Verfahren zur Herstellung von hochviskosen oder hochstabilisierten Polykondensaten und entmonomerisiertem PA6 Process for the production of highly viscous or highly stabilized polycondensates and demonomerized PA6
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hochviskosen oder hochstabilisierten Polykondensaten und entmonomerisiertem PA6 der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing highly viscous or highly stabilized polycondensates and demonomerized PA6 of the type mentioned in the preamble of claim 1 and to an apparatus for carrying out the method.
Für die Polykondensation ist es zur Erhöhung der Viskosität bekannt, eine Entgasung in Doppelschneckenextrudem durchzuführen. Derartige Doppelschneckenextruder stellen jedoch aufwendige und verschleißanfällige Bauteile dar, und das Ausmaß der hiermit erreichbaren Entgasung ist begrenzt.For polycondensation, it is known to increase the viscosity by performing degassing in twin-screw extruders. However, such twin-screw extruders represent complex and wear-prone components, and the extent of the degassing that can be achieved with them is limited.
Ebenso ist es bekannt, Nachkondensationsverfahren in annähernd horizontal angeordneten Nachkondensatoren durchzuführen. Dabei wird die Polykondensationsschmelze laufend aus einem Niveau durch sich drehende innere mechanische Vorrichtungen der oberhalb des Schmelzeniveaus befindlichen Atmosphäre ausgesetzt und so entgast. Das entgaste Produkt wird nach außen abgeführt. Bei diesem Verfahren ist jedoch keine ausreichende exakte Produktverweilzeit gesichert, wodurch Qualitätseinbußen des fertigen Polykondensates eintreten. Auf keinen Fall wird das chemische Gleichgewicht am Ende der Polykondensation eingestellt. Im übrigen sind die dafür verwendeten Vorrichtungen kompliziert, insbesondere die Abdichtung zur Außenatmosphäre ist ein nicht ausreichend gelöstes Problem, wodurch sauerstoffanfällige Polykondensate geschädigt werden.It is also known to carry out post-condensation processes in post-condensers arranged approximately horizontally. The polycondensation melt is continuously exposed from one level to the atmosphere above the melt level by rotating internal mechanical devices and thus degassed. The degassed product is discharged to the outside. However, this method does not ensure a sufficient exact product dwell time, as a result of which the quality of the finished polycondensate is reduced. Under no circumstances will the chemical equilibrium be set at the end of the polycondensation. In addition, the devices used for this are complicated, in particular the sealing to the outside atmosphere is a problem which is not adequately solved, as a result of which oxygen-sensitive polycondensates are damaged.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, das bzw. diebei geringem Aufwand eine starke Erhöhung der Viskosität ermöglicht.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned and an apparatus for carrying out the method, which or with little effort enables a strong increase in viscosity.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in claims 1 and 4, respectively.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus denAdvantageous refinements and developments of the invention result from the
Unteransprüchen.
Durch die Zurückspeisung eines Teils der am unteren Ende der vertikal angeordneten Reaktionsstufe befindlichen Polykondensatschmelze und damit ein Umpumpen eines Teils dieser Schmelze wird in einfacher Weise eine Erhöhung der Viskosität und/oder eine Laktamreduzierung erreicht, da die Schmelze mehrmals über einen Bereich mit intensiver Entgasung geleitet wird, um Polykondensationsabprodukte wirksam zu entfernen. Die Verweilzeit in der Reaktionsstufe wird dabei jeweils zur Erreichung des chemischen Polykondensatgleichgewichts eingestellt, damit ausreichend Polykonden- satabprodukt nachgebildet und im Entgasungsraum oberhalb des Schmelzeniveaus entfernt werden kann. Die Entfernung des Polykondensatabprodukts kann mittelsDependent claims. By feeding back part of the polycondensate melt located at the lower end of the vertically arranged reaction stage and thus pumping around part of this melt, an increase in viscosity and / or a lactam reduction is achieved in a simple manner, since the melt is passed several times over an area with intensive degassing to effectively remove polycondensation wastes. The residence time in the reaction stage is adjusted in each case in order to achieve the chemical polycondensate equilibrium so that sufficient polycondensation product can be simulated and removed in the degassing space above the melt level. Removal of the polycondensate product can be done using
Inertgas oder im Vakuum erfolgen.Inert gas or in a vacuum.
