DE2154422A1

DE2154422A1 -

Info

Publication number: DE2154422A1
Application number: DE19712154422
Authority: DE
Original assignee: Firestone Tire and Rubber Co
Current assignee: Bridgestone Firestone Inc
Priority date: 1970-11-27
Filing date: 1971-11-02
Publication date: 1972-06-08
Also published as: FR2116075A5; BR7107857D0; US3799235A; AU459416B2; GB1374114A; JPS5439425B1; CA994681A; DE2154422C2; ZA717109B; AU3621471A

Description

Verfahren zum Entfernen wenigstens eines Teils der flüchtigen Stoffe aus einer flüssigen Mischung.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen flüchtiger Stoffe aus einem Elastomer durch Einleiten einer unter Druck stehenden flüssigen Mischung des Elastomers und der flüchtigen Stoffe in einen länglichen Leitkanal. Ein Teil des flüchtigen Stoffes wird blitzartig in Dampf überführt, und die zurückbleibende Mischung bildet diskrete Krümel. Der Dampf und die Krümel verlassen den Leitkanal und treten in einen Behälter ein, der auf einem niedrigeren. Druck gehalten wird, und die Krümel fallen in eine Krümelsammelvorrichtung, z.B. einen Trommeltrockner oder einen Schraubenförderer. Die Krümel werden aus dem Behälter durch dampfdichte Vorrichtungen entfernt, z.B. einen abgedichteten Schraubenförderer oder Extruder. Der Dampf wird an der Oberseite des Behälters entfernt und kann kondensiert und wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden.

Die Benutzung beheizter Walzen zur Entfernung flüchtiger Stoffe aus verschiedenen Mischungen ist allgemein bekannt. Die flüssige Mischung wird dem Spalt eines Paares gegenläufig rotierender Walzen zugeführt, das Material passiert diesen Spalt und tritt in einem dünnen Film auf einer oder beiden Walzen unter dem Spalt aus. Durch Beheizung der Walzen oder des umgebenden Gases oder beides, wird die Verdampfung der flüchtigen Stoffe bewerkstelligt, und ein Film getrockneten Überrestes wird von den Walzen entfernt, falls nötig mit einem Messer.

209824/0920

Es ist bekannt, die Trocknungsrate derartiger Systeme durch teilweise Evakuierung des die Walzen umgebenden Raumes zu verbessern, um die Verdampfungsrate zu beschleunigen oder zu ermöglichen, daß die Verdampfung bei einer tieferen Temperatur stattfindet. Die Wiedergewinnung der flüchtigen Stoffe kann durch Komprimierung und Kondensierung der Dämpfe erfolgen, die aus der Trockenzone entfernt werden.

Diese Technik hat man zur Entfernung flüchtiger Stoffe aus Polymerisationsprodukten angewandt und zwar zum Trocknen und Abtrennen des polymeren Endprodukts. Aus der USA-Patentschrift 3 395 746 ist die Verwendung der beschriebenen Technik des Trennens und Wiedergewinnens beschrieben, nämlich für Polystyrol aus einer Lösung von Polystyrol in Styrol Monomer. Da Polystyrol bei erhöhten Temperaturen eine Flüssigkeit ist, kann es bei Benutzung von Zuführungstemperaturen in der Gegend von 175° C leicht behandelt werden; das Produkt tritt als Flüssigkeit aus, die leicht abgepumpt werden kann.

Die Benutzung des in der genannten Patentschrift beschriebenen Verfahrens ist beträchtlich schwieriger, falls das polymere Produkt bei geeigneten Temperaturen nicht flüssig ist. Gewisse Abwandlungen und Verbesserungen dieses Verfahrens müssen vorgenommen werden, um beispielsweise Homopolymere von Butadien oder Isopren oder Copolymere dieser Monomere hohen Molekulargewichts mit einem geringen Anteil von Styrol zu behandeln. Polymere dieses Typs sind bei den in der genannten Patentschrift angegebenen Temperaturen nicht flüssig und degradieren, wenn sie höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Man muß daher andere Verfahren ausfindig machen, um wirksam einen Trommeltrockner benutzen zu können.

Wenn man das Verfahren nach der genannten Patentschrift beispielsweise benutzen würde, um eine Mischung von Polybutadien hohen Molekulargewichts und flüchtiger Stoffe zu behandeln, so würde man eine Wolke feinster Polymerteilchen und Dampf erhalten und kein "schaumstoffartiges Seil", wie nach der genann-

209824/0920

ten Patentschrift.

Eine andere allgemein bekannte Methode des Entfernens flüchtiger Stoffe aus einer Suspension vonFeststoffen in den flüchtigen Stoffen ist das Sprühtrocknen. Die flüssige Suspension wird in eine Kammer zerstäubt, wodurch feine Partikel der Feststoffe erzeugt werden, die von den verdampften flüchtigen Stoffen getrennt sind. Falls die Partikel kohäsiv oder klebrig sind, wird ihre Sammlung und Behandlung ein schwieriges Problem. Beispielsweise würde sich eine Schicht der Partikel bald auf den Wänden der Kammer aufbauen, was ein Verfahren zur periodischen Reinigung der Wände notwendig machen würde. Zusätzlich haben Sprühtrocknungssysteme die Tendenz, daß sich die Partikel um die Sprühdüse herum aufbauen. Die Trennung der Dämpfe von den feinen Feststoffen kann auch recht schwierig sein.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben zum Entfernen vrenigstens eines Teiles der flüchtigen Stoffe aus einer flüssigen Mischung eines Elastomers und der flüchtigen Stoffe, bei dem die obenge*annten Schwierigkeiten vermieden werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung aus einer Zone, die auf einer Temperatur oberhalb des normalen Siedepunkts der flüchtigen Stoffe und unter einem Anfangsdruck gehalten wird, der wenigstens zur Erhaltung des flüssigen Zustandes der flüchtigen Stoffe ausreicht, durch wenigstens eine Öffnung in ein Ende eines länglichen Leitkanals einführt, welcher Leitkanal unter einem gegenüber dem Anfangsdruck niedrigeren Druck steht, wodurch ein Teil der flüchtigen Stoffe blitzartig in Dampf überführt wird und die restliche Mischung diskrete Krümel bildet, und zwar in einem Maße, daß in dem Leitkanal eine Dampfgeschwindigkeit von 3 bis 70 Meter pro Sekunde und eine Krümelkonzentration von 0,25 bis 25 Volumen % erzeugt wird, worauf man den so gebildeten Dampf und die Krümel aus dem gegenüberliegenden Ende des Leitkanals in ein Gefäß und in eine Krümelsammelvorrichtung innerhalb des Gefäßes leitet

