DE4002173C3 - Polymerformeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Polymerformeinrichtung zur Montage am Auslaß eines Reaktors einer Anord­ nung zur diskontinuierlichen Herstellung eines Harzpo­ lymers.

Zur Herstellung eines Polymers aus Kunstharz, wie Polyester und Nylon, hat man eine Anordnung der in Fig. 5 veranschaulichten Art verwendet. Zu dieser An­ ordnung gehören ein Polymerisationsreaktor 1, ein mit dem Boden des Reaktors 1 verbundenes Mundstückge­ häuse 2, eine im unteren Teil des Mundstückgehäuses 2 sitzende Mundstück- oder Lochplatte 3 und ein mit ei­ nem Mantel für ein Heizmedium versehenes Ventil 4 in einem mittleren Bereich des Mundstückgehäuses 2.

Die Mundstückplatte 3 kann Polymer gleichförmig verteilen und das Polymer in den Außenraum gelangen lassen, nachdem es in Strangform gebracht, oder ge­ schlitzt oder in eine beliebige andere gewünschte Form gebracht ist. Das Ventil 4 kann während der Polymerisa­ tionsreaktion geschlossen werden, und es läßt sich öff­ nen, wenn das in dem Reaktor 1 befindliche Polymer ausgetragen werden soll.

Bei einem solchen im Chargenbetrieb arbeitenden Reaktor 1 läuft die Polymerisationsreaktion diskontinu­ ierlich ab. Dies ist notwendig, um in dem Reaktor 1 während jedes Reaktionsschrittes ein Vakuum aufrecht­ zuerhalten. Um in dem Reaktor 1 ein Vakuum aufrecht­ zuerhalten, muß das Ventil geschlossen werden.

Das Ventil 4 ist von einem Mantel umgeben, durch den ein Heizmedium zirkulieren kann, und das Ventil 4 kann in den Polymerauslaßkanal in dem Mundstückge­ häuse 2 hinein- und aus diesem Kanal herausbewegt werden. Dies hat notwendigerweise eine Steigerung der Größe und der Länge des Mundstückgehäuses 2 zur Folge. Dadurch wird seinerseits die Polymermenge ver­ größert, die nicht ausgetragen wird. Des weiteren muß der Austragdruck gesteigert werden, weil der Polymer­ auslaßkanal recht lang ist.

Polymer neigt dazu, beim Austragen am unteren Teil der Mundstückplatte 3 anzuhaften. Es ist daher notwen­ dig, eine Abstreifvorrichtung vorzusehen, um das anhaf­ tende Polymer nach dem Austragvorgang abzustreifen. Dies kompliziert den Aufbau der gesamten Anordnung.

Um in dem Reaktor 1 einen Unterdruck aufrechtzuer­ halten, müssen eine Dichtung 5 und eine Abdeckung 6 mit der Unterseite der Mundstückplatte 3 entsprechend Fig. 5 verschraubt werden, unmittelbar nachdem das heiße Polymer ausgetragen wurde, wobei heißes Poly­ mer noch immer heruntertropft. Solche Arbeitsvorgän­ ge bergen nicht nur Gefahren in sich, sondern sie müs­ sen auch unter sehr ungünstigen Bedingungen durchge­ führt werden. Die Arbeitseffizienz ist entsprechend ge­ ring. Es besteht daher seit langem ein Bedürfnis, derarti­ ge Arbeitsbedingungen zu verbessern.

