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Hintergrund der Erfindung
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1) Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Umwandeln einer
Flüssigkeit
mit niedriger Viskosität
in eine Flüssigkeit
mit hoher Viskosität.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Reaktor, der
besonders für
Polykondensationsreaktionen geeignet ist, bei denen eine flüchtige Komponente
entfernt und ein Polymermaterial mit hoher Viskosität erzeugt
wird, das im Reaktor im flüssigen
Zustand bleibt. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
zum Durchführen
von Polykondensation zur Herstellung von Polyestern oder Polyamiden
wie Polyethylenterephthalat oder Nylon.
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2) Stand der Technik
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Die
kommerzielle Herstellung der meisten Linearkondensationspolymere,
wie Polyester oder Polyamide, umfaßt das Erwärmen von Monomerausgangsmaterialien,
um eine progressive Kondensation mit Verlust von flüchtigem
Material mit geringem Molekulargewicht zu bewirken, bis das gewünschte Molekulargewichtsniveau
erreicht ist. Beispielsweise wird Polyethylenterepthalat üblicherweise
durch eine Reaktion von Ethylenglykol und entweder Terepthalsäure oder
deren Ester-Äquivalent – Dimethylterephthalat
hergestellt: beide Reaktionen bilden das Monomer bis-2-Hydroxyethyl-Terephthalat.
Durch Erwärmen
des Monomers auf geeignete Temperaturen, generell mit zunehmend
geringeren Drücken,
polymerisiert das Monomer unter Entwicklung von Ethylenglykol, bis
die gewünschte
Faser- oder Filmbildungsviskosität
erreicht ist. Der Vorgang wird üblicherweise
in zwei oder mehr Stufen mit zwischenzeitlicher Bildung einer Polymerflüssigkeit
mit geringem Molekulargewicht und geringer Viskosität durchgeführt, wobei
die Flüssigkeit
durch Behälter
geleitet wird, die auf geeigneten Temperaturen und niedrigen Drücken gehalten werden,
um die Viskosität
zu erhöhen.
Diese Behälter
sind allgemein als "Polymer-Finishers" bekannt, die zum
Umwandeln des Polymerflüssigkeitsmaterials
mit niedriger Viskosität
in ein Flüssigkeitsmaterial mit
relativ hoher Viskosität
ausgebildet sind. Viele dieser Behälter sind "gewischte" Reaktoren, was bedeutet, daß zumindest
einige der Innenflächen
des Reaktors "gewischt" werden, und zwar
nicht durch direkten Kontakt, sondern durch Wischen der Flüssigkeit
an der Innenfläche
zu einem dünnen
Film. Eine derartige Vorrichtung und ein derartiger Vorgang sind aus
den folgenden US-Patenten bekannt: 3 057 702; 3 248 180; 3 440 019;
3 591 344; 4 801 433 und 5 055 273.
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EP 0 715 881 A2 offenbart
einen selbstreinigenden Mischer/Reaktor, der die Verwendung ineinandergreifender
Zahnräder
(die Guillotinen ähneln) und
Knetstangen offenbart. Unter kinematischem Reinigen versteht man
die größtmögliche Annäherung der
Teile des Mischers während
der Drehung, ohne daß diese
blockieren. In diesem Reaktor kratzen die Flächen der Rühreinrichtungen einander, um gereinigt
zu werden.
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Es
besteht ein Bedarf an einem Reaktor, der die Merkmale eines hohen
Durchsatzes, einer großen
Dünnschichtoberfläche, einer
geringen Scherung kombiniert und im wesentlichen frei von Bereichen
ist, in denen Polymer gebildet werden kann.
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Mit
dem Fortschritt der Polymertechnologie fordert die Industrie Polymere
mit spezifischeren Eigenschaften. Beispielsweise fordert die Industrie
verbesserte Garne mit größerer Zähigkeit,
was bedeutet, daß es
erforderlich ist, die relative Viskosität des Polymers zu erhöhen. Herkömmliche
Reaktoren haben mehrere Nachteile dahingehend, daß bei Polymeren
mit höherer
Viskosität
diese Reaktoren übermäßig groß sein müssen, um
die gewünschte
IV zu erreichen und sind daher unpraktisch. Primär haben herkömmliche
Reaktoren mehrere Nachteile dahingehend, daß sie weniger effizient sind
als die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Beispielsweise haben herkömmliche
Reaktoren eine mittlere Welle, welche die Dampfströmung des
flüchtigen
Materials zum Unterdruckauslaß einschränkt, da
sich Polymer auf der Oberfläche
der Welle sammelt, wodurch der effektive Dampfweg verringert wird.
