DD297776A5 - Vorrichtung zur strahlenfoermigen zerteilung von geschmolzenen 4,4 diphenylmethandiisocyanat - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur strahlfoermigen Zerteilung von geschmolzenem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat, anwendbar in der chemischen Industrie bei der Produktion von technisch reinem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen, einer Ausgangskomponente fuer Polyurethan. Ziel ist es, Schmelzestrahlen zu erzeugen, die in ein Haufwerk aus fluidisierten Feststoffteilchen des gleichen Stoffes eintauchen, um dort zu kristallisieren und zu agglomerieren. Erfindungsgemaesz loest diese Aufgabe eine Vorrichtung, die in ihrem Grundaufbau ein Doppelrohr darstellt, bestehend aus einem inneren Schmelzeraum und diesen umgebenden Heizraum. In die Vorrichtung muenden jeweils mit einem Absperrorgan versehene Schmelze-, Heizmedium- und Spuelgaszufuehrungsrohre. Der oder die Zerteilerkoepfe der Vorrichtung sind so gestaltet, dasz alle vom Schmelzestrom beruehrten Teile eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des 4,4-Diphenylmethandiisocyanat besitzen und alle dem Prozeszraum zugewandten Flaechen, auch die der uebrigen Teile der Vorrichtung, eine Temperatur unterhalb dieser Schmelztemperatur aufweisen. Ein speziell dimensioniertes Austrittsrohr garantiert die Ausbildung des geforderten Schmelzestrahles. Fig. 1{Vorrichtung; strahlfoermige Zerteilung; 4,4-Diphenylmethandiisocyanat; fluidisierte Feststoffteilchen; Doppelrohr; Heizraum}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt sind Einstoff-, Zweistoff- und Mehrstoffverteilungseinrichtungen zum Versprühen von Flüssigkeiten mit dem Ziel, eine Vergrößerung ihrer Oberfläche zu erroichen. Ebenfalls bekannt ist gemäß DO-PS 18155138 eine Vorrichtung zum Versprühen von Schmelze in einen gegengeführten Luftstr' ..ι, dessen Temperatur geringer als die der Schmelze ist. Bei Verwendung dieser Vorrichtung wird zwar ein Aufschmelzen und Anbacken von Feststoffteilchen an der äußeren Vorrichtungskontur verhindert, die Erzeugung von Schmelzestrahlen ist mit ihrer Hilfe jedoch nicht möglich. Ein Nachteil besteht auch in dem Erfordernis eines zusätzlichen gasförmigen Kühlmediums, welches in den Kontaktierungsraum einströmt. Eine weitere Einrichtung zur strahlförmigen Zerteilung von Schmelze ist nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Zerteilung von technisch reiner 4,4-Diphenylmethandi-socymiat-Schmelze in Strahlen zu erreichen, die in ein Haufwerk aus fluidirierten Feststoffteilchen des gleichen Stoffes eintauchen, um dort zu kristallisieren und zu agglomerieren.

Die Schmelzezerteilung muß einen kontinuierlichen und störungsfreien Prozeßablauf bei geringem Energie- und Bedienaufwand gewährleisten.

Notwendig ist weiterhin ihre Eignung für instationäre Betriebsregimes, insbesondere für Schwankungen des Schmelzedurchsatzes sowie für die Inbetriebnahme- und Außerbetriebsetzungsphasen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Zerteilung von technisch reiner 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Schmelze in einen oder in mehrere Schmelzestrahlenzu schaffen. Die Schmelzestrahlen müssen über eine bestimmte Weglänge im gegengeführten Gasstrom stabil sein und erst kurz vor dem Eintauchen in ein Haufwerk aus fluidisierten 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen in Tropfen zerfallen. Die gesamte, dem Prozeßraum zugewandte Oberfläche der erfindungsgemäGen Vorrichtung darf im Betriebszustand nur eine Temperatur besitzen, die unterhalb der Schmelzetemperatur des 4,4-Diphenylmethandiisocyanates liegt. Damit sind Anbackungen infolge eines Aufschmelzens von 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen ausgeschlossen.

Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Vorrichtung, die in ihrem Grundaufbau ein Doppelrohr darstellt, bestehend aus einem inneren Schmelzezuführungsrohr und einem Außenrohr. Auf diese Weise wird ein innerer Schmelzeraum von einem Heizraum umgeben. Nachfolgend werden die Merkmale der Erfindung charakterisiert. Durch eine obere Apparatewand ragt ein Teil des Doppelrohres in einen Prozoßraum hinein, der andere befindet sich außerhalb. Ein Heizmediumzuführungsrohr wird ebenfalls durch die obere Apparatewand geführt. Es mündet, beispielsweise unter Nutzung einer lösbaren Rohrverbindung, im untersten Bereich des Heizraumes. Die Durchbräche des Heizmediumzuführungsrohres und des Außenrohres durch die obere Apparaiewand sind flexibel gestaltet, beispielsweise mittels Flanschen sowie das Außenrohr und das Heizmediumzuführungsrohr umgebenden konischen Preßsitzen. Mit Isolationen sind die Teile des Außenrohres und des Heizmediumzuführungsrohres versehen, die sich im Prozeßraum befinden. Oberhalb der oberen Apparatewand mündet in das Schmelzezuführungsrohr ein Spülgaszuführungsrohr. Absperrorgane sind im Spülgaszuführungsrohr, im Schmelzezuführungsrohr oberhalb der Einmündung des Spülgaszuführungsrohres und im Heizmediumzuführungsrohr außerhalb des Prozeßraumes eingebaut. Der Ringspalt zwischen dem Außenrohr und dem Schmelzezuführungsrohr ist am unteren Ende durch einen mit diesen beiden Rohren formschlüssig verbundenen Konusring, der siel· in Richtung zum Schmelzezuführungsrohr schräg nach unten neigt, verschlossen. Außen am Konusring ist ein nach unten führendes Isolationsrohr befestigt, beispielsweise mittels einer Kleb-, Schraub- oder Schweißverbindung. Der Werkstoff des Isolationsrohres weist eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 3kJ/m · h Kund15kJ/m h K auf. Am unteren Ende besitzt das Isolationsrohrein Innengewinde, in das Isolationsrohr wird von unten eine Nutscheibe geschoben, in deren ringförmige Nut das untere Ende des Schmelzezuführungsrohres hineinragt. Zwischen dem unteren Ende des Schmelzezuführungsrohres und der Nutscheibe befindet sich in der Nut eine Metalldichtung. Im Isolationsrohr, begrenzt von der Nutscheibe und vom Konusring, ist ein Isolationsraum ausgebildet.

Unterhalb einer mittigen Bohrung in der Nutscheibe und formschlüssig mit letzterer verbunden, befindet sich ein Austrittsrohr mit 0,9mm bis 4,5mm Innendurchmesser und 15mm bis 50mm Länge, welches an der inneren Oberfläche eine Nut m'<\ einer Ganghöhe zwischen 4mm und 15mm besitzt und innen mit PTFE beschichtet ist.

Von unten wird in das Isolationsrohr eine mit einem Außengewinde versehene hohlkegelförmig ausgeführte Spezialverschraubung, deren Werkstoff eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 3 kJ/m h Kund15kJ/m · h Kaufweist, eingeschraubt. Durch eine zentrale Bohrung der Spezialverschraubung führt das Austrittsrohr hindurch, so daß die untere Oberfläche der Spezialverschraubung mit dem unteren Ende des Austrittsrohres etwa eine Ebene bildet. Zwischen der Spezialverschraubunc und der Nutscheibe existiert um das Austrittsrohr herum ein Isolationsraum. Mehrere Zerteilerköpfe, jeweils bestehend aus dem außen mit einer Isolation versehenen Isolationsrohr, dem Konusring, der Nutscheibe, der Metalldichtung, dem Austrittsrohr und der Spezialverschraubung, können sich im Prozeßraum an einem System aus isoliertem Außenrohr mit Schmelzezuführungsrohr und ebenfalls isoliertem Heizmediumzuführungsrohr befinden. Die Wirkungsfläche für einen Zerteilerkopf besitzt einen Durchmesserzwischen 100mm und 400mm. Vorzugsweise sind die Zerteilerköpfe an einem waagerechten Doppelrohr angebracht. Dabei ist zwischen dem Schmelzezuführungsrohr und dem aus zwei Halbrohren zusammengesetzten Außenrohr ein Schmelzeüberleitungsrohr angeordnet. Das Isolationsrohr wird an einem mit dem Außenrohr formschlüssig verbundenen Rohrstück befestigt. Nachfolgend soll die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden. Im Betriebszustand strömen, eingestellt mit Hilfe der Absperrorgane im Schmelzezuführungsrohr und im Heizmediumzuführungsrohr, ein Heizmedium durch den Heizraum des Doppelrohres und Schmelze zum Zerteilerkopf. Das Absperrorgan im Spülgaszuführungsrohr ist dabei geschlossen. Durch Leitung von Wärme aus der Schmelze und aus dem Heizmedium sind der Konusring, die Nutscheibe, die Metalldichtung sowie das Austrittsrohr und damit insgesamt der Strömungsweg der Schmelze immer aufgeheizt. Der Is jlationsraum zwischen der Nutscheibe, dem Konusring und dem Isolationsrohr behindert, daß letzterem Wärme aus der Schmelze oder aus dem Heizmedium zuströmt. Die äußere Oberfläche der Isolation, die auch um das Isolationsrohr angebracht ist, besitzt auf diese Weise eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen. Der Isolationsraum um das Austrittsrohr zwischen der Nutscheibe und der aus einem schlechten Wärmeleiter gefertigten Spezialverschmubung behindern einen Wärmestrom von der Schmelze sowie vom Heizmedium zu der Oberfäche der Spezialverschraubung, dio dem Prozeßraum zugewandt ist. Auf diese Weise besitzen alle dem Prozeßraum zugewandten Oberflächen der Zerteilungsvorrichtung, an denen Gas mit einer Temperatur, die kleiner als die Schmelztemperatur des 4,4-Diphenylmethandiisocyanats ist, vorbeiströmt, eine so geringe Temperatur, daß ein Anschmelzen von 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen ausgeschlossen wird. Gleichzeitig weisen alle schmelzeführenden Teile der Vorrichtung bis zur Austrittsöffnung des Austrittsrohres eine Temperatur auf, die über der Schmelztemperatur des 4,4-Diphenylmethandiisocyanates liegt. Damit ist ein vorzeitiges Auskristallisieren und damit ein Verstopfen der Zerteilervorrichtung ausgeschlossen.

