DE4440741A1 - Verfahren zur Vakuumerzeugung bei der Polycarbonat-Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vakuumerzeugung und Abscheidung der kondensierbaren Bestandteile der Brüden der Schmelzphasenpolykondensation bei der Polycarbonat-Herstellung.

Polycarbonate sind technische Kunststoffe mit hervorragenden Eigen­ schaften. Ihre Herstellung erfolgt entweder durch einen Grenzflächen­ kondensationsprozeß oder mittels Schmelzepolykondensation im Umesterungsverfahren. Bei dem Schmelzeverfahren werden aromatische Dihydroxy-Verbindungen, beispielsweise Bis(4-hydroxyphenyl)alkane, insbesondere Bisphenol A, mit Diphenylcarbonat, in Gegenwart von Katalysatoren unter Abspaltung von Phenol umgeestert, oligomerisiert und schließlich mehrstufig unter fortschreitendem Vakuum poly­ kondensiert (DE-B 14 95 730, DE-C 23 34 852). Die Polykondensationsstufen erfolgen unter hohem Vakuum bei Drücken von weniger als 3 mbar, in der Endstufe von weniger als 1 mbar, und bei Temperaturen bis zu 310°C.

Die Vakuumerzeugung erfolgt hierbei in üblicher Weise mittels mechanischer Pumpen, denen Oberflächenkondensatoren zur Abscheidung der in den Polykondensationsbrüden enthaltenen, kondensierbaren Bestand­ teile, im wesentlichen Phenol, geringe Mengen an Monomeren und etwas oligomeres Polycarbonat, vor- oder nachgeschaltet sind. Nachteilig hierbei ist, daß dem Hochvakuum entsprechend das Brüdenvolumen sehr groß ist, und die Ausrüstungsteile, insbesondere die Vakuumpumpen, für sehr große Volumina ausgelegt werden müssen. Auch bedingen die kondensierbaren Bestandteile bei entsprechend geringen Kondensations­ temperaturen häufige Betriebsunterbrechungen bei Belegung der Flächenkondensatoren und als folge von Abscheidungen im Pumpen- und Rohr­ leitungssystem. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, das Vakuum für die Endstufe(n) der Polykondensation mit zwei hintereinander­ geschalteten, weniger störanfälligen Wasserdampfstrahlern, unter Beibehaltung der Flächenkühler, zu erzeugen (SRI-Report No. 50B [1982] Polycarbonates, Fig. 5.1). Dies führt aber zu einem ganz wesentlichen Umweltproblem, nämlich dem Anfall größerer Mengen an mit Phenol und Oligomeren verunreinigtem Abwasser. Auch sind Oligomerenablagerungen innerhalb der Wasserdampfstrahler Anlaß zu Störungen.

