DE102005008115A1 - Process for crystallizing an amorphous plastic granulate - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kristallisieren von amorphen Kunststoffgranulaten. Bei diesem Verfahren wird in einem Rührtrichter Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, oder eine andere Flüssigkeit zum Kristallisieren von Granulaten eingesetzt. Die Flüssigkeitstemperatur wird je nach Kristallisationstemperaturerfordernis auf das jeweilige Material geregelt. Nach dem Kristallisieren wird das Material aus dem Behälter ausgetragen und getrocknet. Der Vorteil der Kristallisation liegt darin, dass ein Zusammenbacken des Kunststoffgranulates aufgrund des Fluidüberzuges der Partikeloberfläche verhindert wird. Außerdem ist der Wärmeübergang von der Flüssigkeit auf die Partikel besser und kann gezielter vorgenommen werden. Eine Überhitzung der Partikel bei der Kristallisation ist ausgeschlossen.The invention relates to a method for crystallizing amorphous plastic granules. In this method, liquid, preferably water, or another liquid for crystallizing granules is used in a stirred funnel. The liquid temperature is regulated depending on crystallization temperature requirement on the respective material. After crystallization, the material is discharged from the container and dried. The advantage of crystallization is that caking of the plastic granules due to the fluid coating of the particle surface is prevented. In addition, the heat transfer from the liquid to the particles is better and can be made more targeted. Overheating of the particles during crystallization is excluded.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kristallisieren wenigstens der Außenhaut von Körnern eines amorphen Kunststoffgranulates nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens.The The invention relates to a method for crystallizing at least the outer skin of grains an amorphous plastic granules according to the preamble of the independent claim 1 and a device in particular for carrying out this method.
Aus
der
Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Vermeidung einer Überhitzung des Granulates die Temperatur des Heizgases sehr präzise geregelt werden muss. Eine Überhitzung des Granulates führt zu einer unzulässigen Verfärbung, die die Weiterverarbeitung des Granulates beeinträchtigt.This Process is characterized by the fact that to avoid overheating of the granulate, the temperature of the heating gas is regulated very precisely must become. Overheating of the granulate leads to an inadmissible discoloration, which impairs the further processing of the granules.
Es ist weiterhin aus der WO 0236255 eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln oder Nachbehandeln von Kunststoffmaterial, insbesondere von Polyestermaterial wie Polyethylenterephthalat (PET) bekannt. Die Begasung des Granulates findet hauptsächlich im konischen Auslaufbereich eines Schachtreaktors statt. Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, dass lediglich ein Teil des im Auslaufbereich befindlichen Granulates begast wird. Außerdem führt das Auslaufen des Kunststoffgranulates durch den Schachtreaktor und die Bewegung innerhalb des Schachtreaktors dazu, dass durch die Reibung des Kunststoffgranulates am Schacht ein Abrieb entsteht und damit Kunststoffstaub, der anschließend von dem Kunststoffgranulat getrennt werden muss. Außerdem besteht die Gefahr der Verklebung im Glasübergangsbereich, d. h. das Granulat muss in aufwendiger Weise wieder getrennt werden.It is further from WO 0236255 a device for thermal Treatment or aftertreatment of plastic material, in particular of polyester material such as polyethylene terephthalate (PET). The fumigation of the granules takes place mainly in the conical outlet area a shaft reactor instead. The disadvantage of this device is in that only a part of the located in the outlet area Granulates is fumigated. Furthermore does that Leakage of the plastic granules through the shaft reactor and the movement inside the shaft reactor is caused by the friction the plastic granules on the shaft creates an abrasion and thus Plastic dust, which subsequently must be separated from the plastic granules. There is also the risk of sticking in the glass transition area, d. H. the Granules must be separated again in a complex manner.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kristallisieren eines amorphen Kunststoffgranulates zu schaffen, bei dem eine schonende und temperaturgenaue Behandlung des Granulates möglich ist.Of the Invention is based on the object to the disadvantages mentioned avoid and a method and apparatus for crystallizing to create an amorphous plastic granules, in which a gentle and temperature-accurate treatment of the granules is possible.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.These The object is based on the preamble of the independent claim 1 solved by its characterizing features.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass zur Wärmeübertragung nicht ein Gas, sondern eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, eine Flüssigkeit mit Wasseranteilen oder ein Lösungsmittel verwendet wird.Of the essential advantage of the invention is that for heat transfer not a gas, but a liquid, for example, water, a liquid with water or a solvent is used.
