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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines
Melaminnaßkuchens.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
Trocknen eines Melaminnaßkuchens,
der überwiegend
Melaminkristalle enthält,
die von einer konzentrierten Melaminlösung in einem Kristallisator erhalten
werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren
zum Trocknen eines Melaminnaßkuchens,
der weniger als 30 Gew.-% Feinstpartikel enthält, wobei der Ausdruck "Feinstpartikel" hier verwendet wird,
um Teilchen mit einem Durchmesser von weniger als 21 μm zu bezeichnen.
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Eine
Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von Melamin sind in "Nitrogen, Nr. 139,
September/Oktober 1982, Seiten 31–39" beschrieben. Eine Vielzahl beschriebener
Verfahren liefert in einem Zwischenschritt eine Aufschlämmung von
Melaminkristallen und Wasser. Diese Aufschlämmungen werden anschließend einer
Vielzahl zusätzlicher
Verarbeitungsschritte unterzogen, die zur Herstellung eines trockenen
Melaminprodukts notwendig sind.
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Eines
der in "Nitrogen" beschriebenen Melaminverfahren
war das Stamicarbonverfahren. In dem Stamicarbonverfahren wird eine Ätzlösung zu
dieser Aufschlämmung
gegeben und das resultierende Gemisch wird zum Auflösen der
Melaminkristalle erwärmt,
um eine konzentrierte Melaminlösung
zu erhalten. Die Melaminlösung
wird anschließend
filtriert, um unlösliche
Materialien, wie Katalysatorteilchen, zu entfernen, um eine gereinigte
Melaminlösung
zu erhalten.
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Die
gereinigte Melaminlösung
wird anschließend
in einen Kristallisator beschickt, der bei verminderter Temperatur
und vermindertem Druck arbeitet, um das Melamin zu kristallisieren.
Das kristallisierte Melamin und die verbleibende Lösung bilden
eine Aufschlämmung,
die weiter unter Verwendung eines Zyklons konzentriert wird. Die
konzentrierte Aufschlämmung
wird anschließend
in eine Zentrifuge beschickt, worin die Melaminkristalle von dem
Großteil
der verbleibenden Lösung
abgetrennt werden. Das resultierende Produkt umfaßt überwiegend
nasse Melaminkristalle, die ein Fachmann üblicherweise als "Naßkuchen" bezeichnet.
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Nach
dem Stamicarbonverfahren wird der Naßkuchen anschließend aufwärts durch
ein vertikales Rohr unter Anwendung eines Heißluftstroms geführt, um
ein getrocknetes Melaminpulver herzustellen. Diese Art von Trockner
wird nachfolgend als "Flashtrockner" bezeichnet. Das
getrocknete Melaminpulver und die am Kopf des Flashtrockners austretende
heiße
Luft werden anschließend
in einen Zyklon beschickt, um das Melaminpulver zu trennen. Zusätzlich zu
dem vorstehend beschriebenen Stamicarbonverfahren beschreibt der
Artikel "Nitrogen" auch andere Verfahren,
worin ein Melaminnaßkuchen
aus einer Melaminaufschlämmung
erhalten und nachfolgend getrocknet wird.
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Die
Verwendbarkeit des fertigen getrockneten Melaminprodukts ist jedoch
mehr als einfach mit dem Feuchtigkeitsgehalt verknüpft. Unterschiedliche Schütteigenschaften,
insbesondere Schüttdichte, Kompakt-
bzw. Stampfdichte, Verarbeitungsverhalten und Klebe- bzw. Zusammenbackverhalten,
sind wichtige Faktoren, welche die Transportfähigkeit und Verarbeitbarkeit
eines Melaminprodukts wiederspiegeln. Eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, welche in verbesserten
Schütteigenschaften
resultiert. Diese Aufgabe wurde durch Trocknen des Naßkuchens
in einem Kontakttrockner gelöst,
wobei die Wandtemperatur bei einer Temperatur zwischen 100°C und 220°C gehalten
wird und wodurch der Prozentsatz von Feinstpartikeln mit einem Teilchendurchmesser von
weniger als 21 μm
in dem Melaminnaßkuchen weniger
als 30 Gew.-% beträgt.
