DE4106320A1 - Verfahren zur herstellung eines polymers und polymerisationsvorrichtung - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines polymers und polymerisationsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Polymers durch Polymerisation wenigstens eines Monomers. Die
Erfindung betrifft ferner eine kontinuierlich arbeitende
Polymerisationsvorrichtung mit einem Eingang für monomere und
ggfs. Polymerisationshilfsmittel und einem Ausgang für die
gebildeten Polymere.
Es sind verschiedene Polymerisationsverfahren bekannt, durch die
wenigstens ein stabiles Monomer zur Polymerisation angeregt wird.
In allen Fällen ist eine Polymerisationsvorrichtung erforderlich,
in dem das Monomer mit einem Zusatzstoff, z. B. einem Initiator,
intensiv vermischt wird. In bekannten Reaktoren finden sich daher
Rührer, die als Blattrührer ausgebildet sind und in ihrer Nähe
hohe Turbulenzen erzeugen, die zu einer starken Durchmischung
führen. Nachteilig an diesen Rührreaktoren ist, daß die
Turbulenzen schon in geringer Entfernung von den Rührblättern
stark abklingen, so daß nur das Produkt in unmittelbarer Nähe der
Rührblätter vermischt wird. Es ist ferner bekannt, beispielsweise
für die Emulsionspolymerisation eines Styrol-Butadien-Kautschuks
mehrere Rührreaktoren hintereinanderzuschalten. Hierbei wechseln
sich Rührphasen und Umpumpphasen für das Produkt ab. Aufgrund des
intermittierenden Rührens und Transports unterliegt das Produkt
ständig wechselnden Einflüssen, wodurch es zu unregelmäßigen
Polymerisationsgraden und zu unerwünschten Nebenreaktionen kommt.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die
Parameter für die Polymerisation besser zu kontrollieren, um den
Polymerisationsgrad steuern zu können und das Auftreten
unerwünschter Nebenreaktionen zu vermindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Polymerisations
verfahren gelöst durch einen totraumfreien kontinuierlichen
Transport des Produktes in einer ersten Schleife mit einer hohen
Scherbeanspruchung und wenigstens einer nachfolgenden Schleife
mit einer gegenüber der vorhergehenden Schleife geringeren
Scherbeanspruchung, wobei kontinuierlich ein Bruchteil des in der
jeweiligen Schleife umgewälzten Produkts aus der Schleife
herausgelangt.
Das erfindungsgemäße Polymerisationsverfahren ist ein
kontinuierliches Verfahren, bei dem Monomere kontinuierlich
nachgeführt und Polymere kontinuierlich am Ausgang entnehmbar
sind. Erfindungsgemäß handelt es sich um ein kontinuierliches,
mehrstufiges Verfahren, bei dem das Produkt in einer Schleife mit
definierten Polymerisationsparametern, insbesondere definierten
Scherbeanspruchungen, geführt wird und jeweils ein Bruchteil des
in der Schleife umgewälzten Produktes nach einer Vielzahl von
Umwälzungen die Schleife verläßt und in die nachfolgende Schleife
gelangt. Am Ausgang der letzten Schleife fällt kontinuierlich das
produzierte Polymer an.
Obwohl ein kontinuierliches Verfahren durchgeführt wird, in dem
das Produkt somit ständig in Bewegung ist und totraumfrei
transportiert wird, können in den Schleifen, dem Polymerisations
fortgang entsprechend, geeignete Polymerisationsbedingungen, bei
spielsweise auch kontrollierte Temperaturen oder Drücke
eingestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden die definierten Scherbeanspruchungen dadurch
realisiert, daß das Produkt in Schleifen mit Förderschnecken
transportiert und durch eine Schereinrichtung gedrückt wird.
Die Schereinrichtung kann für die verschiedenen Schleifen
unterschiedlich ausgebildet sein, um die unterschiedlichen
Scherbeanspruchungen zu realisieren.
