DE10315991B3

DE10315991B3 - Polymerisationsreaktor

Info

Publication number: DE10315991B3
Application number: DE2003115991
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Finkeldei
Original assignee: ZENTES UNITEX GmbH
Current assignee: ZENTES UNITEX GmbH
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Polymerisationsreaktor, bestehend aus einem mit seiner Längsachse horizontal orierntierten, außen beheizbaren, stationären Behälter (1) mit Produktzu- und -auslaßanschlüssen (2, 3) und Produktionsrückführanschlüssen (6, 7) für das zu polymisierende Produkt und aus einer drehbaren Welle (4), an der zum Umwälzen des Produktes im mit oberem Brüdenabzug (1') versehenden Behälter (1) mehrere ringförmige Produkt-Schleppscheiben (5) angeordnet sind. DOLLAR A Um einen solchen Reaktor sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich betreiben zu können, ist im Innenraum des Behälters (1) durch zwei axial distanzierte, oberhalb der Welle (4) und über dem maximalen Füllstandsniveau (N) angeordnete Produktrückführöffnungen (6, 7) ein mit einer mittigen, einen unteren Durchlaß (23') aufweisenden Trennwand (23) versehenes Mittelteil (8) definiert, an das sich beidseitig zu den Behälterwänden (9, 10) hin ein Zulaufraum (11) mit dem Produktzulaufanschluß (2) und ein Auslaufraum (12) mit Produktauslaufanschluß (13) anschließen. Außerdem sind unten im Zulauf- und im Auslaufraum (11, 12) neben den Behälterendwänden (9, 10) zu je einer Pumpe (13, 14) führende Produktablaufanschlüsse (15, 16) angeordnet, wobei die Pumpen (13, 14) druckseitig sowohl mit den Produktrückführöffnungen (6, 7) als auch dem Auslaßanschluß (3) verbunden sind. Ferner sind die von den Pumpen (13, 14) zu den Produktrückführöffnungen (6, 7) führenden Leitungen (17, 18) zwecks wahlweiser ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Polymerisationsreaktor, bestehend aus einem mit seiner Längsachse horizontal orientierten, außen beheizbaren, stationären Behälter mit Produktzu- und -auslaßanschlüssen und Produktrückführanschlüssen für das zu polymerisierende Produkt und aus einer drehbaren Welle, an der zum Umwälzen des Produktes im mit oberem Brüdenabzug versehenen Behälter mehrere ringförmige Produkt-Schleppscheiben angeordnet sind, wobei die Rückführanschlüsse über eine Rückführleitung mit einer pumpenbestückten, vom Auslaßanschluß abgehenden Leitung verbunden ist.
Bezüglich dessen, was mit derartigen Reaktoren grundsätzlich bewirkt wird und wie dies im Prinzip vor sich geht, wird auf die DE 100 41 741 C1 und die DE 100 63 800 C1 verwiesen. Bei diesen Reaktoren handelt es sich um chargenweise beschickbare, mit ihrer Achse vertikal orientierte Apparate bzw. Autoklaven besonderer Bauart, was auch für den diskontinuierlich arbeitenden Reaktor nach der DE 100 01 477 A1 gilt, auf den im übrigen die einleitende Definition bezogen ist.
Um derartige Polymerisationsprozesse rationeller durchführen zu können, stehen seit langem auch kontinuierlich arbeitende Reaktoren der bspw. eingangs genannten Art zur Verfügung. Druckschriftlich kann hierzu nur auf einen Reaktor nach der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung 102 35 383.2 verwiesen werden, die sich mit bislang bestehenden Nachteilen solcher kontinuierlich arbeitenden Reaktoren auseinandersetzt.