Bei der Erwärmung von thermoplastischen Kunststoffen werden in der Regel amorphe Molekülstrukturen neu geordnet (Glasübergang). Dies kann zu einer temporären Erweichung des Kunststoffes führen. Die Erweichung des Kunststoffes führt oft zu Verklebungseffekten, die durch die auch exotherm gebildete Wärme, stark begünstigt werden. Verklebungen sind Agglomerationen, welche die Rieselfähigkeit des Materials erheblich beeinträchtigen oder gar zum Stillstand bringen. Gerade bei der Kristallisation mit Heißluft oder Gas besteht die Gefahr, dass die Granulatkörner aufgrund der Erwärmung der Oberflächen verkleben und zusammenbacken.at the warming of thermoplastics are usually amorphous molecular structures rearranged (glass transition). This can be a temporary one Soften the plastic. The softening of the plastic often leads to bonding effects, which are strongly favored by the exothermic heat formed. Adhesions are agglomerations, which the flowability significantly affect the material or even bring it to a standstill. Especially with the crystallization with hot air or gas, there is a risk that the granules stick together due to the heating of the surfaces and cake.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird während dieser Erweichungsphase das Material vor statischen Belastungen, z. B. durch die eigene Schüttlast, geschützt und somit nach der molekularen neuen Ausrichtung bzw. Beendigung des Glasübergangszustandes bei Verfestigung eine Einzelkornschüttung aufrechterhalten, die die Fließfähigkeit des Materials ermöglicht.By the inventive method is during this softening phase the material from static loads, z. B. by its own bulk load, protected and thus after the molecular reorientation or termination the glass transition state when solidified a single grain bed maintained, the the fluidity of the Material allows.
Damit erzielt das erfindungsgemäße Verfahren einen Belastungsrückgang der Schüttung bei der erforderlichen Temperaturerhöhung zum Kristallisieren sowie eine Agglomerationsvermeidung durch Änderung der Klebebedingungen. Der statische Materialdruck einer Schüttung wird durch den Einsatz des Flüssigkeitsmediums verändert. Die Materialpartikel sind vom Flüssigkeitsmedium umgeben und schwimmen – bedingt durch den Auftrieb und den Dichteunterschied – in der Flüssigkeit. Die Gewichtskraft einer Schüttung wird somit abgeschwächt, hinzu kommt die Auftriebskraft der Flüssigkeit. Im Idealfall ist die Kristallisation daher in einem schwerelosen Zustand des zu kristallisierenden Materials möglich. In diesem Fall schweben die zu kristallisierenden Partikel in der Flüssigkeit. Da die Dichte der Kunststoffgranulate durch die Kristallisation steigt, z. B. von 1,33 auf 1,38 kg/dm3, werden die bereits kristallinen Anteile schneller absinken. Jede einzelne Granulatoberfläche wird mit einer Flüssigkeitsschicht überzogen. Eine Verklebung mehrerer Granulatkörner ist daher durch die dazwischen liegende Flüssigkeitsschicht und die statisch wegfallende Belastung durch Schüttlast bei der Kristallisation der Teilchen nicht zu erwarten. Die einzelnen Materialdichten von Kunststoffen, wie Polyester, Polyethylenterephthalat, Polyactid (Polymilchsäure), liegen im Bereich der Dichte von Wasser, wodurch bevorzugt Wasser als Basismedium einsetzbar ist.Thus, the method of the invention achieves a load decrease of the bed in the required temperature increase for crystallization and agglomeration prevention by changing the bonding conditions. The static material pressure of a bed is changed by the use of the liquid medium. The material particles are surrounded by the liquid medium and float - due to the buoyancy and the difference in density - in the liquid. The weight of a bed is thus weakened, plus the buoyancy of the liquid. Ideally, the crystallization is therefore possible in a weightless state of the material to be crystallized. In this case, the particles to be crystallized float in the liquid. As the density of the plastic granules increases due to crystallization, e.g. B. from 1.33 to 1.38 kg / dm 3 , the already crystalline shares will fall faster. Each individual granule surface is coated with a liquid layer. An adhesion of several granules is therefore not expected by the intervening liquid layer and the statically eliminated load by bulk load in the crystallization of the particles. The individual material densities of plastics, such as polyes ter, polyethylene terephthalate, polyactide (polylactic acid), are in the range of the density of water, whereby preferably water is used as a base medium.