Verfahren zur Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren und dafür geeigneter Reaktor Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, wie monomeren Vinylhalogeniden, in einem Polymerisationsreaktor.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Polymerisationsreaktor zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Polymerisation ethylenisch ungesättigter Monomere ist in der Regel eine

exotherme Reaktion, bei der üblicherweise große Wärmemengen freigesetzt werden (z.B. 1550 kJ/kg bei der Polymerisation von Vinylchlorid). Aus wirtschaftlichen Gründen werden für eine diskontinuierliche Polymerisation häufig große Druckbehälter mit bis zu 300 m ³ eingesetzt, so dass beachtliche Wärmemengen abgeführt werden müssen. Daher sind für eine diskontinuierliche Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, beispielsweise von monomeren Vinylhalogeniden (wie z.B. Vinylchlorid) bereits zahlreiche Verfahren und Modifikationen von Reaktionsbehältern (Reaktoren) für eine verbesserte Ableitung der Reaktionswärme entwickelt worden. Insbesondere für die Polymerisation von Vinylchlorid kommt hinzu, dass der aus dem Reaktor abzuführende Wärmestrom während der Umsetzung ein Maximum durchläuft.

In der Polymerisationstechnik ist z.B. aus DE 197 23 977 A1 und„Technical Progress für PVC", Y. Saeki und T. Emura, Prog. Polym. Sei. 27 (2002) 2055-2131 bekannt, die auftretende Reaktionswärme über Reaktorwände (Mantelkühler abzuführen, wobei eine Abführung von Reaktionswärme auch als Kühlung bezeichnet wird. Insbesondere bei größeren Reaktoren werden auch noch die als Komponenten des Rührsystems ohnehin erforderlichen Stromstörer zusätzlich zur Kühlung benutzt. Bei einer Kühlung über die

BESTÄTIGUNGSKOPIE Reaktorwände ist allerdings zu beachten, dass mit steigender Reaktorgröße und nahezu gleichbleibendem Verhältnis von Reaktorhöhe zu Durchmesser, das Verhältnis von Kühlfläche zu Volumen stetig abnimmt. Da der Wärmestrom vom Reaktorinnenraum zum Kühlmedium die drucktragende Wand passieren muss, ist der Wärmeübergangs- koeffizient niedrig.

Grundzätzlich kommen zur Verbesserung der Wärmeabtuhr aus einem Reaktor drei Ansatzpunkte in Frage:

- die Erhöhung des Wärmedurchgangskoeffizienten,

- die Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche, und

- die Vergrößerung der treibenden Temperaturdifferenz zwischen

Reaktorinhalt und Kühlmedium.

Statt eines Mantelkühlers an der Reaktoraußenwand kann auch ein Reaktor mit

Innenkühler eingesetzt werden, siehe z.B. EP 0 012 410 A1 , US-A-4,552,724 und Shinkai T., Shinko Pfaundler Tech. Rep. 1988, 32(3) 21-6. Dabei kann durch

Verringerung der Wandstärke zwischen Kühlmedium und Reaktorinnenraum der

Wärmetransfer deutlich verbessert werden. EP 0 012 410 A1 beschreibt insbesondere eine Anbringung von Kühlmedium führenden Halbschlangen an der Reaktorinnenwand, welche zusätzlich zur Verbesserung des Wärmedurchgangskoeffizienten noch eine weitere Verbesserung der Wärmeabfuhr infolge der Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche durch die Wölbung der Kühlschlangen bewirkt.

Die Wärmeaustauschfläche kann durch zusätzliche externe Kühler signifikant verbessert werden. Hier ist zuerst die Wärmeabführung durch Siedekühlung mit Hilfe eines üblichen Rückflusskühlers zu nennen. Durch Hinzufügen eines Rückflusskühlers auf einen Polymerisationsreaktor kann dessen Leistung um ca. 50% gesteigert werden. Aber die großen Monomermengen, die verdampft und nach der Wiederverflüssigung im Rückflusskühler wieder in die Reaktionsmischung eingerührt werden müssen, greifen in den diffizilen Kornbildungsprozess ein. Weiterhin müssen Inertgas- und Schaumprobleme gelöst werden. Ein Hochschäumen der Reaktionsmischung in den Rückflusskühler muss unbedingt vermieden werden, da dessen Kondensationsflächen dann belegt und die Wärmeabfuhr und damit die ordnungsgemäße Beendigung des Polymerisationsansatzes nicht mehr gewährleistet sind.

