Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung vorkondensierter Harzlösungen

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.

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.

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.

Es ist bekannt, vorkondensierte Harzlösungen in großen, beheizbaren Rührkesseln chargenweise (also im Batch-Verfahren) zu produzieren.

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.

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 .

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.

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.

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.

Kontinuierliche Verfahren sind z.B. in der Patentschrift DE- 1595035 und Auslegeschrift DE-1720306 beschrieben.

Es ist z.B. aus den US-Patentschriften US-4413113, US 2927097 oder der Patentschrift DE-2161052 bekannt, Kondensationsreaktionen in Rohrreaktoren durchzuführen.

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 .

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.

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.

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.

ie 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.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche .

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. IA Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit kontinuierlicher und räumlich nacheinander angeordneter Abfolge der Verfahrensstufen;

Fig. IB Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit diskontinuierlicher und zeitlich nacheinander angeordneter Abfolge der Verfahrensstufen;

Fig. 2 schematische Darstellung eines ersten

Ausführungsbeispiels für ein kontinuierliches Verfahren und eines Ausführungsbeispiels für eine kontinuierliche Vorrichtung mit einem Rohrreaktor;

Fig. 3 schematische Schnittdarstellung durch eine

Ausführungsform einer kontinuierlichen Vorrichtung;

Fig. 4 schematische Schnittdarstellung durch eine

Ausführungsform einer diskontinuierlichen Vorrichtung;

Fig. 5 Ausführungsbeispiel für ein kontinuierliches Verfahren mit statischem Mischer und kalorimetrischer Messstrecke;

Fig. 6 Ausführungsbeispiel für Verweilzeit- und Abkühlstufe im kontinuierlichen Prozess.

Fig. 7 Speziell für ein F:M-Verhältnis von 1,3 mögliche

Betriebsparameter für ein Ausführungsbeispiel des kontinuierlichen Prozesses.

In Zusammenhang mit Fig. IA, IB werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form von Blockdiagrammen dargestellt. Fig. IA beschreibt dabei ein kontinuierliches Verfahren .

Dabei werden in Fig. IA die Edukte einer Harzlösung, z.B. ein Aminoplastbildner, Phenol oder ein Phenolderivat sowie eine Carbonylverbindung und ein Katalysator mindestens einer Aufheizstufe 1 zugeführt. Wie später noch beschrieben wird, erfolgt in der mindestens einen Aufheizstufe eine Direktbeheizung.

Nach dem Aufheizen wird das Produkt der Aufheizstufe 1 mindestens einer Verweilzeitstufe 2 zugeführt. Nachdem die Stoffe eine vorbestimmbare Zeit in der mindestens einen Verweilzeitstufe 2 verbracht haben, werden die Stoffe mindestens einer Abkühlstufe 3 zugeführt.

In Fig. IA sind die Verfahrensstufen kontinuierlich ausgebildet und räumlich so angeordnet, dass sie nacheinander durchlaufen werden.

In Fig. IB ist ein alternatives Fließschema mit einer diskontinuierlichen Fahrweise dargestellt, bei dem der Verfahrensschritt des Befüllens 5 der mindestens eine Aufheizstufe 1 mit den Edukten ausgeführt wird. Die Edukte können dabei denen des in Fig. IA dargestellten Beispiels entsprechen .

Mindestens eine Aufheizstufe 1 bedeutet hier, dass in einem Behälter mehrere Beheizungen mit einer Direktbeheizung durchführbar sind.

Anschließend erfolgt im selben Behälter oder in denselben Behältern das Verweilen, d.h. die mindestens eine Verweilzeitstufe 2. Auch hier kann das Verweilen in einer Stufe oder in mehreren zeitlich gestaffelten Stufen erfolgen.

Schließlich erfolgt mindestens eine Abkühlstufe 3 mit einer anschließenden Entleerung und einer darauf folgenden Befüllung.

Aus den Fig. IA und IB wird deutlich, dass der Begriff Stufe in Zusammenhang mit einem kontinuierlichen Verfahren (Fig. IA) eine räumliche Anordnung von Apparaten zur Realisierung von Stufen bedeuten kann. Im diskontinuierlichen Fall (Fig. IB) bedeutet Stufe die zeitliche Aufeinanderfolge von bestimmten Betriebszuständen .