Die Polymeransammlung erzeugt ferner Stagnationsbereiche, die schließlich eine
kohlenstoffhaltige Verunreinigung im Polymermaterial verursachen.
Gleichermaßen
kann eine Polymeransammlung in anderen Stagnationsbereichen im Behälter auftreten,
insbesondere in den Bereichen des Behälters, die von einem Rührwerk nicht
zufriedenstellend gewischt werden. Es ist daher erforderlich, ein
großes
Flächen-Volumen-Verhältnis der
Polymerschmelze zu wählen
und einen derartigen Reaktor derart unter verringertem Druck zu
betreiben, daß der
Dampfweg nicht blockiert wird und daß eine Polymeransammlung beispielsweise
durch fortschreitendes Wischen sämtlicher
Innenflächen
des Reaktors verhindert wird.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einer Vorrichtung zur kontinuierlichen
Polykondensation von Schmelzen, wobei das Verhältnis der Oberfläche zum
Reaktorvolumen maximiert ist, jedoch der Dampfströmungsweg
nicht blockiert ist und die Kriterien des Wischens sämtlicher
Innenflächen
des Reaktors erfüllt
werden.
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Diese
und andere Aufgaben werden durch einen Polykondensationsreaktor
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Überblick über die
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
Polykondensieren von Polymerschmelzen, welche einen erwärmbaren,
zylindrischen, horizontalen oder annähernd horizontalen Reaktor
mit einem Einlaß an
einem Ende, wenigstens einem Auslaß für die Polymerschmelze am anderen
Ende und einem Dampfauslaß aufweist.
Der Reaktor enthält
Rührer
für die
flüssige
Polymerschmelze, welche an die Form des Reaktors angepaßt sind
und die Polymerschmelze rühren
sowie sämtliche
Innenflächen
des Reaktors wischen. Der Raum zwischen jedem Rührer und zwischen der Kante
jedes Rührers
und der Wand des Reaktors ist sehr klein, wird aber dennoch durch
die Strömungsmechanik
des Polymers gewischt. Reaktoren mit gewischten Wänden gemäß der vorliegenden
Offenbarung "wischen" daher eine Oberfläche nicht
so wie ein Scheibenwischer eine Windschutzscheibe wischt, d.h. mit
Kontakt, sondern die Rührer
oder Wischer verteilen das Polymer zu einem dünnen Film, so daß die flüchtigen
Komponenten sich schneller verflüchtigen
und den Reaktor durch den Dampfauslaß verlassen. Das Wischen verhindert
das Ansammeln von Polymerflüssigkeit,
welche wie in herkömmlichen
Reaktoren beim Stagnieren zu einem kohlenstoffhaltigen Material
wird. Darüber
hinaus erreicht der erfindungsgemäße Reaktor ein hohes Verhältnis von
Oberfläche
und Reaktorvolumen, wodurch die flüssige Polymerschmelze in mehrere
dünne Filme verteilt
wird, wodurch das flüchtige
Material sich noch schneller verflüchtigen kann. Die Anordnung
der Rührer
und die Ausbildung des erfindungsgemäßen Reaktors sind derart, daß der Dampfströmungsweg nicht
blockiert wird.
