BRPI0416735B1 - Método para processamento de polímeros de pet em pelotas e aparelho para executar o método - Google Patents

Description

‘MÉTODO PARA PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS DE PET EM PELOTAS E APARELHO PARA EXECUTAR O MÉTODO” PEDIDOS RELACIONADOS [0001] Esta é uma aplicação da continuação em parte do pedido co-pendente, série No. 10/717.630, depositado em 21 de novembro de 2003.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção [0002] A presente invenção geralmente se refere a um método e a um aparelho para peletização submersa e subseqüente secagem de polímeros do tereftalato de polietileno (PET). Mais especificamente, a presente invenção se refere a um método e a um aparelho para peletização submersa de polímeros PET e a subseqüente secagem das pelotes do polímero de PET em uma maneira auto iniciar o processo da cristalização das partículas do PET e produzir pelotas tendo um nível desejado da estrutura cristalina melhor que uma estrutura amorfa.

Descrição da Técnica Anterior [0003] Sistemas submersos de peletização para produção de pelotas de materiais poliméricos ou outros materiais plásticos tem sido conhecido por muitos anos. Os materiais de partida, tais como polímeros plásticos, agentes colorantes, aditivos, enchimentos e agentes de reforço e modificadores, são misturados nas amassadeiras. No processo, uma fusão é produzida que é extrudada ou prensada através de matrizes para formar cordões que são imediata mente cortados girando as lâminas do cortador na caixa de água do peletizador subaquático, A água com ou sem aditivos está fluindo continuamente através da caixa de água para arrefecer e solidificar os cordões de polímeros e as pelotes e carregar as pelotas para fora da caixa de água através da tubulação de transporte para um secador, tal como um secador centrífugo, onde a água é removida das pelotas. [0004] Por algum tempo, a indústria do polímero tem procurado processar polímeros de PET em uma forma de pelota usando sistemas submersos do peletizador. Uma desvantagem principal de usar o peletizador submerso, bem como outros sistemas de peletização, para processamento do PET em forma de pelota é a condição tipicamente amorfa destas pelotas quando saem do secador do sistema de peletização submerso. A natureza amorfa da pelota resultante é causada pelo arrefecimento rápido do material de PET introduzido no fluxo de água na caixa de água do peletizador submerso e enquanto a água e a pasta fluida da pelota estiverem sendo transportadas pela tubulação apropriada ao secador. [0005] Tipicamente, aumentando o fluxo de água através da caixa de água do peletizador submerso e aumentar a temperatura da água, junto com mudanças dimensionais do tubo e redução da distância entre o peletizador e a unidade secadora, não ajuda a manter suficientemente a temperatura da pelota. Sob tais circunstâncias, as pelotas do PET ainda deixam o secador em uma temperatura, geralmente abaixo de 100 °C, que está abaixo da temperatura em que a cristalização pode ocorrer. [0006] Os usuários finais das pelotas de polímero de PET tipicamente requerem que as pelotas estejam em um estado cristalino, melhor que um estado amorfo, principalmente para duas razões, ambas relacionadas ao fato que o usuário final deseja processar as pelotas de PET em uma condição substancialmente seca, com teor de água zero ou próxima de zero. Primeiramente, os polímeros de PET são muito higroscópicos, e as pelotas de PET cristalinas absorvem consideravelmente menos umidade durante o carregamento e o armazenamento do que as pelotas de PET amorfas. Consequentemente, as pelotas de PET cristalinas podem ser secadas para o requisito de teor de mistura zero ou próximo de zero mais facilmente pelo usuário final. Em segundo, a temperatura requerida para secar completamente polímeros de PET é mais elevada do que a temperatura em que as pelotas de PET amorfas se convertem para a forma cristalina. Portanto, ao secar as pelotas de PET amorfas, é necessário primeiro alcançar a cristalização no requisito temperatura mais baixa antes de elevar a temperatura para a temperatura de secagem. De outra forma, as pelotas de polímero de PET amorfas podem aglomerar e destruir a forma da pelota. [0007] Como resultado, os fabricantes das pelotas de PET devem tipicamente sujeitar as pelotas de PET amorfas a uma etapa de aquecimento secundária de várias horas em temperaturas muito altas, usualmente em um excesso de 80 a 100 °C, para mudar a estrutura a morta das pelotas para uma estrutura cristalina. Esta é uma segunda etapa muito cara de maneira a converter as pelotas de polímero de PET no estado cristalino desejado. [0008] Entretanto, é reconhecido pelos usuários finais e fabricantes de pelotas de PET que a cristalinidade total (100%) das pelotas de PET não é necessariamente requerida de maneira a secar as pelotas de PET para adicional processamento ou uso no Processo de Estado Sólido (SSP -Solid State Process). De preferência, uma cristalinidade total, ou um grau de cristalinidade usando o método de medida do Nitrato de Cálcio, acima de 30 %, e preferivelmente acima de 40%, é aceitável para os usuários finais do PET. [0009] Uma tentativa alternativa é descrita no WO 2004/033174 em que o polímero é granulado ou peletizado em um banho da água em uma temperatura de mais do que 100 °C. As pelotas resultantes podem ser adicionalmente tratadas no banho de água por um período de tempo definido depois disso, enquanto retém uma alta temperatura, de maneira a converter o material amorfo em um material cristalino. Este sistema requer pressurização para manter a água na temperatura do ponto de super-ebulição, seguida por um procedimento da redução da pressão. [0010] É também geralmente conhecido que ar pode ser injetado na corrente de saída de uma pasta fluida de pelota e água a partir de peletizador de maneira a aumentar o transporte da pasta fluida de água/pelota. Ver, para o exemplo, a Patente U.S. 3.988. 085.

