BRPI0721608A2 - processo para a fabricaÇço de partÍculas polimÉricas, e, aparelho para a produÇço de partÍculas polimÉricas cristalizadas sàlidas - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA A FABRICAÇçO DE PARTÍCULAS POLIMÉRICAS, E, APARELHO PARA A PRODUÇçO DE PARTÍCULAS POLIMÉRICAS CRISTALIZADAS SàLIDAS. A presente invenção é um processo e aparelho para a conservação da perda de calor enquanto forma e cristaliza as partículas poliméricas em um líquido. O líquido de resfriamento resfria bruscamente o polímero durante a moldagem de partícula para facilitar a formação. O líquido de resfriamento resfria as partículas poliméricas não abaixo de uma temperatura que permite a cristalização adequada ocorrer. O líquido de resfriamento é rapidamente trocado com um líquido de aquecimento, assim que a temperatura do polimero esteja na faixa de cristalização e o calor da própria cristalização aquece o polímero para uma temperatura mais elevada.

Description

"PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE PARTÍCULAS POLIMÉRICAS, E, APARELHO PARA A PRODUÇÃO DE PARTÍCULAS POLIMÉRICAS CRISTALIZADAS SÓLIDAS"

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito à formação e cristalização de partículas poliméricas de peso molecular baixo. Mais particularmente, esta invenção refere-se a um método e aparelho para a extrusão, corte e cristalização de partículas poliméricas em um meio líquido.

As resinas poliméricas são moldadas em uma variedade de produtos úteis. As resinas poliméricas úteis incluem poliésteres aromáticos dos quais tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de politrimetileno (PTT), tereftalato de polibutileno (PBT), naftalato de politrimetileno (PTN), tereftalato de policicloexila (PCT) e naftalato de polietileno (PEN) são exemplos. As resinas de poliéster, particularmente PET, copolímeros de ácido tereftálico com proporções mais baixas de ácido isoftálico e PBT, são usadas na produção de recipientes de bebidas, películas, fibras, embalagens e cabo de pneu.

A resina de poliéster é produzida em um processo de polimerização de fase em fusão (MPP) com peso molecular relativamente baixo inadequado para usos comerciais. O peso molecular do produto de MPP deve ser atualizado. Consequentemente, o produto de MPP é formado em partículas e submetido a policondensação em estado sólido (SSP) para aumentar seu peso molecular mediante a manutenção das partículas poliméricas sólidas em temperaturas entre a transição vítrea e as temperaturas de ponto de fusão enquanto remove os produtos de reação sob uma varredura de gás inerte ou vácuo.

A resina de poliéster fundida da MPP é tipicamente extrusada sob pressão e cortada em pequenas partículas. A US 4.436.782 divulga uma máquina para a formação de grânulos fundidos de PET e resfriamento brusco dos grânulos em água. A GB 1.143.182 ensina um cortador de polímero de face moldada com a face moldada submersa em água para imediatamente resfriar bruscamente os grânulos após a formação. A WO 00/23497 Al divulga a extrusão do polímero fundido em filamentos, resfriando bruscamente os filamentos no líquido de resfriamento e corte dos filamentos em partículas poliméricas.

De acordo com a US 4.064.112, a tendência das partículas em aglomerar devido a viscosidade durante a policondensação em estado sólido (SSP) pode ser reduzida e mesmo eliminada, se a polimerização em estado sólido for precedida por uma etapa de cristalização que compreende o tratamento térmico. Um processo descrito na US 5.540.868 formas partículas de poliéster de peso molecular baixo, com um grau de cristalinidade maior do que 15 % adequado para uso como uma carga de alimentação da SSP. A US 5.290.913 divulga a cristalização de partículas de PET em um banho de líquido agitado e aquecimento para a temperatura de cristalização. As US 5.532.335 e WO 00/23497 Al ensinam a cristalização de poliésteres em líquido acima de IOO0C. Os processos divulgados na US 6.740.733 B2, US 6.297.315 Bl e US 6.461.575 Bl separam a água relativamente fria utilizada na granulação dos grânulos de PTT e cristalizam os grânulos em água relativamente quente em não mais do que IOO0C. A WO 00/23497 Al divulga o resfriamento de PET durante ou após a formação e depois a cristalização dos grânulos de PET acima de IOO0C.

