DE69103154T2

DE69103154T2 - Lösungsmitteldampf enthaltendes system.

Info

Publication number: DE69103154T2
Application number: DE69103154T
Authority: DE
Inventors: Bela Fabuss; David Gillespie; Ervin Powers
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-09-11
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: EP0548134B1; US5075049A; JPH06500367A; JP2931403B2; EP0548134A1; DE69103154D1; WO1992004487A1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Steuern und tatsächlichen Eliminieren von Lösungsmitteldampfemissionen von chemischen Behandlungsbehältern, welche bei Atmosphärendruck betrieben werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen chemischen Behandlungsbehälter, welcher bei Atmosphärendruck betrieben wird, wobei ein Sicherheitsbehälter über einen Durchgang mit dem Behandlungsbehälter verbunden ist Der Sicherheitsbehälter ist mit einem Dampfsiphonpuffer versehen, welcher ein längliches, vertikal angeordnetes, rohrförmiges Teil aufweist, dessen oberes Ende zur Atmosphäre hin entlüftet ist und dessen unteres Ende mit dem Durchgang verbunden ist, welcher den Behandlungsbehälter mit dem Sicherheitsbehälter verbindet.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es gibt viele chemische Verfahren, bei denen zur Herstellung eines Enderzeugnisses Lösungsmittel eingesetzt werden. Beispielsweise ist in US-A-3,504,076 (Lee), dessen Inhalt durch die Bezugnahme insgesamt zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung zu rechnen ist, ein Flash-Spinnraum bzw. eine Flash-Spinzelle angegeben, in welchem große Lösungsmittelvolumina momentan verdampft und in einen im wesentlichen geschlossenen Behälter abgegeben werden. Bei einer speziellen Anwendung wird Polyethylen aus einer Lösung aus Trichlorfluormethan flash-gesponnen, wobei sich das Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu Polymer auf etwa 7 zu 1 beläuft. Infolge der Gefahr der Ozonschichtverdünnung in der Erdatmosphäre besteht ein ständig zunehmendes Bedürfnis, die Abgabe dieser verdampften Lösungsmittel zur Atmosphäre hin zu eliminieren oder so gering wie möglich zu machen.
Bei anderen chemischen Verfahrensweisen werden ebenfalls Lösungsmittel eingesetzt, um die Herstellung des Erzeugnisses zu unterstützen. Es ist finanziell von Vorteil, den Lösungsmittelverlust so gering wie möglich dadurch zu machen, daß man das Lösungsmittel zurückgewinnt, zurückführt und wiederverwendet. Wenn das Verfahren ein solches ist, welches kontinuierlich betrieben wird, dann muß eine Einrichtung vorgesehen sein, um das Erzeugnis aus der mit Lösungsmittel beladenen Atmosphäre zu entfernen, wenn es hergestellt worden ist. Dies macht erforderlich, daß der Druck im Bereich, in welchem das Erzeugnis gebildet wird, nahezu auf Atmosphärendruck ist, da hierdurch die Kraft so gering wie möglich gemacht wird, welche Lösungsmittel mit dem Erzeugnis austreibt. Um ferner einen sicheren Betrieb zu ermöglichen, müssen alle Behälter, in welche Lösungsmittel eingebracht werden, eine Überdruckschutzeinrichtung haben. Bei vielen Atmosphärendruckbehältern bei derartigen Verfahrensweisen, welche beispielsweise zuvor beschrieben worden sind, umfaßt die Sicherheitseinrichtung beispielsweise einen Schacht, welcher zur Atmosphäre hin offen ist und welcher alle Lösungsmitteldämpfe zur Umgebung abgibt, welche nicht zurückgewonnen werden können. Wenn beispielsweise das Lösungsmittel-Rückgewinnungssystem ausfällt, kann der gesamte Lösungsmitteldampfgehalt des Verfahrens von dem Schacht abgegeben werden, woraus mögliche Umweltschädigungen und finanzielle Verluste resultieren. In anderen Fällen kann das Einbringen und das Ableiten von Lösungsmitteldämpfen von Behandlungsbehältern zu Emissionen direkt durch den Schacht führen.