Am Zusammenfluß von Polykondensat aus der Vorstufe und aus der Rückführung entsteht ein nicht im chemischen Gleichgewicht befindliches Polykondensat, da die Menge des Abproduktreaktionspartners sich unterhalb des chemischen Gleichgewichts des Vorstufenpolykondensats einstellt. Hier findet deshalb eine Polykondensations- reaktion statt. Die Viskosität der Polykondensationsschmelze steigt demzufolge nach dem Zusammenfluß nicht nur wegen der Mischung an, sondern auch weil eine Polykondensationsreaktion stattfindet, sofern ausreichend Verweilzeit direkt nach dem Zusammenfluß zur Verfügung steht. Es kann deshalb von Vorteil sein, durchAt the confluence of the polycondensate from the precursor and from the recycle, a polycondensate which is not in chemical equilibrium is formed, since the amount of the product reaction partner is below the chemical equilibrium of the precursor polycondensate. A polycondensation reaction therefore takes place here. The viscosity of the polycondensation melt consequently increases after the confluence not only because of the mixture, but also because a polycondensation reaction takes place, provided there is sufficient dwell time directly after the confluence. It can therefore be beneficial to
Rohrerweiterung nach dem Zusammenfluß bis zur Nachkondensationsreaktionsstufe zusätzliche Verweilzeit zu schaffen.Pipe extension after the confluence to the post-condensation reaction stage to create additional residence time.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt, die eine bevorzugte Ausführungsform der Reaktionsstufe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.An embodiment of the invention is shown in the accompanying drawing, which shows a preferred embodiment of the reaction stage for performing the method according to the invention.
Die in der Zeichnung gezeigte Reaktionsstufe umfaßt einen vertikalen Reaktor 1 , der am oberen Ende eine Einlaßleitung 7 zur Zuführung der von einer Vorstufe gelieferten Polykondensatschmelze aufweist, wobei im Verlauf der Zuführungsleitung 7 eineThe reaction stage shown in the drawing comprises a vertical reactor 1 which has an inlet line 7 at the upper end for supplying the polycondensate melt supplied by a preliminary stage, with one in the course of the supply line 7
Pumpe P1 angeordnet sein kann.Pump P1 can be arranged.
In dem Reaktor 1 sind oberflächenvergrößemde Elemente 3 angeordnet, über denen ein Verteiler 2 zur Zuführung der Polykondensatschmelze an die Elemente 3 angeordnet ist, dessen Eingang mit der Einlaßleitung 7 verbunden ist.
Am unteren Ende des Reaktors 1 sind zwei in Reihe geschaltete Dosiereinrichtungen P2, P3, beispielsweise in Form von steuerbaren Pumpen, angebaut, zwischen denen ein Ende einer Rückführleitung 6 angeschlossen ist, deren anderes Ende mit dem Eingang des Verteilers 2 verbunden ist, wobei diese Verbindung vorzugsweise auch an einer Verbindungsstelle 9 mit der Einlaßleitung erfolgen kann. Die in Austritts-In the reactor 1, surface-enlarging elements 3 are arranged, above which a distributor 2 for supplying the polycondensate melt to the elements 3 is arranged, the inlet of which is connected to the inlet line 7. At the lower end of the reactor 1 there are two metering devices P2, P3 connected in series, for example in the form of controllable pumps, between which one end of a return line 6 is connected, the other end of which is connected to the inlet of the distributor 2, this connection can preferably also take place at a connection point 9 with the inlet line. The in exit
Strömungsrichtung hintere Dosiereinrichtung P3 könnte auch durch ein Regelventil gebildet sein.Flow direction rear metering device P3 could also be formed by a control valve.
Nach der Verbindungsstelle 9 ist es zweckmäßig, in die Einlaßleitung einen statischen Mischer 10 einzusetzen und den statischen Mischer 10 einschließlich der Leitung nach dem statischen Mischer 10 bis maximal zum Verteiler 2 so zu dimensionieren, daß die Verweilzeit für einen Viskositätsanstieg durch Polykondensation ansteigt. Die Querschnittsfläche der Leitung 7 nach der Verbindungsstelle 9 ist deshalb größer als die Summe der Querschnitte der Leitung 7 vor der Verbindungsstelle 9 plus dem Querschnitt der Rückführleitung 6.After the connection point 9, it is expedient to use a static mixer 10 in the inlet line and to dimension the static mixer 10 including the line after the static mixer 10 up to a maximum of the distributor 2 such that the residence time for a viscosity increase due to polycondensation increases. The cross-sectional area of the line 7 after the connection point 9 is therefore larger than the sum of the cross sections of the line 7 before the connection point 9 plus the cross section of the return line 6.
