WO2008043548A1

WO2008043548A1 - Vorrichtung und verfahren für die chargenweise polykondensation von polymeren

Info

Publication number: WO2008043548A1
Application number: PCT/EP2007/008817
Authority: WO
Inventors: Eike Schulz Van Endert
Original assignee: Uhde Inventa-Fischer Gmbh
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2008-04-17
Also published as: DE102006047942B3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reaktorvorrichtung (l) für die chargenweise Polykondensation von Polymeren umfassend einen, in einem mindestens einen Ein- und Auslass (2,3) aufweisenden horizontal angeordneten zylinderförmigen Reaktorgehäuse (4) angeordneten drehenden Hohlzylinderrotor (5), der über Lagervorrichtungen mittels über die Stirnwände des Reaktorgehäuses (4) hinausreichenden Stummelwellenan- ordnung horizontal gelagert ist, sowie am Hohlzylinderrotor (5) angeordneten ringförmigen Filmbildungselementen (6) und Abstreifern (7), die zwischen den ringförmigen Filmbildungselementen (6) in das Innere des Reaktorgehäuses (4) bis an den Hohlzylinderrotor (5) hineinragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorvorrichtung (1) als beheizbarer, evakuierbarer und druckfester Autoklav ausgebildet ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren für die chargenweise Polykondensation von Polymeren

Vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung so- wie ein Verfahren für die chargenweise Polykondensation von Polymeren.

Herkömmliche typische Vorrichtungen sind im Allgemeinen Rührautoklaven, die sich zwar in Ihrer Form, ins- besondere im L/D-Verhältnis und in der Ausführung des Rührorganes unterscheiden, aber im Wesentlichen aus einem stehenden Behälter mit konischem, gewölbtem o- der Kugelboden und einem zentral von oben eingesetzten Rührwerk mit Antrieb bestehen. Die Befüllung er- folgt durch Einpumpen oder Eindrücken mit Hilfe eines Inertgases zumeist durch ein im Deckel angeordnetes Rohr. Das Rührwerk kann als Ankerrührer, Schnecken- rührer (ein- oder zweiwendelig) oder als kombinierter Rührer mit Wendel und aufwärts fördernder Schnecke mit und ohne beheizte Zentralrohre ausgebildet sein. Je nach Produkt kann eine Anpassung an den bestmöglichen Typ vom Fachmann ausgewählt oder entworfen werden. Für alle Typen gilt, dass sie im Verhältnis zur Polymermasse nicht ausreichend Oberfläche zur indu- zierten, schnellen Diffusion von Lösungsmitteln und Beiprodukten bieten. Bei großen Ansätzen wird das Verhältnis so schlecht, dass Verweilzeit und Prozesstemperaturen in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit und Qualität unerträglich hoch werden, d.h. es zeigt sich eine aus diesen Randbedingungen ergebende Ansatzgrenzgröße, die etwa bei 30 bis 40 t/d — je nach Produkt — liegt. Wirtschaftliche Anlagengrößen für kontinuierlichen Betrieb liegen jedoch mit einem Faktor 5 bis 10 darüber.

Insoweit ist eine Lücke gerade im Bereich der hochflexiblen absatzweisen Polykondensation, insbesondere spezialisierter Produkte vorhanden, die zumeist in kleineren Lots vom Markt gefragt sind.

Eine andere Variante ist das Hinzufügen eines Vorkondensationsreaktors, so dass das Verfahren aus drei Schritten bestehen würde. Solche Anordnungen haben den Vorteil, dass bestehende 2-Reaktorsysteme umge- rüstet werden können um zu höherer Produktionsleistung zu kommen, indem so die Zykluszeit verkürzt werden kann. Das Verfahren kommt dann allerdings von seiner Komplexität her einem kontinuierlichen Verfahren nah, das heute z.T. bereits mit zwei Reaktoren, wie z.B. in DE 101 55 419 Al beschrieben, auskommt und die Vorteile der größeren Produktgleichungsmäßigkeit und geringeren Energieverbrauch bietet.

