Brevet FR2471214A1 — publié le 19810619

L'invention concerne un appareil de polyméri- sation pour la fabrication de polymères synthétiques de condensation. Plus particulièrement, elle concerne un réacteur à vaporisation destiné à servir avec des appareils de polymérisation continue de grande capacité pour des polymères du type "Nylon". Les réacteurs à vaporisation comprennent une série de tronçons de tuyau de diamètres successivement croissants, entourés d'une chemise de chauffage, ainsi qu'il est décrit dans les brevets des E.U.A. nO 2 689 839 ou 3 789 584.-Lorsqu'on les utilise avec des appareils de polymérisation continue de grande capacité, les réacteurs à vaporisation et à un seul tuyau présentent des inconvé- nients pratiques, parmi lesquels la gélification du poly- mère, les fortes proportions d'aérosols de "Nylon", entraî- nés par suite des grandes vitesses de la vapeur d'eau, qui sont nécessaires pour diminuer le degré de gélification du polymère dans les tuyaux de plus grandes dimensions, et la faible viscosité relative du polymère qui sort du réacteur à vaporisation, par suite du temps de séjour court, dû aux grandes vitesses de la vapeur. La gélifica- tion du polymère se produit lorsque le diamètre du tuyau de vaporisation dépasse environ 89 mm. Le polymère n'est pas distribué symétriquement à la circonférence de la paroi du tuyau mais, en partie par suite de la gravité, il tend à se concentrer dans le bas du tuyau. Si l'on utilise de la vapeur d'eau à grande vitesse pour tenter de retenir le polymère et de le distribuer plus uniformément sur la paroi du tuyau, il se produit un accroissement de la quantité de polymère entraînée dans la vapeur d'eau sous-forme d'aéro- sols et la viscosité relative du polymère diminue à cause du temps de séjour plus court dans le réacteur à vaporisa- tion. L'augmentation des aérosols accroît l'accumulation de dépôts de polymère dans le- système d'évents de l'appareil de finissage auquel est relié le tuyau d'évacuation du = réacteur à vaporisation. Il en résulte un arrêt plus fréquent de tout le système pour le nettoyage des évents. Le réacteur à vaporisation selon l'invention, qui a la particularité de comporter de multiples tuyaux d'écoulement du polymère, disposés en parallèle, et de multiples sorties du polymère, conduisant à l'appareil de finition, est spécialement utile avec des appareils de polymérisation continue de grande capacité. Dans ce type de réacteur à vaporisation, le tuyau unique initial qui véhicule les ingrédients en écoulement, par exemple le polymère, l'eau et la vapeur, à l'intérieur de l'enveloppe du réacteur à vaporisation, est relié, en un point désiré, à l'intérieur de l'enveloppe, à un diviseur d'écoulement, de sorte que le tuyau unique est relié à au moins deux autres tuyaux (dérivations), disposés pour permettre un écoulement en parallèle. Afin d'éviter une variation brus- que de pression et de débit en aval du diviseur, l'aire totale des sections transversales des tuyaux en dérivation, au voisinage immédiat du diviseur, est égale, ou approxi- mativement égale, à l'aire de la section transversale du tuyau unique alimentant le diviseur. Le diamètre des tuyaux en dérivation augmente ensuite graduellement, jusqu'à ce que l'aire totale des sections transversales du système de tuyaux en dérivation soit portée à environ deux fois celle du tuyau unique alimentant le diviseur. Le choix des dimensions des tuyaux, le nombre des tuyaux en dériva- tion et des emplacements de dérivation (diviseurs) dépendent par exemple du débit de polymère véhiculé, du taux de ci- saillement désiré du polymère à sa sortie du réacteur à vaporisation, de la viscosité relative désirée et de la vitesse de la vapeur d'eau. Pour un grand débit de poly- mère (par exemple 3175 kg/h), une viscosité relative éle- vée du polymère, un moindre entraînement d'aérosols et de moindres vitesses de la vapeur d'eau, la division de l'é- coulement de polymère à l'intérieur du réacteur à vapori- sation s'effectue à une plus grande distance de la sortie du réacteur à vaporisation que lorsque le débit est par exemple de 1814 kg/h, dans des conditions par ailleurs équivalentes. Si on le désire, un mélangeur statique peut être placé dans le tuyau en amont du diviseur. