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Verfahren zur Kristallisation von amorphem
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Kunststoffgranulat Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kristallisation
von amorphem Kunststoffgranulat mit Hilfe von heißen Gasen mit Temperaturen von
140 bis 2500 im Aufstrom.
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Ein modernes Verfahren zur Kunststoffgranulierung ist die Unterwassergranulation,
beispielsweise nach der DT-AS 1 230 965. Es ist erforderlich, die amorphen Granulatkörner,
die je nach ihrer Herstellung zylinderförmige, würfelförmige oder andere Formen
aufweisen können, zu trocknen oder wenigstens vorzutrocknen. Für viele Zwecke ist
es zwingend, daß das getrocknete oder vorgetrocknete Produkt riesel- und lagerfähig
ist, ehe es einer weiteren Verarbeitung zugeführt wird. Das plastische und amorphe
Kunststoffgranulat wird durch Wärmebehandlung dabei teilweise oder vollständig kristallisiert.
Vor oder während der Umwandlung in den kristallinen Zustand neigen allerdings alle
Kunststoffe mehr oder weniger stark zum Kleben und zur Agglometation. Stoffe, die
sehr stark zum Kleben
und zur Agglomeration neigen, sind insbesondere
polare Kunststoffe, z.B. Polyester, Copolyester oder Polyamide, die als Ausgangsmaterialien
üfr die Erzeugung von F.unststoffäden weitverbreitet Anwendung finden.
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Diese Klebeeigenschaften führen in den Apparaturen bei der Behandlung
, d.h. dem Trocknen, Vortrocknen und Kristallisieren zu solchen Zusammenballungen
und Anbackungen, daß dadurch die Arbeitsweise der Apparate gestört wird, Leitungen
verstopfen und unangenehme Reinigungsarbeiten und Betriebsunterbrechungen in Kauf
genommen werden müssen.
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Nach der DD-AS 1 454 843 ist es bekannt, amorphes Kunststoffgranulat
aus Polyäthylenterephthalat durch heftiges Bewegen und Behandeln mit heißen inerten
Gasen vorzukristallisieren und dann zu trocknen. Dabei erfolgt die Vorkristallisation
innerhalb einer Granulatschicht, die zumindestens 50 off/0 schon vorkristallisierte
Körner enthält und mittels eines inerten Gases mit einer Temperatur über 11000 im
gegenüber dem ruhenden Zustand mindestens die doppelte Schichthöhe aufweisenden
fluidisierten Zustand gehalten wird ( US-PS 3 305 532; GB-PS 955 447 ).
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Nachteilig ist hier, daß mindestens 50 V3 vorkristallisiertes Material
verwendet werden muß, so daß das fluidisierte Bett entsprechend höher belastet wird.
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Außerdem ist dazu eine hohe Luftgeschwindigkeit notwendig, wenn man
die Betthöhe auf die doppelte Schichthöhe des ruhenden Bettes anheben will.
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Es ist weiterhin bekannt, die Agglomerierung oder das Kleben der Granulate
dadurch zu vermeiden, indem man amorphe Polyesterteilchen mit heißem Wasser oder
Wasserdampf vorkristallisiert und das dabei teilweise oder vollstandig in die kristalline
Form übergegangene Polyesterteilchen bei erhöhter Temperatur in einer solchen Vorrichtung
trocknet; in der die Teilchen relativ zueinander
sich nicht oder
nur wenig bewegen. (DT-AS 1 294 019).
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Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß das Material bei der Prozeßführung
noch Feuchtigkeit aufnehmen kann, die yor der Weiterverarbeitung entfernt werden
muß.
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Nach einem anderen Verfahren wird das Granulat in einem rostlosen
Wirbeltrockner über dic klebrige und plastische Phase hinaus dadurch getrocknet,
daß man die Luftgeschwindigkeit im Trockner so hoch hält, daß die Einzelteilchen
kaum in 3rührung miteinander kommen und bei gelegentlichen Berührungen infolge der
schnellen Eigenbewegung keine Agglomeration stattfindet. Das Gut wird anschließend
in einem Schachttrockner fertiggetrocknet (DT-AS 1 182 153).
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Nachteilig ist hier die hohe rocknungsluftgeschwindigkeit, die entsprechende
Gebläse und einen relativ großen apparativen Aufwand erfordert.
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Es gibt auch Verfahren in Verbindung mit einem Schachttrockner, beispielsweise
das Finothermverfahren der Firma BURGI ( LURGI Schnellinformation T 1021/1.72 )
sowie ein Verfahren nach D-OS 2 053 876.
