DE4240716C2 - Verfahren zur Trocknung von Vinylchlorid-Polymerisaten durch konvektive Gleichstromtrocknung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung von Vi­ nylchlorid-Polymerisaten durch konvektive Gleichstromtrock­ nung.

Die DE-AS 14 54 772 beschreibt ein Verfahren zur Trocknung von durch Emulsions- oder Suspensionspolymerisation erhaltenen Vinylchloridpolymerisaten mittels Sprühtrocknung. Nachteilig bei diesem Verfahren sind der damit verbundene hohe Energie­ bedarf, der große Raumbedarf und die hohen Investitions­ kosten, welche bei der Anwendung des Verfahrens zur Trock­ nung von Massenprodukten, wie Emulsions- oder Suspensions- PVC, anfallen.

Aus der DE-PS 20 26 023 (US-A 3696079) ist ein Verfahren zur Trocknung von Polyvinylchlorid-Dispersionen bekannt, bei dem die Dispersionen zunächst auf einem Walzentrockner bis auf eine definierte Rest feuchte getrocknet werden und das dabei anfallende Pulver anschließend im Luftstrom, unter gleich­ zeitiger Entfernung der Restfeuchte, gemahlen wird. Nachtei­ lig sind hierbei die hohe thermische Belastung des Trocken­ guts, die dabei auftretende Agglomeration des Primärkorns, die den zusätzlichen Mahlschritt erforderlich macht, und der daraus resultierende hohe apparative Aufwand.

In der DE-OS 16 94 660 (US-A 3590101) wird ein Verfahren zur Gewinnung von Polymerisaten aus Suspensionen beschrieben, bei dem die suspendierten Teilchen, nach Entfernung eines Großteils des Polymerisationswassers durch Zentrifugation, mittels eines Trommeltrockners getrocknet werden. Nachteilig sind hierbei die langen Trocknungszeiten und der damit ver­ bundene hohe apparative Aufwand bzw. Energiebedarf, welcher zur Trocknung von in großen Mengen anfallendem Trocknungsgut aufzuwenden ist.

Die DE-OS 34 43 800 (US-A 4721773) betrifft die Trocknung von Emulsions- bzw. Suspensionspolymerisaten des Vinylchlorids in einem zweistufigen Verfahren mittels Wirbelschichttrock­ nung. Auch mit diesem Trocknungsverfahren sind lange Ver­ weilzeiten und ein großer Raumbedarf verbunden. Von einer konvektiv arbeitenden Trocknungsvorrichtung, mit der die Trocknung im Luftstrom durchgeführt wird, wird ausdrücklich abgeraten.

In der DE-OS 24 32 627 (US-A 4089119) wird ein Zyklontrockner zur Trocknung von Vinylchlorid-Polymerisaten beschrieben. Das Trocknungsgut wird dabei durch erwärmtes Gas in überein­ anderliegenden Strömungsringen von unten nach oben geführt, wobei Gasphase und Feststoffphase mit unterschiedlicher Ge­ schwindigkeit strömen. Die Trocknung erfolgt über das er­ wärmte Gas bzw. mittels einer zusätzlichen Kontaktheizung über die erwärmten Behälterwände des Zyklontrockners. Nach­ teile des Verfahrens bestehen darin, daß eine nach Korngröße selektive Abscheidung von agglomeriertem Überkorn, welches periodisch abgezogen werden muß, bei der Trocknung von Vinylchlorid-Polymerisaten, welche nach dem Suspensionspo­ lymerisationsverfahren hergestellt worden sind, unerwünscht ist. Dies birgt lediglich die Gefahr der Verstopfung der An­ lage, falls vom optimalen Betriebszustand abgewichen wird. Ferner hat diese Anlage sehr lange Totzeit bis zum Erhalt von Trockengut mit repräsentativer Korngrößenverteilung. Mit langer Totzeit verschlechtert sich die Regelbarkeit des Pro­ zesses nach der Fertigproduktfeuchte.

Gegenstand der DE-OS 35 05 238 ist ein Verfahren zur Beschleu­ nigung der Trocknung von Vinylchlorid-Suspensionspolymerisa­ ten durch Zugabe einer alkalischen Verbindung während der Polymerisation. Die Trocknung erfolgt mit einer Vorrichtung gemäß der DE-OS 24 32 627, wobei dem Zyklontrockner ein Strom­ rohr vorgeschaltet ist. Das Verfahren birgt dieselben Nach­ teile wie in der eben diskutierten DE-OS 24 32 627 aufge­ zeigt.

