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Verdampfungsverfahren Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Verdampfen schäumbarer, viskoser Lösungen, speziell zur Verbesserung
der Verdampfungsfähigkeit von Polymerisat-Lösungen.
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Bei der Herstellung von Polymerisaten in Lassen und Lösungspolymerisation
oder durch andere übliche Verfahren, bleiben dem Polymerisatprodukt beträchtliche
engen Anfangsmaterialien, wie nicht umgesetztes Monomer oder Lösungsmittel, zugemischt
oder werden darin mitgenommen. Wie dem Fachmann bekannt, ist diese Verschmutzung
des Polymerisats aufgrund der ungünstigen Wirkungen auf die Polymerisat-Eigenschaften
unerwünscht. Ein bekanntes Verfahren zur Trennung des Polymerisats von solchen Flüssigkeits-
oder Gasgemischen ist die Verdampfung derselben.
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Das Gemisch wird erhitzt und in eine Niederdruckkammer geführt, um
eine Funkenverdampfung des Lösungsmittels und anderer flüchtiger Partikel durchzuführen,
welche ein Aufschäumen der Mischung bewirken. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht
jedoch darin, daß das Aufschaumen weniger gründlich als wünschenswert ist, und daß
beträchtliche flüchtige Partikel in den Schaum mitgenommen werden und in dem Produkt
verbleiben, so daß eine weitere Bearbeitung, einschließlich des Aussetzen des Produktes
zu mechanischen Schub- und Druckkräften, erforderlich ist, um die Unreinheiten auf
ein annehmbares Minimum herabzusetzen, d,h, ein Produkt von 98 % Feststoffen und
mehr zu erzeugen. Je höher der Prozentsatz des Feststoffgehaltes der Ausgangslösung
ist, je schwieriger wird es, die verbleibenden flüchtigen Bestandteile zu verdampfen.
Ein Verfahren zur Verbesserung
der Verdampfungsfähigkeit schwimmbarer
viskoser Lösungen, speziell von Lösungen hohen (über 95 dOigen) Feststoffgehaltes
war bisher nicht bekannt. Nun wurde ein Verfahren entdeckt, um die Verdampfungen
von schäumbaren viskosen Lösungen, speziell von Polymerisatlösungen, zu verbessern.
Der Lösung wird ein Mittel zugefügt, welches sie bei einer bestimmten Temperatur
schäumbarer macht und die Verdampfungsfähigkeit erhöht, und mit welchem die größtmögliche
Flüssigkeits-Dampf-Beriihrungsfläche erhalten wird. Ausgangslösungen mit hohem Feststoffgehalt,
z.B. 95 % Peststoffen oder mehr, werden leicht zu noch höherem Feststoffgehalt,
z.B. 99 % Feststoffen oder mehr, verdampft.
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Im allgemeinen besteht das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur
Verbesserung der Verdampfungsfähigkeit viskoser Lösungen darin, ein Schäumungsmittel
in die Lösung zu spritzen, bevor sie in eine Verdampiungszone eintritt.
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Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird es der zu verarbeitenden
Lösung ermöglicht, aufzuschäumen, oder sie wird sorgfältiger aufgeschäumt, wenn
sie in eine Verdampfungszone zum Ablassen höchst wirksamen Dampf es geführt wird.
Das Schäumungsmittel bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hat zweifache
Wirkung. Das Mittel verbessert das Aufschäumen der zu verarbeitenden Lösung, um
eine offene Zellenstruktur mit sehr grossem Oberflächenbereich vorzusehen, so daß
die flüchtigen Verunreinigungen leicht entweichen können. Desweiteren kann das mit
tel teilweise als Druckverminderer wirken, indem es teilweise den Druck der flüchtigen
Partikel herabsetzt und ein freieres Entweichen ermöglicht, d.h. eine Treibkraft
aut die flüchtigen Partikel ausübt, die stärker ist als die sich in dem Schaum befindliche
Lösung. Der Teilaruck des Lösungsmittels kann so auf 0,1 mm una niedriger herabgesetzt
werden, wodurch eine leichte Entfernung des Lösungsmittels, speziell aus den Polymerisat-Lösungen
mit hohem Feststoffgehalts z.B. 98 ffi Beststoffen,
in Fällen ermöglicht
wird, in denen die Lösungsmittelentfernung in erhöhtem Maße schwierig wird. Um die
Schaumstrukturbilaung einzuleiten oder zu verbessern; wid ein etwa lösliches Gas,
verdampfbare Flüssigkeit einschließlich Wasser, oder ein chemisches Mittel, welches
sich in den verdampfbaren Produkten zersetzen kann, in die Lösung, vorzugsweise
unter Druck, eingespritzt. Die Lösung wird dann gemischt und erhitzt und in eine
Verdampfungszone, gewöhnlich eine Unterdruckzone, geführt, wo die Äufsciiäumung
und Verdampfung der flüchtigen Partikel stattfindet. Die Zone kann eine Kammer mit
einem Auslaßventil in deren unteren Teil sein. Die Kammer kann desweiteren ein oder
mehrere Getriebe oder Schrauben aufweisen, um eine mechanische Schub- unQ Druckkraft
auf die Lösung zur weiteren Verdampfung auszuüben, bevor das Lösungsprodukt aus
der Kammer gepumpt wird.