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation de l'invention. La figure 1 est un schéma montrant un réacteur à vaporisation selon l'invention, relié à un appareil de finissage. La figure 2 est une vue schématique du réacteur à vaporisation de la figure 1. La figure 3 est une coupe agrandie de la région indiquée par la flèche 3 sur la figure 2. On va considérer la figure 1; une composition de diamine et d'acide dicarboxylique, partiellement polyméri- sée, est prélevée dans une source-(non représentée) par- une tuyauterie 10, au moyen d'une pompe 12, et refoulée parla pompe 12 à l'entrée 14 duléacteur à vaporisation. 16; elle poursuit son trajet en traversant ce réacteur pour arriver à des sorties 18, 20, menant à l'appareil de finissage 22. L'appareil de finissage 22 comprend deux éléments hélicold-aux 24, coopérant l'un avec l'autre et tournant dans le même sens, qui sont supportés par des arbres 25. L'appareil de finissage comporte un évent 26 et deux entrées de polymère 27, 28, reliées aux sorties 18-et 20 du réacteur à vaporisation 16. La pompe d'évacuation 30 est reliée à la sortie 31 de la base 32 de l'appareil de finissage, de manière à acheminer le polymère en vue de la suite du traitement. Un appareil de finissage de ce type est décrit plus complètement dans le brevet des E.U.A. nO 4 090 261. Comme on le voit surtout sur les figures 2 et 3, le réacteur à vaporisation 16 comprend deux tronçons 40, 41 d'un même tuyau, de diamètres successivement croissants, reliés à un diviseur 42, de sorte que le tronçon 41 du tuyau unique soit relié à deux tuyaux en dérivation 43 et 44, disposés pour permettre un écoulement en parallèle, et conduisant, avec des diamètres successivement accrus, aux sorties 18, 20 du réacteur à vaporisation. Le total des aires des sectinns transversales des. tuyaux en déri- vation 43, 44 au voisinage du. diviseur 42 est approxima- tivement égal à l'aire de la section transversale du tuyau 41, et les tuyaux en dérivation ont des diamètres crois- sants jusqu'à ce que l'aire totale de la section trans- versale des deux tuyaux en dérivation 43, 44 approche du double de celle du tuyau 41. Un mélangeur statique 45, comme celui qui est décrit dans le brevet des E.U.A. no 3 800 985, est placé dans le tuyau 41, immédiatement en amont du diviseur 42. Les tuyaux 40, 41, 43 et 44 sont entourés d'une chemisede chauffage 46, qui reçoit du fluide de chauffage par l'entrée 47 et l'évacue par la sortie 48. Pour un réacteur à vaporisation qui traite 3175 à 4535 kg/h de produit, le diamètre maximal utile du tuyau est d'environ 89 mm, aussi bien pour le tuyau d'alimenta- tion qui précède le diviseur, que pour chaque tuyau de dé- rivation faisant suite au diviseur. REVRNDTnTOATTONS 1. Système pour la polymérisation continue, comprenant un réacteur à vaporisation, relié à un appareil de finissage du polymère, et caractérisé par le fait que le réacteur à vaporisation (16) comporte une entrée (14) et plusieurs sorties (18, 20), qu'un tronçon de tuyau (40-41) s'étend de l'entrée (14) jusqu'à un endroit inter- médiaire entre l'entrée (14) et les sorties (18, 20), qu'un diviseur (42) est relié au tronçon de tuyau (40-41) mentionné, à son extrémité, située à l'endroit intermé- diaire mentionné, de manière à diviser ledit tronçon de tuyau (40-41) en plusieurs dérivations et que plusieurs tronçons de tuyau (43 et 44), présentant des diamètres successivement croissants, sont branchés entre le diviseur (42) et les sorties (18, 20) lesdites sorties étant reliées à l'appareil de finissage (22). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il existe deux sorties (18, 20), et que le diviseur (42) divise le tronçon unique de tuyau (40-41) en deux dérivations (43, 44). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un élément mélangeur statique (45) est pla- cé dans le tronçon unique de tuyau (40-41) en amont du di- viseur (42). 4. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la somme des aires des sections transversa- les des tuyaux (43, 44) atteint deux fois l'aire de la section transversale du tronçon de tuyau unique (41) près de son extrémité finale.