DE102007041796A1 - Processes and apparatus for preparing pre-condensed resin solutions - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung vorkondensierter Harzlösungen, wobei a) die Edukte der Harzlösung mindestens ein Aminoplastbildner und mindestens eine Carbonylverbindung sind, b) in mindestens einer Aufheizstufe (C1) die Edukte einer Direktbeheizung unterzogen werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.The invention relates to a process for preparing precondensed resin solutions, wherein a) the starting materials of the resin solution are at least one aminoplast generator and at least one carbonyl compound, b) the starting materials are subjected to direct heating in at least one heating stage (C1). Furthermore, the invention relates to a device which is particularly suitable for carrying out the method.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 90, die insbesondere zur Herstellung von vorkondensierten Harzlösungen verwendet werden können. Dabei kann mittels Direktbeheizung eine schnelle Aufheizrate erreicht werden und Produkte mit enger Verteilung des Polymerisationsgrades hergestellt werden.The The present invention relates to a method according to claim 1 and An apparatus according to claim 90, in particular for the production can be used by pre-condensed resin solutions. In this case, a fast heating rate can be achieved by means of direct heating and products with a narrow distribution of the degree of polymerization getting produced.
Vorkondensierte Harzlösungen finden vielseitige Anwendung, vor allem in der holzverarbeitenden Industrie, z. B. bei der Herstellung von Laminaten oder Spanplatten. Bei ihrer Herstellung wird die Polymerisationsreaktion so frühzeitig gestoppt, dass das Harz noch löslich ist und somit in gelöster Form weiterverarbeitet werden kann. Während der Weiterverarbeitung wird das Harz dann fertig kondensiert, die Polymerisation also abgeschlossen. Das Harz erhält dadurch seine duroplastischen Eigenschaften.precondensed Resin solutions find versatile use, especially in the woodworking industry, z. B. in the production of Laminates or chipboard. In their preparation, the polymerization reaction stopped so early that the resin is still soluble is and thus processed in dissolved form can. During further processing, the resin then becomes condensed completely, so the polymerization completed. The resin gets thereby its duroplastic properties.
Da Polymerisationsreaktionen in Form einer stufenweisen Kondensationsreaktion ablaufen, führt das Stoppen dieser Reaktion vor ihrem Abschluss unvermeidbar zu einem Gemisch von Stoffen unterschiedlichen Polymerisationsgrades in der Harzlösung. Es liegt also ein Spektrum von niedrig kondensierten Stoffen (z. B. Edukte und Monomere) und stärker kondensierten Polymeren vor. Für viele Anwendungen ist es jedoch erwünscht, die Breite dieses Spektrums so eng wie möglich zu halten.There Polymerization reactions in the form of a stepwise condensation reaction The stopping of this reaction before its completion inevitably leads to expiration to a mixture of substances of different degrees of polymerization in the resin solution. So there is a spectrum of low condensed substances (eg educts and monomers) and stronger condensed polymers. For many applications is however, it is desirable to narrow the width of this spectrum as possible.
Es ist bekannt, vorkondensierte Harzlösungen in großen, beheizbaren Rührkesseln chargenweise (also im Batch-Verfahren) zu produzieren.It is known, pre-condensed resin solutions in large, heatable stirred tanks batchwise (ie in batch process) to produce.
Dazu werden die Edukte (z. B. Aminoplastbildner, Carbonylverbindung und ggf. Katalysator) normalerweise kalt in den Kessel eingebracht, anschließend auf Reaktionstemperatur erhitzt und nach Abschluss der Reaktionsdauer wieder abgekühlt. Die Wärmeeinbringung erfolgt dabei mittels Wärmeübergang von beheizten Oberflächen (z. B. der Kesselwand) auf das Fluid. Die im technischen Maßstab darstellbaren Verhältnisse von Wärmeaustauschfläche und Reaktorvolumen begrenzen die Geschwindigkeit, mit der die Reaktionslösung aufgeheizt werden kann. Sollen die Aufheizzeiten auf ein möglichst wirtschaftliches Maß verkürzt werden, so führt dies zu einer inhomogenen Temperaturverteilung im Reaktor. Infolge dessen werden Produkte mit einer breiten Verteilung des Polymerisationsgrades erzeugt.To the starting materials (for example, aminoplast, carbonyl and if necessary, catalyst) normally introduced cold into the vessel, then heated to reaction temperature and after completion the reaction time cooled again. The heat input takes place by means of heat transfer of heated Surfaces (eg the boiler wall) on the fluid. The im technical scale representable conditions of heat exchange surface and reactor volume limit the rate at which the reaction solution is heated can be. Should the heating-up times be as economical as possible? Measure are shortened, this leads to an inhomogeneous temperature distribution in the reactor. Consequently become products with a broad distribution of the degree of polymerization generated.
Liegen eines oder mehrerer Edukte bei Reaktionsbeginn nicht in Lösung, sondern als suspendierte Feststoffe vor, wird dieser Nachteil noch verstärkt: Durch die langsame Aufheizung geht zunächst nur ein Teil des Feststoffs in Lösung über und steht somit bereits für die Reaktion zur Verfügung, während der andere Teil des Feststoffs erst später nachgelöst wird und reagieren kann. Dadurch verbreitert sich das Spektrum des Polymerisationsgrades in der resultierenden Harzlösung. Ein weiterer Nachteil der niedrigen Aufheizrate herkömmlicher Verfahren liegt darin, dass der Zeitbedarf für die Aufheizphase sich mindernd auf die Raum-Zeit-Ausbeute und damit auf die Produktionsleistung entsprechender Anlagen auswirkt.Lie one or more reactants at the beginning of the reaction not in solution, but as suspended solids before, this disadvantage is still reinforced: By the slow heating goes first only a part of the solid in solution over and stands thus already available for the reaction while the other part of the solid redissolved later will and can react. As a result, the spectrum of the Degree of polymerization in the resulting resin solution. Another disadvantage of the low heating rate of conventional methods lies in the fact that the time required for the heating up reducing the space-time yield and thus the production output corresponding assets.
Diese Nachteile können teilweise durch eine kontinuierliche Betriebsweise aufgefangen werden: Die in der Aufheizstufe eines solchen Reaktionssystems befindliche beheizte Oberfläche wird zeitlich durchgehend und somit effektiver zum Beheizen verwendet. Daher können günstigere Verhältnisse von Oberfläche zu Volumen und eine Steigerung der Aufheizrate in gewissen Grenzen erreicht werden.These Disadvantages can be partially due to a continuous operation be caught: The in the heating stage of such a reaction system Heated surface is continuous throughout and thus used more effectively for heating. Therefore, you can favorable conditions of surface to volume and an increase in the heating rate within certain limits be achieved.
In kontinuierlichen Verfahren kann sogar eine sehr schnelle Temperaturerhöhung erreicht werden: Leitet man die kalten oder vortemperierten Edukte kontinuierlich in einen volldurchmischten und auf Reaktionstemperatur befindlichen Rührkessel, so findet eine nahezu sprungartige Temperaturerhöhung statt. Je größer dieser Temperatursprung ist, umso länger muss jedoch die mittlere Verweilzeit in dieser volldurchmischten Zone sein. Die dadurch bedingte Verbreiterung der Verweilzeitverteilung im Reaktionssystem resultiert allerdings in einer breiten Verteilung vorherrschender Polymerisationsgrade in der entstehenden Harzlösung.In continuous process can even be a very rapid temperature increase can be achieved: passes the cold or preheated educts continuously in a fully mixed and at reaction temperature located stirred tank, so finds a nearly jump-like temperature increase instead of. The larger this temperature jump is, the more longer, however, the mean residence time in this fully mixed Be a zone. The consequent widening of the residence time distribution in the reaction system, however, results in a broad distribution prevailing degrees of polymerization in the resulting resin solution.
