-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konfektionierung
von Neopentylgklykol durch Abkühlen,
Kristallisieren und Zerkleinern einer Neopentylglykol-Schmelze und nachfolgendes
Verpacken der so erhaltenen Neopentylgykol-Teilchen in Lager- oder
Transportbehältnisse.
-
Neopentylglykol
(2,2-Dimethylpropan-1,3-diol, Abkürzung: NPG) ist ein industriell
wichtiges Produkt, welches insbesondere zur Herstellung von Polyestern
und Polyurethanen verwendet wird. Die industrielle Herstellung von
NPG geht aus von Isobutylaldehyd und Formaldehyd mit anschließender katalytischer
Hydrierung, siehe Ullmann's
Enzyklopedia of Chemistry, 6. Auflage, Electronic Release 1998,
Kapitel Alkohole, polyhydriert, 2-Diole, 2.2.1 Neopentylglykol.
-
Festes
NPG wird in der Form von Schuppen vermarktet. Solche Schuppen können durch
Verfestigen von geschmolzenem NPG mit Hilfe von Schuppenwalzen oder
einem Kristallisierungsband oder Kühlband hergestellt werden.
Solche Verfahren sind beispielsweise in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,
5. Ausgabe, Vol. B2, Kapitel 3, Seiten 29 bis 31 beschrieben. In
Schuppenform konfektioniertes NPG wird zum Beispiel in Säcken verpackt kommerziell
vertrieben. Große
Verpackungseinheiten, welche üblicherweise
500 kg enthalten, werden häufig
verwendet.
-
Es
ist bekannt, dass festes NPG in der Form von Schuppen während der
Lagerung zusammenbacken kann, wodurch die Fähigkeit des Produktes zu fließen erheblich
beeinträchtigt
wird. Hierdurch erschwert sich die Handhabung des Produktes, insbesondere
während
dem Entleeren von Säcken
oder großen
Verpackungseinheiten. Einer der Gründe des Zusammenbackens ist
die Gegenwart von zwei unterschiedlichen Kristallmodifikationen
von NPG in dem Feststoff. Dieser Effekt ist in DE-A-33 47 405 beschrieben.
Es ist dargestellt, dass die Übergangstemperatur
der thermodynamisch instabilen Modifikation in die thermodynamisch
stabile Form und zurück
42°C oder
33°C bei
Unterkühlung
ist. Die Hochtemperaturform, welche die thermodynamisch stabilere
oberhalb ungefähr
40°C ist,
ist weich und klebrig. Sie kann bis zu 30°C unterkühlt werden, insbesondere wenn
sehr sauberes NPG unterkühlt
wird. Bei dieser Temperatur tritt ein Phasenübergang in die Tieftemperaturform
auf. Diese Fest-Fest-Phasenumwandlung setzt eine große Menge
an Wärme
frei. Diese Wärmeentwicklung
ist mit dem Druck, welcher sich durch die Lagerung der Säcke übereinander
ergibt, verantwortlich für
das Zusammenbacken.
-
Der übliche Weg
um das Zusammenbacken von Feststoffen zu vermeiden, ist die Zugabe
von verbackungshindernden Mitteln.
-
Gemäß DE-A-33
47 405 werden Diole als Verunreinigungen bewusst dem NPG zugemischt, um
ein Zusammenbacken zu verhindern.
-
DE-A-30
10 138 empfiehlt die Verwendung von tertiären Aminen für diesen
Zweck.
-
Die
Verwendung von weiteren Additiven zur Verhinderung des Zusammenbackens
wurde ebenfalls in der Vergangenheit beschrieben.
-
Ein
weiterer Ansatz wird in DE-A-35 22 359 verfolgt. Hier wird NPG in
einem Zweischneckenextruder hergestellt und dann durch einen verengten Durchgang
in eine Niedrigdruckzone geführt,
gekühlt und
in Teilchen gebrochen. Der verengte Durchgang wird erwärmt, wobei
einzelne Kristalle, welche entlang der Wand des Durchgangs fließen, zu
einem Film geschmolzen werden, welcher nach Verfestigung eine feste
Hülle um
das kompakte kristalline Material bildet. Hierdurch wird ein staubfreies
Granulat mit einer glatten Oberfläche erhalten.
-
Die
zuvor beschriebenen Verfahren erfordern hohe Ausgaben für Vorrichtungen.
Die zuvor beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, dass eine
oder mehrere Verunreinigungen hinzugefügt werden müssen. Dieses erfordert einen
zusätzlichen kostenintensiven
Verfahrensschritt, da die exakte Menge und Mischung dieser Verbindungen
in das geschmolzene NPG sichergestellt werden muss. Darüber hinaus
stören
die Verunreinigungen häufig
in Anwendungen, welche hohe Reinheitsanforderungen bedingen.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Konfektionierung
von Neopentylglykol (NPG) bereitzustellen, welches die Nachteile
der bekannten Verfahren vermeidet und festes NPG in einer Form bereitstellt,
die das Zusammenbacken während
Lagerung und Transport vermeidet. Verbackungshindernden Zusätze sollten nicht
zugegeben werden.