Es ist weiterhin bekannt, dass in herkömmlichen Autoklaven das Anfangs- und Endprodukt während des

Austragens ein Viskositätsspektrum erhält, das durch die Länge des Vorganges bestimmt ist. Dieses rührt von Kettenbrüchen her, verursacht durch thermische Belastung des Polymers nach beendeter Polykondensati- on. Hierzu wird üblicherweise das angelegte Prozess- vakuum mittels Stickstoff gebrochen. Dieses ist ein kostspieliger Vorgang, da hochreiner Stickstoff erzeugt werden muss, dessen Sauerstoffgehalt bei nur wenigen ppm liegen muss, um die oxidative Schädigung des Polymers zu unterbinden.

Aus der DE 100 01 477 B4 ist ein Rührscheibenreaktor bekannt, der ein kegelstumpfförmiges Gehäuse aufweist und an einer mittig verlaufenden Achse Elemente bewegt werden, die das Oligomeren-Gemisch durchmengen.

Übliche Verfahren zur Herstellung von Polymeren bestehen zumeist aus zwei hintereinander geschalteten Autoklaven, wobei in dem ersten entweder eine Um- oder eine Veresterung abläuft bzw. eine Eindampfung (Vorkonzentration) vorgenommen wird. Das entstehende

Monomer oder Oligomer wird dann im zweiten Autoklaven unter stetig abgesenktem Druck bis in den Hochvakuumbereich hinein und erhöhter Temperatur zum langketti- gen Polymer unter Freimachung des Lösungsmittels oder einer Reaktionskomponente ausgebildet. Hierbei steigt die Schmelzviskosität zunächst langsam an, gegen Ende des Vorgangs quasi exponentiell . Typischerweise liegt die Anzahl der Monomer-Wiederholungseinheiten am Ende bei max. 135. Die obere Grenze ist bestimmt durch die Austragszeit , die weit weniger als 30 Minuten betragen soll, den Stickstoffdruck (somit Verbrauch), das Rührorgan und die Bemessung des Austragsrohres, das die nachfolgende Granulierung speist.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Reaktorvorrichtung für die chargenweise Polykondensation von Polymeren bereitzustellen, die eine höhere Produktionsrate von Polymeren bei verbesserter Qualität und Wirtschaftlichkeit ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe vorlie- gender Erfindung ein Verfahren zur Polykondensation von Polymeren unter Verwendung der voranstehend genannten Reaktorvorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Reaktorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit Patentanspruch 28 wird ein Verfahren zur chargenweisen Polykondensation bereitgestellt. Die jeweiligen abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar .

Erfindungsgemäß wird eine Reaktorvorrichtung für die chargenweise Polykondensation von Polymeren bereitgestellt, umfassend ein in einem mindestens einen Ein- und Auslass aufweisenden horizontal angeordneten zy- linderförmigen Reaktorgehäuse angeordneten drehenden Hohlzylinderrotor, der über Lagervorrichtungen mittels über die Stirnwände des Reaktorgehäuses hinaus- reichenden Stummelwellenanordnung horizontal gelagert ist, sowie am Hohlzylinderrotor angeordneten ringför- migen Filmbildungselementen und Abstreifern, die zwischen den ringförmigen Filmbildungselementen in das Innere des Reaktorgehäuses bis an den Hohlzylinderrotor hineinragen und die Reaktorvorrichtung als be- heizbarer evakuierbarer und druckfester Autoklav aus- gebildet ist.

Durch die Reaktorvorrichtung ist die Herstellung von Polymeren mit mehreren, dem Stand der Technik überlegenen Vorteilen verbunden. Zum einen wird die Zyklus - zeit eines Ansatzes, die in herkömmlichen Verfahren bei 3 bis 4 Stunden liegt, auf Zeiten unter 3 Stun- den, beispielsweise 1,5 bis 2 Stunden, verkürzt. Durch die gewährleistete intensive Vermengung des Reaktionsgemisches kommt es dabei zu einer extrem oberflächenaktiven Reaktion. Dies ermöglicht eine größere Dimensionierung und somit größere Ansätze, was naturgemäß mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden ist.

Abdichtung und Lagerung der Korbwellenstummel kann z.B. wie bei DE 44 47 421 oder DE 44 47 422 Al durch- geführt werden.

