DE2532264A1 - Abstreifverfahren - Google Patents

Description

9687-75/Dr.U/dr

Ü.S. Serial No. 498 201

Filed August 16, 1974

PARKSON CORPORATION Port Lauderdale, Florida /USA

"Abstreifverfahren"

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Abstreifen von Latex, und insbesondere ein neues und verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen und wirksamen Abstreifen von Latices, die gegenüber einer übermäßigen Wärmeeinwirkung und einer Bewegung empfindlich sind.

Bisher wurden Monomere aus polymeren Latices mit geringer Stabilität gewöhnlich durch Abstreifverfahren im Vakuum, bei denen Dampf eingeblasen und im Ansatzverfahren gearbeitet wurde, extrahiert. Kontinuierliche Abstreifverfahren, wie beispielsweise im Gegenstrom arbeitende Bodenkolonnen,

kontinuierlich beschickte und mit überlauf arbeitende gerührte Behälter (physikalisch ähnlich einem Chargenverfah-

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ren) und Pließabstreifer mit gekrümmtem dispersen Strömungsweg, wie sie in der US-Patentschrift 3 469 617 beschrieben worden sind, wurden bereits zur Entfernung von Monomeren aus Latices, die relativ unempfindlich gegenüber Scherbeanspruchung oder überhitzung sind, eingesetzt. Pur eine kontinuierliche Herstellung von schaumigen Latices mit niederer Stabilität nach dem Chargenverfahren, müssen eine Vielzahl von Ansatzeinheiten installiert werden, von denen jede zur Vermeidung des Schäumens mit einem vollständigen Regelungssatz versehen sein muß und es ist dabei eine sehr scharfe Beobachtung einer jeden Ansatzeinheit durch den Bedienungsmann erforderlich. Eine Koagulation führt zu Verlusten und die damit verbundenen Reinigungskosten sind für viele Latices sehr hoch.

Abstreifer mit kontinuierlichem, gekrümmtem Strömungsweg, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 469 617 beschrieben werden, wurden in weitem Umfang zum Abstreifen von Latex eingesetzt, um viele der oben geschilderten Probleme der chargenweise arbeitenden Abstreifverfahren zu überwinden. Das Verfahren der US-Patentschrift 3 469 617 behandelt nach den Gegebenheiten einen Latex unter hochturbulenten Bedingungen, wobei eine beträchtliche Scherbeanspruchung und relativ hohe Eingangsdampf-Latex*Misch^lf-Temperaturen auftreten. Diese Bedingungen erhöhen zwar die Abstreifwirk-

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samkeit, jedoch sind manche Latices zu unstabil, um nach diesem Verfahren verarbeitet zu werden. Auch kontinuierlich arbeitende Turmabstreifer sind für sehr unstabile und schäumende Latices infolge der Kaskadenarbeitsweise und der Neigung der Böden, durch Koagulat verstopft zu werden, unerwünscht, und sie neigen wegen des ansteigenden Drucks und der Temperatur vom Kopf zum Sumpf einer Kolonne dazu, eine Verdünnung des verarbeiteten Latex zu bewirken.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum kontinuierlichen Abstreifen von Monomeren aus synthetischen Polymer-Latices zu schaffen, die gegenüber Bewegung und hohen Temperaturen empfindlich sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Abstreifen durchgeführt, indem man den Latex mit Dampf in einem röhrenförmigen Kontaktgefäß, das zumindest einen Bogen mit einem Winkel von zumindest 45° besitzt, mischt, die Temperatur der Mischung am Punkt der Mischung zwischen etwa 115°P und etwa

_{n Λ} /etwa _n
180 P (46,11 C bis 82,22 C) und den Druck an diesem Punkt zwischen etwa 1,5 psia und etwa 7_S5 psia (0,11 bis 0,53 ata) hält, und die Mischung durch das röhrenförmige Kontaktgefäß in einen Separator führt, in dem ein um mindestens etwa 0,5 psi (0,035 kg/cm²) niedrigerer Druck als am Punkte der Mischung herrscht, um das verdampfte Monomere aus dem Latex

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abzutrennen.