Der hier verwendete Ausdruck "Kontakttrockner" soll derart verstanden werden,
einen Trockner zu bezeichnen, in dem Wärme überwiegend durch Kontakt mit
den Vorderoberflächen,
stationär
und/oder bewegend, des Kontakttrockners angelegt wird. Die Oberflächen des Kontakttrockners
werden typischerweise unter Verwendung eines Heizfluids, wie Dampf
oder heißes Öl, von hinten
erwärmt.
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Eine
Vielzahl von Trocknungsvorrichtungstypen, einschließlich Rohrbündeltrockner,
Trommeltrockner und Kolonnentrockner, können als Kontakttrockner in
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Eine detailliertere
Beschreibung unterschiedlicher Kontakttrockner kann in "Trocknungstechnik" von K. Kröll, Zweiter
Band, Springer Verlag, 1978, Seiten 364–73 gefunden werden. Obwohl
ein Rohrbündeltrockner
bevorzugt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und
kann mit jedem geeigneten Kontakttrockner erreicht werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Kontaktwandtemperatur in dem Kontakttrockner
bei einer Temperatur von zwischen 100°C und 220°C, vorzugsweise zwischen 120°C und 160°C, gehalten. Trockenverfahren,
die Wandtemperaturen von unter 100°C verwenden, sind weniger wirksam,
unökonomisch
und sollten im allgemeinen vermieden werden. In ähnlicher Art und Weise können Trockenverfahren, die
Wandtemperaturen von mehr als 220°C
verwenden, unbefriedigende Verfärbungen
in dem Melamin bewirken.
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Bei
Anwenden einer Wandtemperatur von zwischen 120°C und 220°C ist eine Verweilzeit von zwischen
0,1 und 10 Stunden und vorzugsweise zwischen 1 und 3 Stunden ausreichend,
um einen Melaminnaßkuchen
(mit einem Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 9 Gew.-% auf Naßbasis)
zu trocknen, um ein trockenes Melaminpulver (mit einem Feuchtigkeitsgehalt
von weniger als 0,1 Gew.-% auf Naßbasis) zu bilden. Der hier
verwendete Ausdruck Feuchtigkeitsgehalt, ausgedrückt in Gew.-% auf Naßbasis, kann
durch die folgende Formel unter Verwendung des Gewichts des verbleibenden
Lösungsmittels
(Ws) und des Gewichts des Melamins (Wm) ausgedrückt werden: [(Ws)/(Ws)+(Wm)·100%
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Getrocknetes
Melaminpulver wird beispielsweise einen Feuchtigkeitsgehalt von
typischerweise weniger als 0,1 Gew.-% auf Naßbasis aufweisen. Obwohl der
Melaminnaßkuchen
mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 9 Gew.-% mit Wasser als Lö sungsmittel
beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es
wird in Betracht gezogen, daß die
vorliegende Erfindung wirksam auch auf einen weiteren Bereich von
Naßkuchenzusammensetzungen,
Feuchtigkeitsgehalten und Lösungsmittel
angewendet werden kann.
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Die
Anmelderin hat festgestellt, daß die
vorliegende Erfindung die Bildung von Melaminfeinstpartikeln während dem
Kontakttrockenverfahren, insbesondere beim Vergleich mit herkömmlichen Flashtrockenverfahren,
verringert. Ohne an irgendeine Theorie gebunden zu sein wird angenommen,
daß die
Verbesserung der Schüttdichte,
der Kompaktdichte, des Verarbeitungsverhaltens und des Klebeverhaltens,
die mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, mindestens
teilweise auf die verminderte Bildung von Feinstpartikeln während des Trockenverfahrens
zurückzuführen ist.