Egal ob diskontinuierlich oder kontinuierlich betrieben, handelt es sich bei solchen Reaktoren für den Benutzer um relativ hochinvestive Apparate bzw. Anlagen, für deren Betrieb Folgendes zu berücksichtigen ist:
Bezgl. der sofort weiterzuverarbeitenden, in solchen Reaktoren auf gewünschte Viskosität zu bringende Polymerisate bestehen in entsprechenden Produktionsstätten unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der zu verarbeitenden Mengen und auch der Arten, d.h., es ist zu entscheiden, ob man diese Mengen oder auch Arten durch diskontiniuierlich oder kontinuierlich arbeitende Reaktoren für die Weiterverarbeitung verfügbar macht. Man ist also gehalten, sowohl chargenweise als auch kontinuierlich arbeitende Reaktoren zur Verfügung zu haben, da, soweit bekannt, keine Reaktoren verfügbar sind, die sowohl chargenweise als auch kontinuierlich betrieben werden können.
Ausgehend vom diskontinuierlich arbeitenden Reaktor gemäß der DE 100 01 477 A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen solchen Reaktor dahingehend umzugestallten und damit zu verbessern, daß ein solcher Polymerisationsreaktor beides zu leisten in der Lage ist, verbunden mit der Maßgabe, für beide Betriebsweisen die zu fordernde Produktqualität zu gewährleisten, d.h., insbesondere eine weitestgehend gleichbleibende Homogenität des aus dem Reaktor abgezogenen Produktes.
Diese Aufgabe ist mit einem Reaktor der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gelöst.
Selbstverständlich weist dieser erfindungsgemäße Reaktor alle Merkmale auf, die einerseits für beide Betriebsarten notwendig sind, wobei es aber für den Wechsel der Betriebsarten nur einer Ventilumsteuerung bedarf, um eine andere Strömungsführung beim Wechsel von der einen in die andere Betriebsart zu bewirken, ohne daß sich dabei an der Gesamtkonzeption des Reaktors etwas ändert.
Entscheidend ist beim Ganzen, daß in beiden Betriebsfällen im Reaktor gewissermaßen zwei Rotationsströmungen bewirkt werden, und zwar, von dessen Mitte ausgehend, zu den Reaktorendwänden hin, in deren beiden Bereichen Polymerisatmischung abgezogen und in den Mittelteil zurückgeführt wird. Beim kontinuierlichen Betrieb ist diese entgegengesetzte Doppelströmung gewissermaßen überlagert vom ständigen Teilabzug des Fertigpolymerisates aus dem hier sogenannten Auslaufraum, und beim diskontinuierlichen Betrieb wird am Ende des ganzen Misch- und Polymerisationsprozesses die Doppelrückführung unterbrochen und das Fertigpolymerisat an beiden Enden des Reaktors abgezogen, was im Einzelnen noch näher erläutert wird.
Was dabei das Merkmal der mittigen Anordnung einer einen unteren Durchlaß aufweisenden Trennwand im Mitteilteil des Behälters betrifft, so ist diese Trennwand, deren Bedeutung noch näher erläutert wird einerseits für den kontinuirlichen Betrieb wichtig, andererseits stört diese aber nicht, wenn der Reaktor diskontinuierlich betrieben wird.
Da der erfindungsgemäße Reaktor beides kann, besteht ein weiterer Vorteil auch darin, daß bei an sich vorgesehenem kontinuierlichen Betrieb die dabei unvermeidbare Startphase diskontinuierlich gefahren werden kann, um dann daran anschließend bei dann eingeschalteter permanenter Rohproduktzufuhr in den kontinuierlichen Betrieb überzugehen.
In vorteilhafter und bevorzugter Ausführungsform sind die beiden Zulauf- und der Auslaufräume in Form sich an das zylindrische Mittelteil anschließender, zu den Behälterendwänden hin divergierender Kegelstümpfe ausgebildet, was für die Ausbildung der Rotations- bzw. Umwälzströmung und der Masseorientierung zu den Auslaufanschlüssen hin förderlich ist.
Vorteilhaft sind ferner die Behälterendwände als zur Mantelheizung des Reaktorbehälters separate, thermostatgeregelt sequentiell beschickbare Heizmediumsführungen ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Polymerisiationsreaktor wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt schematisch
1 einen Längsschnitt durch den Reaktor mit den zugehörigen Leitungsführungen, Pumpen und Ventilen;
2 einen Längsschnitt durch den Reaktorbehälter in bevorzugter Ausführungsform;
3 den Reaktorbehälter nach 2 mit Zubehör und geschaltet für den diskontinuierlichen Betrieb;
4 den Reaktorbehälter gemäß 5 geschaltet für den kontinuierlichen Betrieb und
5,6 in Einzeldarstellung die mittig im Mittelteil des Reaktors angeordnete Trennwand.
