DE2842868C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstrippsäule zur Entfernung von Monomeren aus Polymerisationsmischungen mit einem oberen Ab­ schnitt, mit einem mittleren Abschnitt und mit einem unteren Abschnitt, übereinander angeordneten Plattenanordnungen im mittleren Abschnitt, wobei die Plattenanordnungen koaxial zur Längsachse der Säule angeordnet sind, mit einer Vakuumein­ richtung zur Entfernung von Gas aus dem und mit einer Ein­ richtung zur Zuführung der zu behandelnden Beschickung in den oberen Abschnitt, mit einer Einrichtung zur Entfernung der be­ handelten Beschickung aus dem unteren Abschnitt und mit einer Zuführleitung und Verteilungsleitungen für ein Behandlungs­ gas, sowie ein Verfahren zum Entfernen von Monomeren aus Polymerisationsmischungen.

Seit vielen Jahren wird Wasserdampf dazu verwendet, niedrig­ siedende Monomere von Polymerisationsemulsionen, -suspensionen, und -dispersionen abzutrennen; die bekannten Methoden sind jedoch sehr zeitraubend, wenn das ganze Monomere aus der Polymerisationsaufschlämmung entfernt werden soll, wobei in den meisten Fällen eine teilweise Zersetzung des Polymeren die Folge ist. Insbesondere dann, wenn das Monomere karzino­ gen ist und die Menge an Monomerem, die in der Emulsion, Suspension oder Dispersion zurückbleiben darf, extrem niedrig ist, und zwar in der Größenordnung von weniger als 100 Teile pro Million (ppm) und vorzugsweise 20 ppm liegt, ist eine zeitraubende Abtrennung erforderlich.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Wasserdampfdestillation ist aus der DE-PS 4 83 756 bekannt. Die Beschickung erfolgt dort durch ein Rohr, das koaxial zu den und durch die Platten­ anordnungen gerichtet ist. Damit ist eine gleichmäßige Ver­ teilung der Beschickung auf den Plattenanordnungen nicht gewährleistet, was sich im Wirkungsgrad niederschlägt. Bei dieser Vorrichtung können Schwierigkeiten auftreten, wenn beispielsweise ein im wesentlichen kristalliner Strom aus PVC durch das Mittelrohr geleitet wird.

Aus der DE-OS 20 37 237 ist eine Vorrichtung zur destillativen Flüssigkeitstrennung bekannt, bei welcher die Beschickung auf Behandlungsböden aufgegeben wird, die aus spiralförmigen Leitblechen und konischen Bodenblechen mit unten liegendem Scheitelpunkt bestehen. Es können dort leicht Verstopfungen der Behandlungsböden auftreten, was eine Reinigung der Säule erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstripp­ säule derart auszugestalten, daß bei großem Wirkungsgrad ein störungsfreier Betrieb möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Plattenanordnung aus einer oberen, konischen Platte mit oben liegendem Scheitel besteht, daß die obere Platte in an sich bekannter Weise über eine Stützeinrichtung von einer unteren, kegelstumpfförmigen Platte mit untenliegender zentraler Durchgangsöffnung beabstandet und jede obere Platte mit ihrem Rand in Abstand zu der Innenwandung der Säule und jede untere Platte gegenüber der Innenwandung der Säule abgedichtet angeordnet ist, und daß die Beschickungsleitung auf den Scheitel der oberen Platte der obersten Platten­ anordnung gerichtet ist.

Die Erfindung ausgestaltende Merkmale sowie Merkmale des Ver­ fahrens zum Entfernen von Monomeren aus Polymerisations­ mischungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung sowie die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht durch eine vertikale Abstrippsäule,

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht durch die konische Plattenanordnung der Säule,

Fig. 3 eine detailliertere Ansicht, teilweise im Schnitt, des unteren Teils der Säule von Fig. 1,

Fig. 4 eine Detailansicht der Säule, welche den Beschic­ kungsaufschlämmungsmechanismus in bezug auf jede Plattenanordnung zeigt,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des oberen Teils der Säule, die den Dampfabtrennabschnitt erläutert,

Fig. 6 eine detailliertere Ansicht des in der Säule einge­ setzten Zerstäubungs- bzw. Verteilungssystems.