RESUMO DA INVENÇÃO [0011] A presente invenção atual é direcionada a um sistema de peletização submerso que produz pelotas de PET em uma condição quente o bastante para iniciar o processo de cristalização nele e finalmente proporcione um caráter suficientemente cristalino tal que as pelotas de PET não requeiram uma etapa separada de aquecimento de maneira a submeter o processamento do usuário final. Descobriu-se que esta condição elevada de calor pode ser realizada pela redução do tempo de residência das pelotas na pasta fluida de água de maneira a deixar bastante calor nas pelotas de PET durante o estágio de secagem de modo que o processo da cristalização é iniciado dentro das pelotas. Para fazer isto, é necessário separar as pelotas da água o tanto quanto possível e aumentar significativamente a velocidade do fluxo da pelota a partir da saída do peletizador submerso e através do secador. As pelotas quentes que saem do secador podem então ser transportadas em uma unidade de vibração convencional ou outro equipamento de vibração ou manipulação por um tempo suficiente para alcançar a cristalinidade desejada e impedir a aglomeração. As pelotas quentes podem também ser armazenadas em uma condição de retenção do calor, tal como em um recipiente de isolamento de calor, para completar o processo de cristalização desejado. Por exemplo, os recipientes de plásticos ou aço revestidos podem ser aceitáveis, em vez das caixas de aço inoxidável usadas convencionalmente. [0012] A separação primária das pelotas/água e a velocidade aumentada da pelota através do sistema peletizador é acompanhadas de acordo com a presente invenção pela injeção de ar ou o outro gás adequado na tubulação de transporte conduzindo a partir do peletizador para o secador imediatamente após o corte das pelotas e a pasta fluida de água deixar a caixa de água da unidade do peletizador. É encontrado que o ar injetado serve para separar a água das pelotas na tubulação de transporte pela conversão da água a um misto de vapor de água, significativamente acelerando o transporte das pelotas para e através do secador, e pode servir para gerar uma temperatura da pelota deixando o secador que é suficientemente maior para iniciar o processo de cristalização dentro das pelotas. Especificamente, quando as pelotas de polímero de PET virem do secador em uma condição amorfa, há ainda um calor remanescente suficiente dentro das pelotas para que a cristalização ocorra. A extensão da cristalização é suficiente eliminar a necessidade do segundo estágio do aquecimento até agora requerido para fazer pelotas de PET usando sistemas de peletização submersos precedentes. [0013] O ar introduzido na linha da pasta fluida que conduz ao secador imediatamente depois a saída do tanque de água está em uma velocidade muito alta. É encontrado que uma taxa de fluxo de pelo menos 100 metros cúbicos (m3)/hora a aproximadamente 175 m3/hora, ou mais, através de uma válvula em uma pressão de 800.000 Pa e em uma linha de tubulação da pasta fluida de 38,1 mm (1,5 polegadas), produz a velocidade de ar requerida para a presente invenção. O volume do ar introduzido na saída da pasta fluida de água e pelota produz uma mistura total de gás/pasta fluida na natureza de uma névoa e é provável ter um componente de gás de 98% - 99% ou mais pelo volume da mistura total. A injeção do ar na linha da pasta fluida aumenta dramaticamente a velocidade do fluxo da pelota a partir da caixa de água para a saída do secador a uma taxa menor que um segundo. Enquanto o ar é o gás preferido em vista de sua natureza inerte e pronta disponibilidade, outros gases inertes tais como o nitrogênio ou gases similares poderíam ser usados. Outros métodos apressando a velocidade da pelota que poderíam comparavelmente separar a água líquida a partir das pelotas e acelerar as pelotas a partir do peletizador para a saída do secador também podem ser empregados. [0014] A tubulação da pasta fluida inclui preferivelmente uma válvula de esfera ou o outro mecanismo de válvula após o ponto da injeção do ar. A válvula de esfera permite que o operador regule melhor o tempo de residência das pelotas na tubulação e no secador, e serve para significantemente reduzir ou eliminar quaisquer vibrações no tubo de pasta fluida para o secador, A válvula de esfera ou o mecanismo de válvula também parecem prover uma condição de névoa de vapor de água aperfeiçoada no tubo de pasta de fluído à jusante do mecanismo da válvula, [0015] É encontrado que as pelotas de PET cristalinas podem ser formadas de acordo com o método e o aparelho da presente invenção, se o tempo de residência das pelotas, a partir do ponto da formação pelas lâminas de cortador, na face matriz, para a saída a partir do secador centrífugo, é suficiente mente reduzido pela injeção do ar de alta velocidade ou outro gás na linha da pasta fluida. Enquanto as pelotas