-
Wir
haben herausgefunden, dass diese Aufgabe durch ein Verfahren zur
Konfektionierung von Neopentylgykol durch Abkühlen, Kristallisieren und Zerkleinern
einer Neopentylglykol-Schmelze und nachfolgendes Verpacken der so
erhaltenen Neopentylglykol-Teilchen
in Lager- oder Transportbehältnisse
gelöst
wird, bei dem die Schmelze zu Beginn des Abkühlens für mindestens 1/10 Minute ohne
Verwendung eines Kühlmittels
oder unter Verwendung eines Kühlmittels
mit einer Temperatur im Bereich von 50 bis 120°C gekühlt und bei einer Temperatur unterhalb
von 30°C
verpackt wird.
-
Erfindungsgemäß wurde
herausgefunden, dass langsames Abkühlen auf eine Temperatur unterhalb
30°C es
ermöglicht,
geschmolzenes NPG in lagerstabile Teilchen wie Granulat oder Schuppen umzuwandeln.
-
Das
langsame Kühlen
wird erreicht, in dem die Schmelze zu Beginn des Abkühlens für mindestens
1/10 Minute, vorzugsweise mindestens eine Minute, besonders bevorzugt
mindestens 2 Minuten, insbesondere mindestens 3 Minuten, ohne Verwendung
eines Kühlmittels
oder unter Verwendung eines Kühlmittels
mit einer Temperatur im Bereich von 50 bis 120°C, vorzugsweise von 60 bis 120°C, gekühlt wird.
Falls kein Kühlmittel
verwendet wird, wird die NPG-Schmelze durch Wärmeabfuhr in die umgebende
Luft und durch Wärmestrahlung
gekühlt.
In diesem Sinne bezieht sich der Begriff „Kühlmittel" auf ein flüssiges Wärmetransfermedium, welches
durch thermischen Kontakt mit dem NPG erwärmt und an anderer Stelle gekühlt wird.
Die Vorrichtungsbestandteile selber, beispielsweise ein Kühlband,
werden nicht unter dem Begriff „Kühlmittel" verstanden.
-
Die
NPG-Teilchen werden vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb
30°C verpackt.
-
Erfindungsgemäß kann die
Reihenfolge von Abkühlen,
Kristallisieren und Zerkleinern nach Belieben gewählt werden.
Im Allgemeinen wird die Reihenfolge durch die verwendeten Kühlvorrichtungen vorgegeben.
-
In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird die NPG-Schmelze zunächst
gekühlt
und kristallisiert und sodann zerkleinert. Für diesen Zweck wird zumindest
die Anfangsabkühlung
vorzugsweise auf einem Kühlband
oder einer Schuppenwalze durchgeführt. Diese Vorrichtungen sind
an sich bekannt.
-
In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird die NPG-Schmelze zunächst
zerkleinert und sodann abgekühlt
und kristallisiert. Dieses kann beispielsweise unter Verwendung
eines Kühlbandes
oder eines Pastilliertellers erreicht werden. Im Gegensatz zu der
obigen Ausführungsform liefert
diese Ausführungsform,
wenn ein Kühlband verwendet
wird, nicht einen kontinuierlichen Film von NPG auf dem Kühlband,
da anstatt dessen viele Tropfen auf das Kühlband mit der Hilfe von Tropfenformen
oder ähnlichen
Vorrichtungen getropft werden.
-
Wenn
die zuvor beschriebenen bevorzugten Kühlvorrichtungen verwendet werden,
wird die Kühlung,
wie oben beschrieben, erfindungsgemäß zunächst langsam durchgeführt. Hieran
kann sich eine schnelle Kühlung
auf bekannte Weise anschließen.
-
Wenn
das Abkühlen
auf einem Kühlband durchgeführt wird,
kann das Abkühlen
zunächst
ohne die Verwendung eines Kühlmittels
oder unter Verwendung eines Kühlmittels
mit einer Temperatur im Bereich von 50 bis 120°C in einer ersten Zone des Kühlbandes
durchgeführt
werden, wobei sich eine Kühlung
anschließt,
die unter Verwendung eines Kühlmittels
mit einer Temperatur von weniger als 40°C, besonders bevorzugt von 5
bis 35°C,
in einer zweiten Zone des Kühlbandes
durchgeführt
wird.
