DE4231288A1 - Verfahren zur Verbesserung der Extraktion von Polyamidgranulat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Ex­ traktion von Polyamidgranulat, insbesondere Polyamid-6-Granu­ lat, bei welchem sich Wasser von unten nach oben im Gegenstrom zum Polyamidgranulat bewegt.

Einer der bestimmenden Qualitätsparameter von Polyamid-6-Granu­ lat, das zur textilen Weiterentwicklung verwendet wird, ist ein geringer Restextraktgehalt. Das erzeugte Polyamidgranulat wird hierzu einer Extraktion unterzogen, bei welcher mit Hilfe eines Extraktionsmittels Oligomere und Monomere aus dem Poly­ amidgranulat weitestgehend entfernt werden.

Bekannt ist, als Extraktionsmittel Stickstoff einzusetzen (DD-PS Nr. 91 566). Es zeigte sich aber, daß sich trotz sehr hoher Stickstoffmengen ein mangelnder Extraktionseffekt einstellte.

Bessere Ergebnisse hingegen ergibt das Extraktionsmittel Was­ ser, welches in Gegenstrom durch das von oben nach unten sin­ kende Polyamidgranulat geschickt wird (DD-PS Nr. 2 00 145 und Nr. 2 06 999).

Vom Nachteil ist hier, daß hohe Verweilzeiten des Polyamidgra­ nulates im Extraktor erforderlich sind, mit denen in der Pra­ xis meistens nicht gearbeitet wird oder relativ große Wasser­ mengen benötigt werden, um die Oligomeren und Monomeren wei­ testgehend aus dem Polyamidgranulat auszutragen. Die Rückgewin­ nung genannter Stoffe, in der Regel über eine Eindampfung, ist sehr aufwendig, da ihre Konzentration im Wasser zu gering ist.

In jüngster Zeit wurde ein Verfahren entwickelt, bei welchem überhitzter Wasserdampf verwendet wird (DE-OS Nr. 37 10 803) Dieser überhitzte Wasserdampf wird bei einer Temperatur von 130 bis 210°C von unten durch das auf gleiche Temperatur er­ hitzte Polyamidgranulat geschickt. Aus dem Extraktor wird un­ ten trockenes Polyamidgranulat ausgetragen und oben ein mit Oligomeren und Monomeren angereicherter Wasserdampf abgezogen, der in einer nachgeschalteten Kolonne von den Anreicherungen getrennt wird.

Trotz entsprechender Vorteile des Verfahrens treten aber in der Praxis Probleme auf, denn das Verfahren bedingt eine exakte Einhaltung der Verfahrensparameter. Diesem können viele Anwen­ der auf Grund ihrer äußeren Bedingungen nicht immer Rechnung tragen. So ist das ständige Vorhandensein von überhitztem Was­ serdampf bei 1,05 bis 1,1 bar eine wichtige Voraussetzung für das Wirken des Verfahrens. Durch eine energetische oder rege­ lungstechnische Störung kann es zu einem längeren Ausfall in der Dampfversorgung kommen, so daß der im Extraktor ruhende Dampf durch Wärmeverluste aus dem überhitzten Zustand infolge des relativ geringen Betrag es der Überhitzungsenthalpie in den Bereich des Naßdampfes übergeht und den Trocknungsgrad des Po­ lyamidgranulates wieder verschlechtert.

Infolge der hygroskopischen Eigenschaft des Polyamidgranulates müßte eine längerfristige Nachtrocknung des Polyamidgranulates nach wiederhergestellter Dampfversorgung bei verharrender Po­ lyamidgranulatschicht durchgeführt werden, was seinerseits den Restextraktgehalt des Polyamidgranulates durch somit erhöhte Extraktionsdauer verändern würde und einen gleichmäßig gefor­ derten Extraktgehalt im Polyamidgranulat nicht erfüllen könnte.