Es ist ferner bekannt, bei der Herstellung von Polyethylenterephthalat das Vakuum der Endpolykondensation mittels Dampfstrahler mit nach­ geschaltetem Sprühkondensator zu erzeugen, wobei als Sprühflüssigkeit flüssiges Ethylenglykol und als Treibdampf Ethylenglykoldampf mit einem Druck von etwa 2 bar verwendet wird (US-A 3468849 und DE-A 22 27 261). Ethylenglykol ist bei Raumtemperatur flüssig und siedet bei 2 bar bei 222°C, während die monomeren Ausgangsprodukte der Polycarbonat­ herstellung bei Raumtemperatur fest sind und hohe Siedetemperaturen von über 300°C bei Atmosphärendruck aufweisen, wobei teilweise unerwünschte Zersetzungs- und Nebenreaktionen auftreten. Auch wird bei der Polykondensation von Polyethylenterephthalat Ethylenglykol, welches mit den Betriebsmitteln und dem Monomer identisch ist, abgespalten, bei der Polykondensation von Polycarbonat aber überwiegend Phenol, welches von den Monomeren verschieden ist und besonders nachteilige Eigen­ schaften in bezug auf Betriebssicherheit, Korrosion und Toxizität aufweist. Eine direkte Übertragung dieser Verfahrensweise auf die Polycarbonat-Herstellung ist somit nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher das Auffinden eines Ver­ fahrens zur Erzeugung des Vakuums und zur Abscheidung der kondensier­ baren Bestandteile der Brüden der Schmelzphasen-Polykondensation, insbesondere der letzten Stufe der Polykondensation, bei der Polycarbonat-Herstellung, welches im Vergleich zu den Verfahren des geschilderten Standes der Technik zu einer Reduzierung der Brüden­ volumina führt sowie Betriebsstörungen durch Monomer- und Oligomer- Ablagerungen vermeidet und bei dem keine mit Phenol und Oligomeren verunreinigten Abwässer entstehen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren entsprechend den Angaben der Patentansprüche. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem zu evakuierenden Polykondensations­ reaktor saugseitig mindestens je ein bis zwei Dampfstrahler mit einem nachgeschalteten Sprühkondensator angeschlossen sind, wobei der Treib­ dampf Diphenylcarbonatdampf mit einem Druck im Bereich von 0,3 bis 1,5 bar (absolut) ist, und die Sprühflüssigkeit flüssiges Diphenyl­ carbonat ist.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß Diphenylcarbonat, trotz seiner Schmelztemperatur von etwa 79°C und seiner Siedetemperatur von etwa 310°C bei 1 bar, als Treibdampf für einen Vakuum erzeugenden Dampf­ strahler und als Sprühflüssigkeit zur Sprühkondensation der hoch­ siedenden Bestandteile der Brüden hervorragend geeignet ist. Der Treibdampf weist einen Druck im Bereich von 0,3 bis etwa 1,5 bar auf. Höhere Drücke sind vom energetischen Wirkungsgrad her zu bevorzugen, je nach Dimensionierung der Anlage kann aber eine thermisch schonendere Fahrweise, entsprechend einem Treibdampfdruck im Bereich von 0,5 bis 1,0 bar (absolut) erforderlich sein. Bei höheren Treibdampfdrücken genügt pro Stufe meistens ein Dampfstrahler, während bei niedrigen Treibdampfdrücken zweckmäßigerweise zwei Dampfstrahler dem Sprüh­ kondensator vorgeschaltet sind. Die Temperatur des Treibdampfes ent­ spricht der Siedetemperatur des Diphenylcarbonates bei dem gegebenen Druck. Um eventuelle Kondensationen im Bereich des Dampfstrahlers, insbesondere bei niedrigen Treibdampfdrücken, mit Sicherheit auszu­ schließen, kann der Diphenylcarbonatdampf auch zwischen Dampferzeuger und Dampfstrahler um 1 bis 20°C, vorzugsweise um 3 bis 7°C überhitzt werden.

Das den oder die Dampfstrahler verlassende dampfförmige Gemisch aus Diphenylcarbonattreibdampf und den, Phenol, oligomeres Polycarbonat und Monomere enthaltenden Polykondensationsbrüden wird in einen unmittelbar anschließenden Sprühkondensator geleitet, in dem durch Besprühen mit flüssigem Diphenylcarbonat die kondensierbaren Bestandteile abge­ schieden werden. Um eine maximale Abscheidung zu erreichen, muß die Temperatur der Sprühflüssigkeit möglichst niedrig sein. Je nach Reinheit der Diphenylcarbonat-Sprühflüssigkeit empfiehlt sich eine Temperatur im Bereich von 80 bis 120°C, vorzugsweise von 85 bis 110°C.

Das aus dem Sprühkondensator abfließende Kondensat wird bevorzugt zu einem Teil unter entsprechender Temperierung als Sprühflüssigkeit rezirkuliert und zu einem weiteren Teil einem Verdampfer zur Erzeugung des Treibdampfes zugeführt. Der restliche, überschüssige Teil des Kondensates wird aus der Dampfstrahler-/Sprühkondensatorstufe aus­ geschleust und prozeßintern rückgeführt oder einer Rückgewinnungsanlage zugeführt. Auf diese Weise wird zugleich eine Anreicherung von Oligomeren, Monomeren und Phenol im Kondensat vermieden. Die Kondensate mehrerer Sprühkondensatoren können vor der Aufteilung in Teilströme in einem Sammelbehälter zusammengeführt werden.

