DD294426A5 - Ruehrkesselreaktor zur herstellung hochviskoser polymerer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ruehrkesselreaktor zur Durchfuehrung von Polymerisationsreaktionen in hochviskosen Reaktionsmedien und bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten. Durch die Verwendung eines kuehlbaren Einsteckrohres in einem beidseitig mit Foerderelementen ausgeruesteten Hohlzylinder-Ruehrer mit der erfindungsgemaeszen Anordnung der Einlaszoeffnung sowie der Mischelemente zwischen den Durchtrittsoeffnungen auf * ueber dem Joch wird die Durchmischung und Homogenitaet der Reaktionsmasse sowie die Waermeabfuhr verbessert. Die Polymerisation wird sicher beherrscht; es werden Polymere hoher Einheitlichkeit erzeugt.{Reaktor; Polymerisation; Waermeabfuhr; Styren-Acrylnitril-Copolymerisat; Molekulargewichtsverteilung; Hohlzylinder; Einsteckrohr; Einlaszoeffnung; Mischelemente; Durchtrittsoeffnung}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Rührkesselreaktor zur Herstellung hochviskoser Polymerer aus ungesättigten Nonomeren, gegebenenfalls in Gegenwart von Elasten und Hilfsstoffen, durch Masse- oder Lösungspolymerisation.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Polymerisaten nach der Massepolymerisations-Technologie ohne bzw. unter Verwendung von wenig Lösungsmittel bei hohen Umsätzen infolge der stark ansteigenden Viskosität der Reaktionsmischung Schwierigkeiten bezüglich der Durchmischung, der Förderung, der Wärmeabfuhr und der schnellen Einmischung der im

allgemeinen niederviskoseren Einsatzstoffe auftreten, die die Beherrschung des Prozesses erschweren. Zur Lösung dieser

Probleme werden z.B. Rührkesselreaktoren mit kühlbarem Einsteckrohr und Fiohrbündelwärmeübertrager im Ringraum

zwischen Rührer und Reaktorwand vorgeschlagen, bei denen die Rührerschne-ken mit Leitrohr als Mischorgane verwendetwerden (US 3679 651, GB 1238943, GB1404163). Diese Reaktoren ermöglichen zwar wärmetechnisch hohe Umsätze, könnenaber die Ausbildung stagnierender Bereiche, Insbesondere in den Rückförderräumen zwischen Reaktormantel und Leitrohr nichtvermeiden.

Speziaireaktoren mit einer oder mehreren Schnecken werden mit wachsender Produktviskosität immer extruderähnlicher und

damit teurer (DD 57700, DE-AS 1719321, DE-OS 2160410, US 3953002, EP 0202826, EP 0222599, EP 0160570, EP 0189507,EP 0274668).

Diese Reaktoren gewährleisten zwar eine gute Einmischung der niederviskosen Einsatzstoffe in die hochviskose Reaktionsmasse, besitzen jedoch nur ein begrenztes Reaktionsvolumen und sind wegen der fehlenden Rückvermischung für

zahlreiche Polymerisate aus Qualitätsgründen nur bedingt geeignet.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Einmischung der Einsatzstoffe in die Reaktionsmasse und zur Verbesserung der Wärmeabfuhr, bei dem die Einsatzstoffe und kondensierte Monomerbrüden mit einem Teil des Reaktionsproduktes außerhalb

des Rührkesselreaktors in einem statischen oder dynamischen Mischer homogenisiert werden und das so erhaltene Gemischdem Reaktor zugeführt wird (DE OS 2343871). Nachteilig Ist hierbei, daß eine zusätzliche Schmelzpumpe nebst Rohrleitungenund Mischvorrichtungen für das Auskreisen und Wiedereinspeisen eines Teils des Reaktionsproduktes benötigt werden und daßdie Siedekühlung speziell bei Monomergemlschen zu einer Beeinträchtigung der Produktqualität wegen der unterschiedlichen

Zusammensetzung von Reaktionsmasse und Gasraum führt. In DD144064 wird ein Reaktor beschrieben, der mit einem wandgängigen Wendelrührer und zentralem Rückströmkanal

(Hohlwelle) ausgerüstet ist. In US 4007016 ist gleichfalls ein Reaktor mit zentralem Rückströmkanal beschrieben, wobei sich beidiesem zusätzliche wendeiförmige Statikmischer im Rückströmkanal befinden. Beide Reaktoren besitzen mit den

Rückströmkanälen schlecht durchmischte Gebiete. EP 0202706 beschreibt einen Rührkesselreaktor für kontinuierliche Massepolymerisationen mit Einsteckrohr, der einen Schneckenband- und einen Propellerrührer für die Kreislauf- und Mischpolymerisationen mit Einsteckrohr, der einen Schneckenband· und einen Propellerrührer für die Kreislauf- und Mischprozesso besitzt- Dieser Reaktor ist für kontinuierliche Polymerisationsprozesse mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit, hoher Wärmeentwicklung und kurzen Verweilzeiten wegen

größerer, nicht gerührter Volumenanteile und der damit verbundenen Nachteile in der Wärmeabführung über die Wand, der Gefahr der Bildung von Ausscheidungen in diesen Bereichen sowie einer nicht homogenen Reaktionsmasse nicht bzw. nur sehr begrenzt geeignet.

Aus gleichen Gründen ungeeignet für schnelle Polymerisationsprozesse in hochviskosen Reaktionsmischungen sind Rührreaktoren mit an der Welle angebrachten Rührerarmen, die in Wandnähe des Reaktors an diesen Armen angebrachte Rührelemente besitzen (DE 3332069) bzw. zur Zirkulation bei entsprechend komplizierter Rührerkonfiguration noch einen separaten Propellerrührer aufweisen (DD 230157).