In gewissen Ausführungsformen der Erfindung wird ein abzustreifender Latex anfänglich in den Abstreifdampf injiziert und damit in Berührung gebracht und dann im Gleichstrom mit dem Dampf durch einen Abschnitt eines nicht-erhitzten, röhrenförmigen Kontaktgefäßes geführt, aus welchem der abgestreifte Latex und ein mit Monomerem und/oder Lösungsmittel beladener Dampf einen Dampf-Flüssigkeit-Zyklonabscheider unter Vakuum betritt. Der abgestreifte oder teilweise abgestreifte Latex tritt durch den Bodenteil des Abstreifers aus und wird entweder in eine anschließende Abstreifstufe, oder in einen Vorratsbehälter, oder in eine andere Verfahrensstufe gepumpt.

Die einzige Figur der Zeichnung erläutert einen typischen Apparat für die Durchführung der Erfindung.

In der typischen Ausführungsform des Apparats zur Durchführung der Erfindung, wie er schematisch in der Zeichnung erläutert ist, wird ein Latex-Polymeres, das abzustreifendes Monomeres enthält, mit einer geregelten Geschwindigkeit mittels einer Pumpe 10 durch eine Temperaturregelung 11 zu einer Injektionsbeschickungsvorrichtung 12 geführt, die in der Nähe des einen Endes eines röhrenförmigen Kontaktge-

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fäßes 13 angeordnet ist. Der durch eine Druckregelung 14 und eine Temperaturregelung 15 angelieferte Dampf wird in der Nähe des Endes l6 des röhrenförmigen Kontaktgefäßes 13, das nahe bei der Injektionsbeschickungsvorrichtung 12 liegt, eingespeist.

Die Injektionsbeschickungsvorrichtung 12 kann so beschaffen sein, wie sie in Fig. 3 der US-Patentschrift 3 469 617 beschrieben und erläutert ist, und sie ist so angeordnet, daß sie einen Ringraum zwischen ihrer Außenoberfläche und der Innenwandung des Kontaktgefäßes 13 ausbildet, durch welchen der Dampf fließt. Eine einstellbare Ringnut 17 in der Injektionsbeschickungsvorrichtung injiziert den Latex in den Ringraum, wodurch er mit dem Dampf gemischt wird, ohne eine wesentliche Turbulenz zu erzeugen. Um ein vollständiges Abstreifen ohne überhitzen des Latex sicherzustellen, werden die Dampftemperatur und der in das Kontaktgefäß eingeführte Latex so geregelt, daß die Temperatur der Mischung am Mischpunkt zumindest 115°P (46,11°C) und nicht höher als 18O°P (82,22°C) liegt, wobei die jeweilige besondere Temperatur von den Eigenschaften des Latex und des Monomeren, als auch der baulichen Beschaffenheit des Kontaktgefäßes, abhängt. Unterhalb 115°F (46,11°C) wird das Abstreifen nicht mehr wirksam bewerkstelligt und oberhalb 180°F (82,22°C) werden wärmeempfindliche Latices abgebaut.

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Um einen ausreichenden Kontakt zwischen dem Dampf und dem Latex ohne übermäßige Bewegung sicherzustellen, ist das röhrenförmige Kontaktgefäß mit zwei aufeinanderfolgenden 90 -Krümmern versehen, die in der Zeichnung mit den Bezugsziffern 18 und 19 bezeichnet werden. Das Kontaktgefäß kann einem bereits beschriebenen, allgemein bekannten Typ angehören, beispielsweise einem aus der US-Patentschrift 2 ^87 769 bekannten, jedoch wird der Wand des Kontaktgefäßes keine Wärme zugeführt. Das röhrenförmige Kontaktgefäß kann aus irgendwelchen Materialien, wie beispielsweise aus unlegiertem Stahl, rostfreiem Stahl oder Glas sein, das eine ausreichende Festigkeit besitzt und gegenüber einer Korrosion durch Chemikalien resistent ist, und es sollte das Gesamtverhältnis von Länge zu Durchmesser des aktiven Teils des röhrenförmigen Kontaktgefäßes zumindest 20:1 betragen, und es kann bis zu 200:1 sein. Falls gewünscht, kann das röhrenförmige Kontaktgefäß lediglich einen einzigen Krümmer besitzen, und es kann der Winkel eines jeden Krümmers so niedrig wie 45 sein.