maiores perdem seu calor mais lenta mente de maneira a manter uma temperatura bastante alta após a saída para submeter-se à cristalização em taxas de fluxo de ar injetado menores, tais como 100 m3/hora, quando a velocidade do ar aumenta, as pelotas menores com temperaturas de saída inferiores, exibem também níveis aceitáveis de cristalização. Então, a separação rápida das pelotas a partir da água e o tempo de residência encurtado asseguram que as pelotas de PET deixam o secador do sistema de peletização submerso enquanto retêm calor suficiente dentro das pelotas para alcançar a cristalização desejada nas pelotas amorfas, particularmente se as pelotas são transportadas a partir do secador por uma unidade de vibração de auto-retenção por um tempo suficiente para alcançar o nível desejado de cristalinidade, e/ou corretamente armazenado em um recipiente de isolamento de calor. Em consequência, a necessidade de uma etapa de aquecimento secundária é eliminada. [0016] Quando transportado para longe do secador em uma unidade de vibração, foi encontrado que, o transporte por um tempo de aproximadamente 20 segundos a aproximadamente 90 segundos, ou mais, é suficiente para alcançar a cristalinidade desejada. O tempo de transporte preferido é aproximadamente 30 segundos a 60 segundos, e o mais preferido é aproximadamente 40 segundos, [0017] Consequentemente é um objeto da presente invenção prover um método e aparelho para processamento de polímeros de PET em um sistema de peletização submerso que possa produzir cristalização nas pelotas de PET que deixam o secador. [0018] É um outro objeto da presente invenção prover um método e aparelho para produzir cristalização nas pelotas de polímero de PET utilizando um sistema de peletização submerso sem a necessidade de um estágio de aquecimento caro para converter as pelotas de PET amorfas para as pelotas de PET cristalinas. [0019] É um objeto adicional da presente invenção prover para fornecer um método e aparelho para peletização submersa do polímero de PET em que um gás inerte é injetado na pasta fluida de água e pelota deixando o peletizador para produzir uma forma de névoa de vapor de água de manipulação da pasta fluida, deste modo fornecendo uma retenção de calor melhor nas pelotas transportadas. [0020] Ainda um objeto adicional da presente invenção é prover um método e aparelho para peletização submerso do polímero de PET de acordo com o objeto precedente no qual as pelotas são transportadas rapidamente através do equipamento através da injeção de ar em uma taxa de fluxo de pelo menos 100 m3/hora a aproximadamente 175 m3/hora ou mais, de modo que o tempo de residência das pelotas antes de sair do secador é suficientemente reduzido para gerar cristalização na ordem de 30% - 40% da cristalização total (100%). [0021] É, contudo um outro objeto da presente invenção fornecer um método e um aparelho para produzir pelotas de polímero de PET usando um sistema de peletização submerso, em que as pelotas que saem do secador têm o calor suficiente restante, dentro das mesmas, para ao menos a cristalização total das pelotas de PET ocorrer sem aquecimento subseqüente. [0022] É ainda um outro objeto da presente invenção prover um método e aparelho para produção das pelotas do polímero PET usando um sistema de peletização submerso em que as pelotas saindo do secador têm calor remanescente suficiente dentro das pelotas para que pelo menos 35% de cristaiinização total das pelotas de PET ocorra sem aquecimento subsequente. [0023] É ainda um objeto adicional da presente invenção prover um método de peletização submerso aparelho para produzir pelotas de PET e que o tempo de residência na face da matriz até a saída a partir do secador centrífugo é reduzido para menos que cerca de um segundo por injeção de gás na linha da pasta fluida a partir do peletizador para o secador. [0024] Ainda um outro objeto da presente invenção é prover um método de peletização submerso e aparelho para produzir pelotas de PET de acordo com o objeto precedente em que o tempo de residência é regulado usando um mecanismo da válvula para a pressurização aperfeiçoada da névoa do vapor à jusante da válvula na linha da pasta fluida. [0025] É um outro objeto da presente invenção prover um sistema de peletização submerso em que as pelotas quentes saindo do secador são transportadas em uma unidade de vibração, ou outro equipamento de vibração ou manipulação, para alcançar uma cristalização virtualmente uniforme através do volume da pelota de dada produção. [0026] Estes, junto com outros objetos e vantagens que se tornarão subseqüentemente aparentes residem nos detalhes da construção e da operação da invenção como descrito mais completa mente em seguida e reivindicado, referência sendo feita aos desenhos acompanhantes formando a uma parte desta, em que números similares se referem a partes similares.

