DE2002576A1

DE2002576A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polyamiden und Polyestern

Info

Publication number: DE2002576A1
Application number: DE19702002576
Authority: DE
Inventors: Schneller Dipl-Ing Heinz; Ryffel Dr-Chem Kaspar
Original assignee: Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung
Current assignee: Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung
Priority date: 1969-01-24
Filing date: 1970-01-21
Publication date: 1970-07-30
Also published as: RO56025A; FI51817B; FI51817C; IE33700B1; GB1285241A; JPS4912355B1; AT306372B; PL82982B1; YU14370A; FR2029072A1; IL33756A0; BG25379A3; US3647758A; ES375773A1; CH521400A; CS161869B2; DE2002576B2; IL33756A; DE2002576C3; NL7000919A

Description

INVENTA AG für Forschung und Patentverwertung, ZUrich/Sehweiz

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Polyamiden und Polyestern .

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Polyamiden und Polyestern sowie die zur Durchführungdieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Bekanntlich sind der Baum-Zeit-Ausbeute bei Polymerisationsreaktionen in Reaktoren Grenzen gesetzt, da sich die Reaktoren nicht beliebig vergrössern lassen. Hit zunehmender Grosse der Reaktoren wird es immer schwieriger, die Reaktionsmasse gleichmässig durch die ganze Reaktorbreite strömen zu lassen und die frei werdende Reaktionswärme aus der durchströmenden Masse abzuführen. Somit kann beispielsweise ein Strom durch die Mitte des Reaktors fliessen, während

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die Reaktionsmasse in der Bandsone des Reaktors nahezu unbeweglich bleibt. Somit bilden sich im Reaktor ungünstige !Tempera tür- und Geschwindigkeitsprofile aus. Infolge dieser hydrodynamischen und thermischen Besonderheit wird eine isotherme Reaktionsführung, die eine der Hauptvoraussetaimgen für die erfolgreiche exotherme Polymerisation ist, mit zunehmender Reaktorgrösse, insbesondere mit annehmendem Reaktordurchmesser immer problematischer und schliesslich überhaupt unmöglich. Man hat bei konventionellen Reaktoren diesen Nachteil dadurch zu vermeiden oder wenigstens ssu vermindern gesucht, dass man die Seaperatur des eintretenden Reaktionsmassenstromes verhältnismSssig tief gehalten hat. Dies hat den Nachteil, dass ein feil des Reaktorvolumens dazu verwendet werden muss, um die Reaktionsmasse auf die Polymerisationstemperatur aufzuheizen, was bedeutet, dass die Raum-Zeit-Ausbeute vermindert wird. Hierbei ist zu bemerken, dass herkömmliche Reaktoren von aus sen her beheizt werden müssen, z.B. mittels Diphyldampfheizung. Sin weiterer Nachteil besteht darin, dass örtliche Temperaturunterschiede kaum zu vermeiden sind und deshalb kältere Stromanteile, vor allem im Zentrum des Reaktors, wegen Dichte- und Viskositätsunterschieden durchbrechen. Somit bildet eich ein ungleichmassiges und deshalb ungünstiges Strömungsprofil mit unterschiedlichen Verweilzeiten des Materials aus, wobei susätE-lich noch die Gefahr einer sackvermischuiig besteht. Das Resultat davon ist ein ungleichmSseiger Polymerisationsgrad, d.h. eine Qualitätseinbusse des Endproduktes.

Vm dies zu vermeiden, hat man verschiedene Maßnahmen vorzuschlagen. So hat man den Strom der Reaktlonsmaasen verkleinert. Dies hat aber zwangsläufig zu einer Verminderung der Raum-Zeit-Ausbeute geführt. Auch wurden in den Reaktor quer

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tinuierliche Herstellung von Polylaotarnen, insbesondere Polyoaprolactam und Polylaurinlactarn, aus den entsprechenden Monomeren.