In Zusammenhang mit Fig. 2 wird eine kontinuierliche Anlage als Ausführungsbeispiel zur Herstellung von vorkondensierter Harzlösung dargestellt.

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.

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 .

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.

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 Fig. IA dargestellten Verfahrens .

In alternativen Ausführungsformen ist es auch möglich, einzelne Stufen oder Teilbereiche der Stufen parallel zu schalten .

Als ein Edukt wird hier partikuläres Melamin über die Dosiervorrichtung Hl einem ersten Behälter Ml zugeführt. Das Melamin dient als Aminoplastbildner in der folgenden Weiterverarbeitung .

Als weiteres Edukt und als Carbonylverbindung wird hier Formaldehyd (und Lauge) in den ersten Behälter Ml zugeführt.

In einem ersten Schritt wird eine Vormischung der Reaktionskomponenten mit vermindertem Wassergehalt gegenüber der erforderlichen Reaktionsmischung hergestellt (Rührkessel Ml) . Dabei kann über den Heizmantel des Rührkessels Ml eine Vortemperierung der Vormischung vorgenommen werden.

über eine Pumpe Pl, welche vorzugsweise als

Exzenterschneckenpumpe ausgeführt ist, wird die Vormischung in die Aufheizstufe Cl, die hier als kontinuierlicher Rührreaktor ausgebildet ist, gefördert. Die Aufheizstufe Cl steht hier unter einem Betriebsdruck von 6 bar.

Der Inhalt der Aufheizstufe Cl wird mittels Direktbeheizung auf eine Temperatur von ca. 137 ⁰ C gebracht. Die Direktbeheizung erfolgt hier durch Einleitung von Wasserdampf über ein Regelventil V2 in die Aufheizstufe Cl.

Dazu führt ein Temperaturregler TCl über das Ventil V2 so viel Dampf zu, dass eine entsprechende Ablauftemperatur erreicht wird. Dieser Dampf kondensiert in der Aufheizstufe Cl zu flüssigem Wasser und heizt das Gemisch durch die dabei anfallende Kondensationswärme auf.

Um den erforderlichen Wassergehalt der Reaktionsmischung einzustellen, wird weiteres Wasser in flüssiger Form über ein

Regelventil Vl zugegeben. Diese Menge wird über einen Verhältnisregler FV3 so gesteuert, dass der aus der Aufheizstufe Cl abfließende Massenstrom im richtigen Verhältnis zur zulaufenden Vormischung steht.

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.

In einer speziellen Ausführungsform der beschriebenen Regelung kann das Regelventil Vl über einen Durchflussregler kontrolliert werden, der seinerseits einen Sollwert für den Durchfluss des Ventils Vl vom Verhältnisregler FV3 empfängt. Ebenso kann die Durchflussmessung FIl zum Regler ausgebaut werden, der einen Sollwert für den Durchfluss in der Pumpe Pl vom Verhältnisregler FV3 empfängt und diese entsprechend ansteuert .

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens (vergl. Fig. 5) wird die Ablauftemperatur der Aufheizstufe Cl durch die über Vl zugegebene Wassermenge mittel dem Temperaturregler TCl gesteuert. über das Ventil V2 wird soviel Dampf zugegeben, dass sich im Verhältnis zur zulaufenden Vormischung ein passender ablaufender Massenstrom aus der Aufheizstufe Cl ergibt. Dieses Verhältnis wird über den Verhältnisregler FV3 kontrolliert, welcher das Ventil V2 ansteuert.

Alternativ zu den hier aufgezeigten konventionellen Regelstrategien kann auch ein modellbasierter Regelalgorithmus eingesetzt werden, um die Verdünnung und die Temperatur in Cl zu kontrollieren.

Die mittlere hydraulische Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Aufheizstufe Cl liegt bei 45 s. Dabei geht das in Suspension zugeführte Melamin ganz oder teilweise in Lösung über .

In anderen Ausführungsformen (wie sie z.B. auch in Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 dargestellt werden) kann die hydraulische Verweilzeit in der Aufheizstufe auch kürzer oder länger sein. Vorteilhaft ist es, wenn die mittlere hydraulische Verweilzeit in der mindestens einen Aufheizstufe weniger als 60 Minuten, bevorzugt weniger als 20 Minuten, besonders bevorzugt weniger als 5 Minuten, ganz besonders bevorzugt weniger als 1 Minute beträgt.

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.