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Erfindungsgemäß sind zwei
parallele Wellen mit mehreren Rührern
an jeder Welle voneinander durch Abstandhalter derart beabstandet
angeordnet, daß die
Rührer
einer Welle in die Rührer
der parallelen Welle mit einem Abstand eingreifen, daß die Rührer die
jeweiligen Polymerschmelzenkontaktflächen wischen. Darüber hinaus
wischen die Rührer
die Innenflächen
der Umfangswand des Reaktors. Die erfindungsgemäßen Rührer maximieren das Verhältnis von
Oberfläche
zu Reaktorvolumen ohne den Dampfweg zu blockieren und ohne das Stagnieren der
Polymerschmelze zu verhindern, wodurch ein qualitativ hochwertiges
IV-Polymer (IV bedeutet intrinsische Viskosität) mit relativ wenig oder ohne
darin enthaltenem kohlenstoffhaltigem Material gebildet wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Andere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der Lektüre
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und aus der Bezugnahme
auf die Zeichnungen, welche zeigen:
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1 eine
teilweise perspektivische Explosionsdarstellung der Anordnung der
Rührer
und Abstandhalter in einem Reaktor;
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2 eine
Stirnansicht eines Rührers
mit Zykloidprofil und eines entsprechenden Abstandhalters;
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3 eine
Stirnansicht eines anderen Ausführungsbeispiels
eines Rührers
mit Involutenprofil;
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4 eine
Stirnansicht zweier um 45° versetzter
Rührer;
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5 eine
Endansicht eines Abstandhalters, der bei um 45° versetzten Rührern verwendet
wird;
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6 eine
geschnitene Endansicht der Rührer
mit Involuten- und mit Zykloidform, die zum Vergleich der Profilformen überlappt
sind;
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7 eine
perspektivische Darstellung einer Welle mit mehreren daran angebrachten
Rührern und
Abstandhaltern, bei der die Rührer
um 90° zueinander
versetzt sind;
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8 mehrere
Rührer,
die in verschiedenen Drehwinkeln der parallelen Wellen ineinandergreifen;
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9 eine
geschnittene Endansicht der Mitte des Reaktors, wobei die zwei parallelen
Wellen und der Profile der Rührer
sowie der Polymerpegel und der Dampfweg deutlich gezeigt sind;
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10 eine
perspektivische Darstellung der Endabdeckungen des erfindungsgemäßen Reaktors; und
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11 eine
perspektivische Ansicht des Reaktorgehäuses zur Darstellung der zum
Auslassen des Polymers aus dem Reaktor erforderlichen Abweichung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
das Innenprofil 10 (d.h. die innere benetzte Fläche) eines
(nicht dargestellten) Reaktors sowie eine Explosionsdarstellung
der Rührer 12 und
der Abstandhalter 14. Die Rührer 12 und die entsprechenden
Abstandhalter 14 sind in zwei parallelen Gruppen dargestellt,
wobei jede Gruppe auf einer (nicht dargestellten Welle) montiert
ist. Die beiden parallelen Gruppen von Rührern und Abstandhaltern rotieren
vorzugsweise in entgegengesetzten Richtungen in das und aus dem
Polymer, wodurch sie dünne
Polymerfilme auf jedem Rührer
und durch den Wischvorgang auf der Innenwand des Reaktors bilden,
wodurch die flüchtige
Komponente sich schneller verflüchtigen
kann. Es ist nicht nur die Bewegung der Rührer und Abstandhalter, welche
die Flüssigkeit im
Reaktor zu einem dünnen
Film wischt, sondern es ist auch die Fluidmechanik des Fluids im
Reaktor. Anders ausgedrückt:
die Viskosität
der Flüssigkeit
unterstützt
das Wischen der verschiedenen Innenflächen des Reaktors, indem sie
bewirkt, daß jegliches Fluid
im Bereich einer sich bewegenden Fläche sich mit dieser Fläche bewegt.
Zwar zeigt die Explosionsdarstellung von 1 die verschiedenen
Teile voneinander beabstandet, jedoch sind sämtliche Rührer 12 und Abstandhalter 14 in
einer Gruppe tatsächlich eng
beieinander auf einer sich drehenden Welle montiert (siehe 7).
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Wie
in den 2 und 3 dargestellt, sind die beiden
geometrischen Profile der erfindungsgemäßen Rührer das Zykloidprofil von 2 und
das Involutenprofil der 3. Beide Rührerprofile weisen den charakteristischen
engen Abstand entlang den Umfängen
ineinandergreifender Rührerelemente beim
Drehen auf, wie in 8 dargestellt. Der Umfangsabstand
der Rührer
wischt die Innenfläche 10 des
Reaktorgehäuses
sowie die freiliegende Fläche jedes
Rührers.
