DE102008058313A1

DE102008058313A1 - Nachkondensieren von Kunststoffgranulat

Info

Publication number: DE102008058313A1
Application number: DE200810058313
Authority: DE
Inventors: Miriam Fernanda Astegger; Peter Vollers
Original assignee: ASTEGGER JOHANN JOSEF
Current assignee: ASTEGGER JOHANN JOSEF
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-06-02
Also published as: WO2010057695A9; WO2010057695A2; WO2010057695A3; BRPI0915261A2; EP2367622A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reaktoranordnung zum Nachkondensieren von Polymeren, die Verwendung der Reaktoranordnung zur Nachkondensation von Nylon oder Polyethylenterephthalat oder zum Recycling von Polyethylenterephthalat sowie Verfahren zur Aufbereitung von PET-Recyclingmaterial und zum Nachkondensieren von Polymeren wie Polyamid oder Polyethylenterephthalat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reaktoranordnung zum energieeffizienten Nachkondensieren von Polymeren, die Verwendung der Reaktoranordnung zum Nachkondensieren von Polykondensaten oder zum Recycling von Polyethylenterephthalat sowie Verfahren zur Aufbereitung von PET-Recyclingmaterial und zum Nachkondensieren von Polymeren wie Polyamid oder Polyethylenterephthalat.
Zur Zeit werden SSP (Solid State Polymerization) Reaktoren entweder im Batch-Verfahren unter Vakuum zum Beispiel als Taumelbehälter konstruiert, oder für kontinuierlichen Betrieb mit heißem Stickstoff im Gegenstromverfahren betrieben. Gebräuchlich sind zudem Rührrekatoren, die im kontinuierlichen Verfahren, seltener im Semi-Batch Verfahren genutzt werden.
Im Batch-Betrieb wird üblicherweise in sehr großen Behältern bis zu 20 Tonnen Granulat eingefüllt, bis ca. 250°C im Vakuum aufgeheizt, die Reaktion bis zu 50 Stunden gehalten, dann 2 bis 3 h abgekühlt und dann entleert. Übliche Größen dieser Reaktoren sind 1 bis 50 m³. Die Zeiten zum Aufheizen sind normalerweise 2 bis 3 Stunden bei einem Reaktorvolumen von 30 m³ – ebenso die zum Abkühlen. Man verliert bei diesem Prozess also Zeit und natürlich auch Energie, denn das Abkühlen kostet ebenso Energie wie das Aufheizen.
Die Nachteile der Batch-Anlagen sind primär folgende:

1. Hoher Energieverbrauch und hohe Spitzenleistungen durch Heizung und Kühlung
2. Ineffiziente Aufheizung über den Mantel unter Vakuum
3. Hohe Spitzenbelastungen der Gesamtanlage – weil schnell gefüllt und entleert werden muss ist eine leistungsfähige Peripherie notwendig, die nur über aufwendige Speichersilos und überdimensionierte Rohrleitungen dem gerecht wird.
4. Aufwendige und anfällige Konstruktionen mit Doppelmantelbehältern und stabilen Aufhängungen der Trommeln, welche bei Taumelreaktoren durch die Schräglage hohe Kräfte aufnehmen müssen.

Der Vorteil der Batch-Anlage ist die relativ leicht bestimmbare Ausgangsviskosität, allein über die Reaktionszeit, nach erfolgter Zwischenmessung. Dieser Vorteil kommt besonders bei RECYCLING PET Material zum Tragen, wo bekanntlich die Eingangsviskosität starken Streuungen unterworfen ist.
Kontinuierliche Anlagen werden mit Erfolg dann eingesetzt, wenn die Eingangsviskosität immer gleich ist, keine reinigende Wirkung erzielt werden muss und an sich keine sehr hohen Ansprüche an die Linearität bei der Ausgangsviskosität gestellt wird.
Der Nachteil dieser Anlagen ist, dass sich Nester bilden können, wo andere höhere oder tiefere Viskositäten entstehen. Eine reinigende Wir kung wie sie bei der Nachkondensation von PET-Materialien benötigt wird, ist nicht ausgeprägt. Beim Stickstoff-Gegenstromverfahren kommt es sehr schnell zu Verfärbungen, was den Einsatz für Recyclingprodukte sehr einschränkt.
Gerade bei den bislang als SSP-Reaktoren eingesetzten Taumeltrocknern ist die Wärmequelle fast immer eine mit heißem Öl durchflossene doppelwandige Reaktorwand. Dies ist nicht nur technisch sehr aufwendig, sowohl in der Herstellung des Reaktors als auch im Verfahren, sondern führt auch zu einem erheblichen Sicherheitsrisiko durch auslaufendes heißes Öl.
DE 102 25 075 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Nachkondensation von Kunststoffgranulat. Der eingesetzte Reaktor mit einer mitdrehenden Achse ist doppelwandig ausgestaltet, wobei zwischen den Wänden aufgeheiztes Öl als Wärmeträgermedium eingesetzt wird.
DE 2152245 A beschreibt beispielhaft die klassische Nachkondensation in einem Taumeltrockner.
DE 10 2005 013 701 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dekontamination von Kunststoffflakes. Dabei wird ein sogenannter SSP-Reaktor eingesetzt.
DE 10 2004 050 356 A1 beschreibt ein Verfahren und einer Vorrichtung für das Herstellen von kristallinem PET-Granulat.
In SSP-Reaktoren wird bislang die Wärme über die Reaktorwand oder die den Reaktor durchströmende Atmosphäre zugeführt. Dadurch ist immer unmittelbare die Umgebung des Granulats warmer als das Granulat selbst. Dasselbe gilt für Rührreaktoren.
Bei der Kondensation von Polymeren entsteht Wasser, da am Beispiel der Herstellung von Polyamid 6,6 folgende chemische Reaktion stattfindet:
Dabei reagieren Hexandisäure und 1,6-Diaminohexan unter Abspaltung von Wasser zu Polyamid 6,6. Dieses Wasser entsteht beim Nachkondensieren von Polyamid und muss möglichst effizient entfernt werden. Da bei den bisherigen Verfahren das Granulat aber kühler als die Umgebung ist, kondensiert das Wasser am Granulat oder verbleibt sogar unnötig lange im Granulat. Dies wiederum resultiert in langen Nachkondensationszeiten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Reaktor und ein Verfahren zum Nachkondensieren von Polymeren zur Verfügung zu stellen, bei dem der Wärmeeintrag effizienter gestaltet werden kann und die Abbauprodukte leichter abtransportiert werden können, was die Nachkondensationszeiten verringert und so für bessere Energieeffizienz sorgt.
In einer ersten Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch eine hermetisch abdichtbare Reaktoranordnung 1 zum Kristallisieren, Nachkondensieren oder Dekontaminieren von Polykondensaten umfassend mindestens eine Wärmequelle 3, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Reaktoranordnung 1 einen feststehenden Dorn 11 aufweist, um die das Reaktorgehäuse 13 drehbar ist.
Ist die Reaktoranordnung nicht hermetisch abdichtbar, so kommt es beim Nachkondensieren oder Recycling oftmals zu unerwünschter Oxidation und damit zu Verschlechterung des Materials.
