NO153599B - Anordning for frigjoering av dregger o.l. fra sjoebunnen. - Google Patents

Description

Apparatur for kontinuerlig polykondensering av syntetiske,"lineære polymerer.

Foreliggende oppfinnelse angår apparatur for kontinuerlig polykondensering av syntetiske, lineære polymerer som polymeriserer under utvikling av dampformige biprodukter.

Skjont foreliggende oppfinnelse i stor utstrekning vil bli beskrevet under henvisning til polyestere generelt, understrekes det at apparaturen ifolge oppfinnelsen, med mindre modifikasjoner,

er anvendbar ved fremstilling av polykondensasjonspolymerer generelt og er derfor ikke begrenset til noen av de spesielle polymerer som omtales. Det er f.eks. spesielt hensikten at den heri beskrevne apparatur kan anvendes ved fremstilling av de polymerer som vanligvis betegnes som nylon, som beskrevet mere fullstendig nedenfor.

Fremstillingen av den nye gruppe av film- og fiberdannende lineære polyestere fra terefthalsyre og en glycol av rekken H0(CH2)n0H, hvor n er et helt tall fra 2 til 10, er fullstendig beskrevet i U.S. patent nr. 2.465.319» Fra et kommersielt syns-punkt er en av de mest tiltrekkende polymerer i denne gruppe polyethylen-terefthalat, og den mest lovende fremgangsmåte for fremstilling av "denne innbefatter å utfore en esterutbytning mellom polyethylenglycol og dimethylterefthalat for å danne en bis-2-hydroxyethyl-terefthalat-monomer som polymeriseres til polyethylen-terefthalat under nedsatt trykk og ved forhbyede temperaturer. På den annen side understrekes det at foreliggende oppfinnelse meget vel kan anvendes i en direkte forestringsfremgangsmåte hvori terefthalsyre selv polykondenseres med overskudd av glycol i nærvær av en forestringskatalysator, så som p-toluen-sulfonsyre, hvilken fremgangsmåte har vist seg ufordelaktig i lys av den overvettes lange tid som kreves for å koke syren med glycolen under tilbakelbp for å få opplost dem.

Ved den kontinuerlige fremstilling av smeltet polyethylen-terefthalat ved den foretrukne trans-forestringsfremgangsmåte, blir ethylenglycol og.dimethylterefthalat, sammen med utvalgte katalysatorer, kontinuerlig fylt på en esterutbytningskolonne, som vanligvis holdes under overatmosfærisk trykk, og en monomer, d.v.s. bis-2-hydroxyethyl-terefthalat, og overskudd av glycol trekkes kontinuerlig av fra bunnen av kolonnen. Derefter blir monomeren av ovenstående sammensetning kontinuerlig matet på et forpolymerisasjons- eller fordampningskammer, som tjener til ut-førelse av polymerisasjon av monomeren for å danne en lavmole-kylvekts polymer, under kontinuerlig avtrekning av glycol fra polymerisasjonsvæsken. Avlbpet, i form av bis-2-hydroxyethyl-

og mindre mengder av lavmolekylært polyethylen-terefthalat, blir derefter matet på en "finisher" eller sluttpolymerisaejonskar, hvori polymerisasjon med videre utvikling av glycol utfores.

Den utstrømmende polymer, som er egnet for fremstilling av filmer eller filamenter, trekkes av fra sluttpolymerisasjonakaret ved hjelp av, f.eks. en skrue- eller tannhjulspumpe.