Sie erfindungsgemäsae Vorrichtung ist vorteilhaft derart konstruiert, dass das in das Oefäes hineinragende Rohr als wendeiförmige Rohrschlange ausgebildet ist, und das Gefäee ein einseitig verschlossenes eylinderförmiges Bohr, das mit einem EntlUftungshahn versehen sein kann, darstellt.

φ Torteilhaft lässt man den Strom der Ausgangsstoffe vor dem Eintritt in die erfindungsgemässe Vorrichtung durch einen Vorheieer fliessen, wo er auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt wird. Diese Temperatur liegt je nach Ausgangsstoff 30 - 80⁰C unterhalb der Polymerisationstemperatur des Ausgangsstoffes. Ib der wendeiförmigen Rohrschlange wird der Ausgangsstoff dann auf die Polymerisationstemperatur aufgeheizt. Die dazu nötige Wärme wird dem die Rohrschlange umgebenden und das befass ausfüllenden Raaktionamassenstrom entsogen, Mn erreicht somit eine auf der ganssen länge des Rohree konstante Polymerisationstemperatur.

Ia der beigefügten Zeichnung ist eine besondere Auefühxunga- W fom der erfindungsgemässen Vorrichtung beispielhaft dargestellt. Diese besteht aus einem Vorheiser 1, an dessen eisern Ende eine Pumpe ? und an dessen anderen End· «in wttrmeisoliertes Rohr 2 angebracht ist, welches in das eine Sude das rohrförmigen, an seiner Auesenwand isolierten und BdLt einer Heizvorrichtung 9 versehenen Gefäsaes 6 einmün det. Dieses Sef&ss umechliesst das einmündende Rohr 2 dioh- tend und beeitet einen Sntltlftungehahn 13 In der 1Mb· der Äiaaöndung des Rohres 2 und an seinem anderen Btode eine vereohlieeebare Austrittaöffnung 5. 2>ae Rohr 2 führt bi* ni

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anderen Ende des Gefässes 6, nahe der Austrittsöffnung 5, und geht dort in ©ine wendeiförmige Rohrschlange 3 über, welche sich, um das RoIo= 2 herurawindend, zum Gefässende, an welchem das .Rohr 2 in das ßefäss 6 einmündet, führt und dort in der Öffnung 4 ausläuft. Die Pumpe 1- pumpt aus einem (hier nicht eingezeichneten) Vorratsgefäss heraus die Ausgangsstoffe in Pfeilrichtung, bei geschlossenem EntlUftüngshahn 15 und geöffneter Austrittsöffnung 5, durch die ganze Vorrichtung. Die Endprodukte werden an der Austrittsöffnung 5 (die mit dem Schieber 14 abgeschlossen werden kann) abgezogen. .

Der Entlüftungehahn 13 wird nur bei einer Reaktion geöffnet, bei der gasförmige Abspaltprodukte, wie Wasser, Alkohole etc, entstehen. Da aber, wie erwähnt, in erster Linie Polycaprolactam und -laurinlactam hergestellt werden sollen, bei denen bekanntlich keine Abspaltprodukte entstehen, bleibt der Entlüftungshahn während der Reaktion geschlossen. Er wird nur zum einmaligen Auffüllen des Reaktors mit dem vorgehe I a ten Ausgangsstoff beim "Anfahren" der Reaktion und gegebenenfalls beim Entleeren desselben, z.B. bei etwaigen Betriebsunterbrechungen, geöffnet. Auch die Heizung 9 wird nur während der Anfahrperiode in Betrieb gesetzt. Ist die kontinuierliche Herstellung von - insbesondere Oapro- und Laurinlactam - einmal im Fluss, so reicht die Reaktionswärme (die Reaktion ist ja exotherm) aus, um T. die temperatur der aus dem Vorwärmer 1 kommenden Ausgangsstoffe auf die Polymerisationstemperatur zu bringen und 2. die Polymerisationstemperatur, die im Palle von Oaprolaotam bei ca. 260⁰O liegt, aufrecht zu erhalten, was bis jetzt noch nie durchgeführt wurde und als erheblicher technischer Fortschritt zu werten ist. Die Konstruktion der Apparatur gewährleistet einwandfreie isotherme und strömungstechnische Bedingungen.