Vom Ausgangsende 20 des röhrenförmigen Kontaktgefäßes fließt die Mischung aus Dampf, Latex-Polymerem und extrahiertem Monomerem zu einem Dampf-flüssig-Separator 22 vom Zyklontyp, aus welchem die Dämpfe durch eine Leitung 23» die mit einer Druckregelungseinheit 2k versehen ist, entfernt werden.

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Palls gewünscht, kann der aus der Leitung 23 ausströmende Dampf durch eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Monomerem und Lösungsmittel hindurchgeführt werden, wobei man eine geeignete Kondensier- und Kondensatentfernungsanlage (nicht gezeigt) verwendet.

Um ein wirksames Abstreifen des Monomeren in dem Kontaktgefäß 13 ohne übermäßiges Erhitzen oder einer Turbulenz des Latex sicherzustellen, hält die Druckregelungseinheit 24 den Druck in dem Separator 22 um zumindest 0,5 psi (0,035 kg/cm ) niedriger und vorzugsweise 1 bis 7 psi

(0,07 bis 0,49 kg/cm ) niedriger als der Druck am Mischpunkt in der Nähe der Injektionsbeschickungsvorrichtung, welcher zwischen etwa 1,5 psia (0,106 ata) und etwa 7»5 psia (0,527 ata) gehalten wird. Drucke am Mischpunkt unterhalb etwa 1,5 psia (0,106 ata) beschränken ernsthaft die Durchsatzkapazität und die Wirksamkeit, während Drucke von größer als etwa 7,5 psia (0,527 ata) Abbau von wärmeempfindlichen Latices bewirken.

Für einen im wesentlichen vollständigen und wirksamen Abstreifbetrieb von gewissen Latices bei hohen Strömungsraten, wobei der Betrieb innerhalb der gewünschten Temperatur- und Druckbereiche gehalten wird, ist ein zweistufiges Abstreifverfahren wünschenswert. Für diesen Zweck wird der aus dem

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Bodenteil des Separators 22 abgezogene Latex durch eine Leitung 25 mittels einer Pumpe 26 in eine zweite Stufe geführt, die in der gleichen Weise angeordnet ist und betrieben wird, wie es für die erste Stufe beschrieben wurde. Zur bequemeren Übersicht wurden die den Elementen der ersten Stufe entsprechenden Elemente der zweiten Stufe in der Zeichnung mit gestrichenen Bezugsziffern versehen.

Die folgenden typischen Beispiele sind erläuternd für die mit dem erfxndungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile.

Beispiel 1

Ein Acry1-Polymerlatex, der annähernd 26 bis 28 % Peststoffe und annähernd 4 % Acrylnitril-Monomeres enthielt, wurde mit einer Beschickungsgeschwindigkeit von annähernd 24 000 lbs./ hr (10 896 kg/Std.) bis auf einen Spiegel von 0,4 % Acrylnitril abgestreift. Zur Erläuterung der Nachteile des Standes der Technik wurde ein Zweistufenverfahren untersucht, das in der gleichen Weise wie in der Zeichnung angeordnet war, jedoch Platten-Kontaktgefäße mit gewundenem Strömungsweg des Typs, wie er in der US-Patentschrift 3 469 617 beschrieben wurde, anstelle der röhrenförmigen Kontaktgefäße 13 und 13'* anwandte. Während diese Anordnung erfolgreich im Hinblick auf die Entfernung von Acrylnitril arbeitete, war jedoch die Rate der Bildung und Anhäufung von Polymer-

