CH505163A - Verfahren zum kontinuierlichen Polykondensieren von Vorkondensaten, und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum kontinuierlichen Polykondensieren von Vorkondensaten, und Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens
Bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen Polykondensation von Bis-(2-hydroxyäthyl)-terephthalat werden Reaktoren mit mechanisch bewegten Einbauten verwendet, zum Beispiel zur besseren Durchmischung Rührer oder Einrichtungen, die mit Hilfe mechanisch bewegter Einbauten eine Vergrösserung der Oberfläche des Reaktionsproduktes zum Ziele haben.



   Bei der Herstellung von Polyestern nach dem kontinuierlichen Verfahren hat es sich gezeigt, dass das aus der Umesterung von Dicarbonsäuredialkylestern mit Diolen oder der Veresterung von Dicarbonsäuren mit Diolen entstehende Reaktionsgemisch nicht direkt dem zur Polyesterherstellung notwendigen Vakuum von 0,5 Torr unterworfen werden kann, da sonst ein zu starkes Schäumen des Produktes auftreten würde. Man lässt, um diese Schwierigkeit zu umgeben, das nach der Umesterung oder das in der Veresterungsstufe entstehende Reaktionsgemisch erst in einer Vorkondensationsstufe reagieren, bevor es in die Endkondensationsstufe eintritt.



   Diese Vorkondensationsstufe wird mit einem Unterdruck betrieben, der zwischen dem der Umesterungsbzw. Veresterungsstufe und dem der Endkondensationsstufe liegt.



   Es wurde bereits vorgeschlagen, durch konstruktive Mittel dafür zu sorgen, dass das Vakuum innerhalb des Reaktors stufenweise erhöht wird, und damit einen allmählichen Übergang von der Stufe hohen Druckes zur Stufe des Enddruckes von beispielsweise 0,5 Torr zu bewirken. Ein solches Verfahren erfordert jedoch einen umfangreichen und dementsprechend teuren Aufwand zur Regelung des Prozesses.



   Die mit Rührern oder sonstigen mechanisch bewegten Teilen ausgerüsteten Reaktoren haben den Nachteil, dass eine wirklich vakuumdichte Anordnung der Antriebswellen recht schwierig und kostspielig ist. Zudem sind solche Einrichtungen sehr störungsanfällig.



   Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass man auf wesentlich einfachere und billigere Weise zu wesentlich höheren Polykondensationsgraden kommt, wenn man weniger Wert auf eine grosse Oberfläche des Reaktionsproduktes und mehr Wert auf eine gute und gleichmässige Verweilzeitverteilung der einzelnen Volumenanteile des Reaktionsgemisches legt.



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum kontinuierlichen Polykondensieren von Vorkondensaten, die aus einer kontinuierlichen Umesterung von Dimethylterephthalat mit Äthylenglykol oder aus einer kontinuierlichen Veresterung von Terephthalsäure mit Äthylenglykol stammen, gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren, wobei die Reaktion in mindestens einer offenen, indirekt mit einem Heizmedium beheizten Rinne durchgeführt wird und die abgespaltenen flüchtigen Verbindungen aus dem Reaktionsbereich entfernt werden.



   Es ist vorteilhaft, wenn das zur Beheizung erforderliche Heizmedium im Gegenstrom zum Reaktionsprodukt geführt wird.



   Es können mehrere offene Rinnen als Böden mit Überläufen übereinander angeordnet und die abzuspaltenden flüchtigen Substanzen aus jeder dieser Rinnen gesondert abgezogen werden.



   Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die abgezogenen flüchtigen Substanzen einer fraktionierten Kondensation unterworfen und nur das mitverdampfte Reaktionsprodukt in kondensierter Form wieder auf den obersten Boden des Reaktionsgefässes zurückgeführt werden.