Der mit dem Wärmeeintrag durch beheizte Oberflächen verbundene Nachteil einer inhomogenen Temperaturverteilung in der Aufheizstufe der Anlage lässt sich bei bisherigen Verfahren auch mittels kontinuierlicher Betriebsweise nicht vermeiden.Of the with the heat input through heated surfaces associated disadvantage of an inhomogeneous temperature distribution in the Heating stage of the system can be in previous methods even by continuous operation can not be avoided.
Kontinuierliche
Verfahren sind z. B. in der Patentschrift
Es
ist z. B. aus den US-Patentschriften
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von vorkondensierten Harzlösungen mit möglichst enger Verteilung des Polymerisationsgrades. Dies impliziert einerseits die Einhaltung einer möglichst engen hydraulischen Verweilzeitverteilung und andererseits die drastische Minimierung von räumlichen Temperaturgradienten im Reaktionsgemisch. Dazu ist es außerdem erforderlich, die Reaktionspartner nach ihrer Mischung möglichst rasch auf Reaktionstemperatur zu bringen, um auch solche Stoffsysteme verarbeiten zu können, bei denen ein oder mehre Reaktionspartner bei niedrigen Temperaturen nur zu einem gewissen Anteil für die Reaktion verfügbar sind (z. B. durch unzureichende Löslichkeit bei niedriger Temperatur). Außerdem verbessert diese Maßnahme die Raum-Zeit-Ausbeute des Prozesses.The object of the present invention is to provide processes and devices for the production of precondensed resin solutions with as narrow a distribution of the degree of polymerization as possible. This implies, on the one hand, compliance with the lowest possible hydraulic residence time distribution and, on the other hand, the drastic minimization of spatial temperature gradients in the reaction mixture. For this purpose, it is also necessary to bring the reactants as soon as possible after their mixture to reaction temperature in order to process such material systems, in which a or several reactants are only available to some extent at low temperatures for the reaction (eg, by insufficient solubility at low temperature). In addition, this measure improves the space-time yield of the process.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die für diese Aufgabe erforderlichen, hohen Wärmeeintragsraten unter Minimierung von räumlichen Temperaturgradienten und mit nur geringer Verbreiterung der hydraulischen Verweilzeitverteilung möglich sind, wenn der Wärmeeintrag nicht wie bei den bisher bekannten Verfahren über beheizte Oberflächen, sondern über Direktbeheizung der Reaktionsmischung erfolgt.It has surprisingly been shown that for this Task required, high heat input rates below Minimization of spatial temperature gradients and with only slight broadening of the hydraulic residence time distribution are possible if the heat input is not like in the hitherto known methods of heated surfaces, but via direct heating of the reaction mixture takes place.
Dazu werden die Edukte der Harzlösung, nämlich mindestens ein Aminoplastbildner und mindestens eine Carbonylverbindung in mindestens einer Aufheizstufe einer Direktbeheizung unterzogen. Eine Stufe kann einen Apparat oder mehrere, Apparate aufweisen, mit jeweils einem oder mehreren (Teil-)Bereichen unterschiedlicher Prozessbedingungen. Die Bereiche können auch im gleichen Apparat in einer räumlichen und/oder zeitlichen Abfolge angeordnet sein.To become the educts of the resin solution, namely at least an aminoplast generator and at least one carbonyl compound in subjected to at least one heating step of a direct heating. A Stage can have one or more apparatuses, with each one one or more (sub) areas of different process conditions. The areas can also be in the same apparatus in a spatial and / or chronological order.
Vorteilhaft wird dazu eine in der Reaktionsmischung flüssig vorliegende Komponente (insbesondere ein Lösemittel) den ggf. vorgewärmten übrigen Komponenten in überhitztem Zustand, vorzugsweise dampfförmig, zugemischt. Es können jedoch auch andere Methoden der Direktbeheizung zum Einsatz kommen bzw. kombiniert werden, zum Beispiel: Bestrahlung der Reaktionsmischung (Mikrowellen, Infrarot, Gamma- oder Teilchenstrahlung etc.), induktive Heizung (ggf. unter Zusatz einer elektrisch leitfähigen, partikulären Phase, welche nötigenfalls später abgetrennt wird), Zugabe einer chemisch inerten, überhitzten Phase, welche nötigenfalls später abgetrennt wird usw.Advantageous becomes a liquid in the reaction mixture Component (in particular a solvent) the possibly preheated other components in superheated state, preferably in vapor form, admixed. However, other methods of direct heating may be used be used or combined, for example: irradiation the reaction mixture (microwaves, infrared, gamma or particle radiation etc.), inductive heating (possibly with the addition of an electrically conductive, particulate phase, which separated later if necessary ), adding a chemically inert, overheated phase, which if necessary later separated etc.
Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 89 gelöst. Die Vorrichtung weist mindestens ein Begasungsmittel zur Einleitung eines Gases oder eines Dampfes zur Direktbeheizung mindestens einer Flüssigkeit und/oder einer Suspension auf und ein Rührwerk, wobei das Rührwerk durch im Wesentlichen radial angeordnete Schaufeln oder Strömungskanäle förderwirksam in Bezug auf die mindestens eine Flüssigkeit und/oder Suspension ist.The The object is also achieved by a device according to claim 89 solved. The device has at least one fumigant for the introduction of a gas or a steam for direct heating at least one liquid and / or suspension on and a stirrer, with the stirrer through essentially radially arranged blades or flow channels with regard to the at least one liquid and / or suspension.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.Further advantageous embodiments are objects the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures of Drawings closer to several embodiments explained. Show it:
In
Zusammenhang mit
Dabei
werden in
Nach
dem Aufheizen wird das Produkt der Aufheizstufe
In
In
Mindestens
eine Aufheizstufe
Anschließend
erfolgt im selben Behälter oder in denselben Behältern
das Verweilen, d. h. die mindestens eine Verweilzeitstufe
Schließlich
erfolgt mindestens eine Abkühlstufe
Aus
den
In
Zusammenhang mit
Als Beispiel wird hier die Herstellung eines Formaldehyd-Melaminharzes beschrieben, wobei auch andere Harze, in einer analogen Anlage und mit einem analogen Verfahren herstellbar sind.When An example is the preparation of a formaldehyde-melamine resin described, whereby also other resins, in an analog plant and can be produced with an analogous method.
Als Edukte für die Harze dienen Aminoplastbildner, wie z. B. Harnstoff, mindestens ein Harnstoff-Derivat, mindestens ein Dicyandiamid, mindestens ein Guanamin, Melamin und/oder mindestens ein Melamin-Derivat. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass Phenol oder Phenolderivate als Edukte verwendet werden können. Im Folgenden werden jedoch Aminoplastbildner betrachtet.When Starting materials for the resins serve Aminoplastbildner, such as. B. Urea, at least one urea derivative, at least one dicyandiamide, at least one guanamine, melamine and / or at least one melamine derivative. In principle, it is also possible that phenol or phenol derivatives can be used as starting materials. In the following, however, aminoplastics are considered.