Im Zusammenhang mit den genannten Effekten wurde überraschenderweise gefunden, daß Austrittsrohre der vorgegebenen Geometrie, die innen mit PTFE beschichtet sind, einen Schmelzstrahl erzeugen, der im gegengeführten kalten Gastrom bestimmter Geschwindigkeit eine vorgegebene Fallstrecke stabil ist und dann, wie gewünscht, in Tropfen zerfällt. Während der Inbetriebnahme, Außerbetriebsetzung und Havariezuständen ist das Absperrorgan im Schmelzezuführungsrohr verschlossen bzw. zu verschließen und das Absperrorgan im Spülgaszuführungsrohr offen bzw. zu öffnen. Dadurch entströmt dem Austrittsrohr erwärmtes Spülgas und hält die ansonsten schmelzeführenden Teile der Zerteilungsvorrichtung ständig über der Schmelztemperatur des 4,4-Diphenylmethandiisocyanates. Gleichzeitig wird ein Anschmelzen von 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen an der Austrittsöffnung des Austrittsrohres verhindert. Es ist jederzeit möglich, wieder auf die Zerteilung von Schmelze überzugehen, indem das Absperrorgan im Spülgaszuführungsrohr geschlossen und das im Schmelzezuführungsrohr geöffnet wird.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll anhand eines Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert werden. Die Zerteilungsvorrichtung soll in einem Apparat genutzt werden, in welchem stündlich 625kg4,4-Diphenylmethandiisocyanatschmelze strahlförmig zu zerteilen und zu Feststoffteilchen runder Form zu kristallisieren bzw. zu agglomerieren sind.