Polykondensate können beispielsweise PET-Flakes sein.
Hermetisch im Sinne der Erfindung bedeutet zumindest luft- und vakuumdicht.
Das Reaktorgehäuse weist beispielsweise eine Länge in einem Bereich von 1 bis 15 m auf. Das Reaktorgehäuse weist beispielsweise einen Durchmesser in einem Bereich von 0,5 bis 3 m auf. Die Wandstärke des Reaktorgehäuses 13 weist vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich von 1 bis 10 mm auf.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Reaktoranordnung 1 ein Beförderungsmittel 5 entlang der Hauptachse des Reaktors 7 auf. Dadurch kann das zu behandelnde Material innerhalb des Reaktors 7 leicht beispielsweise von der Beschickung 29 zum Auslass der Reaktoranordnung 37 befördert werden.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Reaktoranordnung 1 eine Vakuumpumpe 9 auf. Dadurch kann Vakuum im Reaktorinnenraum 15 angelegt werden und Nebenprodukte wie Wasser leichter abtransportiert werden. Alternativ können die erfindungsgemäßen Verfahren auch unter Schutzgas durchgeführt werden.
Der feststehende Dorn 11 ist vorteilhafterweise hohl ausgestaltet. Dadurch lässt sich beispielsweise die mindestens eine Wärmequelle 3 innerhalb des Reaktorgehäuses 13 anordnen, sodass die meiste Wärmeenergie im Reaktorinnenraum 15 im behandelten Material (beispielsweise Granulat oder Flakes) größtenteils absorbiert werden kann und kaum noch nach außen dringt. Dadurch kann die erfindungsgemäße Reaktoranordnung wesentlich energieeffizienter als bislang bekannte Reaktoren realisiert werden. Der feststehende Dorn 11 hat den weiteren Vorteil, dass in der Achse Analytik- und Messinstrumente angeordnet sein können, mit denen der Nachkondensationsprozess wesentlich leichter im laufenden Verfahren überwacht werden kann.
Das Reaktorgehäuse 13 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 7. Dadurch wird bislang absichtlich eine Unwucht bei der Durchführung des Nachkondensationsverfahrens verhindert, wie sie üblicherweise bei den bislang bekannten Taumeltrocknern auftritt. Dies wiederum führt zu einer geringen Gesamtbealstung.
Die erfindungsgemäße Reaktoranordnung 1 ist beispielsweise für den Semi-Batch- oder Batch-Betrieb gleichermaßen geeignet und auch kaskadierbar. Kaskadierbar im Sinne der Erfindung heißt, dass einzelne erfindungsgemäße Reaktoranordnungen hintereinandergeschaltet werden können und einzelne Behandlungsphasen (beispielsweise Kristallisa tion, Nachkondensierung, Abkühlung, ...) in verschiedenen Reaktoranordnungen hintereinander durchgeführt werden können.
Das Reaktorgehäuse 13 ist vorteilhafterweise im Wesentlichen rohrförmig. Alternativ kann das Reaktorgehäuse auch mehrkantig sein. So kann das Gehäuse auch mindestens 4- und höchstens 200-kantig sein. Dies vereinfacht zum einen die Herstellung des Reaktors selbst und zum anderen ermöglicht diese Ausgestaltung dieses Reaktorgehäuses 13 einen besonders leichten Transport der Polymere (als Granulat oder Pellets) oder Kunststoffflakes innerhalb der Reaktoranordnung 1. Vorteilhafterweise führt der feststehende Dorn 11 durch die Hauptrotationsachse 7 längs des rohrförmigen Reaktorgehäuses 13. Das Gewicht des Reaktorgehäuses 13 lastet in erster Linie auf unter dem Reaktor befindlichen Lagervorrichtungen, wie beispielsweise Rollen oder Räder 19.
Vorteilhafterweise sind also unter dem Reaktorgehäuse 13 Rollen oder Räder 19 angeordnet, auf denen das Reaktorgehäuse 13 statisch stabil um die Hauptrotationsachse 7 drehbar aufgehängt ist, wobei die Rotationsachsen der Rollen oder Räder 19 parallel zur Hauptrotationsachse 7 des Reaktorgehäuses 13 sind. So kann das üblicherweise sehr schwere Reaktorgehäuse 13 in der Nähe des Bodens stabil gelagert werden, ohne dass eine Gefahr besteht, dass das Reaktorgehäuse durch einen Schaden an der Achse herabfallen könnte. Genau diese Gefahr ist nämlich bei den bislang bekannten Reaktoranordnungen gegeben. So kann das Reaktorgehäuse 13 beispielsweise auf mindestens vier Rädern 19 oder unabhängig davon auf mindestens zwei Rollen 19 gelagert sein. Wird beispielsweise ein rohrförmiges Reaktorgehäuse 13 eingesetzt, so kann dieses sehr stabil zwischen zwei Rollen 19 gelagert werden, die in einem gewissen Abstand voneinander in Bodennähe angeordnet sind. Diese Rollen 19 sind beispielsweise in einem Abstand von wenigstens dem Viertelradius des Reaktorgehäuses 13 und höchstens in einem Abstand vom Durchmesser des Reaktorgehäuses 13 vorgesehen.
Werden Räder 19 eingesetzt, so sind beispielsweise diejenigen Räder 19, die dieselbe Rotationsachse haben, mit einer Achse verbunden. Die Räder müssen jedoch nicht mit einer Achse verbunden sein und können beispielsweise auch jeweils separat angetrieben sein.
Die Rollen oder Räder 19 sind beispielsweise auf Drehringen angeordnet, auf die ein Antrieb 21 wirkt. Alternativ dazu kann die Achse mit den Rädern 19 bzw. die jeweilige Rolle 19 direkt von einem Antrieb 21 angetrieben werden.
Bei der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung 1 kann man beispielsweise zwischen einem Vorwärmbereich 22a (beispielsweise Kristallisation), einem Reaktorbereich 22b (beispielsweise Nachkondensation) und einem Kühlbereich 22c unterscheiden. Im Vorwärmbereich 22a kann das eingebrachte Granulat vorgewärmt werden. Im Kühlbereich 22c kann das Granulat entsprechend abgekühlt werden. Leicht kann man beispielsweise über ein Wasserbad 43 die Wärme vom Kühlbereich 22c zum Vorwärmbereich 22a transportieren. Gerade im Kühlbereich 22c ist ein einwandiges Reaktorgehäuse 13 vorteilhaft, da so die Abwärme leichter abtransportiert werden kann.