Das Reaktorgehäuse
wird vom äußersten
Umfangsrand 16 der sich drehenden Rührer gewischt und die Fläche 18 jedes
Rührers 12 wird von
der Fläche 18 der
benachbarten Rührer 12 gewischt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die
Endrührer an
jedem Ende des Reaktors von den Endplatten in einem Abstand angeordnet
sind, der ungefähr
dem Abstand zwischen jedem der Rührer
entspricht.
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Bei
den in den 2 und 3 dargestellten Rührern hat
jeder Rührer 12 zwei
Flächen 18,
wobei der Außenumfangsrand 16 in
eng beabstandetem Verhältnis
zum Umfangsrand 16 eines benachbarten Rührers vorgesehen ist, wie in 1 dargestellt. Jede
Rührerfläche 18 kann
aus einem massiven Bahnmaterial oder einem mit kleinen Öffnungen
versehenen Teil bestehen. Die Rührerfläche kann
beispielsweise aus Metall, Kunststoff oder Verbundmaterialien bestehen,
die in der Lage sind, der Reaktortemperatur und der physikalischen
Belastung durch die Flüssigkeit
an den drehenden Rührern
zu widerstehen, und die gegenüber
der Flüssigkeit
inert sind. Wenn die Fläche 18 aus
einem Öffnungen
aufweisenden Material, beispielsweise einem Metallsieb, besteht,
müssen
die Öffnungen
ausreichend klein sein, um das Durchdringen der Öffnungen durch die Flüssigkeit
zu ermöglichen
und zu unterstützen,
so daß ein
Flüssigkeitsfilm
auf jeder Rührerfläche 18 gebildet
wird, wenn diese sich aus der Polymerflüssigkeit herausdreht.
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Jedem
Rührer 12 ist
ein Abstandhalter 14 zugeordnet, um die Rührer voneinander
beabstandet zu halten. Die Abstandhalter 14 bestehen aus
einem massiven Material und sind eng an jedem der Rührer 12 anliegend
angeordnet, wodurch ein Fließen
von Flüssigkeit
zwischen den jeweiligen Abstandhalter und den Rührer verhindert wird. Nur die
Rührerfläche 18 und
deren Umfangsrand 16 sowie der Umfangsrand 20 jedes
Abstandhalters 14 und die Innenfläche 10 des Reaktors 22 sind
der Flüssigkeit
ausgesetzt.
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Mittig
in jedem Abstandhalter 14 und jedem Rührer 12 ist eine Öffnung 24 angeordnet, über welche
eine Welle 26 (siehe 7) die Rührer 12 und die
Abstandhalter 14 dreht.
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2 zeigt
die Form eines Rührers 12 mit Zykloidprofil. 3 zeigt
die Form eines Rührers 12 mit
Involutenprofil. Es sei darauf hingewiesen, daß der Abstandhalter (in 2 und 3)
ein vierseitiges Teil ist, dessen Ränder jeweils identisch ausgebildet
sind. Die Dicke des Rührers 12 hängt von
zahlreichen Faktoren ab, wie die Last des Polymers im Reaktor, die
Drehgeschwin digkeit des Rührers,
die Temperatur im Reaktor etc., ab. Die Dicke jedes Abstandhalters 14 hängt von
der Fluidmechanik der Flüssigkeit
sowie der strukturellen Festigkeit des Rührers 12 ab. Wenn
die Rührer 12 strukturell
ausreichend fest sind, um sich unter Betriebsbedingungen nicht zu
biegen, hängt
die Dicke der Abstandhalter nur von der Fluidmechanik der Flüssigkeit
im Reaktor ab, so daß ein
Wischen erreicht wird.
