DE69001087T2

DE69001087T2 - Reaktionsbehaelter.

Info

Publication number: DE69001087T2
Application number: DE9090108015T
Authority: DE
Inventors: Michael John Hughes; Robert Edgar Jordan
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2010-04-28
Also published as: EP0395080A1; AU5392290A; AU626663B2; JPH0365238A; DE69001087D1; CA2015464A1; EP0395080B1; BR9002019A; KR900015803A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktionsbehälter oder eine Tankstruktur zur Verwendung bei einer Suspensionspolymerisation zur Herstellung von Polyvinylchlorid oder Vinylchlorid.
Während des Polymerisationsprozesses entsteht aufgrund des Reaktionsprozesses übermäßige Wärme und zur Steuerung der Schnelligkeit des Reaktionsprozesses ist es erforderlich, diese Wärme abzuführen. Da zur Wirtschaftlicheren Herstellung des Endprodukts größere Geräte oder Behälter verwendet werden, ist die Verwendung dickerer Wände erforderlich geworden, um für die Festigkeit, die erforderlich ist, um dem erhöhten Druck zu widerstehen, zu sorgen. Mit dieser Zunahme der Behältergröße und der Wanddicke jedoch geht eine wesentliche Steigerung der Notwendigkeit einer wirksameren Wärmeabfuhr zur korrekten Steuerung des Reaktionsprozesses einher.
Die aus dem stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Abfuhr von Wärme in Form von Kühlrohren innerhalb des Reaktionsbehälters ist unzulänglich aufgrund der Schwierigkeit der Säuberung der Innenwände des Behälters und der Außenwände der Kühlrohre, weil dort Polymere haften bleiben und sich dort ablagern oder ansammeln. Die Bereitstellung eines äußeren, den Reaktionsbehälter umschließenden Kühlmantels verursachte die Schwierigkeit, nicht genügend Kühlkapazität zu haben, da die Dicke der Behälterwand eine wirksame Kühlung verhindert. Die vorliegende Erfindung schafft einen inneren Kühlmantel, wobei eine dünne innerste Wand als eine durchgängige Fläche ausgebildet ist, wodurch eine glatte Innenwand geschaffen wird, wodurch die unbefriedigende Ablagerung von anhaftendem Polymer und dessen Ansammlung verhindert wird.
In der US-A-4 552 724 ist ein Reaktionsbehälter beschrieben, der einen äußeren Mantel, eine innere Hülse und zwischen dem Mantel und der Hülse Stützteile aufweist, die einen Weg für den Kühlmittelstrom zwischen dem äußeren Mantel und der inneren Hülse bilden. Die Stütze kann entweder ein wendelförmig um die innere Hülse gewundener Streifen sein oder in Form mehrerer sich in Längsrichtung erstreckender Teile ausgebildet sein, die längliche Durchlässe für ein Kühlmittel bilden. Die Stützteile sind an der Innenfläche des äußeren Mantels angeschweißt und danach wird die innere Hülse aus mehreren an die Innenkanten der Stützteile angeschweißten Streifenteilen gebildet, wodurch die innere Hülse eine polygonale Struktur erhält. Die Streifen sind untereinander durch die gleichen Schweißungen verbunden, die sie mit den Stützteilen verbinden. Dadurch wird keine durchgängige und glatte Innenwandfläche geschaffen, wodurch die unbefriedigende Ablagerung von anhaftendem Polymer und seiner Ansammlung vermieden würde.
In der FR-A-2 473 902 ist ein Reaktionsbehälter offenbart, der an seiner Außenfläche eine Kühlhülse aufweist. Ein derartiger Reaktionsbehälter hat eine glatte Innenfläche, doch aufgrund der Dicke der Behälterwand keine ausreichende Kühlkapazität.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen druckfesten Reaktionsbehälter zu schaffen, der eine ausgezeichnete Kühlkapazität hat und die Ablagerung von anhaftendem Polymer und seine Ansammlung verhindert.
Der druckfeste Reaktionsbehälter der vorliegenden Erfindung weist die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Reaktionsbehälters, wobei dieses Verfahren die im Anspruch 8 angegebenen Merkmale aufweist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung ausführlich beschrieben in Bezug auf die Zeichnungen, welche zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Reaktionsbehälters, teilweise geschnitten;