Vorteilhafterweise ist das Reaktorgehäuse 13 zum Teil oder ganz und insbesondere zumindest im Reaktorbereich doppelwandig. Kaskadiert man jedoch wie bereits beschrieben mehrere erfindungsgemäße Reaktoranordnungen 1 hintereinander, so kann auch die Doppelwandigkeit über das gesamte Reaktorgehäuse 13 hinweg Vorteile bieten, da dann beispielsweise eine gesamte Länge des Reaktorgehäuses 13 zur Nach kondensation genutzt werden kann. Dadurch kann zwischen den doppelten Wänden Isolationsmaterial oder Vakuum vorgesehen werden, sodass bei Anordnung einer Wärmequelle 3 innerhalb des Reaktorgehäuses 13 möglichst wenig Wärmeenergie über das Reaktorgehäuse 13 an die Außenwelt abgegeben wird. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Reaktoranordnungen, da bei diesen gerade das Reaktorgehäuse auch die Wärmequelle ist. So kann das doppelwandige Reaktorgehäuse 13 auch so ausgestaltet sein, dass der Zwischenraum in Verbindung mit dem Reaktorinnenraum 15 steht. Dabei sind die beiden Wände der Doppelwand vorzugsweise voneinander thermoisoliert. Die Reaktoranordnung 1 wird nämlich üblicherweise in Verfahren eingesetzt, in denen innerhalb des Reaktorgehäuses 13 ein Vakuum angelegt ist. Besteht nun eine Verbindung zwischen dem Reaktorinnenraum 15 und dem Zwischenraum des doppelwandigen Reaktorgehäuses 13, so kann bei solchen Verfahren besonders einfach eine hocheffiziente Wärmeisolation erreicht werden.
Im Reaktorinnenraum 15 sind vorteilhafterweise Lamellen 23 mit jeweils mindestens einem vorzugsweise steuerbaren oder verstellbaren Durchlass 25 in den Lamellen 23 an das Reaktorgehäuse 13 angeformt.
Diese Lamellen 23 haben im Unterschied zu den bisher verwendeten Spiralen oder Förderschnecken den Vorteil, dass sich die Verweildauer und/oder Füllhöhe von Kunststoffgranulat oder Recyclingmaterial in jedem einzelnen Abschnitt des Reaktorinnenraums 15, der durch die Lamellen 23 begrenzt ist, separat regeln lässt. Dadurch, dass die Lamellen 23 direkt an das Reaktorgehäuse 13 angeformt sind, kann es auch nicht zu der sonst drohenden Verklemmung der Förderschnecke oder Förderspirale in dem Reaktorgehäuse 13 kommen.
Vorteilhafterweise kann die Größe des Durchlasses 25 variiert werden. Dadurch kann die Verweildauer und/oder der Füllstand des Granulats, der Flakes oder des Recyclingmaterials nicht nur vorab sondern über die Verfahrensdauer hinweg ständig angepasst werden. Beispielsweise kann der Durchlass 25 eine regulierbare Klappe sein. Bei dieser regulierbaren Klappe kann der Anstellwinkel regulierbar sein. Zudem kann auch die Drehrichtung der Klappe regulierbar sein.
Vorteilhafterweise ist die Wärmequelle 3 mindestens ein insbesondere geregelter Infrarotstrahler. Alternativ kann auch ein Mikrowellenstrahler eingesetzt werden. Bislang konnten Infrarotstrahler aufgrund der anderen Konstruktion der Reaktoren nicht für die Nachkondensation von Polymermaterial oder für das Recycling beispielsweise von PET eingesetzt werden. Durch die neue Konstruktion des Reaktors mit einem feststehenden Dorn 11 können Infrarotstrahler in diesen feststehenden Dorn im Inneren des Reaktorgehäuses 13 im Reaktorinnenraum 15 angeordnet werden. Dadurch, dass Kunststoff und Wasser mittelwellige oder kurzwellige Infrarotstrahlung exzellent absorbieren, heizt sich das Granulat besser auf als die ebene Atmosphäre oder das Reaktorgehäuse 13. Das bei der Nachkondensation entstehende Wasser wird auf diese Weise leicht aus dem Granulat oder den Pellets herausgetragen und kann in der umgebenden Atmosphäre durch einen Stickstoffstrom oder durch Vakuum abtransportiert werden, bzw. an am Reaktorgehäuse 13 kondensieren. Dies löst ein ganz erhebliches Problem der bisherigen Verfahren. In diesen Verfahren war nämlich regelmäßig die Reaktorwand die heißeste Stelle des Reaktors im Betrieb, sodass die entstehende Feuchtigkeit bei der Nachkondensation nicht einfach vom Granulat oder den Pellets abtransportiert werden konnte. Bislang verblieb das Wasser nämlich zu einem großen Anteil lange innerhalb des Granulats bzw. der Pellets und führte so nachfolgend zu Problemen. Vorteilhafter weise wird ein Infrarotstrahler mit der größten Intensität bei einer Wellenlänge in einem Bereich von 1 bis 4,5 μm ausgewählt. Bei Wellenlängen in diesem Bereich wird die Strahlungsenergie besonders gut vom Polykondensat absorbiert. Bei bislang verwendeten Taumeltrocknern konnte die Wärme nur mit viel längerwelliger Wärmestrahlung direkt von der beheizten Reaktorwand auf das zu behandelnde Material übertragen werden. Die beheizte Wand der bislang verwendeten Taumeltrockner konnte nämlich nicht über 250°C aufgeheizt werden, da andernfalls das Material angeschmolzen wäre. Diese längerwellige Wärmestrahlung wird jedoch von Polykondensat sehr schlecht absorbiert. Zudem kann bei längerwelligen Strahlungen nur wenig Energie transportiert werden. Im Übrigen wird angemerkt, dass im Vakuum der Strahlungsaustausch die einzige mögliche Form der Wärmeübertragung darstellt.
Der mindestens eine Infrarotstrahler 3 kann in dem feststehenden Dorn 11 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Infrarotstrahler 3 nach unten in Richtung der Rollen oder Räder 19 gerichtet sein. Das Granulat bzw. das Recyclingmaterial wird sich nämlich im Reaktorinnenraum 15 der Schwerkraft wegen typischerweise im unteren Bereich des Reaktorinnenraums 15 befinden. Zusammen mit der Wärmequelle 3 kann auch ein Pyrometer 27 vorgesehen sein, um die Materialtemperatur des zu behandelnden Materials ständig überwachen und/oder regeln zu können. Insbesondere wird ein Pyrometer 27 und unabhängig davon eine Wärmequelle 3 für jeden einzelnen durch Lamellen 23 abgetrennten Abschnitt vorgesehen.
Beispielsweise dreht sich das Reaktorgehäuse 13 ständig um den Dorn 11.
Der feststehende Dorn 11 hat den weiteren Vorteil, dass die Beschickung 29 innerhalb dieser Achse vorgesehen sein kann und so ohne Drehbewegung wie bislang üblich und dadurch sehr wartungsarm ausgestaltet sein. Unabhängig davon können in dem feststehenden Dorn 11 Erzeuger für Hochfrequenzfelder 31 (beispielsweise Hochfrequenzgeber oder elektrostatische Elektroden) angeordnet werden, wie sie bei Nachkondensationsprozessen oder Recyclingprozessen üblich sind. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass der feststehende Dorn 11 selbst kein Vakuum enthalten muss.
Die Reaktoranordnung 1 umfasst vorteilhafterweise eine Förderspirale 33 am Auslass des Reaktorinnenraums 35, die das behandelte Material in Richtung des Auslasses der Reaktoranordnung 37 anhebt und/oder befördert. Diese Förderspirale erstreckt sich beispielsweise auf der Seite des Auslasses des Reaktorinnenraums 35 über den gesamten Durchmesser des Reaktorinnenraums 15.
