DE69814643T2

DE69814643T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von polycarbonaten

Info

Publication number: DE69814643T2
Application number: DE69814643T
Authority: DE
Inventors: Takatoshi Kudamatsu-shi KINOSHITA; Kazunori Kudamatsu-shi HARADA; Seiji Kudamatsu-shi MOTOHIRO
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: KR100326726B1; TW495522B; ES2193580T3; EP1002820A1; DE69814643D1; US20010007014A1; JPH11158262A; WO1999028370A1; US6329495B2; EP1002820B1; EP1002820A4; KR20010023969A; US6265525B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Polykarbonat, das zum Herstellen von Polykarbonat aus Diphenylkarbonat und einem Alkohol wie Bisphenol A als Rohmaterialien durch eine Transesterifikation beim Mischen mit einem Reaktionskatalysator und Additiven wie zum Beispiel zum Farbeinstellen geeignet ist.
STAND DER TECHNIK
Bei dem Prozeß mit vertikalen Agitationsreaktoren, der in "Polycarbonat Resin", Seite 66, veröffentlicht von Nikkan Kogyo Shinbun, beschrieben ist, wird mit zunehmender Größe der Anlage eine große Anzahl von Agitationsreaktoren für eine kontinuierliche Produktion erforderlich, wodurch der Prozeß unwirtschaftlich wird.
Aus dem Blickwinkel eines Modells für perfekte Mischbehälter, die als wirtschaftlicher Vorrichtungsaufbau in Reihe miteinander verbunden sind, ist es wirkungsvoll, horizontale Agitationsreaktoren zu verwenden, mit denen eine große Anzahl von solchen perfekten Mischbehältern vorgesehen werden kann.
Die brillenförmige Polymerisationsvorrichtung, die in 2. 49(b), C1–43, C Engineering Section des Mechanical Engineering Handbook beschrieben ist, ist ein kontinuierlicher Agitationsreaktor, der ideale Extrusionsflußeigenschaften aufweisen kann, das heißt eine große Anzahl von perfekten Mischbehältern umfaßt, die miteinander in Reihe verbunden sind; eine hoch viskose Flüssigkeit, die darin behandelt wird, neigt jedoch mit zunehmender Viskosität immer mehr dazu, sich an die Oberfläche der Mittelwelle des Agitators anzulagern und dort hängen zu bleiben. Das heißt, daß keine genaue Verweilzeit-Verteilungsfunktionskwve mehr erhalten werden kann. In der 8 ist dieses Verhalten durch eine Delta-Reaktionskurve dargestellt, die auf Testdaten über die Beziehungen zwischen der Anzahl von Modellbehältern für in Reihe verbundene perfekte Mischbehälter und der Verweilzeit-Verteilungsfunktion beruht. Bei der brillenförmigen Polymerisationsvorrichtung übersteigt die Abweichung von der theoretischen Kurve um den Punkt der dimensionslosen Anzahl t/to 1,3. Das heißt, daß ein Teil der Flüssigkeit in der Totzone der Agitation verbleibt, mit der Folge einer Verschlechterung der Polymerqualität.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Erzeugen von Polykarbonat, bei dem bzw. bei der die Qualität des Polykarbonats als polymeres Polymerisationsprodukt verbessert werden kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Herstellen von Polykarbonat, bei dem bzw. bei der die Investitions- und die Betriebskosten geringer sind.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Polykarbonat geschaffen, bei dem Diphenylpolykarbonate und ein Alkohol wie Bisphenol A als Rohmaterialien einer Polykondensationsreaktion bei einer erhöhten Temperatur im Bereich von 200°C bis 300°C und einem Unterdruck kleiner oder gleich dem Atmosphärendruck in einem oder mehreren in Reihe verbundenen horizontalen zylindrischen Agitationsreaktoren ohne Agitator-Mittelwelle bei einer erhöhten Flüssigkeitsviskosität von 1 Pans bis 5.000 Pans unterworfen werden, wodurch kontinuierlich Polykarbonate hergestellt werden.
Dementsprechend umfaßt die vorliegende Erfindung nach einem ersten Aspekt ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 4.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Prozeßdiagramm für eine Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens zum Herstellen von Polykarbonat.
2 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Rührblattaufbaus bei einem primären Agitationsreaktor.
