DE60011699T2 - Verfahren zur Herstellung von Polymeren - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren, was zu verringerten Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) und minimaler Gelbildung führt. Das Verfahren zur Herstellung von Polymeren nutzt das Ersetzen von Luft in einem Polymerisationsreaktor mit Wasserdampf, ein geschlossenes System und eine Pumpe bei hohem Betriebsdruck, um das Polymer über einen Wärmeaustauscher in einem externen Regelkreis zu pumpen.
  • Polymerisationen sind die Reaktionen von Monomeren, um Polymere zu bilden. Es gibt mehrere Probleme, die mit Polymerisationen verbunden sind. Ein Problem ist, daß die meisten Polymerisationen exotherm sind. Für exotherme Polymerisationen muß die Wärme, die während der Polymerisation entwickelt wird, entfernt werden, um die Reaktortemperatur zu kontrollieren. Typischerweise werden die Reaktoren für Polymerisationen ummantelt und Kühlmittel fließen durch die Ummantelung, um die Temperatur der Polymerisation zu kontrollieren. Dieses Verfahren der Kühlung ist nicht sehr effizient, da die Kühlfläche auf die Reaktorummantelung begrenzt ist, und daher wird die Zeit, die es dauert, die Polymerisation laufen zu lassen, auf bis zu 10 Stunden verlängert.
  • Ein zweites Problem, das mit Polymerisationen verbunden ist, ist, daß sich ein Druck in dem Reaktor infolge von Inertgasen in dem Raum über dem Reaktionsgemisch aufbauen kann. Typischerweise werden Reaktoren für Polymerisationen entlüftet, so daß, wenn der Druck einen bestimmten Punkt erreicht, sich die Ablaßöffnung öffnet und das Gas freisetzt. Die Gase, die während des Polymerisationsverfahrens entlüftet wurden, umfassen Luft, Wasser und VOCs, einschließlich nicht-umgesetztes Monomer. Aufgrund der Umweltbedenken gegenüber Monomeren und anderen VOCs, wenn die Gase entlüftet werden, müssen sie zu der Schadstoffkontrollvor richtung geschickt werden. Diese ist als Beseitigung bekannt. Die Beseitigung führt zu erhöhten Betriebskosten für die Polymerisationsreaktion.
  • Ein drittes Problem, das mit Polymerisationen verbunden ist, ist die Bildung von Gel. Gel ist eine Agglomeration von Polymerteilchen. Gel kann nachteilige Wirkungen für die Endanwendungen für die Polymere haben. Deshalb ist Gel unerwünscht.
  • Deshalb besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von Polymeren, das bessere Effizienz durch erhöhte Kühlfläche bereitstellt, VOC-Emissionen minimiert und keine signifikante Menge an Gel bildet.
  • Ein Ansatz zum Kontrollieren der Temperatur einer Polymerisation wird in EP 834518 beschrieben. Die Offenbarung lehrt das Entfernen eines Polymers aus dem Reaktor und dessen Beschicken über einen externen Regelkreis zu einem Wärmeaustauscher, dann Zurückführen des Polymers zu dem Reaktor. Die Offenbarung lehrt, daß Platten- und Rahmenwärmeaustauscher für diese Zwecke nicht geeignet sind, und daß Spiralwärmeaustauscher bevorzugt sind. Die Pumpe wurde auf eine Pumpe mit niedriger Scherspannung begrenzt und wurde an der Innenseite des Wärmeaustauschers angebracht. Die Offenbarung lehrt nicht, wie die Bildung von Gel vermieden wird oder VOC-Emissionen minimiert werden.
  • Die Verwendung von Platten- und Rahmenwärmeaustauschern in einem System, ähnlich dem, das oben beschrieben wird, wird in Industrial Polymerization Apparatus (IV), Emulsion Polymerization Reactors (Part 1), China Synthetic Rubber Industry, 17 (5), 299 – 303 (1994), L. Feng und Y. Li offenbart. Die Offenbarung lehrt nicht, wie die Bildung von Gel vermieden wird oder wie VOC-Emissionen minimiert werden.