Als Reaktionspartner für die Aminoplastbildner dient mindestens eine Carbonylverbindung, wie z. B. ein Aldehyd, insbesondere Formaldehyd ist. Dabei kann das Formaldehyd z. B. ganz oder teilweise als Formalin-Lösung und/oder als Paraformaldehyd eingesetzt werden.When Reaction partner for the Aminoplastbildner serves at least a carbonyl compound, such as. As an aldehyde, especially formaldehyde is. The formaldehyde z. B. wholly or partially as a formalin solution and / or be used as paraformaldehyde.
Das
Verfahren wird in einer Anlage durchgeführt, die aus mehreren,
im Wesentlichen seriell verschalteten Stufen besteht, welche von
der Reaktionsmischung fortlaufend durchströmt werden. Insofern ist
diese Ausführungsform eine Ausgestaltung des prinzipiell
in
In alternativen Ausführungsformen ist es auch möglich, einzelne Stufen oder Teilbereiche der Stufen parallel zu schalten.In alternative embodiments, it is also possible to switch individual stages or partial areas of the stages in parallel.
Als ein Edukt wird hier partikuläres Melamin über die Dosiervorrichtung H1 einem ersten Behälter M1 zugeführt. Das Melamin dient als Aminoplastbildner in der folgenden Weiterverarbeitung.When an educt here becomes particulate melamine the metering device H1 fed to a first container M1. The melamine serves as Aminoplastbildner in the following processing.
Als weiteres Edukt und als Carbonylverbindung wird hier Formaldehyd (und Lauge) in den ersten Behälter M1 zugeführt.When further starting material and as carbonyl compound here is formaldehyde (and lye) fed into the first container M1.
In einem ersten Schritt wird eine Vormischung der Reaktionskomponenten mit vermindertem Wassergehalt gegenüber der erforderlichen Reaktionsmischung hergestellt (Rührkessel M1). Dabei kann über den Heizmantel des Rührkessels M1 eine Vortemperierung der Vormischung vorgenommen werden.In a first step is a premix of the reaction components with reduced water content compared to the required Reaction mixture prepared (stirred tank M1). It can over the heating jacket of the stirred tank M1 a pre-tempering the premix are made.
Über eine Pumpe P1, welche vorzugsweise als Exzenterschneckenpumpe ausgeführt ist, wird die Vormischung in die Aufheizstufe C1, die hier als kontinuierlicher Rührreaktor ausgebildet ist, gefördert. Die Aufheizstufe C1 steht hier unter einem Betriebsdruck von 6 bar.about a pump P1, which is preferably designed as an eccentric screw pump is, the premix is in the heating stage C1, which is here as continuous Stirred reactor is formed, promoted. The heating stage C1 is here under an operating pressure of 6 bar.
Der Inhalt der Aufheizstufe C1 wird mittels Direktbeheizung auf eine Temperatur von ca. 137°C gebracht. Die Direktbeheizung erfolgt hier durch Einleitung von Wasserdampf über ein Regelventil V2 in die Aufheizstufe C1.Of the Contents of the heating stage C1 is by means of direct heating on a Temperature of about 137 ° C brought. The direct heating takes place here by introducing steam over a Control valve V2 in the heat-up stage C1.
Dazu führt ein Temperaturregler TC1 über das Ventil V2 so viel Dampf zu, dass eine entsprechende Ablauftemperatur erreicht wird. Dieser Dampf kondensiert in der Aufheizstufe C1 zu flüssigem Wasser und heizt das Gemisch durch die dabei anfallende Kondensationswärme auf.To a temperature controller TC1 leads via the valve V2 so much steam that a corresponding discharge temperature is reached becomes. This steam condenses in the heating stage C1 to liquid Water and heated the mixture by the resulting heat of condensation on.
Um den erforderlichen Wassergehalt der Reaktionsmischung einzustellen, wird weiteres Wasser in flüssiger Form über ein Regelventil V1 zugegeben. Diese Menge wird über einen Verhältnisregler FV3 so gesteuert, dass der aus der Aufheizstufe C1 abfließende Massenstrom im richtigen Verhältnis zur zulaufenden Vormischung steht.Around to adjust the required water content of the reaction mixture, Add more water in liquid form Control valve V1 added. This amount is via a ratio controller FV3 controlled so that the effluent from the heating stage C1 Mass flow in the correct ratio to the incoming premix stands.
Die Vormischung wird dadurch im entsprechenden Verhältnis mit Wasser verdünnt, so dass sich in der produzierten Harzlösung ein Feststoffgehalt von ca. 57% einstellt. Die beschriebenen Regelkreise sind so parametriert, dass sich im Betrieb ein weitgehend stationärer Gleichgewichtszustand einstellt.The Premix is characterized in the appropriate ratio with Diluted in water, so that in the produced resin solution a solids content of about 57% sets. The described control circuits are parameterized in such a way that they are largely stationary during operation Equilibrium state.
In einer speziellen Ausführungsform der beschriebenen Regelung kann das Regelventil V1 über einen Durchflussregler kontrolliert werden, der seinerseits einen Sollwert für den Durchfluss des Ventils V1 vom Verhältnisregler FV3 empfängt. Ebenso kann die Durchflussmessung FI1 zum Regler ausgebaut werden, der einen Sollwert für den Durchfluss in der Pumpe P1 vom Verhältnisregler FV3 empfängt und diese entsprechend ansteuert.In a specific embodiment of the described control, the control valve V1 can be controlled via a flow regulator, which in turn sets a desired value for the flow of the valve V1 from the ratio controller FV3 receives. Similarly, the flow measurement FI1 can be removed to the controller, which receives a setpoint for the flow in the pump P1 from the ratio controller FV3 and controls them accordingly.
In
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens (vergl.
Alternativ zu den hier aufgezeigten konventionellen Regelstrategien kann auch ein modellbasierter Regelalgorithmus eingesetzt werden, um die Verdünnung und die Temperatur in C1 zu kontrollieren.alternative To the shown here conventional control strategies can also a model-based control algorithm can be used to dilute and to control the temperature in C1.
Die mittlere hydraulische Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Aufheizstufe C1 liegt bei 45 s. Dabei geht das in Suspension zugeführte Melamin ganz oder teilweise in Lösung über.The average hydraulic residence time of the reaction mixture in the heating stage C1 is at 45 s. This is fed into suspension Melamine in whole or in part in solution.
In
anderen Ausführungsformen (wie sie z. B. auch in Zusammenhang
mit den
Sobald die Reaktionsmischung soweit temperiert ist, dass die Reaktion in nennenswertem Ausmaß einsetzt, sollte vorteilhafterweise die Verweilzeit über alle Volumenelemente der Reaktionsmischung möglichst einheitlich verteilt sein, bis die Reaktion durch eine ausreichende Abkühlung praktisch wieder gestoppt ist.As soon as the reaction mixture is tempered so far that the reaction in should be used to a significant extent, should be advantageous the residence time over all volume elements of the reaction mixture as possible be distributed uniformly until the reaction by a sufficient Cooling is virtually stopped again.
Betrachtet man die Stufen bzw. Teilbereiche, die eine entsprechende Temperatur aufweisen, als ein Strömungssystem, sollte dessen Verweilzeitverteilung daher möglichst eng sein.considered one the stages or partial areas, which a corresponding temperature should, as a flow system, whose residence time distribution therefore be as close as possible.