Der Polymeristionsreaktor besteht nach wie vor aus einem mit seiner Längsachse horizontal orientierten, außen beheizbaren, stationären Behälter 1 mit Produktzu- und -auslaßanschlüssen 2, 3 und Produktrückführanschlüssen 6, 7 für das zu polymerisierende Produkt. Der Behälter 1 ist von einer entsprechend an den Behälterendwänden 9, 10 gelagerten drehbaren Welle 4 durchgriffen, an der zum Umwälzen des Produktes im mit oberem Brüdenabzug 1' versehenen Behälter 1 mehrere ringförmige Produkt-Schleppscheiben 5 angeordnet sind. Die Rückführanschlüsse 6, 7 sind über eine Rückführleitung 18 mit einer pumpenbestückten, vom Auslaßanschluß 3 abgehenden Leitung 16 verbunden.
Für einen solchen Polymerisationsreaktor sind nun unter Verweis auf 1 folgende Merkmale wesentlich:
Im Innenraum des Behälters 1 durch zwei axial distanzierte, oberhalb der Welle 4 und über dem maximalen Füllstandsniveau N angeordnete Produktrückführöffnungen 6,7 ein mit einer mittigen, einen unteren Durchlaß 23' aufweisenden Trennwand 23 versehenes Mittelteil 8 definiert, an das sich beidseitig zu den Behälterendwänden 9, 10 hin ein Zulaufraum 11 mit dem Produktzulaufanschluß 2 und ein Auslaufraum 12 mit Produktauslaufanschluß 13 anschließen.
Ferner sind unten im Zulauf- und im Auslaufraum 11, 12, und zwar neben den Behälterendwänden 9,10 zu je einer Pumpe 13, 14 führende Produktablaufanschlüsse 15, 16 angeordnet. Diese Pumpen 13, 14 sind druckseitig sowohl mit den Produktrückführöffnungen 6, 7 als auch dem Auslaßanschluß 3 verbunden.
Außerdem sind die von den Pumpen 13, 14 zu den Produktrückführöffnungen 6, 7 führenden Leitungen 17, 18 zwecks wahlweiser Umschaltung des Reaktors auf kontinuierliche oder diskontinuierliche Betriebsweise jeweils mit einem Dreiwegeventil 19, 20 bestückt, wobei vom jeweils zweiten Abgang 21 der Dreiwegeventile 19, 20 ein Leitungsstrang 22 in die jeweils andere Leitung 17, 18 führt.
Schließlich ist im zum Produktauslaß 3 führenden Leitungsstrang 24 vor und hinter dem druckseitigen Leitungsanschluß 25 der auslaßseitigen Pumpe 14 je ein Dreiwegeventil 26, 27 angeordnet. Der Behälter, sämtlich Ventile, Pumpen und Leitungsführungen sind dabei selbstverständlich beheizbar ausgebildet, was nicht besonders dargestellt ist.
Unter Bezug auf die in 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform des Behälters, bei der die Zu- und der Auslaufräume 11, 12 in Form sich an das zylindrische Mittelteil 8 durchmessergleich anschließender, zu den Behälterendwänden 9, 10 hin divergierender Kegelstümpfe 30 ausgebildet sind, wird unter Bezug auf 3 der diskontinuierliche Betrieb erläutert, wobei die Masseströme strichpunktiert, strichdoppelpunktiert und gestrichelt veranschaulicht sind.