Fig. 2 eine vergrößerte geschnittene Ansicht des eingekreisten Bereichs des Reaktionsbehälters aus Fig. 1;
Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht eines modifizierten Ausführungsbeispiels der Erfindung ähnlich der Ansicht von Fig. 1;
Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt eines Teils der Behälterwand und des Kühlmantels entlang der Linie 4-4 von Fig. 3;
Fign. 5A und 5B Draufsichten der Anbringung des Kühlmantels an der Innenwand des in den Fign. 1 und 2 dargestellten Reaktionsbehälters, wobei das Umschließen der Behälterwand und deren Befestigen an dem Mantel dargestellt ist;
Fign. 6A und 6B Draufsichten einer modifizierten Ausgestaltung eines Reaktionstanks und eines Kühlmantels, in denen das Befestigen des Kühlmantels an dem erfindungsgemäß hergestellten, in den Fign. 3 und 4 dargestellten, Tanks gezeigt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Bezug nehmend auf die Zeichnungen, bei denen in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen durchgängig gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen, zeigen die Fign. 1 und 2 einen geschlossenen Reaktionsbehälter 10, der einen zylindrischen Hauptteil oder Mantel 11 aufweist, dessen unteres Ende durch ein unteres halbsphärisches oder tellerähnliches Teil 12 und dessen oberes Ende durch ein oberes halbsphärisches oder tellerähnliches Teil 13 geschlossen ist. Derartige tellerähnliche Teile 12 und 13 sind in geeigneter Weise an dem Mantel oder dem zylindrischen Teil 11 angeschweißt und bilden den geschlossenen Reaktionsbehälter 10. Das untere tellerähnliche Teil 12 weist eine Auslaßöffnung 14 auf, die in geeigneter Weise durch eine nicht dargestellte Ventileinrichtung gesteuert wird. Das obere tellerähnliche Teil l3 weist eine zentrale öffnung 15 auf, durch welche sich eine Welle 16 erstreckt, an deren einem Ende eine Schaufel 17 angebracht ist, die in geeigneter Weise gedreht wird, um eine Mischfunktion in dem Reaktionsbehälter auszuüben. Dieses obere tellerähnliche Teil 12 weist ebenfalls geeignete, nicht dargestellte (Einstieg-) öffnungen auf, durch welche Produkte in den Reaktionsbehälter gefüllt oder eingeführt werden.
Ein innerer Mantel ist innerhalb dieses zylindrischen Teils 11 des Reaktionsbehälters 10 angeordnet und besteht aus einer dünnen einstückigen zylindrischen Hülse 20, wobei die Hülse 20 von einer durchgängigen wendelförmigen Stütze 21 umgeben ist und mit ihr in geeigneter Weise wie bei 22 (Fig. 2) z.B. durch Schweißen verbunden ist. Dieses Anschweißen der wendelförmigen Stütze 21 an die Hülse 20 erfolgt an der äußeren oder radial äußersten Wandfläche der Hülse 20. Diese Stütze 21 bildet eine radiale Abtrennung oder Wand, die vertikal zu dem zylindrischen Teil 11 und der Hülse 20 des Reaktionsbehälters 10 ist. Die Hülse 20 und die durchgängige wendelförmige Stütze 21 können in Form eines Streifens ausgebildet sein, der vor seiner Einführung in den zylindrischen Teil 11 außerhalb des Behälters 10 in einem durchgängigen Vorgang mit der Hülse 20 verbunden wird. Gemäß den Fign. 1 und 2 wirken zwei aneinander angrenzende Stützen 21 mit der Hülse 20 und dem zylindrischen Teil 11 des Reaktionsbehälters 10 zusammen, um eine wendelförmige Kammer oder einen Durchlaß 24 zu bilden, der sich von dem oberen Endbereich des Reaktionsbehälters wendelförmig zu dem unteren Endbereich des Reaktionsbehälters erstreckt. Der untere zylindrische Teil 11 des Reaktionsbehälters 10 weist einen Einlaß 25 auf, der an dem unteren Bereich des Reaktionsbehälters mit dem Durchlaß 24 verbunden ist, während der obere zylindrische Teil 11 einen mit dem Durchlaß 24 verbundenen Auslaß 26 aufweist, um einen durchgängigen Strömungsweg für das Kühlfluid um die gesamte Hülse 20 herum zu schaffen.