BREVE...DESCRIÇÃO...DOS..DESENHOS [0027] Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de peletização submerso, incluindo um peletizador submerso e um secador centrífugo como fabricado e vendido por Gala Industries, Inc. ("Gala") de Eagle Rock, Virgínia, com a injeção do ar e a unidade de vibração de acordo com a presente invenção. [0028] Figuras 2A e 2B são ilustrações esquemáticas das vistas laterais e da extremidade, respectivamente, da unidade de vibração da Figura 1. [0029] Figura 3 ilustra certos componentes do sistema de peletização submerso mostrado na Figura 1 durante um modo de derivação quando a linha do processo tenha sido fechada. [0030] Figura 4 é uma ilustração esquemática mostrando um método e aparelho preferido para a injeção de ar (ou de gãs) na linha da pasta fluida do peletizador para o secador de acordo com a presente invenção. [0031] Figura 5 é uma ilustração esquemática mostrando um método e aparelho preferido para a injeção de ar (ou de gãs) na linha da pasta fluida do peletizador para o secador com uma válvula de esfera na linha da pasta fluida, de acordo com a presente invenção.

DESCRÍCÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0032] Embora somente as concretizações preferidas da invenção sejam explicadas em detalhe, deve ser entendido que a invenção não está limitada em seu espaço aos detalhes de construção e arranjo dos componentes determinados na seguinte descrição ou ilustrados nos desenhos. A invenção é capaz de outras concretizações e de ser praticada ou realizada em vários modos. [0033] Também, na descrição das concretizações preferidas, a terminologia será utilizada com o objetivo de clareza. É pretendido que cada termo contemple seu significado mais amplo como entendido por aqueles técnicos no assunto e inclua todos os equivalentes técnicos que operam em uma maneira similar para acompanhar uma proposta similar. Por exemplo, o termo 'água" inclui não somente a própria água, mas também água com um ou mais aditivos incluídos, que são adicionados à água durante a etapa de peletização submersa para as várias propostas usadas por aquelas técnicos no assunto de peletização submersa. [0034] Um sistema de peletização submerso para o uso em associação com a presente invenção é esquematicamente mostrado na Figura 1 e é geralmente designado pela referência número 10. O sistema 10 inclui um peletizador submerso 12, tal como um peletizador submerso Gala, com o cubo cortador e as lâminas 14 mostrados separados da caixa de água 16 e da placa matriz 18. No sistema de peletização submerso 10, o polímero PET é alimentado de acima a partir de barril de polímero (não mostrado) em um trocador de tela 20 que remove todas as partículas sólidas ou outro material. O polímero PET é então alimentado através da bomba de engrenagem 22 para controlar e manter um fluxo estável do polímero no desviador de polímero 24 e a placa matriz 18. O polímero de PET é tipicamente extrudado através dos furos na placa matriz em uma temperatura de aproximadamente 260 °C. Os cordões do polímero do PET formados pelos furos da matriz entram na caixa de água 16 e são cortados pelo cubo cortador e lâminas 14 nas pelotas desejadas. A água fria flui na caixa de água 16 através do tubo 26 e a água e a pasta fluida das pelotas cortadas saem através do tubo 28. [0035] A pasta fluida de água e pelota é então convertida através da linha de pasta fluida 30 em um secador 32, tal como um secador centrífugo Gala, na entrada 33. As pelotas são secadas no secador 32 e saem do secador em 34. A água removida das pelotas secadas saem do secador 32 através do tubo 38 e é transportada pela bomba 40 em uma peneira de remoção fina 42 e daí em um tanque de água 44 através do tubo 46. A água reciclada deixa o tanque de água 44 através do tubo 48 e bomba 50 em um trocador de calor de água 52 para reduzir a temperatura da água. A água resfriada é reciclada através do tubo 54 passando a válvula de derivação 56 e o tubo 58 para o tubo de entrada 26 e então na caixa da água 16. [0036] De acordo com a presente invenção, o ar é injetado no sistema de peletização submerso na linha da pasta fluida 30 no ponto 70, preferivelmente próximo do começo da linha da pasta fluida 30 adjacente a saída da caixa de água 16, de maneira a aumentar o transporte de pelotas de PET na linha da pasta fluida 30 e manter as pelotas do PET em temperatura bastante alta estimular a cristalização desejada. [0037] O ar é convenientemente injetado na linha da pasta fluida 30 no ponto 70 usando uma linha de ar comprimido convencional tipicamente disponível na maioria das facilidades de fabricação, tal como com um compressor pneumático, e em uma válvula de esfera padrão suficiente produzir um fluxo de ar de velocidade elevada na linha da pasta fluida 30. Isto é prontamente alcançado por uma taxa de fluxo de pelo menos de 100 m3/hora através de uma válvula de esfera padrão em uma pressão de 8000.000 Pa em uma linha de pasta fluida compreendendo um tubo padrão de 38,1 mm (1,5 polegadas). Este ar de alta velocidade (ou o outro gás) quando contata a água e as pelotas quentes geram uma névoa do vapor de água. As pelotas tendem a dispersar-se para a circunferência interna do tubo enquanto elas se movem rapidamente através do secador. É estimado que o volume de ar na mistura total de gás/pasta fluida esteja na ordem de 98% - 99% ou mais pelo volume da mistura total. O ar injetado na linha da pasta fluida 30 no ponto 70 aumenta a velocidade do fluxo da pelota a partir da caixa de água 16 para a saída 34 do secador 32 em uma taxa de menos que um segundo. [0038] A temperatura média das pelotas do polímero de PET saindo do secador 32 em 34 de acordo com a presente invenção deve estar acima de aproximadamente 145 °C em uma taxa de fluxo 100 m3/hora, mas pode ser mais baixa quando a taxa de fluxo do ar é aumentada para 175 m3/hora. Com tal ação de expedição de velocidade da pelota de velocidade elevada, as pelotas de PET retêm o calor suficiente dentro das pelotas para iniciar a cristalização nelas, sem a necessidade de uma etapa secundária de aquecimento. [0039] As pelotas saindo do secador são preferivelmente dirigidas através de uma unidade de vibração, tal como uma unidade de vibração 84, como mostrada nas figuras 2A e 2B. Através da agitação e mistura das pelotas de cristalização na unidade de vibração 84, as variações nas temperaturas das pelotas que puderem, de outra maneira ocorrer com a proximidade de pelotas individuais a uma parede de contenção versus a imersão dentre outras