MXPA06005718A - Metodo y aparato para elaborar granulos de pet cristalino. - Google Patents

Abstract

Un metodo y un aparato para granulado bajo el agua y subsiguiente secado de polimeros de tereftalato de polietileno y otros materiales polimericos que se cristalizan a alta temperatura, para cristalizar los granulos de polimero sin calentamiento posterior. Se inyecta aire a alta velocidad u otro gas inerte en la linea de agua y granulos en suspension hacia el secador cerca de la salida de la granuladora. Se inyecta aire en la linea de la suspension a una velocidad desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 175 m3/hora, o mas. Este movimiento de alta velocidad forma un rocio de vapor con el agua, y aumenta significativamente la velocidad de los gramulos en y fuera de la secadora, de tal forma que los gramulos de polimero PET salen de la secadora a una temperatura suficiente para que se inicie por si sola la cristalizacion dentro de los granulos. Un mecanismo de valvula en la linea de la suspension despues de la inyeccion de gas, regula ademas el tiempo de residencia de los granulos, y un aparato transportador vibrador despues de la secadora, ayuda a los granulos a lograr el nivel deseado de cristalinidad y a evitar la aglomeracion.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA ELABORAR GRANULOS DE PET CRISTALINO SOLICITUDES RELACIONADAS Esta es una continuación parcial de la solicitud que está en trámite junto con la presente, número de serie 10/717,630, presentada el 21 de noviembre de 2003.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a un método y a un aparato para granular bajo el agua y secar a continuación, polímeros de tereftalato de polietileno (PET). Más específicamente, la presente invención se refiere a un método y a un aparato para granular bajo el agua polímeros de PET, y secar a continuación los granulos de polímero de PET en una forma que auto-inicia el proceso de cristalización de las partículas de PET y produce granulos que tienen un nivel deseado de estructura cristalina en lugar de una estructura amorfa.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR Los sistemas de granulación debajo del agua para producir granulos de materiales poliméricos u otros materiales plásticos, han sido conocidos durante muchos años. Los materiales iniciales tales como polímeros plásticos, agentes colorantes, aditivos, agentes rellenadores y reforzadores, y modificadores, se mezclan en máquinas mezcladoras. En el proceso, se produce un material fundido que es extruído o prensado a través de hileras para formar hebras que se cortan inmediatamente mediante cuchillas giratorias en el depósito de agua con forma de caja de la granuladora subacuática. El agua con o sin aditivos, está fluyendo continuamente a través del depósito de agua con forma de caja, y solidifica las hebras y granulos de polímero, y transporta los granulos fuera del depósito de agua con forma de caja, a través de una tubería transportadora hasta una secadora, tal como una secadora centrífuga, en donde se elimina el agua de los granulos. Durante algún tiempo, la industria de polímeros ha buscado procesar los polímeros de PET en forma de granulos usando sistemas granuladores subacuáticos. Una desventaja principal de usar granulación subacuática, así como también de otros sistemas de granulación, para procesar PET en forma de granulos, es la condición típicamente amorfa de estos granulos cuando salen de la secadora del sistema de granulación subacuático. La naturaleza amorfa del granulo resultante es ocasionada por el enfriamiento rápido del material de PET una vez introducido en el flujo de agua en el depósito de agua con forma de caja de la granuladora subacuática, y mientras la suspensión de agua y granulos está siendo transportada mediante tubería apropiada hasta la secadora. Típicamente, aumentar el flujo de agua a través del depósito de agua con forma de caja de la granuladora subacuática, y aumentar la temperatura del agua, junto con cambios dimensionales de tubería y reducción de la distancia entre la granuladora y la unidad secadora, no ayuda a mantener suficientemente la temperatura de los granulos. Bajo tales circunstancias, los granulos de PET todavía dejan la secadora a una temperatura, usualmente por debajo de 100 °C, que está por debajo de la temperatura a la cual puede ocurrir la cristalización. Los usuarios finales de granulos de polímero de PET típicamente requieren que los granulos estén en un estado cristalino, con preferencia a un. estado amorfo, principalmente por dos razones, ambas relacionadas con el hecho de que el usuario final desea procesar los granulos de PET en una condición sustancialmente seca, con un contenido de agua igual a cero o cerca de cero. Primero, los polímeros de PET son muy higroscópicos, y los granulos de PET cristalinos absorben considerablemente menos humedad durante el envío y almacenamiento, que