Gemäß Fig. 1 weisen die oberen und unteren tellerähnlichen Teile 12 und 13 einen ringförmigen Flansch 28 bzw. 29 auf, der an der Hülse 20 anstößt, um den Durchlaß 24 abzudichten. Eine solche Verbindungsstelle der Flansche 28,29 und der Hülse 20 kann geschweißt werden, um eine fluiddichte Passung zu gewährleisten.
Als Beispiel für die Abmessungen des durch die Stütze und die Hülse gebildeten Durchlasses kann der vertikale Abstand "a" zwischen zwei aneinandergrenzenden Stützen 21 (Fig. 2) 2 (5,08 cm) bis 3 (7,62 cm) Inch betragen, während die Weite oder der Abstand "b" dieses Durchlasses zwischen 1/2 Inch (1,27 cm) und einem Inch (2,54 cm) und die Wanddicke der Hülse 20 ungefähr 0,25 Inch (0,635 cm) beträgt.
Um einen solchen Reaktionsbehälter zusammenzubauen, wird die Hülse 20 aus einem dünnen Metallstück (dünn in Bezug auf die Dicke des äußeren zylindrischen Mantels 11) zu einer zylindrischen Schleife geformt und auch entlang einer einzigen Linie geschweißt. Danach wird ein durchgängiger Streifen oder eine Stütze 21 wie bei 22 wendelförmig um diesen Zylinder 20 geschweißt. Durch die Kühlung dieser Hülse 20 zusammen mit ihrer Stütze 21 während des Erwärmens des äußeren zylindrischen Teils 11 des Reaktionsbehälters gleitet diese Hülse 20 in den zylindrischen Teil 11 und dann werden das obere und das untere tellerähnliche Teil 12 bzw. 13 zusammen mit dem Einlaß 25 und dem Auslaß 26 daran befestigt. Durch diese Struktur weist die innere Hülse 20 den gleichen Ausdehnungskoeffizienten auf wie das zylindrische Teil 11 und schafft dadurch eine glatte innere zylindrische durchgängige Fläche, die gegenüber dem Anhaften und Ablagern von Polymeren resistent ist und gleichzeitig eine wirksame Kühlung des reagierenden Mediums in dem Reaktionsbehälter gewährleistet, gerade wegen der Dünne der Hülse 20 in Bezug auf die Dicke des zylindrischen Teils 11, bei der die Dicke der Hülse 20 wesentlich geringer ist als die Dicke des äußeren Mantels oder zylindrischen Teils 1l des Reaktionsbehälters 10, wobei dieser äußere Mantel von ausreichender Dicke sein kann, um dem enormen während des Polymerisationsprozesses entstehenden Druck standzuhalten. Da diese innere Hülse 20 eine einstückige Struktur aufweist, ist die innerste Wandfläche glatt und verhindert die unbefriedigende Ablagerung von Polymeren.
In den Fign. 5A und 5B ist eine Alternative zu dem oben beschriebenen Verfahren zum Zusammenbauen des Reaktionstanks dargestellt. Hier wird nach der Fertigstellung der Hülse 20 und der Stütze 21 nach der oben beschriebenen Art der äußere Mantel 11 dann um die Hülse 21 gewickelt, wobei gemäß Fig. 5B genügend Druck ausgeübt wird, bis die jeweiligen Enden 30 und 31 des äußeren Mantels eng aneinander anliegen, wonach diese Enden 30 und 31 zu einem einstückigen Ganzen zusammengeschweißt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Reaktionsbehälters ist in den Fign. 3 und 4 dargestellt, bei dem eine zylindrische Hülse 35 aus einem flachen dünnen rechteckigen Metallstück, z.B. aus austenitisch-ferritischem rostfreiem Stahl besteht, wobei dieses dünne Metallblech dann zu einer zylindrischen Schleife geformt und geschweißt wird. Danach werden dünne vertikale Stahlstreifen 36 wie bei 37 an die Außenseite der zylindrischen Hülse 35 punktgeschweißt. Bei der Durchführung dieses Arbeitsvorgangs weisen die Streifen 36 alle die gleiche Länge auf, die einen (oberen) Enden 38 der abwechselnd angeordneten Streifen 36 jedoch sind entlang einer Ebene angeordnet, die auf gleicher Höhe mit dem oberen Endbereich der Hülse 35 liegt, während die unteren Enden 39 der übrigen abwechselnd angeordneten Streifen 36 entlang einer Ebene angeordnet sind, die auf gleicher Höhe mit dem unteren Endbereich der Hülse 35 liegt, wodurch sich die jeweiligen Enden unter- oder oberhalb der aneinandergrenzenden Enden 38 und 39 befinden und so einen noch zu beschreibenden serpentinenförmigen Strömungsweg bilden. Ein äußerer zylindrischer Mantel 40 von wesentlich größerer Dicke als die Hülse 35 ist um die vertikalen Streifen 36 herum ausgebildet. Dieser Mantel 40 besteht aus