pelotas, por exemplo, são evitadas. Em vez disso, a uniformidade na temperatura e no grau resultante de cristalização é grandemente aperfeiçoada. Em adição, a adesividade resultante das temperaturas elevadas da pelota é oposta através do empurrão e movimento relativo das pelotas que impedem qualquer aglutinação ou aderência das pelotas à estrutura da parede circunvizinha. [0040] Para propostas de cristalização, tem sido encontrado que as pelotas poderíam permanecer na unidade de vibração entre aproximadamente 20 e aproximadamente 90 segundos, ou mais, preferivelmente entre aproximadamente 30 e aproximadamente 60 segundos, e o mais preferivelmente aproximadamente 40 segundos. Durante este tempo, o calor suficiente é retido pela unidade de vibração para manter as pelotas em temperatura bastante alta para completar a cristalização desejada. As pelotas maiores tendo uma temperatura de saída na ordem de 145° devido a sua maior massa pode requer somente 10 segundos nessa temperatura para alcançar uma cristalização de 40%. Com suas massas menores e área de superfície relativamente maiores, as pelotas menores tendo uma temperatura de saída mais fresca de aproximadamente 127 °C podem requer 20 segundos nessa temperatura para completar a cristalização desejada. O tempo remanescente na unidade de vibração permite que as pelotas refrigerem em uma extensão maior ou menor. [0041] Se resfriamento adicional é requerido devido, por exemplo, à inabilidade do operador para armazenar, usar ou transportar pelotas aquecidas a partir da saída da unidade de vibração, então ventiladores de ar podem ser adicionados em tal saída ou a unidade de vibração pode ser designada para proporcionar um tempo de residência de até aproximadamente dois minutos. Geralmente, a temperatura das pelotas é aproximadamente 128 °C na entrada da unidade de vibração, e entre 60 °C e 110°C na saída dela, dependendo se ou não o operador tenha proporcionado resfriamento pneumático adicional diretamente na unidade de vibração de maneira a produzir pelotas que são completamente resfriadas para proposta de manipulação (60°C) ou ao invés disto requer somente que as pelotas sejam cristalinas (110°C) deixando a unidade de vibração. A temperatura de saída preferida para a maioria das propostas é menos que 80°C, enquanto uma temperatura de aderência de superfície mais alta (<100 °C) é suficiente para algumas classes do polímero PET. [0042] Se uma unidade de vibração não é usada, ou em adição à unidade de vibração, as pelotas do polímero PET que saem do secador 32 podem ser colocadas em uns recipientes de isolamento de calor apropriado de modo que o calor retido nas pelotas PET é suficiente completar o processo de cristalização desejado, antes das pelotas resfriarem abaixo da temperatura de cristalização. [0043] No modo de derivação mostrado na Figura 3, a água reciclada atravessa a derivação 56 na tubulação 60 e então na linha da pasta fluida 30. No modo de derivação, a válvula 62 é fechada e a pasta fluida de água/pelota na linha 30 e na caixa de água 16, junto com a água na linha de entrada 26 pode drenar do sistema fora da válvula de drenagem 64. [0044] Figura 4 ilustra esquematicamente um arranjo preferido para injeção de ar na linha da pasta fluida de um sistema submerso de peletização de acordo com a presente invenção e é geralmente designado pelo número de referência 100. O peletizador submerso 102 ilustrado é um Modelo Gala No. A5 PAC 6, com a tubulação de entrada de água 104 e a linha de saída da pasta fluida 106. O secador 108 ilustrado é um Modelo Gala No. 12.2 ECLN BF, com a entrada da pasta fluida 110 no alto. Visto que a saída do peletizador submerso 102 na linha da pasta fluida 106 está significativamente abaixo da entrada 110 para o secador centrífugo 108, quando ambos estão no nível de um piso de manufaturamento, é necessário transportar a água e a pasta fluida da pelota ascendente da saída do peletizador para a entrada do secador. A água e a pasta fluida da pelota assim movem-se através da válvula 112 passado o cotovelo angular 114, através da linha da pasta fluida angular 116, passando o cotovelo ampliado 118 e então na entrada 110 do secador 108. A injeção do ar é passada no bocal ou válvula 120 e diretamente no cotovelo angular 114. [0045] Como mostrado na Figura 4, a linha angular da pasta fluida 116 é preferivelmente reta e tem um cotovelo ampliado 118 em sua extremidade da saída. O cotovelo ampliado facilita a transição da água de velocidade alta e da pasta fluida da pelota a partir da linha da pasta fluida reta 116 na entrada do secador 110 e reduz a aglomeração potencial no secador 108. Adicionalmente, a injeção do ar no cotovelo angular 114 está preferivelmente em linha com o eixo geométrico da linha da pasta fluida 116 para maximizar o efeito da injeção de ar na água e na pasta fluida da pelota e para manter a aspiração constante da mistura de ar/pasta fluida. [0046] Enquanto o ângulo entre o eixo geométrico vertical da linha da pasta fluida 116 e o eixo geométrico longitudinal da linha da pasta fluida 116 é mais preferivelmente de aproximadamente 45°, como mostrado na Figura 4, a faixa preferida é 30° - 60°. Além disso, o ângulo pode ser variado de 0° a 90°, e frequentemente mais no evento a água e da pasta fluida da pelota que sai do peletizador 102 é maior que a entrada 110 para o secador 108 quando, por exemplo, o peletizador e o secador são colocados em níveis diferentes na planta ou as alturas dos componentes são diferentes daqueles mostrados na Figura 4. [0047] Com a injeção do ar como descrito, o tempo de residência das pelotas da caixa de água para a saída é menos que um segundo que tenha sido encontrado para produzir pelotas com a cristalização desejada. Entretanto, em uma outra concretização preferida, uma segunda válvula de esfera ou mecanismo de válvula 150 é posicionada após o ponto de injeção de ar, como mostrado na Figura 5. O mecanismo de válvula 150 serve para regular melhor o tempo de residência das pelotas dentro da linha da pasta fluida enquanto retêm pressão principal suficiente na câmara do corte. Este segundo mecanismo da válvula não somente proporciona para regulação do tempo de residência das pelotas na linha da pasta fluida, mas reduz também, significativamente a vibração na tubulação da pasta fluida. Em adição, a pressurização resultante da câmara injetada de ar parece aperfeiçoar a névoa do vapor de água gerada na tubulação da pasta fluida à jusante, aumentando os resultados obtidos com as pelotas menores em particular.