Hittil har det ved utfbrelse av trans-foreøtringsfremgangs-måten som det her generelt refereres til, vist seg å vare nbdvendig å anvende et komplekst, flerkomponent apparatursystem. Således kan f.eks. forpolymerisasjonskolonnen være av den typ* j som er beskrevet i U.S. patent nr. 2.727.882 og sluttpolymeriså-sjonskaret kan være av den type som er beskrevet i U.S. patent nr. 2.758.915, hvilken apparatur innbefatter en langstrakt, horisontalt anbrakt, sylindrisk beholder som omslutter to roterende akser på hvilke er montert massive skiver og hjul som griper inn i hverandre for å frembringe den polymere overflate og overflatefornyelse som er nbdvendig for å oppnå en praktisk glycolfjerri-elseshastighet. En undersøkelse av et slikt typisk apparat viser at de nuværende polykondensasjonssystemer er komplekse og innbefatter anvendelsen av mange komponenter, hvorav hver enkelt kan være temmelig kompleks, og som er naturlig vokset frem av forsbk på å tilfredsstille de spesielle betingelser og krav som fore-ligger ved polykondensasjonsprosesser generelt. Som eksempel kan nevnes at de nuværende "finishers", eller sluttpolymerisa-sjonskar, som regel anvender et stort antall sikter, skiver, rotorer og andre sinnrike anordninger for rumoppdeling, blanding og overflatefornyelse. Likeledes har kommersiell praksis hittil konvensjonelt diktert anvendelsen av finisher-kammere av den horisontalt flytende type på grunn av det forhold at finishere av den vertikalt flytende type skaper et problem med å kontrollere væskenivåer på hvert av de forskjellige finishertrinn når der ikke anvendes avskrekkende besværlige, komplekse og dyre nivåkon-trollerende mekanismer. ;En videre mangel ved de konvensjonelle systemer ligger i deres upraktiskhet ved anvendelse i operasjoner i liten skala idet komponentene som vanligvis utgjor slike systemer, ikke er egnet for målestokkreduksjon uten å lide av nesten avskrekkende hbye enhetsproduksjonsomkostninger som hovedsakelig skyldes en uforholdsmessig hby kapitalinvestering. Mange konvensjonelle konstruksjoner er dessuten fullstendig ute av stand til å reduseres i målestokk ned til de mengder som er bnskelig ved eksperimentelle undersbkelser. En mangesidig anvendbar, billig lavkapasitets polykondensasjonsapparatur som kunne gjore operasjoner i labora-toriemålestokk bkonomisk mulige, er et lenge erkjent behov i industrien. Foreliggende oppfinnelse fyller et slikt behov uten å ofre de betraktelige fordeler som fåes ved dets anvendelse i kommersielle operasjoner i stor målestokk. ;De konvensjonelle anordninger synes ganske naturlige når ;en betrakter de problemer som motes ved forsbk på å komme til et kommersielt godtagbart kontinuerlig polykondensasjonssystem og ;fremgangsmåte. For fremkomsten av slike kontinuerlige systemer ble polymerisasjon av bis-2-hydroxyethyl-terefthalat utfort charge-vis i store reaksjonskar eller autoklaver hvori forholds-regler var tatt for å omrore polymermassen og fjerne fordampet ethylenglycol. ;Nøyaktig kontroll av de fra trinn til trinn oppstående forandringer med hensyn til trykk og temperaturforhold, spesielt i begynnelsestrinnene ved reaksjonen, var nodvendig for å hindre overdreven fordampning av det monomere materiale (som ellers ville kondensere i "stav"-kondensatorforbindelsen) og overdrevet tap av lavmolekylært polymert materiale ved fordampning. Disse betrakt-ninger samt nødvendigheten av omhyggelig blanding hele veien, har gjort det vanskelig å fremstille polyethylen-terefthalat ved den kommersielt mere tiltrekkende kontinuerlige prosess. Det har imidlertid senere vist seg at kontinuerlig fremstilling av polymer kan oppnåes på tilfredsstillende måte ved å utfore prosessen i tre trinn (konvensjonelt ved hjelp av tre adskilte, uavhengig innebyggede komplekser som holdes ved forskjellige temperatur- ;og trykkbetingelser) bestående av et forste trinn, hvori ethylen-glyeolen og dimethyl-terefthalatet omsettes på kontinuerlig måte under dannelse av bis-2-hydroxyethyl-terefthalat i nærvær av overskudd av glycol, et annet trinn hvori bis-2-hydroxyethyl-terefthalat-monomeren forpolymeriseres under fjernelse av glycol ved blanding ved atmosfæriske eller undertrykksbetingelser under dannelse av en flytende forpolymer, det tredje og siste trinn hvori forpolymeren polymeriseres videre og kontinuerlig for å danne det bnskede hoymolekylære fiber- og filmdannende polyethylen-teref thalat . I det typiske "finisher"- eller sluttpoly-merisasjonsapparat anvendes de forskjellige rotorer, skiver og sikter i et forsbk på å frembringe kontinuerlig overflatefornyelse av en polymeriserende masse og samtidig forhindre sammenblanding av lavmolekylær polymer som er tilstede i de tidligere trinn med hdymolekylær polymer dannet i de senere polymerisasjonstrinn, idet det resultat som sokes og sjelden oppnåes, er en atav-lignende strbmning hvori ideelt hver på hverandre fblgende "stav" av polymer beveger seg i tidsrekkefølge efter lengden av poly-meriseringsapparatet uten å sammenblandes med den efterfblgende eller foregående "stav" slik at der fåes en mere jevn polymeri-sas jonsgrad. ;Med ovenstående i tankene vil det forståes at nutidens polymerisasjonsprosesser og apparatur er temmelig kompleks, og innbefatter anvendelsen av individuelt konstruerte enheter som nodvendiggjor anvendelsen av mange bevegelige deler, f.eks. pumper, mellom slike enheter, og skruetransporter og sikter som anvendes for å markere trinnene i konvensjonelle finishers. Hver slik enhet opererer videre typisk ved forskjellige temperatur-betingelser, hvilket igjen krever mange komplekse varmekontroll-anordninger. På grunn av sin kompleksitet er slike systemer nød-vendigvis utsatt for kostbare driftsfeil, brysomme vedlikeholds-prosesser og betraktelig stillstandstap. Kapitalutgiftene ved slike konvensjonelle systemer nodvendiggjor dessuten operasjoner i meget stor skala hvis de skal være kommersielt antagelige. En analyse av nutidens polykondensasjonsprosesser og apparaturer med henblikk på kombinasjon, spesialisering og forenkling synes derfor på sin plass. ;Det er folgelig et mål ved foreliggende oppfinnelse å skaffe en ny polykondensasjonsapparatur. ;Det er et videre mål for foreliggende oppfinnelse å skaffe en ny apparatur for anvendelse ved den kontinuerlige polymerisasjon av lineære kondensasjonspolymerer, hvori der anvendes et helt integrert felles innebygget polykondensasjonssystem. Enda et annet mål ved foreliggende oppfinnelse er et integrert, kontinuerlig polykondensasjonsapparat med et minimum av bevegelige deler, og som er konstruert slik at det kan arbeide under en enkelt temperaturbetingelse, og som er okonomisk anvendbart ved drift i liten skala, har en slik konstruksjon at det muliggjor betraktelige besparelser i konstruksjonsomkostninger i forhold til de nu tilgjengelige systemer, og som tillater en lett ominnstill-ing ved fremstilling av forskjellige kondensasjonspolymerer. Et annet mål er et finisherapparat av den vertikalt strommende type for anvendelse ved polykondensasjonssystemer, og som fortrinnsvis ikke anvender noen bevegelige deler, og som har forbedrede flertrinns nivåkontrollsmuligheter. Et videre mål er en apparatur for uavhengig kontroll av væskenivåene på et hvilket som helst antall trinn i en flertrinns finisher eller sluttpolymerisator av den vertikaltflytende type, hvorved væskenivåene opprettholdes uavhengig under et onsket maksimalnivå, og hastigheten av væske-strbmmen mellom trinnene reguleres ved