los granulos de PET amorfos. De acuerdo con eso, los granulos de PET cristalinos pueden ser secados para cumplir con el requisito de contenido de humedad cero o cercano a cero, más fácilmente por el usuario final. Segundo, la temperatura requerida para secar completamente los polímeros de PET es más alta que la temperatura en la cual los granulos de PET amorfos se convierten en la forma cristalina. Por lo tanto, cuando se secan granulos de PET amorfos, es necesario primero lograr la cristalización y la temperatura más baja requerida antes de elevar la temperatura hasta la temperatura de secado. De otra forma, los granulos de polímero de PET amorfos pueden aglomerarse y destruir la forma de granulo. Como resultado, los fabricantes de granulos de PET, típicamente tienen que someter a los granulos de PET amorfos a un paso secundario de calentamiento de varias horas a temperaturas muy altas, usualmene por encima de 80 a 100 °C, para cambiar la estructura amorfa de los granulos en una estructura cristalina. Este es un segundo paso muy costoso, con el fin de convertir los granulos de polímero de PET en el estado cristalino deseado. Sin embargo, es reconocido por los usuarios finales y por los fabricantes de granulos de PET, que no necesariamente se requiere la cristalinidad total (100%) de los granulos de PET con el fin de secar los granulos de PET para su procesamiento adicional o para su uso en el proceso de estado sólido (SSP). En lugar dello, una cristalinidad o grado de cristalinidad total, usando el método de medición con nitrato de calcio, por encima del 30%, y preferiblemente por encima del 40%, es aceptable para los usuarios finales del PET. Un método y aparato conocidos para SSP, para elaborar granulos de PET cristalinos usando una granuladora subacuática y un reactor de SSP, se muestra en la patente WO/037588 y su correspondiente solicitud de patente estadounidense con el número de publicación US 2005/0062186. Un enfoque alternativo se describe en WO 2004/033174, en el cual el polímero es aglomerado o granulado en un baño de agua a una temperatura de más de 100 °C. Los granulos resultantes pueden ser tratados adicionalmene en el baño de agua durante un periodo de tiempo definido después de eso, al tiempo que se mantiene la alta temperatura, con el fin de convertir el material amorfo en un material cristalino. Este sistema requiere de presurización para mantener el agua a la temperatura por encima del punto de ebullición, seguido por un procedimiento de reducción de presión. También es generalmente conocido que se puede inyectar aire en la corriente de salida de una suspensión de agua y granulos proveniente de una granuladora, con el fin de mejorar el transporte de la suspensión de agua/gránulos. Véase, por ejemplo, la patente estadounidense número 3,988,085 y la patente DE 102 09 149. También se muestran técnicas anteriores adicionales relevantes para la presente invención en las patentes US 5,609,892, GB 1,278,297 y US 5,290,913.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a un sistema de granulación subacuático que produce granulos de PET en una condición suficientemente caliente como para auto-iniciar el proceso de cristalización en ellos, y finalmente les proporciona un carácter suficientemente cristalino, de tal forma que los granulos de PET no requieren un paso de calentamiento separado para ser sometidos a procesamiento por el usuario final. Se ha descubierto que esta elevada condición de calor puede obtenerse reduciendo el tiempo de residencia de los granulos en la suspensión de agua, con el fin de dejar suficiente calor en los granulos de PET durante el paso de secado, de tal forma que el proceso de cristalización se inicie desde el interior de los granulos. Para hacer esto, es necesario separar los granulos del agua tan pronto como sea posible, y aumentar significativamente la velocidad del flujo de los granulos desde la salida de la granuladora subacuática y en la secadora y a través de ella. Los granulos calientes que salen de la secadora pueden ser transportados entonces en un transportador vibrador convencional u otro equipo vibrador o de manejo de materiales, durante un tiempo suficiente para lograr la cristalinidad deseada y evitar su aglomeración. Los granulos calientes también se pueden almacenar en una condición que mantenga el calor, tal como en un recipiente aislante de calor, hasta completar el proceso de cristalización deseado. Por ejemplo, los recipientes de acero o de plástico recubiertos deben ser aceptables, en lugar de las cajas de acero inoxidable que se usan convencionalmente. La separación temprana de gránulo/agua, y la velocidad de granulación aumentada a través del sistema granulador, se lleva a cabo de acuerdo con la presente invención, inyectando aire u otro gas apropiado en la tubería de transporte que conduce desde la granuladora hasta la secadora justo después de que la suspensión