In der Vergangenheit wurde die Sicherheit gegen Emissionen von diesen Schächten im allgemeinen durch eine von drei möglichen Verfahrensweisen bereitgestellt: (1) Die Dämpfe wurden abgefackelt, wenn die Dämpfe entflammbar waren; (2) eine Kondensationsfalle wurde installiert, um einige der Dämpfe zu kondensieren; oder (3) eine Gasaufnahmeeinrichtung wurde eingesetzt, um die Dämpfe einzufangen. Jede dieser Verfahrensweisen ist kompliziert und hängt von der geeigneten Funktion der mechanischen Teile ab. Zum andern hat jede Verfahrensweise ihre eigenen Beschränkungen. Während ein Abfackeln Emissionen zur Umgebung durch einen konstanten Energieverbrauch verhindert, gestattet diese Verfahrensweise nicht, daß der Dampf zurückgewonnen und wiederverwendet werden kann. Eine Kondensationsfalle arbeitet nur dann, wenn die Dämpfe einen hohen Kondensationspunkt haben. Wenn die Dämpfe mit einem nichtkondensierbaren Gas, wie Luft, vermischt sind, was häufig beim Befüllen und Entleeren von Behältern auftritt, dann setzt das Vorhandensein des nichtkondensierbaren Gases die Rückgewinnungseffizienz der Kondensationsfalle drastisch herab. Eine Gasaufnahmeeinrichtung arbeitet bei dem Behandlungsbehälterdruck und ermöglicht nicht, daß eingeschlossener Dampf von dem Betriebsverfahren getrennt wird. Zusätzlich ist der Druck, welcher zum Betreiben einer Gasaufnahmeeinrichtung erforderlich ist, größer als der Sicherheitsbetriebsdruck beim Verfahrensablauf. Eine Gasaufnahmeeinrichtung erfüllt auch nicht die Erfordernisse, welche hinsichtlich eines Überdruckschutzes erforderlich sind.
Nach der Erfindung wird ein Sicherheitssystem zur Überwindung der Beschränkungen der jeweiligen zuvor beschriebenen üblichen Verfahrensweisen zur sicheren Verarbeitung von Dampfemissionen bereitgestellt. Das System nutzt eine Vorrichtung, welche keine beweglichen Teile enthält und welche keine Instrumente zum Betreiben erforderlich macht. Die Vorrichtung kann mit jeglichem Dampf, welcher schwerer als Luft ist, arbeiten, wobei nichtentflammbare Dämpfe aus halogenierten chemischen Stoffen miteingeschlossen sind. Die Vorrichtung kann bei Atmosphärendruck betrieben werden, und sie erzeugt keinen Gegendruck, welcher den Verfahrensablauf behindern könnte und welcher dazu führen könnte, daß der Behandlungsbehälter bersten könnte. Bei einer bevorzugten Ausführungsform verhindert die Vorrichtung in signifikanter Weise eine Vermischung von Lösungsmitteldämpfen mit der Atmosphäre, wodurch die Rückgewinnung der Dämpfe zur Wiederverwendung erleichtert wird.
Weitere Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, an Hand welcher die Erfindung nachstehend näher erläutert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zu deren Anwendung bereit, bei denen der Überlauf von Lösungsmitteldampf, welcher schwerer als Luft ist, von den chemischen Behandlungsbehältern, welcher unter Atmosphärendruck betrieben werden, zu einem Sicherheitsbehälter geleitet wird, ohne daß eine signifikante Vermischung von Lösungsmitteldampfüberlauf mit der Atmosphäre gestattet