Ein weiteres Verfahren zur Schaffung zusätzlicher Kühlflächen ist die in EP 0 526 741 A2 beschriebene Zirkulation der Reaktionsmischung durch einen externen Wärmetauscher. Dieses Verfahren hat zwei erhebliche Probleme. Zum Einen führt das

Zirkulieren einer Dispersion leicht zu einer Ablagerung oder gar Verstopfung des Systems, und zum Anderen hat eine Dispersionspumpe einen schwierig zu

kontrollierenden Einfluss auf die Teilchengrößenverteilung. Laut Saeki et al. in Prog. Polym. Sei. 27 (2002) 2055-2131 kann bis heute nicht mit Sicherheit gesagt werden, ob dieses Verfahren bereits kommerziell angewendet wird.

Eine Erhöhung der treibenden Temperaturdifferenz durch Wahl einer höheren

Polymerisationstemperatur ist bei dem radikalischen Mechanismus, nach dem ethylenisch ungesättigte Monomere im Allgemeinen polymerisiert werden, nur bedingt möglich, da diese Temperatur die mittlere Kettenlänge des Polymeren kontrolliert. Das Ziel der Reaktionsführung ist aber, ein Polymerisat mit einer vorher festgelegten mittleren Kettenlänge zu erzeugen. Damit kann die treibende Temperaturdifferenz nur durch Verwendung eines Kühlmediums mit möglichst niedriger Temperatur erhöht werden. Normales Kühlwasser, wie es durch Nass-Kahltürme bereitgestellt wird, ist aufgrund seiner niedrigen Bereitstellungskosten üblicherweise das Kühlmedium der Wahl. Die theoretisch erreichbare tiefste Kühlwassertemperatur des Nasskühlturms wird durch die Feuchtkugeltemperatur bestimmt, welche wiederum von der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit an einem Standort abhängt. In der Praxis muss auf die

Feuchtkugeltemperatur noch der sogenannte Kühlgrenzabstand addiert werden. In Ländern in gemäßigten Zonen gestattet das Klima Kühlwassertemperaturen von 20°C oder im Winter sogar noch niedrigere Kühlwassertemperaturen. Damit sind gute Raum- Zeit-Ausbeuten (Masse Produkt je Kubikmeter Reaktionsvolumen und Betriebsjahr) von Polymerisationsreaktoren möglich. Petrochemische Industriekomplexe, in denen u.a. Vinylpolymere hergestellt werden, entstehen heute jedoch vielfach in Ländern in tropischen oder subtropischen Breiten in der Nähe von Erdöl- oder Erdgasförderstätten. Aufgrund der dort herrschenden hohen Temperaturen, oft in Verbindung mit hoher Luftfeuchtigkeit, sind dann nur Kühlwassertemperaturen im Bereich von ca. 25-38 °C möglich, so dass die Reaktorproduktivität signifikant sinkt. Um eine gewünschte

Jahresproduktionsmenge an Polymer zu erzeugen, musste ein Anlagenbetreiber bislang mehr Reaktoren aufstellen und dafür entsprechend mehr Geld investieren oder es mussten spezielle Maßnahmen zur Absenkung der Temperatur des Kühlwassers vorgesehen werden. Durch den Einsatz von Kaltwasser kann eine Leistungssteigerung wie durch einen Rückflusskühler erreicht werden. Das Kaltwasser muss allerdings mit hohem Stromverbrauch durch Kältemaschinen (z. B. Kompressionskältemaschinen) erzeugt werden. Während Nasskühltürme Strom nur für den Betrieb der Kühlwasserpumpen, zur

Kühlwasserumwälzung benötigen, brauchen Kompressionskältemaschinen zusätzlich große Strommengen zur Erzeugung der niedrigen Temperaturen. Für die Maschinen selbst fallen zusätzliche Investitionskosten an.