Es steht jetzt die Aufgabe, bei einem Extraktionsverfahren, bei welchem Wasser im Gegenstrom zum Polyamidgranulat geleitet wird, den Wasserverbrauch zu verringern und die Endkonzentration an Extrakt im Wasser bei unveränderter Verweilzeit des Poly­ amidgranulates im Extraktor zu erhöhen. Gleichzeitig soll das Verfahren wenig störanfällig und somit anwenderfreundlich sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zum Wasser in den Extraktor gasförmiger Stickstoff in einem Verhältnis von Stickstoff zu Wasser von 0,01 bis 25 Massepro­ zent pro Zeiteinheit eingeleitet wird, der infolge seines Auf­ triebes in über dem Querschnitt des Extraktors fein verteilten kleinen Gasblasen durch das Polyamidgranulat-Wasser-Gemenge nach oben strömt. Hierbei kommt es zu einer hohen Turbulenz des Wassers in der Grenzschicht des Polyamidgranulatkornes, die für eine intensive Abführung des aus dem Polyamidgranulatkorn austretenden Extraktes, speziell der Monomeren durch das Was­ ser sorgt und somit das Diffusionsgefälle zwischen Polyamid­ granulat und Wasser in der Grenzschicht erhöht, was zu einem verbesserten Extraktionsvorgang führt. Der größte Austrag von Extrakt, vornehmlich Monomeren, erfolgt in der anfänglichen Extraktionszeit. Das führt dazu, daß die Extraktkonzentration im Wasser im oberen Teil des Extraktors erhöht wird. Dies wie­ der bewirkt eine Verbesserung der Diffusion der Oligomere aus dem Polyamidgranulatkorn im oberen Bereich des Extraktors, wo­ durch der Restgehalt im Polyamidgranulat weiter gesenkt wird. Die Verbesserung des Extraktionsergebnisses ergibt sich auch noch auf Grund folgenden Sachverhaltes. Gegenstromextraktoren, in welchen als Extraktionsmittel Wasser von unten nach oben strömt, sind durch Einbauten, die Querschnittsverengungen be­ wirken, in mehrere übereinander angeordnete, direkt verbundene Räume untergliedert. Dieses dient u. a. zur Schaffung geziel­ ter Strömungsverhältnisse für das Polyamidgranulat im Extrak­ tor. Bei geringer Wassergeschwindigkeit und relativ hohem Ver­ engungsquerschnitt kann es infolge möglicher natürlicher Kon­ vektionsströmung zu einer unerwünschten Rückvermischung des hö­ her mit Extrakt angereicherten Wassers von dem oberen Raum mit dem Wasser in dem darunter angeordneten Raum kommen.

Der unten in den Extraktor eingeleitete Stickstoff bildet in jedem Raum im Bereich der Querschnittsverengungen ein geringes Gasvolumen mit einer anteilig hohen aufwärtsströmenden Stick­ stoffmenge, das als pneumatische Sperre wirkt und unerwünschte Rückvermischungen des unterschiedlich mit Extrakt angereicher­ ten Wassers verhindert, so daß nur das zwangsweise geführte Wasser diese Querschnittsverengung aufwärts passiert und das Polyamidgranulat u. a. infolge seiner statischen Säule nach un­ ten strömt.

Auch im nicht eingeengten Querschnitt des Extraktors sorgt der über den Querschnitt gleichmäßig verteilte nach oben strömende Stickstoff als Strömungsgleichrichter für eine ebensolche Strömung des minimierten, zwangsweise nach oben geführten Was­ sers und schafft somit ideale homogene Verhältnisse für eine effektive Extraktion.

Neben dem Eintrag des Stickstoffes in den unteren Bereich des Extraktors sind je nach Erfordernis andere Eintragsstellen möglich. Es können auch mehrere Teilströme von Stickstoff in unterschiedliche Höhenbereiche des Extraktors, z. B. in die einzelnen Räume des Extraktors eingetragen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat im Vergleich zur bisheri­ gen alleinigen Wasseranwendung den Vorteil, daß mit einer be­ deutend niedrigen Wassermenge Restextraktgehaltes des Poly­ amidgranulates bis unter 0,5% bei gleicher Granulatverweilzeit erzielt werden können. Die in dem höherkonzentrierten Wasser vorliegenden Oligomeren und Monomeren können jetzt kostengün­ stiger zurückgewonnen werden. Die aufgezeigten Vorteile des Verfahrens schlagen sich unter Berücksichtigung geringer Ko­ sten für den eingesetzten Stickstoff überproportional in sei­ ner Effektivität nieder.