Ein rein konvektiv arbeitender Zyklontrockner ist aus der DE-OS 21 55 240 (US-A 3755913) bekannt. Aufgrund der bei feuchtem Vinylchlorid-Suspensionspolymerisat vorhandenen An­ fangsfeuchte und Klebrigkeit ist mit einer Anordnung, die nur einen oder mehrere konvektiv arbeitende Zyklontrockner enthält, keine funktionstüchtige Trocknung erreichbar, da die Gutfeuchte in Verbindung mit dem geometrisch bedingten Wandaufprall der PVC-Teilchen zum Zuwachsen der Anfangszone führt.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Trocknung von Vinylchlorid-Polymerisaten, hergestellt nach dem Suspen­ sionspolymerisations-Verfahren, zu entwickeln, bei dem mit geringem Investitionsbedarf, niederen Energiekosten, gerin­ gem Raumbedarf und geringem Bedienungs- bzw. Instandhal­ tungsaufwand ein trockenes Fertigprodukt mit regelbarer End­ feuchte erhalten wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Trocknung von Vinylchlorid-Polymerisaten durch konvektive Gleichstrom­ trocknung, dadurch gekennzeichnet, daß das feuchte Vinyl­ chlorid-Polymerisat in einem erwärmten Gasstrom, im Gleich­ strom mit dem Trocknungsgas, durch ein Stromrohr und eine daran unmittelbar anschließende unbeheizte Zyklontrockner- Einheit ohne zusätzliche Kontaktheizung geführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Trocknung feinteili­ ger, pulver- oder granulatförmiger Feststoffe geeignet. Be­ sonders vorteilhaft ist es für die Trocknung von feuchten Vinylchlorid-Polymerisaten, insbesonders hergestellt nach dem Suspensionspolymerisations-Verfahren, anzuwenden.

Geeignete Vinylchlorid-Polymerisate sind Homopolymerisate, Copolymerisate oder Pfropfcopolymerisate des Vinylchlorids.

Beispiele für Copolymerisate des Vinylchlorids mit anderen ethylenisch ungesättigten Comonomeren sind solche mit einem oder mehreren Comonomeren aus der Gruppe: α-Olefine, bei­ spielsweise Ethylen, Propylen, Styrol; Vinylester geradket­ tiger oder verzweigter Carbonsäuren mit 2 bis 20 C-Atomen, beispielsweise Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyllaurat, Vinylester α-verzweigter Carbonsäuren wie Versaticsäure­ vinylester; gesättigte Mono- und Dicarbonsäuren wie Malein-, Fumar-, Itakon-, Croton-, Acryl- und Methacrylsäure, deren Mono- und Diester, deren Mono- und Diamide und Anhydride; Acrylnitril und Methacrylnitril.

Beispiele für Vinylchlorid-Pfropfcopolymerisate sind solche, bei denen Vinylchlorid oder Gemische von Vinylchlorid mit Vinylmonomeren, deren Homopolymere Glasübergangstemperaturen 50°C aufweisen, beispielsweise Methylacrylat, Methylmeth­ acrylat, Styrol und Vinylacetat, auf eine elastomere Phase aufgepfropft sind. Als elastomere Pfropfgrundlage geeignet sind Homo- und Copolymerisate von Butadien, Isopren, Acryl­ nitril, Styrol, Ethylen, Vinylester und/oder C₁- bis C₈- Alkylestern der Acrylsäure oder Gemische der genannten Homo- und Copolymerisate.

Die Herstellung von Vinylchlorid-Suspensionspolymerisaten ist prinzipiell bekannt. Sie kann in den üblichen Reaktoren, beispielsweise Rührautoklaven, bei Temperaturen von vorzugs­ weise 30 bis 80°C, in einer wäßrigen Polymerisationsflotte durchgeführt werden. Die Initiierung der Polymerisation er­ folgt durch Zugabe von vorzugsweise 0.01 bis 1.00 Gew.-%, be­ zogen auf Monomer, monomerlöslichen Katalysatoren, bei­ spielsweise Diacylperoxiden wie Diacetylperoxid, Dialkylper­ oxiden wie Di-t-butyl-peroxid, Perestern wie t-Butylper­ acetat, Dialkylperoxidicarbonaten wie Diisopropylperoxi­ dicarbonat, Azoverbindungen wie Azoisobutyronitril.