O processo na WO 2004/033174 Al implica a granulação de polímeros em um banho líquido ou imediatamente s condução de granulado em um banho de líquido com uma temperatura acima de IOO0C. Seguinte a cristalização, a mistura de granulado-líquido é resfriada para cerca de 60°C, misturada com um líquido refrigerante e despressurizada, após o que o granulado é separado do líquido.

A US 6.749.821 mostra que em um processo típico de SSP, as partículas poliméricas são liberadas a um sistema de reator de SSP através de um depósito alimentador para um pré-cristalizador de leito fluidificado aquecido que opera para atingir um grau de cristalinidade. As partículas poliméricas são depois alimentadas para dentro de um primeiro cristalizador e depois opcionalmente para dentro de um segundo cristalizador. Os cristalizadores aquecem as partículas poliméricas sob agitação mecânica para trazê-los à temperatura de reação desejada e grau de cristalinidade adequado para o reator de SSP seguinte. Os polímeros de poliéster sofrer calor exotérmico de cristalização se não cristalizados em um grau suficiente. A continuidade do processo de cristalização no reator de SSP leva a problemas de liberação de calor e aglomeração ou sinterização das partículas, causando má distribuição dos gases e interrupções do fluxo de sólidos. A entrada do reator de SSP alto é elevada acima do solo, de modo que as partículas deverão ser levantadas até a entrada para ingressar no processo de SSP. Na prática industrial, isto é geralmente pelo movimento lento de transporte pneumático.

O ponto de fusão, Tm, de um polímero é preferivelmente determinado como o máximo do endotérmico de fusão no primeiro aquecimento, medido pela Calorimetria por Varredura Diferencial (DSC). A temperatura de transição vítrea (Tg), é o ponto de inflexão da transição de fase associada com a transição vítrea em um traço de DSC aquecido em 10 °C/min. A temperatura média em massa de uma partícula polimérica é a temperatura média da massa da partícula ou a média da temperatura em cada local da partícula. O termo "temperatura medida ou de taxa de cristalização máxima real (Tc)" é a definição experimentalmente determinada conhecida na técnica. A determinação de Tg e Tm é descrita em ASTM D-3419-99 "Standard Test Method for Transition Temperatures of Polymers by Differential Scanning Calorimetry".

A temperatura da taxa de cristalização máxima (Tc) pode ser experimentalmente determinada por diversos métodos. Um tal método é observar a taxa de crescimento inicial das estruturas esferulíticas de uma fatia fina de fusão amorfa por microscopia de luz polarizada, fazer medições fotográficas e traçar em gráfico a taxa versus a temperatura aplicada. Este e outros métodos são descritos em J. M. Schultz, "Polymer Crystallization: The Development of Cristalline Order in Thermoplastic Polymers", 2001 Oxford UniversityPress 127-139.

Os valores de Tc podem ser observados na literatura para uma ampla faixa de polímeros. De acordo com a US 5.540.868, também é possível estimar a Tc calculando a média das temperaturas de transição vítrea e de fusão usando a Fórmula (1):

Tc = (Tg + Tm)/2 (1)

Para os propósitos desta invenção, este valor de Tc é uma aproximação razoável da temperatura real da taxa de cristalização máxima. A US 6.451.966 Bl fornece valores de Tg e Tm aproximados para alguns poliésteres úteis aos quais são adicionados valores de Tc calculados na tabela abaixo.

Te0C Tm0C Tc 0C Calculada PET 70 260 165 PEN 120 270 195 PBN 82 242 162 PTT 35 227 131

Os valores para Tg, Tc e Tm podem variar um pouco, por

exemplo, com a morfologia, a história térmica, o peso molecular, o nível de umidade e a cristalinidade inicial em um polímero. Por exemplo, o PET com um grau baixo de polimerização entre 10 e 20 tipicamente possui uma Tm de 250°C, uma Tg de 60°C, e uma Tc de 155 0C. A US 5.744.578 ensina a cristalização de PEN com líquido em uma temperatura na faixa de 20°C acima de uma temperatura de transição vítrea (Tg) e IO0C abaixo de uma temperatura de fusão (Tm).

Um objetivo da presente invenção é resfriar bruscamente as partículas poliméricas fundidas recentemente formadas em um líquido de resfriamento para solidificar o exterior das partículas poliméricas enquanto ainda mantém a temperatura média em massa das partículas poliméricas na faixa em que elas se cristalizam em uma taxa razoável.