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass keine großen Mengen an Luftmassen erforderlich sind. Aufgrund der höheren Dichte und dem besseren Wärmeübergang von der Flüssigkeit auf die Partikel ist je nach Kristallisationsparameter mit einer Energieeinsparung zu rechnen. Außerdem ist aufgrund des geringeren Volumens und der höheren Dichte von Wasser gegenüber Luft der energetische Aufwand wesentlich geringer.One Another advantage of the method according to the invention is that no big ones Amounts of air masses are required. Due to the higher density and the better heat transfer from the liquid Depending on the crystallization parameter, the particle is on with a Energy savings expected. Moreover, due to the lower Volume and the higher Density of water opposite Air the energy expenditure much lower.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können Salze dem Wasser zur Erhöhung der Dichte und/oder Erhöhung des Siedepunktes oder auch niedrig siedende Bestandteile zur Erniedrigung des Siedepunktes bzw. Bestandteile zur Verringerung der Dichte hinzugefügt werden.According to one Embodiment of the invention can Salts add to the water the density and / or increase the boiling point or low-boiling components for lowering of the boiling point or components to reduce the density can be added.
Es besteht alternativ oder ergänzend auch die Möglichkeit, das zu kristallisierende Gut in einem Behälter unter Druck zu kristallisieren. Auch damit wird eine Beeinflussung der Kristallisationstemperatur möglich.It consists of alternative or supplementary also the possibility to crystallize the material to be crystallized in a container under pressure. Also, this will affect the crystallization temperature possible.
Wie bereits erwähnt, kann die Dichte des flüssigen Mediums auf die Dichte des zu kristallisierenden Materials angepasst werden. Der Vorteil liegt darin, dass während des Verfahrens die amorphen Kunststoffgranulatbestandteile zunächst eine geringere Dichte aufweisen und damit im oberen Bereich der Flüssigkeit schwimmen. Während der Kristallisation verdichten sich diese und sinken nach unten ab, so dass ein ständiger, kontinuierlicher Förderprozess des Granulates stattfindet. Dies bedeutet auch, dass das Granulat kontinuierlich auskristallisiert im unteren Bereich des Behälters entnommen werden kann, während im oberen Bereich des Behälters das zu kristallisierende Material eingefüllt wird.As already mentioned, can the density of the liquid Medium adapted to the density of the material to be crystallized become. The advantage is that during the process, the amorphous Kunststoffgranulatbestandteile first have a lower density and thus at the top of the liquid swim. While crystallization is thickening and sinking downwards so that a settled, continuous production process of the Granules takes place. This also means that the granules are continuous crystallized at the bottom of the container can be removed while in the upper area of the container the material to be crystallized is filled.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung findet innerhalb des Behälters eine Vermischung oder Verwirbelung des Kunststoffgranulates statt. Diese kann beispielsweise durch Druckluft unterstützt werden.In Another embodiment of the invention takes place within the container a mixing or turbulence of the plastic granules instead. This can be supported for example by compressed air.
Es besteht auch die Möglichkeit, durch entsprechende Rührvorrichtungen das Granulat in Bewegung zu halten.It there is also the possibility by appropriate stirring devices to keep the granules moving.
Eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens weist einen trichterförmigen Behälter auf, der oben eine Granulateinfülleinrichtung und im unteren Bereich eine Granulatentnahmevorrichtung sowie Anschlüsse zur Zuführung und Ableitung des Wärmeübertragungsmittels bzw. des erwärmten Wassers aufweist.A Device, in particular for carrying out the method has a funnel-shaped container, the top of a Granulateinfülleinrichtung and at the bottom of a granule removal device and connections to feed and dissipation of the heat transfer medium or the heated Has water.