Zusätzlich zu den bisher genannten Komponenten werden Dis­ pergierhilfsstoffe wie Schutzkolloide, gegebenenfalls im Ge­ misch mit Emulgatoren, vorzugsweise in einer Menge von 0.05 bis 5.0 Gew.-%, bezogen auf die wäßrige Phase, eingesetzt. Be­ vorzugte Beispiele für Schutzkolloide sind Polyvinylalkoho­ le, teilverseifte Polyvinylacetate, Cellulosederivate wie Methyl-, Methylhydroxypropyl-, Hydroxyethyl-, Methylhydroxy­ ethyl- und Carboxymethylcellulosen und deren Gemische. Be­ vorzugte Beispiele für Emulgatoren sind sowohl ionische, wie etwa Alkylsulfate oder Alkylsulfonate, als auch nichtioni­ sche Emulgatoren, wie Teilfettalkoholether oder Teilfett­ säureester mehrwertiger Alkohole.

Außerdem können dem Reaktionsgemisch übliche Hilfsstoffe in den üblichen Mengen zugesetzt werden, beispielsweise Regler zur Einstellung des Molekulargewichts bzw. K-Werts wie Tri­ chlorethylen oder Puffersubstanzen wie Natriumbicarbonat. Die Polymerisation kann diskontinuierlich oder kontinuier­ lich, unter Verwendung von Saatlatices und Vorlage aller oder einzelner Bestandteile des Reaktionsgemisches oder unter teilweiser Vorlage und Nachdosierung der oder einzel­ ner Bestandteile des Reaktionsgemisches durchgeführt wer­ den.

Der Polymerisationsansatz wird in üblicher Art und Weise aufgearbeitet. Nach Abschluß der Polymerisation wird das Rest-Vinylchlorid durch Druckentspannung, im Polymerisa­ tionsbehälter oder in einem externen Entgasungsbehälter, ab­ destilliert. Gegebenenfalls nach Zwischenlagerung wird an­ schließend das Polymerisationswasser über Schleuder oder Zentrifuge entfernt. Nach der Entwässerung erhält man ein feuchtes Suspensionspolymerisat mit einem Restwassergehalt von etwa 25%.

Zur Trocknung nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird das Trocknungsgas, vorzugsweise Luft, denkbar ist auch die Verwendung anderer Trocknungsgase wie Erdgas-Verbren­ nungsgas oder dessen Gemisch mit Luft, über einen Zuluftven­ tilator oder den Abluftventilator der Anlage, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Schutzfilters, vorzugsweise ein Rollbandfilter, angesaugt. Das Trocknungsgas, sofern Luft, wird durch einen indirekten Wärmetauscher geleitet, welcher mit Dampf mit einer Temperatur von 120 bis 200°C, betrieben wird, und dabei auf eine Temperatur von 130 bis 190°C, vorzugsweise 150 bis 180°C, erwärmt. Der gewählte Temperaturbereich richtet sich dabei nach Produktmenge und Produkttype.

Das erwärmte Gas wird nun in ein Strömungsrohr eingeleitet, welches waagrecht oder senkrecht, vorzugsweise waagrecht, angeordnet ist. Die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Trocknungsgas das Strömungsrohr passiert, muß zur Sicher­ stellung zuverlässigen Produkttransportes einer bestimmten Froudezahl entsprechen. Vorzugsweise beträgt die daraus resultierende Strömungsgeschwindigkeit von 15 bis 50 m/s, insbesonders 20 bis 40 m/s.

Die Beladung des Gasstroms mit dem Trocknungsgut, dem feuch­ ten Vinylchlorid-Suspensionspolymerisat, erfolgt im vorderen Drittel des Stromrohres, vorzugsweise unmittelbar nach Ein­ tritt des Gasstroms in das Stromrohr. Dabei wird das Trock­ nungsgut über ein Zerteilorgan, beispielsweise einen rotierenden oder oszillierenden Nibbler, vorzugsweise über einen rotierenden, dem Gasstrom zugeführt.

Entsprechend den vorne genannten Luft-Strömungsgeschwindig­ keiten und den in der Praxis geforderten Trocknungsleistun­ gen ergeben sich vorzugsweise Stromrohre mit einem Durchmes­ ser von 80 mm bis 700 mm. Die Stromrohr-Mindestlänge beträgt vorzugsweise von 6 m bis 9 m.

