MX2013000192A - Procedimiento para la separacion termica de una disolucion que consiste en polimero termoplastico y disolvente. - Google Patents

Abstract

En un procedimiento para la separación térmica de una disolución de polímero termoplástico y disolvente, en el que la disolución se calienta a presión por encima del punto crítico del disolvente y a continuación se reduce la presión en un recipiente (5), de modo que se forma una fase rica en polímero y una fase pobre en polímero, alimentándose la fase rica en polímero a un segundo recipiente (8), a) un salto de presión a la entrada en el segundo recipiente (8) llevará a un flash térmico en el segundo recipiente (8), aumentando el porcentaje de polímero de la fase pesada hasta al menos el 70 %, en particular más del 80 %, y b) se alimenta la disolución rica en polímero resultante, en particular se distribuye a lo largo de al menos una parte de la longitud de un eje agitador que se encuentra en el mismo espacio del recipiente y que mediante energía de amasado mecánica calienta la masa de polímero y provoca de este modo que el porcentaje de polímero aumente por encima de >70 % en particular >90 %.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA SEPARACIÓN TÉRMICA DE UNA DISOLUCIÓN QUE CONSISTE EN POLÍMERO TERMOPLÁSTICO Y DISOLVENTE CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un procedimiento para la separación térmica de una disolución de polímero termoplástico y disolvente, en el que la disolución se calienta a presión por encima del punto crítico del disolvente y a continuación se reduce la presión en un recipiente, de modo que se forma una fase rica en polímero y una fase pobre en polímero, alimentándose la fase rica en polímero a un segundo recipiente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención descrita representa una mejora de un procedimiento existente para la separación térmica de disolventes de plásticos termoplásticos, en particular elastómeros. El documento US 3 726 843 describe un procedimiento de este tipo para la separación de un alcano, en particular hexano, de EPDM (caucho de etileno-propileno-dieno). El documento US 6 881 800 describe un procedimiento similar con la diferencia de que los estados termodinámicos están expuestos más claramente en el documento US 3 726 843. Estos procedimientos se basan en técnicas de separación similares de polietileno o polipropileno de hexano, que se usan en la industria desde hace mucho tiempo.

La ventaja fundamental del procedimiento mencionado es que el polímero durante las etapas de proceso está siempre disuelto, en forma de masa fundida o es una pasta en forma de masa fundida. Esto se consigue en la etapa de polimerización mediante la adición de un alcano a la mezcla de monómeros. Los monómeros se polimerizan a una presión determinada en hexano a altos grados de conversión. Adicionalmente, la disolución se condensa entonces eventualmente y se calienta hasta una temperatura determinada indirectamente en uno o varios intercambiadores de calor, debiendo seleccionarse la presión de modo que el polímero siga siendo adecuadamente soluble en el disolvente, para evitar la formación de revestimiento en el intercambiador de calor. En un ejemplo industrial para hexano como disolvente, la presión necesaria es de alrededor de 5 a 8 MPa y la temperatura necesaria de 220 a 240° C. A la disolución se le reduce la presión ahora en un separador hasta 2 a 3 MPa, formándose en la zona ligeramente supercrítica una fase que contiene polímero y una fase pobre en polímero más ligera. Éstas pueden separarse ahora a través de la diferencia de densidad. La caída de temperatura en este.salto de presión es baja, dado que en la zona supercrítica no existe entalpia de evaporación. El calor de la fase pobre en polímero separada puede aprovecharse por lo tanto para el calentamiento del reactante, lo que representa una ventaja esencial desde el punto de vista de la técnica de procedimiento. A la fase rica en polímero resultante se le reduce la presión en un recipiente de flash estático adicionalmente hasta presiones entre 0,1 MPa y 1 MPa, seleccionándose la presión de modo que el flash es lo más completo posible, pero que el residuo líquido que contiene polímero permanzca en forma de masa fundida. El residuo líquido puede alimentarse entonces a través de una bomba de polímero o de una válvula a una amasadora o extrusora de desgasificación, donde los restos de monómero y de disolvente que quedan se eliminan a vacío absoluto o parcial.