Der Nachteil des hohen Stromverbrauches könnte zwar durch den Einsatz von

Absorptionskältemaschinen stark gemildert werden. Bei diesen erfolgt die notwendige Druckerhöhung des Kältemittels nicht durch einen elektrisch betriebenen Verdichter wie bei Kompressionskältemaschinen, sondern durch Wärmezufuhr von außen (z.B.

Urbanek, T.; Kältespeicher: Grundlagen, Technik und Anwendung; Oldenburg Verlag 2012). Dieser zusätzliche Wärmebedarf führt in Summe mit dem Strombedarf zu einem im Vergleich mit Kompressionskältemaschinen weitaus niedrigeren Wirkungsgrad. Aus diesen Grund eignen sich Absorptionskälteanlagen nur dann besonders gut, wenn große Mengen anderweitig nicht nutzbarer Wärme kostenlos zur Verfügung stehen. Im Vergleich zu Kompressionskältemaschinen haben Absorptionskälteanlagen die weitaus höhere Anlagenkomplexität, einen höheren Platzbedarf und ein höheres

Gesamtgewicht. Das schlägt sich in höheren Investitionskosten pro kW installierte Kälteleistung nieder. Bei einer Kühlung mit Kaltwasser als Kühlmittel wird die gesamte aus dem Reaktor abzuführende Wärmemenge über die Kältemaschine abgeführt, auch in Phasen der Polymerisation, wo die Reaktionswärmeleistung noch oder schon wieder auch von Kühlwasser abgeführt werden könnte, d.h. bei Polymerisationen von Vinylchlorid auch vor und nach dem Durchlaufen des Maximums der Wärmeentwicklung. An vielen Standorten gibt es außerdem einen ausgeprägten jahreszeitlichen Verlauf der

Kühlwassertemperaturen, der es gestatten würde, zumindest einige Monate auf

Kaltwasser und den stromintensiven Betrieb der Kältemaschinen zu verzichten. Es wünschenswert, die Wärme flexibel auf die beiden Kühlmedien Kühl- und Kaltwasser aufteilen zu können. Dann würde eine kleinere Kälteanlage benötigt werden, was außer den Betriebskosten auch die Investitionskosten reduzieren würde.

Für eine solche Kühlung, bei der zwei Kühlmedien an einem Reaktor optimiert eingesetzt werden können, gab es bisher keine Lösung, welche die genannten

Ansprüche voll erfüllt. Wenn nach dem Start einer Polymerisation zunächst so lange mit Kühlwasser gekühlt wird bis die Kühlkapazität nicht mehr ausreicht, dann die

Kühlmittelzufuhr zum Reaktor komplett auf Kaltwasser umgeschaltet wird bis die

Wärmeentwicklung wieder ausreichend für eine Rück-Umschaltung auf Kühlwasser zurückgegangen ist, belastet in der Phase der Kühlung mit Kaltwasser immer noch die gesamte Wärmeleistung des Reaktors die Kältemaschinen, so dass deren Größe (installierte Kälteleistung) gegenüber dem Betrieb ausschließlich mit Kaltwasser nicht reduziert werden kann. Wird das Kaltwasser so eingesetzt, dass es über Wärmetauscher bei Bedarf das Kühlwasser, das seinerseits den Reaktor kühlt, unterkühlt, erfordert die für den Betrieb des Wärmetauschers notwendige, treibende Temperaturdifferenz eine niedrigere Kaltwassertemperatur, was die Betriebskosten der Kälte- maschinen erhöht, weil der Wirkungsgrad mit sinkender Kaltwassertemperatur ebenfalls sinkt. Wird das Kühlwasser stofflich mit Kaltwasser auf die jeweils erforderliche

Temperatur abgemischt, läuft zeitweise warmes Kühlwasser in den Rücklauf zur Kältemaschine, wo es unter zusätzlichem Energieaufwand auf die Kaltwasser- Vorlauftemperatur herunter gekühlt werden muss.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren in einem Polymerisationsreaktor bereitzustellen, welches durch Verwendung von Kaltwasser auch, aber nicht ausschließlich in Ländern mit subtropischem oder tropischem Klima durch hohe Raum-Zeitausbeuten besonders wirtschaftlich ist und gleichzeitig die mit Installation und Betrieb der Kälteanlagen verbundenen Investitions- und Betriebskosten minimiert. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Polymerisationsverfahrens zu schaffen. Die Produkteigenschaften dürfen dabei nicht nennenswert verschlechtert werden.

