RüHRVORRI CHTUNG ZUR SCHMELZEPOLYKONDENSATION MIT DOPPELTEM ROTOR UND PRODUKTGESCHMIERTER REAKTORINTERNER ROTORLAGERUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmelzpolykondensation von Kondensationspolymeren unter Entfernung gasförmiger Spaltprodukte in einem liegenden zylindrischen Reaktor mit einer Rührkammer, umfassend einen Produkteintritt, einen Produktauslauf und mindestens einer Gasleitung im oberen Bereich der Rührkammer, und mit einem äußeren und einem inneren Rotor, die koaxial in der Rührkammer angeordnet und jeweils auf einer Seite mit einer zentralen Antriebswelle verbunden sind.

In vielen Prozessen zur Herstellung von Kunststoffen werden waagerecht liegende oder senkrecht stehende Reaktoren eingesetzt. Liegende Reaktoren be- sitzen in der Regel mindestens einen wellenlosen, selbsttragenden Rotor mit äußeren Wellenzapfen oder eine durchgehende Welle mit Anbauten. Anbauten können als Scheiben mit und ohne Speichen, mit und ohne Löcher, als Gitterscheiben usw. ausgebildet sein. Diese Reaktoren werden für die ordnungsgemäße Prozessführung unter Vakuum gesetzt und mit einem organischen Wär- meträger komplett beheizt. Die Rotoren werden in der Regel mit kleinen Drehzahlen betrieben. Die Lagerungen dieser Rotoren befinden sich außerhalb des Reaktionsgefäßes hinter einer Abdichtung und sind Bestandteil der abnehmbaren oder fest verschweißten Deckel. Die Rotorlagerung für einen wellenlosen, selbsttragenden Rotor beinhaltet beidseitige Wellendurchtritte aus dem Reakti- onsgefäß und gestattet kein Abstreifen von Produkten.

Reaktoren mit Reaktorkäfig gelten allgemein als eine Kategorie von Polymerreaktoren. Bei Polyesterreaktoren mit einem Reaktorkäfig rotiert innerhalb des Reaktorgehäuses ein Rotor, der entlang von Längshalterungen senkrecht dazu angeordnet entweder Bleche mit vielen Durchbrechungen, sonstige Einbauten oder Drahtgeflechte aufweist, und wegen fehlender Zugänglichkeit in radialer Richtung auch als Käfig bezeichnet wird. Der Käfigreaktor stellt eine Alternative zu einem Rührscheibenreaktor dar. Prinzipiell wird damit der gleiche Zweck ver-

folgt, nämlich die Schaffung einer großen Oberfläche der darin befindlichen Produkte, um niedermolekulare Reaktionsprodukte möglichst rasch zu entfernen. Unterschiede in den verschiedenen Käfigen bestehen je nach Ausführung im Verweilzeitverhalten, bezüglich der Selbstreinigungsfähigkeit, der Totraum- Vermeidung, der Anpassung an die steigende Produktviskosität, der Dampfbelastung usw. Da die geforderten Durchsätze solcher Reaktoren in den vergangenen Jahren ständig gewachsen sind, werden auch die Abmessungen der Käfige zunehmend größer, beispielsweise mit einer Länge von bis zu 12 m und einem Durchmesser bis zu 4 m. Mit der Länge eines solchen Käfigs nimmt auch seine Durchbiegung zu mit der Folge, dass die an den Enden gelagerten Wellenzapfen nicht mehr waagerecht und fluchtend zueinander liegen, sondern mit wachsendem Biegemoment eine Neigung erfahren.

Aus der DE 40 13 912 C2 ist ein Doppelkäfigreaktor zur Schmelzepolykonden- sation bekannt. Dadurch, dass koaxial zu dem ersten auf Hohlwellen gelagerten Rotor ein an den Stirnseiten des Gehäuses über innere Wellen gelagerter zweiter Rotor vorgesehen ist, der mit Relativbewegung zum ersten Rotor antreibbar ist und Abstreifelemente zum Entfernen des an dem ersten Rotor haftenden Mediums aufweist, wobei der eine Rotor sich in dem anderen dreht, wird eine gute Durchmischung bei gleichmäßigem Durchlauf und engem Verweilspektrum des fließfähigen Mediums gewährleistet, wobei gleichzeitig alle Flächen zumindest des einen Rotors und auch des Reaktorgehäuses abgeschabt und gereinigt werden.

Die JP 200-392874 A, Abstract bezieht sich nur auf eine Vorrichtung zur Schmelzpolykondensation von Kondensationspolymeren mit zwei in einer Rührkammer vorgesehen Rotoren, die koaxial zueinander ausgerichtet sind.

Die WO 00/73033 A2 zeigt lediglich ein Rührgehäuse bzw. zwei nebeneinander angeordnete Reaktorgehäuse. Dieses Dokument zeigt daher überhaupt keine mit dem Anmeldungsgegenstand übereinstimmenden Merkmale.