Vorteilhafterweise ist an der Beschickung 29 und dem Auslass der Reaktoranordnung 37 eine Vakuumschleuse 39, insbesondere eine doppelte Vakuumschleuse 39 zum synchronen be- und entladen vorgesehen. Dadurch kann ein Nachkondensierungsverfahren oder ein Recyclingverfahren quasikontinuierlich oder semi-kontinuierlich gefahren werden.
Über den gesamten Umfang des Reaktorgehäuses 13 sind vorteilhafterweise mindestens zwei überstehende Ringe 41 an das Reaktorgehäuse 13 angeformt. Diese Ringe 41 sind vorteilhafterweise so hoch, dass Kabel durch die Ringe an der Reaktorwand 13 entlang gelegt werden können. Insbesondere sind die Ringe 41 mindestens 4 mm hoch. Diese können als Abstandhalter fungieren, sodass mechanische, elektrische und/oder elektronische Komponenten an der Außenfläche des Reaktor gehäuses 13 angeordnet werden können. Dies können beispielsweise Steuerungseinrichtungen für die Klappen 25 sein. Beispielsweise setzen diese Ringe 41 auf die Räder oder Rollen 19 auf. Mit Schleifringen kann beispielsweise auf diese Komponenten auf der Außenseite des Reaktorgehäuses 13 Strom oder Energie in anderer Form (beispielsweise über Hydraulik zur Steuerung der Klappen 25) übertragen werden. Dort können auch Kabel verlegt sein.
Zudem kann unterhalb des Reaktorgehäuses 13 mindestens ein Wasserbad 43 vorgesehen sein, das so hoch mit Wasser gefüllt ist, dass die Ringe 41 in das Wasserbad eintauchen, aber beispielsweise das Reaktorgehäuse 13 nicht in das Wasserbad eintaucht. Vorteilhafterweise sind im Kühlbereich 22c und dem Vorwärmbereich 22a getrennte Wasserbäder 43 vorgesehen, die zirkulierend miteinander verbunden sind. Das Wasser kann in diesen verschiedenen Bädern 43 beispielsweise umgewälzt werden. So kann der Ring 41 in der Nähe des Auslasses des Reaktorinnenraumes 31 gekühlt werden und so auch das austretende Granulat bzw. Recyclingmaterial abkühlen. Gleichzeitig kann das so erwärmte Wasserbad 43 zur Vorwärmung des eintretenden Materials beispielsweise durch die Beschickung 29 dienen. Der beispielsweise dort angeordnete Ring 41 kann nämlich durch das Wasserbad 43 entsprechend erwärmt werden, was besonders unter Schutzgas Wirkung hat.
Vorteilhafterweise können auch zusätzliche Kühlringe an der Außenwand vorgesehen sein. Diese bestehen vorteilhafterweise aus Silber oder Kupfer. Diese können eine sogenannte „Doppel-T”-Form annehmen, wobei ein bandförmiger Teil des Kühlrings auf der Außenwand des Reaktorgehäuses 13 aufliegt, aus dem beispielsweise zentriert eine Kühlrippe einstückig angeformt ist. Auf dieser Kühlrippe ist dann wiederum ein breites freistehendes Band angeformt, was dann beispielsweise in eines der Wasserbäder 43 eintauchen kann.
Beispielsweise ist das Reaktorgehäuse 13 auf den Rollen oder Rädern 19 fest gelagert. Vorzugsweise sind der Dorn 11 und die Entladeeinheit 58 über die Lager/Vakuumdichtungen 17 und 55 „frei” in das Reaktorgehäuse 13 eingehängt. Dazu sind die Komponenten wie die Beschickung 29, Zuführung zur Pumpe 9 und Zuführung zum Auslass der Reaktoranordnung 37 mit elastischen Abschnitten versehen (vgl. 1). Der Dorn 11 ist beispielsweise praktisch nur „lose” in den Reaktorinnenraum 13 eingehängt. Ein Mitdrehen des Dorns 11 und/oder der Entladeeinheit 58 kann durch einfache, übliche Maßnahmen verhindert werden. Dies hat den Vorteil, dass bei thermischer Ausdehnung des Reaktorgehäuses 13 um einige Millimeter oder Zentimeter beispielsweise die Beschickung 29 oder der Auslass aus der Reaktoranordnung 37 „mitwandern” kann.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung 1 zum Recycling von Polyethylenterephthalat oder zur Nachkondensierung von Polykondensaten, insbesondere Nylon, Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonate oder Copolymere oder Elends (beispielsweise PBT/PS, PBT/ASA, PBT/ABS, PBT/PC, PET/ABS, PET/PC, PBT/PRT/PC, PBT/PET, PA/PE oder PA/ABS).
Die erfindungsgemäße Reaktoranordnung kann sowohl in Batch- als auch in Semi-Batch Verfahren verwendet werden.
In einer wiederum weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe gelöst durch ein Batch-Verfahren zum Nachkondensieren oder zum Aufbereiten von Polymermaterial wie beispielsweise allgemein Polykondensat oder speziell PET-Recyclingmaterial mit der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung 1, wobei man

a) in einem ersten Schritt den rotierenden Reaktor mit Polymermaterial beschickt, so dass, insbesondere im Bereich der Lamellen 23, die gewünschten Füllstände erreicht sind,
b) in einem zweiten Schritt den Reaktor aufheizt
c) dabei oder spätestens ab einer Temperatur in Höhe von 150°C ein Vakuum anlegt oder den Reaktor mit Schutzgas flutet,
d) in einem weiteren Schritt das Reaktorgehäuse 13 um den feststehenden Dorn 11 so lange rotiert, bis die gewünschte Zielviskosität des Polymermaterial erreicht ist, und
e) in einem weiteren Schritt das Polymermaterial aus dem Reaktor entlädt.

Beispielsweise kann man den Reaktor auch mit einem Schutzgas fluten.
In Schritt c) legt man ein Vakuum schon bei spätestens 100°C an oder flutet den Reaktor spätestens bei dieser Temperatur mit einem Schutzgas.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren wird beispielsweise als Batch-Verfahren durchgeführt.
Idealerweise wird ein PET-Recyclingmaterial mit verschiedener Viskosität eingesetzt. Die Anlage wird beispielsweise über den feststehenden Dorn 11 mit der Beschickung 29 beschickt, bis das rohrförmige Reaktorgehäuse 13 – im Heizbereich – die gewünschten Füllstände erreicht hat. Sind diese nach der Beladezeit erreicht, wird beispielsweiseaufgeheizt und ab etwa 100°C Vakuum gezogen. Wie bei den Tau meltrocknern kann jetzt über die Reaktionszeit die Viskosität (Probenehmer) genau bestimmt werden. Ist diese erreicht oder errechnet, beginnt beispielsweise die Entladung, wobei die Kühlung sektoral sein kann. Der Vorteil dabei ist, dass die Lade- und Entladezeiten zum Teil eingerechnet werden können.