variasjoner i mellomtrinns trykkfall, idet diase variasjoner oppnåes ved å variere arealet for gassutstrbmning mellom trinnene. ;Ved foreliggende oppfinnelse oppnåes de foregående og andre mål ved en ny apparatur for kontinuerlig fremstilling av lineære polykondensater hvori en enkelt kolonne huser hele systemet, og hvor kolonnen kan drives ved en enkelt temperaturtilstand gjennom det hele. De forskjellige funksjoner som folger med en typisk polykondensasjonsprosess, utfores i foreliggende kolonne, idet der praktisk talt ikke anvendes noen bevegelige deler, og den er slik konstruert at den er generelt anvendbar ved lineære konden-sas jonspolymerisasjonssystemer i sin alminnelighet for så vidt som de innbefatter de typiske trinn: (1) ekte monomerdannelse, (2) fordampning av flyktige biprodukter, og (3) finishing eller sluttpolymerisasjon. ;Foreliggende oppfinnelse angår således en apparatur for kontinuerlig polykondensering av syntetiske, lineære polymerer og innbefattende en reaksjonssone for fremstilling av en ekte monomer fra polymerdannende reaktanter, en fordampningssone for fordampning av flyktige biprodukter fra monomeren, og en finishersone for å bevirke endelig polymerisering av reaksjonsmassen efter den forlater fordampningssonen, idet apparaturen har et innlbp for reaktantmaterialer ved toppen av reaksjonssonen og et utlbp for endelig polykondensert produkt ved bunnen av finishersonen, ;og etrbmningsanordning for å tillate og regulere en strbm av reaksjonsmasse fra bunnen av reaksjonssonen til toppen av fordampningssonen, og fra bunnen av fordampningssonen til toppen av finishersonen, og at de nevnte soner alle er innesluttet i en enkelt, vertikalt stående kolonne hvor de nevnte soner ligger inntil hverandre i vertikalt nedadgående rekkefolge, og at apparatet innbefatter anordninger som skiller reaksjonsmassene i hver sone fra hverandre og er karakterisert ved at finishersonen innbefatter en rekke over hverandre beliggende trinn og en nivå-regulerende anordning mellom hvert av disse trinn, idet den nivå-regulerende anordning opprettholder et reaksjonsmassenivå i hvert av trinnene og tillater overskuddet å strbmme til det nest påfblgende lavere trinn. ;Ved en foretrukken utfbrelsesform innbefatter apparaturen ifblge oppfinnelsen overflate-fornyelsesanordninger i det minste i de lavere finishersonetrinn, idet finishersone-nivåregulerings-anordningen mellom i det minste de nedre finishersonetrinn innbefatter en vertikalt oppstående rdrformet del som innbefatter en gassutlops&pning for å slippe gass fra et finishersonetrinn til det nest lavere finishersonetrinn, idet gassutlbpsåpningen rager vertikalt slik at dens gassutlbpsareal gradvis avtar eftersom utlbpet gradvis neddykkes under et stigende nivå av flytende reaksjonsmasse. Det er dessuten fordelaktig at gassutlbpsåpningen innbefatter en gassgjennomtrengelig, praktisk talt væskeugjennomtrengelig anordning som rager opp fra, og omgir den ovre ende av den rbrformede del eller at den rbrformede del er lukket i den iJvre ende og har en i vertikal retning langstrakt gassinn-lbpsslisa. Det er videre fordelaktig at nivåreguleringsanordningene mellom de lavere finishersonetrinn utgjbres av de horisontale delevegger som består av perforerte plateanordninger hvis perforeringer er avpasset slik at reaksjonsmasse slippes diffunderende gjennom mens der opprettholdes et væskenivå av reaksjonsmasse over plateanordningen. ;En slik apparatur vil, når den er anbrakt i driftsstilling, rage opp vertikalt og bestå av tre hovedsoner, d.v.s. reaktor-, fordamper- og finishersone, i nedadgående rekkefolge. En slik apparatur muliggjbr en hittil bkonomisk uoppnåelig forminskelse, og muliggjbr derved operasjoner i laboratorieskala, mens den samtidig gir betraktelige kapitalbesparelser ved kommersielle operasjonar i stor skala. Finisherseksjonen av denne polykon-densas joneapparatur karakteriseres av en rekke over hverandre liggende trinn hvor nivået kontrolleres av en ny og enkel anordning som automatisk bevirker kontroll av nivået på hvert trinn på en slik måte av nivået uavhengig på hvert trinn blir opprett-holdt under et forutbestemt maksimalnivå. Dette oppnåes ved å variere gassutlbpsarealet mellom trinnene for derved å variere trykkfallet mallom trinnene, hvilket forer til en variasjon i vsilceatrbmningen som er invers av variasjonen i gassutlbpsareal mellom trinnene. ;Den efterfblgende detaljerte beskrivelse, eksempler og ;tegninger, gis nu for en bedre forståeiåe av oppfinnelsen. ;På tagningen riser figur 1 skjematisk en mulig utfdrelees-form av oppfinnelsen hvor en integrert polykondensasjonskolonne ;-•r-riat i «nitt for bedra å vise dens innvendige konstruksjon, figur 2 viaer en detalj av en av sone-nivåkontroll-ventilanord-ningent, som er vist i figur 1, figur 3 viser en detalj av en ;mulig utfbrelsesform av nivåkontro11anordningen som generelt er vist i figur 1, og figur 4 viser en annen mulig utfdrelsesform av nivåkontro11anordningen. ;I figur 1 sees polykondensasjonssystemet 10 i form av en vertikalt oppragende, horisontalt oppdelt kolonne 11 som viser en reaksjonssone A, en fordampningssone B og en finisher- eller sluttpolymerisaajonssone C. ;Reaktorsonen eller kammeret A er hovedsakelig en vertikal kolonne med et antall enkelte reaktortrinn 12. Produktet fra et reaksjonstrinn blir påmatningen på det nedenfor fblgende trinn, sorn vist i figur 1. Enkle standrbrs-overstromningsanordninger 14 bevirker den individuelle kontroll av nivået og derfor volumene av reaktantene på de forskjellige trinn mens de samtidig danner et bekvemt damputlbp. Heaktortrinnene 12 kan defineres som enkle bbtter 16 opphengt sentralt på en felles opphengningsstang eller kabel 18, standrbrene 14 er fortrinnsvis utfort i ett med bunnen av bbttene og f orer ig j ennorn disse slik at de tommer ut i den næo i nedenforliggende bbtte. Alternativt kan slike reaktortrinn like godt skilles ved skilleplater anbrakt med praktisk talt like stor avstand langs lengden av reaksjonssonen, idet platene kan være i kileformig inngrep med den innvendige vegg av kolonnen 11. Kolonnen kan være fremstilt av et hvilket som heist egnet ureaktivt materiale, som rustfritt stål, glass eller lignende, idet det eneste kriterium er at det må ha tilstrekkelig styrke til å tåle de ventede reaktortrykk, avhengig av reaktant-egenskapene og den polymer som skal fremstilles. Reaktorsonen kan f.eks. arbeide ved atmosfære trykk ved fremstilling av nylon, me.", kan arbeide over 5,3 kg/cm \ed et polyestersystem. ;Konstruksjonen av reaktoren for anvendelse ved et poly-63ter;iy3tem bygger på enkle kinetiske forhold. Ved å oke drifts-te;;;peraturen av reaktorseks j onen, har det vist seg at man kan oke reaksjonshastigheten enormt ved å oke den spesifikke reaksjons-h:jstighe tskonstant i henhold til den generelle Arrhenius-ligning. Ved å tillate trykket av biproduktene (methanol i tilfelle av en esloru tbytning mellom dirne thyl-teref thalat og en glycol) å bygge opp over atmosfære trykk, kan arbeidstemperaturen for reaktoren heves til et passende nivå. Por dessuten å oke den kinetiske hastighe t, i «sterutbytningsprosessen, kan den relative flyktig-het av reaktantene med hensyn på biproduktene nedsettes betraktelig, hvorved tap av kjemikalier nedsettes, og de uheldige virk-ninger av en mulig sublimasjon nedsettes til et minimum. En annen fordel ved å drive reaktorseksjonen ved et betraktelig overtrykk ligger i det forhold at hoyere enthalpi kan meddeles