wird. Nachdem der Lösungsmitteldampfüberlauf gestoppt ist, wird der Lösungsmitteldampf in dem Sicherheitsbehälter getrennt bzw. isoliert, ohne daß der in dem chemischen Behandlungsbehälter durchzuführende Verfahrensablauf nachteilig beeinflußt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Sicherheitsbehälter unter Atmosphärendruck dadurch gehalten wird, daß der Behälter direkt zur Atmosphäre hin entlüftet ist, und daß ein Standrohr bzw. ein Steigrohr eingesetzt wird, welches teilweise mit Lösungsmitteldampf von dem chemischen Behandlungsbehälter gefüllt ist. Während den Perioden, während denen der Behandbehälter unter einem größeren Druck als Atmosphärendruck steht, wird der Sicherheitsbehälter auf Atmosphärendruck unter Einsatz der Entlüftungseinrichtung gehalten, welche ein zur Atmosphäre hin offenes Ende hat. Das Steigrohr dient als ein Dampfsiphonpuffer für den Durchgang, welcher den Behandlungsbehälter mit dem Sicherheitsbehälter verbindet.
Die Vorrichtung weist einen Behandlungsbehälter auf, welcher derart eingerichtet ist, daß er im wesentlichen bei Atmosphärendruck betrieben wird, und welcher in geeigneter Weise mit einer Einrichtung versehen ist, welche unter Druck ein Behandlungsmaterial und ein verdampfbares Lösungsmittel für das Behandlungsmaterial einspritzt. Ferner sind eine Einrichtung zum kontinuierlichen Abziehen des Behandlungsmaterials aus dem Behandlungsbehälter und eine Einrichtung vorgesehen, welche derart ausgelegt ist, daß verdampftes Lösungsmittel aus dem Behandlungsbehälter abgezogen wird, währenddem zugleich der Druck in dem Druckbehälter im wesentlichen auf Atmosphärendruck gehalten wird.
Ein Durchgang, welcher den Behandlungsbehälter mit dem Sicherheitsbehälter verbindet, ist vorgesehen, wobei der Sicherheitsbehälter an seiner Oberseite eine Entlüftung zur Atmosphäre hin und eine Einrichtung hat, um verdampftes Lösungsmittel von dem Sicherheitsbehälter abzuziehen. Zusätzlich ist ein Dampfsiphonpuffer in kommunizierender Verbindung mit dem Durchgang vorgesehen, welcher den Behandlungsbehälter mit dem Sicherheitsbehälter verbindet. Der Dampfsiphonpuffer weist einen vertikal angeordneten, länglichen Durchgang auf, welcher an seinem unteren Ende mit dem Durchgang verbunden ist und an seinem oberen Ende zur Atmosphäre hin offen ist.
Das Verfahren bezieht sich auf die Verbesserung der Lösungsmitteldampfsicherheit bei einem Verfahren, bei dem unter erhöhtem Druck ein Gemisch aus Lösungsmittel und einem Polymer in einen Behandlungsbehälter extrudiert wird, in welchem das Polymererzeugnis kontinuierlich aus dem Behandlungsbehälter abgezogen wird und verdampftes Lösungsmittel aus dem Behandlungsbehälter mit einer Rate abgezogen wird, welche den Druck im Behandlungsbehälter im wesentlichen auf Atmosphärendruck konstant hält. Die Verbesserung weist auf, daß der Lösungsmitteldampf durch einen Durchgang von dem Behandlungsbehälter zu einem Sicherungsbehälter befördert wird, der Lösungsmitteldampf von dem Sicherheitsbehälter abgezogen und wiedergewonnen wird, währenddem der Sicherheitsbehälter zur Atmosphäre hin entlüftet wird, um den Druck in demselben im wesentlichen auf Atmosphärendruck konstant zu halten, und der Druck in dem Behandlungsbehälter von dem Druck in dem Sicherheitsbehälter mit Hilfe eines Siphonpuffers getrennt wird, der zur Atmosphäre hin entlüftet ist und welcher verhindert, daß Lösungsmitteldampf von