Überraschend wurde jetzt gefunden, dass die Aufgabe dann lösbar wird, wenn die Kühleinrichtung am Reaktor in eine ausreichende Anzahl parallel geschalteter und mit individuellen Kühlmittelzuleitungen ausgerüsteter Abschnitte unterteilt wird, die dann wahlweise und umschaltbar mit Kühl- oder Kaltwasser betrieben werden können. Die gefundene Lösung wird durch die unabhängigen und abhängigen Ansprüche sowie die Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren dargestellt. Durch die Erfindung werden die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Polymerisationsverfahren, bei dem ethylenisch ungesättigte Monomere, insbesondere Vinylverbindungen, und bevorzugt monomere Vinylhalogenide in einem Reaktor polymerisiert werden, wobei die Wärmeabfuhr über Kühleinrichtungen am Reaktor erfolgt, die so in parallel geschaltete Kühlzonen unterteilt sind, dass je nach der aktuellen Reaktionswärmeleistung eine maximale mögliche Kühlzonenanzahl mit Kühlwasser und nur die restliche Anzahl der Kühlzonen mit Kaltwasser beaufschlagt wird. Das temperaturgesteuerte Umschalten einer Zone kann über Ventile erfolgen.

Außerdem ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung, die eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Polymerisation von einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren in einem Reaktor (1), welches folgende Schritte umfasst:

i) Bereitstellung von Kühlwasser (3), das gegebenenfalls durch einen oder mehrere Kühltürme oder andere Rückkühleinrichtungen im Kreis geführt wird, ii) Erzeugung von Kaltwasser (4) durch Abkühlen von Wasser in einer Kaltwasseranlage unter die Kühlwasser-Vorlauftemperatur,

iii) Bereitstellung von Kaltwasser (4), das gegebenenfalls durch die

Kaltwasseranlage im Kreis geführt wird,

iv) Vorlage des oder der ethylenisch ungesättigten Monomeren zusammen mit den übrigen Rezepturbestandteilen in einem Reaktor (1) mit mindestens zwei parallel geschalteten Kühlvorrichtungen der Reaktorwand („Kühlzonen"), die wahlweise und umschaltbar mit Kühlwasser oder mit Kaltwasser beaufschlagt werden können, und

v) gleichzeitiges Abführen der anfallenden Reaktionswärme während einer

laufenden Polymerisation an Kühlwasser und Kaltwasser, wobei je nach aktueller Reaktionswärmeleistung ein oder mehrere Kühlvorrichtungen der Reaktorwand mit Kühlwasser und die übrigen Kühlvorrichtungen der

Reaktorwand mit Kaltwasser betrieben werden.

Die Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, wie von Vinyl- halogeniden und insbesondere von Vinylchlorid, ist an sich bekannt. Überraschenderweise wurde nun jedoch gefunden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren der gleichzeitigen Kühlung des Polymerisationsreaktors sowohl mit Kühl- als auch mit Kaltwasser gegenüber dem herkömmlichen Stand der Technik keine Einbußen in der Produktqualität hinzunehmen sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Kaltwasserbedarf und damit der Strombedarf einer Polymerisation von monomeren Vinylhalogeniden in einem

Polymerisationsreaktor bei gleichbleibender Produktqualität gegenüber einer

ausschließlichen Kaltwasserkühlung deutlich reduziert und die Produktivität im Vergleich zu einer konventionellen Mantelkühlung mit Kühlwasser deutlich erhöht. Überraschend ist insbesondere, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren die durch die zwei verschieden temperierten Kühlmedien lokal unterschiedlichen Temperaturen der Reaktorinnenwand keinen nennenswerten Einfluss auf die Produktqualität haben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für die radikalische Polymerisation sämtlicher ethylenisch ungesättigter Monomere geeignet. Beispiele für ethylenisch ungestättigte Monomere sind halogenierte Olefine, wie Vinylhalogenide oder Vinyliden- halogenide, Vinylester, wie Vinylacetat („VA"), Ester und/oder Amide ethylenisch ungesättigter Carbonsäuren, wie Acrylate oder Methacrylate, Diene, wie 1 ,3-Butadien oder Vinylaromaten, wie Styrol.

