DE1770097B2

DE1770097B2 - Verfahren zum kontinuierlichen Extrahieren von körnigen Polyamiden

Info

Publication number: DE1770097B2
Application number: DE1770097A
Authority: DE
Inventors: Herbert 6700 Ludwigshafen Hetz; Werner Dr. 6700 Ludwigshafen Hoerauf; Hermann Dr. 6719 Carlsberg Linge; Werner Dr. 6940 Weinheim Nieswandt; Hans Dr. 6710 Frankenthal Pirzer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1968-03-30
Filing date: 1968-03-30
Publication date: 1974-04-18
Also published as: BE730572A; US3639659A; GB1255552A; DE1770097A1; FR2005169A1

Description

Zur Herstellung von Formkörpern oder Fasern aus Polyamiden mit hohen mechanischen Eigenschaften ist es erforderlich, die monomeren Anteile bzw. die niedermolekularen Anteile aus dem verwendeten Polymeren zu entfernen. Es sind verschiedene Verfahren zum Extrahieren der monomeren und anderen niedermolekularen Anteile aus körnigem Polyamid mit Extraktionsmitteln bekannt. In der Technik haben sich hauptsächlich kontinuierliche Arbeitsweisen eingeführt, bei denen die Polyamid-Granulate in einer Extraktionszone, deren Längsausdehnung ein Vielfaches, beispielsweise das 40- bis 10Ofache, der Querausdehnung beträgt, mit Extraktionsmitteln, z. B. Wasser, behandelt werden. Bei diesen Verfahren durchläuft das Extraktionsmittel die Extraktionszone meist von unten nach oben. So wird z. B. am Kopf eines Extraktionsturmes eine bestimmte Menge Rohgranulat eingebracht und jeweils die gleiche Menge extrahiertes Material am Boden des Extraktionsturmes entnommen. Das als Extraktionsmittel verwendete Wasser wird .m Boden eingeführt und die monomere und niedermolekulare Anteile enthaltende Lösung am Kopf entnommen. Bei diesen Verfahren treten insofern Schwierigkeiten auf, als es schwierig ist, die im Vergleich zu Wasser spezifisch schwerere wäßrige Lösung am Kopf des Extraktionsturmes zu entnehmen und zu vermeiden, daß die Lösung in der Extraktionszone absinkt. Dies erreicht man, indem man die Strömungsgeschwindigkeit des Extraktionsmittels möglichst hoch hält. Um mit einer möglichst geringen Menge Extraktionsmittel ein Maximum an monomeren und niedermolekularen Anteilen aus den Polyamiden zu entfernen, ist es daher erforderlich, im Vergleich zu ihrem Querschnitt relativ hohe Extraktionstürme zu verwenden, was technisch aufwendig und kostspielig ist.

Bei einem anderen Verfahren wird dem Absinken der spezifisch schwereren Extraktionslösung am Kopf des Extraktionsturmes gegen den Boden hin dadurch entgegengewirkt, daß man die Zone im Kopf des Extraktionsturmes auf einer höheren Temperatur hält als am Boden. Hierdurch stellt sich ein Temperaturgefälle ein. Auch hierbei treten Schwierigkeiten auf, da wegen der relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit örtliche Überhitzungen nicht vermieden werden können.

Bei den bekannten Ausführungen der kontinuierliehen Extraktion von kömigen Polyamiden mit Extraktionsmitteln hat sich gezeigt, daß der Wirkungsgrad der Verfahren im Hinblick auf die Verweilzeit des Produktes und den Extraktionsmittelverbrauch gering ist,

Es wurde nun gefunden, daß bei einem Verfahren zum kontinuierlichem Extrahieren von monomeren und anderen niedermolekularen Anteilen aus körnigen Polyamiden durch Behandeln der Polyamide in einer Extraktionszone, deren Längsausdehnung ein Mehrfaches der Querausdehnung beträgt, mit Extraktionsmitteln, die durch die Extraktionszone von unten nach oben gefördert werden, die Schwierigkeiten der bekannten Verfahren nicht auftreten, wenn man die Extraktionsmittel im oberen Teil der Extraktionszone im Kreise bewegt.