einem rechteckigen Metallstück, vorzugsweise aus austroferritischem rostfreiem Stahl, wobei das gleiche Metall verwendet wird wie bei der Hülse 35, und ist um die Streifen herum zu einem zylindrischen Mantel ausgebildet und dann geschweißt, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Anschließend wird ein oberes tellerähnliches Teil 42 und ein unteres tellerähnliches Teil 44 in geeigneter Weise an das jeweilige obere bzw. untere Teil der Hülse 35 und des Mantels 40 angeschweißt. Durch die Anordnung der ringförmigen Flansche 45 und 46 auf den jeweiligen tellerähnlichen Teilen 42 und 44 und die in Bezug auf die Höhe abwechselnde Anordnung der Streifen 36 wird ein wie in Fig. 3 dargestellter serpentinenförmig verlaufender durchgängiger Durchlaß 48 geschaffen.
Das untere Ende des zylindrischen Mantels 40 weist eine Einlaßöffnung 50 auf, die in direkter Verbindung mit dem Durchlaß 48 steht, während das obere Ende des zylindrischen Körpers 40 eine Auslaßöffnung 51 aufweist, die ebenfalls mit dem Durchlaß 48 derart in Verbindung steht, daß, wenn Kühlfluid über die Einlaßöffnung 50 in den Durchlaß 48 gepumpt wird, dieses Kühlmittel serpentinenförmig um die Hülse 35 fließt und über die Auslaßöffnung 51 ausgelassen wird. Die Zahl der Einlaß- und Auslaßöffnungen des Mantels 40 kann variiert werden, um eine gewünschte Kühlung des Reaktionstanks, wie oben erklärt, zu erzielen.
Eine Variante des Zusammenbaus eines solchen Reaktionsbehälters in einer anderen als der oben beschriebenen Weise besteht darin, ein Metallblech zu einem rechteckigen Stück oder einer Form zu schneiden und dann dieses rechteckige Stück zu einer zylindrischen Schleife zu formen und diese Schleife entlang aneinandergrenzender oder aneinanderstoßender Kanten zu schweißen. Dieser Arbeitsvorgang verleiht dem Zylinder eine glatte Innenfläche. Danach werden die dünnen vertikalen Streifen 36 an den Außenflächen der Hülse 35 in der Art und an der Stelle wie oben beschrieben angeschweißt. Der äußere vorformbare zylindrische Mantel 40 wird erhitzt, während die innere Hülse 35 und ihre vertikalen Streifen 36 gekühlt werden, wonach der erhitzte Mantel 40 über die Hülse 35 geschoben wird, und dann beide gemäß Fig. 6A den gleichen Umgebungstemperaturen ausgesetzt werden. Das obere und das untere tellerähnliche Teil 42 und 44 werden an dem Mantel 40 befestigt. Die Einlässe 50 und 51 sind, wie zuvor beschrieben, identisch und garantieren einen durchgängigen Strömungsweg. Eine weitere Variante des Zusammenbaus dieser Strukturen ist in Fig. 6B dargestellt, in der gezeigt ist, daß der Innendurchmesser des äußeren Mantels 40 geringfügig größer sein kann als der Außendurchmesser der Hülse 35 mit ihren vertikalen Streifen 36, und daß, nachdem der äußere Mantel 40 über die Hülse 35 geschoben worden ist, dieser Mantel 40 in Neunzig-Grad (90º) Abständen um den Umfang des Behälters herum verformt werden kann, um die Teile des Mantels 40 und die vertikalen Streifen 36 in reibschlüssigen Eingriff zu bringen.
Vorzugsweise bestehen die innere Hülse des Behälters und die wendelförmige Stütze oder die vertikalen Stütz streifen sowie der äußere Mantel aus hochfestem austenitisch-ferritischem rostfreiem Stahl, obwohl davon abweichend der äußere Mantel aus herkömmlichem Kohlenstoff stahl bestehen kann. Wo die vertikalen Streifen für ein serpentinenförmiges Strömen sorgen, können vier separate Bereiche angeordnet sein, d.h. vier Einlaßrohre 50 und vier Auslaßrohre 51, wobei durch jeden Bereich dreihundert Gallonen (1140 l) Kühlfluid pro Minute passieren können. Austenitisch-ferritischer rostfreier Stahl hat eine höhere Wärmebeständigkeit und weitaus höhere Festigkeit als herkömmlicher rostfreier Stahl. Durch elektrolytisches Polieren der Innenfläche der Hülse entstehen weniger Polymerablagerungen auf der Wandfläche. Die Zahl der separaten verwendeten Strömungszonen kann variiert werden, um ein gewünschtes Kühlergebnis zu erzielen.