   Eine im Rahmen der Erfindung benutzte Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens kann aus einer Kolonne mit mehreren übereinander angeordneten Böden, Vorrichtungen zur Überführung der Flüssigkeit von den einzelnen Böden auf die nächst unteren, einer Heizvorrichtung zur Beheizung der einzelnen Böden und einer Vorrichtung für die Rückführung von Kondensat aus den abziehenden Dämpfen auf den obersten Boden bestehen, wobei die einzelnen Böden aus offenen, zweckmässig so durch Trennbleche unterteilten Rinnen bestehen, dass sich eine mehrfach gewundene langgestreckte Form ergibt, auf der Mittel zur indirekten Beheizung der Flüssigkeit auf dem Boden vorhanden sind sowie dass   Abzugskanäle aus den einzelnen Böden für die abzuspaltenden flüchtigen Substanzen vorhanden sind.



   Das erfindungsgemässe Verfahren und die zur Ausführung des Verfahrens benutzte Einrichtung haben den Vorteil, dass durch die bevorzugt im Gegenstrom zum Produktfluss geführte Heizflüssigkeit ein guter Wärmeaustausch erzielt wird, der eine gleichmässige Beheizung der Rinne gestattet. Die sich im Verlauf der Polykondensation entwickelnden Alkoholdämpfe können ungehindert aufsteigen und aus dem Reaktionsbereich entfernt werden. Durch die kontinuierlich abgeführten flüchtigen Verbindungen wird das Gleichgewicht der chemischen Reaktion laufend gestört und somit in Richtung des gewünschten Endproduktes verschoben.



   Das erfindungsgemässe Verfahren und die zur Ausführung des Verfahrens benutzte Einrichtung haben weiterhin den Vorteil, dass das aus der Vorstufe kommende Produkt, gleichgültig, ob es z. B. aus Dimethylterephthalat durch Umesterung mit Glykol oder aus Terephthalsäure durch Veresterung mit Glykol entstanden ist, selbst dann einem relativ hohen Vakuum ausgesetzt werden kann, wenn es nur unvollkommen umgesetzt ist. Besonders bei solchen Produkten, die in den bisher bekanntgewordenen Reaktoren sehr stark schäumen, kann durch das im Gegenstrom geführte Heizmedium bei der neuen Einrichtung ein solcher Temperaturverlauf entlang dem Produktfluss eingestellt werden, dass das Schäumen unterbleibt.

  Es war bereits in einer Versuchsanlage möglich, zwischen Produktein- und -austritt Temperaturdifferenzen von 600 C und mehr einzustellen und damit,   ohen    das Vakuum zu verändern, störende Produktverluste zu vermeiden.



   Eine im Rahmen der Erfindung benutzte Einrichtung ist in den Figuren 1, la und 2 erläutert. Sie stellen ein Beispiel einer technischen Ausführungsform einer solchen Rinne dar. Die Abbildungen sind nicht massstäblich, sondern rein schematisch.



   Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen sogenannten Verweilzeitboden, die
Fig. la ein Querschnitt durch einen solchen Verweilzeitboden nach der Schnittlinie I-I der Fig. 1.



   Fig. 2 stellt einen Vertikalschnitt durch den gesamten Reaktor dar.



   Der Verweilzeitboden nach Fig. 1 wird bei 1 mit Produkt beaufschlagt, welches durch die von den Trennblechen 2 gebildete Rinne im wesentlichen in Pfeilrichtung fliesst und über ein überlaufrohr 3 dem darunter angeordneten Verweilzeitboden wieder an der Stelle 1' zufliesst. Das Heizmedium wird im Gegenstrom hierzu von dem darunterliegenden Boden dem Verweilzeitboden an der Stelle 4 zugeführt, fliesst durch die Rohrschlange 5 im Gegenstrom zu dem Produkt und tritt bei 6 in den nächst höheren Verweilzeitboden ein.



   Hierdurch ergibt sich der Aufbau des gesamten Reaktors nach Fig. 2.



   Eine beliebige, vom Durchsatz und Temperaturverteilung sowie den geometrischen Abmessungen des einzelnen Verweilzeitbodens abhängige Zahl Verweilzeitböden 7 bis   7n    wird ähnlich, wie die Böden einer Destillationskolonne übereinander angeordnet, jedoch abweichend von dieser so, dass zwischen dem Umfang des Verweilzeitbodens und dem beheizten Kolonnenmantel 8 ein Spalt 9 bleibt, der das unbehinderte Passieren der auf jedem darunterliegenden Verweilzeitboden entstehenden Dämpfe zum Kopf der Kolonne des Reaktors gestattet, ohne dass diese wieder unmittelbar mit dem Produkt in Berührung kommen.