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koagulat in den Platten-Kontaktgefäßen übermäßig hoch. Diese Koagulatbildung bewirkte einen Anstieg des Druckgefälles, demzufolge ein Ansteigen der Temperatur, die ihrerseits die Koagulatbildung beschleunigte. Das Nettoergebnis war eine übermäßig erhöhte Abstellungs- und Reinigungsfrequenz.

Der gleiche Acryl-Polymerlatex wurde gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung von doppelten, parallelen, röhrenförmigen Kontaktgefäßen mit einem Durchmesser von 6 inch (15,24 cm) und einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von annähernd 25:1 in der in der Zeichnung beschriebenen Anordnung verarbeitet. Dieses System arbeitete in erfolgreicher Weise, ohne daß das Problem der Kapazitätsreduktion infolge von Koagulat-Ablagerungen und die Notwendigkeit für häufige Reinigungen auftrat. Typische Betriebsparameter für die Ausführungsform der Erfindung in einer Anordnung zur Produktion in einem technischen Maßstab sind nachfolgend angegeben:

1. Stufe 2. Stufe

Latex-Beschickungsrate,

lbs./hr. (kg/Std.) 24000 (IO896) Latex-Bes chickung

Gew.-? Gesamtfeststoffe 26

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-ΙΟ

Ι. Stufe 2. Stufe

Latex-Beschickung Gew.-2 Acrylnitril	4,	-	2	,26)	0,	8	,26)
Dampfrate, lbs./hr. (kg/Std.)	1690	o,	(767	11)	1690	(767	44)
Mischtemperatur 0P (0C)	151	(66,	89)	148	(64,	89)
Separator-Temperatur 0P (0C)	120	(48,		120	(48,
Abgestreifter Latex Gew.-i Totalfeststoffe			26,	4
Abgestreifter Latex Gew.-i Acrylnitril	8	o,	4

Die vorstehenden Daten zeigen eine vollständig annehmbare Betriebsweise dar und eine wesentliche Verbesserung über den Betrieb eines Systems, wie er in der US-Patentschrift 3 469 617 beschrieben worden ist.

Beispiel 2

Es wurde verlangt, Toluol von einer Beschickungsemulsion abzustreifen, die 15 % Toluol, 30 % Harz und 55 % Wasser enthielt. Diese Emulsion umfaßte emulgierte Teilchen von Harz-in-Toluol-Lösung in einer kontinuierlichen Wasserphase, Die rasche Entfernung von Toluol ließ eine Harz-in-Wasser-

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Emulsion zurück, die sehr schäumte und überaus empfindlich gegenüber Temperatur- und Scherkoagulation war. Um die Nachteile des Standes der Technik zu erläutern, wurde ein Versuch unter Verwendung eines Platten-Kontaktgefäßes des Typs, wie er in der US-Patentschrift 3 469 617 in einem Einstufenverfahren beschrieben worden ist, durchgeführt. Die Ergebnisse von einem 45-Minuten Versuch sind nachstehend angegeben:

Startversuch Endversuch

Emulsionsbeschxckungsrate,

lbs./hr. (kg/Std.) 81 (36,77) 81 (36,77)

Beschickung Gew.-5& Toluol 14,3 14,3

Beschickung Gew.-Ϊ Harzfeststoffe 27,8 27,8

Abstreifdampf-Rate lbs./hr. (kg/Std.)