Es ist auch möglich, nach der Verbindungsstelle 9 noch einen (nicht gezeigten) Reaktor einzubauen, der vollständig mit Polykondensat gefüllt ist und von der Verbindungsstelle 10 bis zum Eintritt in die Polykondensationsstufe von dem Produkt durchströmt wird. Die Einlaßleitung 7 am Reaktoraustrag endet dann vor dem VerteilerIt is also possible to install a reactor (not shown) after the connection point 9, which is completely filled with polycondensate and through which the product flows through the connection point 10 until it enters the polycondensation stage. The inlet line 7 at the reactor discharge then ends before the distributor
2 und ist mit beliebigem Durchmesser in den Verteiler 2 eingebunden.2 and is integrated with any diameter in the distributor 2.
Der Reaktor 1 weist weiterhin am oberen Ende mindestens einen Gasaustritt 4 und im Sumpf eine Niveaumeßeinrichtung 5 auf, deren Ausgangssignal zur Steuerung der Dosiereinrichtung P3 oder alternativ auch der Pumpe P1 verwendet werden kann.The reactor 1 further has at least one gas outlet 4 at the upper end and a level measuring device 5 in the sump, the output signal of which can be used to control the metering device P3 or alternatively the pump P1.
Die Rückführleitung 6 ermöglicht die Zurückspeisung eines Teils der am unteren Ende des Reaktors 1 befindlichen Polykondensatschmelze umd damit ein Umpumpen eines Teils dieser Schmelze, wodurch in einfacher Weise eine Erhöhung der Viskosität und/oder eine Laktamreduzierung erreicht wird, da die Schmelze mehrmals über die oberflächenvergrößernden Elemente 3 geleitet und intensiv entgast wird.um Polykon- densationsabprodukte wirksam zu entfernen. Die Verweilzeit in dem Reaktor 1 wird dabei jeweils zur Erreichung des chemischen Polykondensatgleichgewichts und/oder im Fall der Produktion von PA 6-Polykondensat bzw. Copolyamidpolykondensaten auf der Basis von PA 6 zur Erreichung einer Laktamreduzierung eingestellt, damit ausreichend Polykondensatabprodukt nachgebildet und im Entgasungsraum oberhalb
des Schmelzeniveaus über den Gasaustritt 4 entfernt werden kann.The return line 6 enables a portion of the polycondensate melt located at the lower end of the reactor 1 to be recirculated and thus a portion of this melt to be pumped around, thereby increasing the viscosity and / or reducing the lactam in a simple manner since the melt is repeated several times via the surface-enlarging elements 3 is conducted and degassed intensively to effectively remove polycondensation waste products. The residence time in the reactor 1 is set to achieve the chemical polycondensate equilibrium and / or in the case of the production of PA 6 polycondensate or copolyamide polycondensates based on PA 6 to achieve a reduction in lactam, so that sufficient polycondensate product is simulated and in the degassing space above of the melt level can be removed via the gas outlet 4.
Die Entfernung des Polykondensatabprodukts kann mittels Einleitung eines Inertgases über eine Leitung 8 in die Nähe der Oberfläche der Schmelze oder im Vakuum erfolgen.The polycondensate product can be removed by introducing an inert gas via a line 8 into the vicinity of the surface of the melt or in a vacuum.
Für eine Polykondensation zur Erhöhung der Viskosität kann die Verweilzeit der Schmelze in dem Reaktor 3 Stunden betragen, wobei als Beispiel eine Umpumpmenge von 50% des Durchsatzes durch den Reaktor 1 über die Steuerung der Dosiereinrichtungen P2, P3 eingestellt werden kann. Hierbei sollte dasFor a polycondensation to increase the viscosity, the residence time of the melt in the reactor can be 3 hours, with a pumped amount of 50% of the throughput through the reactor 1 being able to be set via the control of the metering devices P2, P3 as an example. Here, that should
Nutzvolumen über eine Erhöhung des durch die Niveaumeßeinrichtung 5 gemessenen Füllstandes um 50% erhöht werden.Useful volume can be increased by an increase of the fill level measured by the level measuring device 5 by 50%.
Zur Gewinnung von höher stabilisiertem Polykondensat können Stabilisatoren in der Vorstufe zugesetzt werden.Stabilizers can be added in the preliminary stage to obtain more stabilized polycondensate.
Wenn das Verfahren zur Entlactamisierung von PA6 verwendet wird, wird das Niveau nicht angehoben, und es kann durch Umpumpen von 100% des Durchsatzes eine Lactamreduzierung von etwa 4,5% erreicht werden.When the PA6 deactamization process is used, the level is not raised and about 4.5% lactam reduction can be achieved by pumping 100% of the throughput.
Der Gasaustritt 4 kann mit nur schematisch angedeuteten Einrichtungen zur Rückgewinnung von Monomerem, des Inertgases und Wasser verbunden sein.
The gas outlet 4 can be connected to devices for the recovery of monomer, the inert gas and water, which are only indicated schematically.