Es ist ferner eine Extrusionsdüse für schmelzflüssige thermoplastische Kunststoffe be­ kannt (DE 28 20 329 C2), die eine Düsenplatte und einen mit Bezug auf die Düsen­ platte drehbaren zylindrischen Stab aufweist. Die dem Stab zugewendete Innenfläche der Düsenplatte ist konkav gekrümmt, wobei ihr Krümmungsradius wesentlich größer als der Krümmungsradius der Stabmantelfläche ist. Von der tiefsten Stelle der Innenflä­ che der Düsenplatte reicht eine Reihe von Bohrungen nach unten zur Düsenplatten- Außenseite. Der Stab weist in seiner Mantelfläche eine in Stablängsrichtung verlau­ fende Kerbe auf, und er ist parallel zu der Bohrungsreihe in geringem Abstand von der Innenfläche der Düsenplatte drehbar angeordnet. Je nach der Drehstellung des Stabes werden die Düsenbohrungen von der Stabmantelfläche verschlossen, oder die Kerbe gibt die Bohrungen frei. Die Kerbe kann abschnittsweise fortschreitend oder alternie­ rend im Abstand der Teilung der Düsenbohrungen oder eines ganzzahligen Vielfachen hiervon in Umfangsrichtung versetzt sein, um Gruppen von nebeneinanderliegenden Bohrungen bei Drehung des Stabes nacheinander zu öffnen oder zu verschließen. Bei dieser bekannten Düse läßt die im Schließzustand erreichbare Abdichtung zu wünschen übrig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Poly­ merformeinrichtung zu schaffen, mit der sich die oben geschilderten Mängel ausräumen lassen, die einen einfa­ chen Aufbau hat und nur wenige Einzelteile erfordert, bei welcher der Polymerauslaßkanal kurz gehalten wer­ den kann und die es gestattet, in dem Reaktor einen beliebigen Druck, insbesondere einen Unterdruck, ein­ wandfrei aufrechtzuerhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Polymerformeinrichtung zur Verwendung bei ei­ nem Polymerisationsreaktor, wobei die Polymerform­ einrichtung ein am Boden des Reaktors montiertes Ge­ häuse mit einem mit dem Reaktorinnenraum in Verbin­ dung stehenden Polymerauslaßkanal, einen am Boden des Gehäuses befestigten Block und ein in dem Block drehbar gelagertes zylindrisches Wellenteil aufweist, in dem ein sich in Längsrichtung des Wellenteils erstrec­ kender, in die Umfangsfläche des Wellenteils einmün­ dender Kanal sowie eine Mehrzahl von in Längsrich­ tung des Wellenteils verteilten, mit dem Kanal in Ver­ bindung stehenden und gleichfalls in die Umfangsfläche des Wellenteils einmündenden Polymerauslässen ausge­ bildet und derart angeordnet sind, daß der Polymeraus­ laßkanal in dem Gehäuse durch Drehen des zylindri­ schen Wellenteils wahlweise geöffnet oder dadurch verschlossen werden kann, daß der Kanal des Wellenteils von dem Polymerauslaßkanal des Gehäuses abgetrennt wird und gleichzeitig die Polymerauslässe von einer Innenumfangsfläche des Blockes verschlossen werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine lotrechte Schnittansicht einer ersten Aus­ führungsform der Polymerformeinrichtung nach der Er­ findung;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht ähnlich Fig. 1, bei wel­ cher das zylindrische Wellenteil in der Schließstellung steht;

Fig. 3 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 1 für eine zwei­ te Ausführungsform der Polymerformeinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 4 eine Teilschnittansicht ähnlich Fig. 2, bei wel­ cher das zylindrische Wellenteil der Einrichtung nach Fig. 3 in seiner Schließstellung veranschaulicht ist; so­ wie

Fig. 5 eine Seitenansicht einer bekannten Polymer­ formeinrichtung.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist ein Mund­ stückgehäuse 12, das mit dem Boden eines Reaktors 11 verbunden ist, mit einem Polymerauslaßkanal 13 verse­ hen, der sich in lotrechter Richtung durch das Gehäuse hindurcherstreckt. Ein Mantel 14 zum Hindurchleiten eines Heizmediums umgibt das Mundstückgehäuse 12.

Das Gehäuse 12 geht in seinem unteren Bereich ein­ stückig in einen Teil 15 mit größerem Durchmesser über, in welchem ein Block 16 mittels Schrauben 17 befestigt ist. In dem Block 16 ist ein sich waagerecht erstreckendes zylindrisches Wellenteil 18 drehbar gela­ gert.

Der Block 16 steht mit dem Polymerauslaßkanal 13 über einen Durchlaß 19 in Verbindung, in welchem ein Verteiler 25 sitzt. Das zylindrische Wellenteil 18 ist der­ art angeordnet, daß sein unterer Abschnitt von der Un­ terseite des Blockes 16 vorsteht. In die Außenumfangs­ fläche des Wellenteils 18 münden ein längsverlaufender Kanal 20 und eine Mehrzahl von Polymerauslässen oder Schlitzen 21 ein, die in Längsrichtung derart verteilt angeordnet sind, daß sie dem Kanal 20 diametral gegen­ überliegen und mit diesem in Verbindung stehen.