Die Fig. 1 zeigt die längliche zylindrische Säule 10, die auf einer Unterlage 11 ruht und eine Leitung 12 zum Einfüh­ ren der Aufschlämmung in die Säule und eine Dampfabzugslei­ tung 13 aufweist. Eine Reihe von Plattenanordnungen 14, die übereinander in der Säule angeordnet sind, steuert das Flie­ ßen der Aufschlämmungsbeschickung nach unten durch den Turm und steuert ferner das Fließen des Wasserdampfs und Dampfs in Aufwärtsrichtung in dem Turm. In dem Boden des Turms un­ mittelbar unterhalb der letzten konischen Plattenanordnung befindet sich eine Wasserdampfverteilungseinrichtung 15, die näher aus Fig. 6 hervorgeht. Gemäß Fig. 1 sind weitere Wasserdampfverteilungseinrichtungen 16, 17 und 18 unterhalb der konischen Plattenanordnung in den Zwischenabschnitten 19, 20 und dem oberen Abschnitt 21 der Säule angeordnet, um einen gleichmäßigen Temperaturgradienten in der Säule aufrechtzuerhalten.

Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Plattenanordnung aus einer oberen Konusplatte 22 und einer konischen Bodenplatte oder unteren Platte 23 besteht, wobei die konische Boden­ platte 23 dicht gegen die Seitenwände 24 der Säule abgedichtet ist. Beispielsweise kann ein Dichtungsmaterial 25, das aus Teflon® oder Viton® bestehen kann, zwischen dem Konus und der Seitenwand verwendet werden, um den äußeren Umfang der konischen Bodenplatte gegenüber der Seitenwand der Säu­ le abzudichten und als Ausdehnungsverbindung zu dienen. Es ist auch möglich, zylindrische vertikale Einsatzabschnitte zwischen den Platten zu verwenden, so daß die Bodenplatte sandwichartig zwischen die zylindrischen Abschnitte angeord­ net wird und eine Abdichtung gebildet wird. Der untere koni­ sche Abschnitt des Bodenkonus ist entfernt worden, um ei­ ne Öffnung durch den Bodenkonusabschnitt, der im wesentlichen innerhalb des Mittelteils des Konus vorgesehen ist, freizu­ geben. Diese Öffnung ist in ihrer Größe derartig bemessen, daß das Beschickungsmaterial von dem oberen Teil der koni­ schen Bodenplatte nach unten zu dem Oberteil der konischen Bodenplatte fließen kann, die sich unterhalb dieser konischen Bodenplatte befindet, wobei ferner ausreichend Dampfraum ge­ schaffen wird, um den Durchgang von verflüchtigtem Material und Wasserdampf in Aufwärtsrichtung innerhalb der Säule zu ermöglichen, ohne daß dabei ein merklicher Druckunterschied oberhalb und unterhalb einer jeden Platte entsteht. Die obe­ re Konusplatte einer jeden Konusplattenanordnung befindet sich in Abhängigkeit von der gewünschten Dampffließgeschwin­ digkeit in einem bestimmten Abstand oberhalb ihrer Bodenkonus­ platte und ist vorzugsweise durch Stützelemente getrennt, die sich nach oben von der dazugehörigen Bodenkonusplatte erstrecken und den Scheitelpunkt 28 des oberen Konus auf die Mittellinie 29 der Säule einrichten. Da der obere Konus einen kleineren Durchmesser als der Bodenkonus besitzt, fließt die Aufschlämmung, die auf das Oberteil des oberen Konus fällt, nach unten entlang der Neigung des Konus, wobei die Neigung von den Fließeigenschaften der Emulsion, Suspension oder Dis­ persion abhängt. Sie fällt dann auf die obere Oberfläche 30 der Bodenkonusplatte und dann die obere Oberfläche der Boden­ konusplatte herab, bis sie zu der Öffnung 27 der konischen Bo­ denplatte gelangt, von wo sie auf das Oberteil der Konusplat­ te unmittelbar unterhalb der Öffnung fällt.

Der Vorteil eines Systems dieses Typs besteht darin, daß es erneute gleichmäßige Verteilung des Flusses innerhalb der Säule ermöglicht, und zwar trotz einer Schaumbildung, die auf einer gegebenen Platte infolge einer schnellen Verdampfung der niedrigsiedenden Komponente der Beschickung entstehen kann.

Das System ermöglicht ferner einen Betrieb der Säule unter Einhaltung eines sehr breiten Fließgeschwindigkeitsbereiches der Emulsionen, Suspensionen oder Dispersionen, ohne daß da­ bei eine Modifizierung der Plattenanordnung notwendig ist. Im allgemeinen werden Emulsionen, Suspensionen oder Disper­ sionen von Polymeren oder anderen hochsiedenden organischen Bestandteilen, die im wesentlichen feste Teilchen enthalten, als Beschickungsmaterial bezeichnet.