EXEMPLOS EXPERIMENTAIS

PRIMEIRO CONJUNTO EXPERIMENTAL [0048] O polímero PET fundido foi continuamente extrudado em um sistema de peletização submerso total como ilustrado na Figura 1, usando um Modelo de Peletizador Submerso Gala No. A5 PAC 6 e um Secador Centrífugo do Modelo Gala 12.2 ECLN BF, no arranjo mostrado na Figura 3. A temperatura de fusão foi cerca de 265°C e a velocidade da lâmina do cortador no peletizador 102 foi variada entre 2500 e 4500 RPM. A placa matriz foi típica para polímeros PET e uma placa matriz típica de 3.5 milímetros com regiões alongadas foi usada. A velocidade de fusão através dos furos da matriz durante as experimentações foi constante em 40 kg/furo/hora. [0049] A tubulação para a linha da pasta fluida 116 foi uma tubulação padrão de 38,1 mm (1,5 polegadas) e seu comprimento foi 4.5 metros. A velocidade do secador centrífugo 108 foi mantida constante durante as experimentações, e o fluxo de ar em contra-corrente flui através do secador 108 foi também mantido constante durante as experimentações. Uma unidade de vibração não foi usada. [0050] A taxa de fluxo de injeção de ar para o bocal ou à válvula 120 foi variada de 0 a um máximo de 100 m3/hora, como indicado na Tabela 1 abaixo, e o fluxo de água e o tamanho da pelota variaram também, novamente como indicado na Tabela 1 abaixo. [0051] Os parâmetros e os resultados do primeiro conjunto das experimentações são determinados na Tabela 1 abaixo. TABELA 1 [0052] A temperatura da pelota e a percentagem de cristalinidade como demonstrado nas duas últimas colunas da Tabela 1 foram determinados pelo exame do produto que sai do secador 108 no fim de cada experimentação, Especificamente, quando as pelotas foram inspecionadas visualmente foi determinado aproximadamente como muitas das 100 pelotas tinham se submetido a uma mudança de cor indicando a transformação para um estado mais cristalino. Por exemplo, na experimentação 5, aproximadamente 80 das 100 pelotas indicaram uma mudança de cor. A temperatura das pelotas foi determinada também em uma base de superfície usando um calibre de temperatura infravermelho. A extensão a que as pelotas podem ter sido "totalmente” cristalizados, com cristalização “total” indicando um estado em que cada pelota é inteiramente cristalina através de sua estrutura individual, não podería ser determinada usando estas técnicas de medição externas. Entretanto, para a aplicação prática das pelotas foram encontradas para ser suficientemente cristalizadas para as propostas dos usuários finais do PET, efetiva mente demonstrando pelo menos a 30-40% de cristalização durante testagem subsequente, com nenhuma necessidade de qualquer processamento de aquecimento/cristalização adicional. [0053] Em uma taxa de fluxo de injeção do ar de 100 m3/hora, é preferido que 135 °C seja a temperatura mínima para que as pelotas do polímero PET que deixem o secador, quando as pelotas têm os tamanhos usados nos testes acima. Entretanto, a cristalização adequada em temperaturas de saída mais baixas podem ser obtidas com esta invenção, se forem feitas pelotas PET de tamanho menor, providas a uma velocidade de injeção de ar aumentada.