Als Drehantrieb können alle Typen von Getriebemotoren mit Drehzahlregelung verwendet werden.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn längs an der Unterseite des zylinderförmigen Reaktorgehäuses ein Produktsammeikonus angeordnet ist, der in Längsrichtung parallel abgeflacht ist. Die Breite ist viskositätsabhängig und beträgt mindestens 120 mm. Dabei ist es ebenso vorteilhaft, wenn das zylinderförmige Reaktorgehäuse im Bereich der Basis des Produktsammeikonus Durchbrüche aufweist, die mindestens eine freie Fläche von 25 % freigeben. Der Konuswinkel in Längsrichtung kann dabei zwischen 60° und 140° variieren und je nach Produkt verschieden ausgeführt sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist am zylinderförmigen Reaktorgehäuse an der Oberseite ein Produktzuführstutzen angeordnet. Dieser Produkt- zuführstutzen kann ebenfalls einen Flansch zur Verbindung mit der Produktführungsleitung aufweisen.

Zur gleichmäßigen Verteilung des zugeführten Produktes im gesamten Reaktor ist es vorteilhaft, wenn im oberen Bereichszenith des zylinderförmigen Reaktorgehäuses unterhalb des Produktzuführstutzens eine Pro- duktverteilungsvorrichtung vorgesehen ist. Die Produktverteilungsvorrichtung kann dabei beispielsweise als Schlitzrohr über die gesamte Länge des Reaktors oder einseitig je als Schlitzdüse ausgeführt sein.

Weiterhin ist es günstig, wenn im oberen Bereich des zylinderförmigen Reaktorgehäuses mindestens ein Brüden- und/oder Abgasstutzen vorgesehen ist. Über diesen Brüden- und/oder Abgasstutzen kann während PoIy- kondensation eine Abführung entstehender gasförmiger Reaktionsnebenprodukte erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Brüden- und/oder Abgas- stutzen dabei nicht genau vertikal an der Reaktorvorrichtung angebracht, sondern horizontal oder tangen- tial mit einer Neigung von bis zu 30° aus der Horizontalen angeordnet. Beispielhafte Ausführungsformen sehen vor, dass dieser Stutzen mit einer Neigung von beispielsweise 10° oder 20° versetzt aus dem Zenith angeordnet ist und einen derartigen Durchmesser be- sitzt, dass eine maximale Geschwindigkeit eines durchströmenden Gases 40 m/s nicht überschreitet. Selbstverständlich kann über diesen Stutzen auch Vakuum an der Reaktorvorrichtung angelegt werden.

Ebenso ist es günstig, wenn der Hohlzylinderrotor exzentrisch im zylinderförmigen Reaktorgehäuse angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird darunter verstanden, dass die horizontal ausgerichtete Aufhängungsachse des Hohlzylinderrotors nicht mit der horizontalen Hauptachse des Reaktorgehäuses zusammenfällt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die horizontale Längsachse des Hohlzylinderrotors in vertikaler Richtung zum Produktsammeikonus hin, versetzt zum zylin- derförmigen Reaktorgehäuse, angeordnet ist. Somit ist also vorgesehen, dass die horizontale Längsachse des Hohlzylinderrotors bezüglich der horizontalen Längsachse des zylinderförmigen Reaktorgehäuses nach unten versetzt ist.

Erfindungsgemäß kann der Hohlzylinderrotor dabei sowohl als geschlossene Zarge und/oder als Korblochzarge ausgebildet sein. Im Falle einer Korblochzarge kann die Größe der Löcher dabei beliebig variieren. Die Löcher können ebenfalls zur verstärkten Homogeni- sierung des Reaktionsgemisches beitragen.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die Rotorzarge sich über die ganze Länge des Reaktors erstreckt, also quasi bis an die Enddecke des Reaktorgehäuses heran- reicht, die Enddeckel jedoch nicht berührt. Typischerweise ist dabei die Rotorzarge um ca. 20 bis 40 mm kürzer als die Reaktorinnenlänge.

Um eine intensive Durchmischung des Reaktionsgemi- sches zu gewährleisten, sind zwischen den Enddeckeln und der Rotorzarge umlaufende federnde Abstreifer angeordnet. Die Abstreifer können beispielsweise auch segmentiert ausgeführt sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Zwischenraum zwischen den Enddeckeln und der Rotorzarge eine Zuführung für Inertgas aufweist. Darüber kann beispielsweise der Reaktionsraum gespült werden, oder es kann ein erhöhter Druck zum Produkt- austrag aufgebaut werden.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis des Korbrührerdurchmessers zum Behälterdurchmesser des Reaktors 0,98 bis 0,82 beträgt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beträgt das Verhältnis des Rotorzargendurchmessers zum Reaktordurchmesser zwischen 0,5 und 0,8.