Ferner wird durch das System ein Fließmuster für die Emul­ sion, Suspension oder Dispersion geschaffen, die frei von toten Stellen ist, an denen das Material innerhalb der Säu­ le festgehalten werden kann. Auf diese Weise werden längere Verweilzeiten als die gewünschten vermieden, so daß kein Abbau des Polymeren oder der organischen Verbindung statt­ findet und keine physikalischen Eigenschaften verlorengehen. Dies ermöglicht die Herstellung von fertigen Produkten mit einem außergewöhnlich niedrigen Monomergehalt, wobei auf die Produkte sehr wenig Wärme eingewirkt hat.

Die Ausgestaltung der konischen Platte sowie das Fließmu­ ster, das aufgrund dieser Platte erzielt wird, bewirkt auch, daß es nicht mehr notwendig ist, die Anlage abzuschalten, um auf den Oberflächen angereichertes Polymeres zu entfernen, das sich in Kontakt mit der Emulsion, Suspension oder Dis­ persion gebildet hat. Derartige Abschaltungen belasten ein Verfahren kostenmäßig erheblich.

Wie die Fig. 1 zeigt, wird das Beschickungsmaterial auf das Oberteil der oberen Konusplatte innerhalb der Säule gepumpt und fließt dann nach unten längs der Neigungen der oberen Konusplatte und fällt auf die obere Oberfläche der Boden­ konusplatte unmittelbar darunter auf, von wo es zu der nächstfolgenden darunter sich befindlichen Konusplattenan­ ordnung fließt. Dieser Prozeß wiederholt sich solange, bis die Beschickung die Öffnung der Bodenkonusplatte der Konus­ plattenanordnung erreicht hat und durch diese in den Ansamm­ lungsabschnitt fließt, der, wie aus Fig. 3 deutlich her­ vorgeht, sich unmittelbar unterhalb der letzten Konusplatten­ anordnung befindet. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, daß die Säulen wenigstens 10 Plattenanordnungen pro Säule aufwei­ sen.

Bei bestimmten Suspensions- oder Dispersionsmaterialien ist es oft zweckmäßig, den unteren Abschnitt oder den Ansammlungs­ abschnitt mit einer Rühreinrichtung zu versehen, um die Fest­ stoffe in Suspension zu halten, bis sie durch den Auslaß 32 aus diesem Abschnitt abgepumpt oder abgelassen werden. Diese Rührer können bekannte Rührtypen sein, beispielsweise kann es sich um Schaufelrührer oder Wandschaberührer handeln.

Beim Einführen der Emulsion, Suspension oder Dispersion in die Säule ist es zweckmäßig, Wasserdampf mit einer Temperatur, die keinen Polymerabbau bewirkt, durch die mit Abzweigungen versehene Leitung 33 zuzuführen, aus denen er dann in die Säule durch die Verteiler 15, 16, 17 und 18 eingeführt wird, wobei Ventile in der Leitung vorgesehen sind, um den Wasser­ dampfstrom und damit den Temperaturgradienten der Säule zu steuern. Beim Fließen der Emulsion, Suspension oder Disper­ sion in Abwärtsrichtung durch die Säule wird diese von dem aufsteigenden Wasserdampf aus jedem der Verteiler kontaktiert, wobei der Wasserdampf die niedrigsiedenden Monomeren ver­ flüchtigt und solange abtreibt, bis das aus der letzten Ko­ nusplattenanordnung ausfließende Material im wesentlichen frei von niedrigsiedendem Monomeren ist.

Die Fig. 1 und 5 zeigen, daß der Oberteil 34 der Säule einen Dampfabzugsabschnitt darstellt, wobei dieser Abschnitt mit einer nicht gezeigten Vakuumpumpe durch die Öffnung 35 und einer nicht gezeigten Leitung verbunden ist. Durch die Vakuum­ pumpe werden die flüchtigen Materialien abgezogen. Diese werden dann durch ein nichtgezeigtes Kondensationssystem geschickt, um die Dämpfe, gewöhnlich Monomeres und Wasser­ dampf, in eine Flüssigkeit umzuwandeln. Dann werden das Was­ ser und das flüssige Monomere für eine erneute Verwendung in bekannter Weise getrennt. Wahlweise können die nichtkon­ densierten Dämpfe für Heizzwecke verwendet oder abgefackelt werden.