Es zeigte sich, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer bestimmten Extraktionsmittelmenge wesentlich größere Mengen an monomeren und anderen niedermolekularen Bestandteil „-n aus einer bestimmten Menge körnigem Granulat extrahiert werden können als nach den bekannten Verfahren. Außerdem ist es nach dem erfindungsgei^äßen Verfahren relativ einfach, innerhalb des oberen Teils der Extraktionszone eine bestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten.

Durch die kräftige Bewegung des Extraktionsmittels werden Siedeverzüge vermieden, so daß in diesem Teil die Temperatur bis nahe an den Siedepunkt heraufgeführt werden kann.

Das erfi-'dungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Entfernung des monomeren Caprolactams aus körnigem Poly-f-caprolactam. Es können aber auch die "Ausgangsstoffe anderer Polyamide. z. B. Dicarbonsäuren und Diamide oder Salze hieraus, aus Polymeren entfernt werden. Die Polyamide haben zweckmäßig einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser, der im Bereich von 1 bis 4 mm liegt. Solche körnigen Polyamide werden im technischen Sprachgebrauch mitunter auch als Schnitzel oder Granulat bezeichnet. Die Polyamide, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil verwendet wird, haben im allgemeinen Molekulargewichte, die im Bereich von 10 000 bis 25 000 liegen.

Als Extraktionsmittel verwendet man zweckmäßig Wasser oder niedermolekulare Alkohole, die 1 bis 4 C-Atome enthalten. Man arbeitet vorteilhaft mit Wasser als Extraktionsmittel etwas unterhalb der Siedetemperatur. Die Extraktion wird bei Temperaturen vorgenommen, bei denen die Polvmerteilchcn nicht zusammensintern. So arbeitet man zweckmäßig in einem Bereich zwischen 60 und 16O⁰C. Selbstverständlich ist es möglich, auch bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes des Extraktionsmittels unter Normaldruck die Extraktion unter Druck vorzunehmen, so daß das Extraktionsmitlei im Extraktionsraum nicht siedet.

Die Längsausdehnung der Extraktionszone soll ein Mehrfaches der Querausdehnung betragen. Für den Fall, daß der Querschnitt ein Kreis ist, soll die Längsausdehnung das 5- bis 40fache des Durchmessers, zweckmäßig das 8- bis 20fache des Durchmessers, betragen. Das Extraktionsmittel wird von unten in die Extraktionszone eingetragen und am Kopf abgenommen. Verwendet man einen röhrenförmigen Extraktionsturm, so wird das Extraktionsmittel zweckmäßig am Boden des Turmes eingebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit beträgt im allgemeinen 3 bis 30 rmVsec.

Im oberen Teil der Extraktionszone wird das Extraktionsmittel im Kreis bewegt. Unter »oberen Teil«