209824/0920

und den Dampf und die Krümel aus dem Gefäß entfernt.

Die Krümel und der Dampf werden getrennt aus dem Gefäß entfernt. Vorzugsweise Vorrichtungen zum Sammeln der Krümel sind Schraubenförderer und Trommeltrockner, wobei die Trommeltrockner horizontal gelagerte, gegenläufig rotierende Walzen aufweisen.

Vorzugsweise betragen die Grenzen für die Dampfgeschwindigkeit 8 bis 40 Meter pro Sekunde, und die Grenzen für die Krümelkonzentration in dem Dampf 0,25 bis 6 Volumen %. Wahl-Ii weise kann der flüssigen Mischung vor dem Entweichen durch die öffnung heißer Stickstoff zugesetzt werden. Der Stickstoff sollte bei einer Temperatur von 90 bis 200° C und mit einer Rate von Null bis 0,625 Kubikmeter pro Kilogramm Elastomer zugesetzt werden, wobei das Stickstoffvolumen bei Standardtemperatur und Standarddruck (O⁰C und 760 mm Hg) berechnet ist.

Wahlweise kann auch die gleiche Menge Stickstoff gegen die Krümel in der Krümelsammelvorrichtung geblasen werden, um die Entfernung der flüchtigen Stoffe zu unterstützen.

Die Krümel können aus dem Gefäß durch geeignete Vorrichtungen . entfernt werden, z.B. durch einen abgedichteten Extruder oder " durch einen Schraubenförderer. Wenn ein Trommeltrockner benutzt wird, können die Krümel von einer oder beiden Walzen mit einem Kratzer abgekratzt werden. Die Walzen können auf eine Temperatur von 35° bis 200° C aufgeheizt werden, um die Entfernung der flüchtigen Stoffe weiterhin zu unterstützen.

Di.e Vorrichtung zur Durchführung des. Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Einlass mit mindestens einer öffnung, für die Zufuhr des Strömungsmittels. Ein länglicher Leitkanal mit einem offenen und einem geschlossenen Ende ist vorgesehen, wobei das geflossene Ende den Einlass für das Strömungsmittel enthält. Der Leitkanal hat eine minimale Querschnittsfläche von etwa der 250—fachen gesamten Öffnungsquerschnittsfläche und eine maximale Querschnittsfläche von etwa

209824/0920

der 10000-faä.en gesamten Öffnungsquerschnittsfläche. Die Länge des Leltkannals ist nicht kritisch, sollte jedoch mindestens das Zweifache seines Durchmessers betragen.

Unterhalb des offenen Endes des Leitkanals ist eine Krümelsammelvorrichtung angeordnet, und ein dampfdichtes Gefäß umgibt den Einlaß, die Krümelsamme!vorrichtung und wenigstens das offene Ende des Leitkanals.

Eine Vorrichtung zur Entfernung des Dampfes aus dem Gefäß und eine dampfdichte Vorrichtung zur Entfernung der Feststoffe aus dem Gefäß sind ebenfalls vorgesehen.

Falls ein Trommeltrockner benutzt wird, so können die Walzen, wenn erwünscht, auf eine Temperatur von 35 C bis 200 C von innen aufgeheizt werden, und die Walzen können mit vertikalen Abschlußplatten an ihren sich gegenüberliegenden Enden versehen sein, wobei die Platten lotrecht zu den Achsen der Walzen angeordnet sind. Ferner können oberhalb der Walzen und parallel zu deren Achsen von innen gekühlte, rechteckförmige Platten angeordnet sein, deren untere horizontalen Kanten gegenüber den Walzen, und deren senkrechte Kanten gegenüber den Abschlußplatten abgedichtet sind. Die.Abschlußplatten können senkrecht oder mit einem kleinen Winkel gegenüber der senkrechten Lage angeordnet sein.

Der Leitkanal kann zylinderförmig ausgebildet sein, oder er kann eine Einschnürung oder eine Versetzung aufweisen. Ferner können innen angeordnete Prallplatten vorgesehen sein.

Es können mehrere öffnungen vorgesehen sein,von denen wenig·*· stens einige wahlweise sperrbar sind. Die Sperrmittel können den öffnungen jeweils zugeordnete Ventile oder ein Schieberventil sein.

Im. Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.

209824/0920

Fig.l ist eine schematisehe Ansicht, eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig.2 ist eine scheitiätische Teilansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die Krümel durch Schraubenförderer entfernt werden.

Fig.3 und 4 zeigen sefaevaatiscn in Front™ und Seitenansicht einen Leitkanal und eine Anordnung zur Zuführung der Krümel oberhalb der Trockenwalzen.

' Fig.5 und 6 zeigen schematisch in Front- und Seitenansicht

ein gegenüber den Fig. 3 und 4 abgewandeltes Ausfüarungsbeispiel.

Fig.7 und 8 zeigen schematisch ±n Front- and Seitenansicht

ein weiteres gegenüber den Fig. 3 und 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel.

