CN101316689A - 有粘连倾向塑料颗粒，特别是pet和pu颗粒的结晶方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法及装在该方法中，振动槽(1)内的颗粒在接近其反应温度下在振动槽(1)的纵向延伸方向上受到横向振动激励。颗粒流沿一条螺旋路径通过振动槽，获得了较短的停留时间谱和均匀的颗粒温度梯度。同时，可靠地防止了粘连情况的出现。

Description

有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法及装置
技术领域
该发明涉及用于有粘连倾向塑料颗粒的结晶方法及相应装置。
背景技术
经过现有的制造颗粒的工艺过程后，某些颗粒因受到热处理而改变了颗粒结构。例如，从造粒过程开始起，这里提到的缩写为PET的聚四氟乙烯颗粒，在工艺过程的最初形态为非结晶状态。在后续处理阶段，非结晶状态至少部分转化为结晶状态，即结晶化。分子链在该这个过程中被明显定位。实际上，PET颗粒在结晶时，可获得约30-50％的结晶度。
温度控制在结晶过程中起非常重要的作用。首先，非结晶颗粒应置于或保持在适当的反应温度下。第二，某些颗粒，如PET或PU颗粒，在过渡阶段有粘连倾向。PET颗粒甚至在低于结晶温度的摄氏80℃至170℃之间时就开始变粘了。这样颗粒在结晶时应进行搅拌，以防止结块。随着结晶过程中温度的升高，粘连倾向开始减弱。
常规造粒工艺通过加热和强力搅拌在摄氏80°以下温度对非结晶颗粒进行结晶。最近有人提出了一项水下造粒的方法，即，在后续结晶过程中，将经过预先干燥的热态颗粒暴露于振动激励中。这种振动的激励防止了塑料颗粒的粘结，储藏在颗粒中的工艺热可同时用于结晶，这样，采用水下结晶方法时，就不需要额外的热量。相反，为了避免结块，储存在过渡期料仓的颗粒必须首先进行冷却，然后才能重新加热进行结晶。
公开号为WO 2005/044901的专利中描述了对PET颗粒进行再热处理的一种方法。该方法是，非结晶状颗粒通过振动槽给料进行结晶。振动槽被中间墙以溢流围堰形式分成多个连续的腔室。振动槽通过振动激励器按纵向延伸方向进行振动。这样，颗粒在振动激励的作用下沿槽进行输送。中间墙拦住料颗粒流，导致纵向湍流。在某些点上，一些单个颗粒会溢出中间溢流堰墙，到达颗粒出口。因此，振动槽具有与一系列与搅拌容器相同的作用。虽然这样可防止单个颗粒粘连并实现结晶，但该装置的缺点是，颗粒停留时间谱相对太长。
专利号为DE 102004050356A1也提出了采用振动输送装置进行PET颗粒结晶的方法，且振动激励的方向也是沿输送方向。与WO 2005/044901相比，颗粒在振动运输装置内的停留时间相对较短，为20-90秒。虽然获得了更好的停留时间谱，但单个颗粒的行走路径相对较短，限制了与其他颗粒相互作用的潜力。这对均衡颗粒之间的温度不利。而且在颗粒流表面横向穿过槽的颗粒与在颗粒流底面的颗粒的温度不一致。
如专利号为DE 10049263A1所述，立式轴反应堆的目的是为获得满意的停留时间谱。但它并却没有提供振动激励。
在这一背景下，本发明针对上述方法作了改进，获得了更短停留时间谱和均匀温度梯度，并对相应装置作详细说明。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种具有更短停留时间谱和均匀温度梯度的具有粘结倾向的塑料颗粒的结晶方法及装置。
可按专利权利要求1中的技术方案，采用有粘连倾向塑料颗粒特别是PET及PU颗粒的结晶法予以解决。该方法是，在颗粒的反应温度下，在振动槽中沿振动槽纵向延伸方向对颗粒进行横向振动激励。上述问题也可根据专利权利要求15的技术方案，采用合适的结晶装置进行解决。
横向振动激励使振动槽内壁上的颗粒向上运动，并在到达内壁更垂直部分时滑入槽中，落在后来升起的颗粒上。于是就产生了不间断的、连续颗粒流，提高了颗粒之间的相互反应，使颗粒能相互交换工艺热。这样，颗粒在结晶阶段不仅获得了非常短的停留时间谱，还同时获得了非常均匀的温度梯度，对产品质量产生了有利作用。
在振动槽纵向方向上所进行的横向振动激励包含一个垂直于槽纵向延伸方向及重力方向延伸平面的一个方向分量。该分量激励了定向或圆形振动，从而在垂直于槽纵向延伸方向的横切面上至少产生了一个水平分量。这就促进了槽内颗粒的螺旋运动。
根据本发明的一个优选实施例，颗粒通过振动槽从振动槽一个端截面的颗粒入口到达槽另一端截面的颗粒出口所需的前进速度主要是通过在颗粒入口导入颗粒实现的。振动激励器的主要目的是产生一个横向运动分量，使槽内的颗粒流完成螺旋运动。
然而，对振动发生器或发生器稍作限制便可产生一个沿振动槽方面的分量，从而加快或降低产品流动速度，或让其按相反方向运动。
根据本发明的更加优选的实施例，振动激励器或激励器的有效方向是可调节的。例如，采用适当的激励系统，通过在操作时加大或减少振动槽方向上或与产品给料相反的方向上的推进分量，可轻松改变颗粒在振动槽内的停留时间。而且，调节还有利于快速倒空。