til det reagerende medium på grunn av de hdyere temperaturer som kan utnyttes på grunn av slike hoye trykk i påfdlgende operasjoner, nemlig fordampning. Som det vil bli behandlet nærmere, gjor denne okede enthalpi det mulig å "flash"-fordampe det meste av overskuddet av kjemikalium (ethylenglycol ved poly-kondensas j onen av polyethylen-terefthalat, overskudd av vann i tilfelle av nylon) ved overforsel fra reaktorsonen A til for-dampnings sonen B. ;Når reaktoren kjbres under trykk, dannes der en trykk-gradient mellom reaktoren A og fordamperen B, idet sistnevnte fortrinnsvis drives ved atmosfæretrykk eller derunder. Det er folgelig mulig å underkaste væsken som går ut fra reaktoren, en nedstrupningsprosess. Dette oppnåes delvis ved en enkel, inn-vendig anbrakt reaktorsone-nivåkontrollanordning 28 i form av en fjæropphengt, flottbrpåvirket ventil, vist i stbrre målestokk i figur 2, idet ventilen bevirker en kontroll av nivået ved bunnen av reaktorsonen A for derved å utgjore en intersone-trykkfor-segling mellom reaktor- og fordampersonen og forhindre trykkut-blåsning fra reaktoren inn i fordamperen. Reaksjonsblandingen, som, ved polyethylen-terefthalat, er i form av bis-2-hydroxy-ethyl-terefthalatmonomer og overskudd av ethylenglycol, forlater reaktorsonen A for å gå til sprbytedysen 20 hvor den resterende del av nedstrupningsprosessen finner sted for å fordampe det meste av det gjenværende ethylenglycol. ;Nedstrupningsprosessen innbefatter en tilstand av konstant enthalpi hvori den fblbare varme av væskepåmatningen fra reaktorsonen overfores i den latente varme som er nbdvendig for "flash"-fordarapning av overskuddet av kjemikalium, idet overskuddet fores bort gjennom ventilen 22 efter å ha sirkulert gjennom avtåknings-materialet 24, som virker til å holde tilbake ufordampet kjemikalium som ellers kunne bli revet med de relativt flyktige biprodukter. Det vil innsees at fordampningsforholdet på grunn av strupningen bkes med bkende påmatningstemperatur og med av-tagende trykk i fordampningsseksjonen. I det foretrukne drifts-området ved fremstilling av polyethylen-terefthalat hvori hele systemet holaes mellom 250 og 275°C, og reaktorseksjonen holdes ved ca. 5,3 ato er den hoye enthalpi av utlopet fra reaktoren tilstrekkelig til å "flash"-fordampe det meste av overskuddet av kjemikalium i umiddelbar nærhet av sproytedysen 20. ;Det materiale som kommer ut av sproytedysen 20 i fordampningssonen B, har fortrinnsvis form av en hulkjegle, hvorved reaksjonsblandingen bringes til å treffe den oppvarmede innvendige overflate av fordamperen, hvilket forer til hva som i det vesentlige er en fallende-film fordampningsprosess, som på en vellykket måte bidrar til fordampningen på grunn av nedstrup-ningen. Den hoyere varmeoverfbringskoeffisient som fåes ved en fallende-film-fordamper, skyldes hovedsakelig det forhold at meget storre lineære hastigheter oppnåes for en gitt væskevekt enn de som man ellers ville få hvis roret hadde vært praktisk talt fullt. Denne fallende-film-fordampningsprosess gir den tilleggs-varme som kan vise seg å være nodvendig for å sikre fullstendig fordampning av det eventuelt gjenværende overskudd av kjemikalium, skjont det er mulig at virkningen av både den fallende-film og strupningen kan vise seg tilstrekkelig under visse prosess-betingelser. ;Pordampningssonen B kan opereres under vakuum såvel som under praktisk talt atmosfæriske betingelser, idet man holder for bye at polymerisasjonsgraden av den fremstilte forpolymer i fordamperen er avhengig av det trykk som opprettholdes i denne sone. Det forpolyraeris erte produkt, i f orm av l)is-2-hydroxyethyl-teref thalat eller lavmolekylært polyethylen-terefthalat, eller blandinger av de to, avhengig av prosessbetingelsene, forlater fordampningssonen via en enkel fordampningssone-nivåkontrollanordning 29, ;som er praktisk talt identisk med reaktorsone-nivåkontrollanord-ningen 28. Denne kontrollanordning 29 virker som en trykkfor-segling på den forpolymeriserte væske som går fra det relativt hoyere trykk i fordampningssonen B til det hbye vakuum som opprettholdes i finishersonen C. ;Idet det henvises til detaljene av konstruksjonstrekkene ;og driften av finishersonen eller sluttpolymerisatoren C, vil det innsees at i den normale kondensasjonspolymerisasjonsprosess fjérnes et lite molekyl som et reaksjonsbiprodukt. Dette reaksjonsbiprodukt må fjernes hurtig og kontinuerlig for å tillate sluttpolymeriaasjonsreaksjonen å fortsette effektivt. Dette krav ;til effektiv fjernelse av reaksjonsbiprodukt kompliseres av det forhold at eftersom polymerisasjonen av den reagerende væske skrider frem, fblges dette av en okning i dens viskositet med den folge at på de tidligere trinn i finisheren eller sluttpolymerisatoren, er den kontrollerende hastighet med hensyn til fri-gjørelsen og fjernelsen av biprodukt et spbrsmål om enkel kinetikk, mens eftersom den reagerende væske går mot utlbpet av finisheren, skifter kontrollmekanismen til det som kan karakteriseres som en diffusjon. Det problem som frembringes av denne forandring av kontrollmekanismen på grunn av bkende viskositet, ;kompliseres dessuten av det problem som oppstår med å regulere væskenivåene på de forskjellige trinn av en finisher av den vertikalstrbmmende type, idet en slik nivåkontroll er avgjbrende for å frembringe den nbdvendige oppholdstid av det reagerende medium ved de forskjellige nivå i finisheren. Foreliggende finisher er konstruert for å lose begge disse problemer på den enkleste og mest effektive måte, foruten at den gir en bekvem utlbpsvei for ethylenglycoldampene. ;Av figur 1 fremgår det at finishersonen C i sine ovre deler ligner sterkt på reaktortrinnene 12 i reaksjonssonen A. På grunn av den lavere viskositet på de tidlige trinn 30 i finisheren og på grunn av den hbye hastighet av gassutviklingen av reaksjonsbiproduktet, hvor utviklingen tjener til å blande innholdet av de ovre finishertrinn, er forholdene i disse tidlige trinn de samme som om der hadde vært omrbring i tanktrinn 30. Disse ovre finishertanktrinn 30 er forsynt med enkle standrbr 32 for nivåkontroll i trinnene, idet disse standrbr er stort sett av samme konstruksjon som for standrbrene 14 i reaktortrinnene i reaksjonssonen A. De ovre finishertrinn 30 kan begrenses av en hvilken som helst passende anordning så som bbtter eller plater, som uperforerte skilleplater 33 hvor platene kan være kileformet forbundet med veggen av finishersonen, eller opphengt ved faste punkter langs en opphengningsanordning 35. ;I de midtre og lavere trinn av finishersonen C begynner mekanismen som bremser hastigheten av biproduktfordampning, å skifte fra en enkel kinetisk til å innbefatte en med diffusjon på grunn av den bkende viskositet av det reagerende medium. Det blir derfor nbdvendig å modifisere de konstruksjonsmessige egen-skaper av disse mellomliggende og lavere finishertrinn for å frembringe den væskeflate og væskeflatefornyelse som er nodvendig for effektiv diffusjonsdrift. Disse trinn er folgelig begrenset av perforerte skilleplater 34 eller bbtter med perforert bunn for derved å begrense det som kan kalles reaksjonstrinn av den "stavlignende strbmnings"-type 36. Hvor adskillelsesanordningen utfores som en plate, er platen fortrinnsvis i form av en turbo-rist plate 34, hvilket fremgår best av figur 3. En slik plate eller skive har stripeformede slisser 37 i praktisk talt like stor avstand, og slissene bevirker den nodvendige overflatefornyelse i det relativt