Die EP 0 858 829 A2 zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele von zusammenwirkenden Rührelementen, die nebeneinander bzw. hintereinander geschaltet sind. Auch dieses Dokument weist keine mit dem Anmeldungsgegenstand übereinstimmenden Merkmale auf.

Die APOLLIT-Abstract 1999:1805 zeigt lediglich in Fig. 1 einen äußeren und inneren Zylinder mit einer Lagerbuchsstütze. Rotoren sind in diesem Dokument nicht dargestellt, zumindest ist nicht offenbart, wie die Rotoren bzw. Zylinder zusätzlich abgestützt werden sollen.

Die US 5,589,239 betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von polymeren Produkten, die mit einer Antriebsvorrichtung ausgestattet ist, die außerhalb des Gehäuses gelagert ist.

Die DE 32 08 973 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von viskosen Stoffen, die bei der Bearbeitung viskos werden. Hierzu sind nebeneinander angeordnete Scheibenrotoren vorgesehen, deren Lager außerhalb des Reaktorgehäuses vorgesehen sind.

Eine ähnliche Lageranordnung zeigt auch die FR 925 111 B, in dem Lager außerhalb des Rotorgehäuses dargestellt sind.

Die SU 1606170 A1 , Abstract zeigt eine schematische Anordnung einer Rührvorrichtung, wobei die Lager ebenfalls außerhalb des Rührgehäuses platziert werden müssen.

Eine weitere schematische Darstellung eines Reaktorgehäuses mit zwei koaxial zueinander angeordneten Zylindern ist aus der JP 06-287005 A, Abstract zu entnehmen. Auch dieses Dokument zeigt keine Lager, die von einem Produkt umspült werden. Das gleiche gilt auch für die CS 228 399 B, Abstract, das eine Vorrichtung offenbart, die zur Bearbeitung von Zuckerrüben vorgesehen ist.

Die US 3,989,610 A betrifft eine Gaszentrifuge und ist aus diesem Grund auch nicht mit diesem Anmeldungsgegenstand zu vergleichen.

Die DE 2932542 A1 betrifft eine Schleudergieß-Vorrichtung für die Zahntechnik und steht daher dem Anmeldungsgegenstand nicht patenthindernd entgegen, da dies ein anderes Sachgebiet betrifft.

Ferner ist eine Vorrichtung der eingangs geführten Art bekannt DE 0 445 282 A1 , die zur Behandlung von hochviskosen Medien mit einem horizontal ausge- richteten Reaktorgehäuse bezieht, das einen Einlass und einen Auslass ausweist, wobei in dem Reaktor ein äußerer und ein innerer Rotor angeordnet ist, die koaxial in der Rührkammer gelagert und jeweils auf einer Seite mit einer zentralen Antriebswelle verbunden sind. Der äußere Rotor weist auf seiner der Antriebswelle gegenüberliegenden Seite ebenfalls ein rotationssymmetrisches, eine Lauffläche aufweisendes Lager auf. Beide Lager sind, wie insbesondere aus Fig. 1 des Dokuments D1 hervorgeht, außerhalb der Rührkammer angeordnet, so dass sie nach bestimmten Zeitabständen geschmiert werden müssen, was mit einem großen Wartungsaufwand verbunden ist.

Nachteil des bekannten Doppelkäfigreaktors ist, dass die zulässige Randgän- gigkeit und damit das Betriebsverhalten von größeren Käfigen durch die Durchbiegung der Käfige mit extern angeordneten Lagern in schädlicher Weise beein- flusst werden. Das gegenseitige Abschaben von Gehäuse und Rotorflächen ist nur bei entsprechend verstärkten Käfigelementen und Halterungen erreichbar, die dann allerdings funktionelle Nachteile aufweisen.

Die endständigen Anbindungen des Außenkäfigs an Hohlwellen und des inneren Rotors an eine innerhalb der Hohlwellen gelagerte Antriebswelle und eine Stummelwelle machen darüber hinaus an jedem Reaktorende zwei Doppellager und vier Dichtungseinheiten erforderlich. Hierdurch entstehen ein erhöhtes Risiko von Undichtigkeiten und ein erheblicher Aufwand für die Dichtigkeitskontrolle.

Beim Scale-up eines solchen Reaktors ist zudem ein früheres Erreichen kritischer Dichtungsabmessungen im Vergleich zu Einwellen-Reaktoren zu erwarten.

