DE1189271B - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Polyestern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C08g

Deutsche Kl.: 39 c -16

Nummer: 1189 271

Aktenzeichen: F 36779IV d/39 c

Anmeldetag: 11. Mai 1962

Auslegetag: 18. März 1965

Die bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Poly-(äthylenglykolterephthalat) werden unter Verwendung von mehreren getrennten Apparaturen durchgeführt, von denen die erste, ein Rührkessel oder eine den bekannten Fraktionierkolonnen ähnliche Einrichtung, der Umesterung dient. Die zweite und die folgende Apparatur dienen der eigentlichen Polykondensation. Zur ersten Stufe der Kondensation werden mit Rührwerk versehene Vorrichtungen oder auch Bodenkolonnen verwendet. Für die folgende Stufe der Kondensation, die sogenannte Hauptkondensation, werden Dünnschichtverdampfer bevorzugt, in denen das Reaktionsgemisch in dünnen Schichten verteilt wird. So wurden zur Hauptkondensation bereits Vorrichtungen verwendet, die nach Art der Dünnschicht- bzw. Fallfilmverdampfer gebaut sind. Weiterhin wurden Vorrichtungen verwendet, in denen der flüssige Massestrom durch Wehre in Stufen angestaut oder gekammert wird.

Die drei Verfahrensschritte unterscheiden sich nicht nur in bezug auf die vorzugsweise verwendeten Apparate, sondern auch hinsichtlich der physikalischen Bedingungen, wie Druck und Temperatur, unter denen sie ablaufen, und insbesondere auch hinsichtlich der Fließeigenschaften des durchgesetzten Gemisches.

Die Förderung des reagierenden, flüssigen Gemisches von der einen Apparatur zur folgenden geschieht über Leitungen mittels mechanisch angetriebener Hilfsmittel, wie Zahnrad- oder Membranpumpen.

Die Verwendung von besonderen Apparaturen für jeden Verfahrensschritt bietet zwar die Möglichkeit einer guten Anpassung der Apparaturen an den Ablauf des einzelnen Verfahrensschrittes, doch ist damit ein schwerwiegender Nachteil verbunden. Die vielen Dichtstellen an Apparaturen, Leitungen und Fördereinrichtungen, insbesondere an den gleitenden Durchtritten der Antriebe für Rührer, Schaber oder Pumpenwellen, begünstigen Lufteinbrüche, die den Weißgrad des Polyesters verändern. Bereits Spuren von Luft bzw. Sauerstoff führen zu Ausschuß oder minderwertigem Produkt. Diesem Nachteil ist selbst durch gründliche personelle oder automatische Überwachung nicht ausreichend zu begegnen. Die Produktion kann damit bestenfalls frühzeitig unterbrochen werden.

Ein weiterer Nachteil derartiger Anlagen besteht darin, daß die Regelung der Mengenströme sowie die Abstimmung der Drücke und Temperaturen auf den ganzen Verfahrensablauf bei so unterschiedlich

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung
von Polyestern

Anmelder:

Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft vormals

Meister Lucius & Brüning, Frankfurt/M.

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Dr. Ditmar Bachmann,

Hof heim (Taunus);

Dipl.-Ing. Helmut Gerstenberg,

Fischbach (Taunus);

Dipl.-Ing. Karlheinz Grafen,

Frankfurt/M.-Höchst;

Dr. Emmerich Päszthory, Hofheim (Taunus),

und Dr. Erwin Schrott, Frankfurt/M.

gestalteten Apparaturen nicht unerhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Es wurde nun gefunden, daß die geschilderten Nachteile durch die Erfindung vermieden werden, die eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polyestern aus Estern der Terephthalsäure oder Isophthalsäure mit niederen einwertigen Alkoholen, besonders Methanol, und Äthylenglykol betrifft, bestehend aus mehreren nebeneinander angeordneten, unabhängig voneinander beheizbaren Kammern, die Wehre enthalten. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kammern (1) eine unterhalb der Wehrüberlaufkante (2) angeordnete regelbare Öffnung (3) zur benachbarten Kammer hin aufweist und daß der oberhalb der Wehre (2) liegende Gasraum (4) jeder Kammer mit je einer Dampffördereinrichtung (5) oder je einer einstellbaren Stufe einer gemeinsamen mehrstufigen Dampffördereinrichtung verbunden ist.