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Die
Anmelderin hat diese verminderte Bildung von Feinstpartikeln in
einer Serie von Experimenten gezeigt, die Flashtrocknen- und Kontakttrockenverfahren
vergleichen. Wie bei Anwendung des Stamicarbonverfahrens enthält ein Melaminnaßkuchen üblicherweise
weniger als 6 Gew.-% Feinstpartikel, insbesondere weniger als 4
Gew.-% Feinstpartikel und mehr bevorzugt weniger als 2 Gew.-% Feinstpartikel.
Der anfängliche
Gehalt an Feinstpartikeln wurde durch Trocknen eines Melaminnaßkuchens,
der unter Verwendung des Stamicarbonverfahrens erhalten wurde, in
einem Labormaßstab
für 16
Stunden bei einer Temperatur von 150°C beurteilt. Da plausiblerweise
angenommen werden kann, daß keine
Feinstpartikel während
des Trocknens in einem Trockenofen gebildet werden, kann die Schlußfolgerung
gezogen werden, daß jede
Zunahme der Anzahl der Feinstpartikel von dem ausgewählten Trockenverfahren
resultiert.
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Wenn
ein Melaminnaßkuchen,
der durch das Stamicarbonverfahren hergestellt wurde, welcher ungefähr 2 Gew.-%
Feinstpartikel enthält,
mit einem Flashtrockner getrocknet wird, enthält das resultierende trockene
Melaminpulver ungefähr
8 Gew.-% Feinstpartikel. Dies zeigt, daß die Anzahl der Feinstpartikel
während
dem Trocknen mit einem Flashtrockner dramatisch zunimmt. Laserlichtbeugung
unter der Verwen dung von Sympatec® Helos 12LA
wurde zur Quantifizierung des Prozentsatzes von Feinstpartikeln,
die in den getesteten Proben vorhanden sind, verwendet. Die getesteten
Proben wurden in Luft in einem Rodos® Trockendosierer
bei einem Druck von 20 mbar dispergiert. In diesem Fall enthielten
die Melaminnaßkuchenproben
9 Gew.-% Feuchtigkeit,
wobei die Proben durch ausgewählte Verfahren
auf mindestens 0,1 Gew.-% Feuchtigkeit auf Naßbasis getrocknet wurden. Die
angegebenen Feuchtigkeitsgehalte wurden durch Wiegen einer Probe
mit Mettler®-Skalen,
ausgestattet mit einem LP16 Heizelement, bestimmt. Nach dem anfänglichen
Wiegen wurden die Proben erwärmt
und erneut gewogen, um den Prozentsatz des ursprünglichen Gewichts zu bestimmen,
das aufgrund von verdampfenden Lösungsmittel
verloren ging.
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Wenn,
wie die Anmelderin vermutet, die Verbesserung von Schüttdichte,
Kompaktdichte, Verarbeitungsverhalten und Klebeverhalten durch Anwenden
der vorliegenden Erfindung von der verminderten Anzahl an Feinstpartikeln
resultiert, werden die besten Ergebnisse mit einem Melaminnaßkuchen
mit einem ausreichend geringen anfänglichen Niveau von Feinstpartikeln
erreicht. Unter solchen Umständen,
bei denen das anfängliche
Niveau von Feinstpartikeln zu hoch ist, stellt das Beschränken der
Bildung von zusätzlichen
Feinstpartikeln unter Verwendung eines Kontakttrockners keine großen Vorteile bereit.
Ohne an irgendeine wissenschaftliche Theorie gebunden zu sein, glaubt
die Anmelderin, daß die
Art und Weise, auf welche die Melaminkristalle gebildet werden,
den anfänglichen
Feinstpartikelprozentsatz in dem Naßkuchen bewirkt.
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Die
Anmelderin hat festgestellt, daß Naßkuchenmelamin
mit einem geringen Feinstpartikelprozentsatz erhalten werden kann,
wenn Melaminkristalle, die den Naßkuchen umfassen, überwiegend
und vorzugsweise aus einer Melaminlösung in einem Kristallisator
kristallisiert wurden. Das Trocknen eines derartigen Naßkuchens
mit einem Kontakttrockner ist besonders vorteilhaft.