mere viskose væskemedium som passerer derigjennom. Ved visse polykondensasjonsprosesser, hvor der fåes relativt lavere eller midlere viskositetsområder, kan det vise seg onskelig å skaffe et tilleggshjelpemiddel for overflatefornyelse i de midtre finishertrinn for å bevirke en mere effektiv biproduktutvikling. Et slikt overf latef ornyelsesrniddel kan ta form av kon-vensjonell pakning 38, som Raschig-ringer eller Berl-sadler, idet pakningen kan oppta praktisk talt det hele volum av mellomtrinnene. Antall av mellomtrinn hvor der med fordel kan anvendes et til-leggs-overflatefornyende middel i form av pakning, finnes best ved forsbk og er påkrevet når viskositeten av det reagerende medium har nådd et slikt nivå at en åpenbelagt strbmning over de individuelle pakkeelementer ikke finner sted. Fra dette punkt og nedover er det mere effektivt i de gjenværende finishertrinn å anvende bare de oppslissede plater 34 eller sikteskåler som det overflatefornyende middel, idet platene på grunn av den viskositet' som der oppnåes, vil tjene til å holde det reagerende volum på hvert av de lavere trinn i den bnskede tid, og platene eller skålene vil av seg selv frembringe den overflatefornyelse som er nodvendig for at diffusjonsoperasjonene, som nu er de hoved-sakelige, finner sted. Det folger selvsagt fra ovenstående at ved polykondensasjonssystemer hvor sluttviskositeten er relativt: lav, kan det vise seg onskelig selv i sluttrinnene å anvende den for mellomtrinnene' beskrevne pakning. ;Figur 2 viser detaljene ved en mulig utfbrelsesform av sonenivåkontrollmekanismene 28, 29 som anvendes i den nedre ende av reaksjonssonen A og fordampersonen B. Der vil bare bli referert til en mulig konstruksjon av en slik sonenivåkontroll-mekanisme idet kontrollanordningene for såvel reaktor- som fordampersonen kan være av praktisk talt identisk konstruksjon. En slik reguleringsanordning vil fortrinnsvis være i form av en fjær-påvirket, flottorpåvirket reguleringsventil med et konisk ventil-sete 40 avpasset til en tilsvarende konisk ventildel 42. Ved hjelp av en slik form vil utldpsarealet gjennom ventilen variere med bevegelsen av ventildelen. Ventildelen 42 henger fritt fra den hengslede stang 44 hvis frie ende er i hengslet forbindelse med flottoren 46 ved hjelp av den fjærende opphengte flottor-stang 48. Den fjærende opphengning kan være i form av en spiral-fjær 50 som henger ned fra en fast befestigelse. Fjæroppheng-hingen tjener til å gjore flottoren 46 og dennes forbindelse praktisk talt vektlos hvorved en variasjon i væskenivået hvori flottoren er opphengt, ndyaktig vil overfores i en vertikal for-skyvning av flottoren. Eksempelvis vil en hevning av flottoren 46 bli overfort i en hevning av ventildelen 42 i forhold til ventilsetet 40 og derved å gi et bkende stbrre utlbps-areal gjennom ventilen. ;Et annet betydningsfullt trekk ved oppfinnelsen er vist i figur 3 og 4 som viser to mulige utfbrelsesformer av en ny og forenklet finishertrinns-nivåreguleringsanordning 52 som er be-regnet på å anvendes i de midtre og lavere finishertrinn hvor der i disse trinn anvendes perforerte skiver eller plater 34 eller siktebrett, hvor væskestrbmningen mellom trinnene finner sted gjennom slike skiver i motsetning til ved de ovre trinn hvor strbraningen mellom trinnene finner sted via standrbrene 32 i de ovre finishertrinn på lignende måte som reaktortrinnsstandrbrene 14. De nye trekk ved de her beskrevne finishertrinn-nivåregulerings-anordninger utgjor en mulig konstruksjon som kan anvendes ved utfbrelse av foreliggende fremgangsmåte for individuell regulering av væskenivået i forskjellige trinn av en vertikalstrdms-finisher, og metoden er basert på den idé å regulere hastigheten av væskestrbmning mellom trinnene ved å frembringe variasjoner i trykkfallet mellom trinnene idet variasjonene frembringes ved å variere arealet for utslipning av gass mellom trinnene for derved å holde væskenivået i et gitt finishertrinn under et bnsket maksimum. En måte å oppnå denne variasjon av gassutstrbmningsareal mellom trinnene på, er å anordne en passasje for gass mellom trinnene som er uavhengig av væske-passasjen mellom trinnene, hvor passasjen er slik utformet at dens tverrsnittsareal undergår en kontrollert variasjon som bevirkes av forandringer i væskenivået på et gitt trinn, idet variasjonene i areal bevirker variasjoner i trykkfallet mellom trinnene. ;Eksempelvis kan i den utforelsesform som er vist i figur 3, en finishertrinns-væskereguleringsanordning 52 være i form av et sylindrisk stykke 54 hvis nedre ende er i forseglet forbindelse med skiven 34 og igjennom denne står i forbindelse med det nest-efterfolgende finishertrinn nedenfor. Den ovre ende av delen 54 er omsluttet av en konisk hettedel 56 som fortrinnsvis er utfort av et praktisk talt væske-ugjennoratrengelig-gass-gjennomtrengelig materiale, som finmasket, rustfri stålnetting. Dimensjonene og utfbrelsen av hettedelen 56 kan variere efter apparaturkapasitet og de betingelser som skal opprettholdes, idet det eneste viktige kriterium er at en slik hettedel må variere i tverrsnittsareal direkte parallelt med den aksiale dimensjon av delen 54, d.v.s. tverrsnittsarealet av hettedelen vil variere i vertikal retning som det fremgår av figur 1. ;Under drift vil væskestrommen fra ovre trinn samles på og ' f, tromme igjennom den slissede plate 34. Hvis væskestrommen gjennom slissene blir mindre enn hastigheten av væske som til-fores til et gitt trinn, vil væskenivået stige langs delen 54 ;til et punkt for maksimalt bnsket hdyde, ved hvilket det vil begynne å påvirke den koniske gassgjennomtrengelige hettedel 56. Opptil dette punkt forblir trykkfallet mellom det trinn som betraktes og det nærmest nedenfor liggende trinn konstant på grunn av at arealet for gassutstromning gjennom delen 54 forblir konstant. Eftersom væskenivået stiger langs hettedelen 56 blir et stadig mindre areal for gassutslipningen derigjennom avgrenset, med den folge at der blir en forholdsvis bkning i trykket i det trinn som betraktes. Det vil innsees at ved en slik okning i trykket i et trinn i forhold til et annet, vil væskestromningen mellom dem gjennom den perforerte skive 34 oke. Hvis en slik okning i strbmning er utilstrekkelig til å stanse eller reversere stigningen i væskenivået, vil et enda mindre gassutstrbmningsareal bli avgrenset hvorved der frembringes en enda stbrre trykkforskjell og derav fblgende enda stbrre væskestrbmning mellom trinnene inntil det punkt nåes hvor trykkfallet som fåes ved ,jas:;utntrbmningen gjennom delen 54, tilsvarer trykkfallet av v.'Hokene uom går ut gjennom slissene 37 i skivene 34, på hvilket ;punkt væskenivået vil stabilisere seg. I praksis vil væskenivået innstille seg på et punkt mellom de vertikale ytterligheter av hettedelen 56 og vil bare være underkastet begynnende variasjoner som imidlertid kompenseres av variasjoner i trykkfallet mellom trinnene og stromningshastigheten. Det vil innsees at ved anvendelse av en slik nivåregulering på den beskrevne måte, oppnåesc der en kontinuerlig kontroll og regulering av væskenivået i hvert finishertrinn uavhengig av andre trinn, idet reguleringen utfores ved en ny metode ved hjelp av en uavhengig ny og forenklet anordning. ;Mens den nettopp beskrevne nivåregulering er best egnet ved operasjoner hvor det er onskelig å opprettholde et betraktelig væskenivå i et gitt trinn, som i de fem nedre tinn vist i figur 1, kan det være onskelig å anvende en lignende metode for