Nähere Einzelheiten des Verteilersystems gehen am besten aus der Fig. 6 hervor. Die Dampfleitung 36 teilt sich und läuft um jede Seite der Bodenplatte unter Ausbildung von zwei Ver­ teilerleitungen 37, welche Wasserdampf nach unten in Kontakt mit den Dämpfen richten, die von dem Oberteil der darunter sich befindlichen Platte aufsteigen. Alle Dämpfe steigen dann auf und gelangen unter Umständen durch die Bo­ denkonusöffnung in der Nähe der Verteilungsleitung.

Die Öffnungen in dem Dampfverteilungssystem sind nach unten gerichtet, so daß eine Emulsion, Suspension oder Dispersion, die beim Austreten aus der Platte etwa verspritzt wird, die Öffnungen nicht bedeckt und sie verstopft.

Die Öffnungen in dem Wasserdampfverteiler sind derartig be­ messen, daß die gewünschte Wasserdampfgeschwindigkeit in der Säule erzielt und die Temperatur des Wasserdampfs auf einem Wert gehalten wird, der eine übermäßige Kondensation des Was­ serdampfs, durch welche die Aufschlämmung verdünnt wird, ver­ hindert.

Handelt es sich bei der Polymerisationsmischung um eine Vinyl­ chloridpolymerisationsdispersion entweder des Massen- oder wäßrigen Typs, dann kann der Temperaturgradient von dem Ober­ teil zu dem Bodenteil der Säule von ungefähr 50 bis nahe 100°C schwanken, bei der unteren Temperatur wäre jedoch der Partialdruck des Vinylchloridmonomeren niedriger als bei den höheren Temperaturen. Daher wäre der Wirkungsgrad der Säule geringer. Es ist daher vorzuziehen, die der Säule zugeführte Beschickung mehr in der Nähe von 80°C als in der Nähe von 50°C zu halten und die Säulentemperatur in dem Bodenteil auf Nahe 90°C zu bringen, wobei bessere Ergebnisse bei 95 bis 98°C erhalten werden, da eine geringere Wasserkondensation, durch welche das Material verdünnt wird, erfolgt.

Da die Erfindung zur Entfernung von niedrigsiedenden Kompo­ nenten aus Vielkomponentenmischungen anwendbar ist, läßt sie sich auf Olefine mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen als niedrigsiedende Komponente anwenden. Beispielsweise kann das Verfahren zur Entfernung von Vinylchlorid, Acrylnitril sowie zur Beseitigung der gewöhnlichen α -Olefine angewen­ det werden. Diese α-Olefine sind unter Erzeugung von Poly­ meren oder Copolymeren homo- oder copolymerisierbar, die in Form von Lösungen, Feststoffen, Emulsionen oder Disper­ sionen in der Polymerisationsmischung vorliegen, die Was­ ser oder andere Verdünnungsmittel enthalten kann.

Es ist bekannt, daß die Viskositäten dieser Polymerisations­ mischungen von relativ dünnen Flüssigkeiten bis zu nahezu thixotropen Materialien schwanken können, und zwar je nach dem Verdünnungsmittel und der Menge der vorliegenden Fest­ stoffe. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die Temperatur der Mischung zu steuern, wenn sie nach unten über die Reihe von geneigten Oberflächen fließt, um einen Fließfilmkontakt mit der Oberfläche von einigen Minuten, vorzugsweise 1 bis 2 Minuten, zu erzeugen und dabei die Wärmeeinwirkung auf das Polymere herabzusetzen.

Die Geschwindigkeit, mit der das Material über die geneigten Oberflächen fließt, kann ferner durch Neigen der Oberflächen gesteuert werden, wobei Winkel zwischen 10 und 30° und vor­ zugsweise 15 bis 25°, bezogen auf die Horizontale, in Fra­ ge kommen, und zwar in Abhängigkeit von den Viskositäten sowie dem Feststoffgehalt des Beschickungsmaterials. In ex­ tremen Fällen kann die Polymerisationsmischung beispiels­ weise im wesentlichen aus Vinylchloridmonomerem als Verdün­ nungsmittel für die Polyvinylchloridteilchen dienen, die über die Oberfläche in Form von Pellets oder Teilchenagglo­ meraten fließen.

Gewöhnlich ist es vorzuziehen, den Feststoffgehalt der Be­ schickungslösung in der Weise einzustellen, daß die Fließ­ eigenschaften des Materials gesteuert werden. Im Falle ei­ ner Vinylchloriddispersionsbeschickung sind die Konusplat­ ten um 15° gegenüber der Horizontalen geneigt.