In dieser Vorrichtung können von der Umesterung bis zur Endkondensation alle zur Herstellung des Polyesters erforderlichen Verfahrensschritte in einem Durchgang verwirklicht werden. Es sind keine außenliegenden Einrichtungen zur direkten Förderung der flüssigen Mischung erforderlich. Die Förderung von Kammer zu Kammer erfolgt vielmehr unter dem Überdruck der vorhergehenden gegenüber der folgenden über die Öffnungen der Kammerwände. Dabei kann die Größe der Öffnungen leicht so eingeregelt werden, daß keine Kammer überstaut

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oder zu gering gefüllt wird. Die Zahl der Dichtstellen ist auf ein Minimum beschränkt.

Die Regelung des flüssigen Massestromes im Sinne einer gleichmäßigen Kammerfüllung kann z. B. von Hand nach der Anzeige geeigneter Niveaumeßgeräte erfolgen. Von besonderem Vorteil für Bedienung und Fahrweise ist jedoch, daß die öffnung (3) zwischen zwei Kammern ein Regelorgan (6), wie Schieber, Kegel oder Blende, aufweist, das in Abhängigkeit von der Standhöhe vor der öffnung automatisch verstellbar ist.

Bei einer gemäß dieser Variante ausgebildeten Vorrichtung wird der Durchfluß von Kammer zu Kammer in engen Grenzen konstant auf einer dem Zufluß entsprechenden Höhe gehalten. Der Flüssigkeitsspiegel bleibt auf der eingestellten Höhe, und Gasdurchschläge über die öffnungen sind ausgeschlossen.

Die Regelung der Vorrichtung kann mit bekannten Mitteln in verschiedener Weise ergänzt werden. Beispielsweise kann der Durchsatz bzw. Zulauf in Abhängigkeit von der Endviskosität gesteuert werden, und es kann — was in vieler Hinsicht zweckmäßig ist — die Heizung der Kammern automatisch nach der Viskosität des Reaktionsgemisches in der Kammer geregelt werden.

Der Druckverlauf bzw. die Druckabstufung im Reaktor kann den Erfordernissen des Endproduktes entsprechend eingestellt werden. Die eigentliche Polykondensation wird vorzugsweise bei Drücken durchgeführt, die unter dem Atmosphärendruck liegen. Die Umesterung kann jedoch auch bei Überdrücken erfolgen. Es ist daher besonders zweckmäßig, wenn von den Dampffördereinrichtungen, die den ersten Kammern hinter dem Reaktorzulauf zugeordnet sind, wenigstens die erste bei Drücken betreibbar ist, die über Normaldruck liegen.

Die Umesterung kann jedoch z. B. auch in den beiden ersten Kammern vorgenommen werden; in diesem Fall können wahlweise nur die erste oder beide Kammern bei Überdruck gefahren werden.

Im allgemeinen ist die Unterteilung der Vorrichtung in sieben Kammern ausreichend. Das Reaktionsgehäuse soll wenigstens fünf Kammern aufweisen, von denen mindestens eine, vorzugsweise die letzte, nach dem Reaktorauslauf zu liegende, eine Rühreinrichtung enthält.

In der Zeichnung ist die Vorrichtung der Erfindung in beispielsweiser Ausführung dargestellt.

Die Vorrichtung ist in fünf Kammern 1 unterteilt. Jede Kammer enthält Wehre 2, die teils als Überlaufwehre und teils als Durchflußwehre ausgebildet sind. Die Wehre unterstützen die Durchmischung des Reaktionsgemisches. Benachbarte Kammern sind untereinander nur durch die öffnungen 3, die unter den Wehrlaufkanten angeordnet sind, verbunden.

Die öffnungen 3 sind durch ein Regelorgan 6 verstellbar; sie vermitteln den Flüssigkeitsdurchtritt von Kammer zu Kammer. Der Dampf abzug erfolgt durch Dampffördereinrichtungen 5, z. B. durch Strahlapparate; jeder Kammer ist eine besondere Fördereinrichtung zugeordnet.

Die Regelorgane 6 sind in Abhängigkeit von einer hier nicht gezeichneten Standmeßeinrichtung automatisch verstellbar. Sie vergrößern die öffnung 3 bei steigendem Flüssigkeitsniveau und schließen die öffnung 3 ab, wenn der Flüssigkeitsstand unter die Oberkante der Überlaufwehre fällt.