nivåregulering i finishertrinn hvori nivået tillates å variere gradvis over et videre område. Slike behov kan tilfredsstilles bedre ved anvendelse av en modifisert from for nivåregulering vist i ;figur 4, som er karakterisert ved en sylindrisk del 54 som ligner den som anvendes i figur 3. Ved denne modifikasjon er delen forsynt med en langstrakt, vertikalt anbrakt måleslisse 58, som også kan variere i bredde, skjont en jevn bredde er vist. Den ovre del av denne modifiserte del er lukket ved hjelp av en hette 60, og den nedre del er i forseglet forbindelse med en av de perforerte skiver 34 ved hjelp av en gjenget del 62. På lignende måte som i figur 3 vil eftersom væskenivået stiger langs delen og dekker en stadig storre del av måleslissen 58, et stadig mindre areal for gasspassasje mellom trinnene avgrenses, hvorved der frembringes en storre trykkforskjell mellom trinnene. Dette samspill fortsetter til det punkt nåes hvor trykkfallet av gassen som strommer igjennom delen via måleslissen svarer til trykkfallet av væsken som går ut gjennom slissene 37. Ved å variere anbringelsen og dimensjonene av måleslissen 58, er det mulig å regulere og stabilisere væskenivået over vide områder. ;En viktig fordel som oppnåes ved anvendelsen av denne metode for finishertrinn-nivåregulering, er muligheten for å oppnå en nbyaktig regulering selv når der måles små trykkvaria-sjoner. Dette innsees best når man betrakter det forhold at i polyestersystemer er det vanlig å drive finisheren ved et hoyt vakuum, av størrelsesorden 1 mm kvikksolv. Por å oppnå et slikt hbyt '/akuum ved finisherutlbpet, har det vært nodvendig å drive de ovre finisher trinn ved et ubnsket lavere vakuum på opptil 5 - 7 mm kvikksolv. Ved å anvende foreliggende fremgangsmåte og apparatur, er man istand til å drive hele finisheren ved praktisk talt jevnt trykk idet trykkfallet over på hverandre folgende trinn, bortsett fra meget små forbigående variasjoner, er så ubetydelig at trykket ved det overste trinn kan være bare deler av en milli-meter kvikksolv hoyere enn trykket ved det laveste trinn. ;Reaksjonsproduktet fra finishersonen C i form av en ferdig polymer fjernes fra det siste trinn av finisheren ved hjelp at en hvilken som helst egnet utpumpningsmekanisrne 64, så som en visko-elastisk tannhjuls- eller skrupumpe idet den eneste be-tingelse er at på grunn av det hbye vakuum som er tilstede på innmatningssiden av en slik utpumpningsmekanisrne, er det onskelig å fore den ferdige polymer fra oppsamlingskammeret eller beholderen 66 til pumpeinnlopsarealet med et minimalt trykkfall. Ved en tannhjulspumpe kan dette oppnåes ved å anordne tannhjuls-pumpehuset i forhold til oppsamlingskammeret 66 på en slik måte at tannhjulene tillates å rotere direkte i smeltedammen i oppsamlingskammeret for derved å gjore pumpen i det vesentlige selv- . matende, hvorved den varme polymer kan fores fra det hbye vakuum nor: ho Lies i kammeret til et punkt for videre behandling. ;En vakuumkilde er forbundet gjennom ledningen 68 ved et punkt .'nellom det laveste trinn av finisheren og pumpeutlopsdelen 64, 66 idet vakuumet er forbundet i serie med hvert av finisher-trinnene via nivåreguleringsanordningene 52 for trinnene og stand-rb r-ene 32 i den ovre del av finisheren slik at trykkfallet gjennom finisheren fortrinnsvis er mindre enn 1 mm kvikksolv ved et polyestersystem, idet utpumpningen fortrinnsvis utfbres ved trykk på ikke mere enn 1 mm kvikksolv. ;De efterfblgende eksempler vil videre belyse prinsippene ;og utfbrelsen av oppfinnelsen idet eksemplene må leses i forbindelse med tegningen. ;En utgangskomposisjon bestående av 1620 ml ethylenglycol, 1500 g dimethyl-terefthalat og 0,975 g zinkacetylacetonat ble tilfort fra en bombe til det ovre reaktortrinn i reaktorsonen A med en hastighet av 2800 ml/h. Oppholdsvolumet på hvert reaktortrinn var 477 ml, og tilsaramen fem trinn ble anvendt med en total-kapasitet på 2385 ml. Påmatningstemperaturen ble holdt på 220°C, og reaktorsonen ble drevet ved trykk på 5,3 at[~og en temperatur fra 260 til 275°C Eftersom reaksjonen skred frem, ble den methanol som ble utviklet, fort bort gjennom et topputlop, og den dannede bis-2-hydroxyethyl-terefthalatmonomer som kom ut fra reaksjonssonen, ble fort til fordampningssonen B som ble holdt ved atmosfæretrykk og en temperatur på ca. 275°C Sonenivå-reguleringsanordningene 28, 29 1 såvel reaktor- som fordampninga-sonen ble innstilt for å opprettholde ca. 90 mm væske. Ved å anvende flashfordampning og fallende film, ble overskudd av ethylenglycol fjernet fra fordampningssonen, og bis-2-hydroxy-ethyl-terefthalatet med eventuelle mindre mengder av meget lavmolekylær polymer ble fort inn i finishersonen C, som ble holdt ved en temperatur på ca. 275°C og et trykk på 1 mm kvikksolv, 'hvor polymerisasjonscyklusen ble brakt til avslutning. I finishersonen ble anvendt 11 finishertrinn, hvorav de forete 5 var av iden "omrOrte" tanktype forsynt med 100 mm hbye standrbr 32 og Ihvor de fbrste 5 trinn hadde en tilbakeholdelseskapasitet på ;463 ml hver, eller tilsammen 2315 ml. De efterfblgende 6 finianertrinn var av den "stavlignende" stromningstype 36 som viet i de nedre 5 trinn i figur 1 og i detalj i figur 3 og 4, idetljj de siste 6 trinn ble drevet både med og uten pakning ef ter , ;variasjonene i viskositet. ;Ved et typisk I nylon forsbk ble polykondensasjonssystemet viet i fi^gur 1, modifisert litt ved å fjerne reaktorbbttene 16 fra reaktorsonen A og innstallere en sprbytedyse i likhet med dysen 20 i den ovre ende av reaktorsonen for å få en to-soners fordamper. Dysen 20 ble fjernet fra den nedre sone som så ble anvendt apa en ren fallende-film-type fordamper, iNylbn-ealtoppldeningen med 493* faste stoffer ved en pH på 7,1 ble opp-| råmet til 200°C i en matetank og innfort i polykondensasjons-■ysternet ria den modifiserte reaktor-bvrefordampningssone. Veggene i fdrdampningssonen var avgrenset av to 1,8. m lange ror av, 76 mm in<|.re diameter og ble drevet ved et trykk på ca. 9,5 at^ . og en temperatur på ca. 275°C. Opplbsningen ble innfort i for- i dampningssonen i kolonnen gjennom en sprbytedyse med en åpnings-diajieter på 0,305 mm og én kapasitet på 2,84 l/b. iNylonaaltet bit sprøytet fra dysen mot de oppvarmede vegger i fordampnings-tilMlJA^irbirå danne én fallende film for derved å-fjerne fritt vann, under dannelse av ...Jaexamethylejiadipamid og muligens noe lavmolekylær polymer. Oppløsningen ble oppsamlet i bunnen av fordampningssonen av den nedre fallende-film-type og matet inn i finishersonen via en fordarapningssone-nivåreguleringsanordning i likhet med den på tegningen viste, idet reguleringen var innstilt på å opprettholde ca. 75 mm opplbsning. I finishersonen ble monomeren polymerisert videre ved atmosfæretrykk og ca. 270°C. Den anvendte finisher hadde 5 trinn av den omrbrte tanktype, hvert inneholdende ca. 450 ml opplbsning, og disse 5 trinn ble efterfulgt av 6 trinn av den stavformige stromningstype hvorav de ovre kan inneholde pakning, for derved å skape overflatefornyelse for ytterligere biproduktutvikling og -fjernelse. Opp-holdstiden i finisheren viste seg å variere med strbmnings-hastigheten og mengden av anvendt pakning, idet forsbk med en oppholdstid på ca.. 45 minutter viste seg å være tilfredsstillende. Bortsett fra med hensyn til driftsbetingelsene viste nylon-prosessen seg bare å skille seg fra polyesterprosessen ved mangelen på reaksjonssonen under trykk som er nodvendig for utfbrelse av polyesterprosessen.