Der in DD 24603Γ beschriebene Reaktor ist grundsätzlich zur Herstellung von Polymeren in hochviskosen Reaktionsgemischen bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten geeignet, besitzt aber noch Mängel bezüglich einer genügend schnellen Einmischung der niedrigviskosen Einsatzmischung in die hochviskose Reaktionsmasse.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Bedingungen bei der Herstellung von Polymeren aus Monomeren unterschiedlicher Reaktivitäten nach dar Masse- oder Lösungspolymerisationstechnologie so zu verbessern, daß auch bei hohen Polymerisationsgeschwindigkeiten die Polymerisation sicher beherrscht wird und molekular einheitliche Copolymere mit gewünschten Eigenschaften erhalten werden.

Darlegung des Wesen· der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rührkesselreaktor zur kontinuierlichen Herstellung von Polymeren, bestehend aus temperierbarem Reaktormantel, feststehendem Einsteckrohr und einem zentralsymmetrisch angeordnetem Rotor, der aus einer Rotorwelle einem Joch und einem Rührerzylinder besteht, oben und unten offen ist, sich in Achsrichtung der Rotorwelle vom Reaktorboden bis zum Reaktordeckel erstreckt, und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Einsteckrohr Rührerwendeln aufweist und der Einlaßöffnungen an Reaktordeckel, Reaktorboden, Rotorwelle und/oder Einsteckrohr und Auslaßöffnungen besitzt, so zu gestalten, daß auch bei Viskositäten der Reaktionsmasse bis 1000 Pas und kleinen mittleren Verweilzeiten die niedrigviskosen Ausgangsstoffe besonders schnell in die hochviskose Reaktionsmasse eingemischt werden, eine verbesserte Durchmischung und Isothermie der Reaktionsmasse, eine sichere Ableitung der Reaktionswärme und ein ausscheidungsfreier Betrieb gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Durchtrittsöffnungen auf und/oder unter dem Joch Mischelemente vorzugsweise am Joch angeordnet sind, wobei die Mischelemente vorzugsweise Stege und/oder Wendeln sind und das Joch als Verdrängerkörper ausgebildet ist.

Durch die Verwendung mehrerer Ein- und Auslaßöffnungen in Verbindung mit dem als Verdrängerkörper ausgebildeten Joch sowie zusätzlichen Mischelementen, einer spezifischen Anordnung von Einlaßöffnungen und Mischelementen und der Gesamtkonfiguration des Reaktors wird erreicht, daß auch bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, kurzen Verweilzeiten und damit hohen Durchsatzleistungen im Reaktor ständig eine weitgehend homogene und isotherme Reaktionsmasse vorliegt. Schlieren- und Kanalbildung niedrigviskoser Zulaufgemischanteile oder große Temperaturgradienten mit der Folge der Verschlechterung der molekularen Einheitlichkeit sowie der Gefahr der Bildung lokaler Ausscheidungen im Reaktor werden vermieden. Die für die Wärmebilanz solcher Reaktoren wichtige Kühlkapazität des kalten Zulaufs das Einsatzgemisches wird vollständiger ausgenutzt, ohne daß Anteile direkt an der heißen Reaktorwand erwärmt werden bzw. die Erzeugung von Polymeren mit veränderten Molmassen verursachen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden

In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: Seitenansicht Rührkesselreaktor

Fig. 2: Draufsicht auf Rotor im Rührkesselreaktor

Fig. 1 zeigt einen temperierbaren Rührkesselreaktor mit einem aus Rotorwelle 1, Joch 2 und Rührnrzylinder mit inneren und äußeren Wendeln 3 bestehenden Rotor.

Fig. 2 stellt die Draufsicht auf den Rotor im Rührkesselreaktor mit den Mischelementen 4 und den Durchtrittsöffnungen 5 dar. Die Mischelemente können, wie gezeigt, unterschiedliche Formen aufweisen.

Durch die spezielle Anordnung der Mischelemente 4 werden Ausscheidungen am Reaktordeckel virmieden und eine lokale und schnelle Einmischung des Einsatzgemisches in die Reaktionsmasse erreicht. Gleichfalls kann damit eine zusätzliche Förderung des Produkstromes erzielt werden.

Claims (4)

1. Rührkesselreaktor zur kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Herstellung von Polymeren aus ungesättigten Monomeren unterschiedlicher Reaktivitäten, ggf. in Gegenwart von Elasten und Hilfsstoffen nach der Massepolymerisationstechnologie bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, hohen Zähigkeiten und kurzen mittleren Verweilzeiten der Reaktionsmasse im Reaktor, bestehend aus temperierbarem Reaktormantel, feststehendem Einsteckrohrund einem zentralsymmetrisch angeordnetem Rotor, der aus einer Rotorwelle, einem Joch mit Druchtrittsöffnungen und einem Rührerzylinder besteht, oben und unten offen ist, sich in Achsrichtung der Rotorwelle vom Röaktorboden bis zum Reaktordeckel erstreckt, und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Reaktormantel und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Einsteckrohr Rührerwendeln aufweist und der Einlaßöffnungen an Reaktordeckel, Reaktorboden, Rotorwelle und/oder Einsteckrohr und Auslaßöffnungen besitzt, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen den Durchtrittsöffnungen auf und/oder unter dem Joch Mischelemente am Joch angeordnet sind.

2. Rührkesselreaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Joch in Form eines Verdrängerkörpers ausgebildet ist.

3. Rührkesselreaktor gemäß Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Mischelemente Stege und oder Wendeln sind.

4. Rührkesselreaktor gemäß Anspruch 1,2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Mischelemente, bezogen auf die Richtung des Zirkulationsstromes, nach der oder den jeweiligen Einlaßöffnungen angeordnet sind.