Betrachtet man die Stufen bzw. Teilbereiche, die eine entsprechende Temperatur aufweisen, als ein Strömungssystem, sollte dessen Verweilzeitverteilung daher möglichst eng sein.

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.

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 .

Unter Raumzeit wird hierbei der Quotient von durchströmtem Flüssigkeitsvolumen und Volumenstrom verstanden.

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 ⁰ C pro Minute, ganz insbesondere größer als 150 ⁰ C pro Minute, besonders bevorzugt größer als 380 ⁰ C pro Minute ist.

Die Temperatur am Ausgang der Aufheizstufe beträgt vorteilhafterweise mindestens 90%, insbesondere mindestens 95%, ganz besonders mindestens 97% der mittleren Reaktionstemperatur 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 ⁰ C, ganz bevorzugt zwischen 80 und 180 ⁰ C und ganz besonders bevorzugt zwischen 110 und 150 ⁰ C beträgt.

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 ⁰ C besonders vorteilhaft. Speziell für die in Fig. 7 als Ausführungsbeispiel

dargestellte Harztype ist in dieser Ausführungsform eine Temperatur zwischen 135 und 140 ⁰ C besonders bevorzugt.

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.

Die die Aufheizstufe Cl 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.

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.

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 Fig. 7 als Ausführungsbeispiel dargestellte Harztype ist in dieser Ausführungsform eine Verweilzeit zwischen 6 und 9 Minuten besonders bevorzugt.

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 Fig. 7 als Ausführungsbeispiel dargestellte Harztype bei etwa 137 ⁰ C bleibt. Der Rohrdurchmesser der Verweilzeitstufe C2 ist so gewählt, dass Reynoldszahlen größer 2300 und somit turbulente Strömungsverhältnisse vorliegen. Das Volumen der Verweilzeitstufe C2 ist so gewählt, dass die Reaktionsmischung diese Zone mit einer mittleren Verweilzeit von etwa 7 Minuten durchströmt und dabei zu einer Harzlösung mit dem gewünschten Polymerisationsgrad umgesetzt wird.

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.

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 Al platziert mit einer Messstelle für deren Eingangstemperatur (TI 2) und Ausgangstemperatur (TI3) (vergl. Fig. 5) . Die Temperaturdifferenz kann sehr genau ermittelt werden und ist ein Maß für die Wärmetönung der Reaktion in der Messstrecke .

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.

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 .

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 .

Die aus der Verweilzeitstufe C2 ablaufende Harzlösung wird in den Kühler Wl geleitet, der ähnlich wie die Verweilzeitstufe C2 als Rohrbündelwärmeübertrager aufgebaut ist. Der Kühler Wl ist damit eine Abkühlstufe Wl für das Reaktionsgemisch.

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.

Die aus der Abkühlstufe Wl ablaufende, fertige Harzlösung wird über ein Ventil V3 geführt, welches als Druckhalteventil (vergl. Fig. 5), insbesondere als Schlauchquetschventil ausgeführt sein kann. Der Druckverlust an diesem Ventil wird so eingestellt, dass der Siededruck der Reaktionsmischung an

jeder Stelle des Systems mit ausreichender Sicherheit überschritten wird. Z.B. kann für die in Fig. 7 als Ausführungsbeispiel dargestellte Harztype in der Aufheizstufe Cl ein Betriebsdruck von 6 bar einstellt werden. Besonders bevorzugt ist die Ausführung des Ventils V3 als Regelventil (vergl. Fig. 2), insbesondere als Schlauchquetschventil und Ansteuerung dieses Ventils durch einen Druckregler PICl. Der Druckregler ist so ausgeführt, dass er an einer oder mehreren Messstellen, welche ein hohes Temperaturniveau und / oder einen hohen Dampfdruck des Reaktionsgemisches aufweisen, eine überschreitung des Siededrucks sicherstellt. Dies erlaubt es, in besonders wirtschaftlicher Weise, den Betriebsdruck der Anlage so niedrig als möglich zu halten und die Abspannung des Reaktionsgemisches zu einem Teil dafür zu nutzen, den Druckverlust der Kühlstufe (n) zu überwinden.

An das Ventil V3 können sich weitere Abkühlstufen anschließen.

Die Direktbeheizung wird in der Aufheizstufe Cl 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 Cl auch statische Mischer, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 gezeigt, oder Strahlpumpen bzw. Strahlmischer 84, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 gezeigt, einsetzbar.