Ved anvendelse av den teknikk som er beskrevet i forbindelse med apparaturen som utgjor foreliggende oppfinnelse, har man for-delene ved et polykondensasjonssystem med en hittil uoppnådd fleksibilitet og bkonomi i drift på grunn av den store enkelhet og pålitelighet, og apparaturen kan lett anvendes ved operasjoner i liten målestokk, skjbnt dets betraktelige fordeler likeledes kan utnyttes ved kommersielle operasjoner i stor målestokk.

Claims (5)

1. Apparatur for kontinuerlig polykondenaering av syntetiske, lineære polymerer og innbefattende en reaksjonssone for fremstilling av en ekte monomer fra polymerdannende reaktanter, en fordampningssone for fordampning av flyktige biprodukter fra monomeren, og en finishersone for å bevirke endelig polymerisering av reaksjonsmassen efter den forlater fordampningssonen, idet apparaturen har et innlbp for reaktantmaterialer ved toppen av reaksjonssonen og et utlbp for endelig polykondensert produkt ved bunnen av finishersonen, og strbmningsanordning for å tillate og regulere en strbm av reaksjonsmasse fra bunnen av reaksjonssonen til toppen av fordampningssonen, og fra bunnen av fordampningssonen til toppen av finishersonen, og at de nevnte soner alle er innesluttet i en enkelt, vertikalt stående kolonne hvor de nevnte soner ligger inntil hverandre i vertikalt nedadgående rekkefolge, og at apparatet innbefatter anordninger som skiller reaksjonsmassene i hver sone fra hverandre, karakterisert ved at finishersonen innbefatter en rekke over hverandre beliggende trinn og en nivåregul-erénde anordning mellom hvert av disse trinn, idet den nivå-regulerende anordning opprettholder et reaksjonsmassenivå i hvert av trinnene og tillater overskuddet å strbmme til det nest på-følgende lavere trinn.