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Die
Melaminlösung,
die zu dem Kristallisator beschickt wird, kann jedoch einige Melaminkristalle enthalten,
die während
früherer
Verfahrensschritte gebildet wurden. Als ein Ergebnis davon kann
der fertige Naßkuchen
einen geringen Anteil von Kristallen enthalten, die nicht aus der
Melaminlösung
in dem Kristallisator gebildet worden sind. Es ist bevorzugt, daß die Melaminkristalle
in dem Naßkuchen
mindestens 50 Gew.-% und mehr bevorzugt 90 Gew.-% Melaminkristalle
umfassen, die aus einer Melaminlösung
in einem Kristallisator gebildet werden. Beispiele möglicher
Kristallisatoren sind in "Perry's Chemical Engineers
Handbook", von Don
W. Green und James O. Maloney, 7. Auflage, McGraw Hill, 1997, Seiten 18–44 bis
18–55
gezeigt.
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Das
vorstehend beschriebene Stamicarbonmelaminherstellungsverfahren
ist ein Beispiel eines Verfahrens, daß einen Naßkuchen mit einer geringen Menge
von Feinstpartikeln herstellen kann. Es wird jedoch angenommen,
daß die
Erfindung nicht auf das Trocknen eines Naßkuchens, der unter Verwendung des
Stamicarbonverfahrens hergestellt wird, beschränkt ist. Es wurde festgestellt,
daß das
Beschränken
der Bildung von Feinstpartikeln unter Verwendung eines Kontakttrockners
anstelle eines Flashtrockners vorteilhaft ist, wenn der Prozentsatz von
Feinstpartikeln in dem Naßkuchen
weniger als 30 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, mehr
bevorzugt weniger als 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt weniger
als 6 Gew.-% beträgt.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezug auf die folgenden Beispiele weiter
erläutert,
ohne darauf beschränkt
zu sein.
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Beispiel 1
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Dieses
Beispiel betrifft das Trocknen eines Melaminnaßkuchens gemäß der vorliegenden
Erfindung, der unter Verwendung eines Stamicarbonverfahrens hergestellt
wurde, der einen Feuchtigkeitsgehalt von 9 Gew.-% auf Naßbasis aufweist.
Der Feuchtigkeitsgehalt wurde gemäß dem vorstehend beschriebenen
Wägeverfahren
bestimmt. Ein Volumen von 30 l dieses Naßkuchens wurde für 2 Stunden
in einem Kontakttrockner, make Drais®, Typ
T 50FM IG, Volumen: 50 l, getrocknet. Dies ist ein Kontakttrockner,
in dem das Erwärmen über die
Wand stattfindet. Die Wandtemperatur betrug 150°C. Das getrocknete Produkt wurde
anschließend
in einem Trockner für
2 Stunden unter Verwendung einer Wandtemperatur von 20°C gekühlt. Der Feuchtigkeitsgehalt
des gemäß diesem
Verfahren getrockneten Melaminpulvers betrug weniger als 0,1 Gew.-%
auf Naßbasis.
Der Absetzwinkel, die Schüttdichte,
die Kompaktdichte, der Absetzwinkel, das Klebeverhalten und der
Prozentsatz von Feinstpartikeln des resultierenden trockenen Melaminpulvers
wurden anschließend
bestimmt. Der Prozentsatz von Feinstpartikeln in dem Naßkuchen
wurde auch bestimmt.
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Beispiel 2
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Dieses
Beispiel betrifft das Trocknen eines Melaminnaßkuchens gemäß der vorliegenden
Erfindung, der durch ein Stamicarbonverfahren hergestellt wurde,
der einen Feuchtigkeitsgehalt von 9 Gew.-% auf Naßbasis aufweist.