SEGUNDO CONJUNTO EXPERIMENTAL [0054] O polímero PET fundido foi continuamente extrudado em um sistema de peletização submerso total como ilustrado na Figura 1, usando um Modelo Peletizador Submerso Gala No. A5 PAC 6 e um Secador Centrífugo ECLN BF Modelo Gala 12.2, no arranjo mostrado na Figura 3. A temperatura de fusão foi cerca de 265 °C e a velocidade da lâmina de cortador no peletizador 102 foi variada entre 2500 e 4500 RPM. As placas matriz usadas eram típicas para polímeros PET. De maneira a ser capaz de trabalhar com diferentes tamanhos de pelota, diâmetros do furo matriz e as velocidades do furo matriz foram variados assim como as velocidades do cortador. A tubulação para a linha da pasta fluida 116 foi uma tubulação padrão de 38,1 mm (1,5 polegadas) e seu comprimento foi de 4,5 metros. A velocidade do secador centrífugo 108 foi mantida constante durante as experimentações, e o fluxo de ar em contra-corrente através do secador 108 foi também mantido constante durante as experimentações. Uma unidade de vibração 84 foi usada receber as pelotas saindo do secador. [0055] A taxa de fluxo de injeção de ar para o bocal ou válvula 120 foi variada de 0 a um máximo de 175 m3/hora, como indicado na Tabela 2 abaixo, e o fluxo de água e o tamanho da pelota também variaram novamente como indicado na Tabela 2 abaixo. TABELA 2 TABELA 2 - CONTINUAÇÃO [0056] Amostras 10 e 11 foram realizadas sob as mesmas condições exceto que a Amostra 10 foi conduzida com injeção de ar em uma taxa de 175 e a amostra 11 fosse conduzida sem nenhuma injeção do ar. Similarmente, as amostras 12 e 13, e as amostras 14 e 15, foram conduzidas nas mesmas condições com respeito a cada par, com a exceção de injeção do ar. As amostras 16, 17 e 18 não tiveram nenhum teste correspondente na ausência do ar porque o tamanho da pelota foi demasiado pequeno para processamento eficaz sem injeção do ar. [0057] A partir dos resultados do segundo conjunto de experimentação, pode-se ver claramente que o método de injeção de ar é essencial para manter uma pelota cristalina, específicamente quando tentar alcançar pesos da pelota abaixo de 0.015 g/pelota que, na maioria dos casos, é o alvo do consumidor. Quando comparado ao primeiro conjunto de experimentação que, quando sumarizado na aplicação co-pendente, Série No. 10/717.630 incorporado concluindo aqui que uma temperatura minima de saída foí requerida, os resultados do segundo conjunto da experimentação têm clarificado a significância da velocidade de injeção do ar para alcançar a cristalinídade desejada. [0058] A temperatura da pelota e a porcentagem de cristalinídade como determinado na segunda e na terceira colunas mais à direita da Tabela 2 foram determinadas pelo exame visual e usando um calibre medidor de temperatura infravermelho, ambos como descritos acima em conexão com o primeiro conjunto de experimentação. Subseqüente a este tempo em que o primeiro conjunto de experimentação foi conduzido, entretanto, determinou-se que a cristalinídade total, ou o grau de cristalinídade, podem ser medidos usando o método de medida de Nitrato de Cálcio. A coluna mais à direita mostra os resultados de tal avaliação. [0059] Com o método de injeção de ar de acordo com a presente invenção, as pelotas do PET de vários tamanhos podem ser produzidas com um grau de cristalinidade aceitável. Isto é mesmo possível com os pesos da pelota tão baixos como 0.008 g/pelota forneceu o ar que é injetado em velocidade bastante alta. Pelo contraste, usando dispositivos de operação da arte anterior para a tecnologia de peletização incluindo aqueles que usam percursos de tubulação extremamente curtos e fluxos de água muito elevados, somente uma determinada porcentagem, aproximadamente 10-12%, de pelotas cristalinas podem ser produzidas. Estas pelotas assim produzidas, entretanto, contêm uma variação significativa em cristalinidade de cerca de 6.9% a até 35.6%. Este grau limitado de homogeneidade dentro das pelotas não é aceitável. Além disso, se o tamanho da pelota é reduzido para 0.012 g/pelota ou abaixo, somente pelo método de injeção de ar da presente invenção foi possível produzir um rendimento em que 100% das pelotas foram cristalizadas em pelo menos a um grau de 35% de cristalinidade. O PET com uma porcentagem de cristalinidade maior que 35 % foi encontrado para ser cristalino o bastante para o Processo do Estado Sólido (SSP - Solid State Process) e, portanto, é aceitável para os usuários finais do PET.