Die nicht kondensierte Dampfphase weist bei Austritt aus dem ersten Sprühkondensator einen entsprechend dem Verdichtungsverhältnis des oder der vorgeschalteten Dampfstrahler höheren Druck auf als der des Poly­ kondensationsreaktors. Die weitere Verdichtung kann ausschließlich in weiteren analogen Diphenylcarbonatdampfstrahler-/Diphenylcarbonat­ sprühkondensator-Stufen erfolgen oder ausschließlich mit mechanischen Vakuumpumpen oder zunächst in ein bis drei weiteren Dampfstrahler-/ Sprühkondensator-Stufen und abschließend mittels mindestens einer mechanischen Vakuumpumpe. Unter mechanischer Vakuumpumpe ist hier ein Vakuumgebläse und/oder eine Flüssigkeitsringpumpe zu verstehen. Als Betriebsflüssigkeit für die Flüssigkeitsringpumpe kann Kondensat aus den Kondensatoren und/oder flüssiges Diphenylcarbonat verwendet werden. Bei Bedarf können Wärmetauscher und/oder zusätzliche Kondensatoren zwischengeschaltet werden. Mit diesen weiteren Verdichtungsstufen kann gleichzeitig das Vakuum für die vorangehenden Polykondensationsstufen erzeugt werden. Soweit mechanische Vakuumpumpen eingesetzt werden, können diese auch zur gleichzeitigen Erzeugung des Vakuums der Umesterungsstufe herangezogen werden.

Ein weiterer Teilstrom des Kondensates aus den Sprühkondensatoren wird einem Verdampfer zur Erzeugung des Treibdampfes für die Dampfstrahler zugeführt. Der Verdampfer kann auch ausschließlich mit reinem Diphenyl­ carbonat, ohne Rückführung von Kondensat betrieben werden. Der Betriebsdruck des Verdampfers liegt geringfügig höher - entsprechend dem Druckverlust in den Rohrleitungen und Armaturen - als der gewünschte Treibdampfdruck. Ansonsten erfolgt der Betrieb des Verdampfers einschließlich üblicher Nebenaggregate in bekannter Weise. Bei mehreren Dampfstrahlerstufen wird der aus dem Verdampfer austretende Diphenylcarbonatdampf in entsprechend viele Teilströme aufgeteilt. Der Verdampfersumpf wird kontinuierlich partiell ausgeschleust und gegebenenfalls wiederverwertet.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine störungsfreie und ökonomisch sinnvolle Erzeugung des Vakuums für einen oder mehrere Polykondensationsreaktoren bei der Polycarbonat-Herstellung nach dem Schmelzeverfahren. Betriebsunterbrechungen durch Oligomer-Ablagerungen oder durch Sättigung von Flächenkondensatoren sind praktisch ausge­ schlossen. Sämtliche Wertstoffe werden prozeßintern rezirkuliert. Zu entsorgende Emissionen sind auf ein Minimum reduziert, insbesondere fallen keine mit Phenol, Oligomeren und Monomeren verunreinigte Abwässer an.

Claims (8)

1. Verfahren zur Vakuumerzeugung und Abscheidung der kondensierbaren Bestandteile der Brüden der Schmelzphasen-Polykondensation bei der Polycarbonat-Herstellung, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zu evakuierenden Polykondensationsreaktor saugseitig mindestens je ein bis zwei Dampfstrahler mit einem nachgeschalteten Sprüh­ kondensator angeschlossen sind, wobei der Treibdampf Diphenyl­ carbonatdampf mit einem Druck im Bereich von 0,3 bis etwa 1,5 bar (absolut) ist, und die Sprühflüssigkeit flüssiges Diphenyl­ carbonat ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzphasen-Polykondensation mehrstufig erfolgt und der zu evakuierende Polykondensationsreaktor der letzte Poly­ kondensationsreaktor ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzphasen-Polykondensation mehrstufig erfolgt und der zu evakuierende Polykondensationsreaktor der letzte und mindestens ein vorangehender Polykondensationsreaktor ist.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mindestens einen Dampfstrahler-/Sprüh­ kondensatorstufe druckseitig mindestens eine mechanische Vakuumpumpe nachgeschaltet ist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teil der aus den Sprühkondensatoren abfließenden Flüssigkeit als Sprühflüssigkeit rezirkuliert wird, ein weiterer Teil einem Verdampfer zur Erzeugung des Treibdampfes und der restliche, überschüssige Teil prozeßintern rückgeführt oder einer Rückgewinnungsanlage zugeführt wird.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Diphenylcarbonattreibdampf einen Druck im Bereich von 0,5 bis 1,0 bar (absolut) hat.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Treibdampf vor Eintritt in den Dampfstrahler um 1 bis 20°C überhitzt wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sprühflüssigkeit eine Temperatur im Bereich von 80 bis 120°C hat.