Fig. 9 zeigt in schematischer Tei.lansi.ch-t einen hin— und her— schwenkbaren Leitkanal*

Fig.10 ist eine schematische Teilansicht mehrerer öffnungen ρ innerhalb des Leitkanals.

Fig.11 ist eine schematische Seitenansicht der Trockenwalzen mit einem Schraubenförderer.

Fig.12 ist eine schematische Teilansicht einer Vorrichtung zur Einführung der Mischung in den Leitkanal.

Fig.13 ist eine schematische Ansicht eines gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung gezeigt, bei der die zu behandelnde Mischung unter Druck durch die Leitung 10 unter Steuerung durch ein

209824/0920

Ventil 11 eintritt. Die Mischung gelangt in einen Leitkanal 13, der einen engeren, konisch verlaufenden unteren Abschnitt innerhalb des Gefäßes 12 aufweist, um die Dampfgeschwindigkeit in dem Leitkanal zu erhalten und die Krümel über dieBreite der Trommeltrocknerwalzen 15 zu verteilen. Die Krümel fallen auf die Walzen 15, gelangen zwischen diese Walzen und fallen auf einen Schraubenförderer 16 und von dort auf einen Trichter eines abgedichteten Extruders 18, der die Krümel aus dem Gefäß entfernt. Dämpfe werden aus dem Gefäß 12 durch eine Leitung 19 entfernt, die ein Ventil 20 enthält; von dort gelangen sie zu einem Kompressor 21 und nach der Kompression fließen die flüchtigen Stoffe durch eine Leitung 22 in einen Kühler 23, aus dem sie entfernt werden.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlungsform der Vorrichtung nach Fig. in Teilansicht. Die Elastomerkrümel fallen von innerhalb des Gefäßes 30 angeordneten Trommeltrocknerwalzen 31 auf einen Schraubenförderer 32, der in beiden Richtungen angetrieben werden kann. In der Fig. wird der Schraubenförderer 32 in Pfieilrichtung angetrieben und trägt die Krümel durch ein in Offenstellung befindliches Klappenventil 38 in einen dampfdichten Gehäuseab^schnitt 37. Die Krümel fallen durch den Gehäuseabschnitt 37 in einen zweiten Schraubenförderer 25, der in Pfeilrichtung betrieben wird. An seinem gegenüberliegenden Ende ist der Schraubenförderer 25 durch ein Klappenventil 27 geschlossen.

An dem gegenüberliegenden Ende des Schraubenförderers 32 ist ein anderer dampfdichter Gehäuseabschnitt 33 durch ein Klappenventil 34 geschlossen. Am Boden des Gehäuseabschnitts wird ein dritter Schraubenförderer 28 in Pfeilrichtung betrieben und fördert die Krümel an einem in Offenstellung befindlichen Klappenventil 35 vorbei aus der Vorrichtung heraus. Die Förderrichtung des Schraubenförderer 32 und die Stellungen der Klappenventile 27, 34, 35 und 38 werden im Sinne einer wechselseitigen kontinuierlichen Krümelentfernung durch eine gasdichte Abdichtung gesteuert. Mit den Gehäuseabschnitten

209824/0920

■** 8 —

und 37 sind mit Ventilen versehene Vakuumleitungen 26 verbunden, um die Gehäuseabschnitte zu evakuieren; mit Ventilen versehene Leitungen 29 führen Schutzgas oder Lösungsmitteldampf zum Ausschluß von Luft in die Gehäuseabschnitte 33 und 37 ein, wenn das Vakuum zur Krümelentnahme beseitigt wird.

Die Fig. 3 und 4 zeigen in Vorder- und Seitenansicht eine Anordnung des Leitkanals. In beiden Figuren tritt die zu behandelnde Mischung durch die Leitung 41 ein und wird durch ein Ventil gesteuert. Die Mischung gelangt in den Leitkanal 43, von dort in das Gefäß 42 und fällt auf die Trommeltrocknerwalzen 44. Ob^erhalb der Walzen ist ein Paar paralleler Platten 45 angeordnet; diese Platten sind mit Abschlußplatten 49 abgedichtet verbunden, um die polymeren Krümelteilchen zu führen. Auf Wunsch können die beiden erstgenannten Platten und die Abschlußplatten von innen gekühlt werden.

Die Flg. 5 und 6 zeigen in Vorder- und Seitenansicht eine Abänderungsform des Leitkanals. Die Mischung tritt wiederum durch eine Leitung 41 unter Steuerung durch sin Ventil 40 ein. Die Mischung gelangt in einen Leitkanal 46, der eine in Fig. 6 am deutlichsten gezeigte Biegung oder Versetzung aufweist, und verläßt den Leitkanal in ein Gefäß 42. Entsprechend den Fig. 3 und 4 fallen die Krümel ebenfalls auf Trockenwalzen 44.

Die Fig. 7 und 8 zeigen in Vorder- und Seitenansicht eine weitere Abänderungsform des Leitkanals. Wiederum tritt die zu behandelnde Mischung durch eine Leitung 41 unter Steuerung eines Ventils 40 ein. Die Mischung gelangt in einen Leitkanal 47, der nahe seiner Mitte eine Einschnürung aufweist,, und gelangt aus dem Leitkanal in ein Gehäuse 42. He Krümel fallen auf Trockenwalzen 44.

Fig. 9 zeigt eine weitere Abänderungsform der Vorrichtung. Die Mischung tritt durch eine Leitung 51 unter Steuerung durch ein Ventil 50 ein. Ein hin- und herschwenkbarer Leitkanal 53 innerhalb des Gefäßes 52 verteilt die Mischung oberhalb der Walzen

209824/0920

(nicht gezeigt) in Bogenform. Eine mit Ventil versehene Leitung 54 entfernt Dämpfe nahe dem obersten T:eil des Gefäßes 52.