Vorteilhafterweise wird spätestens bei einer Temperatur von 20°C unterhalb des Maximums des Schmelzpeaks in einem DSC-Scan (Differential Scanning Calorimetry) Vakuum gezogen oder mit Schutzgas geflutet.
Vorteilhafterweise ist in der Reaktorwand des Reaktorgehäuses ein Probennehmer 44 vorgesehen. Dieser kann beispielsweise ein Durchlass mit Rohranschluss und beispielsweise einem doppelten Kugelhahnventil sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gibt es wesentliche Vorteile. Durch das wesentlich besser einstellbare Temperaturgefälle und beispielsweise durch die Infrarotheizung kann eine wesentlich bessere Energieausbeute erzielt werden. Die Be- und Entladezeiten können eingerechnet werden. Es gibt weniger Energie-Spitzenbelastung. Die Vorheizung und die Kühlung kann durch ein einfaches Wasserbad 43 realisiert werden. Vorteilhafterweise werden wenigstens zwei Wasserbäder 43 eingesetzt, die miteinander verbunden sind.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein Semi-Batch-Verfahren zum Recycling oder zum Nachkondensieren von Polymeren wie Polykondensaten, insbesondere Polymeren wie Polyamid oder Polyethylenterephthalat, mit der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung 1, wobei man

a) den unter Vakuum oder Schutzgas befindlichen Reaktor mit Polymer über den feststehenden Dorn 11 beschickt, wobei das Reaktorgehäuse 13 um den feststehenden Dorn 11 rotiert,
b) das Polymer mit dem Beförderungsmittel 5 entlang der Hauptachse des Reaktors 7 in Richtung des Auslasses der Reaktoranordnung 37 befördert und währenddessen mit der Wärmequelle 3 erwärmt,
c) das Polymer am Auslass des Reaktorinnenraums 35 kühlt und anschließend mit einer Förderspirale 33 in Richtung des Auslasses der Reaktoranordnung 37 befördert, und
d) das Polymer am Auslass der Reaktoranordnung 37 entlädt.

Dieses Verfahren wird beispielsweise als Semi-Batch Verfahren durchgeführt. Dieses Verfahren kann nicht nur zum reinen Nachkondensieren von Polykondensat, sonder beispielsweise auch zum Recycling von PET eingesetzt werden.
Idealerweise ist diese Betriebsart beispielsweise zum Nachkondensieren von Nylon gedacht. Über die Vakuumschleusen wird beispielsweise portionsweise Neumaterial über die festestehende Achse 11 in das sich drehende rohrförmige Reaktorgehäuse 13 eingebracht. Die Lamellen 23 regeln den Füllstand und die Verweilzeit in den einzelnen Abschnitten. Die Infrarotheizung 3 regelt verzögerungsfrei und genau die Produkttemperatur über die sektoralen Pyrometer. Die mittelwellige Infrarotheizung heizt die Pellets effektiv „von innen” auf, was die Trocknung und Kristallisation sehr beschleunigt. Die Hitze ist in dieser Konstruktion richtigerweise innen, und der Mantel ist immer kühler, was den Abtransport der Abspaltprodukte unterstützt.
Ist die das rohrförmige Reaktorgehäuse 13 nun soweit gefüllt, dass das Material bereits am Ausgang angekommen ist, wird es dort gekühlt (einfach an der Außenwand 13, welche mit den Außenringen 41 in ein Wasserbad 43 taucht) und dann über die Spirale 33 gehoben und zur Ausgangs-Vakuumschleuse 37, 39 befördert. Dies geschieht beispielsweise durch eine fixe innen liegende gestreckte Spirale am Ausgangsinnenrohr.
Ab jetzt kann ein Synchronbetrieb oder Semi-Batch-Betrieb beginnen, welcher immer gleichzeitig die Eingangsschleuse zum Befüllen und die Ausgangsschleuse zum Entleeren öffnet. Dadurch wird der Vakuumpumpenstand nicht belastet und sehr wenig Luft angesaugt. Will man den Sauerstoff vollkommen vermeiden, kann man nach der Füllung der Eingangs- oder Ausgangsschleuse diese noch mit Stickstoff fluten, wobei hier sehr wenig Stickstoff in den mit Pellets (oder auch Granulat oder Flakes) gefüllten Schleusen verbraucht wird.
Die Ausgangsviskosität wird einmal justiert und bleibt bei gleichen Materialien dieselbe.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das zu behandelnde Material (beispielsweise Granulat, Pellets oder Flakes) zumindest in einem der beispielsweise durch die Lamellen 23 getrennten Abschnitte im Reaktorinnenraum 15 auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 230 bis etwa 250°C erhitzt.
Bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren kann amorphes Ausgangsmaterial oder auch Flakes durch die Beschickung 29 in den Reaktorinnenraum 15 eingebracht werden und die ersten Abschnitte des Reaktorinnenraums 15, die beispielsweise durch die Lamellen 23 gebildet werden, können dazu genutzt werden, bei einer Temperatur etwas oberhalb der Glasübergangstemperatur der Ausgangsmaterialien aus dem amorphen Material ein kristallines Material herzustellen. Die ersten Abschnitte können also beispielsweise zur Kristallisation genutzt werden. In den weiteren Abschnitten können dann wiederum höhere Temperaturen eingestellt werden, um die erfindungsgemäßen Verfahren (beispielsweise Nachkondensation) entsprechend durchzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung von Polykondensat mit konstanter Viskosität aus Recyclingmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass man das Erzeugnis von einem der erfindungsgemäßen Verfahren A mit einer bestimmten Viskosität mit einem Polykondensat B mit einer höheren Viskosität mischt und dabei das Mischungsverhältnis automatisiert so anpasst, dass die Viskosität des Mischungsproduktes AB konstant bei einem gewünschten Wert zwischen den Viskositäten der beiden verschiedenen Mischungskomponenten A und B liegt, welcher durch Viskositätsmessungen vor und/oder nach dem Mischer gesteuert wird.
Beispielsweise kann man das Mischungsprodukt AB anschließend extrudieren und unabhängig davon nach der Extrusion zu Pellets oder Granulat weiterverarbeiten. Alternativ kann das Mischungsprodukt AB auch beispielsweise direkt zu PET-Flaschenrohlingen weiterverarbeitet werden.
Alternativ kann man auch Viskositätsmessungen am Auslass der erfindungsgemäßen Reaktoranordnungen 1 oder der Vorratsbehälter mit Material durchführen und entsprechend den Mischer so einstellen, dass eine konstante Viskosität erzeugt wird.
Das Polykondensat B mit einer höheren Viskosität kann auch durch eines der erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden, wobei die Parameter (beispielsweise Temperatur, Behandlungsdauer, ...) so eingestellt werden, dass eine höhere Viskosität als beim Polykondensat A erhalten wird.