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- 6 Die Vorteile des erfindungsgemässexi Verfahrens sind folgende;

1. Bereits bestehende PolymerisatioEsreaktoren können zur Erzielung wesentlich höherer Durchsätze (grösaere Baum-Zeit" Aus heu te) durch relativ eintrohe und billige Mittel umgebaut werden.

2. Die Xemp^r^tiuiffQiEUD? im Reaktor wird verbessert. Der Einbau mehrerer Heizzonen :aä von Lochbleehen, wie vorstehend beschrieben, wird hinfällig, was einer Verbilligung der Reaktorkosten gleichkommt (die im folgenden Beispiel erwähnte Heizung ist nur für die Anfahrperiode wünschenswert, jedoch selbst hier nicht unbedingt erforderlich),

3. Der Bau von Reaktoren wird verbilligt, da bei gleichem Durchsatz kleinere Seaktorvolimlaa nötig sind« ferner steht einer weiteren Vergröaserung des Seaktorvolumens nichts im Wege,

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung:

Beispiel

Durch die Leitung 8 werden mittels der Pumpe 7 1500 kg pro !Pag monomeres Caprolactam, enthaltend 0,5 # Wasser als Polymerisationskatalysator, in den Vorheiner 1 eingepumpt. Im Vorheizer wird das Caprolactam auf eine temperatur von 200⁹C aufgeheizt und flieset durch das wärmeisoliexte Rohr 2 und die Rohrschlange 3 und aus der Öffnung 4 der letzteren heraus„ und zwar in das rohrförmig«_f mit einer Diphy!heizung geheizte öefäss 6, dessen Austritts öffnung 5 geaahloseen und de >sen Ent-· lUftungehahn 13 offen 1st. Die Länge das uefässes 6 beträgt 950 on, sein Durchmesser 42 cm. Hie Rohrschlange 3 hat einen Aueeendurohmesser vofi 3»8 cm, eis«» Innendurchmesser von 3»4

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(10 * Temperaturregler» 11

Iempöyatur--iiessi2is1ariMäe3iit, 12'« BampfrögeXireatil,)» sieh äas mittels M^iylteianmg $ auf 260⁰O gefeeizte €©fäse 6 mit dem av.fgelieiz-ten Gaproiactam aufgefüllt hat» wird 8>. 10 Stimäen. gleiehaeitig der SntlUf timgefeslm 13 sm_f .'-die Äußtrittsöffnimg 5 geöffnet uöö Me Heizimg S steXlt, woaraixf ä»2? Helsratiffi 9 jjeia³* wänaeisolies*6ad Iu Äer geijzeü TösrrißhtiHjg iierrscJbtt äetst ein Druck

Somit' i-^s* ftte ^BfahrperioSe» albgesehXoBseii^ und aatz vrirS: mmmelir -.auf.-1350 &g ^2?o Slag ire27a?i»ge3?t«

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g Bolyae-arisat;!?! 98 ^igea? Sehwöfelsäürö). Ms ?ait^r fasser-\,

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Claims

- 8 Patentansprüche

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Polyamiden und Polyestern durch Polymerisation der entsprechenden Monomeren oder deren Vorkondensaten in Gegenwart von Polymerisationskatalysatoren; dadurch gekennzeichnet, dass man das auf mindestens 10O⁰C, jedoch noch unterhalb seiner Polymerisationstemperatur aufgeheizte Monomere bzw. dessen Torkondensat durch eine Vorrichtung fllessen lässt, bzw. durchpumpt» die aus einem Hohr besteht, welches derart in ein einseitig verschlossenes Sefäse ragt, dass die öffnung dieses Eohres nahe der verschlossenen Seite und somit am entgegengesetzten Snde der Austrittsöffnung dieses (Jefässes liegt, wobei dieses Gefäss mit dem auf die Polymerieationstemperatcir erhitzten Monomere« "bzw. dessen Yorkondenaat aufgefüllt ist, und asßciiliessöcd dae Polymere an der Austritteöffnung dieses uefSeeas abzieht,