Bezüglich der äußeren Dimensionen des Reaktors ist es günstig, wenn das Verhältnis der Länge des Reaktors zum Reaktordurchmesser zwischen 0,5 bis 1,5 beträgt.

Sowohl Rotorzarge als auch Produktsammeikonus können temperierbar, d.h. beheizbar, aber auch kühlbar sein. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die diese Elemente begrenzende Wandung doppelwandig ausgeführt ist. Der Doppelmantel der temperierbaren Elemente kann sowohl für flüssige als auch dampfförmige Wärmeträger vorgesehen werden, wobei dem flüssigen Wärmeträger wegen der Möglichkeit des Kühlens der Vorrang gegeben wird. Der Wärmeträger für die beheizte Korbzarge wird über eine Drehdurchführung zentral durch eine der beiden Lagerwellen zu- und abgeführt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bezüglich der ringförmigen Filmbildungselemente sind diese durch einen rohrförmigen Kranz und einer zwischen dem rohrförmigen Kranz und der Rotoroberfläche aufge- spannten netzartigen metallischen Rohrstruktur ausgebildet. Beispielsweise sind die Abstreifer dabei in 3 -Kantform angeordnet, die dafür sorgen, dass sich zwischen den Rohrringen kein Polymerverschluss bildet und gleichzeitig die Korbzarge, die optional auch be- heizt sein kann, von auffließendem Polymer gereinigt wird. Hierdurch ergibt sich ein Dünnschichteffekt, der ganz erheblich zur beschleunigten Reaktion durch Verkürzung der Diffusionswege beiträgt. Die Rohrringe können dabei senkrecht auf der Rührkorbzarge stehen und sind aus Rohren der Größe von 12 bis 30 mm gefertigt. Die Stützrohre können dabei als Evolventen ge- formt sein, zwischen die ebenfalls Rohre gespannt sind, so dass dreieckige bzw. rautenförmige Öffnungen zur Filmbildung entstehen.

Neben den beschriebenen Rohrringen trägt die durch

Abstreifer erzeugte dünne und stetig erneuerte Polymerschicht auf dem beheizten Rührkorb in erheblichem Maße zur Diffusion des Lösungsmittels bei. Prinzipiell hat ein liegender Autoklav von etwa gleicher Ansatzgröße gegenüber einem stehenden bereits den

Vorteil einer größeren Ausdampfoberfläche, unter der Annahme von 30 % Füllgrad und ohne Rührwerk, die beim 1,5 bis 2-fachen liegt. Die Standardrührwerke erlauben massebezogene Oberflächenneubildungsraten, abhän- gig von der Viskosität, die Werte von 50 bis 150 t*h erreichen.

Bei einem Rohrringkorb mit gelochter Korbzarge werden

densation um den Faktor 3-4 verkürzen kann.

Vorteilhafterweise beträgt dabei das Verhältnis des Rohrringdurchmessers zum Rührkorbdurchmesser 1,2 bis 2,5 zu 1.

Weiterhin ist es günstig, wenn die verbleibenden Ste- ge der Korblochzarge im inneren Bereich mit Halbrund- und/oder Dreiecksprofilen bekleidet sind. Dadurch wird ebenso eine verbesserte Homogenisierung des Reaktionsgemisches erreicht. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Abstreifer dreiecksförmig und bevorzugt so ausgeführt und so eingestellt, dass die optional beheizte/gekühlte Rotorzarge als Dünnschichtfilmgenerator arbeitet. Neben der Rotorzarge kann ebenso der Produktsammelkonus beheizt und/oder gekühlt sein und endet bevorzugt direkt in einem Produktentnahmeflansch.

In einer weiteren günstigen Ausführungsform ist der Produktentnahmeflansch direkt mit einer Austrags- und/oder Rezirkulationspumpe verbunden, deren Einlauföffnung bevorzugt das 1,5 bis 3-fache des Gesamtzahnquerschnittes der Pumpe beträgt. Die Austragspum- pe dient zwei Aufgaben:

a) Austrag des Polymeransatzes nach Beendigung der Polykondensation unter atmosphärischem Druck, b) Rezirkulation des Oligomers während der PoIy- kondensationszeit über die im Zenith der Behälterzarge angeordnete schlitzförmige Verteilung.