de granulos cortados y agua sale del depósito de agua con forma de caja de la unidad granuladora. Se ha encontrado que el aire inyectado sirve para separar el agua de los granulos en la tubería de transporte, convirtiendo el agua en una nebulización de vapor de agua, lo que aumenta significativamente la velocidad de transporte de los granulos hacia la secadora y a través de ella, y puede servir para generar una temperatura de granulos al salir de la secadora, que sea suficientemente alta como para iniciar el proceso de cristalización dentro de los granulos. Específicamente, si bien los granulos de polímero de PET pueden salir de la secadora en una condición amorfa, todavía hay suficiente calor remanente dentro de los granulos para que ocurra la cristalización. El grado de la cristalización es suficiente para eliminar la necesidad del segundo paso de calentamiento necesario hasta ahora para elaborar granulos de PET usando los sistemas de granulación subacuática previos. El aire introducido en la línea de la suspensión que conduce hacia la secadora inmediatamente después de salir del tanque de agua, tiene una velocidad muy alta. Se ha encontrado que un volumen de aire desde al menos 100 metros cúbicos (m3) por hora, hasta aproximadamente 175 m3/hora, o más, a través de una válvula a una presión de 800 kPa (8 bar) y en una línea de tubería para suspensión de 3.81 cm (1.5 pulgadas), produce la velocidad de aire requerida por la presente invención. El volumen de aire introducido en la suspensión de agua y granulos que sale, produce una mezcla de gas/suspensión total con la naturaleza de una nebulización, y probablemente tiene un componente de gas desde 98% hasta 99% o más por volumen de la mezcla total. La inyección de aire en la línea de la suspensión aumenta drásticamente la velodidad del flujo de granulos que provienen del depósito de agua con forma de caja hacia la salida de la secadora, hasta una velocidad de menos de un segundo. Si bien el aire es el gas preferido en vista de su naturaleza inerte y fácil disponibilidad, se puede usar otros gases inertes, tales como nitrógeno o gases similares. También se puede emplear otros métodos para aumentar la velocidad de los granulos, que puedan separar de manera comparable el agua líquida de los granulos, y acelerar los granulos desde la granuladora hacia la salida de la secadora. La tubería para la suspensión preferiblemente incluye una válvula de bola u otro mecanismo de válvula después del punto de inyección de aire. La válvula de bola permite al operador regular mejor el tiempo de residencia de los granulos en la tubería y en la secadora, y sirve para reducir significativamente, o para eliminar, cualesquiera vibraciones en la tubería para suspensión, hacia la secadora. La válvula de bola o mecanismo de válvula también parece proporcionar una condición mejorada de nebulización de vapor de agua en la tubería para suspensión, corriente abajo del mecanismo de válvula. Se ha encontrado que los granulos de PET cristalinos pueden ser formados de acuerdo con el método y el aparato de la presente invención, si el tiempo de residencia de los granulos desde el punto de formación mediante las cuchillas de corte en el frente de la hilera hasta la salida de la secadora centrífuga es suficientemente reducido mediante la inyección de aire o de otro gas a alta velocidad en la línea para suspensión. Si bien los granulos más grandes pierden su calor más lentamente, de tal forma que mantienen una temperatura suficientemente alta a su salida como para sufrir cristalización a velocidades más bajas de aire inyectado, tales como 100 m3/hora. A medida que la velocidad del aire aumenta, los granulos más pequeños con bajas temperaturas de salida también muestran niveles aceptables de cristalización. Por lo tanto, la separación rápida de los granulos del agua y el tiempo de residencia acortado, aseguran que los granulos de PET salgan de la secadora del sistema de granulación subacuática mientras todavía mantienen suficiente calor en su interior como para lograr la cristalización deseada de los granulos amorfos, particularmente si los granulos son transportados desde la secadora por un transportador vibrador retenedor de calor durante un tiempo suficiente para lograr el nivel de cristalinidad deseado, y/o si se almacenan apropiadamente en un recipiente aislante de calor. Como resultado, la necesidad de un paso de calentamiento secundario se elimina. Cuando se transporta lejos de la secadora en un transportador vibrador, se ha encontrado que el transporte durante un tiempo desde aproximadamente 20 segundos hasta aproximadamente 90 segundos, o más, es suficiente para lograr la cristalinidad deseada. El tiempo de transporte preferido es desde aproximadamente 30 segundos hasta aproximadamente 60 segundos, y el más preferido es de aproximadamente 40 segundos. De acuerdo con lo anterior, es un objeto de la presente invención proporcionar un método y un aparato para procesar polímeros de PET en un sistema granulador subacuático que puede producir cristalización en los granulos de PET que salen de la secadora. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método y un aparato para producir cristalización en granulos de polímero de PET utilizando un sistema granulador subacuático sin la necesidad de un costoso paso secundario de calentamiento para convertir granulos de PET amorfos en granulos de PET cristalinos. Es un objeto adicional de la presente invención, proporcionar un método y un aparato para la granulación subacuática de polímero de PET en el cual un gas inerte se inyecta en el agua y la suspensión de granulos que sale de la granuladora para producir una forma de nebulización de vapor de agua a partir del manejo de la mezcla, proporcionando con ello una mejor retención de calor en los granulos transportados. Todavía un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un método y un aparato para granulación subacuática del polímero PET de acuerdo con el objeto precedente, en el cual los granulos son transportados rápidamente a través del equipo mediante la inyección de aire a una velocidad desde al menos 100 m3/hora, hasta aproximadamente 175 m3/hora o más, de tal forma que el tiempo de residencia de los granulos antes de salir de la secadora sea suficientemente reducido como para generar la cristalización en el orden de 30 a 40 % de la cristalización total (100 %). Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar un método y un aparato para producir granulos de polímero de PET usando un sistema granulador subacuático en el cual los granulos que salen de la secadora tienen suficiente calor remanente dentro de ellos para que ocurra al menos el 35% de la cristalización total de los granulos de PET sin calentamiento subsiguiente. Es todavía un objeto adicional de la presente invención, proporcionar un método de granulación subacuática y un aparato para producir granulos de PET, en los cuales el tiempo de residencia de los granulos de PET desde el momento de la extrusión en el frente de la hilera hasta la salida desde la secadora centrífuga es reducido a menos de aproximadamente un segundo por inyección de gas en la línea de la suspensión desde la granuladora hasta la secadora. Un objeto todavía adicional de la presente invención es proporcionar un método de granulación subacuática y un aparato para producir granulos de PET de acuerdo con el objeto precedente, en el cual el tiempo de residencia se regula usando un mecanismo de válvula para la presurización mejorada de la nebulización de vapor de agua corriente abajo de la válvula en la línea para suspensión. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de laminación subacuática en el cual los granulos calientes que salen de la secadora se llevan sobre un transportador vibrador u otro equipo vibrador o para manejo de materiales, para lograr virtualmente una cristalización uniforme en todo el volumen de salida de granulos dado. Estos, junto con otros objetos y ventajas que se harán evidentes inmediatamente, residen en los detalles de construcción y operación de la invención tal como se describirá más completamente en lo sucesivo, incluyendo las reivindicaciones, habiendo hecho referencia a los dibujos anexos, los cuales forman parte de esta memoria descriptiva, en donde los números similares se refieren a piezas similares en todo el documento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una ilustración esquemática de un sistema de granulación subacuática, que incluye una granuladora subacuática y una secadora centrífuga, tal como es fabricada y vendida por Gala Industries, Inc. ("Gala") de Eagle Rock, Virginia, con inyección de aire, y un transportador vibrador de acuerdo con la presente invención. Las figuras 2A y 2B son ilustraciones esquemáticas de vistas lateral y trasera, respectivamente, del transportador vibrador de la figura 1. La figura 3 ilustra ciertos componentes del sistema granulador subacuático que se muestra en la figura 1 durante un modo de derivación cuando la línea de proceso ha sido apagada. La figura 4 es una ilustración esquemática que muestra un método y un aparato preferidos para inyección de aire (o de gas) en la línea para suspensión desde la granuladora hasta la secadora de acuerdo con la presente invención. La figura 5 es una ilustración esquemática que muestra un método y un aparato preferidos para inyección de aire (o de gas) en la línea para suspensión desde la granuladora hasta la secadora, con una válvula de bola en la línea para suspensión, de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la descripción de las modalidades preferidas, se recurrirá a la terminología para efectos de mayor claridad. Se pretende que cada término contemple su significado más amplio, tal como es entendido por los conocedores de la materia, e incluya todos los