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Obwohl das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf jede schäumbare,
viskose Lösung angewendet werden kann; wird es speziell auf Flüssigkelts- oder Gas-Polymerisat-Mischungen
angewendet. Die zu verarbeitende Polymerisat-BEschung kann praktisch aus jedem Polymer}sat-WIaterial,
wie z.B. Polystyrol, Polyolefinen, wie Polyäthylen und Polypropylen, Phenoxyoder
Vinyl-Polymerisaten oder Copolymerisaten daraus zusammengesetzt sein, wobei die
Mischung in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z.B.
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seinem Monomer oder'inerten organischen Flüssigkeiten, wie Benzol,
Toluol, Heptan oaer Aceton, aiifgelöst wird.
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Obwohl das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist,
die Verdampfung verschiedener Konzentrationen viskoser Lösungen zu verbessern, ist
es besonders für Polymerisat-Lösungen mit 95 Gew.dá und mehr Polymerisat geeignet.
Und besonaers bevorzugt wird das Verfahren gemaß der vorliegenden Erfindung für
konzentrierte Polymerisat-Lösungen mit 98 Gew.- und mehr Polymerisat. Die oben genannten
Prozentsätze betreffen ausschließlich die Nenge des zugesetzten Schäumungsmittels.
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Das verwendete Schäumungsmittel kann ein Inertgas, wie z.B.
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Nitrogen, Kohlendioxyd, Argon und dergl. sein, ferner eine verdampfende
Flüssigkeit einschließlich Wasser, ein O-Xylylen, Äthylenbenzol, Heptan und dergl.
oder ein chemisches Mittel, wie z.B. Dichlormethan, Toluol, Athylenbenzol und dergl.,
und auch solche chemische Mittel, welche sich in flüchtigen Produkten zersetzen
können. Wasser ist das bevorzugte Schäumungsmittel für Vinylpolymerisat-Lösungen,
Polystyrol-Lösungen und Polyolefin-Lösungen einschließlich Polyäthylen-Copolymerisat-Lösungen.
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Die Menge des verwendeten Lösungsmittels ändert sich mit der Art der
zu verdampfenden Polymerisat-Lösung und des speziell gewählten Lösungsmittels. Wasser
wird in vorteilhafter Weise als Lösungsmittel für Polystyrol-Lösungen in dem Bereich
von 0,1 bis 10,0 Gew.- der Polymerisat-Lösung verwendet, wobei 0,1 bis 2,0 % bevorzugt
sind. Wasser ist ebenfalls für andere Polymerisat-Lösungen, einschließlich der oben
genannten, im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% geeignet. Nitrogen wird in einer Menge
von 0,1 bis 5 Vol.-% in Polymerisat-Lösungen verwendet.
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Und chemische Mittel, wie z.B. Benzol, werden in einer Menge von 1,0
bis 10 Gew.-% der verwendeten Polymerisat-Lösung verwendet.
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Im allgemeinen kann gesagt werden, daß nur zuwachsende Mengen des
gewählten Zusatzmittels erforderlich sind. Wenn jedoch Wasser das Zusatzmittel ist,
erscheinen zwei getrennte Wirkungen bei der Verdampfung, welche davon abhängen,
ob das Wasser in kleinen oder relativ großen Mengen zugesetzt wird. Wird wenig Wasser
zugesetzt, so besteht der Gewinn hauptsächlich darin, daß die Schäumungsfähigkeit
der Lösung gesteigert und auf diese Weise eine große, freigelegte Oberfläche geschaffen
wird. Andererseits haben größere Wassermengen eine Dampfdestillationswirkung,
um
die Temperatur zu erniedrigenmd die Verdampfungsfähigkeit (wenn man die verwendeten
Relativbeträge verwendet) leicht zu steigern.