Vorteilhaft ist es somit, wenn die hydraulische Verweilzeitverteilung dieses Strömungssystems und/oder die über alle Aufheiz- und Verweilzeitstufen eine Standardabweichung kleiner 60%, insbesondere kleiner 40%, ganz insbesondere kleiner 25%, besonders bevorzugt kleiner 15% und ganz besonders bevorzugt kleiner 9% der entsprechenden Raumzeit aufweist.Advantageous Thus, if the hydraulic residence time distribution of this Flow system and / or over all heating and residence time levels a standard deviation less than 60%, in particular less than 40%, in particular less than 25%, particularly preferred less than 15% and most preferably less than 9% of the corresponding Has spacetime.
Für die Bestimmung der hydraulischen Verweilzeitverteilung und ihrer Standardabweichung soll hierbei folgendes gelten: Wird die Verteilung an diskreten Punkten (z. B. durch Messungen in einem Tracerversuch) ermittelt, so sind ausreichend viele (mindestens 100) Ermittlungspunkte in äquidistanten Zeitabständen zu wählen. Die Verweilzeitverteilung ist mindestens bis zum 4.5-fachen der Raumzeit zu ermitteln und die Standardabweichung über das Intervall von 0 bis zum 4.5-fachen der Raumzeit zu bestimmen. Der Flächenschwerpunkt der ermittelten Verweilzeitverteilung muss genauer als +/–2% mit der entsprechenden Raumzeit übereinstimmen. Die hydraulischen Parameter bei der Bestimmung der Verweilzeitverteilung müssen mit den tatsächlichen Betriebsbedingungen übereinstimmen.For the determination of the hydraulic residence time distribution and their Standard deviation should be the following: Is the distribution at discrete points (eg by measurements in a tracer test) determined, there are sufficient (at least 100) investigation points to choose at equidistant intervals. The residence time distribution is at least up to 4.5 times the Determine spacetime and the standard deviation over the To determine the interval from 0 to 4.5 times the spacetime. Of the Centroid of the determined residence time distribution must match more than +/- 2% with the corresponding space-time. The hydraulic parameters in the determination of the residence time distribution must match the actual operating conditions.
Unter Raumzeit wird hierbei der Quotient von durchströmtem Flüssigkeitsvolumen und Volumenstrom verstanden.Under Space-time is the quotient of liquid volume and flow understood.
Es ist vorteilhaft, wenn die Aufheizrate von der Eingangstemperatur auf die Ausgangstemperatur insbesondere in den letzten Teilbereichen der Aufheizstufe und/oder in der gesamten Aufheizstufe größer als 1°C pro Minute, insbesondere größer als 30°C pro Minute, ganz insbesondere größer als 150°C pro Minute, besonders bevorzugt größer als 380°C pro Minute ist.It is advantageous if the heating rate of the inlet temperature on the starting temperature, especially in the last sub-areas the heating stage and / or in the entire heating step larger than 1 ° C per minute, especially larger than 30 ° C per minute, especially larger as 150 ° C per minute, more preferably greater than 380 ° C per minute.
Die Temperatur am Ausgang der Aufheizstufe beträgt vorteilhafterweise mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%, ganz besonders mindestens 97% der mittleren Reaktionstemperatur in Celsius.The Temperature at the output of the heating is advantageously at least 90%, in particular at least 95%, especially at least 97% of the average reaction temperature in Celsius.
Auch ist es vorteilhaft, je nach eingesetzten Edukten, dass die Temperatur am Ausgang der Aufheizstufe zwischen 60 und 230°C, insbesondere zwischen 70 und 200°C, ganz bevorzugt zwischen 80 und 180°C und ganz besonders bevorzugt zwischen 110 und 150°C beträgt.Also It is advantageous, depending on the educts used, that the temperature at the output of the heating stage between 60 and 230 ° C, in particular between 70 and 200 ° C, more preferably between 80 and 180 ° C and most preferably between 110 and 150 ° C.
In
einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens sind beispielsweise
für MF-Harze mit einem F/M-Verhältnis von 1,3
bis 2,4 Temperaturen von 120 bis 140°C besonders vorteilhaft.
Speziell für die in
Unter MF-Harz wird hierbei ein Harz mit Melamin als Aminoplastbildner und Formaldehyd als Carbonylverbindung verstanden. Das F/M-Verhältnis bezeichnet das Massenverhältnis der Edukte Formaldehyd zu Melamin.Under MF resin in this case is a resin with melamine as Aminoplastbildner and formaldehyde understood as a carbonyl compound. The F / M ratio denotes the mass ratio of the reactants formaldehyde to melamine.
Die die Aufheizstufe C1 verlassende Reaktionsmischung wird dann in die als Rohrreaktor ausgeführte Verweilzeitstufe C2 geleitet. Unter einer Verweilzeitstufe C2 wird hier allgemein eine Vorrichtung verstanden, in der die Materialien eine vorbestimmte Zeit gehalten werden, so dass eine Reaktion stattfinden kann. Es ist möglich, aber nicht zwingend, dass eine Temperaturführung und/oder Temperaturhaltung vorgesehen ist.The reaction mixture leaving the heating stage C1 is then passed into the residence time stage C2 designed as a tubular reactor. Under a residence time C2, a device is generally used herein understood, in which the materials are held for a predetermined time, so that a reaction can take place. It is possible, but not mandatory, that a temperature control and / or temperature maintenance is provided.
Es ist vorteilhaft, wenn die mittlere hydraulische Verweilzeit in der mindestens einen Verweilzeitstufe C2 weniger als 10 Stunden, bevorzugt weniger als 2 Stunden, besonders bevorzugt weniger als 45 Minuten, ganz besonders bevorzugt weniger als 15 Minuten beträgt.It is advantageous if the mean hydraulic residence time in the at least one residence time C2 less than 10 hours, preferably less than 2 hours, more preferably less than 45 minutes, most preferably less than 15 minutes.
In
einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens sind beispielsweise
für MF-Harze mit einem F/M-Verhältnis von 1,3
bis 2,4 Verweilzeiten von 6 bis 12 Minuten besonders vorteilhaft.
Speziell für die in
Die
einzelnen Rohrabschnitte, aus denen dies Verweilzeitstufe besteht,
sind nach der Art eines Rohrbündelwärmeübertragers
in einem dampfbeheizten Mantel untergebracht, allerdings sind diese Rohrabschnitte
im Wesentlichen seriell verschaltet. Durch die Rohroberfläche
wird die Reaktionsmischung so temperiert, dass die Wärmetönung
der Reaktion und der Energiebedarf für ein eventuelles Nachlösen
von noch in Suspension befindlichem Melamin kompensiert werden und
die Temperatur der Reaktionsmischung z. B. für die in
Als Kriterium zur laufenden Kontrolle des Polymerisationsgrades wird die Wasserverträglichkeit der produzierten Harzlösung in bestimmten Abständen manuell durch Titration ermittelt oder kontinuierlich über ein Online-Messgerät bestimmt. Auch die Online-Messung der folgenden Stoffeigenschaften der produzierten Harzlösung kann als Kriterium für die Kontrolle des Polymerisationsgrades herangezogen werden: Dichte, Viskosität, Leitfähigkeit, Brechungsindex, Dielektrizitätskonstante und/oder Lichtstreuung und -beugung.When Criterion for the ongoing control of the degree of polymerization is the water compatibility of the produced resin solution manually determined by titration at certain intervals or continuously via an online measuring device certainly. Also, the online measurement of the following material properties of produced resin solution can be used as a criterion for the Control of the degree of polymerization are used: density, Viscosity, conductivity, refractive index, dielectric constant and / or light scattering and diffraction.