Die 3 bis 7 sind jeweils Vorderansichten von Ausführungsformen von Trennplatten.
8 ist ein Diagramm für Mischeigenschaften, die ein Beispiel für eine Delta-Reaktionskurve zeigt.
9 ist ein Eigenschaftsdiagramm für ein Beispiel der Beziehung zwischen der Viskosität und der Anzahl von theoretischen Platten.
10 ist ein Eigenschaftsdiagramm für ein Beispiel der Beziehung zwischen der Viskosität und der Mischbarkeit.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Gitterblattpolymerisationsvorrichtung ist ein Agitationsreaktor mit rechteckigen Rahmen, die ohne eine Agitator-Mittelwelle miteinander verbunden sind, wie es zum Beispiel in der JP-B-6-21159 beschrieben ist, wobei die Vorrichtung eine Kurve aufweisen kann, die längs der theoretischen Werte verläuft.
Für eine kontinuierliche Behandlung einer hoch viskosen Flüssigkeit ist es offensichtlich, daß Rührblätter ohne jede Agitator-Mittelwelle wegen der besseren Mischbarkeit zu einer Erhöhung der Qualität der Produktflüssigkeit beitragen. Für eine kontinuierliche Herstellung von Polykarbonat aus Diphenylkarbonat und einem Alkohol wie Bisphenol A usw. als Rohmaterialien mit erhöhter Flüssigkeitsviskosität ist es daher vorzuziehen, in einem oder in mehreren in Reihe verbundenen horizontalen zylindrischen Agitationsreak toren ohne Agitator-Mittelwelle bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 200°C bis 300°C in einem Vakuum kleiner oder gleich dem Atmosphärendruck bei einer erhöhten Flüssigkeitsviskosität von 1 Pans bis 5.000 Pans die Polykondensation kontinuierlich auszuführen.
Die 9 zeigt Testdaten für die Mischbarkeit in verschiedenen horizontalen Agitationsreaktoren im Vergleich.
Je größer die Anzahl von theoretischen Platten pro Einheitsstufe ist, um so besser ist die Mischbarkeit und um so geringer die Größe der Vorrichtung, d.h. die Vorrichtung ist wirtschaftlicher. In der 9 ist der uniaxiale Agitationsreaktor ein Agitationsreaktor ohne jede Agitator-Mittelwelle, wobei die Rührblätter kontinuierlich verlaufen, während der Abstand zwischen den Außenrändern der Blätter und der Innenwand des Behälters über die gesamte Innenseite des Behälters im Bereich von 1 mm bis 50 mm liegt. Aus den obigen Daten ist offensichtlich, daß der uniaxiale Agitationsreaktor eine größere Anzahl von perfekten Mischbehältern beinhalten kann als die brillenförmige Polymerisationsvorrichtung und daher eine bessere Mischbarkeit aufweist. Die 10 zeigt ebenfalls Mischbarkeiten. Es ist daraus offensichtlich, daß bei einer höheren Viskosität von 400 Pans bis 600 Pans die Mischbarkeit bei brillenförmigen Blättern schlechter wird als bei Gitterblättern. Das heißt, daß aus den Testdaten der 9 und 10 hervorgeht, daß ein horizontaler Agitationsreaktor ohne Agitator-Mittelwelle zur Behandlung einer hoch viskosen Flüssigkeit im Bereich von 1 Pans bis 5.000 Pans effektiver ist.
Die 1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen von Polykarbonat. In einem kontinuierlichen Prozeß zum Herstellen von Polykarbonat aus Diphenylkarbonat und Bisphenol A als Rohmaterialien durch Transesterifikation steigt die Viskosität der Flüssigkeit mit dem Fortschreiten der Reaktion an. Durch die Pumpe 6 wird ein Präpolymer mit einer Viskosität von 1 Pans oder mehr, das in der Vorstufe durch eine anfängliche Polykondensationsreaktion erhalten wird, dem primären Agitationsreaktor 1 kontinuierlich zugeführt. Der Agitationsreaktor ist für diesen Zweck ein horizontaler Agitationsreaktor mit einem Agitationsaufbau ohne jede Agitator-Mittelwelle, wie es zum Beispiel in den 2 bis 7 gezeigt ist. Die rotierenden Achsen 19 sind an beiden Enden jeweils mit einer Endplatte 22 verbunden, wobei die beiden Endplatten über einige Verstärkungselemente 24 miteinander verbunden sind. In der Vertikalrichtung zu den Verstärkungselementen 24 zwischen den beiden Endplatten 22 ist eine Anzahl von Blatttrennplatten 10 bis 13 mit unterschiedlichen Formen, die vom Bereich der Viskosität der Flüssigkeit abhängen, vorgesehen, um zu verhindern, daß sich die Flüssigkeit in Längsrichtung auf dem kürzesten Weg bewegt, wobei die Blatttrennplatten im Verhältnis der zunehmenden Viskositätsbereiche mit weiteren und weiteren Abständen angeordnet sind. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Zwischenplatte.