Wenn das zylindrische Wellenteil 18 die in Fig. 1 ver­ anschaulichte Stellung einnimmt, in welcher der Kanal 20 mit dem Durchlaß 19 in Verbindung steht, ragen die Polymerauslässe 21 von der Unterseite des Blockes 16 vor, und sie sind zum Außenraum hin offen, so daß das Polymer ausgetragen werden kann.

Wenn die zylindrische Welle 18 von der in Fig. 1 ver­ anschaulichten Stellung ausgehend um 90° gedreht wird, wird der Kanal 20 von dem Durchlaß 19 abge­ trennt und die Polymerauslässe 21 werden von der In­ nenumfangsfläche des Blockes 16 verschlossen. Da­ durch wird verhindert, daß Polymer austritt. Der Block 16 ist in seinem unteren Teil entlang beider Seiten des zylindrischen Wellenteils 18 mit Lippen 22 versehen, um Polymer abzustreifen. Die Lippen 22 haben auch die Aufgabe, eine Polymerdichtung zwischen der Innenflä­ che oder der Spitze der Lippen 22 und der Außenum­ fangsfläche des zylindrischen Wellenteils 18 zu bilden, wenn das Polymer abkühlt und erhärtet.

Die zylindrische Welle 18 ist mit einem axial verlau­ fenden Kanal 23 ausgestattet Luft, ein inaktives Gas oder eine Flüssigkeit werden von außerhalb des Man­ tels 14 kommend in den Kanal 23 eingeleitet und über den Kanal umgewälzt, um die zylindrische Welle 18 zu kühlen.

Der Block 16 weist an beiden Seiten der zylindrischen Welle 18 Durchlässe 24 zum Hindurchleiten eines Heiz­ mediums oder zur Montage von Heizvorrichtungen auf, um erstarrtes Polymer rasch zu schmelzen.

Die zylindrische Welle 18 kann zweckmäßig mittels eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders oder mit Hilfe eines Motors, beispielsweise eines Elektromo­ tors, gedreht werden.

Der Block 16 und die zylindrische Welle 18 können aus einem beliebigen rostfreien Stahl, einer korrosions­ beständigen Sinterlegierung, einer korrosionsbeständi­ gen Aluminiumlegierung, einem keramischen Werk­ stoff, einem wärmebeständigen Spezialkunststoff oder aus einer Kombination dieser Werkstoffe gefertigt sein. Die Oberfläche der zylindrischen Welle 18 kann gehär­ tet werden, indem ein Stellit oder eine Spezialstahllegie­ rung im Sprüh- oder Auftragsschweißverfahren aufge­ bracht werden, indem eine Beschichtung aus einem ke­ ramischen Werkstoff oder einem wärmebeständigen Spezialkunststoff aufgebracht wird, oder indem die Oberfläche in beliebiger anderer Weise plattiert oder überzogen oder einer Metalldiffusionsbehandlung un­ terworfen wird.

Um Polymer auszutragen, wird die zylindrische Welle 18 in die in Fig. 1 veranschaulichte Offenstellung ge­ dreht. Während die zylindrische Welle 18 in dieser Stel­ lung steht, wird kein Kühlmittel in den Kanal 23 einge­ leitet.

Nach dem Austragen des Polymers wird die zylindri­ sche Welle 18 um 90° in die in Fig. 2 dargestellte Schließlage gedreht, um den Polymerauslaßkanal 13 zu sperren. Dann beginnt die nächste Polymerproduktion in dem Reaktor 11.

Die zylindrische Welle 18 und der Block 16 werden in Kontakt miteinander gehalten, um für eine einwandfreie Abdichtung zu sorgen. In diesem Zustand wird ein Kühl­ mittel über den Kanal 23 umgewälzt.

Die zylindrische Welle 18 überzieht sich mit einem dünnen Film aus geschmolzenem Polymer. Dieses Poly­ mer kann unter Bildung einer Abdichtung erhärten, wenn die Temperatur aufgrund der Kühlmittelumwäl­ zung sinkt. Das so erhärtete Polymer gewährleistet eine luftdichte Abdichtung und erlaubt es, in dem Reaktor 11 einen zweckentsprechenden Druck, beispielsweise Un­ terdruck, aufrechtzuerhalten.