另一方法是，设置一台对准振动槽纵向延伸方向的振动激励器。通过选择适当位置、进行适当偏转和调整，该振动激励器可激励出既含横向分量又含纵向分量的振动。
该发明最好采用水下造粒工艺的预干燥颗粒连续给料方式。
然而，也可采用挤出造粒工艺的方式导入颗粒。不过，这样就需要提供额外的热量，使颗粒达到反应温度。
例如，可通过工艺空气导入热量。在对PET颗粒进行结晶化时，将工艺空气从以上喷嘴吹入或吹至振动槽内颗粒可产生特别有利的效果，这已经得到证明。
另外，也可以通过位于颗粒流中的一根或多根多孔管吹入空气。
还可通过振动槽内壁上的空隙吹入工艺空气。该空隙最好位于底部区域，也可延伸至更垂直的内壁部分。
也可通过辐射或接触传输导入热量。为此，可将辐射器置于振动槽上方，或者将加热元件置于颗粒流上方。
还可通过工艺空气或其他冷却装置去除热量。
专利的权利要求中还包括了了本专利的其他优选的实施方式。
通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种具有更短停留时间谱和均匀温度梯度的具有粘结倾向的塑料颗粒的结晶方法及装置。
本专利通过以下图中实施例作了更详细的说明。
附图说明
图1是有粘连倾向塑料颗粒结晶装置第一实施例的侧视图；
图2是图1装置在纵向延伸方向上的横向断面图；
图3是有粘连倾向塑料颗粒结晶装置第二实施例的侧视图；
图4是图3装置在纵向延伸方向上的横向断面图；
图5是具有改进的工艺空气入口的改良振动槽断面图；
图6是经过第二次改进后的振动槽断面图；
图7是经过第三次改进后的振动槽断面图；
图7a显示了根据图7对热传输系统作出的改进；
图8为有粘连倾向颗粒结晶装置的第三实施例的侧视图；
图9为图8装置在纵向延伸方向上的横向断面图；
图10为非对称断面振动槽的侧视图；
图11为显示振动激励器另一种布置方式的侧视图；
图12为显示振动槽侧面倾斜的侧视图；
图13显示了带导叶振动槽的第四实施例；
图14为图13振动槽的导叶断面图；
具体实施方式
图1和图2中的第一实施例是在热处理过程中进行的有粘连倾向塑料颗粒的结晶装置。该类塑料颗粒包括聚酯颗粒，例如聚酯激聚亚安酯等聚合体颗粒，同时也可以使用最初为非结晶形态，通过水下或挤出造粒工艺形成PET颗粒。
PET颗粒在簧载轴承上振动槽1内通过振动激励进行结晶。图1显示了特别适合于导入振动槽时就已经达到反应温度的颗粒的相应装置，其还可以散去多余的热量。
经过脱水的预干燥颗粒通过颗粒入口2进入水平振动槽1。振动槽1的相应端截面3在振动槽1的纵向延伸方向上由端壁4密封。必要时，可在端壁4可设置适当的空隙或注入管嘴导入颗粒。结晶颗粒在振动槽1端截面6的颗粒出口5排除。密封断面的断壁7装有适当的出口空隙8，该空隙在必要时可通过百叶窗关闭。
振动槽1在其纵向延伸方向上位于颗粒出口2与颗粒出口5之间有一个畅通断面。与其他断面不同的是，该断面没有溢出壁，溢流围堰等，这样就为穿过振动槽的所有颗粒形成一个相同和均匀的通道。在颗粒入口2与颗粒出口5之间的整个长度上，振动槽1的断面最好始终保持连续的畅通。于是就为振动槽1形成了从颗粒入口2与颗粒出口5之间的一个连续和不间断畅通断面。
振动槽1在纵向延伸方向上被横向激励，以防止颗粒粘结和尽可能获得同一个温度梯度。例如，图1显示了安装在振动槽1侧面的两台三相振动激励器9和振动激励器10，电机的有效方向横向延伸至振动槽1。另一办法是，将一台单独的振动激励器安装在振动槽1上，替代三相振动激励器9和10，如同2的虚线所示，该振动激励器以适当方式使振动槽1产生横向振动。图11显示了振动激励器19位于振动槽1以下纵向延伸方向时的配置情况。
与图2所示断面相同或相似的断面和上述振动激励一道，使靠近振动槽1内壁的颗粒被带入更垂直区域，并滑落在后来的颗粒上，从而产生横向循环。
在上述的第一个具体实施例中，振动激励并未在对颗粒输送至颗粒出口5时起作用。相反，仅是通过将颗粒从颗粒入口2送入获得了颗粒流的前进速度。与从颗粒入口2至颗粒出口5之间的颗粒流与横向振动激励一起，使得颗粒完成了一个不间断的螺旋运动，从而促进了颗粒更好地相互反应，并获得了均匀的温度梯度和更短的停留时间谱。
可以对第一实施例作更多改进。具体改进将使用更多的实施例以及它们的结构配置在以下进行说明。
图3和图4显示了振动槽1、振动激励器9和10配置方式与第一实施例相同的装置。该装置也设有热传导设施，从而在输送来自造粒工艺的非结晶颗粒时，在保持工艺热量方面上不再如原来那么复杂。而且，冷颗粒可在不发生粘连的情况下再加热至反应所需的温度。
在第二个具体的实施例中，振动槽1上部设有用于提供工艺空气的设施11。该设施包括从上面伸入振动槽1的数个喷嘴12。然而，也可仅通过一个喷嘴12提供工艺空气。喷嘴12的出口13可直接位于颗粒流上部的位置。不过，也可让喷嘴12及其出口13伸入颗粒流。可保证导入的空气温度达到各自要求。喷嘴12应最好位于紧临颗粒进口2的位置上。已经证实，空气从上部送入颗粒流可获得非常好的效果，特别是在使用PET颗粒的情况下。