2. Verfahren nach Anspruch. 1_ä- dadurch gekennzeichnet, dass man Polyamid© aus den entsprechenden Monomeren oder deren Vorkondensaten herstellt,

5. Verfahre» nach .4ssepru.cn 1 « 2* dadurch gekennzeichnet, Ü&B& ims Belj'oaprolaeiaa oder Pülylaurlnlactam aus den ent-

hersteilt,

4. Verfahrön aaeli Anspruch 1 -* 3_S dadurch gekennzeichnet, dasa vmn eise Vorrichtung verwendet, ta der aas in das Gefäsß biseisragende Bohr als wendelförmige Eohrschlange aue gQbildet Ikt und das Gefäse eis einaeitig verschlossenes ayljjnderförmlgee Bolir» das mit einem Ifetlüftungehahn v©rsehas sein kann, darβteilt.-

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5. Verfahren nach Anspruch 1 ~ 4« dadurch gekennzeichnet, dass man das Monomere bsw. dessen Vorkondensat rait einem Vorwärmer vorheizt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 - 5 ? dadurch gekennseichnet> dass man mittels einer Pumpe (7) Oaprolactam in den Vorheizer (1) pumptj, dort auf ©ine 2emperatur von 200⁰G aufheizt» dann dasselbe durch das wärmeisolierte Eohr C2) und die wendeiförmige Rohrschlange (3) und durch deren Öffnung (4) in das Gefäss (6), das nach aussen wärmeisoliert ist, einpumpt, wobei das Gefäss mit dem auf 26Ö°0 aufgeheizten oaprolactam bsw. dessen Yorkondensat gefüllt ist, und an der Austrittsöffnung (5) das Polycaprolactarn abzieht.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 -.6p. gekennzeichnet durch ein Rohr_f welches derart in ein einseitig verschlossenes Gefäss ragt, dass die öffnung dieses Rohres nahe der verschlossenen Seite und somit am entgegengesetzten Ende der Außtrittsöffnung des Gefässes liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnft» dass das in das Gefäss hineinragende Eohr als wendeiförmige Bohrschlange ausgebildet ist und das Gefäss ein einseitig Y@r~ schlossenas zylinderförmlges Rohr, das mit einem Entltiftungshaha versehen sein kann_; darstellt, und dessen Austrittsöffnung nicht grosser als di© öffnung der Rohrschlange ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 - 8» dadurch gekennseichnet, dass ihr ein Vorheizer vorgeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7~9, gekennzeichnet durch einen Vorheizer (1), an dessen einem Ende eise Pumpe (7) und an deeeen anderem Ende ein wärmeisoliertes Rohr (2) angebracht

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ist, welches in das eine Ende des rohrförmigen, an seiner Aussenwand isolierten und mit einer Heizvorrichtung (9) versehenen Gefässes (6) einmündet, wobei dieses Gefäss das einmündende Rohr (2) dichtend umsehliesst und einen Entlüftungshahn (15) in der lähe der Einmündung dee Rohres (2) und an seinem anderen Ende eine verschliessbare Auetrittsöffnung (5) 1?" ritzt, und wobei das Rohr (2) bis zum anderen Ende $®s -}Sfi.i,j&^e (6), nahe der Austrittsöffnung (5) führt und dort ii* eine wendeiförmige Rohrschlange (5) übergeht _t welche sich, um das Rohr (2) herumwindend, an das Gefässende, an welchem das Rohr (2) in das Gefäss (6) einmündet, führt und dort in der Öffnung (4) ausläuft, und wobei die Pumpe (7) aus einem Yorratsgefäss heraus die Ausgangsstoffe in Pfeilrichtung, bei geschlossenem Entlüftungshahn (13) und bei geöffneter Austritts öffnung (5) duroh die ganze Vorrichtung pumpt und die Endprodukte an der Austritts öffnung (5) abgezogen werden.

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