  • Trotz dieser Offenbarungen besteht ein fortlaufender Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von Polymeren, das bessere Effizienz durch erhöhte Kühlfläche bereitstellt, VOC-Emissionen minimiert und keine signifikante Menge an Gel bildet.
  • Wir fanden heraus, daß das Ersetzen von Luft in einem Polymerisationsreaktor mit Wasserdampf und die Verwendung eines Reaktors mit geschlossenem System mit einer Pumpe, die bei hohem Betriebsdruck läuft, diesen Bedarf decken. Unter einem Reaktor mit geschlossenem System ist zu verstehen, daß Inertgase während der Polymerisation nicht austreten. Hoher Betriebsdruck bedeutet 25 psig bis 100 psig (1 psi = 6,895 kPa).
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren bereit, einschließlich: Bereitstellen eines Reaktors mit offenem System; Ersetzen von Luft in dem Reaktor mit Wasserdampf; Schließen des Systems; Beschicken mindestens eines Monomers in den Reaktor; Umsetzen des mindestens einen Monomers in dem Reaktor unter Bildung eines Polymers; und Pumpen des Polymers mit einer Pumpe bei hohem Betriebsdruck in einen externen Regelkreis über einen Wärmeaustauscher zu dem Reaktor.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren durch ein Verfahren bereit, das die VOC-Emissionen vorteilhaft verringert.
  • Der Reaktor, der in dieser Erfindung verwendet wird, muß in der Lage sein, sowohl in einem offenen System als auch einem geschlossenem System zu laufen. Unter dem offenen System ist zu verstehen, daß Inertgase aus dem System ohne Druckaufbau austreten. Ein Verfahren zur Bereitstellung eines offenen Systems ist, einen entlüfteten Reaktor zu verwenden, wo die Ablaßöffnung offen gelassen wird.
  • Unter dem geschlossenen System ist zu verstehen, daß Gase und Druck sich in dem System aufbauen können. Ein Verfahren zur Bereitstellung eines geschlossenen Systems ist, einen entlüfteten Reaktor zu verwenden, wo die Ablaßöffnung während der Polymerisation geschlossen gehalten wird. Typischerweise wird in einem niedrigbetriebenen Drucksystem die Ablaßöffnung in einem geschlossenen System geschlossen und bei einem geringen Druck, wie 10 psig, geöffnet.
  • Der Reaktor kann ummantelt werden. Wenn der Reaktor ummantelt wird, fließen Kühlmittel, wie Wasser, durch die Ummantelung. Die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels kann konstant sein oder kann variieren. Im allgemeinen werden, wenn ummantelte Reaktoren verwendet werden, 25 % der gesamten Wärmeenergie, die durch die Polymerisationsreaktion (BTUs pro Minute) erzeugt wird, durch das Kühlmittel in der Ummantelung entfernt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert, daß das System offen ist, während die Luft in dem Reaktor durch Wasserdampf ersetzt wird. Dies kann durch ein Verfahren, ausgewählt aus Beschicken von Kaltwasser in den Reaktor und Erwärmen des Wassers, Beschicken von Heißwasser in den Reaktor, Besprengen des Reaktors mit Dampf und Kombinationen davon, erreicht werden. Die Temperatur des Heißwassers kann zwischen 50 °C und 99 °C, vorzugsweise 80 °C und 95 °C liegen. Die Menge an Heißwasser, die in den Reaktor beschickt wird, wird von der Rezeptur für das Polymer, das hergestellt werden soll, und der Reaktorgröße abhängen, aber in einem 2500-Liter-Reaktor liegt die Menge an Wasser typischerweise zwischen 90 kg und 700 kg, vorzugsweise 270 kg und 550 kg. Der Reaktor kann mit Dampf entweder von der Spitze oder vom Boden des Reaktors besprengt werden.