Dabei ist bevorzugt an die Rezirkulationspumpe eine Kreislaufleitung angeschlossen, die mit dem Einlass der Reaktorvorrichtung verbunden ist.

Vorteilhafterweise weist die Kreislaufleitung eine Filtervorrichtung auf. Weiterhin ist es günstig, wenn die Kreislaufleitung zusätzlich eine Online-Viskositätsmesseinrichtung aufweist, wodurch eine präzise Steuerung und Überwachung einer Vielzahl von Parametern ermöglicht wird. Selbstverständlich sind mit diesem Reaktor/Autoklav auch bezüglich des Einsatzes von Co-Monomeren, Stabilisatoren, Katalysatoren und sonstigen Additiven keine Grenzen gesetzt. Diese kön- nen je nach gewünschten Produkteigenschaften ausgewählt werden, auch wenn sie die Reaktionsgeschwindigkeit verändern und die AblaufSequenzen hierzu verändert werden müssen.

Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur chargenweisen Polykondensation von Oligomeren/Monomeren bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine, wie im Vorangehenden beschriebene Reaktorvor- richtung eingesetzt wird.

Aufgrund dieser günstigen Oberflächenbildungsraten ist auch ein Absenken der Reaktionstemperatur um bis zu 15 ⁰C gegenüber den herkömmlichen Verfahren mög- lieh, wodurch die Herstellung von hochviskosem Material wegen der reduzierten thermischen Schädigung erst sinnvoll wird.

Vorzugsweise wird zu Beginn der Polykondensation die Reaktorvorrichtung bis zu einem Füllvolumen von 15 bis 40 % gefüllt und dann im Laufe der Polykondensation in Abhängigkeit von der Produktviskosität das Oligomer im Mengenverhältnis von 0,5 bis 5, bezogen auf die eingefüllte Maße, über die Produktvertei- lungseinrichtung rezirkuliert.

Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft des Verfahrens ist es, dass die Polykondensation bis zu 205 MWE (Monomer-Wiederholungseinheiten) durchgeführt werden kann .

Vorteilhafterweise wird das Verfahren so geführt, dass mit einer beheizbaren, geschlossenen Rotorzarge und/oder unbeheizten Korblochzarge bei Temperaturen bis 350 ⁰C und Vakua bis höchstens 0,1 mbar gearbeitet wird. Günstig ist es, wenn die Drehzarge des Korbrotors in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Korbes bzw. der Viskosität des Polymers/Oligomers ausgewählt bzw. geregelt wird.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die massebezogenen

Oberflächen-Neubildungsraten von 300 bis 600 -^- er- t*h reicht werden und der beheizte, abgestreifte Korbro- tor hierzu einen Beitrag von 30 bis 50 % leistet.

In einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens wird die Reaktionszeit, also die Polykondensati- onszeit, in einem Bereich von 30 bis 120 Minuten ge- wählt.

Vorteilhafterweise erfolgt die Beheizung/Kühlung von Gehäuse und Rotor durch organische Wärmeträger in flüssiger oder dampfförmiger Form.

Ebenso ist es günstig, wenn die Schmelze während des Produktaustrages weiterhin unter einem Unterdruck gehalten wird.

Zur Aufrechterhaltung einer inerten Atmosphäre im Reaktor wird bei Beendigung des Produktaustrages der Reaktor mit atmosphärischem Inertgas gespült.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Reaktion bei 5 bis 20 ⁰C oberhalb des Schmelzpunktes des Polymers durchgeführt wird.