Wie in Zusammenhang mit Fig. IA ausgeführt, können die Aufheizstufe Cl, die Verweilzeitstufe C2 und / oder die Abkühlstufe Wl apparativ auch anders ausgebildet werden, als in Fig. 2 dargestellt. Insbesondere können die Stufen jeweils

über mehr als einen Apparat verteilt sein und auch seriell und / oder parallel verschaltet sein.

In die Aufheizstufe Cl 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.

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)

Auch die Zugabe von üblichen Additiven, beispielsweise von Farbstoffen kann bereits in diesem Produktionsschritt erfolgen .

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.

Anschließend gelangt die auf Reaktionstemperatur gebrachte Reaktionsmischung in eine oder mehrere Verweilzeitstufen.

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.

Die Verweilzeitstufen sind im Wesentlichen seriell verschaltet. Einzelne Stufen dieser Serie können jedoch auch parallel geschaltete Bereiche 81 beinhalten, wie in Fig. 6 dargestellt

Außerdem kann eine Abkühlstufe 80 einen oder mehrere Bereiche 82 enthalten, die durch einen Bypass überbrückbar sind, so dass eine Volumenanpassung der Verweilzeitstufe vorgenommen werden kann.

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 Fig. 6 dargestellt, der erste Bereich 83 der ersten Verweilzeitstufe 80 so ausgebildet, dass eventuell noch nicht gelöste Reste betrieblich beherrschbar sind, indem mittels senkrechter Strömungsführung oder erhöhter Strömungsgeschwindigkeit Ablagerungen von ungelösten Resten vorgebeugt wird oder solche in ihren Folgen durch eine

besonders leichte Zugänglichkeit für Reinigungs- oder Austauschmaßnahmen beherrschbar gemacht werden.

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 .

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.

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.

Die Abkühlstufe weist, wie in Fig. 6 dargestellt vorzugsweise mehrere Teilbereiche auf, ausgebildet, um anfangs eine schnelle Abkühlung bei möglichst turbulenten Strömungsverhältnissen in entsprechend eng dimensionierten Rohrquerschnitten (85) zu ermöglichen und auch hier die räumlichen Temperaturgradienten zu minimieren. Vorteilhaft kann für den ersten Bereich der Abkühlstufe auch ein Verdampfer (vorzugsweise ein Flash-Verdampfer) eingesetzt werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 wird die Flashverdampfung über ein Entspannungsventil 89 und einen Abscheider 87 realisiert, welcher vorzugsweise als Zyklon ausgebildet ist. Der entstehende Dampf wird in den Kondensator 88 geleitet und dort kondensiert. Die im Abscheider anfallende Harzlösung wird dem nächsten Bereich 85 der Kühlstufe zugeleitet, welche einen enger dimensionierten Rohrquerschnitt aufweist .

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) 86 der Abkühlstufe daher so dimensioniert, dass hier eine geringere Strömungsgeschwindigkeit vorliegt, die eventuell keine Turbulenz mehr ermöglicht, aber den Aufbau unerwünschter Druckverluste beschränkt. Zur Verbesserung des Wärmeaustausches, insbesondere unter nicht turbulenten Strömungsbedingungen können in der Abkühlstufe entsprechende statische Mischelemente angeordnet sein.

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.

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.

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 .

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.

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.

Das Rührwerk und die wesentlichen darin ablaufenden Strömungsvorgänge sind in Fig. 3 dargestellt. Diese Ausführungsform kann z.B. als Aufheizstufe Cl in der Ausführungsform nach Fig. 2 verwendet werden.

Vorzugsweise weist der Rührbehälter 30 gewölbte Böden auf und ist zylindrisch ausgeführt. Innerhalb des ZulaufStutzens 32 für die Vormischung dreht sich eine Hohlwelle 34, die gegenüber dem Zulaufstutzen mit dem Dichtungssystem 35 abgedichtet ist. Dieses ist vorzugsweise als doppelt wirkende Gleitringdichtung ausgeführt (Details in der Zeichnung nicht dargestellt) . Der Zulaufstutzen 32 ist vorzugsweise axial unten am Rührbehälter angebracht.