equivalentes técnicos, los cuales funcionan en una forma similar para lograr un propósito similar. Por ejemplo, el término "agua" incluye no sólo el agua en sí, sino también agua con uno o más aditivos incluidos, los cuales se añaden al agua durante el paso de granulación subacuática para diversos propósitos usados por los conocedores de la técnica de granulación subacuática. Un sistema de granulación subacuática para su uso en asociación con la presente invención, se muestra esquemáticamente en la figura 1, y generalmente se designa mediante el número de referencia 10. El sistema 10 incluye una granuladora subacuática 12, tal como una granuladora subacuática Gala, con cubo cortador y cuchillas 14 mostrados por separado del depósito de agua con forma de caja 16 y la hilera 18. En el sistema de granulación subacuática 10, el polímero de PET se alimenta desde arriba, desde un tanque de polímero (no se muestra) en un cambiador de tamiz 20 que elimina cualesquiera partículas sólidas u otro material. El polímero de PET es alimentado entonces a través de la bomba de engranajes 22 para controlar y mantener un flujo suave del polímero en el desviador de polímero 24 y la hilera 18. El polímero de PET se extruye típicamente a través de orificios en la hilera a una temperatura de aproximadamente 260 °C. Las hebras de polímero de PET formadas por los orificios de la hilera entran en el depósito de agua con forma de caja 16 y se cortan mediante el cubo cortador y las cuchillas 14 en los granulos deseados. El agua fría fluye en el depósito de agua con forma de caja 16 a través del tubo 26 y la suspensión de agua y granulos cortados sale a través del tubo 28. La suspensión de agua y granulos es transportada entonces a través de la línea de suspensión 30 en una secadora 32, tal como una secadora centrífuga Gala, en la entrada 33. Los granulos se secan en la secadora 32 y salen de la secadora en 34. El agua extraída de los granulos secados sale de la secadora 32 a través del tubo 38 y se transporta mediante la bomba 40 a un tamiz de eliminación fino 42, y luego a un tanque de agua 44 a través del tubo 46. El agua reciclada deja el tanque de agua 44 a través del tubo 48 y mediante la bomba 50 en un intercambiador de calor de agua 52, para reducir la temperatura del agua. El agua enfriada se recicla a través del tubo 54 después de rodear la válvula 56 y el tubo 58 hasta la entrada del tubo 26 y luego en el depósito de agua con forma de caja 16. De acuerdo con la presente invención, se inyecta aire en el sistema de granulación subacuático en la línea de suspensión 30 en el punto 70, preferiblemente cerca del inicio de la línea de suspensión 30 adyacente a la salida del depósito de agua con forma de caja 16, con el fin de mejorar el transporte de los granulos de PET en la línea para suspensión 30 y se mantienen los granulos de PET a una temperatura suficientemente alta como para fomentar la cristalización deseada. El aire es inyectado convenientemente en la línea para suspensión 30 en el punto 70 usando una línea de aire comprimido convencional típicamente disponible en la mayoría de las instalaciones de fabricación, tal como con un compresor neumático, y una válvula de bola estándar suficiente para producir un flujo de aire de alta velocidad en la línea para suspensión 30. Esto se logra fácilmente mediante un volumen de aire de al menos 100 m3/hora a través de una válvula de bola estándar a una presión de 800 kPa (8 bar) en una línea para suspensión que incluye un tubo estándar de 3.81 cm (1.5 pulgadas). La alta velocidad del aire (u otro gas), cuando se pone en contacto el agua y los granulos calientes, genera una nebulización de vapor de agua. Los granulos tienden a dispersarse hacia el interior de la circunferencia del tubo a medida que se mueven rápidamente a través de él hacia la secadora. Se estima que el volumen de aire en la mezcla total gas/suspensión es del orden de 98% - 99%, o más por volumen de la mezcla total. El aire inyectado en la línea para suspensión 30 en el punto 70 aumenta la velocidad del flujo de granulos desde el depósito de agua con forma de caja 16 hasta la salida 34 de la secadora 32 a una velocidad de menos de un segundo. La temperatura media de los granulos de polímero de PET que salen de la secadora 32 en 34 de acuerdo con la presente invención, debe estar por encima de aproximadamente 145 °C a una velocidad del aire de 100 m3/hora, pero puede ser más baja cuando la velocidad del aire es aumentada hasta 175 m3/hora. Con esta acción de aumentar la velocidad de los granulos a alta velocidad, los granulos de PET mantienen suficiente calor interno como para iniciar la cristalización en ellos, sin la necesidad de un paso de calentamiento secundario. Los granulos que salen de la secadora son dirigidos preferiblemente a través de una unidad de vibración, tal como el transportador vibrador 84, como se muestra en las figuras 2A y 2B.