  • Es ist in der Technik bekannt, daß Sauerstoff in der Luft innerhalb eines Polymerisationsreaktors die Polymerisation inhibiert. Um dieses Problem zu überwinden, verwendeten die Fachmänner einen Helium- oder Stickstoffdurchlauf, um die Luft in dem Reaktor zu ersetzen. Der Ersatz von Luft mit Wasserdampf in dem erfindungsgemäßen Verfahren stellt daher zusätzliche Vorteile durch das optionale Anwenden des Helium- oder Stickstoffdurchlaufs bereit, was die Verfahrenskosten verringern kann.
  • Nachdem Luft in dem Reaktor mit Wasserdampf ersetzt worden ist, muß das System geschlossen werden. In einem belüfteten System kann das System durch Schließen des Entlüftungsventils geschlossen werden. Bei normalen Betrieben kann das geschlossene Entlüftungsventil auf 10 psig eingestellt werden, was bedeutet, daß, wenn sich der Druck in dem Reaktor aufbaut, das Entlüftungsventil öffnen wird, wenn der Druck 10 psig erreicht. In dem erfindungsgemäßen Verfahren bleibt das Entlüftungsventil während der Polymerisation geschlossen, da der Entlüftungsventilregler auf einem hohen Druck eingestellt wird. Die Entlüftungsventileinstellung liegt zwischen 25 psig und 100 psig, vorzugsweise 25 psig und 40 psig.
  • Nachdem das System geschlossen wird, wird mindestens ein Monomer in den Reaktor beschickt. Unter den Monomeren, die nützlich sein können, sind ethylenisch ungesättigte Monomere, die (Meth)acrylestermonomere, einschließlich Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Decylacrylat, Methylmethacrylat, Butylmethacrylat, Hydroxyethylmethacrylat und Hydroxypropylacrylat; Acrylamid oder substituierte Acrylamide; Styrol oder substituiertes Styrol; Vinylacetat oder andere Vinylester; Vinylmonomere, wie Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, N-Vinylpyrolidon; und Acrylnitril oder Methacrylnitril umfassen, sind aber nicht darauf begrenzt. Butylacrylat, Methylmethacrylat und Styrol sind bevorzugt. (Meth)acryl bedeutet sowohl Acryl als auch Methacryl.
  • Ethylenisch ungesättigte Säure-enthaltende Monomere oder Salze davon können ebenso nützlich sein. Geeignete ethylenisch ungesättigte Säure-enthaltende Monomere umfassen Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Phosphoethylmethacrylat, 2-Acrylamido-2-methyl-1-propansulfonsäure, Natriumvinylsulfonat, Itaconsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Monomethylitaconat, Monomethylfumarat, Monobutylfumarat und Maleinsäureanhydrid, sind aber nicht darauf beschränkt. Acrylsäure und Methacrylsäure sind bevorzugt. Methacrylsäure ist stärker bevorzugt.
  • Ein ethylenisch ungesättigtes, fluoriertes (Meth)acrylat-Monomer, wie ZonylTM-Produkte (Markenname von DuPont Chemical Company), kann ebenso nützlich sein.
  • Das mindestens eine Monomer kann ebenso ein Silikon-enthaltendes, ethylenisch ungesättigtes Monomer, wie Vinyltrimethoxysilan und Methacryloxypropyltrimethoxysilan, sein.
  • Monomere, ausgewählt aus C6-C20-Alkylstyrol und Alkyl-alpha-methylstyrol, C6-C20-Alkyldialkylitaconat, C10-C20-Vinylestern von Carbonsäuren, C8-C20-N-Alkylacrylamid und -methacrylamid, C10-C20-Alkyl-alpha-hydroxymethylacrylat, C8-C20-Dialkyl-2,2'-(oxydimethylen)diacrylat, C8-C20-Dialkyl-2,2'-(alkyliminodimethylen)diacrylat, C8-C20-N-Alkylacrylimid und C10-C20-Alkylvinylether, können ebenso nützlich sein.
