DE2038310C3

DE2038310C3 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung reiner und trockener Carboxymethylcellulose

Info

Publication number: DE2038310C3
Application number: DE19702038310
Authority: DE
Inventors: Teja 4000 Düsseldorf Schmidt
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1970-08-01
Filing date: 1970-08-01
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE2038310B2; DE2038310A1

Description

Die Herstellung von Carboxymethylcellulose aus Cellulose mit Natronlauge und Monochloressigsäure ist bekannt (s. Modem Chemical Process, Volume III, Reinhold Publishing Corporation, New York, 1954). Nach der Umsetzung wird dann das feuchte Produkt einem Waschvorgang mit einem Alkohol-Wasser-Gemisch, unter vorzugsweiser Verwendung von Isopropylalkohol, zur Entfernung des als Nebenprodukt entstehenden Natriumchlorids unterworfen. Das gewaschene Produkt wird üblicherweise mechanisch entfeuchtet und dann wegen des noch vorhandenen Alkoholgehaltes im Vakuum getrocknet. Verkaufsfähiges Produkt erfordert eine Herabsetzung des Wassergehaltes auf 5 bis 10%, vorzugsweise auf etwa 7 bis 8%. Alkohol soll demgegenüber im Endprodukt in einer für die Praxis wahrnehmbaren Menge nicht mehr vorhanden sein. Durch das mechanische Entfeuchten erhält nun die Carboxymethylcellulose eine unerwünscht faserige, wollige Struktur, so daß sie deshalb bekanntlich in einem anschließenden diskontinuierlichen Vakuumtrocknungsprozeß bei verhältnismäßig langer Trocknungszeit vom Restalkoholgehalt befreit werden muß. Es bedarf keiner Erörterung, daß dieses Trocknungsverfahren, welches selbstverständlich aus wirtschaftlichen Erwägungen bei nicht zu tiefen Trocknungstemperaturen durchgeführt werden muß, wegen der erheblichen Explosionsgefahr betrieblich nur schwer zu bewerkstelligen ist. Im Hinblick auf die Produktqualität ist ferner die Anwendung mechanischer Mittel zur Entfeuchtung nachteilig, weil hierdurch die Bildung eines wolligen, faserigen Produktes begünstigt wird, welches dann unter Umständen nicht mehr verkaufsfähig ist

ίο Die Aufgabe vorliegender Erfindung bestand deshalb darin, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung reiner und trockener Carboxymethylcellulose zu entwickeln, bei welchem die aufgezeigten Schwierigkeiten nicht auftreten, und welches insbesondere auch apparativ leicht beherrschbar ist.

Nun ist es andererseits aus der Destilliertechnik ferner bekannt, daß bei der offenen Alkoholdestillation der Sumpf nach dem Verdampfen eines mehr oder weniger großen Anteils des Alkohol-Wasser-Gemisches bereits keinen leichter siedenden Stoff mehr enthält (s. »Destillier- und Rektifiziertechnik« von Emil Kirschbaum, 4. Auflage, 1969, Springer Verlag, Berlin — Heidelberg—New York, S. 106). Hieraus könnte der nicht zutreffende Schluß gezogen werden, daß diese bekannte Tatsache bei der Ausdampfung eines Alkohol-Wasser-Gemisches aus Carboxymethylcellulose zu dem gleichen Ergebnis, also der restlosen Entfernung des Alkohols aus der Carboxymethylcellulose vor deren vollständiger Austrocknung, führen müsse. Die Praxis zeigt jedoch, daß die anwesende Carboxymethylcellulose die bekannten Verhältnisse bei der offenen Alkohol-Destillation verändert. Es tritt hierbei nämlich nicht eine vollständige Ausdampfung des leichter Siedenden ein, bevor alle Flüssigkeit verdampft ist. Vielmehr enthält die in der Carboxymethylcellulose bis zum Ende der Trocknung vorhandene Flüssigkeit noch einen deutlich wahrnehmbaren Alkoholanteil. Dieses Phänomen konnte bisher nicht geklärt werden.

Es wurde nun überraschend festgestellt, daß der aufgezeigte ungünstige Einfluß der Carboxymethylcellulose in bezug auf das Ausdampfen des Alkohols dann ausgeschaltet werden kann, wenn man die umgesetzte feuchte, also noch alkoholhaltige Carboxymethylcellulose vor der Trocknung zunächst mit Wasserdampf

4ϊ durchsetzt, wobei allerdings zusätzlich noch die schachtförmig auszubreitende Carboxymethylcellulose einer Druckdifferenz ausgesetzt werden muß.