In Fig. 10 tritt die Mischung unter Steuerung durch ein Ventil 60 durch eine Leitung 61 in eine Sammelleitung 63 ein? Die Mischung gelangt durch mehrere kleine Ventile 64 in einen Leitkanal 62.

Fig. 11 zeigt in Endansicht eine Vorrichtung, bei der die Krümel unter den Trockenwalzen in einem Schraubenförderer gesammelt werden. Die Krümel passieren zwischen den Trockenwalzen 70 und werden von beiden Walzen oder nur von einer durch Messer 71 entfernt. Darauf fallen die Krümel in einen Trog 72 des Förderers und werden durch die Drehbewegung einer Schnecke 73 forttransportiert .

Fig. 12 zeigt eine andere Ausführungsform für das Einführen der Mischung in das Gehäuse. Die Mischung wird durch ein Ventil 80 gesteuert und tritt in eine abschlossene Kammer 82 durch eine Leitung 8l ein. Die flüssige Mischung verläßt die Kammer durch mehrere öffnungen 83 in einer Lochplatte 89, wobei einige der öffnungen durch einen Schieber 84 gesperrt werden, der in Pfeilrichtung hin- und herbewegbar ist. Die öffnungen 83 können entfernbar ausgebildet sein, sodaß durch ihren Austausch die gesamte wirksame Öffnungsquerschnittsfläche nach Wunsch verändert werden kann. Die Mischung tritt in den Leitkanal 85 ein, bildet Dampf und Krümel, und passiert durch ein Vollöffnungskugelventil 86, das in seiner Offenstellung gezeigt ist. Dampf und Krümel gelangen nach unten in ein Gefäß 87 und fallen auf nicht gezeigte Sammelvorrichtungen. Durch Schließen des Ventils 86 kann der obrere Abschnitt des Leitkanals 85 von dem Gefäß 87 abgetrennt werden. Eine mit Ventil versehene Lösungsmittelleitung 88 kann für Reinigungszwecke Lösungsmittel in die Kammer 82 einführen.

13 zeigt ein Ausfühxungsbeispiel mit einem Schraubenförde~ rer als Sammelvorrichtung. Die zu behandelnde Mischung tritt

20982A/0920

durch, ein nicht gezeigtes System von Öffnungen in den Leitkanal 90 ein und wird blitzartig in Krümel und Dampf überführt. Die in Pfeilrichtung wandernde^Krümel und der Dampf verlassen das offene Ende des Leitkanals 90, traten in das Gefäß 91 ein und fallen auf einen Schraubenförderer 94, Der Dampf wird oben am Gehäuse 91 durch Dampfleitungen 92, S3 entfernt, Der Förderer bewegt die Krümel durch einen Abschnitt 95 verringerten Querschnitts zum Ausgang 99. Ein Druckfühler 96 sendet ein dem Druck in dem Abschnitt 95 proportionales Signal zu einer Steuervorrichtung 97. Die Steuervorrichtung 97 sendet ein Signal an einen Antriebsmotor 98 variabler Geschwindigkeit, der mit dem Förderer zu dessen Antrieb verbunden ist. Wenn auf diese Weise die Geschwindigkeit des Förderers 94 automatisch eingestellt wird, so wird ein Pfropfen elastcmerer Krümel in dem Abschnitt 95 aufrecht erhalten, um den Förderer an diesem Punkt abzudichten und zu verhindern, daS Dfciipfe oder Gase in das Gehäuse 91 hinein oder aus diesem heraasgsXangen können, Falls notwendig, können die unteren Wände dee Gefäßes 91 nahe dem Förderer 94 nach außen gerichtet sein, um das Anhaften von Krümeln an den Wänden auf ein Minimum zu beschränken.

Die Mischung von Elastomer und flüchtigen Stoffen als Ausgangsmaterial in dem Verfahren nach der ERfindung ist typischarweise der Ausfluß eines Polymerisationsgefaßes; es kann jedoch auch irgendeine andere Mischung behandelt werden, von der wenigstens ein Teil der flüchtigen Stoffe entfernt werden soll. Im Normalfalle, bei dem das Ausgangsmaterial das Produkt einer Polymerisations reaktion ist, welches Produkt Lösungsmittel und/oder nichtreagierte Monomere enthält, sind in der Mischung genügend flüchtige Stoffe enthalten, um eine Lösung oder Suspension zu erzeugen, die für die Bewegung durch, eine Leitung genügend flüssig ist. Bei typischen Materialien beträgt der flüchtige Bestandteil der einkommenden Mischung gewöhnlich etwa 200 bis 600 Gewichts % des Elastomer* Anders ausgedrückt ist der Elastomer an teil einer typischsn Mischung etwa 14% bis 33 1/3%.

209824/092Q

~ 11 -

Es können auch Mischungen mit einem größeren oder kleineren Anteil an flüctfcigen Stoffen im Rahmen der Erfindung behandelt werden, die Mischung muß zur Behandlung nur genügende Strömungseigenschaften haben.

Die Temperatur der zu behandelnden Mischung sollte vorzugsweise höher als der normale Siedepunkt der flüchtigen Stoffe sein, sie ist vorzugsweise relativ hoch, da viel von der merkbaren Wärme der Mischung zur Verdampfung der fluchtigen Stoffe beim Eintreten der Mischung in den Leitkanal benötigt wird. In Abhängigkeit der Art der flüchtigen Stoffe ist eine Temperatur von 100 ° bis 200° C gewöhnlich vorteilhaft und bei den bevorzugten Verdünnungsmitteln wird eine Temperatur von 120 bis 160 C bevorzugt. Höhere Temperaturen können dem Elastomer oder Lösungsmittel schaden und die Behandlung erschweren, während Temperaturen niedriger als 100 C eine ungenügende Entfernung der flüchtigen Stoffe zur Folge haben können.