Wenn der auf Betriebstemperatur gebrachte Behälter 1 bei geschlossenen Dreiwegeventilen 26, 27 und Anschlüssen 3', 3'' via Zulaufanschluß 2 bis auf Füllstandsniveau N gefüllt ist, werden die Anschlüsse 3', 3'' geöffnet und die Pumpen 13, 14 in Gang gesetzt, wobei die Ventile 19, 20 so eingestellt sind, daß die Masse aus dem Behälter 1 in Umlauf gebracht wird, und zwar einerseits, dem strichpunktierten Weg folgend, vom Anschluß 3' über die Pumpe 13 zur Rückführöffnung 7 am rechten Ende des Mittelteiles 8 in den Raum 11 und andererseits vom Anschluß 3'' über die Pumpe 14, dem strichdoppelpunktierten Weg folgend, zur Rückführöffnung 6 am linken Ende des Mittelteiles 8 in den Raum 12. Die Gesamtmasse wird also bei ständiger Durchmischung und drehenden Schleppscheiben bzw. -ringen permanent von einem Raum in den jeweils anderen Raum transportiert bis der gewünschte homogene Viskositätsgrad erreicht ist. Um das Polymerisat abzuziehen, werden die Ventile 26, 27 so eingestellt, daß die Masse, dem gestrichelten Weg folgend, aus dem Innenraum bzw. den Räumen 11, 12 von den Pumpen 13,14 abgezogen und zum Auslaufanschluß 3 zur Weiterverarbeitung gefördert wird.
Für den kontinuierlichen Betrieb gemäß 4 sind ebenfalls für die Strömungsführungen entsprechende strichpunktierte und gestrichelte Linien benutzt. Hierbei wird zu polymerisierendes Produkt permanent über den Zulaufanschluß 2 in den Behälter 1 eingeführt und entsprechend fertig polymersiertes Produkt Masse durch den Ablaufanschluß permanent abgeführt. Hierbei erfolgt die Produktführung bzw. Produktumwälzung nicht, wie vorbeschrieben, über Kreuz von einem Raum 11 in den anderen Raum 12 und umgekehrt, sondern, partiell gesehen, werden die Massen bei entsprechender Einstellung der Zweiwegeventile 19, 20 in ihren jeweils gleichen Raum zurückgeführt, wobei jedoch der zwangsläufig notwendige kontinuierliche Weitertransport, was noch näher erläutert wird, durch die Durchlaßöffnung 23' in der Trennwand 23 erfolgt. Beim kontinuierlichen Betrieb ist das Ventil 26 teilweise geschlossen und das Ventil 27 ständig auf eine Druckregelungsöffnung so eingestellt, daß zum Einen die Bilanz zwischen zugeführtem und abgeführten (strichelierter Weg) Produkt gewahrt, zum Anderen aber die vorbeschriebene Produktumwälzung auf dem strichdoppelpunktierten Weg aufrechterhalten bleibt.
Wie einleitend vorerwähnt, kann dabei für die Startphase des kontinuierlichen Betriebes bei entsprechenden Ventiumstellungen der Reaktor diskontinuierlich gefahren werden, bis der gewünschte Viskositätsgrad erreicht ist, um dann einfach wiederum bei entsprechender Ventilumstellung in die kontinuierliche Betriebsweise überzugehen, für die dann die Trennwand 23 wieder funktionell wirksam wird, nämlich zum Einen dahingehend, daß es zu keinem oberflächlichen Überschießen zugeführten noch niedrigviskosem Produktes in den Raum 12 kommen kann und zum Anderen zu einer Produktpassage durch den Durchlaß 23' der Trennwand 23.
Bezüglich dieser Trennwand 23 wird auf die 5, 6 verwiesen. 5 zeigt in Verbindung mit einem nur gestrichelt angedeutetem benachbarten Produktschleppring 5 im Raum 11 schematisch die Trennwand 23 in axialer Ansicht mit ihrem Durchlaß 23' und 6 ebenfalls stark schematisiert im Schnitt und in Draufsicht die Trennwand 23 mit dem benachbarten Schleppring 5, der rundum mit schräg gestellten Schiebern 5' bestückt ist, die beim Vorbeistreichen am Durchlaß 23' in gestrichelter Pfeilrichtung P die dort befindlichen Masseteile durch den Durchlaß 23' in den Raum 12 drücken. Es ist aber auch möglich, am Folgering im Raum 12 entgegengesetzt orientierte Räumschieber anzuordnen oder beides in Kombination vorzusehen.