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Die Flüssigkeits- oder Gasmischung wird zu der Verdampfungszone bei
einer Temperatur geführt, welche ausreicht, um eine starke Verdampfung der Mischung
zu bewirken, wenn die zugeführte Mischung in die Niederdruckzone eintritt, wobei
die Temperatur jedoch unter derjenigen liegt, bei welcher die speziellen Lösungskomponenten
degradiert ouer sonstwie ungünstig beeinflußt werden. Die Lösung kann unter einem
Druck gehalten werden, der hoch genug ist, um ein Kochen derselben in den Zufuhrleitungen
z.B. durch Drosselventile zu vermeiden, welche in den Leitungen, angrenzend an die
Verdampfungszone oder -kammer, befestigt sind. Es kann jedoch, wenn gewünsu3Wt,
auch ein Kochen in den Zufuhrleitungen stattfinden. Vorzugsweise wird aber Druck
in den Zufuhrleitungen aufrechterhalten, so daß im wesentlichen kein Kochen stattfendet,
bis die Lösung in die Verdampfungszone eintritt. Zum Beispiel kann die zu konzentrierende
Lösung durch mechanische Behandlung erhitzt werden, z.B. in einer hShlvorrichtung
mit zwei Schrauben oder durch Führung derselben durch einen Wärmeaustauscher, wo
sie zu einer Kochtemperatur erhitzt und als Schaummasse in die Verdampfungszone
oder -kammer abgelassen wird, welche gewöhnlich unter vermindertem Druck betrieben
wird. Die Dämpfe aus der hereinkommenden Kochösung, zu denen weitere, durch Zünaung
und Schäumung der Lösung erzeugte Dämpfe treten, führen dann zu einem Dampfabzug
in der Kammer.
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Obwohl der Druck in der Verdampfungszone in Abhängigkeit der speziellen
Lösungsmittel ouer den anderen zu verdampenden flüchtigen Bestandteilen variiert,
wurde gefunden, daß Drücke im Bereich von 1 bis 760 mm Hg geeignet sind, wobei das
niedrigere Ende des Bereiches, speziell von 1 bis 300 mm Hg bevorzugt wird.
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Wie angedeutet, können gemäß der vorliegenden Erfindung in zweckmäßiger
Weise übliche Vakuumpumpen oder geeignete Dvakuierungseinrichtungen z.B. mit der
Verdampfungskammer mittels des oben beschriebenen Dampfzuges verbunden sein. Ein
Konuensator kann mit der Vakuumpumpe verbunden sein, z.B. um die abgezogenen flüchtigen
Bestandteile zurückzugewinnen. Wird jedoch eine niedrig siedende Lösung in die Kammer
z.B. bei hoher Temperatur und Druck geführt, sind Evakuiereinrichtungen gemäß den
Erfordernissen des Verfahrens entsprechend unnötig.
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Das folgende Beispiel soll die Erfindung veranschaulichen, jedoch
nicht beschränken.
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Beispiel I Die folgenden, in der Tabelle angegebenen Vorgänge wurden
durchgeführt, -indem Wasser als Schäumungsmittel und eine Polymerisat-Lösung in
Einem Mischbehälter gemischt wurde und indem dann die erhitzte Mischung zur Schaumbildung
und Verdampfung in eine Kammer verminderten Druckes gepumpt wurde. Die verdampfte
Polyo merisat-Lösung wurde im unteren Teil der Kammer abgelassen.
Tabelle
Produkt Menge des Tempe- Druck im Verdamp- Feststoff Feststoff Produkt Schäumungs-
ratur Mischer fungszone % % Geschwindigmittels Zufuhr Druck zugeführte Produkt keit
pro Gew.% °C psig mm Hg Lösung Stunde Polystyrol 0 225 190 24 97,10 98,50 190 Polystyrol
0,9 199 180 100 99,26 99,915 315 Polystyrol 1,9 187 410 27 99,18 99,958 322 Polystyrol
1,4 179 240 26 96,20 99,924 180 Äthylen-Acrylsäure Copolymerisat 0 200 400 50 99,35
99,74 200 Äthylen-Acrylsäure Copolymerisat 1,0 200 500 120 99,76 99,92 200 Athylen-Acrylsäure
Copolymerisat 2,0 200 450 55 99,76 99,95 200 Äthylen-Acrylsäure Copolymerisat 3,2
200 410 120 99,35 99,87 223
Die Verbesserung der Verdampfungsfähigkeit
der oben genannten Lösungen bei Zusatz eines Schäumungsmittels ist ersichtlich aus
der Steigerung des Prozentsatzes der Feststoffe in dem Produkt gemäß Tabelle.