  • Hydrophobe Monomere, wie C12- bis C40-Alkylester von (Meth)acrylsäure können ebenso als das zumindest eine Monomer, das in dem Verfahren dieser Erfindung verwendet wird, nützlich sein. Geeignete Alkylester von (Meth)acrylsäure umfassen Lauryl(meth)acrylat, Cetyl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat, Behenyl(meth)acrylat und Eicosyl(meth)acrylat, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Ein Vernetzer, ausgewählt aus einem Vernetzungsmittel und einem vernetzenden Monomer, kann ebenso in Polymere, die durch das Verfahren dieser Erfindung hergestellt werden, eingebracht werden. Unter einem Vernetzer ist eine Verbindung zu verstehen, die mindestens 2 reaktive Gruppen aufweist, die mit Säuregruppen, die an den Monomeren der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zu finden sind, reagieren werden. Vernetzungsmittel, die in den durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Polymeren nützlich sind, umfassen ein Polyaziridin, Polyisocyanat, Polycarbodiimid, Polyamin und ein mehrwertiges Metall. Das Vernetzungsmittel ist optional und kann, nachdem die Polymerisation beendet ist, zugegeben werden.
  • Vernetzende Monomere sind Vernetzer, die in andere Monomere aufgenommen werden. Vernetzende Monomere, die mit den durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Polymeren nützlich sein können, umfassen Acetoacetat-funktionelle Monomere, wie Acetoacetoxyethylacrylat, Acetoacetoxypropylmethacrylat, Acetoacetoxyethylmethacrylat, Allylacetoacetat, Acetoacetoxybutylmethacrylat und 2,3-Di(acetoacetoxy)propylmethacrylat; Divinylbenzen, (Meth)acryloylpolyester von polyhydroxylierten Verbindungen, Divinylester von Polycarbonsäuren, Diallylester von Polycarbonsäuren, Diallyldimethylammoniumchlorid, Triallylterephthalat, Methylenbisacrylamid, Diallylmaleat, Diallylfumarat, Hexamethylenbismaleamid, Triallylphosphat, Trivinyltrimellitat, Divinyladipat, Glyceryltrimethacrylat, Diallylsuccinat, Divinylether, die Divinylether von Ethylenglykol- oder Diethylenglykoldiacrylat, Polyethylengylkoldiacrylate oder -methacrylate, 1,6-Hexandioldiacrylat, Pentaerythritoltriacrylat oder -tetraacrylat, Neopentylglykoldiacrylat, Cyclopentadiendiacrylat, die Butylenglykoldiacrylate oder -dimethacrylate, Trimethylolpropandi- oder -triacrylate, (Meth)acrylamid, n-Methylol(meth)acrylamid, Gemische davon und dergleichen. (Meth)acrylamid, n-Methylol(meth)acrylamid und Gemische davon sind bevorzugt.
  • Die verwendete Menge des Vernetzers wird so ausgewählt, daß der Vernetzer die Filmbildung nicht beeinflußt.
  • Kettenübertragungsmittel können verwendet werden, um das Molekulargewicht von Polymeren, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurden, zu kontrollieren. Geeignete Kettenübertragungsmittel umfassen Mercaptane, wie beispielsweise Dodecylmercaptan („n-DDM"). Das Kettenübertragungsmittel kann bei 0,1 % bis 10 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der polymeren Zusammensetzung, verwendet werden.
  • Das zumindest eine Monomer wird umgesetzt, um ein Polymer zu bilden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann für Lösungs-, Suspensions- oder Emulsionspolymerisationen nützlich sein. Das Verfahren ist für Emulsionspolymerisationen besonders nützlich. Emulsionspolymerisationen sind in der Technik allgemein bekannt und werden in US-Patent Nr. 5,346,954 beschrieben. Geeignete grenzflächenaktive Mittel, Initiatoren und Verfahrensbedingungen können in dem Patent gefunden werden. Das zumindest eine Monomer kann als ein Einzelmonomer aus der obigen Liste beschickt werden, oder kann Kombinationen davon sein.