Die letzte der Kammern 1 enthält eine Rühreinrichtung 7. Die Anwendung einer Rühreinrichtung erlaubt, auf Polykondensationsgrade hinzuarbeiten, bei denen die Fließfähigkeit bereits beträchtlich herabgesetzt ist. In Abweichung von der Darstellung können auch weitere Kammern mit Rührern ausgerüstet werden, wobei die Zwischenwände zur Abstützung abgedichteter Lager benutzt werden können. Um solche Polykondensate besser austragen zu können, kann es, wie hier dargestellt, zweckmäßig sein, im Auslaß 8 eine Schnecke 9 anzuordnen.

Im stationären Betriebszustand der Vorrichtung der Erfindung fließen Dimethylterephthalat bzw. -isophthalat und Äthylenglykol zusammen mit einem Umesterungskatalysator in die erste Kammer 1 ein. Der Differenzdruck zwischen der ersten und der folgenden Kammer drückt das umgeesterte Gemisch in die folgende Kammer. Die öffnung der Zwischenwand läßt — von der Regeleinrichtung gesteuert —

ao nur so viel Gemisch durchtreten, daß zwischen dem letzten Wehr 2 und der Zwischenwand ein Flüssigkeitszustand aufrecherhalten wird, der ausreicht, um einen Gasdurchschlag in die folgende Kammer zu vermeiden. Die in der ersten Kammer entstehenden Dämpfe, vorwiegend Methanol, werden mittels der Fördereinrichtung 5 abgezogen. Zulauf, Mantelheizung 10 und Druck sind so eingestellt, daß die Umesterung beim Durchtritt des Gemisches durch die erste öffnung 3 beendet ist.

In der folgenden Kammer wird überschüssiges Äthylenglykol und etwa restliches Methanol abgetrieben. Nach Zugabe eines Polykondensationskatalysators läuft in den folgenden Kammern die Polykondensation ab. Bei von Kammer zu Kammer fallenden Drücken und steigenden Temperaturen schreitet die Polykondensation fort. Das hochviskose fertige Polykondensat wird am Reaktorauslauf 8 mittels einer Schnecke 9 ausgetragen. Der Ablauf des Verfahrens wird durch Probeentnahme an beliebiger Stelle, z. B. an den Stutzen 11, laufend verfolgt und erforderlichenfalls korrigiert.

Die Vorrichtung der Erfindung bietet neben den erwähnten anordnungsmäßigen Vorteilen die Möglichkeit, das an sich bekannte Verfahren zur Herstellung der Polyester in wirksamer Weise auf jeden gewünschten Polykondensationsgrad hin zu steuern. Die Vorrichtung kann so ausgelegt werden, daß nur eine gleitende Dichtung erforderlich ist, die zudem leicht überwacht werden kann. Die Betätigungsgestänge für die Regelung der Öffnungen 3 sind über Bälge leicht stopfbüchsfrei durch die Wände zu führen. Auch die Standmessung kann unter Vermeidung jeglicher Durchführungsstellen erfolgen, wenn hierzu die an sich bekannten Durchstrahlungsmethoden angewendet werden. Die Dichtungen an den Schußstößen werfen keine Probleme auf. Die Gefahr von Lufteinbrüchen ist also viel geringer als bei den bekannten Vorrichtungen.
Die anfangs gehegten Befürchtungen, daß die Ver-Wendung eines einzigen Reaktors die erforderliche Variationsbreite der einzelnen Verfahrensschritte beeinträchtigen könnte, erwiesen sich als völlig unbegründet.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polyestern aus Estern der Terephthalsäure oder Isophthalsäure mit niederen einwertigen

Alkoholen, besonders Methanol, und Äthylenglykol, bestehend aus mehreren nebeneinander angeordneten, unabhängig voneinander beheizbaren Kammern, die Wehre enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kammern (1) eine unterhalb der Wehrüberlaufkante (2) angeordnete regelbare Öffnung (3) zur benachbarten Kammer hin aufweist und daß der oberhalb der Wehre (2) liegende Gasraum (4) jeder Kammer mit je einer Dampffördereinrichtung (5) oder je einer einstellbaren Stufe einer gemeinsamen mehrstufigen Dampffördereinrichtung verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (3) zwischen zwei Kammern ein Regelorgan (6), wie Schieber, Kegel oder Blende, aufweist, das in Abhängigkeit von der Standhöhe vor der Öffnung automatisch verstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Vorrichtung wenigstens fünf Kammern (1) aufweist, von denen mindestens eine, vorzugsweise die letzte, nach dem Reaktorauslauf zu liegende, eine Rühreinrichtung (7) enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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