CN101391483A - 排出挤出机以及利用排出挤出机除气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对聚合物材料除气的排气挤出机(1)以及利用该排气挤出机除气的方法，该排气挤出机包括至少一个驱动装置(4)、至少一个挤出机筒体(2)、至少一个可旋转地驱动的支承在挤出机筒体(2)内的挤出机螺杆(3)、至少一个喂料位置、至少一个挤出物出口(13)、至少一个除气区域(9)和至少一个气体出口。排气挤出机的特征特别是在于驱动装置设置在挤出机螺杆(3)的相对于聚合物的输送方向位于下游的端部的区域内。

Description

排出挤出机以及利用排出挤出机除气的方法
技术领域
本发明涉及一种对聚合物材料除气的排气挤出机，包括至少一个驱动装置、至少一个挤出机筒体、至少一个可旋转地驱动的支承在挤出机筒体内的且旋转的挤出机螺杆、至少一个喂料位置、至少一个挤出物出口、至少一个除气区域和至少一个气体出口。
本发明此外涉及一种利用排气挤出机对由聚合物、溶剂和/或单体组成的糖浆除气的方法。
背景技术
在聚合过程中通常在一种溶剂中实施聚合。在此溶剂一方面自身可以是单体溶剂和/或也可以是惰性的溶剂。为了得到聚合物，残留单体或溶剂必须被分离，例如通过蒸发。这种除气通常在排气挤出机中实现。排气挤出机也用于制造热塑性的塑料，特别是当需要由原始材料中移除残留单体时。
在排气挤出机的先前的应用领域中，根据待蒸发的溶剂和/或单体的重量比，必须排出非常大的蒸汽体积流并且在大的热交换器中冷凝。
已知的排气挤出机通常如此构造，即在挤出机螺杆的驱动侧供给待除气的材料流并且将除气的挤出物朝螺杆顶部方向输送。在挤出机中压力上升后在喂料位置的下游的某处实现减压，在此在大气压力下或借助于抽吸机实现除气。为此通常在排气挤出机中将螺杆螺纹在一处深切，从而在那儿压力降低至真空或大气水平并且可以抽吸蒸汽和气体。在这个所谓的除气区域后面材料被重新压缩并且压力重新被提高。
开头所述类型的单螺杆排气挤出机例如在EP 0 490 359 A1中描述。这种排气挤出机的结构如上所述并且用于在制造热塑性塑料时由原始材料中移除残留单体。为此一种携带剂与熔体混合。在此，熔体在挤出机的除气区域内在形成尽可能强烈的气泡的情况下被除气。首先熔体压力提高至一个值，其高于所应用的携带剂的特定的蒸发压力。如果达到这个值，那么携带剂和熔体可以在液相中轻易地彼此混合并且紧接着释放压力，强烈形成气泡。
为了对具有相对较高份额的溶剂或单体的糖浆除气，由EP 0 490359 A1中已知的排气挤出机然而是不合适的。
为了提高除气功率，挤出机从位于喂料位置下游的除气区域直至螺杆顶端设有连续加大的筒体或螺杆直径。这个实施方式例如在EP 0102 400 A1和DE 30 268 42 A1中描述。通过筒体加大，气体速度可以被降低。然而挤出机在除气区域之后的下游具有过大的直径。为了对具有高份额的单体和/或溶剂的聚合物-糖浆除气，因此有利地将第一除气区域如此构造，使得气体在喂料位置的上游被排出，而聚合物被向下游输送。这个实施方式例如在EP 0015457A1中描述。因为气体以及单体及溶剂蒸汽在喂料位置和传动装置之间被排出，所以为了在挤出机筒体和螺杆之间密封以防止朝传动装置方向的气体流出，要产生很大的费用。
为了解决朝传动装置方向的密封问题，除了转动环密封件外，也建议利用惰性气体对传动装置前面的空间进行扫气。这种实施方式例如在JP 2003 348300中描述。这种方案然而具有这样的缺点，即在较大的单体和/或溶剂流时需要高的惰性气体流。这种实施方式因此导致高的运行费用及投资费用，因为单体和/或溶剂气体中的惰性气体在这些气体冷凝时减小热传递。因此需要较大的热交换面。
发明内容
本发明的目的在于，如此设计上述类型的排气挤出机，使得该排气挤出机在具有相对较高份额的溶剂和单体的糖浆的情况下可以通过蒸发聚合物尽可能有效地分离溶剂和单体，从而可以得到具有较少残留量的溶剂和/或单体的聚合物。为了在语言上简化起见，概念“溶剂”也包含单体。