La condición para que el procedimiento descrito anteriormente funcione, es que exista un gradiente de entalpia suficiente, para que el polímero permanezca en forma de masa fundida tras la reducción de presión en dos separadores o a la entrada en el desgasificador. Esto limita este procedimiento, dado que hay muchos polímeros en los que la temperatura máxima antes de una descomposición térmica se encuentra por debajo del intervalo de 220 a 240 °C. Sería concebible usar un disolvente de bajo peso molecular o el monómero como disolvente (en caso de que exista una solubilidad limitada del polímero en el monómero), pero la etapa de flash lleva entonces a temperaturas que se encuentran muy por encima del punto de fusión. Esta problemática es el caso, entre otros, de poliestiroles o polibutadienos. El polibutadieno no es un material termoplástico, pero tiene un comportamiento en forma de masa fundida a lo largo de un intervalo de temperatura muy limitado. También aumenta el punto de fusión con el peso molecular creciente y para copolímeros. Esto lleva en el desgasificador a altos momentos de torsión, formación de finos y rendimientos reducidos para EPDM de alto peso molecular.

Una desventaja adicional del procedimiento existente es que la descarga del residuo líquido rico en polímero de recipiente de flash se realiza gravimétricamente. Si la viscosidad del residuo líquido es demasiado alta, la pérdida de presión del flujo lleva a presiones que llevan a una fuerte cavitación del residuo líquido. De este modo se limita la capacidad de elevación de la bomba alimentada. En el caso de productos de alto peso molecular se observó que el desgasificador que sigue al recipiente de flash presenta problemas de funcionamiento, dado que la temperatura del residuo líquido disminuye a partir del recipiente de flash por el salto de presión y el producto tiende a solidificar. El producto se tritura entonces mediante el eje en partículas que pueden taponar las conducciones de los vapores desprendidos. Dado que la transición de calor de las paredes calientes del desgasificador es mala precisamente en productos de alto peso molecular, se necesita un porcentaje considerable del volumen para calentar las partículas de polímero por encima del intervalo de plastificación, a partir del cual el eje genera un momento de torsión suficiente para calentar el producto mediante el aporte de energía mecánica. De esta manera se reduce esencialmente la capacidad de desgasificación del desgasificador precisamente en instalaciones a gran escala, dado que la relación de superficie con respecto a volumen es desfavorable con tamaños de aparato crecientes. Además de eso, si bien las partículas presentan una gran superficie, en cambio no intercambian su superficie de manera dinámica, tal como es el caso en una masa fundida. De esta manera se limita adicionalmente la capacidad de desgasificación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objetivo de la presente invención es la mejora de un procedimiento de separación térmica para polímeros de disolventes en el caso de productos de alto peso molecular y polímeros termosensibles en cuanto a un peso molecular mayor, menor formación de finos en el desgasificador, mayor capacidad, menor contenido residual en sustancias no deseadas en el producto del desgasificador y menor consumo energético en comparación con el procedimiento existente.

A la solución del objetivo lleva que a) un salto de presión a la entrada en el segundo recipiente lleva a un flash térmico en el segundo recipiente, aumentando el porcentaje de polímero de la fase rica en polímero hasta al menos el 70 %, en particular más del 80 %, y b) se alimenta la disolución rica en polímero resultante, en particular se distribuye a lo largo de al menos una parte de la longitud de un eje agitador que se encuentra en el mismo espacio del recipiente y que mediante energía de amasado mecánica calienta la masa de polímero y provoca de este modo que el porcentaje de polímero aumente por encima de >70 % en particular >90 %.

Para mejorar el procedimiento mencionado anteriormente, se propone según la invención que el recipiente de flash se sustituya por una mezcladora, que sea, por ejemplo una amasadora horizontal. La disolución o suspensión sometida a flash se distribuye y se amasa a lo largo de la longitud de la amasadora sobre un lecho más caliente. Esto puede realizarse a través de uno o varios puntos de alimentación.

El amasado de una sustancia en un lecho de amasado se denomina remezclado desde el punto de vista de la técnica de procedimiento. El remezclado lleva a que el lecho agitador puede tener una temperatura mayor o concentración de disolvente menor que la corriente alimentada. Mediante la energía de amasado se alimenta la energía necesaria para el aumento de temperatura y la capacidad de evaporación adicional mediante la potencia disipada del eje de amasado. El espacio del producto se hace funcionar de manera similar al recipiente de flash sustituido bajo sobrepresión, para limitar la velocidad de los vapores desprendidos por medio de la densidad elevada.