Vorzugsweise wird als monomeres Vinylhalogenid Vinylchlorid („VC") eingesetzt, wobei das hergestellte Polymer z. B. aus 50% bis 100% aus Vinylchlorid bestehen kann.

Weiter bevorzugt können erfindungsgemäß gleiche oder unterschiedliche Monomereinheiten zu einem Homo- oder Copolymeren polymerisiert werden. Vorteilhaft verändern sich durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Polymerprodukte die Produkteigenschaften nicht nennenswert.

Die Reaktion kann erfindungsgemäß in Lösung oder in Dispersion durchgeführt werden, d.h. Edukte und/oder Produkte der Reaktion können unabhängig voneinander in einem Lösungsmittel gelöst oder als Feststoffe oder Flüssigkeiten in einem Dispersionsmedium fein verteilt vorliegen. Bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren die

Polymerisation in Dispersion mit Wasser als Dispersionsmedium durchgeführt.

Das Verfahren der Erfindung kann unter einem Druck höher als Normaldruck durchgeführt werden, bevorzugt unter einem Druck von 0,3 bis 2 MPa. Vorzugsweise wird die Polymerisation diskontinuierlich durchgeführt. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung, welche die folgenden Elemente umfasst:

A) Reaktor (1) für die Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren ausgestattet mit mindestens zwei parallel geschalteten Kühlvorrichtungen der Reaktorwand („Kühlzonen"),

B) Vorrichtung zur Bereitstellung von Kühlwasser (3), die mit den Eingängen jeder Kühlvorrichtung der Reaktorwand verbunden ist,

C) Kaltwasseranlage zum Erzeugen von Kaltwasser (4), die mit den Eingängen jeder Kühlvorrichtung der Reaktorwand verbunden ist, und

D) Schaltvorrichtungen zum Umschalten der Versorgung einer Kühlvorrichtung der Reaktorwand oder einer Gruppe von Kühlvorrichtungen der Reaktorwand von Kühlwasser (3) auf Kaltwasser (4) oder von Kaltwasser (4) auf Kühlwasser (3).

Die zur Durchführung das erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Vorrichtung ist ein vorzugsweise mit ein oder mehreren Rühreinrichtungen ausgestatteter Reaktionsbehälter, dessen Kühlvorrichtungen der Reaktorwand (gemeinsam„Wärmeabfuhreinrichtung" genannt) in parallel geschaltete Zonen aufgeteilt sind. Die Wärmeabfuhreinrichtung ist in mindestens zwei, vorzugsweise zwei bis fünfzig, insbesondere zwei bis dreißig und besonders bevorzugt zwei bis zwanzig parallel geschaltete Zonen aufgeteilt, wobei jede dieser Zonen mit Kaltwasser oder mit Kühlwasser versorgt werden kann und umschaltbar mit mindestens einer Kühlwasserquelle und mit mindestens einer

Kaltwasserquelle verbunden ist. Vorzugsweise ist jede dieser Zonen umschaltbar Teil eines Kühlwasser- oder eines Kaltwasserkreislaufs.

Die Umschaltung erfolgt vorzugsweise zeitgleich sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf einer Zone. Das temperaturgesteuerte Umschalten einer Kühlzone kann über 3-Wege- Ventile oder über einzelne Ventile erfolgen. Vorzugsweise werden zwei ineinander- greifende Regelungen mit konstruktiv bedingter unterschiedlicher Regelgenauigkeit verwendet. So wird vorzugsweise bei einer Wärmefreisetzung im Reaktor, welche die über das Kühlwasser abführbare Wärmemenge übersteigt, eine oder mehrere Kühlzonen von Kühlwasser auf Kaltwasser umgeschaltet. Insbesondere wird zuerst eine Kühlzone von Kühlwasser auf Kaltwasser umgeschaltet. Anschließend wird der

Kaltwassermassenstrom an die aktuelle Wärmefreisetzung angepasst, beispielsweise durch eine hintereinandergeschaltete TC-FC-Regelung. Ist der maximale

Kühlwasserstrom erreicht und die Wärmefreisetzung nimmt weiter zu, kann über die Temperaturschaltung (TS) eine weitere Kühlschlange von Kühlwasser auf Kaltwasser umgeschaltet werden.