dem Sicherheitsbehälter zu dem Behandlungsbehälter zurückgelangen kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Vorrichtung und des Verfahrens nach der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Ein bevorzugter Gesichtspunkt der Erfindung ist in einer Modifikation und einer Verbesserung des Flash-Spinnraums bzw. der Flash-Spinnzelle zu sehen, welche in US-A-3,504,076 (Lee) beschrieben ist. in der Vorrichtung von Lee werden große Lösungsmittelvolumina momentan abgesetzt und in einem im wesentlichen geschlossenen Spinnraum verdampft. Bei einer speziellen Anwendung wird Polyethylen aus einer Lösung aus Trichlorfluormethan flash-gesponnen und das Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu Polymer beläuft sich auf etwa 7 zu 1. Es ist noch zu erwähnen, daß die Dampfdichte von Trichlorfluormethan sich etwa auf das 5-fache von jener von trockener Luft bei ein und derselben Temperatur beläuft.
Im stationären Betrieb werden Polymer und Lösungsmittel in den Spinnraum 11 über die Leitung 12 und die Düse 13 eingespritzt. Lösungsmitteldampf wird über die Leitung 14 abgezogen. Der Raum kann nicht vollständig dicht abgeschlossen werden, da es erforderlich ist, das hergestellte Flächengebilde 16 abzuziehen, sowie auf Grund der Tatsache, daß die Kraft dazu führen würde, daß selbst ein kleiner Überdruck auf die Wände des Spinnraums 11 einwirken würde. Die Wände des Spinnraums 11 sind ausreichend groß, so daß eine Verstärkung unpraktisch ist, mit der man selbst einen Überdruck von einer Atmosphäre aufnehmen könnte. Um ein Austreten von Luft in den Raum zu verhindern, wird in dem Raum ein geringfügiger Überdruck aufrechterhalten. Dies erfolgt dadurch, daß der Druck bei 0 psig an der Oberseite des Spinnraums 11 in gesteuerter Weise eingestellt wird. Da das Gas in dem Spinnraum 11 schwerer als Luft ist, ist der Druck an jeder Stelle, abgesehen von dem Oberteil, etwas größer als Atmosphärendruck. Bei einem typischen Anwendungsfall resultiert hierbei, daß der Druck am Boden von 11 etwa 100 Pascal ausmacht.
Luft im Innern des Spinnraums 11 hat einen Verteilungseffekt auf die elektrostatische Ladung und die Ablage der gesponnenen Plexifilamente, sie beeinflußt aber in nachteiliger Weise die Rückgewinnung des Lösungsmitteldampfes durch Kompression und Kondensation. Wenn irgendwelche Luft vorhanden ist, "schwimmt" diese auf dem schweren Lösungsmitteldampf und ist an dem Oberteil des Spinnraums vorhanden, wenn nicht Turbulenzen in dem Spinnraum dazu geführt haben, daß die Luft mit dem Lösungsmitteldampf vermischt wird.
Wenn eine Verfahrensweise dazu führt, daß eine Überdruckbedingung vorhanden ist, strömt überschüssiges Lösungsmittel zusätzlich zu jenem, welches über die Leitung 14 abgezogen wird, über die Leitung 17 und die Sammelleitung 18 in den Sicherheitsbehälter 19. Die Sammelleitung 18 verteilt den schwereren Lösungsmitteldampf entlang des Bodens des Sicherheitsbehälters 19 und setzt die Tendenz herab, daß der Lösungsmitteldampf sich mit irgendwelcher Luft vermischt, welche bereits im Sicherheitsbehälter 19 vorhanden ist. Der Sicherheitsbehälter 19 ist in passender Weise mit einer Leitung 21 versehen, welche zu einem zweiten Lösungsmittelrückgewinnungssystem führt, und er ist mit einer Überlaufentlüftung 22 versehen, welche zur Atmosphäre hin offen ist. Die Druckverbindung zwischen dem Behälter 19 und dem Spinnraum 11 wird durch einen