Beispiel zur Verfahrensführung

Das Oligomer wird aus einem 1. Autoklaven innerhalb von 10 min über die Rezirkulationsleitung in den er- findungsgetnäßen Reaktor gefördert bis ein Füllvolumen von etwa 20 % bis 30 % erreicht ist. Der Rührer läuft dabei mit max. Geschwindigkeit von etwa 10 Upm. Er wird im Laufe der Polykondensation in Abhängigkeit von der Produktviskosität ständig in der Drehzahl nachgeführt um seine Effizienz maximal zu nutzen. Am Ende beträgt die Drehzahl nur noch etwa 0,5 bis 1 Upm. Nach einem festgelegten Programm wird der Druck bis in den Hochvakuumbereich, der bis zu 0,2 mbar betragen kann, abgesenkt. Gleichzeitig sorgt die Heizung über Wärmeträger des Mantels und der Korbzarge für ein Halten bzw. einen Temperaturanstieg des Polymers. Dieses kann ebenfalls programmgeführt erfolgen. In der Endphase des Prozesses kann auch — je nach Produkt — ein Kühlen des Mantels oder der Rührkorbzange erforderlich sein, um die eingebrachte mechanische Energie, die sich als Erhöhung der Polymertemperatur auswirkt, abzuführen. Die Ausbildung des Rührkorbes als geschlossener, beheizter Zylinder hat hierbei aufgrund seiner großen Wärmetauschfläche und Stoffaustauschfläche einen erheblichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Systemen, indem die Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträger und Produkt sehr klein gehalten werden kann und damit die thermische Belas- tung des Polymers und folglich die Qualität erheblich verbessert werden kann.

Nach Erreichen der gewünschten Viskosität des Produktes wird die Rezirkulation, die vor Beginn der Vaku- umphase in Gang gesetzt wurde, gestoppt und der Aus- trag wird über das Mehrwegventil eingeleitet. Das Vakuum wird so gesteuert, dass die Viskosität während des Austragsvorganges , der höchstens 20 min dauern soll, konstant bleibt.

Während des Austragens kann der Korbrührer angehalten werden oder mit minimaler Drehzahl weiterlaufen um eine größtmögliche Homogenität des Polymers zu erhalten. Gegen Ende des Austragens wird das Vakuum mittels Inertgas gebrochen, so dass der Autoklav wieder unter atmosphärischem Druck steht.

Anhand folgender Figuren wird der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert, ohne die Erfindung auf die dort dargestellte spezielle Ausführungsform ein- schränken zu wollen.

Es zeigen

Figur 1 ein Schnittbild senkrecht zur Längsachse der erfindungsgemäßen Reaktorvorrichtung,

Figur 2 ein Schnittbild entlang der Längsachse der

Reaktorvorrichtung .

Im Folgenden wird Bezug genommen auf die zwei nachfolgend abgebildeten Figuren.

Die Reaktorvorrichtung 1 wird durch ein Gehäuse 4 be- grenzt, das doppelwandig ausgeführt sein kann. Das doppelwandige Gehäuse 4 kann somit mit einem geeigneten Wärmeträger gefüllt werden, der über eine geeignete Pumpvorrichtung im doppelwandigen Gehäuse 4 zur Zirkulation gebracht werden kann. Dadurch kann eine Temperierung des im Reaktor 1 befindlichen Reaktions- gemisches erfolgen. Oben, ca. mittig angebracht, befindet sich der Einlass 2 der Reaktorvorrichtung 1, der Auslass 3 zum Austrag des Reaktionsgemisches befindet sich unten. Der Hohlzylinderrotor 5 ist dreh- bar im Reaktorgehäuse 4 gelagert und wird z.B. über einen Getriebemotor mit Drehzahlregelung, der extern angebracht sein kann, angetrieben. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass die Drehachse des kreisförmig ausgebildeten Hohlzylinderrotors 5 nicht mit der Längsachse des ebenfalls kreisförmigen ausgebildeten Reaktorgehäuses 4 zusammenfällt, sondern dass die Längsachse des Hohlzylinderrotors 5 bezüglich der Achse des Gehäuses 4 nach unten versetzt ist. Der Hohlzylinderrotor 5 kann dabei vollmantelig ausgebildet sein, oder mit Löchern versehen sein, so dass er als Korblochzarge ausgebildet ist. Die Wandung des Hohlzylinderrotors 5 ist dabei ebenso wie die des Reaktorgehäuses 4 dop- pelwandig ausgebildet, so dass in analoger Weise eine Beheizung des Rotors 5 möglich ist. Am Hohlzylinder- rotor 5 sind dabei die ringförmigen Filmbildungselemente 6 und Abstreifer 7 angeordnet, die eine Homogenisierung des Reaktionsgemisches ermöglichen. Dabei sind die Filmbildungselemente 6 dreiecksförmig ausgebildet, so dass eine möglichst effiziente Filmbildung gewährleistet ist. Die ringförmigen Filmbildungselemente 6 sind dabei zu einem rohrförmigen Kranz 12 angeordnet. Durch Abstreifen des gebildeten Filmes durch das Abstreifungselement 7 wird weiterhin eine Verbesserung der Durchmischung gewährleistet . Die Un- terseite des Reaktors 1 ist dabei als Produktsammei- konus 8 ausgebildet, der eine Sammlung des Produktes ermöglicht. Der Produktsammeikonus 8 kann dabei ebenfalls doppelwandig ausgebildet sein, so dass ebenfalls eine Temperierung möglich ist. Der Produktsam- melkonus 8 wird dabei von einer Flansch 14 begrenzt. Direkt an die Flansch 14 ist die Produktaustragspumpe 15 angebracht, an die ein Ventil angegliedert sein kann, über das der endgültige Austrag des Produkts, beispielsweise zu einer Granulatsvorrichtung erfolgen kann, aber auch eine Rückführung des Produkts in die Reaktorvorrichtung 1 über die an die Pumpe 15 ange- gliederte Leitung 16. Zur Zwischenreinigung des Produktes kann beispielsweise ein Filter 17 eingebaut sein, zur Kontrolle des Verfahrensverlaufs oder zur Überprüfung der erzielten Materialeigenschaften ein Online-Viskosimeter 18. Die Leitung 16 endet wiederum an der Oberseite der Reaktorvorrichtung 1, im Einlass 2, der beispielsweise als Produktzuführstutzen 9 mit zugehöriger Flansch ausgebildet ist. Um eine möglichst effiziente Verteilung des Produktes bereits beim Einbringen im Reaktor 1 zu gewährleisten, ist eine Produktverteilungsvorrichtung 10 vorgesehen.