Die zu behandelnde Mischung sollte unter genügendem Druck stehen, um die flüchtigen Stoffe vor dem Passieren der Öffnung in der flüssigen Phase zu halten. Bei den empfohlenen Lösungsmitteln wird ein Druck von 5 bis 20 Atmosphären empfohlen, obwohl höhere oder tiefere Drucke benutzt werden können.

Die Art des in der Mischung enthaltenen Elastomers ist nicht besonders kritisch zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung; das Verfahren ist besonders auf die Behandlung derjenigen Elastomere ausgerichtet, die über den ganzen angewandten Temparaturbereich fest sind. Die am erfolgreichsten behandel— baren Elastomere sind Butadiene-oder Isopren- Homopolymere, Butadien— Isopren Copolymere und Copolymere von Butadien oder Isopren mit einem kleineren Anteil arptyrol. Solche Elastomere sind bei den gemäß dem Verfahren nach der Erfindung benutzten Temperaturen fest, wenn sie sie ein durchschnittliches Molekulargewicht oberhalb von etwa 100000 aufweisen.

209824/0920

Andere erfolgreich zu behandelnde Elastomere sind Naturkautschuk, Copolymere von Butadien oder Isopren mit Acrylnitril, ungesättigte Carbonsäuren und deren Ester, Vinylpyridin und andere derartige copolymerisierbare monomere Stoffe.

Falls die Mischung der Ausfluß eines Polymerisationsprozesses ist, kann der Katalysator vor der Behandlung de-aktiviert werden, oder es kann die "lebende" Polymermischung behandelt werden. Durch Ausschließen von Stoffen, die den Katalysator deaktivieren oder vergiften würden, können die flüchtigen Stoffe ungereinigt dem Polymerisationsverfahren wieder zugeführt werden.

Die normalerweise in zu behandelnden Mischungen angetroffenen flüchtigen Stoffe sind im allgemeinen ein inertes Lösungsmittel. Lösungsmittel können Kohlenwasserstoffe sein, entweder aliphatische, oder aromatische oder cycloaliphatische, die vier bis zehn Kohlenstoffatome enthalten, oder C. bis C₁₀ i^cohole, Äther, oder Amine. Am üblichsten sind gerad-oder verzweigtkettige aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Butan, Pentan, Hexan, oder Heptan. Aromaten, wie Benzol, oder Naphtalen; alkyl-substituierte Aromaten, z.B. Toluol oder Xylol; und Cycloäkane wie Cyclohexan werden auch üblicherweise als Verdünnungsmittel benutzt und können in zu behandelnden Mischungen vorhanden sein. Kommerzielle Hexane und Pentane werden am häufigsten angetroffen.

Das Elastomer kann in dem Verdünnungsmittel lediglich suspendiert sein, oder teilweise oder gänzlich in dem Verdünnungsmittel aufgelöst sein. Falls die Mischung ein Ausfluß aus einer Polymerisation ist, kann sie unreagierte Monomere und/oder Modifiziermittel enthalten. Im Falle von Polymeren von konjugierten Dienmonomeren sind manchmal Butadien-1,3 und Isopren anwesend. Wenn Ausfluß aus einer Massepolymerisation behandelt wird, müssen erhebliche Mengen unreagiertes Monomeres entfernt werden.

209824/0920

Die normalen Siedepunkte der üblichen flüchtigen Stoffe liegen in einem Bereich von -4O⁰^Ls 180° C, obwohl Stoffe mit höherem oder niedrigerem Siedepunkt mit Vorteil behandelt werden können.

Da die Mischung bei einer Anfangstemperatur oberhalb des normalen Siedepunktes der betreffenden flüchtigen Stoffe behandelt wird, muss ein oberhalb des normalen atmosphärischen Drucks liegender Anfangsdruck benutzt werden. Dieser Anfangsdruck kann nur den Bruchteil einer Atmosphäre oder so viel wie zwanzig Atmosphären oder mehr oberhalb des Atmosphärendrucks betragen.

Nach dem Verlassen der Zone höheren Anfangsdrucks gelangt die Mischung durch die Öffnung in? ein Ende des Leitkanals. Der sich an seinem gegenüberliegenden Ende in das Gefäß öffnende Leitkanal befindet sich auf einem niedrigeren Druck als der Anfangsdruck. Durch den resultierenden Druckabfall wird ein Teil der flüchtigen Stoffe blitzartig in Dampf überführt, und die zurückbleibende Mischung bildet einzelne Krümel. Durch Steuerung der Rate, mit der Dampf aus dem Gefäß entfernt wird, kann der Druck innerhalb des Gefässes auf den» gewünschten Niveau eingeregelt werden.

Dieses gewünschte Druckniveau innerhalb des Gefässes wird durch ei.neAnzahlvon Paktoren bestimmt, einschliesslieh des Siedepunkts der flüchtigen Stoffe und deren Konzentration in der Mischung, die Flussrate der strömenden Mischung, und die Temperatur der Mischung. Das gewünschte Druckniveau liegt vorzugsweise in Höhe des Atmosphärendrucks oder darunter, obwohl es zwei Atmosphären oder mehr betragen kann.

Als Ergebnis der blitzartigen Verdampfung der flüchtigen Stoffe tritt eine große Volumensteigerung ein, und die zurückbleibende Mischung bildet Krümel. Die Kombination aus Dampf

209824/0920

und Krümeln durchläuft die Länge des Leitkanals und tritt aus diesem an seinem offenen Ende aus. Innerhalb des Leitkanals muss die Volumenkonzentration der Krümel in dem Dampf und die Dampfgeschwindigkeit gesteuert werden, um das Verfahren nach der Erfindung durchführen zu können. Versuche haben gezeigt, daß, wenn die Krümelkonzentration und Dampfgeschwindigkeit innerhalb bestimmter Grenzen liegen, die Krümel zusammenbacken, wodurch die Erzeugung pulverartiger Stoffe begrenzt und das Verstopfen des Leitkanals oder das Anhaften der Krümel an dessen Wänden verhindert wird.