In
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann auch
die Wärmetönung der Reaktion als Maß für
den Reaktionsfortschritt kalorimetrisch ausgewertet werden. Dazu
wird innerhalb oder nach der Verweilzeitstufe mindestens eine adiabatische Messstrecke
A1 platziert mit einer Messstelle für deren Eingangstemperatur
(TI2) und Ausgangstemperatur (TI3) (vergl.
Anhand solcher Messergebnisse wird im Betrieb nötigenfalls eine Feinabstimmung des Polymerisationsgrades vorgenommen, welche manuell oder über einen modellbasierten Regelalgorithmus erfolgt. Eine solche Abstimmung ist in gewissen Grenzen über die Variation von Reaktionstemperatur und Durchsatz möglich.Based such measurement results in the operation, if necessary, a Fine tuning of the degree of polymerization made manually or via a model-based control algorithm. A such voting is within certain limits over the variation possible from reaction temperature and throughput.
Einerseits sollte jedoch der Durchsatz immer so hoch bleiben, dass die kritische Reynoldszahl im Rohrreaktor nicht unterschritten wird. Andererseits kann zur Erreichung von bestimmten Harzqualitäten die Einhaltung einer Grenztemperatur erforderlich sein, die im Betrieb nicht überschritten werden sollte.On the one hand however, the throughput should always remain high enough to be critical Reynolds number in the tubular reactor is not undershot. On the other hand can to achieve certain resin qualities compliance a limit temperature is required, which does not exceed during operation should be.
Sind zur Abstimmung des Polymerisationsgrades gröbere Änderungen gewünscht, so können in der als Rohrbündelwärmeübertrager ausgeführten Verweilzeitstufe C2 einzelne Rohrabschnitte überbrückt oder solch eine Überbrückung aufgehoben werden, um so das Reaktionsvolumen zu verändern.are to change the degree of polymerization coarser changes desired, as can in the tube bundle heat exchanger executed residence time C2 bridged individual pipe sections or cancel such a bridging, so as to change the reaction volume.
Die aus der Verweilzeitstufe C2 ablaufende Harzlösung wird in den Kühler W1 geleitet, der ähnlich wie die Verweilzeitstufe C2 als Rohrbündelwärmeübertrager aufgebaut ist. Der Kühler W1 ist damit eine Abkühlstufe W1 für das Reaktionsgemisch.The from the residence time C2 expiring resin solution passed into the radiator W1, similar to the Dwell time C2 as tube bundle heat exchanger is constructed. The radiator W1 is thus a cooling stage W1 for the reaction mixture.
Der Rohrdurchmesser ist dabei so gewählt, dass die heiße Harzlösung unter turbulenten Strömungsverhältnissen sehr schnell auf ein Temperaturniveau unterhalb der Reaktionstemperatur abgekühlt wird. Im weiteren Verlauf wird der Rohrdurchmesser vorzugsweise größer gewählt, so dass die mit abnehmender Temperatur steigende Viskosität nicht zu einem übermäßigen Druckverlust führt.Of the Pipe diameter is chosen so that the hot Resin solution under turbulent flow conditions very fast to a temperature level below the reaction temperature is cooled. In the course of the pipe diameter is preferably chosen larger, so that with decreasing Temperature rising viscosity does not cause excessive Pressure loss leads.
Die
aus der Abkühlstufe W1 ablaufende, fertige Harzlösung
wird über ein Ventil V3 geführt, welches als Druckhalteventil
(vergl.
An das Ventil V3 können sich weitere Abkühlstufen anschließen.At the valve V3 can be further cooling stages connect.
Die
Direktbeheizung wird in der Aufheizstufe C1 des kontinuierlichen
Verfahrens vorgenommen. Durch die erreichbaren hohen Wärmeeintragsraten kann
diese Stufe vergleichsweise klein gehalten werden, so dass hierfür
auch Reaktorbehälter mit hoher Rückvermischung
(z. B. Rührkessel) verwendet werden können, ohne
dass es zu einer übermäßigen Verbreiterung
der hydraulischen Verweilzeitverteilung im Gesamtsystem kommt. Ferner
sind für die Aufheizstufe C1 auch statische Mischer, wie
im Ausführungsbeispiel der
Wie
in Zusammenhang mit
In die Aufheizstufe C1 werden die Edukte der Polymerisation bei Lagertemperatur oder in vorgewärmten Zustand eingeleitet. Zur Herstellung von Kondensationsharzen werden dabei vorzugsweise Harnstoff, Melamin oder ihre Derivate verwendet. Auch die Kombination mehrerer Aminoplastbildner kann eingesetzt werden. Auch Phenol oder Phenolderivate können als Edukte eingesetzt werden.In the heating step C1 become the educts of the polymerization at storage temperature or initiated in preheated condition. For the production of condensation resins are preferably urea, melamine or their derivatives used. The combination of several Aminoplastbildner can be used. Also, phenol or phenol derivatives can be used as starting materials.
Als reaktive Komponente wird eine Carbonylverbindung, vorzugsweise ein Aldehyd, insbesondere Formaldehyd verwendet. Weitere reaktive Komponenten, die als Modifikatoren in das Netzwerk des entstehenden Kondensationsharzes eingebaut werden, können ebenfalls hinzugesetzt werden (z. B. insbesondere ein einwertiger Alkohol, ein mehrwertiger Alkohol, ein Caprolactam, ein Polyol, in Trimethylopropan, ein Sorbit, Glukose, Sulfit, Toluolsulfonsäureamid, ein Carbamat, ein Salz der Malein- bzw. Fumarsäuremonoamid und/oder ein Aminoalkohol).When reactive component becomes a carbonyl compound, preferably one Aldehyde, in particular formaldehyde used. Other reactive components, as modifiers in the network of the resulting condensation resin can be installed, can also be added (eg, in particular, a monohydric alcohol, a polyhydric alcohol, a caprolactam, a polyol, in trimethylopropane, a sorbitol, glucose, Sulfite, toluenesulfonic acid amide, a carbamate, a salt of Maleic or fumaric acid monoamide and / or an aminoalcohol).
Auch die Zugabe von üblichen Additiven, beispielsweise von Farbstoffen kann bereits in diesem Produktionsschritt erfolgen.Also the addition of conventional additives, such as dyes can already take place in this production step.
Es kann auch die Zugabe eines Lösemittels erfolgen. Für die meisten Harztypen ist außerdem die Zugabe eines oder mehrerer Katalysatoren erforderlich, die in der Regel aus einer Säure oder einer Base bestehen. Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht die Zugabe des Katalysators erst in einer nachgeschalteten Stufe vor, so dass die Aufheizstufe in diesem Falle im Wesentlichen nicht zur Reaktion, sondern zur Aufheizung und gegebenenfalls zur Mischung der Reaktionskomponenten betrieben wird.It It is also possible to add a solvent. For most types of resin is also the addition of one or several catalysts are required, which usually consists of one Acid or a base. A variant of the method according to the invention sees the addition of the catalyst only in a downstream Level before, so that the heating stage in this case substantially not for reaction, but for heating and possibly for Mixture of the reaction components is operated.
Anschließend gelangt die auf Reaktionstemperatur gebrachte Reaktionsmischung in eine oder mehrere Verweilzeitstufen.Subsequently passes the reaction mixture brought to the reaction temperature in one or more residence time stages.
