PL163685B1

PL163685B1 - Method of conducting batchwise polycondensation in apparatus with stirrers

Info

Publication number: PL163685B1
Application number: PL28419190A
Authority: PL
Inventors: Zenon Tybora; Henryk Krzystek; Zdzislaw Stasiak; Jadwiga Melon; Janusz Stryjewski
Original assignee: Inst Tworzyw Chemicznych; Zaklady Tworzyw Sztucznych Nit
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1994-04-29
Also published as: PL284191A1

Abstract

Sposób prowadzenia periodycznej polikondensacji w aparatach z mieszadłami przez ogrzewanie masy reakcyjnej do odpowiedniej temperatury, mieszanie przy obniżonym ciśnieniu aż do uzyskania założonej lepkości istotnej, znamienny tym, że reaktor zawierający masę reakcyjną ogrzewa się ciekłym nośnikiem ciepła o stałym przepływie i stałej temperaturze nie wyższej od optymalnej temperatury procesu, przy czym masę reakcyjną poddaje się procesowi mieszania przy zastosowaniu mieszadła z płynną zmianą obrotów regulowanych w funkcji temperatury masy reakcyjnej, aż do uzyskania założonej lepkości istotnej masy reakcyjnej.A method of carrying out periodic polycondensation in apparatus with stirrers by heating the reaction mass to a suitable temperature, mixing at reduced pressure until the assumed intrinsic viscosity is obtained, characterized in that the reactor containing the reaction mass is heated with a liquid heat carrier with a constant flow and a constant temperature not higher than the optimal process temperature, wherein the reaction mass is subjected to a mixing process using a stirrer with a smooth change of rotation speed regulated as a function of the temperature of the reaction mass, until the assumed intrinsic viscosity of the reaction mass is obtained.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia periodycznej polikondensacji w aparatach z mieszadłami.The subject of the invention is a method of carrying out periodic polycondensation in apparatus with stirrers.

Znany jest sposób prowadzenia okresowej polikondensacji, który polega na ogrzewaniu reaktora, załadowanego monomerami, nośnikiem ciepła o zmiennej, regulowanej temperaturze i regulowanej wielkości przepływu. Monomery ogrzewa się przy intensywnym mieszaniu i obnlżaniu ciśnienia wewnątrz reaktora, a po osiągnięciu wymaganej tomperatury, chłodzi się nośnik ciepła, który z kolei odbiera ciepło mieszaninie reakcyjnej. Reakcję prowadzi się do uzyskania wymaganej lepkości istotnej masy reakcyjnej. Produkt otrzymany tym sposobem posiada niską jakość powodowaną dużą zawartością zanieczyszczeń wynikających z degradacji termicznej oraz tworzenia się oligomerów produktów cyklicznych. Niedogodnością sposobu jest konieczność stosowania indywidualnego układu grzejnego.There is a known method of conducting periodic polycondensation, which consists in heating a reactor loaded with monomers, a heat carrier with a variable, regulated temperature and regulated flow rate. The monomers are heated with vigorous stirring and the pressure build-up inside the reactor, and when the required temperature is reached, the heat carrier is cooled, which in turn absorbs heat from the reaction mixture. The reaction is carried out until the required viscosity of the intrinsic reaction mass is obtained. The product obtained in this way has a low quality caused by a high content of impurities resulting from thermal degradation and the formation of oligomers of cyclic products. The disadvantage of the method is the need to use an individual heating system.