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Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie entweder vorkristallisierte
Teilchen benötigen oder mit hohen Luftgeschwindigkeiten arbeiten und ein sehr lockeres
Fließbett aufrechterhalten müssen nahe einer pneumatischen Förderung, um die Berührungswahrscheinlichkeit
der leilchen zu vermindern. Sie hüben den Nachteil, daß sie relativ große Apparaturen
erfordern oder einen hohen
Luftdurchsatz benötigen. Es lassen sich
trotzdem Zusammenbackungen niemals vollstandig vermeiden, was zu Betriebestörungen
führt und die Qualität der Produkte vermindert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu übervJinden
und ein verbessertes Verfahren zu finden, das mit geringem Luftaufwand in kurzer
und gleichmässiger Verweilzeit ein teilweise oder vollständig kristallisiertes Produkt
erzeugt, welches gut lager- und rieselfähig ist und für eine Weiterverarbeitung,
insbesondere für stark klebende polare I&=nststoffe geeignet ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäS dadurch gelöst, daß man das zu kristallisierende
Gut im ruhenden Zustand in einer Schichthöhe von weniger als 600 mm mit dem heißen
Gas im Aufstrom mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 90 % der zum Aufwirbeln des
Gutes mini. erforderlichen Gasgeschwindigkeit durchströmt daß man das Gut rührt,
wenn die Gastemperatur unmittelbar oberhalb des Gutes einen Wert erreicht hat, der
20°C oder weniger unter der Gaseintrittstemperatur liegt, daß man die Rührzeit auf
unter 10 min bemißt und daß man anschließend das kristallisierte granulierte Gut
austrägt und gegebenenfalls nachtrocknet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung behandelt man das zu krjstallisiertende
Gut in einer Schichthöhe von weniger als 300 mm mit dem heißen Gas.
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Bevorzugt erhöht man die Gasgeschwindigkeit während des Rührens auf
80 bis 90 00 der zum Aufwirbeln des Gutes mindestens- erforderlichen Gasgeschwindigkeit.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung steuert man den Rührbeginn
durch Messen der Gastemperatur unmittelbar oberhalb des Gutes.
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Zweckmäßig führt man das heiße Gas im Kreislauf, wobei man es gegebenenfalls
zwischenerhitzL.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung führt man das Gas
aus der Nachtrocknung, gegebenenfalls nach Zwischenerhitzung zurück und setzt es
zum Kristallisieren des Gutes ganz oder Teilweise ein.
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Es hat sich als vcrteilhaft erwissen, daß man das zu kristallisierende
Gut über den gesamten Querschnitt der Schicht rührt und den Abstand der durchrührten
Schicht vom Anströmboden größer als die maximale Abmessung des einzelnen zu kristallisierenden
Granulat-Teilchens, jedoch nicht größer als der zehnfache, vorzugsweise fünffache
Wert der Abmessung des Granulat-Teilchens, bemißt.
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Vorteilhaft ist dabei, daß man im oberen Drittel der Schichthöhe das
zu kristallisierende Gut zusätzlich rührt, vorzugsweise im entgegengesetzten Drehsinn
und gegebenenfalls mit einer anderen Drehzahl.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn man das Rühren im oberen Drittel
der Schichthöhe vor dem Rühren im unteren Teil beginnt.
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Das kristallisierte granulierte Endprodukt trägt man zwackmäßig während
des Rührens aus.
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Es ist weiter vorteilhaft, das zu kristallisierende Gut mit einem
in axialer Richtung bewegbaren Rührer zu rühren.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß man
das kristallisierte granulierte Endprodukt über eine im Anströmboden angeordnete,
mit Öffnungen versehene Platte oder ein Sieb austrägt.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann man das Rühren vorteilhafterweise
durch Einbau von Rechen oder sonstigen Schikanen in den Behälter unterstützen.
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Im Rahmen der Erfindung setzt man als zu kristallisierendes Gut Polyester,
vorzugsweise auf Basis Polyäthylenterephthalat ein, wobei man als zu kristallisierendes
Gut bevorzugt ein solches einsetzt, das durch Unterwassergranulieriuig hergestellt
worden ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß es gelingt, mit geringen Gas- bzw. Luftaufwand amorphes Kunststoffgranulat in
den kristallisierten Zustand zu überführen. Das nach der Erfindung hergestellte
kristallisierte Granulat ist rieselfähig und, da es nicht zum Zusammenbacken neigt,
sehr lagerstabil.
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Das Verfahren ist einfach, lässt sich ohne größeren apparativen Aufwand
durchführen und ist deshalb sehr wirtschaftlich.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in folgendem
näher beschrieben.
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Es zeigen Fig.1 eine schematische und beispielahafte Darstellung des
erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt
aus Figur 1 mit Anströmboden und Lochplatte in Aufsicht.
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In den Zeichnungen bedeuten: 1 Kristallisator, 2 Behälter, 3 gelochter
Anströmboden, 4 Luftkammer, 5 verschließLare Behälteröffnung, 6 Rührwerk, 7 Kunststoffgranulat,
8 Thermometer, 9 Austrag Endprodukt, 10 Zwischenüberhitzer, 11 weiterer Rührer,
12, 12' Schikanen oder Rechen, 13 Öffnungen des Anströmbodens 3 und 14 Öffnungen
der verschließbaren Öffnung J des Anströmbodens 3, Arbeitsweise nach Erfindung.