Sin embargo, dado que la amasadora puede descargar de manera eficaz también productos de alta viscosidad mediante transporte forzado, desaparece la limitación de la descarga del procedimiento existente (alimentación de la bomba de salida). La descarga se realiza mediante la geometría del eje de agitación o de amasado y/o estructuras internas, alimentándose a las mismas una bomba o tornillo sin fin de descarga.

Al tornillo sin fin de salida puede seguirle una bomba (por ejemplo bomba de ruedas dentadas), para poder controlar mejor la cantidad de descarga. Mediante el proceso de amasado se mejora la separación del residuo líquido de sustancias volátiles evaporadas, dado que la espuma que se generada se amasa y con ello se destruye mecánicamente. El equilibrio de disolvente del residuo líquido se desplaza en favor de un alto contenido en sólidos mediante la mayor temperatura. Con ello se aumenta la capacidad de separación de estas etapas de proceso y se descarga a las siguientes etapas de desgasificación.

El consumo de energía de las etapas de desgasificación se hace asimismo menor, dado que el producto se alimenta ahora más sobrecalentado. Este sobrecalentamiento lleva a una desgasificación eficaz en la zona de entrada del desgasificador y por lo tanto a una mejor capacidad de desgasificación con igual aporte de energía. La mayor temperatura de alimentación se selecciona según la invención de modo que el producto en el desgasificador no se solidifique y con ello no tenga lugar ninguna granulación del producto. El tamaño necesario del desgasificador puede ser por lo tanto sustancialmente más pequeño, lo que compensa los costes de inversión adicionales para la amasadora de flash en comparación con recipientes de flash estáticos.

En una variante del procedimiento se alimenta agente de arrastre líquido a lo largo de la longitud del desgasificador. La presión en el desgasificador se selecciona de modo que se evapore el agente de arrastre, mediante formación de burbujas se mejora el intercambio de materia y el gas de arrastre resultante lleva a una presión parcial más baja de las otras sustancias volátiles. Según la invención, la cantidad del agente de arrastre que se alimenta se selecciona para mantener una temperatura determinada de la masa de polímero. Con ello puede adaptarse discrecionalmente el tiempo de residencia en el desgasificador, dado que el polímero no se sobrecalienta nunca. El contenido residual en sustancias volátiles ¡ndeseadas se reduce esencialmente mediante todas las medidas según la invención o se aumenta la capacidad posible del desgasificador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Ventajas, características y particularidades adicionales de la invención resultan de la siguiente descripción de ejemplos de realización preferidos así como por medio de los dibujos; estos muestran la figura 1 muestra una representación esquemática, en diagrama de bloques, de un procedimiento según el estado de la técnica conocido; la figura 2 muestra una representación esquemática, en diagrama de bloques, del procedimiento según la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Según el estado de la técnica según la figura 1 se introduce un monómero y un disolvente en un recipiente 1 agitador, en el que tiene lugar la polimerización. Esta disolución llega por medio de una bomba 2 a través de un intercambiador 3 de calor y una válvula 4 a un separador 5 de alta presión a través de una boquilla depresora. En el separador 5 de alta presión se realiza un calentamiento de la disolución por encima del punto crítico del disolvente (es decir, el punto en el que ya no hay fase gaseosa, en el que ya no puede evaporarse) y se forma una fase rica en polímero y una fase pobre en polímero. El disolvente y la fase pobre en polímero regresa a la polimerización en el recipiente 1 agitador.

La fase rica en polímero se alimenta entonces a su vez a través de una boquilla depresora y una válvula 6 a un separador 7 de baja presión, que no tiene agitación. Desde el separador 7 de baja presión, la disolución llega a un acabador o el disolvente a un condensador.

Según la invención se sustituye el separador 7 de baja presión según la figura 2 por una amasadora 8. Una amasadora correspondiente se describe por ejemplo en los documentos DE 591 06 245.3, DE 592 03 529.8, DE 596 08 462.5, DE 596 00 991.7, DE 500 12 557.0, DE 101 20 391.8, DE 101 50 900.6, DE 101 60 535.8 y DE 195 33 693.3. Esta amasadora puede ser de uno o dos ejes, sincrónica o contra rrotativa o estar accionada con diferentes velocidades de giro.