Beidseitig wuchtige Lagergehäuse, die stirnseitig komplizierte Doppelwellenkonstellation und die Doppelkäfigstruktur behindern die Montage und Demontage, die Wartung und die Begehung des Reaktors zu Inspektionszwecken nachhaltig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden und anzuordnen, dass die dort geschilderten Nachteile überwunden werden und neben einer vorteilhaften, Platz sparenden Anordnung der Rotoren die Zeit der Wartung der Anlage wesentlich verringert wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Lauffläche aufweisende Lager mit einem komplementären, rotationssymmetrischen Gegenelement an einer Gehäusewand des Reaktors oder mit der Antriebswelle des inneren Rotors ein produktgeschmiertes, reaktorinternes Lager bildet. Mit der in der Ebene der Kä- fighalterung gedrückten Innenlagerung der Rotoren verringert das Biegemoment am jeweiligen Käfigende sich entscheidend, so dass die Formstabilität der Rotoren wesentlich verbessert wird. Durch die vorteilhafte Anordnung der im Reaktor vorgesehenen Lager erhält man auf einfache Weise durch eine Schmierung der Lager mit Hilfe des Produkts, das die Lager umspült. Hierdurch können Wartungszeiten wesentlich verringert werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Vorrichtung nach Anspruch 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schmelzepolykondensation von Kon- densationspolymeren unter Entfernung gasförmiger Spaltprodukte in einem liegenden zylindrischen Reaktor mit einer Rührkammer, umfassend einen Produkteintritt, einen Produktauslauf und mindestens eine Gasableitung im oberen Bereich der Rührkammer, und mit einem äußeren und einem inneren Rotor, die

koaxial in der Rührkammer angeordnet und jeweils auf einer Seite mit einer zentralen Antriebswelle verbunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rotor auf seiner der Antriebswelle gegenüberliegenden Seite eine rotationssymmetrische Lauffläche aufweist, die mit einem komplementären rotati- onssymmetrischen Gegenelement an der Gehäusewand des Reaktors oder mit der Antriebswelle des inneren Rotors ein produktgeschmiertes, reaktorinternes Lager, insbesondere ein Gleitlager, bildet.

Die Zahl der Wellendurchtritte pro Rotor ist hiermit auf jeweils einen begrenzt. Dementsprechend wird im Vergleich zu vorbekannten Reaktorsystemen die Zahl von Lagern und Dichtungen halbiert. Das Risiko von Undichtigkeiten wird vor allem dadurch gemindert, dass mit konventionellen einfachen Antriebswellen auf erprobte Lagerungs- und Dichtungssysteme zurückgegriffen werden kann.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der in die Ebene der Käfighalterungen gerückten Innenlagerung der Rotoren verschwindet das Biegemoment am jeweiligen Käfigende weitgehend, demzufolge wird die Formstabilität der Käfigenden mit geringeren Materialdicken erreicht, und die Randgängigkeit der Rotoren kann verbessert werden. Die Innenlager sind allesamt oder zum Teil aufgrund einer geeigneten Geometrie der Käfigkonsolen, der Lageranordnung und des Produktfüllstands im Betrieb vor- zugsweise von Produkt umspült und selbstschmierend. Eine Zwangsförderung des Produkts mittels Pumpen an die Lagerstelle ist im Allgemeinen nicht erforderlich.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist auch der innere Rotor auf seiner der Antriebswelle gegenüberliegenden Seite eine rotationssymmetrische Lauffläche auf, die mit einem Wellenfortsatz der Antriebswelle des äußeren Rotors oder einem Wellenzapfen des äußeren Rotors, beispielsweise im Anschluss an eine

lediglich einfach gerührte Eingangszone, ein weiteres Lager, insbesondere ein Gleitlager, bildet.

In einer zusätzlichen vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eines der Lager zum Beispiel durch entsprechende Anordnung des Produkteintritts als von Produkt zwangsdurchspültes Lager ausgebildet, was insbesondere bei sinkender Produktviskosität von Bedeutung ist.

Bevorzugt sind eine oder mehrere der rotationssymmetrischen Lagerkontaktflä- chen ganz oder teilweise aus einem Lagermetall gefertigt. Damit lässt sich ein Fressen der Gleitlager in Anfahr- oder übergangsphasen vermeiden. Die Fertigung der Lagerkontaktflächen kann auch nur Teile einer rotationssymmetrischen Lagerkontaktfläche betreffen, beispielsweise in dem Fall, dass das komplementäre rotationssymmetrische Gegenelement als Teil der zylindrischen Außenwand ausgebildet ist. Hier ist die Verwendung eines Lagermetalls für das komplementäre rotationssymmetrische Gegenelement nur im tiefer gelegenen Auflagebereich eines Rotors erforderlich.

Anstelle eines Gleitlagers kann insbesondere auch ein Wälzlager, zum Beispiel ein Kugellager, ein Kegelrollenlager, ein Pendelrollenlager oder ein anderer Wälzlagertyp aus geeigneten Materialien, beispielsweise Keramik, eingesetzt werden.