Es ist gelegentlich erwünscht, den Leitkanal oder das Gefäß oder beide zu isolieren oder zu ummanteln, um die Wärme zu erhalten. Eine Ummantelung oder Dampfbeheizung kann vorgesehen sein, wenn zusätzliche Wärme erforderlich istr In der Praxis hat sich eine KrumeIkonζentration von C₇25 - 25 Volumen %, vorzugsweise von 0,25 - 6 Volumen % im Dampf als günstig erwiesen. Konzentrationen unterhalb des Minimalwertes verringern den Effekt der Agglomeration und deuten im allgemeinen auf unwirtschaftlich niedrige Produktions raten hin.. Konzentrationen oberhalb der Maximalwerte zeigen eine Tendenz zum Verstopfen und eine ungenügende Entfernung der flüchtigen Stoffe.

Die Dampfgeschwindigkeiten in dem Leitkanal sollten zwischen drei und siebzig Metern pro Sekunde eingeregelt werden, vorzugsweise zwischen acht und vierzig Metern pro Sekunde. Geschwindigkeiten unterhalb der Minimalwerte sind im allgemeinen ungenügend, um das Anhaften der Krümel an den Leitkanalwänden zu verhindern, und höhere als die empfohlenen Geschwindigkeitswerte hindern die Agglomeration und verursachen ein übermässiges Herumfliegen der Krümel beim Verlassen des offenen Leitkanalendes.

Auf Wunsch kann heißer Stickstoff in die strömende Mischung unmittelbar vor der öffnung eingebracht werden. Diese Variante führt dem System zusätzliche Wärme zu und erniedrigt die Krümelkonzentration in dem Leitkanal, während die Damp fge-.

209824/0920

schwindigkeit in diesem ansteigt. Zwecks Festlegung der Geschwindigkeitsund Konzentrationsgrenzen kann der Stickstoff als Anteil des Dampfes gerechnet werden. Werte von 0 - 0,625 Kubikmeter Stickstoff pro Kilogramm Elastomer ( berechnet bei 0 C und 760 mm Hg) werden zur Benutzung empfohlen, sowie ein Temperaturbereich von 90 - 200 C. Wenn auch Stickstoff empfohlen wird, so kann doch jedes inerte Gas anstelle von Stickstoff verwendet werden unter Vermeidung von Sauerstoff oder Luft.

Der sich in dem Leitkanal bildende Dampf und die sich dort bildenden Krümel werden aus dem offenen Ende des Leitkanals in eine Krume!sammelvorrichtung geführt. Diese kann irgend eine geeignete Vorrichtung zum Abfangen der Krümel und zu deren Ansammlung zwecks bequemer Entfernung sein. Empfohlen werden Schraubenförderer und/oder Trommeltrockner. Die Krümel fallen in die Krume!sammelvorrichtung, und der Dampf wird aus dem Gefäß entfernt, das die Walzen und das offene Ende des Leitkanals umgibt. Die Dampfentfernung geschieht vorzugsweise mittels eines Kompressors, der derart betrieben werden kann, daß ein Unterdruck innerhalb des Gefässes erzeugt wird.

Wegen der in dem Leitkanal stattfindenden Agglomeration und wegen der Geschwindigkeitsverringerung beim Verlassen des Leitkanals durch. Krümel und Dampf, fallen die Krümel mit einem Minimum von Herumblasen in die Sammelvorrichtung.

Die Dampfgeschwindigkeiten innerhalb des Gefässes aber außerhalb des Leitkanals, sollten auf einem Minimum gehalten werden, vorzugsweise unter etwa 2 ■«■> 3 Meter pro Sekunde, wodurch ein Mitreissen von Krümeln bei der Dampfentfernung auf ein Minimum verringert oder gänzlich, verhindert wird. Falls gewünscht können die Krümel mittels der oben beschriebenen Anordnung von Platten in die Sammelvorrichtung geleitet werden, in Kombination mit einem Trommeltrockner oder Schraubenförderer.

209824/0920

Bei der Verwendung von Trockenwalzen, sind diese horizontal gelagert und rotieren gegenläufig; sie passieren die Krümel durch, ihren Spalt geringer Weite, vorzugsweise mit einer Weite von etwa 0,13 - 2,5 mm. Falls notwendig kann ein Kratzer zur Entfernung von an den Walzen anhaftenden Krümeln benutzt werden. Die Walzen können auf Wunsch auf eine Temperatur von 35° - 200° C aufgeheizt werden, um eine weitere Verdampfung der flüchtigen Stoffe aus den Krümeln zu erreichen. Auf Wunsch können die Walzen mit ungleichen Geschwindigkeiten rotieren, um eine knetende Wirkung zu erreichen. Eine innere Kühlung . der Abschlussplatten oder der parallelen Platten oder von bei-" den (Fig. 3 und 4) lässt einiges flüchtiges Material kondensieren, wodurch, an den Platten anhaftende Krümel heruntergewaschen werden.

Die Krümel werden anschliessend durch eine geeignete Vorrichtung aus dem Gefäss. entfernt. Hierfür kann vorzugsweise ein abgedichteter Schraubenförderer benutzt werden, der die Krümel auffängt und sie zu einem Auslass ausserhalb des Gefässes fördert. Wenn man einen im Querschnitt verengten Abschnitt im Förderer vorsieht, so dichtet ein Stopfen aus Elastomer den Förderer ab, falls eine Dichtung erwünscht ist,. z.B. wenn das Gefäss unterdruck aufweist. Verengte Abschnitte können durch Ver- ψ ringerung der Schraubensteigung im Förderer und/oder durch Vergröss-erung des Wellenwurzeldurchmessers bewirkt werden. Alternativ kann eine Klappenventilanordnung in der oben beschriebenen Weise vorgesehen werden, wodurch die Krümel kontinuierlich von alternierenden Förderabschnitten entfernt werden, ohne daß gasförmige Stoffe in das Gefäss gelangen oder aus diesem entweichen können.