Dampfsiphonpuffer 23 verhindert. Ohne den Siphonpuffer 23 würde das Drucksteuersystem für den Spinnraum 11 hierdurch beeinflußt werden und es würde direkt auf die Größe des Lösungsmitteldampfes im Behälter 19 ansprechen. Sobald die Größe des Dampfs im Behälter 19 gleich der gewünschten Größe im Spinnraum 11 wird, würde das Steuersystem für den Spinnraum 11 annehmen, daß die Steuerung zurückgestellt worden wäre, und es würde versuchen, eine Anpassung der abströmenden Menge aus dem Spinnraum 11 über die Leitung 14 zu dem einströmenden Strom über die Lösungsmittelzufuhrleitung 12 vorzunehmen.
Zusätzlich ermöglicht das Vorhandensein des Siphonpuffers 23, daß der Lösungsmitteldampf, welcher sich in dem Behälter 19 während einer Überdruckbedingung gesammelt hat, zurückgewonnen werden kann, ohne den Druck in dem Spinnraum 11 zu beeinflussen. Dies tritt auf, da dann, wenn der Strom durch die Überlaufleitung 17 aufhört, Luft in dem Siphonpuffer 23 in die Leitung 17 nach unten strömt. Das Drucksteuersystem für den Spinnraum 11 spricht dann nur auf den Druckwert in dem Spinnraum 11 an. Somit trennt aus Drucksteuerzwecken der Siphonpuffer 23 den Behälter 19 von dem Spinnraum 11. Diese Verhältnisse erlauben, daß der Behälter 19 in irgendeiner Höhenlage relativ zu dem Spinnraum 11 abgesehen davon angeordnet werden kann, daß die Entlüftung 22 niedriger als die Höhenlage des Siphonpuffers 23 sein muß. Von zusätzlichem Wert ist die Tatsache, daß die Druckmessung in dem Spinnraum 11 immer einen hohen Druck während einem Überlaufverhältnis erkennt. Anschließend kann das Abziehen des eingeschlossenen Lösungsmitteldampfes von dem Behälter 19 bei zweckmäßigen Betriebsverhältnissen erfolgen.
Wenn in ähnlicher Weise bei einem Verfahrensablauf ein Unterdruckzustand bewirkt wird, könnte Lösungsmitteldampf von dem Behälter 19 zu dem Spinnraum 11 über die Leitung 17 zurückströmen. Wenn die Leitung 17 von Lösungsmitteldampf frei ist, wird Luft über den Siphonpuffer 23 angesaugt, und somit wird verhindert, daß Lösungsmitteldampf vom Behälter 19 über die Siphonwirkung zurückströmen kann.
Die Höhe des Siphonpuffers 23 ist durch die Dichte des Lösungsmitteldampfes, welcher aufgenommen werden soll, und durch die zu erwartende maximale Durchflußrate durch die Überlaufleitung 17 bestimmt, welche den Druckabfall in der Leitung 17 bestimmt. Um einen Lösungsmitteldampfverlust zur Atmosphäre hin über den Siphonpuffer 23 zu verhindern, sollte seine Höhenlage derart gewählt werden, daß dann, wenn er mit Lösungsmitteldampf gefüllt ist, der sich hierbei ergebende statische Druckwert größer als der Gegendruck in der Leitung 17 infolge des Lösungsmittelstromes durch die Leitung 17 ist. Dies bedeutet, daß kein Druck zur Verfügung steht, welcher den Lösungsmitteldampf aus dem Siphonpuffer 23 heraustreibt. in der Praxis sollte die Höhe wesentlich höher als der theoretische Wert gewählt werden, da die Kosten hierfür minimal sind.
Obgleich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben und voranstehend angegeben wurde, sind natürlich bei der Erfindung zahlreiche Modifikationen, Änderungen und Abänderungen möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen oder hierdurch die Erfindung zu erweitern. Es sei auf die anliegenden Ansprüche Bezug genommen und nicht auf die vorangehenden Einzelheiten der Beschreibung im Hinblick auf die Bestimmung des Schutzumfangs der Erfindung.