In diesem Zustand wird der Werkstoff für den näch­ sten Arbeitsvorgang polymerisiert, insbesondere indem das Material innerhalb des Reaktors 11 unter Vakuum erhitzt wird.

Um das so erzeugte Polymer auszutragen, wird ein Heizmedium, beispielsweise Heißluft oder Warmwas­ ser, in die Kanäle 24 eingespeist, oder die zylindrische Welle 18 wird mittels einer gesonderten elektrischen Heizeinrichtung aufgeheizt, um ihre Temperatur anzu­ heben und dadurch das erhärtete Polymer zu schmelzen, welches den Dichtungsbereich bedeckt. Dann wird die zylindrische Welle 18 um 90° von der in Fig. 2 veran­ schaulichten Schließstellung in die in Fig. 1 dargestellte Offenstellung gedreht.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die zweite Ausführungsform, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszif­ fern versehen sind.

Bei dieser Ausführungsform sitzt die zylindrische Welle 18 vollständig innerhalb des Blockes 16, der mit Durchlässen 19a ausgestattet ist, deren oberes Ende mit den Polymerauslässen 21 in Verbindung gebracht wer­ den kann und deren unteres Ende zur Außenseite hin freiliegt.

Polymer kann zwischen dem Außenumfang der zylin­ drischen Welle 18 und der Innenfläche des Blockes 16 erhärten, um eine Polymerdichtung zu bilden.

Bei beiden Ausführungsformen kann, falls erwünscht, ein Thermosensor vorgesehen werden, um die zylindri­ sche Welle 18 und den Block 16 ferngesteuert zu kühlen bzw. zu heizen. An der Unterseite des Blockes 16 kann ferner eine Abdeckung vorgesehen werden, um für eine Zwangsumwälzung einer Reinigungsflüssigkeit in dem Block, der zylindrischen Welle 18 und dem Reaktor 11 zu sorgen und auf diese Weise deren Innenraum zu reinigen.

Die erläuterte Einrichtung erlaubt es, die Anzahl der Einzelteile auf ein Minimum zu reduzieren. Es wird eine leichte und kompakte Einrichtung erhalten, die einfach gewartet werden kann. Polymer kann über einen im wesentlichen geraden Kanal ausgetragen werden. Die erläuterte Vorrichtung ist auch einfach zu reinigen, zu montieren und zu demontieren.

Der Innenraum des Reaktors kann in verläßlicher Weise auf einem Unterdruck gehalten werden. Dies er­ laubt es, in dem Reaktor ein Polymer hoher Güte herzu­ stellen.

Claims (3)

1. Polymerformeinrichtung zur Verwendung bei einem Polymerisationsreaktor, wobei die Polymerformeinrichtung ein am Boden des Reaktors (11) montiertes Gehäuse (12) mit einem mit dem Reaktorinnenraum in Verbindung stehenden Polymeraus­ laßkanal (13), einen am Boden des Gehäuses befestigten Block (16) und ein in dem Block drehbar gelagertes zylindrisches Wellenteil (18) aufweist, in dem ein sich in Längsrichtung des Wellenteils erstreckender, in die Umfangsfläche des Wellenteils einmündender Kanal (20) sowie eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Wellenteils verteilten, mit dem Kanal (20) in Verbindung stehenden und gleichfalls in die Umfangsfläche des Wellenteils einmündenden Polymerauslässen (21) ausgebildet und derart angeordnet sind, daß der Polymerauslaßkanal (13) in dem Gehäuse (12) durch Drehen des zylindrischen Wellenteils (18) wahlweise geöffnet oder dadurch verschlossen werden kann, daß der Kanal (20) des Wellenteils (18) von dem Polymerauslaßkanal (13) des Gehäuses (12) abgetrennt wird und gleichzeitig die Polymerauslässe (21) von einer Innenumfangsfläche des Blockes (16) verschlossen werden.

2. Polymerformeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenteil (18) mit einem unteren Abschnitt von der Unterseite des Blockes (16) vorsteht und der Block (16) in seinem unteren Teil entlang beider Seiten des Wellenteils (18) mit Lippen (22) zum Abstreifen von Polymer von der Außenum­ fangsfläche des Wellenteils (18) versehen ist.

3. Polymerformeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerauslässe (21) dem Kanal (20) in dem Wellenteil (18) diametral gegenüber­ liegen.