Vorteilhafterweise wird zur Umsetzung die in EP 0 012 410 A1 beschriebene

Konstruktion als Polymerisationsreaktor verwendet, da deren innen liegende

Kühlschlange schon aus Gründen des Druckverlustes in etliche Einzelabschnitte unterteilt ist und zusätzlich die beschriebenen Vorteile einer erhöhten Wärmedurchgangszahl und erhöhter Kühlfläche bietet. Eine Kühlzone kann aus einem

Einzelabschnitt der innen liegenden Kühlschlange bestehen.

Ein erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzter Reaktor besteht also aus einem mit Stromstörern versehenen Behälter, in welchem sich mindestens ein Rührwerk, vorzugsweise ein mehrflügeliges Rührwerk, befindet und auf dessen Wand,

vorzugsweise auf dessen Innenwand, Wärmeaustauschkonstruktionen angeordnet sind.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können mehrere Kühlzonen zu größeren Gruppen zusammengefasst sein, um die Anzahl der Ventile, die zur

Durchführung der Umschaltungen erforderlich ist, zu vermindern. Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere indem die Wärmeabfuhr durch das Kühlwasser maximiert wird, was die

Betriebskosten einer Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren bei gleichbleibender Produktqualität deutlich verringert. Beschreibung der Figur Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen.

Die Figur zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Polymerisationsreaktors, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Beispielhaft dargestellt ist ein Reaktor (1), der mit einem Innenkühler (2) ausgerüstet ist und mit Kühlwasser (3) und bei Bedarf mit Kaltwasser (4) versorgt wird. Der Innenkühler (2) - hier in Gestalt einer innenliegenden Halbrohr- Kühlschlange - ist in Abschnitte unterteilt, welche die Kühlzonen bilden und über eigene Anschlüsse für Kühlmittelvor- und -rücklauf verfügen. Aus zeichnerischen Gründen sind nur drei Kühlzonen dargestellt. Zu Reaktionsbeginn stehen alle Dreiwegeventile so, dass alle Kühlzonen mit Kühlwasser durchströmt werden, und eine Regelkaskade bestehend aus dem Innentemperaturregler (6) und dem Kühlwasser-Mengenregler (7) hält die Reaktortemperatur auf dem Sollwert. Steigt die Wärmefreisetzung im Reaktor soweit an, dass auch bei maximalem Kühlwasserdurchfluss (maximal geöffnete Ventile des Reglers (7)) die Wärmeabfuhr nicht ausreicht, wird eine Kühlzone durch Umstellung der Dreiwegsventile im Vor- und im Rücklauf gesteuert durch den Temperaturschalter TS (5) auf Kaltwasserbetrieb umgeschaltet. Das Regelventil in der Kühlwasserzuleitung bleibt dabei voll geöffnet. Der Regler für die Reaktor-Innentemperatur regelt jetzt über Regler (8) den Kaltwassermengenstrom so ein, dass die Reaktorinnentemperatur auf ihrem Sollwert bleibt. Steigt die Wärmefreisetzung im Reaktor schließlich so weit an, dass das Regelventil des Kaltwasserreglers (8) voll geöffnet ist, schaltet der

Temperaturschalter (5) die nächste Kühlzone von Kühl- auf Kaltwasserbetrieb um. Bei weiter steigendem Wärmebedarf werden weitere (nicht dargestellte) Kühlzonen mittels ihrer Dreiwegeventile aufs Kaltwasser umgeschaltet. Ist das Maximum der

Wärmeentwicklung überschritten und sinkt die erforderliche Kühlleistung erkennbar am sinkenden Kaltwasser-Mengenstrom (3) wieder, wird die zuletzt auf Kaltwasser umgeschaltete Kühlzone wieder zurück auf Kühlwasserversorgung umgeschaltet. Zum Ende der Polymerisation werden dann wieder alle Kühlzonen mit Kühlwasser

durchströmt. Eine Modellrechung zeigt, dass die erfindungsgemäße Mehrzonenkühlung gegenüber dem Stand der Technik als Kühlung mit Kaltwasser oder Kühlwasser für einen

Kühlwasserjahresverlauf einer in tropischen oder subtropischen Klimazonen betriebenen Anlage deutlich vorteilhaft ist. Sowohl Betriebs- als auch Investitionskosten stellen bei der Mehrzonenkühlung ein Minimum dar.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne diese zu begrenzen.