Zur Herstellung eines Emulsionspolymerisats ist es zweckmäßig,
wenn in der ersten Schleife die Mischung der Emulsion mit einer
niedrigen Temperatur und in wenigstens einer nachfolgenden
Schleife der Transport bei einer Reaktionstemperatur für die
Polymerisation vorgenommen wird. Vorzugsweise sind dabei
wenigstens zwei nachfolgende Schleifen vorgesehen, die auf
vorzugsweise unterschiedliche Reaktionstemperaturen eingestellt
sind.
Die Scherbeanspruchungen und Temperaturen in den Schleifen werden
vorzugsweise so eingestellt, daß am Ausgang jeder Schleife
Polymerisationsprodukte mit definierten Polymerisationsgraden
entstehen.
Die oben erwähnte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine
kontinuierlich arbeitende Polymerisationsvorrichtung der eingangs
erwähnten Art, wenn die Polymerisationsvorrichtung aus wenigstens
zwei Schlaufenreaktoren mit unterschiedlich eingestellten Misch
bedingungen besteht, in denen das umgewälzte Produkt nach einer
Vielzahl von Umwälzungen zu einer Ausgangsöffnung gelangt und die
Eingangsöffnung eines nachfolgenden Schlaufenreaktors mit der
Ausgangsöffnung des vorhergehenden Schlaufenreaktors verbunden
ist.
Mit derartigen Schlaufenreaktoren, wie sie aus der Mischtechnik
beispielsweise durch die DE 39 19 828 A1 bekannt sind, läßt sich
die kontinuierliche Polymerisation in mehreren Stufen
realisieren, wobei erfindungsgemäß unterschiedlich ausgebildete
oder eingestellten Schlaufenreaktoren hintereinander geschaltet
sind.
Die Schlaufenreaktoren sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet
und im wesentlichen rotationssymmetrisch mit einer zentrischen
Eingangsöffnung in einer Stirnwand aufgebaut. Sie weisen
bevorzugt zentrisch angeordnete Förderschnecken auf und sind im
Anschluß an die Förderschnecken mit einer Umlenkung des Produktes
nach außen versehen. Dabei kann am stromabwärts gelegenen Ende
der Förderschnecke eine Scheranordnung vorgesehen sein, durch die
das Produkt bei der Umlenkung hindurchtritt. Die Scheranordnung
kann aus einem Stator und einem Rotor gebildet sein, die mit
Schlitzen versehen sind, die miteinander fluchten können, wobei
der Rotor mit der Förderschnecke angetrieben sein oder einen
eigenen Antrieb aufweisen kann. Das durch einen Schlitz des
Rotors hindurchtretende Produkt wird durch die Rotation relativ
zum Stator einer Scherbeanspruchung unterworfen, bis das Produkt
aus einem Schlitz des Stators austreten kann. Auf diese Weise
sind definierte Scherbeanspruchungen durch die Anzahl der
Schlitze, die Schlitzbreite, den Abstand von Rotor und Stator
zueinander usw. einstellbar.
Zur Einstellung einer vorbestimmten Temperatur im
Schlaufenreaktor werden dessen Wände vorzugsweise gekühlt, wobei
die Kühlung durch einen Temperatursensor gesteuert sein kann.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
In der Zeichnung sind drei hintereinandergeschaltete Schlaufen
reaktoren 1, 2, 3 schematisch dargestellt. Die Schlaufenreaktoren
1, 2, 3 sind zylindrisch ausgebildet und weisen eine zentrische
Eingangsöffnung 4 in einer Stirnwand auf. Ebenfalls zentrisch
angeordnet ist jeweils eine Förderschnecke 5, die innerhalb eines
durch eine zylindrische Wandung 6 begrenzten zentrischen Kanals 7
rotiert und von einem Motor M angetrieben wird. Mantelwände 8 der
Schlaufenreaktoren 1, 2, 3 sind doppelwandig ausgebildet und können
daher mit Kühlwasser o. ä. gekühlt werden. Das durch die Eingangs
öffnung 4 in die Schlaufenreaktoren 1, 2, 3 eintretende Produkt
wird mittels der jeweiligen Förderschnecke 5 zur gegenüber
liegenden Stirnseite transportiert und dort in den ringförmigen
Außenkanal 9 zwischen der zylindrischen Wandung 6 und der
Mantelwand 8 umgelenkt und durch den Druck des nachfolgenden
Produktes in Richtung auf die mit der Eingangsöffnung 4 versehene
Stirnseite zurücktransportiert. Durch entsprechende Umlenkungs
mittel gelangt der durch den ringförmigen Kanal 9 transportierte
Produktstrom wieder in den zentrischen Kanal 7.