  • Nachdem es gebildet ist, werden das Polymer und jedes nicht-umgesetzte Monomer bei hohem Betriebsdruck in einen externen Regelkreis über einen Wärmeaustauscher zurück zu dem Reaktor gepumpt. Jeder Pumpentyp kann verwendet werden. Für scherempfindliche Polymere ist eine Pumpe mit niedriger Scherspannung erforderlich. Pumpen mit niedriger Scherspannung sind besonders wichtig bei Emulsionspolymerisationen, wo die Polymere scherempfindlich sind, da eine hohe Scherung zur Bildung einer signifikanten Menge an Gel führt. Unter einer Pumpe mit niedriger Scherspannung ist zu verstehen, daß die Pumpe das Polymer nicht signifikant beansprucht. Die Pumpe kann eine Membranpumpe, wie eine Wilden-Membranpumpe, oder eine positive Verdrängerpumpe, wie eine Sine-Pumpe, eine Scheibenfließpumpe, oder eine Moyno-Pumpe sein. Das Konstruktionsmaterial der Pumpe ist für die Erfindung nicht kritisch.
  • Membranpumpen weisen eine Membran auf, die ermüdet und versagt, wenn sie hohen Betriebsdrücken (größer als 10 psig) für einen längeren Zeitraum unterzogen werden. Typischerweise werden Membranpumpen mit den Reaktorentlüftungsventileinstellungen betrieben, so daß der Betriebsdruck niedrig bleibt, wie 10 psig oder niedriger. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird die Pumpe mit den Reaktorentlüftungsventilreglereinstellungen von 25 psig bis 100 psig, vorzugsweise 25 psig bis 40 psig betrieben. Um bei Reaktorentlüftungsventilreglereinstellungen von 25 psig bis 100 psig ohne eventuelle Ermüdung und Versagen der Pumpe zu betreiben, kann eine Pumpe mit niedriger Scherspannung, wie eine Sine-Pumpe, eine Scheibenfließpumpe, oder eine Moyno-Pumpe verwendet werden.
  • Die Stellung der Pumpe ist für das Minimieren der Gelbildung wichtig. Die Pumpe kann vor dem Wärmeaustauscher plaziert werden, jedoch wird die Gelbildung verringert, wenn die Pumpe am Auslaß des Wärmeaustauschers plaziert wird.
  • Der Wärmeaustauscher kann ein Röhrenkessel-, Platten- und Rahmen-, Platten und Rippen- oder Spiralwärmeaustauscher sein. Platten- und Rahmenwärmeaustauscher sind bevorzugt. Das Konstruktionsmaterial des Wärmeaustauschers ist für die Erfindung nicht kritisch. Der Wärmeaustauscher kann durch einen Strom an kaltem Wasser oder Kühlmittel abgekühlt werden. Die Fließgeschwindigkeit von Wasser oder Kühlmittel kann konstant sein oder kann variieren. Vorzugsweise ist die Fließgeschwindigkeit von Wasser oder Kühlmittel konstant. Die Temperatur des Wassers oder Kühlmittels liegt typischerweise zwischen 8 °C und 35 °C.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur des Polymers und des nicht-umgesetzten Monomers in dem Reaktor durch Kontrollieren der Fließgeschwindigkeit des Polymers und nicht-umgesetzten Monomers durch den Wärmeaustauscher kontrolliert. Die Temperatur in dem Reaktor kann elektronisch überwacht werden. Wenn die Temperatur über dem gewünschten Vorgabewert liegt, wird die Geschwindigkeit, bei der das Polymer durch den Wärmeaustauscher gepumpt wird, erhöht. Dies kann durch die Verwendung eines elektronischen Rückführreglers, der die Einstellung an der Pumpe automatisch erhöht, erreicht werden. Dieses Ver fahren führt zur verbesserten Temperaturregelung in der Polymerisationsreaktion und geringeren Gelbildung.
  • Alternativ kann die Temperatur des Polymers in dem Reaktor durch Kontrollieren der Fließgeschwindigkeit von Wasser durch den Wärmeaustauscher kontrolliert werden. Die Temperatur des Polymers, das den Wärmeaustauscher verläßt, liegt typischerweise zwischen 20 °C und 70 °C, vorzugsweise zwischen 30 °C und 45 °C.