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Obwohl
die in den 2 und 3 dargestellten
Abstandhalter allgemein rechtwinklig geformt sind, hängt die
tatsächliche
Form von der Winkelposition jedes Rührers 12 auf der selben
Welle ab. 4 zeigt zwei Rührer 12,
die um jeweils 45° zueinander
versetzt sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Abstandhalter 14 sich
nicht in Bezug zu anderen Rührern 12 und
Abstandhaltern 14 auf der selben Welle 26 drehen,
und die Form des Abstandhalters ist daher die Form des Überlappungsbereichs
zweier benachbarter Rührer 12,
wie in 5 dargestellt. Der in den 4 und 5 dargestellte
Abstandhalter 14 ist somit nicht vierseitig, da die benachbarten
Rührer 12 nicht
um 90° zueinander
versetzt sind, wie dies bei dem Abstandhalter und dem Rührer in
den 1–3 der
Fall ist.
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Beim
Vergleich des geometrischen Profils der Rührer 12 der 2 und 3 und
im Hinblick auf die Tatsache, daß eines der Ziele der Erfindung das
Maximieren der Oberfläche
der Teile des Reaktors, die in Kontakt mit der Flüssigkeit
stehen, ist, ist deutlich, daß das
Zykloidprofil eine größere Oberfläche hat
als der Eveolventenrührer 12,
wie in 6 gezeigt. Der Zykloidrührer 12 weist 18%
mehr Oberfläche
auf, die in Kontakt mit der Flüssigkeit
steht, als ein entsprechender Involutenrührer. Dies ist hauptsächlich auf
das Abstandhalterprofil des Zykloidabstandhalters im Vergleich mit
dem Involutenabstandhalter zurückzuführen. Die
Fläche 18 des
Rührers 12 in 2 ist
länger
als die Fläche 18 des
Rührers 12 in 3,
da der Abstandhalter 14 in 2 keine
so große
Fläche
abdeckt wie in 3. dies ist ebenfalls in 6 dargestellt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die
entsprechende Größe des Zykloidrührers 12 gegenüber dem
Involutenrührer
von 6 bedeutet, daß jeder in einen Reaktor 22 und
insbesondere innerhalb der inneren Kontaktfläche passen muß.
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Wie
in 7 dargestellt, sind mehrere Rührer und Abstandhalter Zum
Drehen an einer Welle 26 montiert. Jeder Reaktor hat zwei
Wellen 26. Jede Welle 26 kann vorzugsweise in
dem Bereich 28 im Reaktor, in dem die Rührer und Abstandhalter montiert
sind, im Querschnitt vierseitig sein, während der Bereich 30 der
Welle, der sich durch den Reaktor und außerhalb desselben erstreckt,
vorzugsweise eine andere Form haben kann, wie beispielsweise zylindrisch,
so daß sie
leicht herkömmliche
Dichtungen (die nicht dargestellt sind und kein kennzeichnendes Merkmal
der Erfindung bilden) aufnehmen kann. Die in 7 dargestellten
Rührer 12 zeigen
einen Versatz um 90°.
Jeder Rührer
weist einen Abstandhalter 14 auf und jeder Abstandhalter 14 liegt
fest an den jeweiligen Rührern 12 an,
mit Ausnahme des Abstandhalters an jedem Ende der Welle 26.
der Abstandhalter 14 an jedem Ende des Reaktors kann von
den übrigen
Abstandhaltern verschieden sein, insbesondere, da die Fluidmechanik
der Flüssigkeit
zwischen dem drehenden Rührer
und dem drehenden Abstandhalter anders ist als zwischen zwei rotierenden Rührern.
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Der
Versatz der Zykloidrührer 12 um
90° ist deutlicher
in der Querschnittsdarstellung in 8 erkennbar.
Der Reaktor 22 besteht eigentlich aus zwei einander schneidenden
Zylindern 32 und 34. die innere Kontaktfläche 10 jedes
Zylinders 32, 34 des Reaktors 22 hat
einen Durchmesser, der geringfügig größer als
die Länge
des Rührers 12 ist.
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8 zeigt
ferner die Bewegung zweier Rührer 12,
von denen jeweils einer in einem Reaktorzylinder 32, 34 angeordnet
ist, während
der fortschreitenden Drehung der Wellen 26 bei 0°, 20°, 40°, 60° und 80°. Es sei
darauf hingewiesen, daß die
Drehung der Wellen in der 0° Position
mit der gleichen Drehzahl in entgegengesetzter Richtung verläuft, wodurch
die Rührer 12 am
Boden des Reaktors 22 aufeinander zu laufen. Zwar ist es
möglich,
die Wellen derart entgegengesetzt zu drehen, daß die Rührer am oberen Ende des Reaktors
aufeinander zu laufen, oder die Wellen in der gleichen Richtung
entweder im oder entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, jedoch wird
die zuvor erwähnte
Richtung, die in den 8 und 9 dargestellt
ist, bevorzugt.
