (34) hineinragen, deren Mantelflächen am äußeren Rand {34a) in Richtung zur Reaktorwand (iOa) abgewinkelt sind, und daß die Zwischenböden mindestens eine Durchtrittsöffnung für das abzuleitende Spaltprodukt sowie für den dampfförmigen Alkoholstrom aufweisen, und daß eine Aufkragung der letztgenannten Durchtrittsöffnung eine Aufkragung der Durchtrittsöffnung für den Durchtritt der Reaktionsprodukte überragt (F i g. 2).