Diese Wirkung ist auch deshalb übe-raschend, weil der Fachmann auf Grund der bekannt leichten

so Löslichkeit der Carboxymethylcellulose in Wasser erwarten muß, daß es bei dem Bedampfen mindestens zu einem oberflächlichen Anlösen des Produktes mit Klumpenbildung und damit zu dessen Unbrauchbarwerden kommen muß. Verkaufsfähige Ware, welche für die Herstellung von Kleister oder Leim verwendet werden soll, muß bekanntlich eine körnige Struktur aufweisen. Die Klumpenbildung von Carboxymethylcellulose bei einem Wassergehalt von mehr als 10 Gewichtsprozent konnte bisher nur dadurch verhindert werden, daß man dem Wasser noch mehr als 50 Volumprozent Alkohol beimischte.

Die Lösung der vorliegenden Aufgabe konnte deshalb in einem, im vorstehenden Anspruch 1 definierten Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung reiner und trockener Carboxymethylcellulose gefunden werden. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine in Anspruch 4 definierte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wenn man die schichtförmig ausgebreitete, noch alkoholfeuchte Carboxymethylcellulose erfindungsgemäß während einer Verweilzeit von -.veniger als 60 see einer Druckdifferenz aussetzt und gleichzeitig Wasserdampf hindurchleitet, wird der Alkohol gleichsam aus der Schicht verdrängt und die zurückbleibende Feuchtigkeit besteht ausschließlich aus Wasser. Es wurde hierbei festgestellt, daß der absolute Feuchtegehalt im Verlauf dieser Dampfbehandlung nicht konstant bleibt. Nach einem anfänglichen Abfall auf einen Minimalwert kann man dann einen Wiederanstieg beobachten. Es ist deshalb mit Rücksicht auf die später durchzuführende Trocknung zweckmäßig, das Ende der Bedampfung etwa in die Nähe des Zeitpunktes oder wenig später zu verlegen, bei welchem das Feuchteminimum erreicht wird. Es konnte festgestellt werden, daß in diesem Bereich wahrnehmbare Alkoholanteile praktisch nicht mehr feststellbar sind.

In der Praxis ist es freilich erforderlich, den geschilderten qualitativen Sachverhalt auf die tatsächlich vorliegenden Betriebsbedingungen zu übertragen. Dies geschieht durch einfache Probenahme während des Bedampfens des in bestimmter Schichtdicke ausgebreiteten Produktes und Ermittlung des Zeitpunktes, bei welchem kein Alkohol im Produkt mehr feststellbar ist. Dieser Zeitpunkt hängt selbstverständlich neben dem angelegten Druckgefälle von der Carboxymethylcellulose-Qualität, -Schichtdicke und ferner von der Spannung und der Temperatur des verwendeten Wasserdampfes ab. Es kommt hierfür aus Düsen aufzusprühender Wasserdampf von 1 bis 20 jta, vorzugsweise von 4 bis 10 ata in Betracht.

Zum Bewirken der Druckdifferenz innerhalb der Carboxymethylcellulose-Schicht wird diese einseitig einem Vakuum ausgesetzt, wodurch der Schicht eine Druckdifferenz von mindestens 50 Torr aufgeprägt wird. Die abgesaugten Dämpfe bzw. Flüssiganteile lassen sich leicht kondensieren und das dadurch gebildete Alkohcl-Wasser-Gemisch kann ohne weiteres bei der Wäsche wieder verwendet werden.

Das nunmehr nur noch wasserfeuchte Carboxymethylcellulose-Produkt läßt sich anschließend ohne Schwierigkeiten mittels Warmluft vorzugsweise bei 80 bis 120° C trocknen.

Als Reaktionsgefäß kommen bekannte Einrichtungen für Fest-flüssig-Reaktionen im kontinuierlichen Betrieb in Betracht, den mittels geeigneter, ebenfalls bekannter regelbarer Fördereinrichtung die zerkleinerte Cellulose zugeführt wird. Die in flüssiger Form vorliegenden Komponenten werden kontinuierlich mittels Dosierpumpen eingeleitet. Die fertig umgesetzte Carboxymethylcellulose wird dann in Gestalt einer Schicht auf eine als Transporteinrichtung ausgebildete Filterfläche aufgetragen. Die Filterfläche befördert die Carboxymethylcellulose-Schicht unter Dampfdüsen, aus welchen Wasserdampf auf die Schicht aufgeblasen wird. Gleichzeitig wird ferner der Raum, welcher von der der Produktschicht abgewandten Filterseite begrenzt wird, evakuiert, so daß innerhalb der Schicht das erforderliche Druckgefälle entsteht.

Wie dargelegt, wird das Druckgefälle in der Schicht von deren Dicke beeinflußt. Aus diesem Grunde sind im Einlauf zu der den Transport des feuchten Produktes bewirkenden Filterfläche an sich bekannte Mittel, beispielsweise Rakel, zur definierten Schichtdickeneinstellung vorgesehen.