Die Viskosität kann mit der Methode gemessen werden, die im Artikel „A Real-time Ultrasonic Technique for Viscosity Monitoring during Polymer Processing", AIP Conf. Proc, 7 July 2008, Volume 1027, Seiten 1217–1219 beschrieben ist.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile, welche später offensichtlich werden, sind durch die Details der Konstruktion und der Arbeitsweise der Erfindung bedingt, welche nachstehend eingehender beschrieben und beansprucht werden, wobei auf die Begleitzeichnungen Bezug genommen wird, die einen Teil dieser Anmeldung bilden und in denen gleiche Bezugszeichen durchgehend gleiche oder gleich wirkende Teile bezeichnen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Reaktoranordnung 1 entlag der Hauptachse des Reaktors 7.
2 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Reaktoranordnung 1 an der Position 45, wie sie in 1 eingezeichnet ist. Die Querschnittsebene ist senkrecht zur Hauptachse des Reaktors 7. In 2 wird die Anordnung des Wasserbades 43 illustriert.
3 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Reaktoranordnung 1 an einer Position, wo sich eine Lamelle 23 befindet.
4 zeigt die Förderspirale 33.
5 zeigt einen Querschnitt durch die Reaktoranordnung 1 an einer Position, an der sich eine Lamelle 23 befindet. Hierbei ist der Durchlass der Lamelle 23 unterschiedlich zum Durchlass 25 in 3 gestaltet.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
Wenngleich nur bevorzugte Ausführungen der Erfindung eingehend beschrieben werden, versteht sich, dass die Erfindung in ihrem Schutzumfang nicht auf die Details der Konstruktion und Anordnung der Bauteile beschränkt ist, wie sie in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Es sind andere Ausführungen und verschiedene Möglichkeiten der Umsetzung und Verwirklichung der Erfindung möglich.
Ferner werden bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungen der Klarheit halber Fachausdrücke verwendet. Jeder Fachausdruck soll die breiteste Bedeutung, wie sie vom Fachmann verstanden wird, haben und umfasst alle technischen Entsprechungen, welche in ähnlicher Weise zur Verwirklichung eines ähnlichen Zwecks dienen. Der Begriff „Wasser” umfasst z. B. nicht nur Wasser, sondern auch Wasser mit einem oder mehreren Additiven, wie sie beispielsweise in einem Wasserbad zur Temperaturregelung üblich sind. Es können auch alternativ oder zusätzlich andere Kühlmittel oder Wärmeträger als Wasser eingesetzt werden.
Im konkreten Ausführungsbeispiel besteht die erfindungsgemäße Reaktoranordnung 1 im Wesentlichen aus einem röhrenförmigen Reaktorgehäuse 13 und dem feststehenden Dorn 11, in die durch die Beschickung 29 Kunststoffgranulat oder PET-Recyclingmaterial durch den feststehenden Dorn 11 in den Reaktorinnenraum 15 eingebracht werden. Das röhrenförmige Reaktorgehäuse 13 ist mit den Lagern 17 drehbar um den feststehenden Dorn 11 gelagert. An das Reaktorgehäuse 13 sind im Innenraum 15 Lamellen 23 angeformt. Diese Lamellen 23 weisen jeweils einen Durchlass verstellbaren 25 auf. Damit sind diese Lamellen 23 mit dem Durchlass 25 das Beförderungsmittel 5. In dem hohlen feststehenden Dorn 11 sind Infrarotstrahler als Wärmequelle 3 angeordnet. Diese sind zur Temperaturkontrolle und -anpassung mit einem Pyrometer 27 gekoppelt. Insgesamt ist für jeden Zwischenraum zwischen zwei Lamellen 23 eine Einheit aus Infrarotstrahler 3 und Pyrometer 27 vorgesehen. Die Infrarotstrahler 3 sind nach unten gerichtet und bestrahlen das durch die Beschickung 29 eingebrachte und das durch das Beförderungsmittel 5 beförderte Material (beispielsweise Granulat oder Flakes) im Reaktorinnenraum 15. Zu diesem Zweck sind in dem feststehenden Dorn 11 entsprechend Fenster 47 vorgesehen. Wenigstens der Reaktorinnenraum 15 ist nach außen hin so abgedichtet, dass im Reaktorinnenraum 15 ein Vakuum angelegt werden kann. Zu diesem Zweck ist mit dem Reaktorinnenraum 15 eine Vakuumpumpe 9 verbunden. Zudem ist deshalb der Reaktorinnenraum 15 gegen die Außenwelt so abgedichtet, dass ein Vakuum angelegt werden kann. Dazu ist beispielsweise das Lager 17 in der Nähe der Beschickung 29 entsprechend luftdicht. Das im wesentlichen rohrförmige Reaktorgehäuse 13 weist Ringe 41 auf, die wiederum auf Rollen 19 gelagert sind. Diese Rollen 19 sind mit einer gemeinsamen Achse 49 verbunden, die wiederum mit einem Antrieb 21 verbunden ist. Insgesamt befinden sich unter dem Reaktor vier solcher Rollen 19 mit zwei Achsen 49, die im wesentlichen parallel angeordnet sind. An diesen mit den Achsen 49 verbundenen Rollen 19 lagert also auf den Ringen 41 das im wesentlichen rohrförmige Reaktorgehäuse 13. In dem hohlen feststehenden Dorn 11 kann zudem auch ein Hochfrequenzgeber 31 vorgesehen sein, um das Nachkondensieren des Granulats, wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt, zu beschleunigen. Je nach Anstellwinkel der Durchlässe der Lamellen 25 wird das Granulat entsprechend schneller oder langsamer von einem Abschnitt zwischen zwei Lamellen 23 zum anderen befördert. Diese Durchlässe der Lamellen 25 können beispielsweise Klappen sein. Diese Klappen 25 können von Außen auf der Reaktorwand 13 befindlichen Steuerungsvorrichtungen 53 angesteuert werden. Durch die Ringe 41 hält nämlich das Reaktorgehäuse 13 immer einen gewissen Abstand zu den übrigen Komponenten der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung 1. Die nötige Energieversorgung für diese Steuervorrichtungen für die Klappen 53 kann über sogenannte Schleifringe stattfinden, die in 1 nicht extra dargestellt sind. Je nach Anstellwinkel der Klappen 25 wird also das Granulat wie bereits erwähnt von einem Abschnitt zwischen zwei Lamellen 23 zum anderen befördert. Am Ende des Reaktorgehäuses 13 erreicht das Granulat dann den Auslass des Reaktorinnenraums 35 und landet durch diesen in der Förderspirale 33. Mit diese Förderspirale wird das Granulat etwa auf Höhe des feststehenden Dorns 11 angehoben. Am Ende dieser Förderspirale 33 fällt das behandelte Granulat dann in einen Trichter, der zum Auslass der Reaktoranordnung 37 führt. Der Auslass der Reaktoranordnung 37 als auch die Beschickung 29 sowie die Lager/Abdichtungen 11 und 55 sind mit einer doppelten Vakuumschleuse nach außen hin hermetisch abgedichtet. Derjenige Teil der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung 1, der den Auslass der Reaktoranordnung 37 und die Vakuumpumpe 9 umfasst, ist in diesem Ausführungsbeispiel feststehend. Das sich drehende Reaktorgehäuse 13 ist hiermit mit einer Vakuumdichtung 55 verbunden. Die Signale für die Steuerungsvorrichtung für die Klappen 53 oder auch Messwerte können beispielsweise durch entsprechende Signalverarbeitung und Wireless-LAN 57 zur Weiterverarbeitung übertragen werden.