Von der im Trocknungsprodukt vorhandenen Gesamtfeuchte wer­ den im Stromrohr 50 bis 90% an die Trocknungsluft abgege­ ben, vorzugsweise 60 bis 80%. Die Temperatur der Trock­ nungsluft fällt dabei um 40 bis 100°C, vorzugsweise um 50 bis 90°C, ab.

Nach Passieren des Stromrohres wird der mit Trocknungsgut beladene Gasstrom in eine unmittelbar daran anschließende Zyklontrockner-Einheit eingeleitet. Die im erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden konvektiv arbeitenden Zyklontrock­ ner ohne zusätzliche Kontaktheizung sind an sich bekannt und bestehen aus mindestens einer zylindrisch ausgebildeten Wir­ belkammer, die mit einem Deckel abgeschlossen ist und eine tangential in die Außenwand der Wirbelkammer mündende Einlaßöffnung sowie einen tangential angeordneten Auslaß enthält. Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise können eine oder mehrere hintereinandergeschaltete Wirbelkammern verwendet werden. Vorzugsweise besteht die Zyklon­ trocknereinheit aus zwei hintereinandergeschalteten Wirbel­ kammern. Wegen des Risikos der Wandanlage feuchten Produktes sind die Wirbelkammern des Zyklontrockners in einer bevor­ zugten Ausführungsform mit einem umlaufenden wandnahen Pro­ duktabstreifer ausgestattet.

Bei Eintritt des mit Trocknungsgut beladenen Gasstroms in die Wirbelkammer wird dieser in einer Kreisbahn geführt und tritt nach mehrmaligem Umlauf in der Wirbelkammer wieder aus. Dabei verweilen die zu trocknenden Festteilchen, je nach Feuchte und Korngröße, unterschiedlich lange in der Wirbelkammer. Die längere Verweilzeit der größeren und schwereren Teilchen entspricht deren höherem Trocknungszeitbedarf.

Die Hauptdurchmesser der Wirbelkammer und ihres Ein- und Austrittstutzens entsprechen etwa denen für Zyklone gleichen Durchsatzes, während die Baulänge in Achsrichtung nicht mehr als die Summe der Stutzenbreiten in Achsrichtung beträgt.

Mit Austritt aus dem Zyklontrockner hat das Trocknungsgut die gewünschte Restfeuchte von 0.1 bis 0.3%. Die Austritts­ temperatur von Trocknungsgas und Trocknungsgut beträgt von 60 bis 100°C, vorzugsweise von 70 bis 90°C.

Nach Passieren der Zyklontrocknereinheit wird der Gasstrom zur Trennung von feuchtebeladenem Gas und Trockengut in ei­ nen Abscheidefilter geleitet. Beispiele hierfür sind Schlauch-, Patronen- und Sinterlamellen-Filter. Vorzugsweise verwendet wird das Patronenfilter. Das getrocknete Vinyl­ chlorid-Suspensionspolymerisat wird schließlich über ein Zu­ teil- und Förderaggregat zur Einlagerung in eine Siloanlage transportiert. Die Abluft wird mittels eines Abluftventila­ tors vom Abscheidefilter abgesaugt und ins Freie abgebla­ sen.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der sehr einfache apparative Aufbau. Die Produktverweilzeit in der Gesamtanlage beträgt nur wenige Minuten. Mit Aussetzen der Feuchtgutaufgabe ins Stromrohr entleert sich die Anlage selbsttätig mit der Trocknungsluft binnen weniger Minuten. Die Einfachheit und verfahrenstechnische Problemlosigkeit verleihen dem erfindungsgemäßen Verfahren folgende, gegen­ über dem Stand der Technik vorteilhaften Eigenschaften: Nie­ drige Investitionskosten, geringer Raumbedarf, niedriger Energiebedarf, sehr leichte Produkttypenumstellung, geringer Bedienungs- und Instandhaltungsaufwand, ausreichende Wärme­ zufuhr über das Trocknungsgas und damit keine Notwendigkeit der Oberflächen-Kontaktheizung, Regelbarkeit der Trocknungs­ luft-Eintrittstemperatur über die Fertigprodukt-Endfeuchte. Mit Trommeltrockner, Wirbelschichttrockner und der Strom­ rohr/MZT-Zyklon-Kombination gemäß DE-A 35 05 238 ist der Zeit­ bedarf für den stoffbezogenen zweiten Trocknungsabschnitt wesentlich länger. Während man im Stand der Technik bisher von einem Mittelzeit-Trocknungsbedarf von etwa 15 Minuten ausgegangen ist, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren VC-Polymerisate in Kurzzeit-Trocknung innerhalb von 2 Minu­ ten getrocknet werden.