Um outro objetivo da presente invenção é a substituição do líquido de resfriamento anteriormente mencionado contendo as partículas poliméricas sólidas com um líquido de aquecimento que possui uma temperatura igual ou superior à temperatura de massa média anteriormente mencionada do polímero.

Mais um objetivo da presente invenção é o transporte de modo ascendente das partículas poliméricas sólidas em líquido para o sistema de reator de SSP.

Um outro objetivo da presente invenção é cristalizar os polímeros sólidos em líquido, enquanto transporta o polímero em líquido para um sistema de reator de SSP.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção é um processo e aparelho para a conservação da perda de calor enquanto forma e cristaliza as partículas poliméricas em um líquido. Foi verificado que mediante o ajuste da temperatura do líquido de resfriamento e a duração do resfriamento em um aparelho apropriado, a temperatura média da massa das partículas poliméricas pode ser reduzida o suficiente de forma eficiente para formar grânulos sólidos na operação de extrusão e corte, mas deixando a temperatura média de massa da partícula dentro da faixa de temperatura em que a cristalização rápida ocorre.

Assim que o líquido de resfriamento é substituído com o líquido de aquecimento, a temperatura do polímero está dentro dessa faixa de cristalização, e a natureza exotérmica desta cristalização aquece ainda mais a partícula para uma temperatura mais elevada, o que acelera a taxa de cristalização. Em uma forma de realização, a temperatura do líquido de aquecimento nunca fica abaixo da temperatura média da massa do polímero tal que o líquido de aquecimento nunca resfria o polímero. Esta invenção fornece menos resíduos da energia térmica da fusão quente devido ao resfriamento completo e, em seguida, aquecimento até a temperatura de cristalização. Além disso, em uma forma de realização, a maioria da cristalização ocorre no fluido de aquecimento utilizado para o transporte dos grânulos para a SSP, reduzindo o tempo de processamento necessário. Além disso, a necessidade para o transporte pneumático de lascas plásticas quentes para a SSP é eliminada, o que evita o risco de aglomeração devido à fricção e polvilhamento das lascas quentes.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO A FIGURA é uma visão esquemática da presente invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção pode ser usada para a formação de polímero fundido em partículas se o polímero for resfriado após ser formado em uma forma desejada. O polímero da presente invenção é preferivelmente um polímero termoplástico cristalizável. O polímero de poliéster é particularmente adequado para a presente invenção e o polímero de PET é o preferido. Copolímeros de PET e poliésteres também são adequados.