Die Rührplatten 15, 16, 17 und 18 weisen verschiedene Blattbreiten auf, die von dem Bereich der Viskosität der Flüssigkeit und der Anzahl der Blätter an der Innenwand abhängen. Die Rührblätter verlaufen kontinuierlich und sind in Längsrichtung angeordnet, wobei der Abstand von der Innenwand des Behälters 50 immer zwischen 1 mm und 50 mm beträgt. Die Drehachsen drehen sich mit einer geringen Geschwindigkeit zwischen 1 Upm und 10 Upm, verglichen mit der Drehzahl von 15 Upm bis 20 Upm im Fall einer Polymerisationsvorrichtung mit brillenförmigen Blättern. Als Folge davon kann die Rührleistung auf einige Zehntel verkleinert werden. Abstreiferblätter 20 und 21 an der Außenseite der beiden Endplatten 22 befördern die Flüssigkeit schraubenförmig nach innen zurück, sie weisen ebenfalls nur einen kleinen Abstand zur Innenwand des Behälters auf.
Die Flüssigkeit mit einer Viskosität von etwa 1.000 Pans, die vom primären Agitationsreaktor 1 abgegeben wird, wird durch die Pumpe 6 dem sekundären Agitationsreaktor 2 zugeführt. Der sekundäre Agitationsreaktor ist ein biaxialer Agitationsreaktor mit aufeinanderfolgend verbundenen Rührblättern aus rechteckigen horizontalen und parallelen Rahmen ohne jede Agitator-Mittelwelle, wie es in der JP-B-6-21159 beschrieben ist. Die Reaktion schreitet in diesem Reaktor weiter fort, wobei sich die Viskosität der Flüssigkeit auf etwa 5.000 Pa·s erhöht und kontinuierlich Polymere erzeugt werden.
In beiden Agitationsreaktoren wird die Polykondensationsreaktion bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 200°C bis 350°C in einem Vakuumbereich vom Atmosphärendruck bis 13,33 Pa (0,1 Torr) ausgeführt. Nach der Kondensation im Kondensator 4 wird das Nebenprodukt Phenol als Überkopfdampf des Systems aus dem Agitationsreaktor nach außen abgegeben.
Bei einer anderen Ausführungsform wird für den sekundären Agitationsreaktor 2 der gleiche Reaktortyp wie für den primären Agitationsreaktor 1 verwendet, wobei die Blatttrennplatten mit verschiedenen Formen in Abhängigkeit von den Viskositätsbereichen der Flüssigkeit in weiteren und weiteren Abständen im Verhältnis dazu angeordnet sind. Als Folge davon kann die Rührleistung weiter verringert werden.