  • Unter externen Regelkreis ist eine Rohrleitung oder ein Schlauch zu verstehen, der das Polymer aus dem Reaktor nimmt, das Polymer zu einem Wärmeaustauscher beschickt, und das Polymer zu dem Reaktor rückführt. Das Konstruktionsmaterial des Regelkreises ist für die Erfindung nicht kritisch.
  • Die Polymerisation kann kontinuierlich verlaufen, wo das Polymer aus dem Reaktor abgezogen wird, während das Monomer in den Reaktor beschickt wird. In diesem Fall kann das Polymer, das den Wärmeaustauscher verläßt, in zwei Ströme gespalten werden, wobei ein Strom zu dem Reaktor rückgeführt werden kann und der andere Strom in einen Nachverarbeitungsbehälter zur weiteren Verarbeitung beschickt werden kann.
  • In einer anderen Ausführungsform, wo die Polymerisation kontinuierlich verlaufen kann, werden zwei externe Regelkreise bereitgestellt. In dieser Ausführungsform kann ein externer Regelkreis das Polymer aus dem Reaktor abziehen und das Polymer durch den Wärmeaustauscher zurück in den Reaktor beschicken, während der andere externe Regelkreis das Polymer aus dem Reaktor abziehen und das Polymer durch den Wärmeaustauscher in den Nachverarbeitungsbehälter zur weiteren Verarbeitung beschicken kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei höheren Reaktorentlüftungsventilkontrolleinstellungen betrieben und erzeugt weniger Druck. Deshalb läßt das erfindungsgemäße Verfahren kein Gas in die Schadstoffkontrollvorrichtung während der Polymerisation ab. Am Ende der Polymerisation kann ein Restdruck in dem Reaktor bleiben. Dieser Restdruck kann verwendet werden, um den Latex aus dem Reaktor zu dem Nachverarbeitungsbehälter zu übertragen. Der Reaktordruck wird sich auf Normaldruck verringern, wenn die Übertragung von Latex beendet ist. Der Siedepunkt von Butylacrylat beträgt 142 °C und der Siedepunkt von Methylmethacrylat beträgt 100 °C. Wenn der Reaktor leer ist, kann das Reaktormantelkühlwasser angestellt werden, um jedes restliche Monomer zu kondensieren. Dann kann das kondensierte Monomer mit Reaktorspülwasser entfernt werden. Das Spülwasser kann entweder in den Nachverarbeitungsbehälter als Verdünnungswasser für das Endprodukt geschickt oder zu einer Abwasserbehandlungsanlage geschickt werden.
  • Die folgenden Beispiele beabsichtigen, das erfindungsgemäße Verfahren zu erläutern.
  • Beispiel 1
  • Eine Charge aus Butylacrylat/Methylmethacrylat-Polymer („Latex") wurde in einem 2430-Liter-Edelstahl-Entgasungsreaktor hergestellt. Die Monomere (962 kg) wurden mit Wasser (1035 kg) und grenzflächenaktiven Mitteln (5,4 kg) in einem Monomeremulsionstank vorgemischt. Nicht-kondensierbare Luft wurde teilweise durch kondensierbaren Wasserdampf zu Beginn der Charge durch Zugeben von 345 kg heißem Wasser (90 °C bis 99 °C) in den Reaktor ersetzt. Während heißes Wasser zugegeben wurde, wurde die Reaktorablaßöffnung geöffnet. Nachdem heißes Wasser zugegeben wurde, wurden Ammoniakpersulfsat und andere Additive zu dem Reaktor gegeben und die Reaktorablaßöffnung wurde geschlossen. Der automatische Reglervorgabewert für den Reaktorablaßöffnungsdruck (Betriebsdruck) wurde auf 40 psig eingestellt. Die Monomeremulsion wurde über einen Zeitraum von zwei und einer halben Stunde beschickt. Während der Reaktion wurde der Reaktor bei 83 °C gehalten. Die Reaktionstemperatur wurde durch einen externen Alpha-Laval-Platten- und Rahmenwärmeaustauscher aufrechterhalten.