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Wie
in der 8 dargestellt, bietet die Bewegung der Rührer über eine
beliebige Gradzahl der Wellendrehung zahlreiche offene Räume für das Strömen von
Dampf. Ferner "wischt" ein Umfangsrand 16 eines
Rührers
den Umfangsrand 16 eines benachbarten Rührers. Aufgrund der Fluidmechanik wird
die gesamte innere Kontaktfläche 10 des
Reaktors 22 sowie sämtliche
freiliegnden Flächen
der Rührer 12 und
der Abstandhalter 14 derart gewischt, daß nur ein
dünner
Flüssigkeitsfilm
verbleibt.
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In 9 ist
der Polymerpoolpegel 36 dargestellt. Die Drehung jeder
Welle 26 ist durch die Pfeile 38 und 40 dargestellt.
Es sei darauf hingewiesen, daß der
Mittelbereich des Polymerpools 36 tatsächlich höher als andere Bereiche ist,
was durch die Drehung der Welle 26 und das Anheben des
Polymers durch die mehreren Rührer 12 bewirkt
wird. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß beim Drehen der jeweiligen
Rührer 12 aus
der Position nach 9 in die durch die Pfeile 38 und 40 angegebenen
Richtungen ein dünner
Polymerfilm 42 im mittigsten Bereich des Reaktors 22 über dem
Polymerpool 36 erzeugt wird. Dieser Polymerfilm 42 vergrößert die
benetzte Fläche
des Reaktors, wodurch die Fläche
des Reaktors maximiert wird. 9 zeigt
ferner verschiedene Dampfströmungswege 44,
die das Eliminieren oder Entfernen des flüchtigen Dampfs aus dem Reaktor 22 ermöglichen.
Da die innere Kontaktfläche 10 des Reaktors 22 bei
jeder Drehung der Wellen 26 (mit den Rührern 12) gewischt
wird, weisen diese Dampfwege keine Polymeransammlungen auf, um den Dampfweg
in irgendeiner bedeutsamen Weise zu blockieren.
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10 zeigt
die Reaktorendplatten 46 und 48. Jede Endplatte 46 und 48 weist
einen Dampfablaß oder
einen Dampfauslaß 50 auf.
Beim Vergleich der 9 und 10 ist
ersichtlich, daß einer
der Dampfauslässe 50 an
der oberen linken Seite des Reaktors 22 und der andere
Dampfauslaß 50 auf
der rechten Seite des Reaktors angeordnet ist. Zwar können die
Dampfauslässe 50 an
beliebiger Stelle im obersten Bereich des Reaktors angeordnet sein,
jedoch ist das Vorsehen der Auslässe
in den Endplatten 46, 48 aus Gründen der
Herstellung des Reaktors vorteilhaft. Zusätzlich zu den beiden Dampfauslässen 50 weist
die Endplatte 46 eine Einlaßöffnung 52 auf, und
die Reaktorendplatte 48 weist einen Polymerauslaß 54 auf.
Der vorliegende Reaktor, der primär für einen kontinuierlichen Betrieb
ausgelegt ist, kann auch chargenweise betrieben werden. Das Polymer mit
niedriger IV kommt am Einlaß 52 an
und tritt durch den Auslaß 54 als
Polymer mit hoher IV aus.
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11 zeigt
die sich schneidenden Zylinder 32, 34 des Reaktors 22 und
zeigt deutlich eine geringe Abweichung 56, welche die einzige
Fläche
im Reaktor 22 ist, die nicht in dem gleichen Maß gewischt wird,
wie das restliche Polymer im Reaktor. Diese Abweichung 56 befindet
sich nur am Auslaßende
des Reaktors und ermöglicht
das Ablassen des Reaktors 22 von beiden Seiten und vom
tiefsten Punkt jedes Zylinders, wie aus 11 klar
ersichtlich. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, die in 11 dargestellte
Abweichung 56 entfallen zu lassen und statt dessen zwei
Polymerauslässe
in der Endplatte 48 vorzusehen, die in der Lage sind, selbst
den tiefstgelegenen Teil jedes der beiden Zylinder 32, 34 des
Reaktors 22 zu entleeren.