ist das Volumen der Extraktionszone zu verstehen, das 5 bis 50%, vorzugsweise 15 bis 30*.ο des Gesamtvolumens der Extraktionszone beträgt. Nach dem erfindungsgernäßen Verfahren ist es möglich, die niedermolekularen Anteile enthaltenden Extraktionsmittel am Kopf des Gefäßes abzuziehen und die entnommene Lösung in einen bestimmten Teil der Extraktionszone, die unterhalb des Kopfes des Extraktionstunnes liegt, in die Extraktionszone zurückzuführen. Es ist aber auch möglich, die Lösung in der Extraktionszone an einer bestimmten Stelle zu entnehmen und sie am Kopf der Zone wieder einzubringen. Die Strömungsrichtung des im Kreislauf gefühlten Extraktionsmittcls kann also so gewählt werden, daß das Extraktionsmittel entweder von oben nach unten oder von unten nach oben in der Extraktionszone bewegt wird. Man entnimmt zweckmäßig Mengen des Extraktionsmittels, die den 20. Teil bis das 2fache der Menge der am Kopf im Kreislauf geführten Extraklionsmittelmenge betragen. Im allgemeinen wird der Umlauf des Extraktionsmittels im Hinblick auf die Menge und die Strömungsgeschwindigkeit so gewählt werden, daß ein Aufwirbeln der Schicht der körnigen Polyamide in der Extraktionszone vermieden wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat außerdem den Vorteil, daß es möglich ist, die monomere und niedermolekulare Anteile enthaltenden Extraktionsini ttel außerhalb des Turmes mittels einer Regelvorrichtung auf einer bestimmte" Temperatur zu halten. Auf diese Weise läßt sich die Temperatur im oberen Teil der Extraktionszone leicht und sicher einstellen. Es ist außerdem möglieh, die im Kreis geführten Extraktionsmittel im Bereich außerhalb des Turmes zu filtrieren, so daß feinteilige Anteile aus der Behandlungszone entfernt werden können.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dem Extraktionsmittel bekannte Zusätze, wie Reduktionsmittel oder Stabilisierungsmittel, beizumischen.

Beispiel

Im Kopf eines doppehvandigen, beheizten, zylindrischen Extraklionsgefäßes aus Edelstahl mit einem

Durchmesser von 1,2 m und einer Höhe von 12 m, das mit Wasser überschichtetem Ροΐν-ε-caprolactam-Granulat gefüllt ist,werden kontinuierlich 200kgStd. Poly-f-caprolactam-Granulat vom Teilchendurchmesser von 2,3 mm mit 13% extrahierbaren Bestand-

jo teilen aufgegeben. Am Boden wird pro Stunde die gleiche Menge entnommen, so daß die Höhe der Granulatsäule im Ertraktionsgefäß gleich bleibt. Vom Boden des Gefäßes her steigen kontinuierlich 0,2 m* vollentsalztes Wasser pro Stunde von der Tempera-

tür 83° C im Gegenstrom durch die Granulatsäule nach oben und werden am Kopf des Extraktionsgefäßes abgezogen. Gleichzeitig werden vom Kopf des Extraktionsgefäßes kontinuierlich ? nv> Extraktionswasser pro Stunde mit einer Umwälzpumpe enmommen und nach Passieren einer Filtrationsvorrichtung und eines Wärmetauschers über ein Tauchrohr, das 3 m unterhalb der Wasseroberfläche endet, wieder in das Gefäß zurückgeleitet. Mit Hilfe des Wärmetauschers wird das im Kreis geführte Extraktionswasser auf einer Temperatur von 95" C gehalten.

Man erhält nach dieser Arbeitsweise ein Granulat, dessen Restgehalt an extrahierbarem Material nach dem Trocknen unter 0.6% liegt. Das Extraktionswasser enthält 11.1% extrahierte Bestandteile.

Vergleichsversuch

Arbeitet man nach der gleichen Arbeitsweise, jedoch ohne das Extraktionswasser am Kopf des Gefäßes im Kreis zu führen, um ein Granulat mit weniser als 0,6 % extrahierbaren Anteilen zu erhalten. so~ benötigt man etwa die doppelte Menge Wasser. In diesem Fall enthält das Extraktionswasscr nur etwa 5.5% extrahierte Anteile.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum kontinuierlichen Extrahieren von monomeren und anderen niedermolekularen Anteilen aus körnigen Polyamiden durch Behandeln der Polyamide in einer Extraktionszone, deren Längsausdehnung ein Mehrfaches der Querausdehnung beträgt, mit Extraktionsmitteln, die durch die Extraktionszone von unten nach oben gefördert werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Extraktionsmittel im oberen Teil der Extraktionszone im Kreise bewegt.