  • Der Alfa-Laval-Wärmeaustauscher wurde verwendet, um die Reaktionstemperatur zu kontrollieren. Die Reaktorummantelung wurde nicht verwendet. Ein Reaktortemperaturregler manipulierte eine Wilden-Membranpumpe, um die Latexfließgeschwindigkeit durch den Wärmeaustauscher einzustellen. Wenn die Reaktionstemperatur über dem gewünschten Vorgabewert war, erhöhte der Regler die Pumpeneinstellung und erhöhte die Latexfließgeschwindigkeit durch den Wärmeaustauscher.
  • Da der Latex scherempfindlich war und gegenüber Gelbildung empfindlich war, wurde eine Wilden-Pumpe mit niedriger Scherspannung verwendet, um den Latex durch den Wärmeaustauscher zu pumpen. Die Pumpe wurde am Auslaß des Wärmeaustauschers angeordnet, so daß kalter Latex gepumpt wurde.
  • Ergebnisse
  • Der Reaktordruck stieg, da sich das Volumenniveau erhöhte. Mit der teilweise durch Wasserdampf ersetzten Luft komprimierte/kondensierte der erhöhte Druck den Dampf zu Wasser und der Reaktordruck erhöhte sich langsam ohne Entlüften. Der Spitzendruck in dem Reaktor wurde überwacht und überstieg nie 22 psig. Deshalb gab es kein Ablassen von Gas während des Zeitraums der Monomeremulsionsbeschickung.
  • Am Ende der Charge gab es minimales Reaktorkopfraumgas, das zu der Schadstoffkontrollvorrichtung abgelassen wurde. Es wurde eine Charge aus Latex innerhalb der Spezifikation erhalten. Der Latex wurde durch ein 325-Mesh-Sieb geführt. Für Gel, das auf dem Sieb zurückblieb, war die Teilchengröße größer als 45 μm. Es wurde keine signifikante Gelbildung bemerkt (weniger als oder gleich 20 ppm Gel).
  • Beispiel 2 – Vergleichsberechnung
  • Die Erfinder berechneten, wie der Druck in dem Reaktor ohne das Ersetzen von Luft in dem Reaktor mit Wasserdampf sein würde.
  • Vorausgesetzt das Ventil wurde vor der Beschickung von heißem Wasser in den Reaktor geschlossen und die Temperatur der Luft in dem Reaktor betrug 25 °C, ist die Berechnung wie folgt: der anfängliche Luftdruck (P1) betrug 15 psia und das anfängliche Volumen (V1) betrug 2430 Liter, und der Endluftdruck (P2) betrug 77 psia (62 psig) mit einem Endvolumen (V2) von 600 Litern. Deshalb würde unter einem Betriebsdruck von 40 psig ohne das Ersetzen der Luft in dem Reaktor mit Wasserdampf vor dem Schließen der Ablaßöffnung der Reaktor während der Polymerisation entlüftet werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung von Polymeren, umfassend: Bereitstellen eines Reaktors mit offenem System, Ersetzen von Luft in dem Reaktor mit Wasserdampf, Schließen des Systems, Beschicken mindestens eines Monomers in den Reaktor, Umsetzen des mindestens einen Monomers in dem Reaktor unter Bildung eines Polymers und Pumpen des Polymers bei hohem Betriebsdruck in einen externen Regelkreis über einen Wärmeaustauscher zu dem Reaktor.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reaktor ein Entgasungsreaktor ist und Luft in dem Reaktor durch Wasserdampf durch ein Verfahren, ausgewählt aus Beschicken von Kaltwasser in den Reaktor und Erwärmen des Wassers, Beschicken von Heißwasser in den Reaktor, Besprengen des Reaktors mit Dampf und Kombinationen davon, ersetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Pumpe eine Pumpe mit niedriger Scherspannung, angeordnet am Auslaß des Wärmeaustauschers, ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Betriebsdruck von 274 kPa bis 791 kPa (25 psig bis 100 psig) beträgt.
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