Znany Jest także z polskiego opisu patentowego nr 99 537 9posób prowadzenia periodycznej polikondensacji w aparatach z mieszadłami, który polega na doprowadzeniu do reaktora, wypełnionego monomerami, ciekłego nośnika ciepła o stałym przepływie i stałej temperaturze nie przekraczającej optymalnej temperatury procesu, a następnie na ogrzewaniu mieszaniny reakcyjnej, przy intensywnym mieszaniu i obniżaniu ciśnienia wewnątrz reaktora· Po osiągnięciu optymalnej temperatury zmniejsza się obroty mieszadła i przy zmniejszonych obrotach prowadzi proces polikondensacji do uzyskania wymaganej lepkości istotnej masy. Produkt otrzymany tym sposobem charakteryzuje się wysoką czystością a sam sposób umożliwia ogrzewanie kilku reaktorów z tego semego układu grzejnego. Jednakże w wyniku mieszania następuje niekontrolowany wzrost temperatury masy, który powoduje, że temperatura w przekroju reaktora jest nierównomierna, co w efekcie zwiększa rozrzut lepkości istotnej otrzymanego produktu oraz zniekształca wynik zależności między poborem mocy przez mieszadło reaktora, którego obroty zmieniają się skokowo, a lepkością stopionego polimeru.It is also known from the Polish patent specification No. 99 537 9 a method of conducting periodic polycondensation in apparatus with agitators, which consists in feeding a liquid heat carrier filled with monomers with a constant flow and constant temperature not exceeding the optimal process temperature, and then heating the reaction mixture. , with intensive mixing and lowering the pressure inside the reactor. · After reaching the optimum temperature, the stirrer speed is reduced and the polycondensation process is carried out at reduced speed to obtain the required viscosity of the substantial mass. The product obtained in this way is characterized by high purity, and the method itself enables the heating of several reactors from this heating system. However, as a result of mixing, an uncontrolled increase in mass temperature occurs, which causes the temperature in the cross-section of the reactor to be uneven, which in turn increases the spread of the intrinsic viscosity of the obtained product and distorts the result of the relationship between the power consumption by the reactor's stirrer, whose rotations change abruptly, and the viscosity of the molten polymer.

W znanych sposobach wielkość założonej lepkości istotnej określa się na podstawie poboru mocy przez mieszadło przy Jego określonych obrotach. Mieszadła napędzane są wielobiegowymi silnikami prądu zmiennego. Metoda pomiaru mocy Jest w tym przypadku obarczona istotnymi błędami, które uniemożliwiają uzyskanie polimeru o małych wahaniach lepkości istotnej. Błąd najbardziej zniekształcający wyniki pochodzi z wahań częstotliwości prądu, bowiem dopuszczalne wahania częstotliwości prądu o 2% powoduję, że dla tego samego poboru mocy i tej samej temperatury polimeru lepkość istotna różni się o wartość 0,009, podczas gdy wymaganie powtarzalności lepkości istotnej kolejnej partii polimeru wynosiIn known methods, the value of the assumed intrinsic viscosity is determined on the basis of the power consumption of the stirrer at its specific revolutions. The mixers are driven by multi-speed AC motors. The method of measuring power in this case is burdened with significant errors, which make it impossible to obtain a polymer with small fluctuations of the intrinsic viscosity. The error most distorting the results comes from the current frequency fluctuations, because the permissible current frequency fluctuations by 2% mean that for the same power consumption and the same polymer temperature, the significant viscosity differs by 0.009, while the requirement to repeat the intrinsic viscosity of the next batch of polymer is

163 605 ♦ 0,007. Drugim źródłem błędów jest różnica temperatur między temperaturę wewnątrz powierzchni ścianki, która zwykle równa jest temperaturze nośnika, a temperaturę masy, co powoduje zniekształcenie odczytu poboru mocy przez mieszadło. Różnica temperatury o 1°C powoduje różnicę w obliczaniu lepkości istotnej o 0,0025.163,605 ♦ 0.007. The second source of error is the temperature difference between the temperature inside the wall surface, which is usually equal to the temperature of the carrier, and the temperature of the mass, which distorts the power consumption reading of the stirrer. A temperature difference of 1 ° C causes a difference of 0.0025 in the actual viscosity calculation.

Wadę znanych sposobów Jest brak możliwości otrzymania równomiernej temperatury masy reakcyjnej w całej objętości reaktora i wynikające z tego duże wahania lepkości istotnej otrzymanego produktu, a to dla otrzymania pożądanej powtarzalności polimeru, wymaga nadmiernie częstej kontroli laboratoryjnej, a przede wszystkim stosowania rozbudowanego sposobu uśredniania granulatu polimeru z poszczególnych partii.The disadvantage of the known methods is the inability to obtain a uniform temperature of the reaction mass in the entire volume of the reactor and the resulting large fluctuations of the intrinsic viscosity of the obtained product, and in order to obtain the desired polymer repeatability, requires excessively frequent laboratory control, and above all the use of an extensive method of averaging the polymer granulate with individual batches.

