DE19615904C1 - Vorrichtung zur Feststoffkondensation von Polymergranulaten sowie ein Verfahren zur Feststoffkondensation von Polymergranulaten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststoffkondensation von Polymergranulaten sowie ein Verfahren zur Feststoffkondensation von Polymergranulaten.

Es ist bekannt, daß manche Polymergranulate beim Feststoffkondensieren zum Verkleben, zur Agglomeratbildung neigen, was zu großen Schwierigkeiten bei der Temperaturführung und beim Austrag aus dem Reaktor führt. Es sind eine Reihe von Lösungsvorschlägen bekannt, diese Agglomeratbildung zu vermeiden.

Das mehrfach in der Literatur empfohlene Rühren der Granulatmasse, wie es z. B. in der deutschen Patentschrift 2 918 675 beschrieben wird, führt zu Abrieb und Staub, der sowohl bei der Herstellung von Flaschenformkörpern wie auch beim Schmelzspinnen von synthetischen Filamenten immer wieder störend wirkt. Zusätzlich wird durch das Rühren die gewünschte Propfen-Strömung gestört, so daß die Verweilzeiten der einzelnen Polymergranulat-Teilchen unterschiedlich lang sind und daraus ein unterschiedliches Molekulargewicht resultiert.

Die deutsche Offenlegungsschrift 2 559 290 beschreibt ein Verfahren, bei dem Polyestergranulat bei Temperaturen zwischen 220 und 260°C kristallisiert wird, um so ein Verbacken in der anschließenden Feststoffkondensationszone zu vermeiden. Derartig hohe Kristallisationstemperaturen führen aber zu hydrolytischem Abbau des Polyesters, da die Diffusion des Wassers aus dem Polymer durch die Kristallisation deutlich verlangsamt wird. Ferner verbacken auch die so vorkristallisierten Granulate noch, zwar in einem geringeren aber noch störenden Umfang, bei der Feststoffkondensation.

Die deutsche Patentschrift 2 558 730 geht einen andersartigen Weg, dort wird die Verklebung beim Trocknen des Granulats zugelassen, der so gebildete Granulatagglomeratklotz wird schichtenweise von unten abgetragen und als wieder rieselfähiges Granulat ausgetragen. Die dazu geeignete Vorrichtung besteht aus einem einfachen stehenden zylindrischen Reaktor, der einen um seine vertikale Achse drehenden, ebenen oder konischen Anströmboden besitzt, der sich annähernd bis zur Wand des Behälters erstreckt, und bei dem der Anströmboden an seiner Oberseite Abstreifkanten aufweist und mit Austragsschlitzen versehen ist.

Voraussetzung für dieses beschriebene Verfahren ist ein fest gebackener Klotz von Granulat. Beim Anfahren des Trockners muß zuerst eine Mindestmenge von Granulat im Reaktor zusammengebacken werden, oder man beläßt beim Abstellen einen verbackten Restpfropfen im Reaktor. Dieses Verfahren eignet sich somit nicht zur Feststoffkondensation getrockneten Polyester- oder auch Polyamidgranulats, da dort keine hinreichende Verbackung mehr auftritt.

Das Verfahren nach der deutschen Patentschrift 2 558 730 ist also auf verbackende Granulate beschränkt, bzw. auf Verfahrenstemperaturen, bei denen das Verbacken auftritt, und ergibt ausgeprägte Anfahr- und Abstellverluste.

In der Zeitschrift "Hoechst Persönlich" (Nr. 5, Angabe 11/1995) wurde vorgeschlagen, die Klumpenbildung von Polyestergranulaten mittels einem in den Feststoffkondensationsreaktor vorhandenen und an der Oberfläche der Polyestergranulat-Schüttung umlaufenden Glattstreichers zu verhindern. Hierzu wurde vorgeschlagen, den Glattstreicher mit Zinken zu versehen, so daß dieser - einem Gartenrechen gleich kommend - sich bildende Agglomerate sofort zerkleinert.

Dieser mit Zinken versehene Glattstreicher benötigt eine hohe Kraftaufnahme für den Antrieb des Glattstreichers. Darüber hinaus wird durch die vorgeschlagene Geometrie keine gleichmäßige und intensive Durchmischung der Polymergranulate über den Reaktorquerschnitt gewährleistet.