Mischtemperatur, ⁰P (⁰C) Separator-Druck, mm Hg Produkt Gew.-? Toluol Lbs. Dampf/lbs. Harz

(kg Dampf/kg Harz) 1,9 1,7

44	(19	,98)	41	(18,	61)
162	(72	,22)	172	(77,	78)
116			125
0,52			1,4

Während dieses kurzen Versuches bildete sich ein Koagulat

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und lagerte sich in dem Platten-Kontaktgefäß in einer unannehmbar hohen Rate ab, bewirkte einen Anstieg des Mischdrucks und der Temperatur und führte zu einer Abstellung. Die Platten wurden geöffnet und es wurde gefunden, daß sie stark verschmutzt waren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein röhrenförmiges Kontaktgefäß mit einem Durchmesser von 1 1/2 inch (3,81 cm) und einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 28:1, das zwei 45°-Krümmer enthielt, zusammengesetzt. Wenn man die gleiche Emulsion in dieses röhrenförmige Kontaktsystem einspeiste, arbeitete es erfolgreich 5 Stunden lang, ohne daß nach dieser Zeit irgendein Anzeichen für eine ernsthafte Ablagerung von Koagulat gegeben war. Typische Versuchsdaten, die während dieses Zweistufenversuches gewonnen wurden, sind nachstehend angegeben:

1. Stufe 2. Stufe

Emulsionsbeschickungsrate,

lbs./hr. (kg/Std.) . 245 (111,23) 211 (95,79)

Beschickung Gew.-% Toluol 14,1 2,2

Beschickung Gew.-SS Harzfeststoffe 26,6 27,8

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1. Stufe

2. Stufe

Abstreifdampf-Rate, lbs./hr. (kg/Std.) Mischtemperatur, ⁰P (⁰C) Abscheiderdruck, mm Hg Produkt Gew.-? Toluol

Lbs. Dampf/Ib. Harz (kg Dampf/kg Harz)

62 (28,15) 51 (23,15)

135 (57,22) 136 (57,78)

118 115

2,3 0,5

1,9

0,93

Die vorstehenden Ergebnisse zeigten eine vollständig annehmbare Arbeitsweise und einen ausgeprägten Vorteil gegenüber dem Verfahren der US-Patentschrift 3 469 617.

Die Erfindung ist insbesondere wirksam für das Abstreifen von Beschickungsemulsionen, in welchen die abzustreifenden flüchtigen Stoffe (Monomere oder Lösungsmittel) hauptsächlich in der wässerigen Phase, entweder gelöst oder dispergiert, zugegen sind, aus der sie dann rasch entfernt werden können. Ein derartiges Beispiel ist Acrylnitril, das wasserlöslich ist. Im Falle des Beispiels 2, ist das Toluol nicht wasserlöslich; jedoch wirkt es wegen seiner hohen Konzentration in ähnlicher Weise wie ein dispergiertes freies Lösungsmittel (in der Wasserphase).

Versuche, die Erfindung zum Abstreifen von Monomeren oder Lösungsmitteln einzusetzen, die sehr eng an den Latex gebunden sind, waren soweit nicht erfolgreich. Beispielsweise wurde das Abstreifen von Styrol aus carboxylierten Styrol-Butadien-Latices nicht erreicht, offensichtlich deswegen, weil das Styrol hauptsächlich im Innern der Polymerteilchen enthalten ist und unter den Versuchsbedingungen nicht leicht heraus in die Wasserphase diffundieren kann. Die Ergebnisse waren so, daß die Styrolentfernung schlecht war, und daß ein starkes Schäumen erfolgte, wahrscheinlich deswegen, weil das Styrol aus dem Polymeren diffundierte und verdampfte, wenn der Latex aus dem Kontaktgefäß in den Separator strömte.