  Erst am Kopf der Kolonne wird die Mischung aller von den einzelnen Verweilzeitböden aufsteigenden Dämpfe fraktioniert kondensiert, wobei mitverdampftes Dimethylterephthalat und/oder Bis-(2-hydroxyäthyl)-terephthalat zurückgehalten und dem obersten Boden wieder zugeführt werden. Der angespaltene Alkohol, z. B. Glykol und Methanol, wird dampfförmig aus dem System entfernt und anschliessend kondensiert.



   Das erfindungsgemäss Verfahren und die zur Ausführung des Verfahrens benutzte Einrichtung sei anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.



   Beispiel I
Das aus 6,5 kg/h Dimethylterephthalat und 2,5 kg/h Äthylenglykol kontinuierlich hergestellte Vorkondensat, das als Umesterungs- und Polykondensationskatalysator Zinkacetat in einer Konzentration von 0,5 mmol/Mol Dimethylterephthalat gelöst enthielt, wurde mittels einer Dosierpumpe kontinuierlich auf den obersten   71    eines aus zwölf Verweilzeitböden   71    bis 712 bestehenden Reaktors gepumpt.

 

   Der Durchmesser der Verweilzeitböden betrug 300 m, die weiteren Abmessungen: Entfernung der Trennbleche 2 voneinander 30 mm Füllvolumen eines Bodens ca. 2 1 Heizschlange: Rohrdurchmesser 14 mm
Wandstärke 1 mm Die Temperaturen im Reaktor betrugen:
Boden   71      2100 C   
Boden   76    2500 C
Boden 712 2650 C
Der Druck im Reaktor betrug 50 Torr. Es wurde ein Kondensat der Intrinsic-Viskosität, gemessen in Phenol/ Tetrachloräthan, von 0,38 erhalten.



   Beispiel 2
In der Versuchsanlage gemäss Fig. 1 wurden alle Reaktionsbedingungen gleich gehalten. Lediglich der Druck wurde bis auf 25 Torr zurückgenommen. Es wurde ein Kondensat mit der Intrinsic-Viskosität von 0,43 erhalten. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Verfahren zum kontinuierlichen Polykondensieren von Vorkondensaten, die aus einer kontinuierlichen Umesterung von Dimethylterephthalat mit Äthylenglykol oder aus einer kontinuierlichen Veresterung von Terephthalsäure mit Äthylenglykol stammen, gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion in mindestens einer offenen, indirekt mit einem Heizmedium beheizten Rinne durchgeführt wird und die abgespaltenen flüchtigen Verbindungen aus dem Reaktionsbereich entfernt werden.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch mindestens eine offene, indirekt mit einem Heizmedium beheizte Rinne.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Beheizung erforderliche Heizmedium im Gegenstrom zum Reaktionsprodukt geführt wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die abgezogenen flüchtigen Substanzen einer fraktionierten Kondensation unterworfen werden und nur das mitverdampfte Reaktionsprodukt in kondensierter Form wieder auf den obersten Boden des Reaktionsgefässes zurückgeführt wird.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass mehrere offene Rinnen als Böden mit Überläufen übereinander angeordnet sind, wobei jede Rinne mit einem gesonderten Abzug für die abgespaltenen flüchtigen Substanzen versehen ist.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch II, bestehend aus einer Kolonne mit mehreren übereinander angeordneten Böden, Vorrichtungen zur Überführung der Flüssigkeit von den einzelnen Böden auf die nächst unteren, einer Heizvorrichtung zur Beheizung der einzelnen Böden und einer Vorrichtung für die Rückführung von Kondensat aus den abziehenden Dämpfen auf den obersten Boden, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Böden aus offenen, zweckmässig so aus durch Trennbleche (2) unterteilten Rinnen bestehen, dass sich eine mehrfach gewundene langgestreckte Form ergibt, auf der Mittel (5) zur indirekten Beheizung der Flüssigkeit auf dem Boden vorhanden sind sowie dass Abzugskanäle (9) aus den einzelnen Böden für die abzuspaltenden flüchtigen Substanzen vorhanden sind.