2. Apparatur ifblge krav 1, karakterisert ved at f inishersonenivå reguleringsanordningen mellom i det minste de nedre finishersonetrinn innbefatter en vertikalt oppstående rør-formet del som innbefatter en gassutlbpsåpning for å slippe gass fra et finishersonetrinn til det nest lavere finishersonetrinn, idet gassutlbpsåpningen rager vertikalt slik at dens gassutlbpsareal gradvis avtar eftersom utlopet gradvis neddykkes under et stigende nivå av flytende reaksjonsmasse.

3. Apparatur ifblge krav 2, karakterisert ved at gassutlbpsåpningen innbefatter en gassgjennomtrengelig, praktisk talt væskeugjennomtrengelig anordning som rager opp fra, og omgir den ovre ende av den rbrformede del. •

4. Apparatur ifblge krav 2, karakterisert ved at den rbrformede del er lukket i den ovre ende og har en i vertikal retning langstrakt gassinnlopssliss.

5. Apparatur ifblge krav 2, karakterisert ved at nivåreguleringsanordningene mellom de lavere finishersonetrinn utgjbres av de horisontale delevegger som består av perforerte plateanordninger hvis perforeringer er avpasset slik at reaksjonsmasse slippes diffunderende gjennom mens der opprettholdes et væskenivå av reaksjonsmasse over plateanordningen.