特别是在具有高的溶剂份额的高流量(Durchsatz)的情况下应当阻止随气体流带出聚合物并且阻止单体和溶剂或聚合物到达传动装置。
上述目的首先通过一种对聚合物材料除气的排气挤出机实现，其包括至少一个驱动装置、至少一个挤出机筒体、至少一个可旋转地驱动的支承在挤出机筒体内的且旋转的挤出机螺杆、至少一个喂料位置、至少一个挤出物出口、至少一个除气区域和至少一个气体出口，其中驱动装置设置在挤出机螺杆的相对于聚合物的输送方向位于下游的端部的区域内。这样的结构是有利的，存在这样的可能性，即将在除气区域内产生的气体的主要量在与聚合物材料的输送方向相反的方向上导出。由此可能的是，将驱动装置仅仅相对于聚合物材料密封，聚合物材料相对于单体和溶剂具有较高的粘度。此外，驱动装置的密封无须相对于所使用的溶剂是耐久的。
在本发明的排气挤出机的一个特别有利的构造中设置成，用于至少一部分在除气区域内产生的气体的气体出口相对于聚合物材料的输送方向设置在喂料位置的上游，从而气体可以在螺杆顶部的区域内以与聚合物流反向的流动被排出。
可能仍然包含在聚合物材料中的单体和/或溶剂量可以在下游在一个或多个除气区域内被进一步除气。
换句话说，与至今的现有技术不同，在本发明中气体流在与聚合物的输送方向相反的方向上朝上游向螺杆顶部的方向输送。可以在那儿在挤出机筒体的端侧和/或切向和/或径向上实现气体排出。聚合物在与蒸发相反的方向上从除气区域输出。由此在相对较高的流量时确保聚合物、单体和/或溶剂的特别有效的分离。
在根据本发明的排气挤出机的一个优选的方案中，在气体出口后面直接连接(即例如直接法兰连接)一冷凝腔。通过直接在挤出机筒体的气体出口上的冷凝，可以放弃大体积的用于排出蒸汽的管路。也可能的是，将可能被加热的气体经由管路输送给冷凝装置。
优选气体出口设置在挤出机筒体的位于上游的端部上在螺杆顶部的区域内。排气挤出机可以例如在上游在端侧是敞开的，从而通过自由的螺杆端部存在这样的可能性，即无须拆卸安装在挤出机上的机组，将挤出机螺杆通过冷凝腔由挤出机中抽出。
为了冷凝流入冷凝腔内的气体，在排气挤出机的一个特别有利的方案中设置成，向冷凝腔内喷入或注射入用于冷凝流入腔内的气体的液体。利用喷入的液体的冷凝允许放弃大的热交换器。通过这种实施方式，也可以将具有高分额的溶剂和/或单体的糖浆流在较小的空间上冷凝。由于气流偶尔进入冷凝腔内的聚合物可以通过选择可与聚合物混合的冷凝液体被自动地溶解并且排出。当然也可能的是，附加地或单独地将流入冷凝腔的气体在热交换器内冷凝，该热交换器连接在冷凝腔上。在这个方案中冷凝物(液体)可以被返回冷凝腔内和/或被排出。
特别优选的是本发明的排气挤出机的一个构造，其中除气区域设置在喂料位置的区域内。这是特别有利的，当将气体流与聚合物流反向输送时。在一定温度和压力下供入的材料直接在喂料位置的区域内释放压力地进入挤出机，从而在除气区域内实现溶剂或单体的蒸发。在此产生较大的体积流，其尽可能不带出聚合物地朝冷凝腔方向排出。
有利的是，除气区域通过挤出机筒体的一个具有扩宽的内直径的部分构成。喂料在此在扩大的挤出机筒体的区域内实现或者在扩宽部的边缘上实现，或者在扩宽部的外部实现，当扩宽部位于喂料位置上游时。在现有技术中已知的是，改变挤出机螺杆的螺纹深度或改变挤出机螺杆的芯体直径，这然而是不太有利的，因为后一种方案弱化了挤出机螺杆的横截面。后两种用于改变螺杆的可能性自然可以附加地利用。
挤出机筒体中的直径扩宽特别是具有这样的优点，即减小了蒸汽的气体速度，这同样减小了聚合物的带出。
有利的是，在除气区域内的挤出机筒体内直径是除气区域外部的挤出机筒体内直径的1.01倍至3倍、优选1.01倍至2倍并且特别优选1.01倍至1.6倍。
在具有扩宽的内直径的筒体的区域内，在内表面上可以附加地设置筋条，其支持向下游输送聚合物。筋条为螺旋形构成，以便避免死点并且导致均匀且稳定的除气。