Beispiel 1 : Herstellung von S-PVC mit einem K-Wert von etwa 67

Eine Polymerisation von Vinylchlorid wurde bei einer Temperatur von 57,3°C in einem 1 m ³ Versuchsreaktor mit innen liegender Kühlschlange und einer Kühlfläche von ca. 6,4 m ² durchgeführt. Der Reaktor hatte insgesamt 5 Kühlzonen mit je 1 ,28 m ² Kühlfläche. In den Vergleichsversuchen wurden alle fünf Kühlzonen parallel in einen Kühlkreislauf eingebunden, dessen Inhalt durch eine Kühlmittelpumpe umgewälzt wurde. Dem

Kreislauf wurde frisches Kühlwasser von außen zugeführt. Zur selben Zeit strömte eine gleichgroße Menge aus dem Kreislauf über und wurde zum Kühlturm zurückgeführt. Die Zufuhr von frischem Kühlwasser wurde über eine Regelkaskade so geregelt, dass die Reaktor-Innentemperatur konstant gehalten wurde.

In den Versuchsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung wurden vier der fünf Kühlzonen von mittels geregelter Einspeisung von Mitteldruck-Dampf auf eine konstante Temperatur eingestelltem Wasser durchströmt. Dadurch wurden die mit Kühlwasser beaufschlagten Kühlzonen gemäß der vorliegenden Erfindung simuliert. Dieses

Vorgehen war notwendig, weil in dem Pilotreaktor das Verhältnis von Kühlfläche zu Volumen sehr groß war und sich sonst keine signifikanten Unterschiede zwischen den Kühlmitteltemperaturen in den verschiedenen Kühlzonen ergeben würden. Die fünfte Kühlzone repräsentierte eine gemäß der vorliegenden Erfindung mit Kaltwasser beaufschlagte Zone. Nur noch diese Kühlzone wurde in derselben Weise wie in den Referenzversuchen zur Konstanthaltung der Reaktorinnentemperatur benutzt.

Für den K-Wert 67 wurden 450 kg VCM (Vinylchlorid-Monomer) polymerisiert. In den Ansätzen wurden handelsübliche Suspendierhilfsmittel und ein Peroxydicarbonat als Initiator eingesetzt. Hierbei hatte die zeitliche Abfolge der Zugabe der einzelnen Stoffe keinen Einfluss auf das Verfahren. Die Reaktion wurde bei einem Umsatz von etwa 85 % nach 3 h beendet. Im Vergleich wurden die vier parallel geschalteten Kühlzonen mit auf 55 °C temperiertem Wasser betrieben. Die Reaktorinnentemperatur wurde durch Regelung der Wassertemperatur in der fünften Kühlzone konstant auf 51 ,5 °C gehalten. Als Minimum erreichte die Vorlauftemperatur hier einen Wert von 23 °C.

Für den Referenzversuch wurden an demselben Reaktor unter gleicher Einstellung und gleichen Bedingungen alle 5 Kühlzonen parallel mit Kühlwasser beaufschlagt. Als Minimum erreichte die Kühlwasser-Vorlauftemperatur einen Wert von 48,5 °C.

Die Pulvereigenschaften des nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Produktes sind zusammen mit denen des nach dem Referenzverfahren hergestellten Produktes in Tabelle 1 zusammengefasst. Es wurde gefunden, dass die Pulvereigenschaften der Produkte beider Verfahren keine signifikanten Abweichungen zeigten.