Mit der vorliegenden Erfindung kann die Qualität der hergestellten Flüssigkeit durch die Verwendung eines oder mehrerer horizontaler Agitationsreaktaren mit aufeinanderfolgend verbundenen Rührblättern und ohne jede sich drehende Mittelwelle verbessert werden. Die vorliegende Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Herstellen von Polykarbonat, bei dem die Investitions- und Betriebskosten verringer sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Polykarbonat, aufweisend: einen ersten Schritt, um ein mittels einer anfänglichen Polykondensationsreaktion einer Mischflüssigkeit aus Diphenylkarbonat und einem Alkohol wie beispielsweise Bisphenol A gewonnenes Präpolymer Rühr- und Mischbehandlungen in einem uniaxialen horizontalen Rührreaktor zu unterwerfen, der einen horizontalen zylindrischen Kessel und Rührblätter, die in Umfangsrichtung verteilt sind und aufeinanderfolgend im Verlauf des Kessels angeordnet und an Positionen befestigt sind, die ohne eine Rührermittelwelle von der Drehachse zur Innenwand des Kessels hin versetzt sind, sowie Blattteilungsplatten aufweist, die vorgesehen sind, um die Flüssigkeit an einem Abkürzen in Längsrichtung zu hindern, und die im Verhältnis zunehmender Viskositätsbereiche mit weiterem und weiterem Abstand zueinander angeordnet sind, und einen zweiten Schritt, um das vom ersten Schritt abgeführte Präpolymer in einem biaxialen Rührreaktor mit Gitterblättern Rühr- und Mischbehandlungen zu unterwerfen, wobei beide Schritte bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 200 bis 300°C und einem Unterdruck unterhalb oder bei Atmosphärendruck mit zunehmender Viskosität von 1 bis 5000 Pa·s durchgeführt werden, wodurch eine Polykondensationsreaktion des Präpolymers erfolgt und Polykarbonat kontinuierlich erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der uniaxiale horizontale Rührreaktor mit einem im Bereich von 1 mm bis 50 mm gehaltenen Freiraum zwischen der Innenwand des Kessels und den Rührblättern und mit einer im Bereich von 1 Upm bis 10 Upm gehaltenen Rühr-Drehzahl betrieben wird und der horizontale biaxiale Rührreaktor mit Gitterblättern bei einer im Bereich von 1 Upm bis 15 Upm gehaltenen Rührdrehzahl betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der uniaxiale horizontale Rührreaktor zur Durchführung der Behandlung für eine Flüssigkeitsviskosität im Bereich von 1 Pa·s bis 1000 Pa·s und der horizontale biaxiale Rührreaktor mit Gitterblättern zur Durchführung der Behandlung für eine Flüssigkeitsviskosität im Bereich von 100 Pa·s bis 5000 Pa·s dient.
Vorrichtung zur Erzeugung von Polykarbonat, aufweisend: einen uniaxialen horizontalen Rührreaktor ohne eine Rührermittelwelle, mit einem horizontalen zylindrischen Kessel und Rührblättern, die in Umfangsrichtung verteilt sind und aufeinanderfolgend im Verlauf des Kessels angeordnet und an Positionen befestigt sind, die von der Drehachse zur Innenwand des Kessels hin versetzt sind, sowie mit Blattteilungsplatten, die vorgesehen sind, um die Flüssigkeit daran zu hindern, in Längsrichtung abzukürzen, und die im Verhältnis zunehmender Viskositätsbereiche mit weiterem und weiterem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei dem uniaxialen horizontalen Rührreaktor als Rohmaterialien ein mittels einer anfänglichen Polykondensationsreaktion einer Mischflüssigkeit aus Diphenylkarbonat und einem Alkohol wie beispielsweise Bisphenol A gewonnenes Präpolymer zugeführt wird, woraufhin Misch- und Rührbehandlungen folgen, und einen horizontalen biaxialen Rührreaktor mit Gitterblättern, um das aus dem uniaxialen horizontalen Rührreaktor abgeführte Präpolymer Rühr- und Mischbehandlungen zu unterwerfen, wobei die Rühr- und Mischbehandlungen in den beiden Reaktoren bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 200°C bis 300°C und einem Unterdruck unterhalb oder bei Atmosphärendruck mit zunehmender Viskosität von 1 Pa·s bis 5000 Pa·s durchgeführt werden, wodurch eine Polykondensationsreaktion des Präpolymers erfolgt und Polykarbonat kontinuierlich erzeugt wird.
Uniaxiale horizontale Rührvorrichtung mit einem horizontalen zylindrischen Kessel, Rührblättern, die in Umfangsrichtung verteilt und aufeinanderfolgend im Verlauf des Kessels angeordnet und an Positionen befestigt sind, die ohne eine Rührermittelwelle von der Drehachse zur Innenwand des Kessels hin versetzt sind, wobei auf den am nächsten zur Seitenwand des Kessels hin angeordneten Rührblättern Schraubenelemente vorgesehen sind, um eine Flüssigkeit zurück nach innen zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen benachbarten Rührblättern zur Einlaßdüsenseite hin schmäler und zur Auslaßdüsenseite hin weiter wird, indem Blattteilungsplatten im Verhältnis zunehmender Viskositätsbereiche mit weiterem und weiterem Abstand zueinander angeordnet sind.