DE1921045A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Polymerloesungen - Google Patents

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

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Mr/ksch. 24. April 1969 Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Polymerlösungen

Für das Eindampfen von Polymerlösungen sind in der Technik verschiedene Apparate wie Fallstromverdampfer, Dünnschichtverdampfer und Eindampfschnecken beschrieben. Mit den herkömmlichen Fallstrom- und Dünnschichtverdampfern erreicht man die guten Verdampfungsleistungen jedoch nur bis zu relativ geringen Zähigkeiten der Polymerlösungen, da mit dem Ansteigen der Viskosität dieser Lösungen auch eine Verminderung des Wärmeübergangs verbunden ist. Für Dünnschichtverdampfer mit rotierenden Wischerblättern stellt der erhöhte Kraftbedarf eine Grenze für ein weiteres Einkonzentrieren der Lösungen dar. Man verwendet deshalb Schneckenapparate zum Eindampfen der hochkonzentrierten viskosen Lösungen und Isoliert in diesen Apparaten die Polymeren in Form ihrer Schmelzen. Ein Nachteil der Schnecken 1st der gegenüber Fallstrom- und Dünnschichtverdampfern wesentlich schlechtere Wärmeübergang. Deshalb benötigt man lange Verweilzeiten bei hohen Temperaturen; dies führt zu Verfärbungen der Schmelzen und oft zu Produktschädigungen.

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Es ist auch schon bekannt, Verdampfungen und Reaktionen mit Gasbildung durchzuführen, indem das Produkt unter Druck aufgeheizt und in einer Düse expandiert und anschließend in ein Verdampfungsrohr eingeführt wird, wobei das von der Düse versprühte Produkt während des Verdampfens durch Zentrifugalkräfte in gasförmige und flüssige Phasen getrennt wird und diese Trennwirkung während des VerdampfungsVorganges weiter aufrechterhalten wird, indem der Zweiphasenstrom in einem schraubenförmig gebogenen Kanal weitergeführt wird, wobei die flüssige Phase durch die mit erheblich höherer Geschwindigkeit strömende Gasphase weitergetrieben wird.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich auch Polymerlösungen in einem Verdampfungsrohr eindampfen lassen, indem erfindungsgemäß in Strömungsrichtung

a) ein Druckgefälle aufrechterhalten wird,

b) eine Zunahme der Gasgeschwindigkeit verursacht wird, und

c) die Temperatur über die Schmelztemperatur gesteigert wird.

Dieses neue Verfahren vereint die Vorteile der Eindampfung in Fallstrom- und Dünmschichtverdampfern, wie die hohe Verdampfungsleistung aufgrund hoher Wärmeübergangszahlen und die Vorteile der Schneckenverdampfer - Isolierung der Polymeren in Form der Schmelze - in sich.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatursteigerung in mehreren voneinander unabhängigen Stufen durchgeführt.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäSen Verfahrens sieht vor, daß der Querschnitt des Stromes der Polymerlösung in Strömungsriohtung zunimmt.

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Durch das anliegende Druckprofil wird im Anfangsstadium des Verdampfens der Polymerlösung ein Blasensieden vermieden. Mit dem Zäherwerden der Polymerlösung erleichtert man das Verdampfen des Lösungsmittels durch die Verminderung des Drucks. Dies erreicht man vorteilhaft durch eine konische Erweiterung des Verdampferrohres. Den gleichen Effekt bewirkt das im Verdampferrohr eingestellte Temperaturprofil. Mit dem Ansteigen der Temperatur wird ein überproportionales Ansteigen der Zähigkeit der Polymerlösung kompensiert. Dadurch hält man die hohen Wärmeübergangszahlen aufrecht. Die Temperatur wird dabei so gesteigert, daß kein Blasensieden infolge einer zu hohen Temperaturdifferenz zwischen Polymerlösung und Rohrwand eintritt.

Ein weiterer wichtiger Vorteil für dieses Verfahren ist die hohe Gasgeschwindigkeit, die man durch die Dimensionierung des Verdampferrohres und durch die Temperatur und damit über die ausgedampfte Lösungsmittelmenge vorzugsweise so beraißt, daß sie am Verdampferausgang, wenn die Polymerlösung schon hoch konzentriert ist, Schallgeschwindigkeit erreicht. Hierduroh wird die hoch konzentrierte Polymerlösung sehr stark geschert. Gegenüber der Produktscherung in Schnecken erreicht man sehr hohe Scherkräfte und damit wiederum einen guten Wärmeübergang. Die hohe Gasgeschwindigkeit bewirkt den Transport der hochviskosen Polymerlösung und der Schmelze.

Dieses Verfahren gestattet es somit, verdünnte Polymerlösungen in einer einfachen Apparatur ohne bewegte Teile vollständig einzudampfen und das einzudampfende Polymere als Schmelze zu isolieren.

Beispiel:

In einem von außen auf halber Länge mit einer Temperatur von 16O°C und 30O⁰C beheizten Rohr von 10 mm lichtem Durchmesser

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und 7000 mm Länge wird über eine Expansionsdüse eine auf 13O°C vorgewärmte und unter einem Druck von 5 atü befindliche PoIycarbonatlösung entspannt. Die Trennung des Gas- und Flüssigkeitsgemisches erfolgt in einem Zyklon, der mit einer Austragsschnecke versehen ist· Ausgehend von einer 10 j£igen Lösung (Lösungsmittelzusammensetzung: 70 Teile Methylenchlorid, 30 Teile Chlorbenzol) erhält man eine Polycarbonatschmelze (20 kg Polycarbonat/Stde.) mit einem Restlösungsmittelanteil von 1 %. Die Viskosität der Schmelze beträgt 5OOO Poise.

Eine Ausführungsform des Verfahrens und eine wesentliche Vorrichtung zeigt die beiliegende Zeichnung:

Nach diesem Verfahren wird die Polymerlösung unter einem solchen Druck vorgewärmt, der die Bildung einer Gasphase des abzudampfenden Lösungsmittels verhindert, über eine Düse 1 wird die Polymerlösung expandiert und in ein in zwei Stufen 2a und 2b unterteiltes Verdampfungsrohr eingeführt. Die einzelnen Verdampferelemente besitzen separate Heizzonen 3&> 3b. Das Verdampfungsrohr mündet tangential in einen mit Bandschnecke 4 und Förderschnecke 5 ausgestatteten Zyklon 6, aus dem die Polymerschmelze kontinuierlich ausgetragen wird. Das Gehäuse 7 der Förderschnecke 5 besitzt einen Entgasungsstutzen Θ. Die Lösungsmitteldämpfe verlassen den Zyklon 6 über einen Dampfstutzen 9 und werden im Kondensator 10 gekühlt.

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Claims (3)

1. Patentansprüche:

   X₁) Verfahren zum Eindampfen von Polymerlösungen, wobei die Polymerlösung unter Druck aufgeheizt, und über eine Düse in ein schraubförmig gewundenes Verdampfungsrohr expandiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) ein Druckgefälle aufrechterhalten wird in Strömungsrichtung,

   b) eine Zunahme der Gasgeschwindigkeit verursacht wird, und

   c) die Temperatur über die Schmelztemperatur des Polymeren gesteigert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursteigerung in mehreren voneinander unabhängigen Stufen durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Stromes der Polymerlösung in Strömungsrichtung zunimmt.

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