但是，进行进一步配置的振动槽1′的结构，可以从下部导入工艺空气，如图5所示。为此，加工了数个空隙14，特别是在振动槽1′底部区域15的颗粒流G以内位置上，用于提供工艺空气。
图6中提供了另外一个实施例，其中，一根多孔管16位于颗粒流G上。多孔管16纵向延伸，主要位于振动槽1的中心。工艺空气通过管道16中的空隙吹入。
关于这一目的，工艺空气指适合于为颗粒输送热量的任何气体介质。此外，工艺空气可向颗粒添加催化剂或添加剂。此外，工艺空气以冷却为目的使用。
图7显示了振动槽1另外一个实施例，其中，加热元件17位于颗粒流G中，通过接触传导热量。上述的加热元件17可以是载热管。同时，也可采用电加热元件。在进行进一步改进时，振动槽1′的内壁可作为一种加热系统17′，如图7a的所示。工作介质穿过内壁进行循环，即，通过喷嘴12进入内壁，通过22离开内壁。
也可将上述的不同的导热方法相互结合起来。
必要时，可采用指定装置，将工艺空气或工作介质用于冷却目的而不是导热。
图8和图9显示了有粘连倾向塑料颗粒结晶装置的第三个实施例。与第一个实施例相同，其也设置了一个振动槽1，以及沿着该槽纵向延伸提供横向激励振动的两台振动激励器9和10。与前面已经说明的实施例不同的是，导入颗粒的热量是通过辐射实现的。出于该目的，颗粒入口附近设有几台辐射器18，对准颗粒流表面。
可以通过稍微旋转横向振动激励器9和10的方向来增加或者降低进料的速度。这就可以影响槽内颗粒的停留时间。必要时，也可在斜坡之上进行传输。
而且，横向振动激励器9和10可加装增量式编码器，并通过适当的控制系统控制其向轴线倾斜。这就可便于快速和连续调整给料部件。也可颠倒给料方向。
在这里，也可将中央振动激励器19设在任何位置，替代横向振动激励器9和10。
然而，在任何情况下，横向激励在结晶时仍然起主导作用。上述所有具体化的措施能够应用所有的说明过的具体实施例中。
图10显示了截面形状不为弧形的振动槽1″的实施例。截面可在底板20上成形，底板在横向振动激励器9的有效方向上以平坦为主。另外，底板可在有效方向上上升、下降或保持水平状态。
图12也显示了振动槽1可横向倾向的可能性，从而使颗粒上升时所依靠的壁面积大于壁另一侧面积。
在图13和14显示的实施例中，导叶20安装在振动槽1内。导叶不限制颗粒的连续给料，所以不构成障碍或溢流堰。相反，它们的布置旨在尽可能使颗粒流在螺旋路径上通过振动槽1。配置导叶20时，与底板之间留出一个间隙，便于倒空振动槽而不留下任何残留物。而且，导叶20在安装时也可与振动槽1的截面稍稍错开，从而产生一个补充的混合分量。
虽然前面已经对该发明的技术方案作了详细说明，但该发明实际上并不限于前面已经说明的具体实施例，而是包括权利要求树中规定的所有装置和方法。

Claims (26)

1、一种有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，在该方法中，该颗粒在振动槽(1)中接近它们反应温度的环境下受到振动激励，其特征在于，振动激励的是沿着振动槽(1)的纵向延伸方向对颗粒进行横向振动激励。
2、根据权利要求1所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，振动激励对塑料颗粒在振动槽(1)的纵向延伸方向进行横向激励，使得位于振动槽(1)中的颗粒在振动槽(1)纵向延伸方向上进行螺旋运动。
3、根据权利要求1或2所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，所述的颗粒横向移动通过振动槽(1)，该振动槽(1)中的颗粒入口(2)和颗粒出口(5)之间的纵向延伸方向上未设置溢流堰墙。
4、根据权利要求1至3所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，所述的颗粒横向移动通过振动槽(1)，该振动槽(1)中的颗粒入口(2)和颗粒出口(5)之间的纵向延伸方向上设置有连续的、不间断的横截面。
5、根据权利要求1至3所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，在所述的振动槽(1)中，颗粒的流向受到至少一个导向叶片(20)的导引。
6、根据权利要求1至5所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，振动激励系统在振动槽(1)的纵向延伸方向装有一个附加组件。
7、根据权利要求1至5所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，颗粒从振动槽(1)的一个端截面(3)的颗粒入口处朝向振动槽(1)的相反末端的颗粒出口(5)处移动的速度基本上受到通过颗粒入口(2)的入料速度的影响。
8、根据权利要求1至7所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，在水下粒化过程中制作的颗粒预先干燥并被连续的送至振动槽(1)中。