A descrição da presente invenção será feita com relação à FIGURA. A presente invenção compreende um sistema de particulação e resfriamento brusco 2 servido pelo líquido de resfriamento, uma seção de cristalização 4 servida pelo líquido de aquecimento e um sistema de reator de SSP 6. O sistema de particulação e resfriamento brusco 2 compreende um dispositivo de moldagem 10 que recebe resina polimérica a partir de uma linha de 12. A resina na linha 12 ou já está fundida ou o dispositivo de moldagem 10 a aquece acima da temperatura de fusão para colocar o polímero no estado fundido. Qualquer uma das várias formas pode ser usada para formar o polímero fundido em partículas. No entanto, é importante que as partículas poliméricas gastem relativamente pouco tempo no líquido de resfriamento brusco e o tempo entre as partículas que se formam e a entrada no líquido de aquecimento seja minimizada. No entanto, um cortador polimérico de face moldada da GB 1.143.182 é preferível para minimizar o resfriamento antes do aquecimento. Em uma forma de realização, a resina polimérica fundida entra em uma câmara pressurizada 14 e é extrusada através de uma placa de orifício 16, cuja face é varrida por um cortador rotativo. O polímero extrusado entra em uma câmara de resfriamento 18 através dos orifícios e é cortado em partículas poliméricas enquanto se resfria bruscamente sob o líquido de resfriamento pressurizado liberado através de uma entrada na câmara 18 por uma linha 20. O líquido de resfriamento solidifica o exterior das partículas poliméricas enquanto preferivelmente deixa o interior fundido. As partículas poliméricas no líquido de resfriamento serão transportadas da câmara de resfriamento 18 de preferência diretamente para um coletor de tela 22. No coletor de tela 22, uma tela inclinada 24 possui a dimensão perfurada para permitir a passagem das partículas poliméricas de um tamanho máximo e rejeitar as partículas sobre o tamanho máximo através de uma linha 26 a ser fundida novamente. Embora não mostrado, a linha 26 pode liberar as partículas poliméricas rejeitadas para um depósito alimentador com válvulas de pressão seqüencialmente operadas para evitar a perda de pressão do sistema. A mistura de líquido de resfriamento e as partículas poliméricas que passam através da tela inclinada 24 preferivelmente passam diretamente para um dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28. O dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 pode incluir uma tela com perfil em forma de cotovelo, um cone de desidratação, uma centrífuga ou um hidrociclone que remove rapidamente as partículas poliméricas de uma quantidade considerável do líquido de resfriamento. Em uma forma de realização, o dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 é uma centrífuga de coluna de discos fabricada por Alfa-Laval AB. Uma centrífuga alternativa é fabricada por Dorr-Oliver Eimco, Ltd. A centrífuga do dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 gira em alta velocidade para separar o líquido de resfriamento removido da sua parte superior em uma linha 30 e os sólidos poliméricos removidos em uma linha 32. Eficiência mais elevada da separação no dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 resultará em maior conservação de calor nas partículas poliméricas. As centrífugas podem alcançar 90 % de eficiência na separação de líquidos dos sólidos considerando que os dispositivos estáticos só podem ser 60 % eficientes. O líquido de resfriamento remanescente com as partículas poliméricas sólidas serve para facilitar o fluxo das partículas para fora da centrífuga na linha 32. O objetivo do líquido de resfriamento na linha 20 será a de facilitar a formação do polímero em partículas que exige uma temperatura mais baixa para solidificar o exterior da partícula sem reduzir a temperatura média da massa do polímero para baixo da temperatura de cristalização mínima (Tcmin) do polímero. A Tcmin de um polímero é a temperatura em que a taxa de crescimento da esferulita é menor do que 10 % da taxa de crescimento máxima para o polímero. A taxa de crescimento da esferulita pode ser medida em termos do crescimento diamétrico em mícrons por segundo mediante o exame ótico direto de uma amostra de polímero em cristalização sob a luz polarizada por um microscópio de fase quente como é conhecido na técnica. Definida desta forma, a TcmJn para o PET é 120°C que é 45°C abaixo da Tc. A Tcmin de 120°C pode ser geralmente aplicável para todos os poliésteres no contexto da presente invenção. Portanto, a combinação da temperatura do líquido de resfriamento e do tempo de permanência das partículas poliméricas no líquido de resfriamento entre a câmara de resfriamento 18 através do dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 deve operar tal que a temperatura média da massa do polímero não irá abaixo da Tcmin. A temperatura do polímero fundido antes do resfriamento brusco será acima de 260°C e preferivelmente pelo menos 270°C. A temperatura do líquido de resfriamento tipicamente não será mais do que IOO0C para o PET. No entanto, as temperaturas mais elevadas podem ser utilizadas em pressões adequadamente mais elevadas para evitar a ebulição do líquido. O líquido de resfriamento pode ser selecionado de qualquer material compatível, preferivelmente aqueles que possuem compatibilidade com a resina de poliéster e apresentam degradação mínima. O líquido de resfriamento é preferivelmente água e pode incluir aditivos tais como etileno glicol para elevar o ponto de ebulição. No entanto, outros líquidos tais como etileno glicol ou glicóis relacionados podem ser adicionados para propósitos tais como a promoção de cristalização. A conexão da temperatura de um polímero com a quantidade de resfriamento a qual é submetido pelo líquido de resfriamento é mostrada na fórmula (2):

(Tfundido — Tq)*(mCp resina) — Qresfriamento (2)

em que, Tq é a temperatura média da massa da partícula de resina após ser removida do líquido de resfriamento e antes de ser imersa no líquido de aquecimento, m é a vazão de massa da resina, Cp resina é a capacidade térmica média de resina, Qresfriamento é a perda de calor durante a etapa de particulação e resfriamento brusco e Tendido é a temperatura do polímero fundido que deixa o processo de fase de fusão na linha 12 e entra no dispositivo de moldagem 10. Em uma forma de realização, é desejável assegurar que a Tq não desça abaixo da Tcmin que é de 120°C para o PET. Em uma forma de realização, o dispositivo de moldagem 10, o coletor de tela 22 e o dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 da seção de particulação e resfriamento brusco são integralmente unidos um com o outro para minimizar o tempo de resfriamento do polímero e mais facilmente manter a pressão. Também é contemplado que o coletor de tela 22 pode ser dispensado em cujo caso o dispositivo de moldagem 10 e o dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 devem ser integralmente unidos. Os condutos que conectam as unidades também são contemplados, mas os condutos relativamente longos aumentarão o grau de resfriamento o que é indesejável.