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Im
Betrieb wird Polymer in den Reaktor 22 durch den Polymereinlaß 52 eingeleitet
und die Menge an Polymer, die durch den Auslaß 54 austritt, ist derart
geregelt, daß ein
Polymerpool 36 entsteht. Vorzugsweise wird jede Welle 26 in
der durch die Pfeile 38 und 40 in 9 gezeigten
Richtung gedreht. Auf diese Weise dreht jeder Rührer in der gleichen Richtung,
mit der gleichen Drehzahl, wie die Welle, auf der er befestigt ist,
und wischt die innere benetzte Fläche 10 des Reaktors 22,
die dem flüssigen
Polymer ausgesetzt ist. Darüber
hinaus berühren
die drehenden Rührer
das Polymer und ziehen es nach oben aus dem Flüssigkeitspool 36 zu
einem Dünnfilm
auf der Fläche 18 jedes
Rührers
sowie auf der inneren Kontaktfläche 10 des
Reaktors 22. der Polymerdünnfilm ermöglicht ein leichtes, schnelles Entweichen
der flüchtigen
Komponente (im allgemeinen Ethylenglykol, wenn beispielsweise Polyethylenterephthalat
das Polymer ist) aus dem Polymer, insbesondere wenn der Reaktor
eine hohe Temperatur aufweist (ausreichend hoch, um das Polymer
flüssig zu
halten und nicht so hoch, daß das
flüssige
Polymer verschmort, verbrennt oder anderweitig beeinträchtigt wird).
Gleichermaßen
kann es vorzuziehen sein, ein Vakuum durch den Dampfauslaß 50 aufzubringen,
um das Entfernen der flüchtigen
Komponente weiter zu erhöhen.
Mit dem Wegbewegen jedes Rührers
von seinem entsprechenden Rührer
wird eine zusätzliche
dünne Polymerfläche gebildet,
die bei 42 in 9 dargestellt ist. Dies erhöht das Verhältnis zwischen
der Fläche
und dem Reaktorvolumen weiter. Jedoch ist dieser Polymefilm erheblich reduziert,
wenn die Wellen 26 und die Rührer 12 mit einer
sehr geringen Geschwindigkeit oder in anderen Kombinationen von
Drehrichtungen gedreht werden. Wenn im Gegensatz dazu die Wellen
und die Rührer mit
einer zu hohen Drehzahl gedreht werden, wird das Polymer durch den
gesamten Reaktor geschleudert und blöckiert den Dampfströmungsweg 44 vollständig, wodurch
die Fähigkeit
des Reaktors zum Entfernen der flüchtigen Komponente zunichte
gemacht wird und so die Fähigkeit
des Reaktors zum Erhöhen
der IV verlorengeht. Die optimale Drehzahl der Wellen muß auf der
Basis des verwendeten Polymers, der IV des Polymers beim Einleiten
in den Reaktor sowie der IV des Polymers beim Verlassen des Reaktors,
der Temperatur des Reaktors, etc. bestimmt werden. Im allgemeinen
liegt die Drehzahl zwischen 2–10
U/min (Umdrehungen pro Minute) und vorzugsweise bei ungefähr 3–5 U/min.
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Obwohl
der Abstand zwischen dem Umfangsrand 16 der Rührer und
der Innenfläche 10 des Reaktors
je nach den Betriebsbedingungen des Reaktors, dem verwendeten Polymer,
der Fluidmechanik des Polymers bei Betriebsbedingungen (beispielsweise
die IV) etc. variieren kann, wird allgemein davon ausgegangen, daß der Abstand
zwischen 1–10
mm, vorzugsweise 2–3
mm betragen kann. Auch der Abstand zwischen den Umfangsrändern 16 benachbarter
Rührer
auf verschiedenen Wellen liegt in diesem Bereich. Schließlich liegt
auch die Dicke der Abstandhalter und die Dicke der Rührer in
dem genannten Bereich. Sämtliche
Abstände
sind wiederum von den genannten Umständen abhängig.