Tabelle 1 : Pulvereigenschaften S-PVC K-Wert 67

Größe Einheit Referenz mit einheitReferenz mit erfindungslicher Vorlauftemperatur gemäß unterschiedlichen des Kühlwassers Kühlwassertemperaturen

K-Wert - 66,1 66,4

Schüttgewicht g/i 564 560

Porosität % 21 ,8 21 ,6

mittlerer Kornpm 180,8 179,4

durchmesser

Siebrückstand % 100 100

>63 μηι

Siebrückstand % 13,2 13,2

>250 im

Siebrückstand % 0,3 0,2

>355 im Maß für die - 2,22 2,26

Breite der

Kornverteilung

Beispiel 2: Herstellung von S-PVC mit einem K-Wert von etwa 70

Eine Polymerisation von Vinylchlorid wurde bei einer Temperatur von 53,5 °C unter Verwendung des Reaktors aus Beispiel 1 durchgeführt. Eingesetzt wurden 430 kg VC, die in ca. 4 Stunden bis zu einem Umsatz von etwa 83 % polymerisiert wurden.

Die Suspendierhilfsmittelzugaben und Initiatorkonzentration wurden auf den Versuch abgestimmt.

Im Versuch wurden die vier parallel geschalteten Kühlzonen mit auf 50°C temperiertem Wasser betrieben. Die Reaktorinnentemperatur wurde durch Regelung der Wassertemperatur in der fünften Kühlzone konstant auf 53,5 °C gehalten. Als Minimum erreichte die Vorlauftemperatur hier einen Wert von 32,5 °C.

Für den Referenzversuch wurden an demselben Reaktor unter gleicher Einstellung und gleichen Bedingungen alle 5 Kühlzonen parallel mit Kühlwasser beaufschlagt. Als Minimum erreichte die Kühlwasser-Vorlauftemperatur einen Wert von 46,5 °C. Es wurde gefunden, dass die Pulvereigenschaften keiner signifikanten Hinderung unterlagen (Tab. 2).

Tabelle 2: Pulvereigenschaften S-PVC K-Wert 70

Größe Einheit Referenz mit Referenz mit

einheitlicher erfindungsgemäß

Vorlauftemperatur des unterschiedlichen

Kühlwassers Kühlwassertemperaturen

K-Wert - 70,1 69,9 Schüttgewicht g/i 468 474

Porosität % 30,3 30,9

mittlerer KornMm 135 130,2

durchmesser

Siebrückstand % 99,6 99,5

>63 im

Siebrückstand % 65,2 66,4

>125 Mm

Siebrückstand % 0,4 0,3

>250 Mm

Maß für die 2,33 2,3

Breite der

Kornverteilung

Beispiel 3: Herstellung eines statistischen Copolymers aus Vinylchlorid und Vinylacetat mit einem K-Wert von etwa 57

Eine Co-Polymerisation von Vinylchlorid Vinylacetat wurde unter Verwendung des Reaktors aus Beispiel 1 durchgeführt. Eingesetzt wurden 380 kg VC plus 70 kg

Vinylacetat, die in ca. 3 Stunden polymerisiert wurden. Die Suspendierhilfsmittelzugaben und Initiatorkonzentration wurden auf den Versuch abgestimmt.

Im Versuch wurden die vier parallel geschalteten Kühlzonen mit auf 60 °C temperiertem Wasser betrieben. Die Reaktorinnentemperatur wurde durch Regelung der Wassertemperatur in der fünften Kühlzone konstant auf 62,5 °C gehalten. Als Minimum erreichte die Vorlauftemperatur hier einen Wert von 27 °C.

Für den Referenzversuch wurden an demselben Reaktor unter gleicher Einstellung und gleichen Bedingungen alle 5 Kühlzonen parallel mit Kühlwasser beaufschlagt. Als Minimum erreichte die Kühlwasser-Vorlauftemperatur einen Wert von 53,4 °C. Es wurde gefunden, dass die Pulvereigenschaften keiner signifikanten Änderung unterlagen (Tab. 3)

Tabelle 3: Pulvereigenschaften VC VA-Copolymer K-Wert 57

Größe Einheit Referenz mit Referenz mit

einheitlicher erfindungsgemäß

Vorlauftemperatur des unterschiedlichen

Kühlwassers Kühlwassertemperaturen

K-Wert - 57,5 57,3

Schüttgewicht g/i 663 654

Vinylacetat- % 11 ,2 10,7

Gehalt

Siebrückstand % 85 88

>63 pm

Siebrückstand % 0,5 0,3

>250 Mm