In der Zeichnung sind zwei Dosierpumpen 10, 11 mit zugehörigen
Dosierventilen 12, 13 dargestellt, durch den ein Monomer und die
Emulgatorlösung mit dem Initiator zusammengemischt und in die
Eingangsöffnung 4 des ersten Schlaufenreaktors 1 gepumpt werden.
Der erste Schlaufenreaktor 1 ist dabei im wesentlichen zur
Herstellung der Emulsion vorgesehen und weist am Ende der Förder
schnecke 5 eine Schereinrichtung 14 auf, deren Rotor 15
beidseitig von dem zugehörigen Stator 16 rotiert, so daß das
Produkt beim Durchtritt durch die Schlitze der beiden Rotorwände
und des Stators zweimal geschert wird. Die Schlaufenreaktoren
1, 2, 3 sind so ausgebildet, daß nur ein geringer Teil des in den
Schlaufenreaktoren umgewälzten Produktstromes, im allgemeinen
hinter der der Eingangsöffnung 4 abgewandten Umlenkung in eine
Sammelkammer eintritt, an die eine Ausgangsöffnung mit einer
Ausgangsleitung 17 angeschlossen ist.
Das aus der Produktschleife des ersten Schlaufenreaktors 1 aus
tretende Produkt gelangt in die Eingangsöffnung 4 des zweiten
Schlaufenreaktors 2 und wird dort ebenfalls in einer Schleife
transportiert. Die Zeichnung läßt schematisch erkennen, daß der
zweite Schlaufenreaktor 2 eine Schereinrichtung 14′ aufweist, die
für eine geringere Scherbeanspruchung ausgelegt ist und
beispielsweise einen Rotor 15′ mit nur einer Rotorwand aufweist.
An den zweiten Schlaufenreaktor können sich weitere
Schlaufenreaktoren anschließen. In dem dargestellten Ausführungs
beispiel ist ein dritter Schlaufenreaktor 3 vorgesehen, der keine
gesonderte Schereinrichtung 14, 14′ aufweist und somit nur eine
geringe Scherbeanspruchung des Produktes verursacht. In der Aus
gangsleitung 17 des dritten Schlaufenreaktors 3 werden die
fertigen Polymere herausgeführt.
Die Zeichnung läßt noch erkennen, daß in dem ersten
Schlaufenreaktor 1 Temperatur T und Druck P kontrolliert werden,
wobei zur Herstellung der Emulsion nur eine niedrige Temperatur
eingestellt wird. Im zweiten Schlaufenreaktor 2 wird eine höhere
Temperatur eingestellt, die eine Reaktionstemperatur für die
Polymerisationsreaktion ist. Im allgemeinen wird es zweckmäßig
sein, im dritten Schlaufenreaktor 3 ebenfalls eine definierte,
wenn auch unterschiedliche Reaktionstemperatur einzustellen.