Eingesetzt wird eine Vorrichtung nach Figur 2 mit 18 Zerteilerköpfen 27. Die Zerteilerköpfe 27 befinden sich an der Unterseite eines kreisförmigen und waagerecht angeordneten Doppelrohres. Der Mittelliniendurchmesser dc s Doppelrohrkreises beträgt 775mm, der Abstand der Zerteilerköpfe 17 voneinander 200mm. Der Doppelrohrkreis befindet sich 3500mm unterhalb der oberen Apparatewand 14 im Prozeisraum 25. Bei jeweils 2 mm Wandstärke werden als Nennweiten für das Außenrohr 8 50 mm sowie für das Schmelzezuführungsrohr 5 und für das Heizmediumzuführungsrohr 6 gleichermaßen 25 mm vorgesehen. Die Nennweite des Spülgaszuführungsrohres 4 wird mit 10mm festgelegt. Im Heizmediumzuführungsrohr 6, im Schmelzezuführungsrohr 5 und im Spülgaszuführungsrohr 4 befinden sich Absperrorgane 1,2,3. Zur flexiblen Durchführung des Doppelrohres und des Heizmediu.nzuführungsrohres 6 durch die obere Apparatewand 14 dienen Preßsitze 20,21 aus Hartgummi und Flansche 12,13. Um eine praktikable Schweißfolge zu gewährleisten, wird das Außenrohr 8 aus 2 Halbrohren zusammengesetzt. Zunächst schweißt man die 18 Schmelzeüberleitungsrohre 28 von je 10 mm Nennweite und 20mm Länge an das Schmelzezuführungsrohr 5, danach diese an das untere Halbrohr des Außenrohres 8 und schließlich das obere Halbrohr auf das untere. Mit jedem Schmelzeüberleitungsrohr 28 als Zentrum sind an das Außenrohr 8 Rohrstücke 29 von 30mm Nennweite und 15 mm Länge angeschweißt. Mittels Schraubverbindung führen in die Rohrstücke 29 Isolationsrohre 9 mit 20 mm Länge und 26mm Nennweite, aus PTFE gefertigt, hinein. In jedem IsolaMonsrohr 9 befindet sich eine Nutscheibe 15 von 24 mm Durchmesser und 5mm Stärke. In ihnen sind Nuten von 9,5mm Innendurchmesser, 3mm Breite und 2mm Tiefe eingefräst. Zwischen den unteren Ringflächen der Schmelzeüberleitungsrohre 28 und den Grundflächen der Nuten sind Metalldichtungen 16, bestehend aus kupferummanteltem Kautasit, angeordnet. An den Unterseiten der Nutscheiben 15, an mittige Bohrungen von 3mm Durchmesser anschließend, sind 20mm lange Austrittsrohre 17 von 3mm Nennweite angeschweißt. In ihre inneren Oberflächen sind je eine schraubenförmige Nut mit einer Ganghöhe von 6mm eingefräst. In jedes

Isolationsrohr 9 wird eine nach unten sich hohlkegelförmig verengende Speziaiverschraubung 18 eingeführt. Durch Bohrungen von 6mm Durchmesser in den Spezialverschraubungen 18 führen die Austrittsrohre 17 hindurch. Die unteren Flächen der Austrittsrohre 17 und der Spezialverschraubungen 18 bilden, nachdem durch Festschrauben die Nutscheiben 15 gegen die unteren Ringflächen der Schmelzeüberleitungsrohre 28 und die dazwischenliegenden Metalldichtungen 16 gepreßt werden, jeweils etwa eine Ebene.

Zwischen den Nutscheiben 15, den Isolationsrohren 9, den Schmelzeüberleitungsrohren 28 sowie den eingeschlossenen Teilen des Außenrohres 8 sowie um die Austrittsrohre 17 herum zwischen den Nutscheiben 15 und den Spezialverschraubungen 18 bilden sich Isolationsräume 10,11.