Als Filter kommt ein aus porösem Material bestehendes, endloses Transportband in Betracht.

Wegen der leichten Vakuumerzeugung auf der der Produktschicht abgewandten Seite eignet sich jedoch eine Filtereinrichtung in der Art der V&kuum-Trommel-Filter besser. Letztere sind üblicherweise mit einem aus Textilmaterial bestehendem Filtertuch belegt.

Das aus der feuchten Carboxymethylcellulose ausgetriebene Alkohol-Wasser-Gemisch wird dann in einem nachgeschalteten Kondensator niedergeschlagen und kann ohne weiteres für die Wäsche wiederverwendet

in werden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Ausschaltung der sonst störend in Erscheinung tretenden Explosionsgefahr wegen der Anwesenheit von Alkoholdämpfen. Deshalb kann die Auswahl der erforderlichen Trocknungstemperatur nach den bekannten Regeln vorgenommen werden, ohne daß auf diese Gefahr Rücksicht genommen werden muß.

Ein weiterer Vorteil gegenüber der konventionellen diskontinuierlichen Fahrweise ohne Vorschaltung des erfindungsgemäßen Durchsetzens mittels Wasserdampf liegt ferner darin, daß es zum praktisch vollständigen Austreiben des Alkohols nicht mehr erforderlich ist, die Feuchtigkeit restlos zu verdampfen, ein Umstand, welcher wegen der ungünstigen Wärmeübergangsverhältnisse an die feste Carboxymethylcellulose zu einer wesentliche'! Vereinfachung des Wärmeaustausches führt. Es genügt vielmehr die Trocknung lediglich bis auf °inen Feuchiegehalt des Verkaufsproduktes von 5 bis

i'i 10%, vorzugsweise von 7 bis 8%, zu betreiben. Die Durchführung dieser begrenzten Trocknung bereitet betrieblich keinerlei Schwierigkeiten und ist kontinuierlich möglich. Schließlich entfällt auch durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die mit

J5 der mechanischen Entfeuchtung zwangläufig verbundene Bildung eines wolligen, faserigen Produktes.

Das erfindur.gsgemäße Verfahren wird in der folgenden Zeichnung beispielhaft dargestellt.

Es bedeuten:

1 Vorratslager für Cellulose

1 a Dosierschnecke für zerkleinerte Cellulose

2 Vorratsgefäß für Monochloressigsäure
2a Dosierpumpe für Monochloressigsäure

4> 3 Vorratsgefäß für Natronlauge
3a Dosierpumpe für Natronlauge

4 Vorratsgefäß für Alkohol
4a Dosierpumpe für Alkohol

5 Reaktionsgefäß

so 6 Neutralisations- und Anmaischschnecke

7 Bedämpfeinrichtung
7a Dampfdüsen

Tb Vakuum-Bandfilter
Tc Filtertuch
Td evakuierter Raum
Te Kühlmittel

8 Dosiereinrichtung zum Auftragen der Produkischicht

9 Durchlüftungstrockner

bo 10 Produktschicht, Filterkuchen

11 Kondensator

12 Vorlagebehälter

13 Vakuumpumpe

14 Flüssigkeitspumpe

Die zerkleinerte Cellulose wird mit Hilfe der Dosierschnecke la vom Vorratslager 1 zum Reaktionsgefäß 5 transportiert, wohin die übrigen flüssigen

Komponenten mittels der Dosierpumpen 2a (für Monochloressigsäure), 3a (für Natronlauge) und 4a (für Alkohol) auf den Vorratsgefäßen 2, 3 bzw. 4 gefördert werden.

Nach erfolgter Umsetzung der Cellulose zu Carboxymethylcellulose in dem Rcaktioiisgefäß 5 und anschließendem Durchlaufen der Neutralisations- und Anmaischschnecke 6 wird das entstehende Produkt auf das Filtertuch Tc des Bandfilters Tb, dessen Raum Td auf weniger als 700 Torr evakuiert wurde, aufgetragen. Die Schichtdicke des Produktes wird vor dem Einlaufen in die Bedampfeinrichtung 7 mittels Dosiereinrichtung 8 auf etwa 10 bis 20 mm einreguiieri. Aus den Düsen 7a wird während einer Verweilzeit von weniger als 60 see auf die Produktschicht bzw. den Filterkuchen 10 Wasserdampf von 1 bis 20 ata aufgeblasen, welcher die Schicht 10 durchsetzt. Der Wasserdampf verdrängt den Alkohol in dem Filterkuchen 10, dessen Feuchtegehalt etwas absinkt. Nach vollständiger Verdrängung des Alkohols und Durchlaufens der Kühlmittelzone 7e wird der Filterkuchen 10 vom Filtertuch Tc abgehoben und das Produkt nunmehr dem Durchlüftungstrockner 9 zugeführt, von welchem es auf einen Feuchtegehalt von 5 bis 10% heruntergetrocknet wird.