Auf der Hohlwelle 34 befindlich und von dieser angetrieben, ist ein als Begasungsrührer wirksames Rührorgan angebracht, welches aus mehreren Elementen besteht:

Das Rührorgan weist nach Art eines Schaufel- oder auch Scheibenrührers eine horizontale, kreisrunde Scheibe 40 auf, deren Ober- und Unterseite mit im Wesentlichen radial verlaufenden Schaufeln 36 bestückt ist. Auf den oberen Schaufeln ist vorzugsweise eine Deckscheibe 37 angebracht, welche in ihrer Mitte eine Zulauföffnung aufweist. Alternativ können die Schaufeln 36 auch nur auf einer Seite der Scheibe angeordnet sein.

Die Scheibe enthält auf ihrer Ober- und Unterseite Ausströmöffnungen 38, durch welche Dampf zur Beheizung in das vom Rührorgan geförderte Reaktionsmedium feinblasig eingetragen wird. Dieser Dampf wird über die Hohlwelle 34 in die Scheibe eingespeist. Innerhalb der Scheibe befindet sich ein vorzugsweise einstellbares Verteilsystem, welches die Verteilung des Dampfaustritts zwischen Ober- und Unterseite bzw. auf die einzelne Auslassöffnung bewerkstelligt. In der dargestellten Ausführung ist das Verteilsystem über eine Hohlschraube (41) mit seitlichen Bohrungen realisiert. Durch die vertikale Positionierbarkeit dieser als Austrittsöffnung

fungierenden Bohrungen kann die Verteilung zwischen der oben und unten austretenden Dampfmenge variiert werden.

In Höhe des Rührorgans befindet sich optional an der Innenseite der Behälterwand ein ringförmig ausgebildetes Leitblech 30. Dieses Leitblech 30 lenkt das auf der Unterseite des Rührorgans geförderte Fluid so um, dass es weitgehend unterhalb des Rührorgans verbleibt und von dort wieder in das Rührorgan gesaugt wird. Das auf der Oberseite des Rührorgans geförderte Fluid wird so umgelenkt, das es weitgehend oberhalb des Rührorgans verbleibt und über ein optionales Leitrohr 39 durch das Rührorgan erneut angesaugt wird. Durch diese Art der Strömungsführung bilden sich zwei gut durchmischte Bereiche innerhalb des Rührkessels aus, zwischen denen ein verminderter Austausch an Fluid besteht. Der zulaufseitige Bereich weist vorzugsweise ein kleineres Volumen als der ablaufseitige auf. Dadurch wird in dem zulaufseitigen Bereich eine schnelle Aufheizung der zuströmenden Vormischung erreicht, während der zweite Bereich eine Nachbeheizung und eine weitere Vermischung zwischen den Fluidelementen bewirkt. So wird eine intensive Beheizung, Durchmischung und ein Ausgleich von Temperatur- und / oder Konzentrationsschwankungen auf kleinem Raum sichergestellt. Dabei kann die Verweilzeitverteilung des Gesamtsystems relativ eng gehalten werden, da die volldurchmischten Zonen der Aufheizstufe in Relation zur Verweilzeitstufe klein und in zwei Bereiche unterteilt sind.

Bei der vorteilhaften, aufwärtsdurchströmten Ausführung des Rührwerks, welche in Fig. 3 dargestellt ist, ist der Zulaufstutzen 32 für die zuströmende Vormischung vorzugsweise durch den unteren Boden durchgestreckt und bis nahe an das Rührorgan herangeführt. Dadurch kann die zulaufende Vormischung direkt gegen die Unterseite des Rührorgans strömen, so dass sich dort kein Gaspolster ausbilden kann. Infolge dessen bleibt die Förderwirksamkeit des Rührorgans erhalten .

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.

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.

Das aufgeheizte und mit dem kondensierten Dampf durchmischte Reaktionsmedium verlässt den Rührreaktor über den Ablaufstutzen 33.

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.

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 .

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 .

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.

Nach Abschluss des Befüllens beginnt die Aufheizstufe des Prozesszyklus (vergl. Fig. IB) . Dabei wird die Direktbeheizung innerhalb des Reaktionssystems vorgenommen. Durch die erreichbaren hohen Wärmeeintragsraten kann diese Stufe vergleichsweise kurz gehalten werden, so dass sich vorteilhaft eine erhöhte Raum-Zeit-Ausbeute des Prozesses ergibt und Edukte, die als Feststoff vorliegen, möglichst schnell bzw. möglichst weitgehend gelöst und für die Reaktion verfügbar gemacht werden.