O líquido de resfriamento na linha 30 que sai do dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 é levado para um reservatório de líquido de resfriamento 40. O líquido de resfriamento é removido em uma linha 42 do reservatório de líquido de resfriamento 40 por uma bomba 50 que descarrega em uma linha 52 que o libera para um filtro de 44 que remove as partículas poliméricas sub-dimensionadas para outro re-processamento em uma linha 46. Em uma forma de realização, o filtro pode ser de um tipo lavado em retorno. Um depósito alimentador de bloqueio (não mostrado) pode ser utilizado na linha 46 para permitir que as partículas sejam removidas sem a despressurização do sistema. Uma linha 48 libera o líquido de resfriamento para um refrigerante opcional 54 a partir da qual a linha 20 recicla o líquido de resfriamento para o dispositivo de moldagem 10. O refrigerante 54 pode ser incluído para manter a temperatura do líquido de resfriamento na faixa de temperatura de corte ideal para a operação de particulação.

A seção de cristalização 4 começa com um conduto ou linha 38 que libera o líquido de aquecimento para transportar polímero que sai do dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 na linha 32. A linha 38 preferivelmente libera o líquido de aquecimento ou a jusante do dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28. O líquido de aquecimento estará em uma temperatura mais elevada do que o líquido de resfriamento. No entanto, em uma forma de realização, o líquido de aquecimento e resfriamento estará em comunicação fluida e sob a mesma pressão do sistema de modo a rapidamente substituir o líquido de resfriamento líquido com o líquido de aquecimento quando o líquido de resfriamento sai do dispositivo de remoção do líquido de resfriamento. Desta forma, o objetivo de minimizar a perda de calor é alcançado. O polímero que deixa o dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 ainda estará na faixa de temperatura ideal em que a cristalização ocorre, que é maior ou igual a Tcmin. O exterior da partícula polimérica deve ser sólido enquanto o interior da partícula é fundido, promovendo assim a cristalização contínua. A cristalização do polímero soltará um calor de cristalização que irá operar o auto-aquecimento das partículas poliméricas. Para tirar vantagem deste calor de cristalização, é importante que a temperatura do líquido de aquecimento introduzido na linha 38 seja mantida em uma temperatura que não é menor do que a temperatura média da massa máxima que o polímero alcança enquanto em contato com o líquido de aquecimento. A temperatura média da massa da cristalização do polímero no líquido de aquecimento é designada como Tw. Em uma forma de realização, a Tw pelo menos será maior do que a Tcmin que é de 120°C para o PET e preferivelmente estará entre 150° e 180°C para o PET que está dentro de mais ou menos 15 0C da Tc, o que representa uma faixa de temperatura adequada que inclui a temperatura que atinge a taxa de cristalização máxima. Temperaturas mais altas também podem ser adequadas. A Fórmula (3) mostra a conexão da Tw para a Tq:

Tw > Tq + m(AXf)(Hc) (3)

em que a Tw é a temperatura média da massa do polímero na etapa de cristalização, AXf é a diferença na fração de cristalinidade a ser alcançada na etapa de cristalização e a fração de cristalinidade do polímero após as etapas de particulação e resfriamento brusco, Hc é o calor de cristalização, que é tipicamente 120 J/g para o PET. A Tw é preferível de estar na faixa da taxa máxima de cristalização primária que para o poliéster de PET deve ser de 150° a 180°C, mas pode ser tão alta quanto a temperatura de outro processamento a jusante, mas abaixo da temperatura de amolecimento do PET. A faixa de temperatura de amolecimento do copolímero de PET típico é considerada ser o ponto em que começa a sofrer deformação plástica irreversível sob uma tensão mecânica, geralmente medida por um analisador termomecânico ou a temperatura de deformação sob o aparelho de carga (DTUL). Para uma resina comercial típica tendo uma temperatura máxima de fusão principal, medida por DSC de 250°C, a faixa de temperatura de amolecimento deve ser de 230° a 250°C. Nesta faixa de temperatura, o movimento molecular é tão elevado que a taxa de cristalização é significativamente mais lenta do que na Tc.