Durch besondere Rotorgestaltung und die Bereitstellung von Abstreifern wird im Allgemeinen ein wechselseitiges Abstreifen von Produktoberflächen ermöglicht.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beigefügten Figuren erläutert.

Es zeigen hierbei

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Reaktor mit einer Rührkammer, umfassend einen Produkteintritt 15, einen Produktauslauf 16 und eine

nicht dargestellte Gasableitung im oberen Bereich der Rührkammer, und mit einem äußeren Rotor 1 und einem inneren Rotor 2, die koaxial in der Rührkammer angeordnet und jeweils auf einer Seite mit einer Antriebswelle 3, 4 verbunden sind, wobei der äu- ßere Rotor 1 auf seiner der Antriebswelle 3 gegenüberliegenden

Seite eine rotationssymmetrische Lauffläche 5 aufweist, die mit einem komplementären rotationssymmetrischen Gegenelement 8 an der Gehäusewand des Reaktors ein Gleitlager bildet, und wobei der innere Rotor 2 auf seiner der Antriebswelle 4 gegenüber- liegenden Seite eine rotationssymmetrische Lauffläche 6 aufweist, die mit einem Wellenfortsatz 7 an der Antriebswelle 3 des äußeren Rotors 1 ein Gleitlager bildet.

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Reaktor, der prinzipiell wie der Reaktor in Figur 1 aufgebaut ist, wobei die rotationssymmetrische Lauffläche 5 des äußeren Rotors 1 mit einem Teil des äußeren Reaktorgehäuses als komplementärem rotationssymmetrischen Gegenelement 8 ein Gleitlager bildet.

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Reaktor, bei dem der Eingangsbereich des äußeren Rotors 1 in der linken Hälfte des Reaktors lediglich einfach gerührt ist und der Bereich dahinter in der rechten Hälfte des Reaktors mit einem inneren Rotor 2 prinzipiell wie beim Reaktor in Figur 1 aufgebaut ist. Der äußere Rotor 1 weist auf seiner der Antriebswelle 3 gegenüberliegenden Seite eine rotationssymmetrische Lauffläche 5 auf, die mit der Antriebswelle 4 des inneren Rotors 2 ein Gleitlager bildet. Der innere Rotor 2 weist auf seiner der Antriebswelle 4 gegenüberliegenden Seite eine rotationssymmetrische Lauffläche 6 auf, die mit einem Wellenzapfen 7 als Ge- genelement in einer Zwischenwand zwischen dem Eingangsbereich und dem Bereich dahinter ein produktgeschmiertes Gleitlager bildet. Auf diese Weise wird eine bessere Begehbarkeit des Reaktors gewährleistet.

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Reaktor nach dem Prinzip des Reaktors in Figur 1 , wobei der Produkteintritt 15 so vorgesehen ist, dass das von der rotationssymmetrischen Lauffläche 5 und dem rotationssymmetrischen Gegenelement 8 gebildete Gleitlager von eintretendem Produkt zwangsdurchspült wird.

Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Reaktor nach dem Prinzip des Reaktors in Figur 1 , bei dem anstelle der konventionellen Lagerung und Dichtung der Antriebswelle 4 des inneren Rotors 2 ein Gleitlager zwischen der Antriebswelle 4, dem Lagergehäuse 9 und einer äußere Dichtung tritt. Das so gebildete Gleitlager wird von Präkondensat aus dem Produkteintritt 15 zwangsumspült. Im Interesse geringer Biegemomente am Rotor 2 wird das Gleitlager dicht an den Rotoranfang gerückt. Auch die Antriebswelle 3 des äußeren Rotors 1 könnte in dieser Weise gelagert sein.

Fig. 6a bis

Fig. 6c jeweils einen Ausschnitt aus den Fig.1 , Fig.2 und Fig.3 von drei verschiedenen Möglichkeiten der eine Lauffläche aufweisenden Lager, wobei der äußere Rotor 1 auf seiner der Antriebswelle 3 gegenüberliegenden Seite ein rotationssymmetrisches, eine Lauffläche 5 aufweisendes Lager 8.1 aufweist und dass die Lauffläche 5 aufweisende Lager 8.1 mit einem komplementären, rotationssymmetrischen Gegenelement 8 an einer Gehäusewand 17 des Reaktors oder mit der Antriebswelle 4 des inneren Rotors 2 ein produktgeschmiertes, reaktorinternes Lager bildet.

Bezugszeichenliste:

1 äußerer Rotor

2 innerer Rotor

3 Antriebswelle des äußeren Rotors

4 Antriebswelle des inneren Rotors 5, 6 rotationssymmetrische Laufflächen 7 Wellenfortsatz, Wellenzapfen

8 komplementäres rotationssymmetrisches Gegenelement

9 Lagergehäuse

15 Produkteintritt 16 Produktauslauf