Eine gemäß den Zeichnungen konstruierte Säule weist keinen Flüssigkeitsspiegel in dem Sinne auf, wie er im Zusammen­ hang mit Überlaufplattensäulen gebracht wird, so daß keine Stellen zum Festhalten des Beschickungsmaterials erforder­ lich sind. Neigen daher die Säulen zu einer Störung auf einer Konusoberfläche, dann haben der freie Fall auf die nächste Oberfläche und die Verteilungswirkung des Scheitels des Konus eine selbstkorrigierende Wirkung, bis die Säule so voll ist, daß sie unter Flutungsbedingungen arbeitet. Unter Flutungsbedingungen liegt jedoch kein freier Dampfraum in dem Turm für ein Verdampfen des niedrigsieden­ den Monomeren von der Oberfläche der fließenden Flüssigkeit oder Schicht auf der geneigten Oberfläche vor.

Die Säule wurde vorstehend im Zusammenhang mit einem Dampf­ verteiler beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß auch andere Heizeinrichtungen verwendet werden können, falls Wasser schädlich ist. Beispielsweise kann ein Kohlen­ wasserstoff, wie eine Butan/Pentan-Mischung, mit Vorteil beim Einsatz einer in Masse polymerisierten Polymerisations­ mischung eingesetzt werden.

Im allgemeinen wird die Vakuumpumpe, die das Vakuum in dem oberen Abschnitt der Säule erzeugt, in der Weise betrie­ ben, daß ein Vakuum von weniger als 33 mbar erzeugt wird, und auf diese Weise ein kräftiges Schäumen der Beschickung vermieden wird. Während des Starts ermöglichen 67 bis 100 mbar eine einfache Steuerung, wobei das Vakuum erhöht wird, wenn sich ein stetiger Betriebszustand erreicht hat, ohne daß dabei ein übermäßiges Schäumen in dem oberen Abschnitt erfolgt.

Claims (8)

1. Abstrippsäule zur Entfernung von Monomeren aus Polymerisations­ mischungen mit einem oberen Abschnitt, mit einem mittleren Abschnitt und mit einem unteren Abschnitt, übereinander angeordneten Plattenanordnungen im mittleren Abschnitt, wobei die Plattenanordnungen koaxial zur Längsachse der Säule angeordnet sind, mit einer Vakuumeinrichtung zur Ent­ fernung von Gas aus dem und mit einer Einrichtung zur Zu­ führung der zu behandelnden Beschickung in den oberen Abschnitt, mit einer Einrichtung zur Entfernung der be­ handelten Beschickung aus dem unteren Abschnitt und mit einer Zuführleitung und Verteilungsleitungen für ein Behandlungs­ gas, dadurch gekennzeichnet, daß jede Plattenanordnung aus einer oberen, konischen Platte (22) mit obenliegendem Scheitel (28) besteht, daß die obere Platte (22) in an sich bekannter Weise über eine Stütz­ einrichtung von einer unteren, kegelstumpfförmigen Platte (23) mit untenliegender zentraler Durchgangsöffnung (27) beabstandet und jede obere Platte (22) mit ihrem Rand in Abstand zu der Innenwandung der Säule (10) und jede untere Platte (23) gegenüber der Innenwandung der Säule (10) abgedichtet angeordnet ist, und daß die Beschickungs­ leitung (12) auf den Scheitel (28) der oberen Platte (22) der obersten Plattenanordnung (14) gerichtet ist.

2. Abstrippsäule nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Neigung der Platten (22) 10 bis 30° aus der Horizontalen beträgt.

3. Abstrippsäule nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens 10 Plattenanordnungen (14) in Reihe geschaltet sind.

4. Verfahren zum Entfernen von Monomeren aus Polymerisations­ mischungen in einer Abstrippsäule nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei wenigstens eine Hauptmenge der niedrig­ siedenden Komponente aus der Mischung in der Weise ent­ fernt wird, daß der Druck auf die Mischung reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung eine Temperatur aufweist, die dazu ausreicht, einen Partialdruck der niedrigsiedenden Komponente von wenigstens 67 mbar zu erzeugen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die niedrigsiedende Komponente der Polymerisationsmischung ein Olefin mit 2 bis 10 Kohlen­ stoffatomen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polymerisationsmischung eine Dispersion einer Olefinpolymerisationsmischung ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dispersion eine wäßrige Dispersion ist.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Polymerisationsmischung eine Vinylchloridpolymerisationsmischung ist.