Wie bereits vorstehend beschrieben, führt das Rühren der Granulatmasse zu Abrieb und Staub der beim Austrag aus dem Reaktor störend ist. Weiterhin bildet sich durch den Austrag von Polymergranulat am unteren Ende des Reaktors eine sogenannte Pfropfenströmung der Granulate aus, d. h. Granulate mit gleicher Schmelzviskosität wandern gleichmäßig als Pfropfen durch den Reaktor. Unter dem Begriff Pfropfen ist kein Agglomerat von Granulatteilchen zu verstehen, sondern vielmehr eine lose Schüttung von Granulatteilchen mit nahezu gleichem Molekulargewicht. Bei dieser Pfropfenströmung handelt es sich um ein sehr empfindliches System. Wird ein Bereich (Pfropfen) gleicher Schmelzviskosität durch einen Rührvorgang mit Granulatteilchen anderer Schmelzviskosität vermischt und wandert mit diesen anderen Pfropfen durch den Reaktor, so bilden sich Granulatteilchen mit höherer Schmelzviskosität aus. Dieses ist jedoch unerwünscht, da es bei der späteren Verwendung des Polymermaterial stört.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Agglomeratbildung von Polymergranulaten im oberen Bereich der Granulatschüttung verhindert, aber gleichzeitig die sich ausbildende Pfropfenströmung aus Polymergranulat gleicher Schmelzviskosität nicht stört.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Feststoffkondensation von Polymergranulaten aus einem senkrecht stehenden Reaktor, einer in der Längsachse des Reaktors angebrachten zentrierten drehbaren Welle, einem an dieser Welle angebrachten Glattstreicher der im wesentlichen an der Oberfläche des im Reaktor befindlichen Polymergranulatschüttgutes einwirkt und einer am unteren Ende des Reaktors befindlichen Austragsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Oberfläche des Polymergranulatschüttgutes in einem Bereich zwischen 3-10% (gerechnet von der oberen Oberfläche des Schüttgutes und bezogen auf die tatsächliche Füllhöhe des Reaktors mit Polymergranulatschüttgut) eine periodisch einwirkende Störung des Schüttgutes durch eine Rührvorrichtung erfolgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch Abb. 1 erläutert.

Das Granulat wird durch einen Stutzen in den senkrecht stehenden Reaktor (1) eingefüllt und erfüllt im stationären Zustand den Reaktorraum bis zu einem Glattstreicher (2), der auf derselben drehbaren Welle (3) sitzt, wie der Anströmboden (4) und die Austragsvorrichtung (5).

Die erwähnte Austragsvorrichtung ist in der EP-A-0,146,060 beschrieben.

Der Reaktor kann je nach Anforderung über die Außenwände gekühlt oder beheizt werden.

Über den Anströmboden (4) wird von unten her mit einem inerten Gas der Reaktorraum gespült und während der Kondensation frei gesetzte flüchtige Bestandteile aus dem Reaktor ausgetragen. Als inertes Gas wird üblicherweise Stickstoff eingesetzt.

Der vorstehend beschriebene Reaktor ist bekannt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich von den bekannten Feststoffkondensationsreaktoren durch eine unterhalb der Oberfläche der Polymergranulates einwirkende periodische Störung. Diese wirkt in einem Bereich zwischen 3 bis 10% (berechnet von der Oberfläche des Schüttgutes und bezogen auf die tatsächliche Füllhöhe des Reaktors mit Granulat-Schüttgut) ein. Vorteilhafterweise erfolgt die periodische Störung durch eine Rührvorrichtung (6) die einen geringen Strömungswiderstand aufweist, so daß der Energieeintrag durch den Rührer in das gesamte System gering bleibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist an dieser Rührvorrichtung am unteren Ende mindestens ein Rührkörper (7) angebracht, der vorteilhafterweise einen geringen Strömungswiderstand aufweist. Bevorzugt sind Rührvorrichtungen, an deren unterem Ende Rührkörper in Form von Pflugscharmischern angebracht sind, da diese einen besonders geringen Energieeintrag verursachen.

Mit Hilfe dieser periodisch einwirkenden Störung ist es möglich, gegenüber den bekannten Polyester-Feststoffkondensationsreaktoren die Raum/Zeit-Ausbeute um mehr als 10% zu steigern, ohne daß sich die Qualität des feststoffkondensierten Polyesters hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Schmelzviskosität der Polyester-Granulatteilchen signifikant verschlechtert. Aufgrund der Durchmischung findet keine Agglomerisation der Polyester-Gra­ nulatteilchen statt, so daß eine gleichmäßige Verweilzeit der Granulatteilchen erreicht und lokale Überhitzungen innerhalb der Agglomerate vermieden werden können. Eine ständige Kontamination der laufenden Produktion mit höherkondensierten Granulatteilchen wird damit ausgeschlossen.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist zur Feststoffkondensation von granulatförmigen Polymermaterialien geeignet. Bei diesen handelt es sich insbesondere um granulatförmige Polyester.

Als einzusetzende Polyestermaterialien kommen im Prinzip alle bekannten Typen in Betracht. Derartige Polyester bestehen überwiegend aus Bausteinen, die sich von aromatischen Dicarbonsäuren und von aliphatischen Diolen ableiten. Gängige aromatische Dicarbonsäurebausteine sind die zweiwertigen Reste von Benzoldicarbonsäuren, insbesondere der Terephthalsäure und der Isophthalsäure; gängige Diole haben 2 bis 4 C-Atome, wobei das Ethylenglycol besonders geeignet ist. Besonders vorteilhaft sind Granulate die aus einem Polyestermaterial bestehen, das zu mindestens 85 mol% aus Polyethylenterephthalat besteht. Die restlichen 15 mol% bauen sich dann aus Dicarbonsäureeinheiten und Glycoleinheiten auf, die als sogenannte Modifizierungsmittel wirken und die es dem Fachmann gestatten, die physikalischen und chemischen Eigenschaften gezielt zu beeinflussen. Beispiele für solche Dicarbonsäureeinheiten sind Reste der Isophthalsäure oder von aliphatischen Dicarbonsäure wie z. B. Glutarsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure; Beispiele für modifizierend wirkende Diolreste sind solche von längerkettigen Diolen, z. B. von Propandiol oder Butandiol, von Di- oder Triethylenglycol oder, sofern in geringer Menge vorhanden, von Polyglycol mit einem Molgewicht von ca. 500 bis 2000.