Möchte man mit der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung 1 ein Batch-Verfahren beispielsweise zum Aufbereiten von PET-Recyclingmaterial durchführen, so flutet man in einem ersten Schritt den Reaktorinnenraum 15 beispielsweise mit Stickstoff. Danach beschickt man den Reaktorinnenraum 15 über die Beschickung 29 mit PET-Recyclingmaterial. Dabei dreht sich das Reaktorgehäuse 13 bereits um den feststehenden Dorn 11. Die Klappen 25 in den Lamellen 23 sind mit Hilfe der Steuervorrichtungen 53 so eingestellt, dass mit jeder Umdrehung des Reaktorgehäuses 13 etwas PET-Recyclingmaterial in den nächsten Abschnitt zwischen zwei Lamellen 23 weiterbefördert wird. Ist in jedem der Abschnitte zwischen den Lamellen 23 der gewünschte Füllstand mit PET-Recyclingmaterial erreicht, werden die Klappen 25 mit Hilfe der Steuervorrichtung für die Klappen 53 geschlossen, so das kein Transport mehr stattfindet. Anschließend wird der Reaktorinnenraum 15 während der Drehung des Reaktorgehäuses 13 mit Hilfe der Infrarotstrahler 3 auf eine Temperatur von etwa 230°C aufgeheizt und ein Vakuum mit Hilfe der Vakuumpumpe 9 angelegt. Das Reaktorgehäuse 13 wird dann um den feststehenden Dorn 11 weiterhin rotiert, bis die gewünschte Zielviskosität des Recyclingmaterials erreicht ist. Die Viskosität kann leicht durch einen Probennehmer 44 ermittelt werden, der am Reaktorgehäuse 13 befindlich ist. Anschließend werden die Klappen 25 in den Lamellen 23 über die Steuervorrichtung 53 so gestellt, dass eine maximale Transportrate erzielt wird und das PET-Recyclingmaterial in die Förderspirale 33 befördert wird. Die Förderspirale 33 hebt das PET-Recyclingmaterial anschließend auf Höhe des feststehenden Dorns 11. Anschließend wird das PET-Recyclingmaterial mit einer Transportspindel 34 bis zu dem Trichter befördert, der zum Auslass der Reaktoranordnung 37 führt. Damit wird das behandelte PET-Recyclingmaterial aus der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung 1 entladen.
Ähnlich läuft das Semi-Batch-Verfahren beispielsweise zum Nachkondensieren von Polyamid oder Polyethylenterephthalat ab. Hierzu wird Granulat von Polyamid oder Polyethylenterephthalat in ähnlicher Weise über die Beschickung 29 in den Reaktorinnenraum 15 eingebracht. Dabei steht der Reaktorinnenraum 15 jedoch immer unter Vakuum, das über die Vakuumpumpe 9 erzeugt wird. Zudem rotiert das Reaktorgehäuse 13 immer um den feststehenden Dorn 11. Abhängig von der Stellung der Klappen 25 in den Lamellen 23 wird das Polymer entlang der Hauptachse des Reaktors 7 in Richtung Auslass der Reaktoranordnung 37 befördert und währenddessen mit Infrarotstrahlern 3, die in dem hohlen feststehenden Dorn 11 montiert sind, auf etwa 240°C erwärmt. Diese Temperatur wird mit den neben den Infrarotstrahlern angeordneten Pyrometern 27 kontrolliert und gegebenenfalls angepasst. In dem konkreten Anwendungsbeispiel befindet sich ein Wasserbad 43 unterhalb des Reaktorgehäuses 13, sodass das Reaktorgehäuse 13 gerade nicht mit Wasser benetzt wird, aber die Ringe 41 in das Wasserbad eintauchen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass das behandelte Granulat in Höhe des letzten Abschnittes heruntergekühlt werden kann, da der dort in der Nähe befindliche Ring 41 durch das Wasserbad 43 gekühlt wird und entsprechend Wärme aus dem Reaktorgehäuse 13 an dieser Stelle abtransportieren kann. Je nach Temperatureinstellung des Wasserbades kann in gleicher Weise das Granulat in der Nähe der Beschickung 29 durch den dort in der Nähe befindlichen Ring 41 vorgewärmt werden, da der Ring 41 dort Wärme aus dem Wasserbad aufnehmen kann und entsprechend an das Reaktorgehäuse 13 weitergeben kann. Wie schon beim Recyclingverfahren beschrieben, wird das Granulat an schließend mit der Förderspirale 33 zum Auslass der Reaktoranordnung 37 befördert. Dieses Verfahren zum Nachkondensieren von Polymer kann quasi-kontinuierlich durchgeführt werden, da in der Doppelvakuumschleuse 39 beispielsweise gleichzeitig Rohgranulat durch die Beschickung 29 eingeführt werden kann und zeitgleich eine ähnliche Menge behandeltes Granulat durch die Doppelvakuumschleuse 39 am Auslass der Reaktoranordnung 37 entfernt werden kann. Das Vakuum wird dadurch für die Zeit, in der das innenliegende Ventil der Doppelvakuumschleuse 39 geöffnet wird, unwesentlich beeinträchtig. Je nach Ausgestaltung der Vakuumpumpe 9 kann diese Beeinträchtigung kurz gehalten werden. In der konkreten Ausführungsform wird in den ersten Abschnitten des Reaktorinnenraums zwischen den Lamellen 23 eine etwas niedrigere Temperatur mit den Infrarotstrahlern 3 eingestellt, sodass diese Abschnitte der Kristallisation dienen können. So kann nämlich auch amorphes Material als Eingangsmaterial eingesetzt werden. Dies ist bei herkömmlichen Verfahren schwer möglich gewesen. Die in den ersten Abschnitten eingestellte Temperatur liegt typischer Weise nur knapp über der Glasübergangstemperatur des eingesetzten Polymers.
Durch die verschiedenen Lamellen 23 abgetrennten Abschnitte innerhalb des Reaktorinnenraums 15 lassen sich beliebige Temperaturgradienten oder Temperatursprünge über den Innenraum hinweg einstellen.
Alternativ zum Anlegen von Vakuum können die erfindungsgemäßen Verfahren auch immer unter Schutzgas durchgeführt werden.
2 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Hauptachse des Reaktors 7 an der Position 45, wie sie in 1 eingezeichnet ist. Hierbei ist der Einfachheit halber lediglich der Ring 41, das Reaktorgehäuse 13, der Reaktorinnenraum 15, die Hauptachse des Reaktors 7 sowie die Rollen 19 dargestellt. Zudem ist das Wasserbad 43 abgebildet. Hierbei ist zu beachten, dass der Füllstand des Wasserbades 43 den Ring 41 benetzt aber die Wand des Reaktorgehäuses 13 nicht benetzen muss.