Das ausgetriebene Alkohol-Wasser-Gemisch wird in dem nachgeschalteten Kondensator 11 niedergeschlagen und steht dann zur Wiederverwendung als Waschflüssigkeit zur Verfugung. Der Vorlagebehälter 12 dient zusammen mit der Vakuumpumpe 13 und der Flüssigkeitspumpe 14 der Vorentwässerung des Produktes vor dessen Eintritt in die Bedampfeinrichtung 7.

Beispiel 1

Auf einem handelsüblichen Vakuumbandfilter mit 2 m² wirksamer Filterfläche wurden kontinuierlich 200 kg pro Stunde Carboxymethylcellulose durchgesetzt, welche durch Reaktion von Cellulose mit Monochloressigsäure und Natronlauge hergestellt und im Anschluß an die Reaktion zwecks Befreiung von dem als Nebenprodukt angefallenen NaCI mit einem 5O°/oigcn Isopropylalkohol-Wasser-Gemisch gewasehen wurde. Die Schichtdicke auf dem Filtertuch betrug 20 mm. Der absolute Druck an der Unterseite des Filtertuches lag zwischen 300 und 400 Torr. Die Produktschicht wurde während einer Verweilzeit von 20 see unter Düsen vorbeibewegt, aus denen Wasser-ίο dampf von 10 ata auf die Schicht strömte und anschließend auf 40'C abgekühlt. Der Alkoholanteil des flüssigen Bestandteils der feuchten Carboxymethylcellulose war vor dem Bedampfen 25%. Nach dem Bedampfen war ein Alkoholanteil praktisch nicht mehr r, festzustellen. Der Wasserdampfverbrauch betrug 1 kg pro Kilogramm Carboxymethylcellulose. Das von Alkohol befreite Produkt wurde dann in einem Durchlüftungstrockner auf den Endfeuchtegehalt von 8% heruntergetrocknet. Das gewonnene Produkt hatte eine körnige Struktur und wurde zu Kleister verarbeitet.

Beispiel 2

Auf dem gleichen Filter wie im Beispiel 1 wurden kontinuierlich 100 kg pro Stunde alkoholfeuchte Carboxymethylcellulose (30% Alkoholanteil im flüssigen Bestandteil der Carboxymethylcellulose) durchgesetzt. Die Schichtdicke war 10 mm. Der verwendete Wasserdampf hatte eine Spannung von 5 ata. Die Verweilzeit in der Bedampfungszone war 30 see. Der absolute Druck an der Unterseite des Filtertuches lag zwischen 300 und 400 Torr. Der Wasserdampfverbrauch betrug 055 kg pro Kilogramm Carboxymethylcellulose. Das Produkt wurde anschließend auf 5O⁰C abgekühlt und sodann mittels Warmluft auf einen Feuchtegehalt von 7% heruntergetrocknet. Es hatte eine körnige Struktur und wurde zu Leim verarbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung reiner und trockener Carboxymethylcellulose, ausgehend von einem Produkt, das durch Umsetzung von Cellulose mit Natronlauge und Monochloressigsäure hergestellt und mit einem Alkohol-Wasser-Gemisch gewaschen worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß man nach erfolgter Umsetzung und Wäsche die schachtförmig (Schichtdicke 5 bis 50 mm) ausgebreitete, alkoholhaltige Carboxymethylcellulose zunächst während einer Verweilzeil von weniger als 60 see mit Wasserdampf unter Aufrechterhaltung eines Druckgefälles in der Schicht von mindestens 50 Torr durchsetzt, dann das Produkt auf weniger als 100° C abkühlt und anschließend die alkoholfreie Carboxymethyicellulose mittels Warmluft bei Temperaturen von 60 bis 200° C trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man Wasserdampf mit einer Spannung von 1 bis 20 ata, vorzugsweise von 4 bis 10 ata, verwendet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke 10 bis 20 mm beträgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus Vorratsgefäßen sowie Dosiereinrichtungen für Cellulose, Monochloressigsäure, Natronlauge und Alkohol, ferner einem Reaktionsgefäß, einer Bedampfeinrichtung mit nachgeschaltetem Kondensator, Kühlmitteln, einem Trockner sowie zwischengeschaiteten Fördereinrichtungen, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Bedampfeinrichtung (7) in Form eines die miuels Düsen (7a) bedampfte, alkoholfeuchte Produk'.schicht (10) fördernden Filters (Tc), dessen der Produktschicht abguwandte Seite einen evakuierbaren Raum (7d) begrenzt, sowie durch den Konvektionstrockner (9).