La fase rica en polímero se alimenta a la amasadora 8 en varios puntos de alimentación, que se indican con los números de referencia 9.1 , 9.2 y 9.3. Estos puntos de alimentación están distribuidos a lo largo de la longitud de uno o varios ejes agitadores o amasadores. Estos ejes agitadores o amasadores, que no se muestran en detalle, están dispuestos sin embargo en horizontal o inclinados, conducen la masa de polímero a una descarga 10 de manera activa, de modo que también pueden tratarse viscosidades más altas.

Desde la descarga 10 llega el producto a un acabador 11 , que puede ser asimismo una amasadora dispuesta en horizontal. En este acabador 11 se ajusta la temperatura de alimentación tras el salto de presión de tal manera que la masa de polímero se mantiene por encima del intervalo de solidificación. Además se añade en el acabador según la invención un agente de arrastre líquido en uno o varios puntos de alimentación, de modo que a la presión ajustada en el espacio del recipiente se evapora el agente de arrastre y, de este modo, a través de la cantidad de dosificación del agente de arrastre se ajusta la temperatura de la masa de polímero. Mediante la reducción de la presión parcial y mejora del intercambio de materia pueden reducirse los contenidos en sustancias volátiles indeseadas que pueden alcanzarse significativamente.

La masa de polímero llega entonces a través de una descarga 12 adicional a una estación de procesado adicional no representada en detalle.

Lista de números de referencia 1 Recipiente agitador 2 Bomba 3 Intercambiador de calor 4 Válvula 5 Separador de alta presión 6 Válvula 7 Separador de baja presión 8 Amasadora 9 Punto de alimentación 10 Descarga 11 Acabador 12 Descarga

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para la separación térmica de una disolución de polímero termoplástico y disolvente, en el que la disolución se calienta a presión por encima del punto crítico del disolvente y a continuación se reduce la presión en un recipiente (5), de modo que se forma una fase rica en polímero y una fase pobre en polímero, alimentándose la fase rica en polímero a un segundo recipiente (8), caracterizado porque: a) un salto de presión a la entrada en el segundo recipiente (8) lleva a un flash térmico en el segundo recipiente (8), aumentando el porcentaje de polímero de la fase pesada hasta al menos el 70 %, en particular más del 80 %, y b) se alimenta la disolución rica en polímero resultante, en particular se distribuye a lo largo de al menos una parte de la longitud de un eje agitador que se encuentra en el mismo espacio del recipiente y que mediante energía de amasado mecánica calienta la masa de polímero y provoca de este modo que el porcentaje de polímero aumente por encima de >70 % en particular >90 %; y en el que c) se sustituye un recipiente de flash por una mezcladora; d) la disolución o suspensión sometida a flash se distribuye a lo largo de la longitud de la amasadora sobre un lecho calentado y se amasa, lo que corresponde a un remezclado; e) esto se realiza a través de uno o varios puntos de alimentación; f) un espacio de producto se hace funcionar de manera similar al recipiente de flash sustituido bajo sobrepresión, en el que g) se selecciona una temperatura de alimentación que no solidifica un producto en el desgasificador y con ello no tiene lugar ninguna granulación del producto, y en el que h) se usa una amasadora de flash.

2. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque en el/los punto(s) de alimentación se realiza un remezclado en el segundo recipiente (8).

3: El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la temperatura de la masa de polímero se mantiene mediante el ajuste de la velocidad de giro y/o del momento de torsión del eje agitador o amasador en el segundo recipiente (8) y/o de la presión y/o calor de contacto por encima del intervalo de solidificación.

4. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el/los eje(s) agitador(es) o amasador(es) alimenta(n) de manera activa la masa de polímero a una salida (10), mediante lo cual pueden tratarse viscosidades más altas.

5. El procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en un acabador (11) posterior se ajusta la temperatura de alimentación tras el salto de presión de tal manera que la masa de polímero se mantiene por encima del intervalo de solidificación.

6. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque en el acabador (11) se añade un agente de arrastre líquido en uno o varios puntos de alimentación, de modo que a la presión ajustada en el espacio del recipiente se evapora el agente de arrastre y de este modo se ajusta a través de la cantidad de dosificación del agente de arrastre la temperatura de la masa de polímero y mediante reducción de la presión parcial y mejora del intercambio de materia se reducen significativamente los contenidos en sustancias volátiles indeseadas que pueden alcanzarse.