除气区域的长度有利地如此选择，使得其为除气区域外部的挤出机筒体内直径的0.5倍至10倍、优选1倍至7倍并且特别优选1倍至5倍。
特别有利的，喂料位置在除气区域内设置在挤出机筒体的圆周上上两个径向对置的位置上。通过将糖浆流分布在挤出机筒体的圆周上确保了更好地由除气区域输送蒸汽和部分除气的聚合物。均匀地利用挤出机体积减小了在除气区域内形成堵塞的趋势。
优选设置至少一个喂料阀门，该喂料阀门优选是可控制的，借助于该喂料阀门可调节喂料的体积流。理想地设置两个彼此径向对置的喂料阀门。这具有这样的优点，即喂料流与过程中的压力关系无关地可调节至阀门的流量特征曲线中的期望的值。
在本发明的排气挤出机的一个特别有利的构造中设置成，挤出机螺杆被一个封闭的蒸汽通道轴向贯穿，该蒸汽通道部分填充一种可蒸发的液体。蒸汽通道用于补偿在挤出机螺杆的纵向方向上的熔体的温度梯度。熔体温度在喂入糖浆的区域内由于溶剂和单体的蒸发是非常低的，而熔体温度在排出前不久由于挤出机螺杆的摩擦热量非常高的。过高的熔体温度导致产品的损坏，而非常低的熔体温度不利于熔体在挤出机中的输送。
在蒸汽通道内所包含的液体在喂料区域内冷凝，所释放的冷凝热量抑制熔体在这个区域内的过强的冷却，而在挤出机螺杆的其余区域内所包含在蒸汽通道内的液体蒸发并且由此抑制过热。
在环境温度大约为20℃时测量，蒸汽通道可以例如具有20％至80％体积百分比、优选30％至60％体积百分比的填充度。
本发明的目的此外通过一种利用排气挤出机对由聚合物、溶剂和/或单体制成的糖浆除气的方法，其特征在于，将在挤出机内部在除气时产生的气体流与聚合物流反向地引导。
有利地较大部分的糖浆除气在挤出机中的喂料区域、即第一除气区域内实现。
在这个除气区域内>50％重量百分比的单体和/或溶剂被除气，相对于单体和/或溶剂的总量。气体通过除气出口流出。
根据这种方法的一个有利的方案设置成，产生的气体直接在挤出机的气体出口处在一个容器内冷凝。
冷凝可以作为喷液冷凝通过喷入或滴入液体实现，优选喷入或滴入这样的液体，聚合物可溶解在该液体内。但是也可以考虑在一个连接在冷凝腔上的热交换器上实现冷凝。
其它的除气区域和除气出口不仅可以设置在上游，而且可以设置在下游，并且用于对聚合物进行剩余除气。
具体实施方式
下面参考附图借助于实施例详细阐述本发明。其中：
图1 排气挤出机的部分剖视的示意图，包括连接在其上的冷凝腔并且无驱动装置；
图2 根据本发明的排气挤出机的示意图，包括传动装置和马达，然而没有连接的冷凝腔。
具体实施方式
图1示出利用1表示的排气挤出机的一部分。排气挤出机1包括一个挤出机筒体2以及一个可旋转地支承在挤出机筒体2内的挤出机螺杆3。挤出机螺杆3经由一个中间设置的传动装置5被一个驱动装置4转动。例如可以设置一个电动机作为驱动装置4。
如上所述，驱动装置4和传动装置5在图1中未示出，它们位于附图右侧。聚合物/单体混合物经由一个分岔的喂料管6在挤出机筒体2的至少两个彼此径向对置的位置经由喂料阀门7输送给挤出机筒体2。
根据本发明的排气挤出机1构成为所谓的“单螺杆挤出机”，其然而也可以构成为双螺杆挤出机。
挤出机筒体2在喂料阀门7的区域内在横截面上扩宽，即其内直径大约比这个区域外部的通常的挤出机筒体2的内直径高出1.01至3倍。在那儿挤出机筒体2的内直径大致对应于挤出机螺杆3的螺杆螺纹的外直径(考虑到可能的公差)。挤出机筒体2的较大内直径的区域限定了除气区域。单体/聚合物混合物和/或溶剂/聚合物混合物在一定的压力和温度下经由喂料管6供入挤出机筒体2内。在除气区域9中发生强烈的压力减小，从而单体和/或溶剂可以由聚合物中除去。此外在这个区域内材料的流动速度减小了。聚合物在附图中被向右朝驱动装置方向输送。在这个关联中使用的概念“下游”和“上游”总是参考聚合物的输送方向。
根据本发明设置成，在除气区域9中产生的气体和在那儿的产生的蒸汽在附图中向左、即喂料阀门7的上游输送。