Nur die Außenflächen der Spezialverschraubungen 18 aussparend ist die gesamte im Prozeßraum 25 befindliche Zerteilungsvorrichtung von einer 2cm dicken Isolationsschicht aus Polyurethanschaum umgeben. Bis auf die gesondert genannten Werkstoffe sind alle Teile der Vorrichtung zur strahlenförmigen Zerteilung von geschmolzenem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat aus nichtrostendem Chrom-Nickel-Stahl gefertigt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur strahlförmigen Zerteilung von geschmolzenem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat, welche im grundlegenden Aufbau ein Doppelrohr darstellt, bestehend aus einem inneren Schmelzezuführungsrohr (5) und einem Außenrohr (8) bzw. aus einem Schmelzeraum (26) und einem Heizraum (7), gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil der Vorrichtung in einen Prozeßraum (25) hineinragt und der andere außerhalb einer oberen Apparatewand (14) angeordnet ist, in den untersten Bereich des Heizraumes (7) ein die obere Apparatewand (14) durchstoßendes Heizmediumzuführungsrohr (6) mündet, die Durchbrüche des HeizmeJiumzuführungsrohres (6) und des Außenrohres (8) durch die obere Apparatewand (14) flexibel gestaltet sind, um das im Prozeßraum (25) befindliche Außenrohr (8) eine Isolation (22) sowie um das Heizmediumzuführungsrohr (6) eine Isolation (23) angebracht ist, in das Schmelzezuführungsrohr (5) oberhalb der oberen Apparatewand (14) ein Spülgaszuführungsrohr (4) mündet und ein Absperrorgan (3) im Heizmediumzuführungsrohr (6) oberhalb der oberen Apparatewand (14), ein weiteres Absperrorgan (1) im Schmelzezuführungsrohr (5) oberhalb der Einmündung des Spülgaszuführungsrohres (4) sowie ein Absperrorgan (2) im Spülgaszuführungsrohr (4) angeordnet ist, daß der Ringspalt zwischen dem Außenrohr (8) und dem Schmelzezuführungsrohr (5) am untoren EncJa durch einen mit diesen beiden Rohren formschlüssig verbundenen Konusring (19), der sich in Richtung zum Schmelzezuführungsrohr (5) schräg nach unten neigt, verschlossen ist, daß außen am Konusring (19) ein nach unten führendes Isolationsrohr (19), dessen Werkstoff eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 3 kJ/m · h · Kund15kJ/m · h · Kaufweist, befestigt ist, welches unten ein Innengewinde besitzt, daß von von unten in das Isolationsrohr (9) eine Nutscheibe (15) geschoben wird, in deren ringförmige Nut das untere Ende des Schmelzezuführungsrohres (5) hineinragt, wobei oich zwischen diesem und der Nutscheibe (15) in der ringförmigen Nut eine Metalldichtung (16) befindet und zwischen dem Isolationsrohr (9) der Nutscheibe (15) sowie dem Konusring (19) ein Isolationsraum (10) besteht, daß ein Austrittsrohr (17) mit 0,9mm bis 4,5mm Innendurchmesser und 15mm bis 50mm Länge, welches an der inneren Oberfläche eine Nut mit einer Ganghöhe zwischen 4mm und 15mm besitzt, mit PTFE beschichtet ist, sich unterhalb einer mittigen Bohrung in der Nutscheibe (15) befindet und formschlüssig mit letzter verbunden ist, daß von unten in das Isolationsrohr (9) eine mit einem Außengewinde versehene hohlkegelförmig ausgeführte Spezialverschraubung (18), deren Werkstoff eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 3kJ/m · h · Kund 15kJ/m · h · K besitzt, eingeschraubt wird, wobei das Austrittsrohr (17) durch eine zentrale Bohrung der Spezialverschraubung (18) hindurch führt, die untere Oberfläche der Spezialverschraubung (18) mit dem unteren Ende des Austrittsrohres (17) etwa eine Ebene bildet und zwischen der Spezialverschraubung (18) sowie der Nutscheibe (15) um das Austrittsrohr (17) herum ein Isolationsraum (11) vorhanden ist und daß das außen mit einer Isolation versehene Isolationsrohr (9), der Konusring (19), die Nutscheibe (15), die Metalldichtung (16), das Austrittsrohr (17) und die Spezialverschraubung (18) einen Zerteilerkopf (27) darstellen.

2. Vorrichtung zur strahlförmigen Zerteilung von geschmolzenem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Durchbrüche des Heizmediumzuführungsrohres (6) und des Außenrohres (8) curch die obere Apparatewand (14) mit Hilfe von konusförmigen Preßsitzen (20) und (21) sowie Flanschen (12) und (13) ausgeführt sind.

3. Vorrichtung zur strahlförmigen Zerteilung von geschmolzenem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat nach Anspruch 1-2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Konusring (19) und dem Isolationsrohr (9) eine Schraub-, Kleb- und Schweißverbindung vorgesehen ist.

4. Vorrichtung zur strahlförmigen Zerteilung von geschmolzenem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat nach Anspruch 1-2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem unteren Ende des Heizmediumzuführungsrohres (6) und dem Heizraum (7) eine lösbare Rohrverbindung (24) besteht.

5. Vorrichtung zur strahlförmigen Zerteilung von geschmolzenem 4,4-Diphenylmethandiisocyanat nach Anspruch \-4, gekennzeichnet dadurch, daß im Prozeßraum (25) an einem System aus isoliertem Außenrohr (8) mit Schmelzezuführungsrohr (5) und ebenfalls isoliertem Heizmediumzuführungsrohr (6) mehrere Zerteilerköpfe (27) angebracht sind, jeder für eine Wirkungsfläche innerhalb eines Durchmesserbereiches von 100 mm bis 400 mm, wobei sich die Zerteilerköpfe (27) vorzugsweise an einem waagerechten Doppelrohr befinden und dabei zwischen

dem Schmelzezuführungsrohr (5) und dem aus zwei Halbrohron zusammengesetzten Außenrohr (8) ein Schmelzeüberleitungsrohr (28) angeordnet ist und das Isolationsrohr (9) an einem mit dem Außenrohr (5) formschlüssig verbundenen Rohrstück (29) befestigt wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Οίο erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der chemischen Industrie bei der Produktion von technisch reinen 4,4-Diphenylmethandiisocyanat-Feststoffteilchen, einer Ausgangsk'-mponente für Polyurethan, anwendbar.