-
Das
langsame Abkühlen
wird beispielsweise erreicht, in dem geschmolzenes NPG (Schmelzpunkt:
ungefähr
140°C) in
der Form eines kontinuierlichen Filmes auf ein Kühlband mit Hilfe einer geeigneten
Applizierungsvorrichtung, beispielsweise einem Überflussüberlauf appliziert wird. An
dieser Vorrichtungsstelle wird das Band nicht oder nur mäßig gekühlt. Es
ist auch möglich,
dass Band vorzuwärsen,
beispielsweise mit Hilfe von einer Trommelheizung. Dieses Vorheizen
wird im Allgemeinen kombiniert mit Bereichen ohne oder mit mäßiger Kühlung. Um
eine größere Filmdicke
zu erreichen, kann das Kühlband
mit seitlichen Begrenzungen, beispielsweise aus Gummi oder Silikon,
versehen sein. Die Filmdicke beträgt bei Verwendung eines Kühlbandes
vorzugsweise 1 bis 10 mm, besonders bevorzugt 2 bis 5 mm. Das langsame
Abkühlen
auf eine Temperatur von weniger als 30°C kann ausschließlich auf
einem Kühlband
durchgeführt
werden, welches zur Verfestigung der Schmelze verwendet wird. Dabei
kann die Fest-Fest-Phasenumwandlung vollständig auf dem Kühlband erfolgen.
Es ist auch möglich,
das verfestigte Produkt, welches teilweise oder vollständig in der
Hochtemperaturform vorliegt, auf eine Temperatur unterhalb 30°C in weitere
Wärmeaustauscher
zu bringen. Diese Wärmeaustauscher
sind im Allgemeinen nach dem Kühlband,
der Schupenwalze oder dem Pastillierteller vorgesehen. Beispiele
von geeigneten Wärmetauschern
oder Kühlungsvorrichtungen sind
kontinuierlich- oder diskontinuierlicharbeitende Plattenwärmetauscher,
Kühlbänder, gekühlte Spiralfördereinrichtungen,
gekühlte
Schneckenförderer, Schaftkühler mit
beweglichen Einsätzen,
pneumatische Transportiervorrichtungen und Kombinationen davon.
-
Ein
weiteres Abkühlen
der NPG-Teilchen kann nach Dispensierung in ein Lager- oder Transportbehälter erfolgen.
Solche Behälter
sind, beispielsweise, Säcke,
Rohre und ähnliche
Behälter.
Jedoch ist es bevorzugt, wenn das Produkt ausreichend vor der Dispensierung
in das Lager- oder Transportbehältnis
gekühlt
wird.
-
Erfindungsgemäß können die
NPG-Teilchen jede beliebige Form aufweisen. Im Allgemeinen wird die
Form durch die Kühlvorrichtungen
und die davor oder danach verwendeten Zerkleinerungseinrichtungen
vorgegeben. Häufig
liegen die NPG-Teilchen in Schuppenform vor. Allerdings können sie
auch in der Form von Tropfen oder Granulat oder in jeder weiteren
geometrischen Form vorliegen. Die Teilchenform ist insbesonde re
hinsichtlich einer weiteren Vermeidung des Zusammenbackens des Produktes
während
der Lagerung entscheidend.
-
Die
Wahl der Art des konfektionierten Produktes (Schuppen, Granulat
etc.) und die Wahl eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Verfestigung und
Kühlung
von NPG hängen
im Allgemeinen von den Bedingungen der Produktionsstätte und
den Wünschen
des Verwenders ab. Preisgünstiges
Abkühlen
ist möglich,
insbesondere unter Verwendung eines einzigen Kühlbandes, welches unterschiedliche
Kühlzonen
aufweist und somit ein langsames Abkühlen der NPG-Schmelze sicherstellen
kann.
-
Die
Aufenthaltszeit des NPG auf dem Kühlband, der Schuppenwalze oder
dem Pastillierteller ist vorzugsweise 0,1 bis 20 Minuten, besonders
bevorzugt 2 bis 15 Minuten, insbesondere 3 bis 10 Minuten.
-
Die
Gesamtverweilzeit des NPG in den zur Kühlung verwendeten Vorrichtungen
ist vorzugsweise 4 bis 240 Minuten, besonders bevorzugt 4 bis 60 Minuten.
-
Die
Partikelgröße erfindungsgemäß hergestellten
NPG-Teilchen beträgt
vorzugsweise 0,05 g bis 1 g, bezogen auf die Masse. Hierbei sind,
wie bereits zuvor beschrieben, sehr unterschiedliche Geometrien
der individuellen NPG-Teilchen möglich.
Die Geometrie hängt
ebenfalls von dem besonderen Anwendungsgebiet des konfektionierten
NPGs ab.
-
Die
Verweilzeit auf einem Kühlband,
welches zur Kühlung
allein verwendet wird, ist vorzugsweise 4 bis 20 Minuten, besonders
bevorzugt 4 bis 10 Minuten.
-
Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.