挤出机筒体2的位于上游的端部10在端侧是敞开的并且通入一个冷凝腔11内，在除气区域9中产生的气体流入所述冷凝腔内。
利用12表示喷入液体，由此气体和/或蒸汽在冷凝腔内冷却和冷凝。所使用的液体符合目的地易与聚合物混合，从而可能被带出的聚合物在液体内溶解。替换地或附加地，可以使用其它的用于冷凝的装置，例如热交换器和/或冷凝器。
如在图2中示出，驱动装置4设置在喂料阀门7的下游，即聚合物被从挤出机顶部/螺杆顶部朝驱动侧输送。
如在图2中可以进一步看到，本发明的排气挤出机1在其位于喂料位置6下游的端部上具有一个切向的或径向的挤出物出口13。
如由图1看到，挤出机螺杆被一个封闭的蒸汽通道15轴向贯穿，该蒸汽通道部分填充一种可蒸发的液体。溶剂或单体的蒸发在挤出机的供料区域内导致聚合物的强烈冷却。借助于蒸汽通道，被强烈冷却的聚合物可以在短的路径上被重新加热，当液体在此处在蒸汽通道15中冷凝时。除了挤出机筒体在喂料区域内的加热和挤出机螺杆3的摩擦热量外，蒸汽通道15是用于在糖浆的喂料区域内被(部分)除气的熔体的附加热源。因此通过这个构造在挤出机上的产量(Durchsatz)最大化。在挤出物出口13的区域内挤出机螺杆的内部的蒸发对熔体或挤出物冷却。
过剩的摩擦热量可以被导出，从而降低对产品质量的影响。
在根据本发明的排气挤出机1中，驱动装置4和传动装置5设置在排气挤出机1的沿聚合物的输送方向位于下游的端部上，即在与第一喂料位置6相反的端部上。
挤出机螺杆3包括一个第一螺纹段17，其中螺纹轮廓如此定向，使得在挤出机筒体2中产生从喂料位置6朝挤出物出口13的熔体输送。
排气挤出机1的挤出物出口13相对于挤出机螺杆3的纵向轴线在径向上或切向上定向，从而聚合物在传动装置5和驱动装置4的上游排出。
挤出机螺杆3此外包括一个第二螺纹段18，在该螺纹段中螺纹轮廓如此定向，使得实现与第一螺纹段17的输送方向反向的返回输送。第二螺纹段18因此用于在挤出机的驱动侧相对于聚合物的主输送流密封。
利用19表示由聚合物的主输送流分岔出的输送流，该输送流经由一个旁路14和一个第二喂料位置20被输入挤出机筒体2的第二螺纹段18的区域内。该旁路可以在挤出机筒体的内部或外部延伸。通过由主输送流分岔出的聚合物，在挤出机筒体2的第二螺纹段18的区域内导致新的聚合物的反向冲流。在这个区域内聚合物由传动装置5的方向朝挤出物出口13的方向输送。因此在那儿不可能有聚合物残留停留在挤出物出口13的下游。
如由附图可以看出，挤出物出口13设置在第一螺纹段17的位于下游的端部的区域内。
本发明的排气挤出机有利地通过已知的方式和方法被加热。
附图标记清单
1   排气挤出机
2   挤出机筒体
3   挤出机螺杆
4   驱动装置
5   传动装置
6   喂料管
7   喂料阀门
8   冷凝物出口
9   除气区域
10  排气挤出机的上游的端部
11  冷凝腔
12  喷入
13  挤出物出口
14  旁路
15  蒸汽通道
16  气体出口
17  第一螺纹段
18  第二螺纹段
19  分岔出的聚合物流
20  第二喂料位置

Claims (28)

1.一种用于对聚合物材料除气的排气挤出机(1)，包括至少一个驱动装置(4)、至少一个挤出机筒体(2)、至少一个可旋转地驱动的支承在挤出机筒体(2)内的挤出机螺杆(3)、至少一个喂料位置、至少一个挤出物出口(13)、至少一个除气区域(9)和至少一个气体出口，其特征在于，驱动装置设置在挤出机螺杆(3)的相对于聚合物的输送方向位于下游的端部的区域内。
2.如权利要求1所述的排气挤出机，其特征在于，用于至少一部分在除气区域(9)内产生的气体的气体出口相对于聚合物材料的输送方向设置在喂料位置的上游。
3.如权利要求1或2所述的排气挤出机，其特征在于，在气体出口后面直接连接一冷凝腔(11)。
4.如权利要求1至3之一项所述的排气挤出机，其特征在于，气体出口设置在挤出机筒体(2)的位于上游的端部上。