Como resumido acima, os primeiros e segundos conjuntos experimentais foram conduzidos com taxas de fluxo de ar de 100 m3/hora e 175 m3/hora, respectivamente. Taxas de fluxo mais elevadas de ar na ordem de 200 m3/hora ou maior podem também ser usadas, como requerido pelas mudanças do fluxo de água e taxa de pelota. [0060] Enquanto a presente invenção é particularmente aplicável ao peletizador submerso de polímeros PET, acredita-se que outros polímeros que cristalizam em temperaturas elevadas e que retêm calor quando sujeitado às altas temperaturas podem também ser apropriadas para a presente invenção. Tais polímeros incluem certos graus do poliuretano termoplástico (TPU), dos copolímeros PET e/ou das misturas PET. [0061] O antecedente é considerado como ilustrativo somente dos princípios da invenção. Uma vez que numerosas modificações e mudanças podem prontamente ocorrer àqueles técnicos no assunto, não se deseja limitar a invenção à construção e à operação exatas mostradas e descritas. Consequentemente, todas as modificações adequadas e equivalentes podem ser utilizadas, caindo dentro do escopo da invenção.

Claims (19)

1. Método para processamento de polímeros de PET em pelotas, compreendendo: extrusão de cordões de polímero de PET através de uma placa matriz (18) em um peletizador submerso (12, 102); corte dos cordões de polímero de PET em pelotas no referido peletizador; transporte de referidas pelotas de PET para fora de referido peletizador para um secador (32, 108) como uma pasta fluida de água e pelota e secagem das ditas pelotas de PET no secador, caracterizado pela dita etapa de transporte das pelotas de PET incluir a injeção de um gás a alta velocidade na referida pasta fluida de água e pelota para aumentar a velocidade das pelotas dentro e fora do referido secador e fazer com que as pelotas de PET saiam do dito secador para reter calor suficiente para iniciar a cristalização de referidas pelotas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas referidas pelotas de PET saírem do referido secador (32, 108) a uma temperatura média acima de 135ÔC,

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas referidas pelotas de PET saírem de referido secador a uma temperatura média acima de 125ÔC, e o referido gás ser injetado a uma taxa de fluxo de pelo menos 175 m3/hora.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo gás a alta velocidade ser ar, a uma taxa de fluxo entre 100-175 m3/hora.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo referido gás ser injetado na corrente de pasta fluida de água e pelota em alinhamento com a linha de transporte da dita pasta.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de colocar referidas pelotas em um recipiente de isolamento de calor para completar a cristalização desejada.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida injeção de gás a alta velocidade na pasta fluida de água e pelota converte a água em névoa de vapor d’água.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo gás ser injetado a uma taxa de fluxo de pelo menos 100 m3/hora.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo gás ser injetado a uma taxa de fluxo de pelo menos 175 m3/hora.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda a etapa de passar as pelotas através de uma unidade de vibração, onde as pelotas de PET são mantidas em movimento enquanto as ditas pelotas de PET continuam a própria cristalização.

11. Aparelho para executar o método para processamento de polímeros de PET em pelotas, conforme definido na reivindicação 1, em que o dito aparelho inclui um peletizador submerso (12, 102) para cortar os cordões de polímero de PET extrudados no referido peletizador em pelotas, tubulação (26, 104) para introduzir água no referido peletizador e uma linha de pasta fluida (30, 116) para transportar uma pasta fluida de água e pelota para fora do referido peletizador e para um secador (32, 108) para secagem das referidas pelotas de PET, caracterizado pelo dito aparelho incluir um injetor de gás (120) para introduzir um expedidor de velocidade de pelota a alta velocidade na referida pasta fluida de água e pelota para aumentar a velocidade das referidas pelotas através do referido aparelho de processamento, as referidas pelotas saindo do referido secador com calor interno suficiente para iniciar cristalização das referidas pelotas.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo expedidor de velocidade de pelota a alta velocidade ser um gás inerte com uma taxa de fluxo entre 100-175 m3/hora.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender ainda uma unidade de vibração (84) para receber pelotas que saem do secador e manter as referidas pelotas em movimento durante a referida cristalização.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender ainda um recipiente de isolamento de calor para receber pelotas que saem do secador.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por uma porção de referida linha de pasta fluida ser reta e ascendentemente angulada em um ângulo entre 30° e 60°.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela referida linha de pasta fluida incluir uma porção reta, e referido injetor de gás introduzir o referido gás inerte em um começo de referida porção reta, uma válvula esfera (150) servindo para regular o tempo de residência das pelotas no referido aparelho.

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo referido injetor de gás introduzir o referido gás inerte na referida pasta fluida de água e pelota em alinhamento com um eixo geométrico longitudinal da referida porção reta da linha de pasta fluida.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender adicionalmente um mecanismo de válvula a jusante do referido injetor de ar para adicionalmente regular a referida velocidade da pelota.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo secador ser um secador centrífugo.