Die Verweilzeitstufen sind vorzugsweise als turbulent durchströmte Rohrreaktoren ausgebildet. Durch die Verwendung von Einbauten (z. B. Lochblechen), welche die Strömungsgeschwindigkeit über den Rohrquerschnitt vergleichmäßigen bzw. in den Randbereichen vergrößern, können allerdings auch Rohrreaktoren unter nicht turbulenten Betriebsbedingungen eingesetzt werden.The Residence time stages are preferably flowed through as turbulent Tubular reactors formed. By the use of internals (z. B. perforated plates), which the flow velocity over the Tube cross-section even or in the edge areas but can also enlarge tube reactors be used under non-turbulent operating conditions.
Die
Verweilzeitstufen sind im Wesentlichen seriell verschaltet. Einzelne
Stufen dieser Serie können jedoch auch parallel geschaltete
Bereiche
Außerdem
kann eine Abkühlstufe
Liegen
einer oder mehrere der Reaktionspartner zum Reaktionsbeginn als
suspendierte Feststoffe in der Reaktionsmischung vor, so muss deren Auflösevorgang
nicht innerhalb der Aufheizstufe abgeschlossen sein. Vielmehr kann
der Auflösevorgang auch zu Beginn der Verweilzeitstufen
zum Abschluss kommen und gegebenenfalls durch das Löslichkeitsprodukt
des Stoffes im Lösungsmittel begrenzt sein, so dass ein
Nachlösen des Stoffes erst im weiteren Reaktionsverlauf
möglich ist. Vorzugsweise ist in einem solchen Fall, wie
in
Ein Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch, eine Auflösung solcher Stoffe so rasch als möglich zu erreichen und diese insbesondere nicht durch langsame Aufheizvorgänge zu behindern.One However, the aim of the method according to the invention is a dissolution of such substances as soon as possible and in particular not by slow heating to hinder.
Die in den Verweilzeitstufen übertragenen Wärmemengen sind in der Regel vergleichsweise gering und dienen lediglich der Temperaturhaltung bzw. der Nachführung der Temperatur im Rahmen eines im Reaktionsverlauf variablen Temperaturprofils. Daher kann in diesen Verweilzeitstufen eine Wärmeübertragung durch entsprechende Wärmeaustauschflächen (vorzugsweise durch die Rohrwandung) erfolgen, ohne dass es zu schädlichen Temperaturgradienten kommt. Sind im Rahmen eines für die Reaktion erforderlichen Temperaturprofils oder durch ihre Wärmetönung größere Wärmemengen in einer der nachfolgenden Verweilzeitstufen auszutauschen, so kann dies über eine zwischengeschaltete weitere Stufe zur Direktbeheizung oder einen Verdampfer erfolgen, so dass die Temperaturgradienten im Reaktionsmedium gering gehalten werden können.The in the residence time levels transferred amounts of heat are usually comparatively small and serve only the Temperature maintenance or the tracking of the temperature in Frame of a variable in the course of the reaction temperature profile. Therefore can in these residence time a heat transfer by appropriate heat exchange surfaces (preferably through the pipe wall) without damaging it Temperature gradient comes. Are part of a for the Reaction required temperature profile or by their heat of reaction larger amounts of heat in one of the following To exchange residence time levels, this can be done via a intermediate further stage for direct heating or a Evaporators are made so that the temperature gradients in the reaction medium can be kept low.
Das aus den beschriebenen Stufen gebildete Reaktionssystem ist in seinem Volumen so bemessen, dass nach Ablauf der für die Reaktion erforderlichen mittleren Verweilzeit die Reaktionslösung aus der letzten Verweilzeitstufe austritt. Von dort wird sie in eine Abkühlstufe geleitet, um die Reaktion zu stoppen. Ist eine Weiterverarbeitung der Harzlösung auf erhöhtem Temperaturniveau erforderlich (z. B. eine Sprühtrocknung), so kann auf die Kühlung ganz oder teilweise verzichtet werden, wenn die Weiterverarbeitung ausreichend rasch bzw. unmittelbar im Anschluss auf die Reaktion erfolgt und die Verweilzeit im Reaktionssystem nötigenfalls entsprechend verkürzt wird, so dass eine übermäßig fortgeschrittene Polymerisation des Produkts vermieden wird.The The reaction system formed from the stages described is in its Volume so measured that after expiration of the reaction required average residence time, the reaction solution exits from the last residence time stage. From there she will be in passed a cooling step to stop the reaction. Is a further processing of the resin solution on elevated Temperature level required (eg spray drying), so the cooling can be completely or partially omitted when further processing is sufficiently rapid or immediate Following the reaction takes place and the residence time in the reaction system if necessary shortened accordingly, so that an excessively advanced polymerization of the product is avoided.
Die
Abkühlstufe weist, wie in
Vorteilhaft
kann für den ersten Bereich der Abkühlstufe auch
ein Verdampfer (vorzugsweise ein Flash-Verdampfer) eingesetzt werden.
Im Ausführungsbeispiel der
Je
weiter die Harzlösung bereits unter ihre Reaktionstemperatur
abgekühlt ist, umso langsamer bzw. bei umso größeren
räumlichen Temperaturgradienten kann die weitere Abkühlung
erfolgen, ohne dass das Spektrum der im Produkt enthaltenen Polymerisationsgrade
nennenswert in seiner Breite zunimmt. Vorzugsweise sind die letzte(n)
Bereich(e)
Eine weitere Ausführungsform der Abkühlstufe sieht die Zugabe eines kalten Mediums (vorzugsweise des in der Reaktion verwendeten Lösungsmittels) im ersten Bereich der Abkühlstufe, bzw. unmittelbar nach dem Verdampfer vor. Das zur Kühlung verwendete Medium kann auch partikulär in festem Aggregatzustand zugegeben werden, so dass es in der Harzlösung aufschmilzt und ihr auf diese Weise Wärme entzieht.A sees another embodiment of the cooling stage the addition of a cold medium (preferably that in the reaction used solvent) in the first region of the cooling stage, or immediately after the evaporator. The used for cooling Medium can also be added particulate in solid state so that it melts in the resin solution and you removes heat in this way.
Nach Verlassen der Abkühlstufe kann die Harzlösung weiterverarbeitet bzw. gelagert oder abgefüllt werden. Hierbei ist zu beachten, dass die meisten Harztypen in Lösung nur über einen begrenzten Zeitraum lagerstabil sind und entsprechend frühzeitig einer Weiterverarbeitung (z. B. zu Festharz oder Laminaten) zugeführt werden müssen.To Leaving the cooling step, the resin solution further processed or stored or bottled. It should be noted that most resin types in solution are stable on storage only for a limited period of time and correspondingly early on further processing (eg to solid resin or laminates) must be supplied.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung, mit der die in der Aufheizstufe des oben beschriebenen kontinuierlichen Verfahrens stattfindende Direktbeheizung ausgeführt werden kann. Grundsätzlich ist diese erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere Reaktionssysteme verwendbar.object The invention further provides a device with which in the heating stage of the continuous process described above Direct heating can be performed. in principle This device according to the invention is also for other reaction systems usable.