5.如权利要求2至4之一项所述的排气挤出机，其特征在于，在冷凝腔(11)内设置用于喷入或注射入液体的装置。
6.如权利要求1至5之一项所述的排气挤出机，其特征在于，除气区域(9)设置在喂料位置的区域内。
7.如权利要求1至6之一项所述的排气挤出机，其特征在于，除气区域(9)通过挤出机筒体(2)的具有扩宽的内直径的部段构成。
8.如权利要求1至7之一项所述的排气挤出机，其特征在于，在除气区域(9)内的挤出机筒体(2)内直径是除气区域(9)外部的挤出机筒体(2)内直径的1.01倍至3倍。
9.如权利要求1至8之一项所述的排气挤出机，其特征在于，在除气区域(9)内的挤出机筒体(2)内直径优选是除气区域(9)外部的挤出机筒体(2)内直径的1.01倍至2倍。
10.如权利要求1至9之一项所述的排气挤出机，其特征在于，在除气区域(9)内的挤出机筒体(2)内直径优选是除气区域(9)外部的挤出机筒体(2)内直径的1.01倍至1.6倍。
11.如权利要求1至10之一项所述的排气挤出机，其特征在于，在挤出机筒体(2)内在除气区域的范围内设置安装件，该安装件支持聚合物熔体的传输。
12.如权利要求11所述的排气挤出机，其特征在于，设置螺纹形的筋条作为安装件。
13.如权利要求1至12之一项所述的排气挤出机，其特征在于，除气区域(9)的长度为除气区域(9)外部的挤出机筒体(2)内直径的0.5倍至10倍。
14.如权利要求1至13之一项所述的排气挤出机，其特征在于，除气区域(9)的长度为除气区域(9)外部的挤出机筒体(2)内直径的1倍至7倍。
15.如权利要求1至14之一项所述的排气挤出机，其特征在于，除气区域(9)的长度优选为除气区域(9)外部的挤出机筒体(2)内直径的1倍至5倍。
16.如权利要求1至15之一项所述的排气挤出机，其特征在于，喂料位置在除气区域(9)内设置在挤出机筒体(2)的圆周上的至少一个位置上。
17.如权利要求1至16之一项所述的排气挤出机，其特征在于，设置至少一个喂料阀门(7)。
18.如权利要求1至17之一项所述的排气挤出机，其特征在于，设置至少一个喂料阀门(7)，利用所述喂料阀门可调节喂料位置的体积流。
19.如权利要求1至18之一项所述的排气挤出机，其特征在于，挤出机螺杆(3)被一个封闭的蒸汽通道(15)轴向贯穿，该蒸汽通道部分填充一种可蒸发的液体。
20.如权利要求1至19之一项所述的排气挤出机，其特征在于，所述可蒸发的液体是水。
21.如权利要求1至20之一项所述的排气挤出机，其特征在于，在环境温度大约为20℃时测量，蒸汽通道(15)的可蒸发的液体或水的填充度为20％至80％体积百分比。
22.如权利要求1至21之一项所述的排气挤出机，其特征在于，在环境温度大约为20℃时测量，蒸汽通道(15)的可蒸发的液体或水的填充度为30％至60％体积百分比。
23.利用如权利要求1至22之一项所述的排气挤出机对由聚合物、溶剂和/或单体制成的糖浆除气的方法，其特征在于，将在挤出机内部在除气时产生的气体流与聚合物流反向地引导。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述产生的气体直接在挤出机的气体出口在一冷凝腔内冷凝。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，冷凝作为喷液冷凝通过喷入或滴入液体实现。
26.如权利要求23所述的方法，其特征在于，冷凝通过热交换器实现。
27.如权利要求23至26之一项所述的方法，其特征在于，糖浆的除气在喂料区域内在挤出机中实现。
28.如权利要求23至27之一项所述的方法，其特征在于，相对于单体和/或溶剂的总量，糖浆在第一除气阶段的除气率为>50％重量百分比。
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