A linha 32 pode transferir a mistura de partículas poliméricas e o líquido de aquecimento para um tanque de retenção opcional 34 em que o tempo de permanência suficiente pode ser fornecido para permitir que as partículas poliméricas se cristalizem no nível desejado. O nível desejado de cristalinidade para o polímero em relação a outro mais sólido é definido como a cristalinidade percentual mínima que é elevada o suficiente de modo que outra liberação de calor exotérmica no reator mais sólido não é provável. O nível exato pode variar entre as resinas. A cristalinidade percentual é tipicamente estimada a partir da massa específica do grânulo pelo seu poder de flutuação em uma coluna de massa específica gradiente de acordo com ASTM D 1505-98 "Standard Test Method For The Density of Plastics by Density-Gradient Technique", assumindo 0 % de cristalinidade (resina completamente amorfa) para ter uma massa específica de 1,332 g/cm e 100 % de cristalinidade para ter a massa específica de 1,455 g/cm . Um valor típico para a cristalinidade da resina adequada para o copolímero de PET em uma SSP jusante é de 15 a 35 %. Uma linha 36 libera a mistura de líquido de aquecimento e partículas poliméricas na entrada de um tubo ascendente 60, que transporta o líquido de aquecimento e as partículas poliméricas até uma altitude perto da parte superior de um sistema reator de SSP enquanto fornece às partículas poliméricas tempo suficiente para cristalizar. O tubo ascendente de líquido de transporte 60 opera em fluxo tampão e, em uma forma de realização, com um mínimo de um tempo de permanência de um minuto. Tempos de permanência mais curtos são contemplados se o tanque de retenção 34 for usado. A linha 62 libera o efluente de uma saída do tubo ascendente 60 de um hidrociclone 64 tal como um hidrociclone de desimpedimento em que o líquido de aquecimento é rudemente separado das partículas poliméricas que alcançaram uma cristalização entre 15 e 35 % com base na medição da massa específica. A massa do líquido de aquecimento é expulsa do hidrociclone de desimpedimento 64 através de uma linha 66 e liberada a um reservatório de líquido de aquecimento 68. A composição do fluido pressurizado no reservatório de líquido de aquecimento 68 para todo o sistema através de uma válvula de controle de pressão 109 regulada por um PC de controle de pressão manterá a pressão do sistema para estar acima da pressão de inflamação do líquido de aquecimento, de modo a manter o líquido de aquecimento na fase líquida. Visto que o líquido de aquecimento terá uma temperatura entre 120° e 230°C para o PET5 a pressão manométrica estará entre 131 kPa (19,1 psig) e 2731 kPa (136 psig), correspondendo a uma sobrepressão de 35 kPa (psig 5) se o líquido de aquecimento for água. Por exemplo, quando o líquido de aquecimento for água e for mantido em uma temperatura de 180°C, a pressão manométrica do sistema será 935,9 kPa (136 psig). Pressões mais baixas podem ser utilizadas para os líquidos de aquecimento com pontos de ebulição mais elevados. As partículas poliméricas e o líquido de aquecimento remanescente são removidos dos hidrociclone 64 e transferidos através de uma válvula de entrada 70 em um recipiente de vaporização instantânea 72. No recipiente de vaporização instantânea 72, a pressão é liberada para permitir o líquido de aquecimento em alta temperatura vaporizar instantaneamente ao longe como o gás das partículas poliméricas como vapor. O vapor submetido a vaporização instantânea do líquido de aquecimento é removido do recipiente de vaporização instantânea 72 em uma linha 74. O vapor do líquido de aquecimento submetido a vaporização instantânea pode ser descarregada na atmosfera ou, em uma outra disposição, condensado em líquido e bombeado para o inventário de circulação do líquido de aquecimento. Esta disposição não é mostrada na FIGURA. O recipiente de vaporização instantânea 72 pode compreender um depósito alimentador de bloqueio duplo por meio do qual o efluente do hidrociclone 64 entra através da válvula de entrada 70 que é aberta enquanto uma válvula de saída 76 é fechada. Depois que uma batelada de partículas poliméricas úmida entra na válvula de entrada 70, a válvula de entrada 70 é fechada e a válvula de saída 76 é aberta, permitindo uma rápida redução de pressão e o líquido de aquecimento extraído por vaporização instantânea na linha 74. Para a vaporização instantânea contínua do líquido de aquecimento das partículas poliméricas, um recipiente opcional (não mostrado) com uma entrada regulada por uma válvula de esfera e uma válvula de compressão para manter a pressão a montante e isolada da pressão mais baixa a jusante permite que as partículas poliméricas úmidas do hidrociclone 64 entrem em um recipiente de pressão mais baixa. O recipiente de baixa pressão pode incluir uma tela de drenagem da qual o líquido de aquecimento é drenado e extraído por vaporização instantânea e é transportado para a linha 74, que é opcionalmente liberado ao reservatório do líquido de aquecimento 68 conforme apresentado na descrição anteriormente mencionada. No entanto, na forma de realização de acordo com a FIGURA, o efluente de polímero proveniente do recipiente de vaporização instantânea 72 em uma linha 78 está na forma cristalina e pronto para o processamento de SSP.