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.

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.

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.

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.

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. 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 .

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.

Dieses Verfahren wird im Zusammenhang mit Fig. 3 anhand einer weiteren Ausführungsform erläutert.

In der Befüllstufe des Produktionszyklus wird der Rührreaktor 51 über den Zulaufstutzen 60 mit vortemperierter Formalinlösung, KOH und Melamin befüllt. Diese Edukte können einzeln oder als Vormischung eingefüllt werden.

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 ⁰ C.

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 ⁰ C und den gewünschten Feststoffgehalt gebracht wird.

Ein für die beschriebene Aufheizung optimal angeordneter Rührkörper 55 ist im unteren Teil des Rührreaktors zu platzieren, er wird über eine Hohlwelle angetrieben und mit Dampf versorgt, welcher über entsprechende Austrittsbohrungen feinblasig in die Reaktionsmischung einströmt. Ein über dem Rührkörper angeordnetes Leitrohr 54 sorgt während der Aufheizstufe dafür, dass sich die Umwälzung durch den Rührkörper 55 auf den gesamten flüssigen Reaktorinhalt erstreckt.

In der Verweilzeitstufe, welche sich anschließt und welche zum Beispiel etwa 9 Minuten dauert, können Temperaturverluste über einen optionalen Heizmantel 61 kompensiert werden.

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 58 bei gleichzeitiger Inbetriebnahme des Entgasungsrührers . Dessen Rührkörper 52 ist knapp unter der Oberfläche der sich bei seinem Betrieb einstellenden Trombe angeordnet. über das Leitrohr 54 saugt er von unten Flüssigkeit an, so dass auch während der Abkühl- Phase der komplette Behälterinhalt intensiv umgewälzt wird. Der geringste Druck innerhalb des Systems tritt bei diesem Prozess an den Schaufeln des Entgasungsrührers auf, wo daher die Verdampfung der Flüssigkeit bevorzugt einsetzt, so dass der entstehende Dampf vergleichsweise leicht zur Flüssigkeitsoberfläche entweichen kann. In der Trombe selbst findet aufgrund der Zentrifugalkräfte außerdem eine Anreicherung von Gasblasen in Richtung Rührwerksachse statt. Durch diese Vorgänge wird eine hohe Verdampfungsleistung in dem beschriebenen Rührwerk ermöglicht.

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 62 in einen Kühl-Behälter geführt, indem sich vorzugsweise bereits produzierte, vorgekühlte Harzlösung befindet, so dass sich beim Einmischen der frischen, heißen Harzlösung eine weitere schnelle Abkühlung derselben ergibt. Der Kühlbehälter ist mit entsprechenden Wärmeaustauschflächen (z.B. Rohrschlangen) ausgestattet, um die anfallende Wärme abführen zu können. Die abgekühlte Harzlösung wird bei Temperaturen zwischen 30 und 80 °C aus dem Kühlbehälter zur Weiterverarbeitung bzw. zur Lagerung abgezogen.

Eine vereinfachte Ausführung des in Fig. 4 dargestellten Rührwerks kann entweder auf den Entgasungsrührer und die Möglichkeit der Vorkühlung verzichten oder aber die besonders günstige unten angeordnete Positionierung des Begasungsrührers aufgeben. Im letztgenannten Fall wird das oben angeordnete Rührorgan unter jeweils entsprechenden Druckverhältnissen sowohl zur Entgasung als auch zur Begasung wirksam, wenn die Antriebswelle als Hohlwelle mit DampfZuführung gestaltet ist und entsprechende Austrittsöffnungen für den Dampf vorzugsweise in dem äußeren Rührkörperbereich vorgesehen sind. Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall die Gestaltung des Rührkörpers mit wechselweise aufwärts und abwärts gerichteten Strömungskanälen und Anbringung der Dampf-Austrittsöffnungen im Bereich der abwärts gerichteten Strömungskanäle.

Wird das Rührwerk, wie in Fig. 4 dargestellt, mit zwei Rührkörpern betrieben, so ist zu beachten, dass jeweils nur eines der Rührorgane in Betrieb genommen wird. Der Ansaugvorgang über das Leitrohr 54 kann dann über das jeweils stillstehende Rührorgan erfolgen.