Die dargestellte Anordnung läßt erkennen, daß die kontinuierliche
Herstellung eines Polymers über mehrere, durch die Schlaufen
reaktoren 1, 2, 3 gebildete Stufen vorgenommen wird.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines Polymers durch
Polymerisation wenigstens eines Monomers,
gekennzeichnet durch einen totraumfreien,
kontinuierlichen Transport des Produkts in einer
ersten Schleife mit einer hohen Scherbeanspruchung
und wenigstens einer nachfolgenden Schleife mit
einer gegenüber der vorhergehenden Schleife
geringeren Scherbeanspruchung, wobei kontinuierlich
ein Bruchteil des in der jeweiligen Schleife
umgewälzten Produktstroms aus der Schleife
herausgelangt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Schleifen kontrollierte Temperaturen (T)
eingestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Produkt in den Schleifen
mit Förderschnecken (5) transportiert und durch
eine Schereinrichtung (14, 14′) gedrückt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur
Herstellung eines Emulsionspolymers, dadurch
gekennzeichnet, daß in der ersten Schleife die
Mischung der Emulsion mit einer niedrigen
Temperatur (T) und in der wenigstens einen
nachfolgenden Schleife der Transport bei einer
Reaktionstemperatur für die Polymerisation
vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß Scherbeanspruchungen und
Temperaturen in den Schleifen so eingestellt
werden, daß am Ausgang jeder Schleife
Polymerisationsprodukte mit definierten
Polymerisationsgraden entstehen.
6. Kontinuierlich arbeitende Polymerisationsvor
richtung einem Eingang für Monomere und ggfs.
Polymerisationshilfsmittel und einem Ausgang für
die gebildeten Polymere dadurch gekennzeichnet, daß
die Polymerisationsvorrichtung aus wenigstens zwei
Schlaufenreaktoren (1, 2, 3) mit unterschiedlich
eingestellten Mischbedingungen besteht, in denen
das umgewälzte Produkt nach einer Vielzahl von
Umwälzungen zu einer Ausgangsöffnung (17) gelangt
und daß eine Eingangsöffnung (4) eines nach
folgenden Schlaufenreaktors (2, 3) mit der
Ausgangsöffnung (17) des vorhergehenden
Schlaufenreaktors (1, 2) verbunden ist.
7. Polymerisationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schlaufenreaktoren (1, 2, 3)
zylindrisch ausgebildet und im wesentlichen
rotationssymmetrisch mit einer zentrischen Eingangs
öffnung (4) in einer Stirnwand aufgebaut sind.
8. Polymerisationsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaufenreaktoren
(1, 2, 3) zentrisch angeordnete Förderschnecken (5)
aufweisen und daß im Anschluß an die Förder
schnecken (5) eine Umlenkung des Produkts nach
außen vorgesehen ist.
9. Polymerisationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß am stromabwärts gelegenen Ende
der Förderschnecke (5) eine Scheranordnung (14, 14′)
vorgesehen ist, durch die das Produkt bei der
Umlenkung hindurchtritt.
10. Polymerisationsvorrichtung nach einem der Ansprüche
6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mantelwände (8) der Schlaufenreaktoren (1, 2, 3,) zur
Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Temperatur
(T) im Schlaufenreaktor (1, 2, 3) gekühlt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914106320 DE4106320C2 (de) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Polymerisationsvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914106320 DE4106320C2 (de) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Polymerisationsvorrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4106320A1 true DE4106320A1 (de) | 1992-09-03 |
DE4106320C2 DE4106320C2 (de) | 1994-05-26 |
Family
ID=6426102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914106320 Expired - Fee Related DE4106320C2 (de) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Polymerisationsvorrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4106320C2 (de) |
Cited By (3)
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WO1998043725A1 (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Nova Chemicals (International) S.A. | Polymerization process using a dual shear mixing element |
DE10037153A1 (de) * | 2000-07-31 | 2002-02-14 | Franz Willeke | Vorrichtung zur Steuerung einer chemischen Umsetzung |
EP2160418A2 (de) * | 2007-06-27 | 2010-03-10 | H R D Corporation | System und verfahren zur herstellung von polyethylen und polypropylen |
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1991
- 1991-02-28 DE DE19914106320 patent/DE4106320C2/de not_active Expired - Fee Related
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US8022153B2 (en) | 2007-06-27 | 2011-09-20 | H R D Corporation | System and process for production of polyethylene and polypropylene |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4106320C2 (de) | 1994-05-26 |
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