Claims

1. Druckfester Reaktionsbehälter, der aufweist: einen zylindrischen einstückigen äußeren Mantel (11;40); eine zylindrische innere Hülse (20;35) aus einem flachen Blech mit einer Innenfläche, die radial nach innen von der Außenwand beabstandet ist; wobei die innere Hülse (20;35) konzentrisch zu dem zylindrischen äußeren Mantel (11;40) ist; wobei die radiale Dicke der inneren Hülse wesentlich geringer ist als die radiale Dicke der Wand des äußeren zylindrischen Außenmantels; Stützeinrichtungen (21;36), die in dem Raum zwischen dem zylindrischen äußeren Mantel und der zylindrischen inneren Hülse angeordnet sind und einen Weg (24;48) zum Strömen des Kühlmittels zwischen dem äußeren Mantel und der inneren Hülse bilden; und Schweißmetall (22;37), das die Stütze an der Außenfläche der inneren Hülse befestigt, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (20;35) aus einem einstückigen rechteckigen, zu einem zylindrischen Mantel mit glatter durchgängiger Innenfläche geformten Metallstück besteht, daß die Enden des Mantels in einer Längsschweißung zusammengeschweißt sind, und daß die Stützeinrichtung (21;36) sich radial von der inneren Hülse (20;35) erstreckt, ohne an den äußeren Mantel (11;40) angeschweißt zu sein.

2. Druckfester Reaktionsbehälter nach Anspruch 1, bei dem die Wanddicke der Hülse (20;35) ungefähr 0,635 cm beträgt.

3. Druckfester Reaktionsbehälter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Stützeinrichtung (21) ein durchgängiges einstückiges Wendelteil ist, das den Weg (24) zwischen dem Mantel (11) und der Hülse (20) bildet.