Ein Volumen von 30 l dieses Naßkuchens
wurde für
2,5 Stunden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 getrocknet und nachfolgend
in der gleichen Weise und für
die gleiche Zeitdauer wie in Beispiel 1 gekühlt. Der Absetzwinkel, die
Schüttdichte,
die Kompaktdichte, der Absetzwinkel, das Klebeverhalten und der
Prozentsatz von Feinstpartikeln des resultierenden trockenen Melaminpulvers
wurden anschließend
bestimmt. Der Prozentsatz von Feinstpartikeln in dem Naßkuchen
wurde auch bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Vergleichsexperiment
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Die
Schüttdichte,
die Kompaktdichte, der Absetzwinkel, das Klebeverhalten und der
Prozentsatz von Feinstpartikeln des Produkts einer normalen Anlage,
das durch Trocknen eines Naßkuchens,
der durch das Stamicarbonverfahren in industriellem Maßstab hergestellt
wurde, mit einem Flashtrockner erhalten wurde, wurde gemäß den in
den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahren bestimmt. Diese Produkteigenschaften
des Anlagenproduktes wurden mit den Produkteigenschaften der Produkte
verglichen, die mit dem Kontakttrockner gemäß den Beispielen 1 und 2 hergestellt
wurden. Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Bei
der Beurteilung der Schütteigenschaften des
Melaminnaßkuchens
und des in den vorstehenden Experimenten gebildeten trockenen Melaminpulvers
wurden die folgenden Verfahren verwendet:
- – Schüttdichte
und Kompaktdichte wurden gemäß ASTM D
1895 bestimmt.
- – Der
Absetzwinkel wurde gemäß ISO 4324
bestimmt. Ein kleinerer Absetzwinkel impliziert ein besseres Verarbeitungsverhalten.
- – Das
Klebeverhalten wurde durch Lagern des Melamins für drei Tage bei einem Druck
von 600 kg/m2 beurteilt. Die Größe und Härte der
derart gebildeten Klumpen wurde visuell beurteilt und diente als
Maß für das Klebeverhalten.
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Darüber hinaus
wurde der Prozentsatz von Feinstpartikeln in dem Melaminnaßkuchen
und in dem getrockneten pulverförmigen
Melamin beurteilt. Für
die Bestimmung des Prozentsatzes von Feinstpartikeln in dem Naßkuchen
wurde der Naßkuchen
in einem Trockenofen gemäß dem vorstehend
beschriebenen Verfahren getrocknet, wonach der Prozentsatz von Feinstpartikeln
gemäß dem vorstehend beschriebenen
Laserbeugungsverfahren gemessen wurde. Der Prozentsatz von Feinstpartikeln
in dem Pulver, das mit dem Kontakttrockner getrocknet wurde, wurde
auch gemäß dem vorstehend
beschriebenen Laserbeugungsverfahren gemessen.
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Tabelle
1 zeigt die Ergebnisse der drei Experimente und Messungen, wie vorstehend
beschrieben.
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Das
nachfolgende ist aus Tabelle 1 offensichtlich:
Die Schüttdichte
des Melaminpulvers, das mit dem Kontakttrockner getrocknet wurde,
ist ungefähr
18% höher
als die Schüttdichte
des Anlagenprodukts. Die Kompaktdichte des Melaminpulvers, das mit
dem Kontakttrockner getrocknet wurde, ist ungefähr 9% höher als die Kompaktdichte des
Anlagenprodukts. Das Melaminpulver, das mit dem Kontakttrockner
getrocknet wurde, weist einen durchschnittlichen Absetzwinkel von
33° auf,
wohingegen das Anlagenprodukt einen Absetzwinkel von 48° aufweist,
was impliziert, daß das
Melaminpulver, das mit dem Kontakttrockner getrocknet wurde, ein
besseres Verarbeitungsverhalten aufweist. Die Klebetendenz des Melaminpulvers,
daß mit
dem Kontakttrockner getrocknet wurde, ist geringer als die des Anlagenprodukts.
Der Prozentsatz von Feinstpartikeln in dem Melaminpulver, daß mit dem
Kontakttrockner getrocknet wurde, liegt bei 3,2–3,8 Gew.-%, wohingegen der
Prozentsatz von Feinstpartikeln in dem Anlagenprodukt 8 Gew.-% beträgt.
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