Die Vorrichtung erlaubt nach Art eines kontinuierlich betriebenen Begasungsrührers die Zusammenführung und intensive Durchmischung des zulaufenden flüssigen Mediums mit einem dampfförmigen Medium, welches dabei kondensiert, so dass eine Aufheizung des flüssigen Mediums durch die entstehende Kondensationswärme die Folge ist. Dazu wird der Inhalt des Rührbehälters unter einem Druck gehalten, der oberhalb des Siededrucks bei Betriebstemperatur liegt. In dem erfindungsgemäßen Rührwerk können neben reinen Flüssigkeiten auch flüssige Medien im weiteren Sinne, insbesondere auch Suspensionen behandelt werden.The Device allowed in the manner of a continuously operated gassing stirrer the merging and intensive mixing of the incoming liquid medium with a vaporous medium, which thereby condenses, so that heating of the liquid Medium by the resulting condensation heat the episode is. For this purpose, the contents of the stirred tank under maintained at a pressure above the boiling pressure at operating temperature lies. In the agitator according to the invention In addition to pure liquids, they can also be liquid Media in the broader sense, in particular also treated suspensions become.
Ein Begasungsrührer ist nur ein Beispiel für eine Begasungsvorrichtung, die z. B. auch über ein besonderes Düsensystem verfügen kann, mit dem das Reaktionsgemisch durchmischbar ist.One Gassing stirrer is just one example of one Fumigation apparatus, the z. B. also has a special Nozzle system can be equipped with which the reaction mixture is mixable.
Das
Rührwerk und die wesentlichen darin ablaufenden Strömungsvorgänge
sind in
Vorzugsweise
weist der Rührbehälter
Auf
der Hohlwelle
Das Rührorgan
weist nach Art eines Schaufel- oder auch Scheibenrührers
eine horizontale, kreisrunde Scheibe
The stirring element has a horizontal, circular disk in the manner of a paddle or disk stirrer
Die
Scheibe enthält auf ihrer Ober- und Unterseite Ausströmöffnungen
In
Höhe des Rührorgans befindet sich optional an
der Innenseite der Behälterwand ein ringförmig
ausgebildetes Leitblech
Bei
der vorteilhaften, aufwärtsdurchströmten Ausführung
des Rührwerks, welche in
In einer vereinfachten, hier nicht dargestellten Ausführung des erfindungsgemäßen Rührwerks kann die Zuführung von Dampf und Vormischung auch über entsprechende Zulaufrohre erfolgen, die außerhalb der Rührwerksachse an die Unterseite des Rührkörpers heranführen.In a simplified, not shown here embodiment the agitator according to the invention can the supply of steam and premix also over corresponding inlet pipes take place outside the agitator axis bring to the bottom of the stirring body.
Außerdem kann der Rührbehälter optional mit Strombrechern bzw. Stromstörern ausgestattet sein, die eine übermäßige Rotationsströmung des Behälterinhalts verhindern. Weiterhin kann das Rührwerk auch mit mehrerern, insbesondere gleichartigen Rührkörpern ausgestattet sein, die entweder auf einer gemeinsamen Welle oder aber auf mehreren Wellen angeordnet sind.Furthermore the agitator can optionally with baffles or baffles that are excessive Prevent rotary flow of the contents of the container. Furthermore, the agitator can also with several, in particular be equipped similar stirring bodies, the either on a common wave or on multiple waves are arranged.
Das
aufgeheizte und mit dem kondensierten Dampf durchmischte Reaktionsmedium
verlässt den Rührreaktor über den Ablaufstutzen
Gegenstand der Erfindung ist auch ein diskontinuierliches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung, die z. B. für die hier beschriebene Herstellung von Harzlösung verwendet werden kann. Grundsätzlich ist aber diese erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere Reaktionssysteme verwendbar.object The invention is also a batch process and a corresponding device, the z. B. for those described here Preparation of resin solution can be used. in principle But this device according to the invention also usable for other reaction systems.
Im Folgenden wird die diskontinuierliche Herstellung der vorkondensierten Harzlösung unter Nutzung einer Direktbeheizung beschrieben. Der Reaktor ist so ausgeführt, dass er mit Drücken oberhalb des Siededrucks der Reaktionsmischung bei Reaktionstemperatur betrieben werden kann.in the The following is the discontinuous preparation of the precondensed Resin solution using direct heating described. The reactor is designed so that it can be pressed above the boiling pressure of the reaction mixture at the reaction temperature can be operated.
Zu Beginn des Prozesszyklus werden die Edukte der Polymerisation bei Lagertemperatur oder in vorgewärmtem Zustand in den Reaktor eingeleitet. Zur Herstellung von Kondensationsharzen werden dabei als Aminoplastbildner vorzugsweise Harnstoff, Melamin oder ihre Derivate verwendet. Auch können mindestens ein Harnstoff-Derivat, mindestens ein Dicyandiamid oder mindestens ein Guanamin, Melamin eingesetzt werden.At the beginning of the process cycle, the reactants of the polymerization at storage temperature or in the preheated state are introduced into the reactor. For the production of condensation resins it is preferred to use urea, melamine or their derivatives as the aminoplast former. Also, at least one urea derivative, at least one dicyandiamide or at least one guanamine, melamine can be used.
Auch die Kombination mehrerer Aminoplastbildner kann eingesetzt werden. Als reaktive Komponente wird eine Carbonylverbindung, vorzugsweise ein Aldehyd, insbesondere Formaldehyd verwendet. Weitere reaktive Komponenten, die als Modifikatoren in das Netzwerk des entstehenden Kondensationsharzes eingebaut werden, können ebenfalls hinzugesetzt werden (z. B. Alkohole). Auch die Zugabe von üblichen Additiven, beispielsweise von Farbstoffen kann bereits in diesem Produktionsschritt erfolgen. In der Regel erfolgt auch die Zugabe eines Lösemittels. Für die meisten Harztypen ist außerdem die Zugabe eines oder mehrerer Katalysatoren erforderlich, die in der Regel aus einer Säure oder einer Base bestehen. Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht die Zugabe des Katalysators ganz oder teilweise erst in einer späteren Stufe des Prozesszyklus vor.Also The combination of several Aminoplastbildner can be used. As the reactive component, a carbonyl compound, preferably a Aldehyde, in particular formaldehyde used. Other reactive components, as modifiers in the network of the resulting condensation resin can be installed, can also be added (eg alcohols). The addition of conventional additives, For example, dyes can already be used in this production step respectively. As a rule, the addition of a solvent also takes place. For most types of resin is also the addition of one or several catalysts are required, which usually consists of one Acid or a base. A variant of the invention Process sees the addition of the catalyst in whole or in part only at a later stage of the process cycle.
Nach
Abschluss des Befüllens beginnt die Aufheizstufe des Prozesszyklus
(vergl.
Die Reaktion setzt in der Regel bereits während der Aufheiz-Stufe ein, findet aber vorwiegend im Anschluss innerhalb einer oder mehrerer Verweilzeitstufen statt. Ein gewisser Reaktionsfortschritt ist in der Regel allerdings auch während der anschließenden Abkühlung zu verzeichnen.The Reaction usually sets already during the heat-up stage one, but predominantly following within one or more Residence time steps instead. A certain reaction progress is in the Usually, however, during the subsequent Cooling down.
In der Verweilzeitstufe ist ein Wärmeaustausch entweder nur zur Temperaturhaltung bzw. zum Ausgleich von Wärmeverlusten oder aber zur Einstellung eines Temperaturprofils im Verlauf des Reaktionsfortschritts erforderlich.In the residence time stage is either heat exchange only for temperature maintenance or to compensate for heat losses or to set a temperature profile in the course of the reaction progress required.