Ferner ist in dem Behälter eine Rührvorrichtung vorgesehen. Zur Temperierung des Wärmeübertragungsmittels, d. h. der Flüssigkeit, ist innerhalb des Behälters – zweckmäßigerweise im unteren Bereich oder auch außerhalb des Behälters – eine Heizeinrichtung vorgesehen.Further is in the container a stirring device intended. For tempering the heat transfer medium, d. H. of the Liquid, is inside the container - expediently in the lower area or outside of the container - a heater intended.
Die Rührvorrichtung kann in einer Ausgestaltung der Erfindung ein vertikaler Rührstab sein. Es besteht auch die Möglichkeit, einen oder mehrere horizontale Rührstäbe im Behälter anzuordnen, welche motorisch angetrieben werden. Zum Austragen des kristallisierten Kunststoffgranulates ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein pneumatischer Schieber oder eine Zellenradschleuse vorgesehen.The stirrer may be a vertical stir bar in one embodiment of the invention. There is also the possibility to arrange one or more horizontal stirring rods in the container, which are powered by a motor. To discharge the crystallized Plastic granules is in a further embodiment of the invention a pneumatic slide or a rotary valve provided.
Sofern im Behälter ein Druck aufgebaut werden soll, weist der druckstabile Behälter Drucklufteinlassdüsen zur Zuführung von Druckluft oder Gasen auf.Provided in the container a pressure is to be built up, the pressure-stable container to compressed air inlet nozzles to feed of compressed air or gases.
Eine besonders vorteilhafte Form des Behälters zur optimalen Kristallisation ist ein unteres trichterförmiges Auslassteil und ein oberer zylin drischer Teil, der ein größtmögliches Volumen für einen hohen Mengendurchsatz aufweist.A particularly advantageous form of the container for optimal crystallization is a lower funnel-shaped Auslassteil and an upper zylin drischer part, the largest possible Volume for has a high throughput.
Ein Arbeitsverfahren zum Kristallisieren von amorphem Kunststoffgranulat besteht in bevorzugter Weise aus folgenden Prozessschritten: Das Granulat wird in den Behälter eingebracht und kontinuierlich oder diskontinuierlich gemäß der Behälterauslegung kristallisiert. Die Flüssigkeitstemperatureinstellung wird leicht über der Glasübergangstemperatur des Materials eingestellt. Innerhalb des Behälters wird eine Flüssigkeits- und Granulatbewegung erzeugt, wobei das Kunststoffgranulat während der Kristallisation nach unten absinkt und über eine Austragsschleuse ausgetragen wird. Anschließend erfolgen eine Trocknung des Kunststoffgranulates in einer Trocknungseinrichtung und die Rückführung der Feuchtigkeit bzw. der Flüssigkeit in den Behälter. Dies bedeutet, dass das ausgetragene Wasser direkt dem Kristallisationsprozess wieder zugeführt wird und dies ebenfalls mit einem energetischen Vorteil verbunden ist.One Working method for crystallizing amorphous plastic granules consists preferably of the following process steps: The Granules are placed in the container introduced and crystallized continuously or discontinuously according to the container design. The liquid temperature setting will slightly over the glass transition temperature of the material. Inside the container, a liquid and granule movement, wherein the plastic granules during the Crystallization sinks down and discharged via a discharge lock becomes. Subsequently carried out a drying of the plastic granules in a drying device and the return of moisture or the liquid in the container. This means that the discharged water directly to the crystallization process fed again and this is also associated with an energetic advantage is.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.These and further features of preferred embodiments of the invention go out from the claims also apparent from the description and the drawing, wherein the individual Features for each alone or in the form of subcombinations the embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous also for protectable versions can represent for the protection is claimed here.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe The invention will be explained in more detail with reference to embodiments. It shows
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
Selbstverständlich kann
die Wasserkristallisationstechnik auch im Stand der Technik gemäß
Das
Material wird durch die Flüssigkeit
auf Kristallisationstemperatur in dem Rührtrichter erhitzt und anschließend entnommen,
wobei die Entnahmetemperatur des Granulates über den Temperaturfühler
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