Besonders bevorzugt sind Polyester, die mindestens 95 mol% Polyethylenterephthalat enthalten, insbesondere solche aus unmodifiziertem Polyethylenterephthalat.

Die vorstehend eingesetzten Polyester haben üblicherweise ein Molekulargewicht entsprechend einer Lösungsviskosität in Dichloressigsäure bei 25°C (IV = intrinsic viscosity) von 0,65 bis 0,72 (dl/g) die nach abgeschlossener Feststoffkondensation zwischen 0,77 und 1,1 (dl/g) beträgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zur Feststoffkondensation von Polymergranulaten. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Feststoffkondensation von Polymergranulatteilchen umfassend die Maßnahmen:

• A) Einbringen des gegebenenfalls vorkristallisierten Polymermaterials in an sich bekannter Weise,
• B) Feststoffkondensation des granulatförmigen Polymermaterials in an sich bekannter Weise,
• C) Austragen des gemäß Maßnahme B) erhaltenen Materials mittels an sich bekannter Austragsvorrichtungen,

dadurch gekennzeichnet, daß
das granulatförmige Polymermaterial während der Feststoffkondensation (Maßnahme B) in einem Bereich zwischen 3 und 10% (gerechnet von der Oberfläche des Schüttgutes und bezogen auf die tatsächliche Füllhöhe des Reaktors mit Polymergranulatschüttgut) unterhalb der Oberfläche des Polymergranulatschüttgutes einer periodisch einwirkenden Störung durch eine Rührvorrichtung ausgesetzt wird.

Die in Maßnahme A) erwähnte Kristallisation erfolgt üblicherweise bei Temperaturen unterhalb 190°C.

Die Feststoffkondensation gemäß Maßnahme B) erfolgt üblicherweise bei Temperaturen oberhalb 200°C, vorzugsweise zwischen 200 und 250°C, in einem Inertgasstrom. Hierdurch werden die Granulatteilchen auf die zur Feststoffkondensation notwendige Temperatur erwärmt, sowie entstehende nicht erwünschte Nebenprodukte aus dem Reaktor ausgetragen.

Das Austragen der feststoffkondensierten Granulatteilchen erfolgt mittels der in EP-A-0,146,060 beschriebenen Austragsvorrichtung.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Feststoffkondensation von Polymergranulaten aus einem senkrecht stehenden Reaktor, einer in der Längsachse des Reaktors angebrachten zentrierten drehbaren Welle, einem an dieser Welle angebrachten Glattstreicher der im wesentlichen an der Oberfläche des im Reaktor befindlichen Polymergranulatschüttgutes einwirkt und einer am unteren Ende des Reaktors befindlichen Austragsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Oberfläche des Polymergranulat­ schüttgutes in einem Bereich zwischen 3-10% (gerechnet von der Oberfläche des Schüttgutes und bezogen auf die tatsächliche Füllhöhe des Reaktors mit Polymergranulatschüttgut) eine periodisch einwirkende Störung des Schüttgutes durch eine Rührvorrichtung erfolgt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die periodisch einwirkende Störung durch eine Rührvorrichtung erfolgt die unterhalb des Glattstreichers angeordnet ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Rührvorrichtung einen geringen Strömungswiderstand aufweist.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin an unteren Ende der Rührvorrichtung mindestens ein Rührkörper angebracht ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, worin die Rührkörper die Form von Pflugscharmischern haben.

6. Verfahren zur Feststoffkondensation von Polymergranulaten umfassend die Maßnahmen:

• A) Einbringen des gegebenenfalls vorkristallisierten Polymermaterials in an sich bekannter Weise,
• B) Feststoffkondensation des granulatförmigen Polymermaterials in an sich bekannter Weise,
• C) Austragen des gemäß Maßnahme B) erhaltenen Materials mittels an sich bekannter Austragsvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß

das granulatförmige Polymermaterial während der Feststoffkondensation in einem Bereich zwischen 3 und 10% (gerechnet von der Oberfläche des Schüttgutes und bezogen auf die tatsächliche Füllhöhe des Reaktors mit Polymergranulatschüttgut) unterhalb der Oberfläche des Polymergranulat­ schüttgutes einer periodisch einwirkenden Störung durch eine Rührvorrichtung ausgesetzt wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, worin die periodisch einwirkende Störung durch Rühren erfolgt.