Anstelle des Schraubenförderers kann auch, ein Extruder vorgesehen sein, wodurch eine gasdichte Abdichtung in gleicher Weise erzielt werden kann.

Wünscht man ein grösseres Maß an Entfernung flüchtiger Stoffe und benutzt man einen Trommeltrockner, so kann wahlweise heis-

209824/G92Q

ser Stickstoff gegen die Krümel geblasen werden, wenn diese unterhalb der Walzen austreten. Von 0 bis 0,625 Standardkubikmeter (gemessen bei 0° C und 760 mm Hg) pro Kilogramm Elastomer wird empfohlen; Stickstofftemperaturen von 90° bis 200 C werden bevorzugt. Der Stickstoff wird dann mit dem Dampf entfernt. Wenn zum Sammeln der Krümel ein Schraubenförderer benutzt wird, kann heisser Stickstoff entlang der Basis des Förderers eingeblasen werden, und durch Beheizung der Wände des Förderers und/oder dessen Schraube kann zusätzliche Verdampfung erreicht werden.

Viele alternative Massnahmen können mit Vorteil angewandt werden, und die Dimensionen sollten im Hinblick auf den gewünschten Ausstoß und das gewünschte Maß an Entfernung der flüchtigen Stoffe gewählt werden. Die gesamten flüchtigen Stoffe können entfernt werden oder nur ein Teil, wobei der Rest, falls gewünscht, durch nachfolgende Verfahrensschritte entfernt werden kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Beispiele, in denat alle Prozentwerte auf das Gewicht bezogen sind, falls nichts anderes erwähnt ist.

Beispiel I

An einer Versuchsanlage wurden eine Reihe Versuche durchgeführt, um die Betriebsbereiche für die Variablen zu bestimmen.

Eine 25% Lösung eines 80/20 Butadien/Styrol Copolymers in Hexan wurde auf 125° C aufgeheizt und unter einem Druck von etwa 11 Atmosphären gehalten. Die Mischung wurde durch ein leicht geöffnetes Absperrventil in einen zylindrischen Leitkanal geleitet, der einen Durchmesser von etwa 51 mm und eine Länge von etwa 76cm sowie eine 45 Biegung aufwies. Der Leitkanal verlief dann konisch in eine Öffnung von 15,2 χ 7,6 cm oberhalb der Trockenwalzen. Die Dämpfe und Krümel fielen auf den Trommel-

209824/0920

trockner, der zwei Walzen mit einem Durchmesser von 15,2 und einer Länge von 19,4 cm aufwies, die durch, einen Spalt von etwa 0,25 bis 0,5 m getrennt waren. Die Wände des Gefäßes und des Teils des Leitkanals außerhalb des Gefäßes waren isoliert und von Dampf umflossen, um einen Betrieb bei nahezu konstanter Temperatur zu ermöglichen und Kondensation zu verhindern.

Die Walzen waren durch Dampf auf 160° C aufgeheizt und wurden gegenläufig mit 20 Umdrehungen pro Minute rotiert. Der Raum zwischen dem die Trockenwalzen umgebenden Gefäß und dem offenen Ende des Leitkanals wurde unter einem Druck von etwa 0,17 Atmosphären und auf einer Temperatur von 50° C gehalten.

Der Hexandampf wurd entfernt und kondensiert. Die QuerSchnitts-

fläche des Absperrventils wurde zu etwa 0,02 cm errechnet,

2
diejenige des Leitkanals zu 20,2 cm und diejenige des konischen

Abschnitts zu 115 cm . Somit betrug die Querschnitts fläche des oberen Abschnitts des Leitkanals und des konischen Abschnittes etwa das lOOO-sfache bzw. das 5600-fache der Querschnitts fläche der Ventilöffnung.

In der folgenden Tabelle sind die Beobachtungen und Ergebnisse mehrerer Versuche zusammengefasst:

% Hexan im Produkt

Versuch	Zufuhrrate kg pro Stunde
1	169
2	204
3	175
4	134

27,4 27,8 18,0 15,0

Während der Versuche betrug die durchschnittliche Verweilzeit der Krümel im Gefäß etwa 16 Sekunden. Die Konzentration der Krümel im Dampf wurde zu etwa 2,8 Volumen % errechnet. Die durchschnittliche Geschwindigkeit der Mischung aus Dampf und Krümeln in dem oberen (nicht konischen) Abschnitt des Leitkanals wurde zu etwa 28 Meter pro Sekunde berechnet. Oberhalb der Walzen konnte nur ein geringfügiges Umherblasen von pulver-

artigem Material beobachtet werden, und die durchschnittliche Dampfgeschwindigkeit in dem Gehäuse (aber außerhalb des Leitkanals) betrug etwa 0,2 Meter pro Sekunde.

Beispiel ΙΓ

Der im Beispiel I benutzte Leitkanal wurde durch einen solchen mit einem Durchmesser von 2,54 cm ersetzt und das Beispiel wiederholt. Das Verhältnis der Querschnittsfläche dieses schmaleren Leitkanals zu der Querschnittsfläche der öffnung wurde zu etwa 250:1 berechnet. Eine Verengung am offenen Ende des Leitkanals reduzierte die minimale Querschnittsfläche des Leitkanals auf erheblich weniger als das 250-fache derjenigen der Öffnung.