4. Druckfester Reaktionsbehälter nach Anspruch 3, bei dem die Breite des Weges in einem Bereich zwischen 1,27 cm und 2,54 cm und die Höhe des Weges in einem Bereich zwischen 3,81 cm und ungefähr 7,62 cm liegt.

5. Druckfester Reaktionsbehälter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Stützeinrichtung (36) in Form mehrerer vertikaler Streifen ausgebildet ist, die nur an die Außenfläche der inneren Hülse (35) angeschweißt sind, derart, daß sie einen serpentinenförmigen Weg (48) für das Strömen des Kühlmittels bilden.

6. Druckfester Reaktionsbehälter nach Anspruch 5, bei dem der Reaktionsbehälter (42) mehrere Einlaßöffnungen (50) und mehrere Auslaßöffnungen (51) aufweist, die mit dem Weg (48) verbunden sind.

7. Druckfester Reaktionsbehälter nach Anspruch 6, bei dem die vertikalen Streifen mehrere separate Wegzonen bilden und jede Zone jeweils eine Einlaßöffnung (50) und eine Auslaßöffnung (51) aufweist.

8. Verfahren zur Herstellung eines druckfesten Reaktionsbehälters (10) mit den folgenden Schritten: Formen einer inneren zylindrischen Hülse (20;35) aus einem einzigen durchgängigen Metallblech mit einer einzigen Längsschweißung, Anschweißen einer Stütze (21;36) an die Außenwandfläche der inneren Hülse, Formen eines äußeren zylindrischen Mantels (11;40) um die innere Hülse (20) herum, festes Drücken der Innenfläche des Mantels (11;40) gegen die Stütze (21;36) zum Bilden eines Strömungswegs (24;48) um die innere Hülse im Zusammenwirken mit der wendelförmigen Stütze (21), Vorsehen eines oberen Deckels (13;42) und eines unteren tellerähnlichen Teils (12;44) an dem äußeren zylindrischen Mantel (11) zur Bildung des geschlossenen Reaktionsbehälters, und Vorsehen einer Einlaß(25;50) und einer Auslaßöffnung (26;51) an dem Reaktionsbehälter (10), die mit dem Strömungsweg (24;48) in Verbindung stehen.

9. Verfahren zur Herstellung eines Reaktionsbehälters nach Anspruch 8, bei dem die Wanddicke der inneren Hülse (20) wesentlich geringer ist als die Wanddicke des äußeren Mantels (11).

10. Verfahren zur Herstellung eines Reaktionsbehälters nach Anspruch 9, bei dem die innere Hülse (20) mit der wendelförmigen Stütze (21) gekühlt wird, während der äußere zylindrische Mantel (11) vor dem Montieren des Mantels um die innere Hülse erwärmt wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines Reaktionsbehälters nach Anspruch 8, bei dem bestimmte voneinander beabstandete Bereiche des die Hülse (20;35) umgebenden Mantels (11;40) radial nach innen verformt werden, um die Metallstütze (21;36) fest und reibschlüssig zu umschließen, um den Weg (24;48) zwischen der Hülse und der Stützeinrichtung zu bilden; wobei ein Deckel und ein unteres Teil an dem Zylinder anhängen und so einen geschlossenen Behälter bilden; und wobei eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung zur Verbindung mit diesem Durchlaß an dem Behälter angebracht sind.

12. Verfahren zur Herstellung eines Reaktionsbehälters nach Anspruch 8, bei dem die Stützeinrichtung (21) bei Anbringung an der Hülse ein wendelförmiges durchgängiges Band ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Reaktionsbehälters nach Anspruch 8, bei dem die Stützeinrichtung (36) in Form mehrerer vertikaler Streifen ausgebildet ist, die mit dem Mantel (40) und der Hülse (35) zur Bildung eines serpentinenförmigen Wegs (48) um die Hülse zusammenwirken.