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Zur Durchführung der Erfindung wird zunächst eine bestimmte Menge
amorphes Kunststoffgranulat in einen Behälter 2 gefüllt, dessen Anströmboden 3 mit
oeffnungen 13 für einen Gasstrom versehen ist. Dis Schicht höhe des Granulats im
Behälter beträgt nach dem Einfüllen weniger als 600 mm, vorzugsweise weniger als
300 mm, und ist damit so gering, daß bei der Kristallisation während des plastischen
Zustands durch das Eigengewicht des Granulats keine oder nur geringe Deformation
der Granulatkörner erfolgt. Ein Zusammenkleben des Materials wird dadurch in Grenzen
gehalten. Die Kristallisation des Kunststoffes wird dadurch erzielt, daß man durch
den gelochten Behälterboden (Anströmboden) 3 einen Gasstrom mit einer Temperatur
von 140 bis 2500C vorzugsweise von 150 bis 2000C leitet. Die Gasgeschwindigkeit
beträgt dabei 50 bis 90 % der zur Aufwirbelung mindestens notwendigen Geschwindigkeit.
Bei einer GröBe des Kunststoffgranulats 7 von etwa 3 bis 4 mm Kantenlänge ist die
erforderliche
Gasgeschwindigkeit 1,0 bis 1,8 m/sec, bezogen auf den freien Querschnitt des Behälters.
Die Kristallisation ist dann beendet, wenn im Austritt des Gasstromes, der zum Aufheizen
des Granulats benutzt wird, eine Temperatur gemessen wird, die 200 C oder weniger
unter der Gaseintrittstemperatur liegt.
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Dsr Behälter 2 ist mit einem langsam laufenden Rührwerk 6 ausgestattet,
das aber erst dann gestartet wird, nachdem die Kristallisation beendet ist. Durch
das Rühren wird die geringfügige Verklebung der Granulatkörner beseitigt und das
Material liegt in einer rieselfähigen Form vor. Nach einer kurzen Rührzeit von weniger
als 10 min wird das kristallisierte Material durch eine Behälteröffnung 5, die während
des Kristallisierens und Rührens geschlossen bleib, ausgetragen. Das ausgetragene
Kunststoffgranulat kann in einer weiteren Vorrichtung getrocknet oder weiterverarbeitet,
sowie vor einer Weiterverarbeitung gelagert werden, ohne daß die durch die erfindungsgemäße
Behandlung erworbene Rieselfähigkeit verlorsn geht.
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'A'usfü'hrungsbeispi~sl Der Kristallisator 1, in dem die Versuche
durchgeführt werden, besteht aus einem zylinderfBrmigen Behälter 2 von 500 mm Durchmesser,
der unten einen gelochten Anstrdmboden 3 und die dazugehörige Luftkammer 4 für die
HeiBluft enthält. Der Anströmboden 3 ist mit einer varschlieBbarsn 8ffnung 5 von
100 mm Durchmesser zur Entleerung des kristallisierten Granulats versehen. Außerdem
enthält der Kristallisator 1 ein Rührwerk 6* dessen Rührarme den gesamten Ouerschnitt
überstreichen
und dessen Drehzahl auf 24 min eingestellt ist.
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In diesen Kristallisator 1 werden bei stehendem Rührer 44 kg Polyestergranulat
(7) von 3 bis 4 mm Korngröße eingefüllt, das durch Unterwassergranulierung hergestellt:
worden war. Die eingefüllte Granulatmenge ergibt eine Füllhöhe von 300 mm. Bereits
vor und während des Einfüllens des Granulats wird der Behälter mit einem Luftstrom
von 1500 c durchströmt. Die Luftgeschwindigkeit beträgt 1,5 m/s, bezogen auf den
Querschnitt des leeren Kristallisators 1.
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Während des Versuchs wird oberhalb der Granulatschicht ständig die
Lufttemperatur gemessen. Folgende Werte werden registriert: Zeit nach Einfüllen
des Granulats Temperatur Minuten OC 0 150 1 69 2 52 3 43 4 43 5 51 6 62 7 73 8 89
9 109 10 134 11 153 12 164 13 165 14 164 15 158 16 155 17 153 18 152 19 151 20 150
25 150 Zehn Minuten nach Einfüllen des Granulats ist die Kristallisation q der oberen
Granulatschicht beendet.
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nach 14 Minuten wird das Rührwerk 6 gestartet.
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20 Minuten nach Einfüllen des Granulats wird die Behälteröffnung 5
geöffnet und das Granulat ausgstragen. 25 Minuten nach Beginn des Versuchs ist der
Austrag beendet und der Kristallisator 1 für einen neuen Kristallisationszyklus
bereit.
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Das nach der Kristallisation zunächst verklebte Granulat wird durch
das Rührwerk 6 zum größten Teil wieder in einzelne Granulatkörner überführt. Einige
wenige Granulatkörner kleben weiterhin zusammen, behindern aber weder den Austrag
des Granulats aus dem Kristallisator 1 noch die Rieselfähigkeit des Materials in
den nachgeschalteten Stufen zur Weiterverarbeitung.
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In einem Vergleichsversuch mit bereits kristallisiertem Granulat vom
gleichen Material und gleicher Korngröße wurde festgestellt, daß dieses bei einer
Luftgeschwindigkeit von 2,2 m/s zu wirbeln beginnt.
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L e e r s e i t e