-
Beispiele
-
Vergleichsbeispiel C1
-
Geschmolzenes
NPG wurde mit Hilfe von einer Dornvorrichtung bei einer Temperatur
von 150°C auf
ein Kühlband
gegeben, das eine Breite von 1,5 m und eine Länge von 7 m aufwies. Aufgrund
der niedrigen Viskosität
des geschmolzenen NPG bildete sich ein kontinuierlicher Film. Das
Band wurde durch Wasserkühlung
mit einer Ausgangstemperatur von 10°C gekühlt. Mit einer Flussgeschwindigkeit
von 500 kg NPG-Schmelze
pro Stunde wurden Schuppen mit einer Dicke von 1 bis 1,5 mm am Abstreifer erhalten.
Die Produkttemperatur an dem Abstreifer war 19°C. Das abgestriffene Produkt
wurde dann in zwei Säcke
von 5 kg und 25 kg verpackt. Die Säcke wurden dann bei 10 bis
20°C unter
einem Druck von 0,5 t/m2 (metrische Angaben)
unter Ausschluss von Feuchtigkeit gelagert. Nach 6 Wochen wurden
die Behältnisse
geöffnet
und beurteilt. Der Inhalt von beiden Behältnissen war hart wie Stein:
Die Schuppen waren vollständig
verbacken.
-
Das
Vergleichsbeispiel C1 zeigt, dass das Zusammenbacken nicht ausschließlich der
Gegenwart der Hochtemperaturform und seiner Umwandlung während Lagerung
zugeschrieben werden kann. Obwohl die Temperatur weniger als 32°C während dem
Verpacken in Behältnissen
und während
der Lagerung betrug, neigte das Produkt zum Verbacken.
-
Beispiel 1
-
Unter
Verwendung der Schuppenvorrichtung, welche im Vergleichsbeispiel
beschrieben ist, wurde flüssiges
NPG auf die beschriebene Weise verfestigt, wobei keine Kühlung mit
Kühlwasser
erfolgte. Eine Kühlung
erfolgte ausschließlich
aufgrund von Wärmeabgabe
in die Umgebung. Das abgestriffene Produkt an dem Abstreifer war
weich und klebrig, partiell glasig und hatte eine Temperatur von 50°C. 5 kg dieses
Produktes wurden in einen Plattewärmetauscher gegeben. Der Abstand
der Platten des Wärmetauschers
betrug 35 mm. Das Produkt wurde anschließend für 60 Minuten mit Hilfe eines Kühlwasserstromes
von 1 m3/h mit einer Temperatur von 10°C gekühlt. Während dieser
Zeit kühlte
das Produkt von 49°C
auf 27°C
ab. Das Produkt wurde dann aus dem Wärmetauscher genommen, in ein
Behältnis
gegeben und wie in dem Vergleichsbeispiel geschrieben, gelagert.
Nach 8 Wochen wurde der Inhalt des Behältnisses untersucht. Das Produkt
war vollständig
fließfähig und
zeigte nicht die geringsten Anzeichen eines Zusammenbackens.
-
Beispiel 2
-
Geschmolzenes
NPG wurde über
einen Überflussüberlauf
ein Kühlband
mit einer Länge
von 7 m gegeben. Um das Band vorzuwärmen, wurde mit Hilfe von warmen
Wasser die hintere Trommel auf ungefähr 50°C erwärmt. Die ersten 4 Meter des
Bandes wurden nicht gekühlt
und die letzten 3 Meter wurden mit Hilfe von Kühlwasser mit einer Temperatur von
8°C gekühlt. Die
Verweilzeit des Produktes auf dem Band war 4,5 Minuten. Das Produkt
wurde bei einer Temperatur von 15°C
in ein Behältnis
gegeben und wie zuvor beschrieben gelagert. Nach 6 Wochen wurde
der Inhalt des Behältnisses
untersucht. Das Produkt verblieb vollständig fließfähig und zeigte keine Anzeichen
eines Verbackens.
-
Beispiel 3
-
Geschmolzenes
NPG wurde in Form von Tropfen auf ein wie in Beispiel 2 beschriebenes
Band mit Hilfe eines Tropfenformers gegeben. Längsgerichtete Kügelchen
mit einer Fläche
von 4 mm/6 mm und einer Dicke von 2 mm wurden erhalten. Da keine Kühlung mit
Hilfe von Kühlwasser
durchgeführt
wurde, betrug die Produkttemperatur an dem Abstreifer 50°C. Das Produkt
wurde über
Nacht in einem Rohr belassen. Am nächsten Morgen betrug die Produkttemperatur
25°C. Die
Fest-Fest-Phasenumwandlung ist vollständig erfolgt. Nach Lagerung
für 8 Wochen unter
den zuvor beschriebenen Bedingungen war das Produkt vollständig fließfähig und
zeigte keine Anzeichen eines Zusammenbackens.