Auch ist das Verfahren anwenderfreundlich. Bei einem Ausfall der Energie-, Stickstoff- oder Wasserversorgung treten keine erheblichen Probleme für die Qualität des Polyamidgranulates ein. Die hohe Wärmekapazität des Wassers gewährleistet eine ho­ he Wärmereserve für eine längere Zeit, und bei ruhendem Poly­ amidgranulat in ruhendem Wasser und bei ruhender Stickstoffzu­ führung kann die Steuerung des Extraktionsvorganges bezüglich eines gleichmäßigen Restextraktgehaltes des Polyamidgranulates am Extraktoraustrag ohne nachteilige Auswirkungen vorgenommen werden. Eine erneute Stickstoffzufuhr beseitigt kurzfristig aufgetretene Rückvermischungen des Wassers und fördert die ge­ lösten Oligomeren und Monomeren sofort nach oben. Der weitere Extraktionsvorgang kann stabilisiert wieder ablaufen.

Vorteilhaft ist bei dem Verfahren weiterhin, daß mit niedrigen Temperaturen extrahiert werden kann, was die Energiebilanz po­ sitiv beeinflußt.

An einem Ausführungsbeispiel soll das erfindungsgemäße Verfah­ ren nochmals erläutert werden.

In einem Extraktor wurden Chargen unextrahierten Polyamidgra­ nulates 8 h einer Extraktion unterzogen. Das Extraktionsmittel durchströmte hierbei mit 80°C den Extraktor im Gegenstrom zum Polyamidgranulat von unten nach oben.

Folgende 4 Extraktionsbedingungen wurden eingestellt:

• a) Extraktion erfolgte ohne Zusatz von Stickstoff.
• b) Extraktion erfolgte mit Zusatz von Stickstoff, der unten in den Extraktor eingeleitet wurde. Das Verhältnis von Stickstoff- zu Wasserdurchsatz betrug 0,125 Masseprozent.
• c) Extraktion wie b, jedoch betrug das Verhältnis von Stick­ stoff- zu Wasserdurchsatz 0,65 Masseprozent.
• d) Extraktion wie b, allerdings bei einem Verhältnis von 1,25 Masseprozent von Stickstoff- zu Wasserdurchsatz.

Das aus dem Extraktor oben abgezogene Wasser enthielt im Ver­ gleich zu der Extraktionsbedingung a bei den Extraktionsbedin­ gungen

• b) 107,4%
• c) 127,5%
• d) 148,2%

an Extrakt.

Dies zeigt, daß der Zusatz von Stickstoff zu einer verbesser­ ten Extraktion führt, d. h., es werden mit zunehmender Stick­ stoffmenge mehr Oligomere und Monomere in gleicher Zeiteinheit und bei gleicher Temperatur aus dem Polyamidgranulat herausge­ löst. Genanntes führt zu einer höheren Konzentration an Ex­ trakt im abgezogenen Wasser, und man kann die Wassermenge bei Vorgabe des Restextraktgehaltes im Polyamidgranulat reduzie­ ren.

Bemerkenswert sind die guten Extraktionsergebnisse bei der ge­ ringen Wassertemperatur von 80°C. Eine Erhöhung dieser Was­ sertemperatur führt zu einer weiteren Verbesserung genannter Extraktionsergebnisse.

Claims (2)

1. Verfahren zur Verbesserung der Extraktion von Polyamidgra­ nulat, bei welchem Wasser von unten nach oben im Gegen­ strom zum Polyamidgranulat durchgesetzt wird dadurch gekennzeichnet, daß Stick­ stoff in das Polyamidgranulat-Wasser-Gemenge in einem Ver­ hältnis von Stickstoff zu Wasser von 0,01 bis 25 Massepro­ zent pro Zeiteinheit eingegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stickstoff in mehreren Teilströ­ men an unterschiedlichen Stellen in das Polyamid-Wasser-Ge­ menge eingegeben wird.