Die nachfolgenden Beispiele dienen in Verbindung mit Fig. 1 der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

In das Stromrohr (4) (Durchmesser: 150 mm) wurden über eine Dosiervorrichtung (5) 200 kg/h Feuchtgut eines grobkörnigen Vinylchlorid-Homopolymerisats mit 29.4 Gew.-% Anfangsfeuchte aufgegeben. Die Trocknungsluft wurde mittels eines Zuluft­ ventilators (1) über das Schutzfilter (2) angesaugt und im Wärmetauscher (3) auf 180°C erwärmt. Nach Durchgang durch das Stromrohr (4) und zwei hintereinandergeschaltete Wirbel­ kammern (6) wurde das Trockengut im Abscheidefilter (7) von der feuchtebeladenen Luft getrennt. Das Trockengut fiel im Austrag (8) mit 0.2% Restfeuchte an. Die Luftaustrittstem­ peratur nach der zweiten Zyklonkammer (6) betrug 63°C. Die Abluft wurde vom Abscheidefilter (7) mittels eines Abluft­ ventilators (9) abgesaugt und ins Freie abgeblasen.

Beispiel 2

In einer Anlage gemäß Beispiel 1 wurden über die Dosierung (5) in das Stromrohr (4) 150 kg/h Feuchtgut eines Vinylchlo­ rid-Pfropfcopolymerisats mit 23.7 Gew.-% Anfangsfeuchte aufge­ geben. Die Trocknungslufttemperatur nach dem Lufterhitzer (3) betrug 166°C. Das Trocknungsgut fiel im Austrag (8) mit 0.25 Gew.-% Restfeuchte an. Die Luftaustrittstemperatur nach der zweiten Zyklonkammer (6) betrug 83°C.

Beispiel 3

In einer Anlage gemäß Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß das Stromrohr (4) senkrecht positioniert war und der Durch­ messer 700 mm betrug, wurden aus zwei Zentrifugen über einen rotierenden Nibbler 2500 bis 3000 kg/h Feuchtgut eines fein­ körnigen Vinylchlorid-Homopolymerisats mit 25 Gew.-% Anfangs­ feuchte aufgegeben. Mittels eines Zuluftventilators (1) wur­ de über ein Rollbandfilter (2) Luft angesaugt, wobei die Trocknungslufttemperatur nach dem Lufterhitzer (3) 180°C be­ trug. Das Trocknungsgut fiel im Austrag (8) mit 0.1% Rest­ feuchte an; die Luftaustrittstemperatur aus der zweiten Zy­ klonkammer betrug 67°C.

Claims (6)

1. Verfahren zur Trocknung von Vinylchlorid-Polymerisaten durch konvektive Gleichstromtrocknung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das feuchte Vinylchlorid-Polymerisat in einem erwärmten Gasstrom, im Gleichstrom mit dem Trock­ nungsgas, durch ein Stromrohr und eine daran unmittelbar anschließende unbeheizte Zyklontrockner-Einheit ohne zu­ sätzliche Kontaktheizung geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trocknungsgas Luft über einen Zuluftventilator oder den Abluftventilator der Anlage, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Schutzfilters, mit einer Tempe­ ratur von 130 bis 190°C zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Trocknungsgas in einer solchen Menge zuge­ führt wird, daß eine Strömungsgeschwindigkeit von 15 bis 50 m/s resultiert.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung des Gasstroms mit dem Trocknungsgut un­ mittelbar nach Eintritt des Gasstroms in das Stromrohr erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das einen Durchmesser von 80 mm bis 700 mm und eine Mindestlänge von 6 m bis 9 m aufweisende Stromrohr waagrecht oder senkrecht anordnet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus zwei hintereinandergeschalteten Wirbel­ kammern bestehende Zyklontrocknereinheit mit einem um­ laufenden wandnahen Produktabstreifer ausstattet.