3 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Hauptachse des Reaktors 7 an der Stelle, an der sich eine Lamelle 23 befindet. Es ist abgebildet das Reaktorgehäuse 13 und die Lamelle 23 mit dem Durchlass der Lamelle 25. Der Durchlass der Lamelle 25 ist in diesem Fall als einschenkelige Klappe ausgestaltet. Diese Klappe kann verschiedene Anstellwinkel haben, sodass das Granulat mit entsprechend verschiedener Geschwindigkeit von einer Seite der Reaktors 13 zur anderen Seite transportiert wird. Die ebenfalls abgebildete Steuervorrichtung für die Klappe 53 ist in diesem Fall zum leichteren Verständnis ein einfacher Hebel. Alternativ kann auch ein Schneckenrad eingesetzt werden.
In 4 befindet sich die Abbildung der Förderspirale 33, die sich in Richtung des Auslasses des Reaktorinnenraums 35 über den vollen Durchmesser des Reaktorinnenraums 15 erstreckt. Anschließend verjüngt sie sich soweit, dass sie das Granulat in etwa auf Höhe des Auslasskanals 54 anheben kann und über die Transportspindel 34 und den Trichter zum Auslass der Reaktoranordnung 37 transportieren kann.
5 entspricht in etwa 3 mit dem Unterschied, dass eine zweischenkelige Klappe als Durchlass der Lamellen 25 abgebildet ist.

1: Reaktoranordnung
3: Wärmequelle
5: Beförderungsmittel
7: Hauptachse des Reaktors
9: Vakuumpumpe
11: feststehender Dorn
13: Reaktorgehäuse
15: Reaktorinnenraum
17: Lager mit Vakuumdichtung
19: Rollen oder Räder
21: Antrieb
22a: Vorwärmbereich
22b: Reaktorbereich
22c: Kühlbereich
23: Lamellen
25: Durchlass der Lamellen
27: Pyrometer
29: Beschickung
31: Erzeuger für Hochfrequenzfelder
33: Förderspirale
34: Transportspindel
35: Auslass des Reaktorinnenraums
37: Auslass der Reaktoranordnung
39: Vakuumschleuse
41: Ringe
43: Wasserbad
44: Probennehmer
45: Querschnitt in Figur 2
47: Fenster
49: Achse für Rollen
53: Steuervorrichtung für Klappen
54: Auslasskanal
55: Vakuumdichtung
57: Wireless LAN
58: Entladeeinheit

Das Vorstehende soll nur die Prinzipien veranschaulichen. Da für einen Fachmann zahlreiche Abwandlungen und Änderungen naheliegen, ist es nicht erwünscht, die Erfindung auf die exakte Konstruktion und den exakten Betrieb, so wie sie gezeigt und beschrieben wurden zu beschränken. Dem gemäß können alle geeigneten Abwandlungen und Beschränkungen aufgegriffen werden, welche in den Schutzumfang der Erfindung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10225075 A1 [0009]
- DE 2152245 A [0010]
- DE 102005013701 A1 [0011]
- DE 102004050356 A1 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „A Real-time Ultrasonic Technique for Viscosity Monitoring during Polymer Processing”, AIP Conf. Proc, 7 July 2008, Volume 1027, Seiten 1217–1219 [0068]

Claims

Hermetisch abdichtbare Reaktoranordnung (1) zum Kristallisieren, Nachkondensieren oder Dekontaminieren von Polykondensaten umfassend mindestens eine Wärmequelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoranordnung (1) einen feststehenden Dorn (11) aufweist, um die das Reaktorgehäuse (13) drehbar ist.
Reaktoranordnung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktorgehäuse (13) im wesentlichen rohrförmig ist.
Reaktoranordnung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Reaktorgehäuse (13) Rollen oder Räder (19) angeordnet sind, auf denen das Reaktorgehäuse (13) statisch stabil um die Hauptrotationsachse (7) drehbar aufgehängt ist, wobei die Rotationsachsen der Rollen oder Räder (19) parallel zur Hauptrotationsachse des Reaktorgehäuse (7) ist.
Reaktoranordnung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktorgehäuse (13) zumindest teilweise doppelwandig ist.
Reaktoranordnung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktorinnenraum (15) Lamellen (23) mit jeweils mindestens einem Durchlass (25) in den Lamellen (23) an das Reaktorgehäuse (13) angeformt sind.
Reaktoranordnung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (3) mindestens ein Infrarotstrahler ist.
Reaktoranordnung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoranordnung (1) eine Förderspirale (33) am Auslass des Reaktorinnenraums (35) umfasst, die das behandelte Material in Richtung Auslass der Reaktoranordnung (37) befördert.
Reaktoranordnung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über den gesamten Umfang des Reaktorgehäuses (13) mindestens zwei überstehende Ringe (41) an das Reaktorgehäuse (13) angeformt sind.
Verwendung der Reaktoranordnung (1) gemäß Anspruch 1 zum Recycling von Polyethylenterephthalat oder zur Nachkondensierung von Polykondensaten.
Batch-Verfahren zum Nachkondensieren oder zum Aufbereiten von Polymermaterial mit der erfindungsgemäßen Reaktoranordnung 1, wobei man a) in einem ersten Schritt den rotierenden Reaktor mit Polymermaterial beschickt, so dass, insbesondere im Bereich der Lamellen 23, die gewünschten Füllstände erreicht sind, b) in einem zweiten Schritt den Reaktor aufheizt c) dabei oder spätestens ab einer Temperatur in Höhe von 200°C ein Vakuum anlegt oder den Reaktor mit Schutzgas flutet, d) in einem weiteren Schritt das Reaktorgehäuse 13 um den feststehenden Dorn 11 so lange rotiert, bis die gewünschte Zielviskosität des Polymermaterial erreicht ist, und e) in einem weiteren Schritt das Polymermaterial aus dem Reaktor entlädt.
Semi-Batch-Verfahren zum Recycling oder Nachkondensieren von Polymeren wie Polykondensaten mit der Reaktoranordnung (1) gemäß Anspruch 1, wobei man a) den unter Vakuum oder Schutzgas befindlichen Reaktor mit Polymer über den feststehenden Dorn (11) beschickt, wobei das Reaktorgehäuse (13) um den feststehenden Dorn (11) rotiert, b) das Polymer mit dem Beförderungsmittel (5) entlang der Hauptachse des Reaktors (7) in Richtung des Auslasses der Reaktoranordnung (37) befördert und währenddessen mit der Wärmequelle (3) erwärmt, c) das Polymer am Auslass des Reaktorinnenraums (35) kühlt und anschließend mit einer Förderspirale (33) in Richtung des Auslasses der Reaktoranordnung (37) befördert, und d) das Polymer am Auslass der Reaktoranordnung (37) entlädt.
Verfahren zur Erzeugung von Polykondensat mit konstanter Viskosität aus Recyclingmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass man das Erzeugnis der Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11A mit einer bestimmten Viskosität mit einem Polykondensat B mit einer höheren Viskosität mischt und dabei das Mischungsverhältnis automatisiert so anpasst, dass die Viskosität des Mischungsproduktes AB konstant bei einem gewünschten Wert zwischen den Viskositäten der beiden verschiedenen Mischungskomponenten A und B liegt, welcher durch Viskositätsmessungen vor und/oder nach dem Mischer gesteuert wird.