Aus dem Vorstehenden ist es ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung ein kontinuierliches Abstreifverfahren von hoher Kapazität schafft, das ohne Schäumen, mit niedrigem Verfahr ens-Holdup , guter Regelung arbeitet, und das eine relativ geringe Anlagengröße erfordert, und gleichzeitig die relativ rasche Verstopfung durch Koagulat und eine notwendige Reinigung vermeidet, wie sie nach dem Verfahren der US-Patentschrift 3 469 617 in der Praxis zu erwarten ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen und typische Beispiele beschrieben worden ist, können jedoch vom Fachmann viele Modi-

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fikationen und Variationen durchgeführt werden. Alle derartigen Variationen und Modifikationen werden jedoch vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfaßt.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Abstreifen eines flüchtigen Bestandteils aus einer Mischung, enthaltend ein Latex-Polymeres, das empfindlich gegen Scherung und hohe Temperatur ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung mit Dampf innerhalb eines röhrenförmigen Kontaktgefäßes mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von zumindest 20:1 in Berührung bringt, die Temperatur am Punkt des Kontaktes zwischen etwa 115°P (46,11°C) und etwa 18O°F (82,22°C) hält, den Druck am Punkt des Kontaktes zwischen etwa 1,5 psia und etwa 7,5 psia (0,11 bis etwa 0,53 ata) hält, die Dampf-Latex-Mischung durch zumindest einen Krümmer mit einem Winkel von zumindest 45 innerhalb des Kontaktgefäßes und in einen Dampf-flüssig-Abscheider führt, und den Druck in dem Dampf-flüssig-Abscheider auf einen Wert von zumindest 0,5 psi (0,035 kg/cm ) niedriger als den am Punkt des Kontaktes des Latex und des Dampfes innerhalb des röhrenförmigen Kontaktgefäßes hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Druck in dem Separator um einen Wert von zwischen 1 und 7 psi (0,07 bis 0,49 kg/cnr) niedriger als der Druck am Punkt des Kontaktes in dem Kontaktgefäß gehalten wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man die Dampf-Latex-Mischung innerhalb des röhrenförmigen Kontaktgefäßes durch zumindest einen Krümmer mit einem Winkel von etwa 90° führt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man die Dampf-Latex-Mischung innerhalb des röhrenförmigen Kontaktgefäßes durch zumindest zwei Krümmer hindurchführt, von denen jeder einen Winkel von zumindest 90 aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es die Stufen des In-Berührung-bringens von aus dem Separator entfernten Latex mit Dampf in einem zweiten röhrenförmigen Kontaktgefäß, mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von zumindest 20:1, das Aufrechterhalten der Temperatur am Punkt des Kontaktes in dem zweiten röhrenförmigen Kontaktgefäß zwischen etwa 115°P und etwa 180⁰F (46,11 bis etwa 82,22°C), das Aufrechterhalten des Druckes am Punkt des In-Berührung-bringens in dem zweiten röhrenförmigen Kontaktgefäß zwischen etwa 1,5 psia und etwa 7₉5 psia (0,11 bis etwa 0,53 ata), das Leiten der Dampf-Flüssigkeit-Mischung durch zumindest eine Krümmung innerhalb des zweiten röhrenförmigen Kontaktgefäßes mit einem Winkel von zumindest 45° und in einen

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zweiten Dampf-Flüssigkeit-Separator und das Aufrechterhalten des Druckes in dem zweiten Dampf-Flüssigkeit-Separator auf einem Wert von zumindest 0,5 psi (0,035 kg/cm ) niedriger als der Druck am Punkt des Kontaktes des Latex und des Dampfes innerhalb des zweiten röhrenförmigen Kontaktgefäßes, umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Druck in dem zweiten Abscheider auf einem Wert gehalten wird, der zwischen 1 und 7 psi (0,07 bis 0,49 kg/cm ) niedriger als der Druck am Punkt des Kontaktes mit dem zweiten röhrenförmigen Kontaktgefäß liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß man die Dampf-Latex-Mischung durch zumindest einen Krümmer innerhalb des zweiten röhrenförmigen Kontaktgefäßes führt, der einen Winkel von zumindest 90° aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß man die Dampf-Latex-Mischung durch zumindest zwei Krümmer innerhalb des zweiten röhrenförmigen Kontaktgefäßes führt, von denen jeder einen Winkel von zumindest 90 aufweist.

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