Um einer Verkohlungen des Produktes im Bereich der Behälterendwände 9, 10 entgegenzuwirken, ist ferner eine Ausbildung des Reaktors dahingehend vorgesehen, daß die Behälterendwände 9, 10 als separate, thermostatgeregelt sequentiell beschickbare Heizmediumsführungen ausgebildet sind, was nicht besonders dargestellt ist, da ohne weiteres vorstellbar. Die hohl als Heizmediumsführungen ausgebildeten Wände 9,10 stellen also von der Heizmediumsführung des Behältermantels getrennte Räume mit Vor- und Rücklaufanschlüssen dar, und werden, jeweils von einem Temperatursensor gesteuert, so sequenziell mit Heimedium versorgt, daß sich bezogen auf die Polymerisationstemperatur im Reaktor (bspw. 280°C) in diesem Bereich eine Temperaturabsenkung in der Größenordnung von 20 bis 30°C einstellt.

Claims

Polymerisationsreaktor, bestehend aus einem mit seiner Längsachse horizontal orientierten, außen beheizbaren, stationären Behälter (1) mit Produktzu- und -auslaßanschlüssen (2, 3) und Produktrückführanschlüssen (6, 7) für das zu polymerisierende Produkt und aus einer drehbaren Welle (4), an der zum Umwälzen des Produktes im mit oberem Brüdenabzug (1') versehenen Behälter (1) mehrere ringförmige Produkt-Schleppscheiben (5) angeordnet sind, wobei die Rückführanschlüsse (6, 7) über eine Rückführleitung (18) mit einer pumpenbestückten, vom Auslaßanschluß (3) abgehenden Leitung (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Behälters (1) durch zwei axial distanzierte, oberhalb der Welle (4) und über dem maximalen Füllstandsniveau (N) angeordnete Produktrückführöffnungen (6,7) ein mit einer mittigen, einen unteren Durchlaß (23') aufweisenden Trennwand (23) versehenes Mittelteil (8) definiert ist, an das sich beidseitig zu den Behälterendwänden (9,10) hin ein Zulaufraum (11) mit dem Produktzulaufanschluß (2) und ein Auslaufraum (12) mit Produktauslaufanschluß (13) anschließen, daß unten im Zulauf- und im Auslaufraum (11, 12) neben den Behälterendwänden (9,10) zu je einer Pumpe (13, 14) führende Produktablaufanschlüsse (15, 16) angeordnet sind, welche Pumpen (13, 14) druckseitig sowohl mit den Produktrückführöffnungen (6, 7) als auch dem Auslaßanschluß (3) verbunden sind, daß die von den Pumpen (13, 14) zu den Produktrückführöffnungen (6, 7) führenden Leitungen (17, 18) zwecks wahlweiser Umschaltung des Reaktors auf kontinuierliche oder diskontinuierliche Betriebsweise jeweils mit einem Dreiwegeventil (19, 20) bestückt sind, wobei vom jeweils zweiten Abgang (21) der Ventile (19, 20) ein Leitungsstrang (22) in die jeweils andere Leitung (17, 18) führt und daß im zum Produktauslaß (3) führenden Leitungsstrang (24) vor und hinter dem druckseitigen Leitungsanschluß (25) der auslaßseitigen Pumpe (14) je ein Dreiwegeventil (26, 27) angeordnet ist.
Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf- und der Auslaufraum (11, 12) in Form sich an das zylindrische Mittelteil (8) anschließender, zu den Behälterendwänden (9,10) hin divergierender Kegelstümpfe (30) ausgebildet sind.
Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Längen (L) des Mittelteiles (8) und der Räume (11, 12) sich im Wesentlichen entsprechend bemessen sind.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Behälterendwände (9, 10) als separate thermostatgeregelt sequentiell beschickbare Heizmediumsführungen ausgebildet sind.
Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens am der Trennwand (23) im Raum (11) benachbarten Schleppring (5) ringsum schräg gestellte, zwecks Masseförderung vom Raum (11) in den Raum (12) Schieber (5') angeordnet sind.