DD294429A5 - 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 Verwendung eines rotationssymmetrischen Verdraengerkoerpers am Ruehrerzylinder mit Durchtrittsoeffnungen 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; Verdraengerkoerper; Durchtrittsoeffnung; Durchmischung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Rührkesselreaktor zur Herstellung hochviskoser Polymerer aus ungesättigten Monomeren, gegebenenfalls in Gegenwart von Elasten und Η!"-"οίίβη, durch Masse- oder Lösungspolymerisation.

Charakteristik de« bekannten Standes der Technik

Ee ist bekannt, daß bei der Herstellung von Polymerisaten nach der Massepoiymerisations-Technologie ohne bzw. unter Verwendung von wenig Lösungsmittel bei hohen Umsätzen infolge der stark ansteigenden Viskosität der Reaktionsmischung Schwierigkeiten bezüglich dar 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 Rohrbündelwärmeübertrager im Ringraum zwischen Rührer und Reaktorwand vorgeschlagen, bei denen die Rührerschnecken mit Leitrohr als Mischorgane verwendet werdon (US 3679651, GB 1238943, GB 1404163). Diese Reaktoren ermöglichen zwar wärmetechnisch hohe Umsätze, können aber die Ausbildung stagnierender Bereiche, insbesondere in den Rückförderräumen zwischen Reaktormantel und Leitrohr nicht vermeiden.

Speziaireaktoren mit einer oder mehreren Schnecken werden mit wachsender Produktviskosität immer extruderfthnlicher und damit teurer (DD 57700, DE-AS 1719321, DE-OS 2160410, US 3953002, EP 0202826, EP 0222599, EP 0160570, EP 0189507, EP 0274663).

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 Gemisch dem Reaktor zugeführt wird (DE OS 2343871). Nachteilig Ist hierbei, daß eine zusätzliche Schmelzpumpe nebst Rohrleitungen und Mischvorrichtungen für das Auskreisen und Wiedereinspeisen eines Teils des Reaktionsproduktes benötigt werden und daß die Siedekühlung speziell bei Monomergemischen zu einer Beeinträchtigung der Produktqualität wegen der unterschiedlichen Zusammensetzung von Reaktion&^esse 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 bei diesem 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 Mischprozesse 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 heaktionsmasse 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 hei entsprechend komplizierter Rührerkonfiguration noch einen separaten Propellerrührer aufweisen (DD 230157).

Der in DD 246038 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 der 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 Wesens 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 Reaktormantel und im Ringraum zwischen dem Rührarzylinder 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 Rotorwelle und Rührerzylinder ein rotationssymmetrischer Verdrängerkörper eo angeordnet ist, daß jeweils zwischen Deckel und Verdrängerkörper und Deckel des Einsteckrohres und Verdrängerkörper ein Spalt von maximal Vu des Durchmessers der Rührerzylinders besteht und der Verdrängerkörper Durchtrittsöffnungen für den Zirkulationsstrom aufweist, die sich vorzugsweise vom Innendurchmesser des Reaktormantels bis zum Außendurchmesser des Einsteckrohres erstrecken.

Durch die Verwendung mehrerer Ein- und Auslaßöffnungen in Verbindung mit dem Verdrängerkörper und der Ge'.amtkonfiguration des Reaktors wird erreicht, daß auch bei hohen Reaktionsgeschwindigkeiten, kurzen Verweilzeiten und d imit hohen Durchsatzleistungen im Reaktor ständig eine weitgehend homogene und isothermo 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 Zulaufe des Einsatzgemisches wird vollständiger ausgenutzt, ohne daß Anteile direkt an der heißen Reaktorwand erwärmt werden bzw. die Erzeugung von Polymeren mit veränderten Molmassen verursachen.

Ausfuhrungtbeltplel

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: Seitenansicht Rührkesselreaktor

Fig. 2: Verdrängerkörper im Rührkesselreaktor.

Fig. 1 zeigt einen temperierbaren Rührkesselreaktor mit einem aus Rotorwelle 1, Joch 2, Rührzylinder 3 und inneren und äußeren Wendeln 4,5 bestehenden Rotor.

In Fig. 2 ist das als Verdrängerkörper ausgebildete Joch dargestellt. Durch die spezifische Anordnung des Verdrängerkörpers werden Toträume bzw. schlecht durchmischte Gebiete in diesem Bereich weitestgehend vermieden.

Claims (2)

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 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 Reaktormantel und im Ringraum zwischen dem Rührerzylinder und dem Einsteckrohr Rührerwendeln »ufweist und der Einlaßöffnungen an Reaktordeckel, Reaktorboden, Rotorwelle und/oder Einsteckrohr und Auslaßöffnungen besitzt, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen Rotorwelle und Rührerzylinder ein rotationssymmetrischer Verdrängerkörper so angeordnet ist, daß jeweils zwischen Deckel und Verdrängerkörper ein Spalt von maximal Vgo des Durchmessers des Rührerzylinders besteht und der Verdrängerkörper Durchtrittsöffnungen für den Zirkulationsstrom aufweist, die sich vom Innendurchmesser des Reaktormantels bis zum Außendurchmesser des Einsteckrohres erstrecken.

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