9、根据权利要求1至7所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，通过挤出粒化过程制作的颗粒被送至振动槽(1)中，同时还需要向振动槽(1)中传导额外的热量。
10、根据权利要求1至9所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，热量的传导是通过工艺空气实现的，该工艺空气通过上面至少一个喷嘴(12)被吹入位于振动槽(1)的颗粒之上或其中。
11、根据权利要求1至10所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，热量的传导是通过工艺空气实现的，工艺空气通过位于颗粒流中的一个或多个管道(16)被吹入。
12、根据权利要求1至11所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，热量的传导是通过工艺空气实现的，工艺空气通过振动槽(1′)的内墙(15)中的空隙(14)被吹入，特别是在底面或侧壁区域内。
13、根据权利要求1至12所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，热量的传导是通过辐射方式实现的。
14、根据权利要求1至13所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶方法，其特征在于，热量的传导是通过增加加热，冷却元件(17，17′)实现的接触传导的方式实现的。
15、一种有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，包括安装有至少一个振动激励器(9，10，19)的振动槽(1)，颗粒在振动槽(1)中接近它们反应温度的环境下受到振动激励，其特征在于，振动激励器(9，10，19)的是沿着振动槽(1)的纵向延伸方向对颗粒进行横向振动激励。
16、根据权利要求15所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，振动槽(1)在颗粒入口(2)与颗粒出口(5)之间的纵向延伸方向上设有一个不间断的截面。
17、根据权利要求15所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，振动槽(1)至少设有一个用以为颗粒流导向导叶(20)。
18、根据权利要求15至17所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，振动槽(1)上至少包括一个可以将工艺空气从上面吹下的喷嘴(12)，该喷嘴(12)沿振动槽(1)方向延伸。
19、根据权利要求15至17所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，振动槽(1)上设置有一根用于吹入空气的管道(16)。
20、根据权利要求15至17所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，用于吹送工艺空气的孔隙(14)设在振动槽(1′)的内壁(15)，特别是底板及侧壁区域上。
21、根据权利要求15至20所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，辐射器位于振动槽(1)的上方。
22、根据权利要求15至21所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，振动槽(1)至少设有一个加热或冷却元件(17，17′)，通过接触传递，导入或疏散热量。
23、根据权利要求15至22所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，振动槽(1)的至少底部区域可进行加热或冷却。
24、根据权利要求15至23所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，振动激励器(9，10，19)产生振动，振动时在振动槽(1)纵向延伸方向上的分量小于横向方向的分量。
25、根据权利要求15至24所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，振动槽(9，10，19)的有效方向可以调节。
26、根据权利要求15至25所述的有粘连倾向塑料颗粒，特别是PET和PU颗粒的结晶装置，其特征在于，设有用于驱动振动激励器(9，10；19)的控制系统，以在振动槽(1)的纵向延伸方向上倾斜振动激励器(9，10；19)的有效轴线，在振动槽(1)的纵向延伸方向上对前进速度进行修改。
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