As partículas poliméricas cristalinas são liberadas ao sistema de reator de SSP 6 que na forma de realização da FIGURA, começa com um leito fluidificado vibratório 80. Uma ventoinha 82 sopra o gás inerte quente para dentro do leito fluidificado 80 até as linhas distribuidoras 84. As bolhas de gás inerte quente através das partículas poliméricas formam um leito submetido a ebulição para secar ainda mais as partículas poliméricas e conduzem à cristalização adicional. O gás inerte deixa o leito fluidificado 80 através de uma linha de 86, enquanto as partículas poliméricas secas são transportadas através de uma linha 88 e entram em um cristalizador 90. As partículas poliméricas são submetidas ao calor e agitação mecânica por um rotor de pás no cristalizador 90 para mover as partículas poliméricas da extremidade de entrada até a extremidade de saída. As partículas poliméricas que entram no sistema de reator de SSP 6 estão em uma temperatura de 180 ° a 200°C e preferivelmente 190°C que é a temperatura de entrada preferida das partículas poliméricas que entram em um reator de SSP 94. No entanto, outras temperaturas podem ser adequadas. Uma linha de entrada 92 libera as partículas poliméricas do cristalizador 90 para dentro do reator de SSP 94. O reator de SSP 94 é preferivelmente um reator de SSP de circulação descendente, mas um reator de SSP de batelada pode ser adequado. Em alguns casos, um cristalizador adicional será necessário. No entanto, em algumas condições, o esquema de fluxo da FIGURA pode operar para evitar a necessidade do leito fluidificado 80, a ventoinha 82 e o cristalizador 90 e liberar as partículas poliméricas submetidas a vaporização instantânea do recipiente de vaporização instantânea 72 diretamente dentro do reator de SSP 94 após atingir cristalização suficiente no tubo ascendente 60 antes de entrar no hidrociclone 64. As partículas poliméricas se movem de modo descendente no reator de SSP 94 contra-corrente ao fluxo de gás inerte quente, que é preferivelmente nitrogênio, para atualizar o peso molecular no grau de polimerização das partículas poliméricas. O gás inerte pode entrar através de uma linha 96, enquanto as partículas poliméricas atualizadas saem do reator de SSP 94 através de uma linha efluente 98. A composição do líquido de aquecimento pode ser adicionada no reservatório do líquido de aquecimento 68 através da válvula de controle de pressão 109 que entra em uma linha 100 para compensar as perdas de líquido de aquecimento. O líquido de aquecimento sai do reservatório do líquido de aquecimento 68 através de uma linha 102 e é bombeado pela bomba 108 em uma linha 110 para um filtro 104. O líquido de aquecimento é filtrado de quaisquer partículas poliméricas no filtro 104 para remover as partículas de tamanho inferior, cujas partículas partem através de uma linha 106 para possivelmente sofrer outro processamento. Um depósito alimentador de bloqueio (não mostrado) pode ser utilizado na linha 106 para permitir a remoção das partículas sem a despressurização do sistema. A linha 111 libera o líquido de aquecimento para um aquecedor em equilíbrio 112 e se torna o líquido de aquecimento na linha 38, que é introduzido nas partículas poliméricas que saem do dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 na seção de cristalização 4.