Beim Auslassen der Strömungsmittelmischung durch die öffnung verstopfte der Leitkanal schnell und der Fluß hörte auf. Die Verengung wurde entfernt, und der Fluß begann wieder, aber die Krümelkonzentration war derart, daß die Krümel sich aneinanderlegten und den Leitkanal als porösen Strang verließen.

. Beispiel XII

Das Verfahren nach Beispiel I wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß der Leitkanal gänzlich entfernt und die Mischung ohne Begrenzung in das Gefäß eingelassen würde. Eine Wolke feiner Krümel war das Ergebnis, und die Krümel hafteten schnell an den Gefäßwänden an. Nur ein geringer Anteil der Krümel konnte durch die Trockenwalzen gegeben werden, und der Versuch wurde abgebrochen. Die Querschnittsfläche des Gefäßes wurde als mehr als das 30 000-fache der Querschnittsfläche der öffnung errechnet.

Patentansprüche: 209824/0920

Claims

Patentansprüche:

ι ΐ) Verfahren zum Entfernen wenigstens eines Teiles der flüchtigen Stoffe aus einer flüssigen Mischung eines Elasto:m>ers und der flüchtigen Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung aus einer Zone, die auf einer Temperatur oberhalb des normalen Siedepunkts der flüchtigen Stoffe und unter einem Anfangsdruck gehalten wird, der wenigstens zur Erhaltung des flüssigen Zustandes der flüchtigen Stoffe ausreicht, durch wenigstens eine öffnung in ein Ende eines länglichen Leitkanals einführt, welcher Leitkanal unter ei-

/ren

nem gegenüber dem Anfangsdruck niedrige Druck steht, wodurch ein Teil der flüchtigen Stoffe blitzartig in Dampf überführt wird und die restliche Mischung diskrete Krümel bildet, und zwar in einem Maße, daß in dem Leitkanal eine Dampfgeschwindigkeit von 3 bis 70 Meter pro Sekunde und eine Krümelkonzentration von 0,25 bis 25 Volumen % erzeugt wird, worauf man den so gebildeten Dampf und die Krümel aus dem gegenüberliegenden Ende des Leitkanals in ein Gefäß und in eine Krümelsammelvorrichtung innerhalb des Gefäßes leitet und den Dampf und die Krümel aus dem Gefäß entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümelsammelvorrichtung ein Schraubenförderer ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümelsammelvorrichtung ein Trommeltrockner ist, der horizontal gelagerte, gegenläufig rotierende Walzen aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfgeschwindigkeit 8 bis 40 Meter pro Sekunde und die Krümelkonzentration 0,25 bis 6 Volumen % beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0 bis 0,625 Kubikmeter Stickstoff von 90 bis 200° C pro Kilogramm Elastomer der flüssigen Mischung zugesetzt werden, bevor diese durch die Öffnung entweicht.

209824/0920
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn sei ohne t_p da.3 0 bis 0,625 Kubikmeter Stickstoff von 90 bis 200° C pro Kilogramm Elastomer gegen die Krümel in der Krümels amme, !vorrichtung geblasen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennsebhnet, daß die Krümel durch einen abgedichteten Schraubenförderer aus dem Gefäß entfernt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümel durch einen abgedichteten Extruder aus dem Gafäß entfernt werden.
9. Verfahren nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümel mittels eines Kratzers wenigstens von einer der Walzen abgekratzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen .
werden.

Walzen auf eine Temperatur von 35° bis 200° C aufgeheizt
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß teilweise evakuiert ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach. Anspruch 1 - 11,gekennzeichnet durch einen Einlaß mit mindestens einer öffnung, einen länglichen Leitkanal (13) mit einer minimalen Querschnittsfische von etwa der 250-fcichen gesamten Öffnungsquerschnittsfläche und einer maximalen Querschnittsfläche von etwa der 10000-fachen gesamten Öffnungsquerschnittsfläche, welcher Leitkanal (13) ein geschlossenes Ende mit dem Einlaß für das Strömungsmittel und ein offenes Ende aufweist, unter dem die Krümelsammelvorrichtung (16) angeordnet ist, ein dampfdichtes Gefäß (12) das den Einlaß, die Krume!sammelvorrichtung und wenigstens das offene Ende des Leitkanals umgibt, sowie Vorrichtungen

209824/0920

(19,20) zur Entfernung des Dampfes aus dem Gefäß, und dampfdichte Vorrichtungen (17,18) zur Entfernung der Feststoffe aus dem Gefäß.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümelsamme!vorrichtung aus wenigstens einem Schraubenförderer (16) besteht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Krümelsammelvorrichtung aus zwei gegenläufig rotierenden, zylindrischen Walzen (44) besteht.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen von innen beheizt sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß vertikale Abschlußplatten (49) an den sich gegenüberliegenden Enden der Walzen (44) lotrecht zu deren Achsen angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Walzen (44) und parallel zu deren Achsen von innen gekühlte rechteckförmige Platten (45) angeordnet sind, deren untere horizontale Kanten gegenüber den Walzen und deren senkrechte Kanten gegenüber den Abschlußplatten (49) abgedichtet sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekannzeichnet, daß der Leitkanal'zylinderförmig ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkanal (47) eine Einschnürung aufweist,
20. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkanal (46) eine Versetzung aufweist.

209824/0920
21. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkanal Prallplatten aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 12 mit mehreren öffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige Öffnungen wahlweise sperrbar sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen durch ihnen zugeordnete Ventile (64) sperrbar sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

daß die Öffnungen (83) durch ein Schieberventil (84) sperrbar sind.
25. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen entfernbar und auswechselbar ausgebildet sind.
26. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenwänden des Gefäßes und des Teiles des außerhalb des Gefäßes befindlichen Leitkanals Mittel zur Erhaltung bzw. zur Zuführung von Wärme vorgesehen sind.

20982A/0920