Ist der Wärmeaustausch während der Verweilzeitstufe gering, so kann dieser mittels Wärmeaustauschflächen durchgeführt werden, die entsprechend beheizt oder gekühlt werden. Vorzugsweise erfolgt ein notwendiger Wärmeeintrag jedoch mit den bereits beschriebenen Mitteln der Direktbeheizung und eine Abfuhr von Wärme durch Verdampfung. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Wärmetönung bei der Synthese des gewünschten Harztyps erheblich ist.is the heat exchange during the residence time step low, it can by means of heat exchange surfaces be performed, the heated or cooled accordingly become. Preferably, a necessary heat input takes place however, with the already described means of direct heating and a dissipation of heat by evaporation. This is special then advantageous if the heat of reaction in the Synthesis of the desired type of resin is significant.
Nach Abschluss der Verweilzeitstufe(n) erfolgt eine schnelle Abkühlung vorzugsweise durch Verdampfung. Dies ermöglicht eine rasche Beendigung der Reaktion. Abschließend folgt die Entleerung, bei der das Produkt aus dem Reaktor ausgetragen wird. Das Produkt wird zum Beispiel einem gekühlten Tank zugeführt, indem es bis zur Weiterverarbeitung gelagert wird. Anschließend beginnt der Prozesszyklus erneut.To Completion of the residence time (s) is a rapid cooling preferably by evaporation. This allows a quick Termination of the reaction. Finally, the emptying, in which the product is discharged from the reactor. The product is fed, for example, to a cooled tank, by being stored until further processing. Subsequently the process cycle starts again.
Beim Kühlen oder während der Reaktion erfolgen die beschriebenen Verdampfungsschritte zur Wärmeabfuhr durch Absenkung des Betriebsdrucks im Reaktor, so dass das Reaktionsgemisch zu sieden beginnt. Vorzugsweise wird ein Lösemittel mit hohem Dampfdruck gewählt, so dass hier weitgehend reines Lösemittel abdampft. Die Dämpfe werden aus dem Reaktor abgeleitet und in einem Kühler kondensiert. Besteht der Dampf aus lediglich gering verunreinigtem Wasser, so kann dieser auch direkt an die Atmosphäre abgegeben werden.At the Cooling or during the reaction take place described evaporation steps for heat dissipation by Lowering the operating pressure in the reactor, allowing the reaction mixture begins to boil. Preferably, a solvent with chosen high vapor pressure, so here largely pure solvent evaporating. The vapors are discharged from the reactor and condensed in a condenser. Is the steam out only slightly contaminated water, so this can also directly be delivered to the atmosphere.
Um die bei der schnellen Abkühlung erforderlichen hohen Dampfmengen aus dem Reaktionsgemisch abzuscheiden und eine effektive Phasentrennung zu erleichtern, kann ein Rührorgan verwendet werden, das knapp unter dem sich einstellenden Flüssigkeitsspiegel der Reaktionsmischung rotiert. Als Rührorgan wird vorzugsweise ein von unten ansaugender Schaufelrührer verwendet. Zur Verbesserung der Durchmischung des Reaktors kann das Rührwerk mit einem Leitrohr ausgestattet sein.Around the high volumes of steam required for rapid cooling to separate out of the reaction mixture and an effective phase separation To facilitate a stirrer can be used, the just below the self-adjusting fluid level the reaction mixture is rotated. As a stirring member is preferably used a bottom-sucking paddle stirrer. to Improving the mixing of the reactor can be the agitator be equipped with a guide tube.
Außerdem kann der Rührbehälter optional mit Strombrechern bzw. Stromstörern ausgestattet sein, die eine übermäßige Rotationsströmung des Behälterinhalts verhindern. Weiterhin kann das Rührwerk auch mit mehreren, insbesondere gleichartigen Rührkörpern ausgestattet sein, die entweder auf einer gemeinsamen Welle oder aber auf mehreren Wellen angeordnet sind.Furthermore the agitator can optionally with baffles or baffles that are excessive Prevent rotary flow of the contents of the container. Furthermore, the agitator with several, in particular be equipped similar stirring bodies, the either on a common wave or on multiple waves are arranged.
Dieses
Verfahren wird im Zusammenhang mit
In
der Befüllstufe des Produktionszyklus wird der Rührreaktor
Die externe Vorwärmung bietet den Vorteil, dass die für die Temperierung benötigte Zeit nicht in der Zykluszeit des eigentlichen Reaktors berücksichtigt zu werden braucht. Somit kann die Vorwärmung auch langsamer und unter Nutzung von Abwärme, welche z. B. aus dem Produktkühler oder Kondensator stammt, erfolgen. Eine Vorwärmung kann bis unterhalb des Siedepunkts bzw. bis unterhalb der Temperatur erfolgen, bei der bereits eine Reaktion in erheblichem Umfang einsetzt. In der Praxis ergibt sich beispielsweise für MF-Harze mit einem F/M-Verhältnis zwischen 1,3 und 2,4 eine vorteilhafte Temperatur innerhalb des Bereiches von 40 bis 90°C.The external preheating has the advantage that the time required for the temperature does not need to be taken into account in the cycle time of the actual reactor. Thus, the preheating can be slower and using waste heat, which z. B. from the product cooler or condenser, take place. A preheating can be done below the boiling point or below the temperature at which already a reaction in it considerable extent. In practice, for example, for MF resins having an F / M ratio between 1.3 and 2.4, an advantageous temperature within the range of 40 to 90 ° C results.
Die weitere Erwärmung der Reaktionsmischung erfolgt vorteilhafterweise schnell, so dass mit einsetzender Reaktion auch das als Aminoplastbildner eingesetzte Melamin möglichst zügig aufgelöst ist. Dazu wird in der Aufheizstufe des Produktionszyklus über einen Begasungsrührer Wasserdampf in die Reaktionsmischung eingetragen, wobei diese auf beispielsweise 137°C und den gewünschten Feststoffgehalt gebracht wird.The Further heating of the reaction mixture is advantageously carried out fast, so that with the onset of the reaction as the aminoplast used melamine dissolved as quickly as possible. This is in the heating stage of the production cycle over a gassing stirrer water vapor into the reaction mixture registered, which, for example, 137 ° C and the desired solids content is brought.
Ein
für die beschriebene Aufheizung optimal angeordneter Rührkörper
In
der Verweilzeitstufe, welche sich anschließt und welche
zum Beispiel etwa 9 Minuten dauert, können Temperaturverluste über
einen optionalen Heizmantel
Sobald
der gewünschte Polymerisationsgrad erreicht ist, ist es
vorteilhaft, die Reaktion möglichst schnell durch eine
Vorkühlung zu verlangsamen. Dies geschieht in dem dargestellten
Rührwerk durch Druckabsenkung mittels Ablass von Gas über
den Austrittsstutzen
Bei
Entspannung des Rührwerksinhalts auf Atmosphärendruck,
kommt der beschriebene Abkühlungsprozess bei Temperaturen
um 100° zum Stillstand. Dies ist ausreichend, um die Reaktion
erheblich zu verlangsamen. Nach der sich anschließenden Entleerungsstufe,
welche etwa 5 Minuten dauert, muss jedoch eine weitere Kühlung
des produzierten Harzes erfolgen, sofern dieses nicht unmittelbar
weiterverarbeitet werden kann. Dazu wird die fertige Harzlösung über
den Ablaufstutzen
Eine
vereinfachte Ausführung des in
Wird
das Rührwerk, wie in
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PCT/EP2008/061125 WO2009027386A1 (en) | 2007-08-30 | 2008-08-26 | Method and devices for producing precondensed resin solutions |
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