O esquema de fluxo da presente invenção opera para minimizar o tempo de contacto entre as partículas poliméricas recentemente solidificadas e o líquido de resfriamento. As partículas poliméricas recentemente solidificadas e o líquido de resfriamento são rapidamente transportados do dispositivo de moldagem 10 até o dispositivo de remoção do líquido de resfriamento 28 para rapidamente separar o líquido de resfriamento das partículas poliméricas e substituir o líquido de resfriamento com o líquido de aquecimento. A minimização do resfriamento permite o exterior das partículas poliméricas solidificar permitindo a formação de partículas, enquanto o interior fundido continua a se cristalizar porque a temperatura média da massa das partículas ainda está na faixa de cristalização ideal. A troca rápida entre o líquido de resfriamento e o líquido de aquecimento permite a cristalização prosseguir quando as partículas são transportadas para o reator de SSP. A pressão do sistema, em uma forma de realização, é mantida pela válvula de controle de pressão 109 em uma pressão que impede que o líquido de aquecimento entre na fase de vapor, até que o transporte das partículas poliméricas e a cristalização tenham atingido o nível desejado.

A presente invenção é vantajosa porque as partículas poliméricas são solidificadas em temperaturas de processo bem abaixo da temperatura de amolecimento que é de 250°C para o PET de modo que o polímero moldado adquire uma boa forma. As partículas poliméricas são cristalizadas em um líquido em que o calor exotérmico de cristalização pode ser facilmente absorvido no líquido, que é mais controlável do que o controle do exotérmico em ambiente gasoso seco que corre o risco de fusão ou aglomeração de partícula-partícula e partícula-tubulação. A entrada do sistema de reator de SSP 6 remotamente elevada em relação aos sistemas de moldagem e cristalização do processo. O tubo ascendente de líquido 60 facilita o transporte suficientemente rápido a partir da zona de cristalização até a zona de reação de SSP para evitar a degradação térmica que pode ocorrer nas partículas poliméricas. Nenhum excesso de perda de calor ocorre entre o processo de moldagem que é operado em alta temperatura, geralmente acima de 270°C para o PET e o processo de SSP que tipicamente opera acima de 190°C para o PET. Adicionalmente, o transporte no tubo ascendente de líquido evita a desvantagem de ter que resfriar as partículas poliméricas durante o transporte abaixo de uma temperatura de transição vítrea, que é de 70°C para o PET para evitar a viscosidade resultante da cristalização insuficiente e, em seguida, ter que aquecer as partículas poliméricas de volta até a temperatura de reação da SSP.

Claims (10)

1. Processo para a fabricação de partículas poliméricas, caracterizado pelo fato de que compreende: formar o polímero fundido em uma forma polimérica fundida; resfriar bruscamente o polímero fundido com um líquido de resfriamento sob pressão para obter um polímero sólido em uma temperatura média da massa igual maior do que a temperatura de cristalização mínima; remover o polímero sólido de uma quantidade substancial do líquido de resfriamento; adicionar o polímero sólido em um líquido de aquecimento sob pressão que possui uma temperatura maior do que o líquido de resfriamento; cristalizar o polímero sólido no líquido de aquecimento; e remover o polímero sólido do líquido de aquecimento.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polímero é um poliéster.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o poliéster é PET.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o líquido de aquecimento está sob pressão suficiente para impedir a vaporização durante a etapa de cristalização.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o líquido de aquecimento e o líquido de resfriamento estão em comunicação fluida.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o líquido de aquecimento com o polímero sólido é submetido a pressão reduzida para vaporizar instantaneamente o líquido do polímero sólido.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o líquido de aquecimento está em uma temperatura que permanece maior ou igual àquela da temperatura média da massa do polímero sólido.

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de resfriamento brusco produz polímero sólido com uma temperatura abaixo da temperatura de amaciamento do polímero.

9. Aparelho para a produção de partículas poliméricas cristalizadas sólidas, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de moldagem (10) para a formação do polímero fundido em uma câmara de resfriamento brusco (18) com uma entrada de líquido de resfriamento para o resfriamento brusco de dito polímero fundido em um líquido de resfriamento para obter o polímero sólido; um dispositivo de remoção do líquido de resfriamento (28) em comunicação fluida com dita câmara de resfriamento brusco para a remoção de uma quantidade substancial de dito líquido de resfriamento do dito polímero sólido; um conduto (36) para o transporte de polímero sólido de dito dispositivo de remoção de líquido de resfriamento no líquido de aquecimento em um tubo ascendente (60); e dito tubo ascendente (60) para suspender dito polímero sólido e o líquido de aquecimento até uma parte superior de um sistema de reator de SSP (6).

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ainda inclui um conduto (38) para a introdução do líquido de aquecimento a dito polímero sólido a jusante de dito dispositivo de remoção do líquido de resfriamento.