Claims

1. Vorrichtung, welche folgendes aufweist:

(a) einen Behandlungsbehälter, welcher derart eingerichtet ist, daß er im wesentlichen bei Atmosphärendruck betreibbar ist, und der in passender Weise mit Einrichtungen versehen ist, welche unter Druck ein Behandlungsmaterial und ein verdampfbares Lösungsmittel für das Behandlungsmaterial einspritzen;

(b) eine Einrichtung zum kontinuierlichen Abziehen des Behandlungsmaterials aus dem Behandlungsbehälter;

(c) eine Einrichtung, welche derart ausgelegt ist, daß verdampftes Lösungsmittel aus dem Behandlungsbehälter abgezogen wird, während der Druck im Druckbehälter im wesentlichen auf Atmosphärendruck konstant gehalten wird;

(d) einen Durchgang, welcher den Behandlungsbehälter mit einem Sicherheitsbehälter verbindet, wobei der Sicherheitsbehälter an seiner Oberseite eine Entlüftung zur Atmosphäre hin und eine Einrichtung hat, um verdampftes Lösungsmittel von dem Sicherheitsbehälter abzuziehen; und

(e) einen Dampfsiphonpuffer in leitender Verbindung mit dem Durchgang, welcher den Behandlungsbehälter mit dem Sicherheitsbehälter verbindet, wobei der Dampfsiphonpuffer einen vertikal angeordneten länglichen Durchgang aufweist, welcher an seinem unteren Ende mit dem Durchgang verbunden ist und an seinem oberen Ende zur Atmosphäre hin offen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Durchgang, welcher den Behandlungsbehälter mit dem Sicherheitsbehälter verbindet, in passender Weise mit einer Verteilersammelleitung versehen ist, welche derart ausgelegt ist, daß Lösungsmitteldampf entlang des Bodens des Sicherheitsbehälters derart verteilt wird, daß man eine minimale Vermischung von Lösungsmittel und irgendwelcher Luft erhält, welche im Behälter enthalten sein kann.

3. Verfahren zum Verbessern der Lösungsmitteldampfsicherheit bei einem Verfahren, welches das Extrudieren unter erhöhter Temperatur von einem Gemisch aus Lösungsmittel und einem Polymeren in einem Behandlungsbehälter aufweist, in dem das Polymererzeugnis kontinuierlich aus dem Behandlungsbehälter abgezogen wird und verdampftes Lösungsmittel aus dem Behandlungsbehälter mit einer Rate abgezogen wird, welche gestattet, daß der Druck in dem Behandlungsbehälter im wesentlichen konstant unter Atmosphärendruck bleibt, wobei die Verbesserung folgendes aufweist:

(a) Befördern des Lösungsmitteldampfes durch einen Durchgang von dem Behandlungsbehälter zu einem Sicherheitsbehälter;

(b) Abziehen und Rückgewinnen des Lösungsmitteldampfes aus dem Sicherheitsbehälters währenddem der Sicherheitsbehälter zur Atmosphäre hin entlüftet wird, um den Druck darin konstant unter Atmosphärendruck zu halten; und

(c) Trennen des Drucks im Behandlungsbehälter von dem Druck im Sicherheitsbehälter mit Hilfe eines Siphonpuffers, welcher zur Atmosphäre hin entlüftet ist und welcher verhindert, daß Lösungsmitteldampf vom Sicherheitsbehälter zum Behandlungsbehälter zurückgelangen kann.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der in den Sicherheitsbehälter einzuleitende Lösungsmitteldampf entlang des Bodens des Sicherheitsbehälters verteilt wird.