Calem wynalazku było opracowania sposobu periodycznej polikondensacji w aparatach z mieszadłami zapewniającego małe wahania lepkości istotnej polimeru, jednakowe temperatury masy reakcyjnej w całym przekroju reaktora oraz powtarzalność wyników w każdej partii wytwarzanego polimeru.The whole invention was to develop a method of batch polycondensation in apparatuses with stirrers, ensuring low fluctuations of the intrinsic viscosity of the polymer, the same temperature of the reaction mass throughout the cross-section of the reactor and the reproducibility of the results in each batch of polymer produced.

Sposób według wynalazku polega na ogrzewaniu reaktora zawierającego masę reakcyjną ciekłym nośnikiem ciepła o stałym przepływie i stałej temperaturze nie wyższej od optymalnej temperatury procesu, która może być korygowana w końcowej fazie procesu w celu wyeliminowania różnicy pomiędzy temperaturę masy reakcyjnej a temperaturę płaszcza reaktora, przy czym masę reakcyjną poddaje się procesowi mieszania przy zastosowaniu mieszadła z płynnę zmianę obrotów regulowanych w funkcji temperatury masy reakcyjnej, aż do uzyskania założonej lepkości istotnej masy reakcyjnej.The process according to the invention consists in heating the reactor containing the reaction mass with a liquid heat carrier with a constant flow and a constant temperature not higher than the optimal process temperature, which can be corrected in the final phase of the process in order to eliminate the difference between the temperature of the reaction mass and the temperature of the reactor jacket. The reaction mixture is subjected to the mixing process using a stirrer with a smooth change of rotations regulated as a function of the temperature of the reaction mass, until the assumed viscosity of the essential reaction mass is obtained.

W momencie osiągnięcia przez masę reakcyjną temperatury równej temperaturze płaszcza reaktora zużycie ciepła maleje lub pozostaje na niezmienionym poziomie, natomiast w przypadku stałych obrotów mieszadła wydziela się dodatkowo ciepło mieszania na skutek wzrostu lepkości masy. Płynne zmniejszanie obrotów mieszadła eliminuje podwyższenia temperatury masy i daje możliwość uzyskania jednakowej temperatury nośnika ciepła w płaszczu ścianki reaktora oraz maey reakcyjnej. Pomiar rzeczywistych obrotów i mocy pobieranej przez mieszadło pozwala na wyznaczenie momentu uzyskania zadanej wielkości lepkości istotnej masy reakcyjnej.When the temperature of the reaction mass reaches the temperature of the reactor jacket, the heat consumption decreases or remains unchanged, while in the case of constant rotation of the stirrer, additional heat of mixing is generated due to the increase of the mass viscosity. The smooth reduction of the stirrer speed eliminates the increase of the mass temperature and makes it possible to obtain the same temperature of the heat carrier in the jacket of the reactor wall and the reaction chamber. Measurement of the actual speed and power consumed by the stirrer allows to determine the moment of obtaining the set viscosity value of the relevant reaction mass.

Sposób według wynalazku zapewnia wyeliminowanie wad i niedogodności znanych sposobów), a zwłaszcza błędów wynikających z metody pomiaru poboru mocy, a tym samym zapewnia uzyskanie polimeru o małych wahaniach lepkości istotnej, co ma szczególne znaczenie przy wytwarzaniu folii o grubości poniżej 10 /um. Sposób ten dzięki stabilizacji termicznej zapewnia jednakową temperaturę masy reakcyjnej w całym przekroju reaktora oraz powtarzalności wyników w każdej partii wytwarzanych polimerów. Nadto sposób według wynalazku zapewnia otrzymania polimeru o wyższej jakości, co ma wpływ na poprawę filtracyjności polimeru.The method according to the invention eliminates the drawbacks and disadvantages of the known methods, and in particular the errors resulting from the method of measuring the power consumption, and thus provides a polymer with low intrinsic viscosity fluctuations, which is of particular importance in the production of films with a thickness below 10 µm. This method, thanks to thermal stabilization, ensures the same temperature of the reaction mass in the entire cross-section of the reactor and the repeatability of the results in each batch of produced polymers. Moreover, the method according to the invention provides for obtaining a polymer of higher quality, which has the effect of improving the filterability of the polymer.