Claims

Patentansprüche

1. Reaktorvorrichtung (l)für die chargenweise PoIy- kondensation von Polymeren umfassend einen, in einem mindestens einen Ein- und Auslass (2,3) aufweisenden horizontal angeordneten zylinder- förmigen Reaktorgehäuse (4) angeordneten drehenden Hohlzylinderrotor (5) , der über Lagervorrichtungen mittels über die Stirnwände des Reaktorgehäuses (4) hinausreichenden Stummelwellen- anordnung horizontal gelagert ist, sowie am Hohlzylinderrotor (5) angeordneten ringförmigen

Filmbildungselementen (6) und Abstreifern (7), die zwischen den ringförmigen Filmbildungselementen (6) in das Innere des Reaktorgehäuses (4) bis an den Hohlzylinderrotor (5) hineinragen, wobei die Reaktorvorrichtung (1) als beheizbarer, evakuierbarer und druckfester Autoklav ausgebildet ist.

2. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass das zylinderförmige Reaktorgehäuse (4) an der Unterseite einen Produktsammeikonus (8) aufweist .

3. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass der Produktsammeikonus (8) in Längsrichtung parallel abgeflacht ist.

4. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das zylinderförmige Reaktorgehäuse im Be- reich der Basis des Produktsammeikonus Durchbrüche aufweist, die mindestens eine freie Fläche von 25 % freigeben.

5. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass das zylinderförmige Reaktorgehäuse (4) an der Oberseite einen Produktzuführstutzen (9) aufweist .

6. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass im oberen Bereichszenith des zylinderförmigen Reaktorgehäuses (4) unterhalb des Produktzu- führstutzens (9) eine Produktverteilungsvorrichtung (10) vorgesehen ist.

7. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass im oberen Bereich des zylinderförmigen Reaktorgehäuses (4) mindestens ein Brüden- und/oder Abgasstutzen (11) vorgesehen ist.

8. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , der mindestens eine Brüden- und/oder Abgas - stutzen horizontal oder tangential mit einer Neigung von bis zu 30 % aus der Horizontalen angeordnet ist.

9. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass der Hohlzylinderrotor (5) exzentrisch im zylinderförmigen Reaktorgehäuse (4) angeordnet ist.

10. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass die horizontale Längsachse des Hohlzylin- derrotors (5) in vertikaler Richtung zum Produktsammelkonus (8) hin, zum zylinderförmigen Reaktorgehäuses (4) versetzt angeordnet ist.

11. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass der Hohlzylinderrotor (5) als geschlossene Zarge und/oder als Korblochzarge ausgebildet ist.

12. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass die Rotorzarge (5) bis an die Enddeckel (19) des Reaktorgehäuses (4) heranreicht, diese jedoch nicht berührt.

13. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass zwischen den Enddeckeln (19) und der Rotorzarge (5) umlaufende federnde Abstreifer (7) angeordnet sind.

14. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Zwischenraum zwischen den Enddeckeln (19) und der Rotorzarge (5) eine Zuführung für Inertgas aufweist.

15. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass das Verhältnis des Korbrührerdurchmessers zum Behälterdurchmesser des Reaktors 0,98 bis

0,82 beträgt.

16. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verhältnis des Rotorzargendurchmessers zum Reaktordurchmesser zwischen 0,5 und 0,8 liegt.

17. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass das Verhältnis der Reaktorlänge zum Reaktordurchmesser zwischen 0,5 bis 1,5 beträgt.

18. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass die ringförmigen Filmbildungselemente (6) durch einen rohrförmigen Kranz (12) und einer zwischen dem rohrförmigen Kranz (12) und der Rotoroberfläche aufgespannten netzartigen metalli- sehen Rohrstruktur gebildet ist.

19. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass die netzartige metallische Struktur rauten- und/oder dreieckförmige Öffnungen bildet.

20. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 17 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass das Verhältnis des Rohrringdurchmessers zum Rührkorbdurchmesser 1,2 bis 2,5 zu 1 beträgt.

21. Reaktorvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die verbleibenden Stege der Korblochzarge im inneren Bereich mit Halbrund- und/oder Dreiecksprofilen bekleidet sind.

22. Reaktorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abstreifer dreiecksförmig sind und bevorzugt so ausgeführt und so eingestellt sind, dass die beheizte/gekühlte Rotorzarge als Dünnschichtfilmgenerator arbeitet.

23. Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der An- Sprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass die Konusspitze des Produktsammeikonus (8) in einem Produktentnahmeflansch (14) endet.

24. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass der Produktentnahmeflansch (14) direkt mit einer Austrags- und/oder Rezirkulationspumpe (15) verbunden ist, deren EinlaufÖffnung bevorzugt das 1,5- bis 3 -fache des Gesamtzahnquer- Schnitts der Pumpe beträgt.

25. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass die Rezirkulationspumpe über eine Kreislaufleitung (16) mit dem Einlass (2) verbunden ist.

26. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass in der Kreislaufleitung (16) eine Filtervorrichtung (17) angeordnet ist.

27. Reaktorvorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Kreislaufleitung (16) zusätzlich eine Online Viskositätsmesseinrichtung (18) angeordnet ist.

28. Verfahren zur chargenweisen Polykondensation von Oligomeren/Monomeren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass eine Reaktorvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 27 eingesetzt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass zu Beginn der Polykondensation die Reaktorvorrichtung bis zu einem Füllvolumen von 15 bis 40 % gefüllt wird und dann im Laufe der Polykon- densation in Abhängigkeit von der Produktviskosität das Oligomer im Mengenverhältnis von 0,5 bis 5 bezogen auf die eingefüllte Masse über die Produktverteilungseinrichtung rezirkuliert wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass die Polykondensation bis zu 205 MWE (Monomer-Wiederholungseinheiten) durchgeführt wird.

31. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass mit einer beheizbaren geschlossenen Rotorzarge und/oder unbeheizten Korblochzarge bei Temperaturen bis 350 ⁰C und Vakua bis 0,1 mbar gearbeitet wird.

32. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 31 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, dass die Drehzahl des Korbrotors in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Korbes bzw. der Viskosität des Polymers/Oligomers ausgewählt bzw. geregelt wird.

33. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 32, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass massebezogene Oberflächen-Neubildungsraten von 300 bis 600 -^- erreicht werden und der be- t*h heizte, abgestreifte Korbrotor hierzu einen Beitrag von 30 bis 50 % leistet.

34. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 33, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Polykondensationszeit im Bereich von 30 bis 120 Minuten liegt.

35. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 34, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Beheizung/Kühlung von Gehäuse und Rotor organische Wärmeträger in flüssiger oder dampfförmiger Form verwendet werden.

36. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 35, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass während des Produktausträges die Schmelze weiterhin unter einem Unterdruck gehalten wird.

37. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 36, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei Beendigung des Produktaustrages der Re- aktor mit atmosphärischem Inertgas gespült wird.

38. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Reaktion bei 5 bis 20 ⁰C oberhalb des Schmelzpunktes des Polymeres durchgeführt wird.