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Es
ist somit ersichtlich, daß bei
entgegengesetzter Drehung der Wellen mit gleicher Drehzahl der Umfangsrand 16 jedes
Rührers 12 einen
Bereich der in neren Kontaktfläche 10 des
Reaktors 22 wischt, wobei er einen Bereich beläßt, der
von diesem jeweiligen Umfangsrand nicht gewischt wird. Jedoch wischt
die Fluidmechanik des Polymers die verbleibende innere Kontaktfläche 10,
die nicht von einem Rührer 12 gewischt
wird. Die Flächen 18 jedes
Rührers 12 werden
von benachbarten Rührern
auf der benachbarten Welle gewischt und die Abstandhalterränder 20 werden
ebenfalls durch die Fluidmechanik des Polymers an dem Umfangsrand 16 eines
benachbarten Rührers
auf der benachbarten Welle gewischt. Während die Flächen 18 der
Rührer
den Polymerpool 36 durchlaufen, dient der Widerstand des Polymers
an den Flächen
ebenfalls dem Wischen der Flächen.
Die Abweichung 56 schließlich wird durch das aus dem
Reaktor 22 durch den Auslaß 54 fließende Polymer
gewischt. Somit werden sämtliche
inneren "benetzten" Flächen des
Reaktors, die dem flüssigen
Polymer ausgesetzt sind, bei jeder Umdrehung jeder Welle gewischt.
Die Wellen sind zum Drehen mit der gleichen Geschwindigkeit, jedoch
in entgegengesetzte Richtungen ausgelegt.
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Das
Verhältnis
von benetzter Fläche
zum Reaktorvolumen wird durch die vorliegende Erfindung maximiert,
da die Abstandhalterdicke so dünn wie
möglich
ist und dennoch ermöglicht,
daß das
Polymer adäquat
jede Fläche 18 der
Rührer 12 benetzt, wobei
auch die Rührerdicke
so dünn
wie unter Berücksichtigung
der Reaktorbetriebsbedingungen strukturell möglich hergestellt ist. Durch
das Erzeugen zahlreicher Polymerdünnfilme auf sämtlichen
Innenflächen
des Reaktors, verdampft oder verpufft die flüchtige Komponente so schnell
wie unter den Betriebsbedingungen des Reaktors möglich. Der erfindungsgemäße Reaktor
maximiert somit die Fläche und
das Reaktorvolumen im Vergleich mit bekannten Reaktoren vom Typ
mit gewischten Wänden,
wodurch die höchste
Effizienz beim Umwandeln von Flüssigkeit
mit niedriger IV in Flüssigkeit
mit relativ hoher IV erreicht wird. Beispielsweise kann in den Reaktor 22 eintretendes
PET eine IV zwischen ungefähr
0,40 und 0,65 haben und den Reaktor mit einer IV von 0,90–1,15 verlassen,
je nach den Betriebsbedingungen des Reaktors und dem verwendeten
Polymer.
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Es
ist somit ersichtlich, daß die
Erfindung einen Reaktor schafft, der die vorgenannten Aufgaben, Ziele
und Vorteile realisiert. Zwar wurde die Erfindung in Verbindung
mit spezifischen Ausführungsbeispielen
beschrieben, jedoch ist es offensichtlich, daß zahlreiche Alternativen,
Modifikationen und Varianten für
den Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar sind, wie beispielsweise
in 11 dargestellt, oder das Wickeln des Reaktors
in einen Mantel, um ihn zu erwärmen,
wie allgemein bekannt, oder das hohle Ausbilden jeder Welle 26,
so daß ein
Heizmedium zum Erwärmen
der Welle, der Rührer
und der Abstandhalter durchgeleitet werden kann, und andere dem
Fachmann auf diesem Gebiet nach der Lektüre der vorangehenden Beschreibung
ersichtliche Möglichkeiten.
Die Erfindung soll daher diese Alternativen, Modifikationen und
Varianten, die in den Rahmen der beigefügten Ansprüche fallen, einschießen.