Sposób według wynalazku ilustruje bliżej poniższy przykład.The method according to the invention is illustrated in the following example.

Do reaktora z płaszczem termostatującym, wyposażonego w mieszadło wstęgowe jednozwoJowe, napędzane silnikiem prądu stałego, sterowanym układem służącym do płynnej regulacji obrotów w zakresie 10-90 obr/min, wprowadzono politereftalan etylenowy o średnim ciężarze cząsteczkowym 5000 i temperaturze 278°C, natomiast do płaszcza grzejnego reaktora doprowadzono ciekły dowtherm o stałej temperaturze równej 285°C i stałym przepływie. Masę reakcyjnę mieszano mieszadłem z prędkością 90 obr/min oraz wytworzono w reaktorze próżnię rzędu 0,1-1,0 hPa. W miarę wzrostu temperatury i lepkości masy reakcyjnej zmniejszano płynnie obroty mieszadła tak, aby temperatura masy nie przekroczyła temperatury płaszcza i była nie wyższa niż 285°C. Po osiągnięciu przez mieszadło poboru mocy zbliżonego do wartości zadanej stabilizowano obroty mieszadła, korygowano temperaturę płaszcza i obliczano wartość lepkości istotnej polimeru. W momencie uzyskania zadanej wielkości lepkości istotnej polimeru redukoweno próżnię przez wprowadzenie azotu i zatrzymano mieszanie.Polyethylene terephthalate with an average molecular weight of 5000 and a temperature of 278 ° C was introduced into a reactor with a thermostatic jacket, equipped with a single-turn ribbon agitator, driven by a DC motor and controlled by a system for smooth speed control in the range of 10-90 rpm. The heating reactor was fed with liquid dowtherm at a constant temperature of 285 ° C and a constant flow. The reaction mass was mixed with a stirrer at a speed of 90 rpm and a vacuum of 0.1-1.0 hPa was created in the reactor. As the temperature and viscosity of the reaction mass increased, the rotation of the stirrer was smoothly reduced so that the mass temperature did not exceed the jacket temperature and was not higher than 285 ° C. After the agitator had reached the power consumption close to the set value, the agitator rotation was stabilized, the jacket temperature was corrected and the value of the intrinsic viscosity of the polymer was calculated. When the desired value of the intrinsic viscosity of the polymer was achieved, the vacuum was reduced by introducing nitrogen and mixing was stopped.

Po zakończeniu procesu polikondensocji wytłaczano polimer z reaktora i po ochłodzeniu poddano go granulacji. Tak otrzymany polimer posiada następujące własności i lepkość istotną 0,660, temperaturę topnienia 261°C, zawartość grup karboksylowych 20 gramorównoważ/t.After the end of the polycondensation process, the polymer was extruded from the reactor and, after cooling, it was granulated. The polymer thus obtained has the following properties and an intrinsic viscosity of 0.660, a melting point of 261 ° C, a content of carboxyl groups of 20 gequivalent / vol.

163 685163 685

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price: PLN 10,000

Claims

Patent Disclaimer

The method of conducting periodic polycondensation in apparatuses with stirrers by heating the reaction mass to the appropriate temperature, mixing under reduced pressure until the assumed intrinsic viscosity is obtained, characterized in that the reactor containing the reaction mass is heated with a liquid heat carrier with a constant flow and constant temperature not higher than the optimal process temperature, the reaction mass is subjected ^to the mixing process with the use of a stirrer with a smooth change of rotations controlled as a function of the reaction mass temperature, until the assumed essential viscosity of the reaction mass nsj is obtained.

* * *