DE3615609A1 - Schneckenextruder zum abtrennen gasfoermiger bestandteile aus plastischen massen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneckenextruder zum Abtrennen gasförmiger Bestandteile aus plastischen Massen, bestehend aus einer von einem Zylinder mit Zugabeöffnung für die zu behandelnden Massen ungebenen Schneckenwelle, einem Antriebsaggregat und einer zwischen Zugabeöffnung und Antriebsaggregat angeordneter Entgasungsvorrichtung.

Kunststoffe müssen, damit sie leichter in den Handel gebracht werden können, konfektioniert werden. Dazu werden die bei der Polymerisation als Schmelze anfallenden Massen vom Reaktor bei Temperaturen oberhalb 200°C über ein Fallrohr einem Extruder zugeführt. Der Extruder fördert die ankommende, mit Gas beladene Polymerenschmelze dann zu einer Granuliervorrichtung, wo sie in eine leicht handzuhabende Form gebracht wird. Der größte Teil der Schmelze nimmt zwar den durch die Förderrichtung des Schneckenextruders vorgegebenen Weg. Ein kleiner Teil der Schmelze entweicht jedoch zusammen mit erheblichen Gasanteilen durch den Spalt, der zwischen Schneckenwelle und Gehäuse bzw. durch die dort angebrachten Dichtelemente gebildet wird und tritt in Richtung des Antriebs aus. Bedingt durch den Temperaturgradienten, der zwischen der Schmelze und dem im Betriebszustand nur wenig oberhalb der Raumtemperatur liegenden Antriebsteile des Extruders herrscht, erstarrt die Schmelze. Es kommt zu festhaftenden Überzügen auf dem Antriebsstutzen der Schneckenwelle. Dieser festhaftende Belag breitet sich durch nachfließende Schmelze weiter aus und baut sich besonders durch den Materialstau an den Dichtungen weiter auf. Der Polymerisatbelag drückt gegen die Abdichtelemente, zerstört bzw. schiebt sich unter diese und setzt damit deren dichtende Wirkung immer mehr herab. So können Stopfbuchspackungen, die das schmelzflüssige Polymerisat von der Einzugsöffnung des Extruders nach der Antriebsseite der Welle hin abdichten sollen, gewissermaßen aufgefräst werden. Polymerisat und insbesondere Gas gelangt somit in das Getriebe. Um dies zu verhindern ist es bekannt, Extruder am Ende ihres Einzugsteils zum Getriebe hin mit einer sogenannten Laterne, d. h. einem Gehäuse mit mehreren am Umfang verteilten Öffnungen, auszustatten.

Die Extruderschnecke ist dabei am Ende des Extrudergehäuses mit einem Rückfördergewinde versehen, wodurch verhindert werden soll, daß zu große Mengen Polymerisat an der Laterne austreten können. Das mit dem Polymerisat ankommende Gas gelangt jedoch ungehindert durch die Öffnungen der Laterne und wird meist in die Atmosphäre abgegeben.

Diese bekannte maschinentechnische Maßnahme schließt einen Austritt der Schmelze in Richtung des Antriebs erfahrungsgemäß nicht zuverlässig aus. Außerdem stellt die Gasemission eine erhebliche Umweltbelastung dar.

Um diese Störungsquelle auszuschalten wurde eine Entgasungsvorrichtung entwickelt, die aus einem die Schneckenwelle überdeckenden und abdichtenden Stopfbuchsgehäuse gebildet ist, das mit dem Zylinder form- und kraftschlüssig verbunden ist und das auf seiner Innenwand auf der dem Zylinder zugekehrten Seite eine gegenüber dem Schneckenschnitt gegenläufige Spiralnut und daran anschließend eine exzentrische Ringkammer aufweist, von der eine oder mehrere Öffnungen ausgehen. Die bekannte Entgasungseinrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie nicht für alle Produkte eingesetzt werden kann. Wie beschrieben arbeitet man mit Extruderschnecken, die am Eintritt zur Entgasungsvorrichtung ein Rückfördergewinde besitzen. Aufgrund der relativ hohen Verweilzeit im Bereich des Rückfördergewindes kommt es bei der Rückführung des Produktes von dem genannten Bereich in den Hauptproduktstrom zu Contamination bei Feinfolienwaren; dies ist besonders kritisch bei thermisch instabilen Produkten.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Entgasungseinrichtung liegt darin, daß der geschlossene Entgasungsring sehr leicht - vor allem bei Produkten mit hohem Schmelzindex und bei Copolymerisaten, die die Eigenschaften besitzen, auf Metallen zu kleben - durch Verstopfungen blockiert wird, wodurch eine wirksame Entgasung unterbunden ist und es meist zu Abstellungen des Polymerisationssystems kommt.

Es war daher die Aufgabe der Erfindung, das Entgasen von plastischen Massen in Schneckenextrudern wirksamer zu gestalten, daß das vom Extrudereinzug in Richtung Getriebe in den Entgasungsring gelangende Produkt gezielt ausgetragen und eine einwandfrei funktionierende Entgasung gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Schneckenextruder der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Entgasungsring am Eingang der Spiralnut eine hinsichtlich des Schmelzindexes des zu konfektionierenden Produktes entsprechend entsprechend definierte Menge Paraffinöl eingepumpt wird.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das in den Entgasungsring eintretende Produkt mit dem Paraffinöl angeteigt und dadurch leicht fließbar gemacht wird. Im exzentrischen Ringspalt des Entgasungsringes fließt das dünnflüssige Produkt/Paraffinöl-Gemisch nach unten ab und wird mit einer Pumpe abgefördert. Das in den Entgasungsring eintretende Gas wird durch einen Stutzen an der Oberseite des Entgasungsringes mit einer Gaspumpe abgezogen und wieder in den Polymerisationsprozeß rückgeführt. Unter Paraffinöl sind handelsübliche Schmieröle, wie Shell Ondina 68 oder Shell SOL-T, zu verstehen, es können aber auch Mineralöle oder andere paraffinische Kohlenwasserstoffe mit 10 C- bis 20 C-Atomen eingesetzt werden.

Der eingesetzte Entgasungsring ist in den Zeichnungen (Fig. 1 und 2) schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Gemäß Fig. 1 ist die Schneckenwelle mit 2 und der sie umgebende Zylinder mit 1 bezeichnet. Ein Fallrohr verbinden die Zugabeöffnung mit dem Reaktor (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die koaxial zum Extruder angeordnete eigentliche Entgasungsvorrichtung besteht aus einem Stopfbüchsgehäuse 4, das mit dem Zylinder 1 form- und kraftschlüssig verbunden ist. Das Stopfbüchsengehäuse ist auf nahezu seiner gesamten Länge mit einem Heizmantel versehen und weist auf seiner Innenwand 6 auf der der Schneckenwelle 2 zugekehrten Seite eine gegenüber dem Schneckenschnitt gegenläufige Ringkammer 8 auf. Das Stopfbüchsengehäuse 4 hat an seiner Oberseite am Eingang der Spiralnut 7 eine Einspeisstelle 17 für Paraffinöl, das mit Hilfe einer Pumpe eindosiert wird. Von der Ringkammer 8 gehen zwei Öffnungen 10, 11 aus. Über die obere Öffnung 10 werden die abgetrennten gasförmigen Bestandteile mit Hilfe einer Pumpe über eine Rohrleitung 12 abgezogen und dem Polymerisationsprozeß wieder zugeführt.

Das mit dem Paraffinöl angeteigte Polymerisat gelangt durch die untere Öffnung 11 in eine Austragsvorrichtung 13. Auf der dem Antriebsaggregat 14 zukehrenden Seite ist das Stopfbuchsengehäuse 4 gasdicht verschlossen, beispielsweise mittels Packungsringen 15 und einer Stopfbuchsbrille 16.

Es hat sich gezeigt, daß die Menge des dosierten Paraffinöls dem Schmelzindex des ausgetragenen Produktes angepaßt werden muß, damit das einwandfreie Arbeiten der Entgasungseinrichtung jederzeit gewährleistet ist.

Bei Produkten mit niederem Schmelzindex (0,2-1,5) müssen 10-20 l pro Stunde, bei mittlerem Meltindex (1,5-5) zwischen 4-10 l/h und bei Produkten mit hohem Schmelzindex (<10 g/l min.) etwa 1-3 l/h Paraffinöl eindosiert werden.

Eine Kennzahl, die ein Maß für das störungsfreie Arbeiten der Einrichtung darstellt, ergibt sich aus dem Quotient des Meltindexes des Produkt zur Menge des in den Entgasungsring eindosierten Paraffinöls.

Diese dimensionslose Kennzahl sei im folgenden F genannt.

MI:Schmelzindex (g/10 min.) gemessen nach DIN 53 735m:Menge des dosierten Paraffinöls (g/60 min.)

Für das geforderte, störungsfreie Arbeiten der Entgasungseinrichtung muß die Kennzahl F in der Größenordnung 1,2 × 10^-5 bis 4,5 × 10^-1 gehalten werden.

In Praxisbeispielen (Extrusion von Polyethylenen) wurde mit folgenden Daten gearbeitet:

Claims (3)

1. Schneckenextruder zum Abtrennen gasförmiger Bestandteile aus plastischen Massen, bestehend aus einer von einem Zylinder mit Zugabeöffnung für die zu behandelnden Massen umgebenen Schneckenwelle, einem Antriebsaggregat und einer zwischen Zugabeöffnung und Antriebsaggregat angeordneten Entgasungsvorrichtung, die aus einem die Schneckenwelle (2) überdeckenden und abdichtenden Stopfbuchsgehäuse (4) gebildet ist, das mit dem Zylinder (1) form- und kraftschlüssig verbunden ist und das auf seiner Innenwand (6) auf der dem Zylinder zugekehrten Seite eine gegenüber dem Schneckenschnitt gegenläufige Spiralnut (7) und daran anschließend eine exzentrische Ringkammer aufweist, die eine oder mehrere Öffnungen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spiralnut des Entgasungsringes eine definierte Menge Paraffinöl eingepumpt wird.

2. Schneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dosierte Menge Paraffinöl dem Schmelzindex des zu extrudierenden Polymerisats entsprechend gewählt wird.

3. Schneckenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zu dosierenden Paraffinöles so gewählt wird, daß die für das einwandfreie Arbeiten der Entgasungseinrichtung maßgebende Kennzahl F (Quotient aus Meltindex des Extrudates zu dosierter Paraffinölmenge) in der Größenordnung von 1,2 × 10^-5 bis 4,5 × 10^-1 gehalten wird.