Mediante agitación y mezcla de los granulos en cristalización en el transportador vibrador 84, se evitan variaciones en las temperaturas de los granulos, las cuales pueden ocurrir debido a la proximidad de los granulos individuales a una pared del recipiente, en comparación con la inmersión de estos granulos entre otros granulos, por ejemplo. En lugar de ello, la uniformidad en la temperatura y en el grado de cristalización resultante mejoran grandemente. Además, la pegajosidad resultante de las elevadas temperaturas de los granulos es contrarrestada mediante el empuje y movimiento relativo de los granulos, lo que evita cualquier atascamiento o adherencia de los granulos en la estructura de pared circundante. Para fines de cristalización, se ha encontrado que los granulos tienen que permanecer en el transportador con vibración entre aproximadamente 20 y aproximadamente 90 segundos, o más, preferiblemente entre aproximadamente 30 y aproximadamente 60 segundos, y mucho más preferiblemente aproximadamente 40 segundos. Durante este tiempo, se mantiene suficiente calor en el transportador con vibración para mantener los granulos a una temperatura suficientemente alta para completar la cristalización deseada. Los granulos más grandes, que tienen una temperatura de salida en el orden de 145 °C debido a su masa mayor, pueden requerir solamente 10 segundos a esa temperatura, dentro de la cual logran el 40% de cristalización. Con su masa más pequeña y su área superficial relativamente mas grande, los granulos más pequeños, que tienen una temperatura de salida más fría de aproximadamente 127 °C, pueden requerir 20 segundos a esa temperatura para completar la cristalización deseada. El tiempo remanente en el transportador vibrador permite que los granulos se enfríen en una extensión mayor o menor. Si se requiere el enfriamiento adicional debido, por ejemplo, a la inhabilidad del operador para almacenar, usar o transportar granulos calentados desde la salida del transportador vibrador, entones se puede añadir ventiladores en tal salida, o se puede diseñar el transportador vibrador de tal forma que proporcione un tiempo de residencia de hasta aproximadamente dos minutos. Generalmente, la temperatura de los granulos es de aproximadamente 128 °C en la entrada hacia el transportador con vibración, y entre 60 °C y 110 °C en su salida, dependiendo de si el operador ha proporcionado o no enfriamiento neumático adicional directamente en el transportador con el fin de producir granulos que estén totalmente enfriados para propósitos de manejo (60 °C), o en su lugar requiere solamente que los granulos sean cristalinos (110 °C) al salir del transportador vibrador. La temperatura de salida preferida para la mayoría de los propósitos es de menos de 80 °C, mientras que una temperatura de pegajosidad superficial más alta (<100 °C) es suficiente para algunas clasificaciones de polímero de PET. Si no se usa una unidad vibradora, o adicionalmente a la unidad vibradora, los granulos de polímero de PET que salen de la secadora 32 pueden ser colocados en recipientes aislantes de calor apropiados, de tal forma que el calor retenido en los granulos de PET sea suficiente para completar el proceso de cristalización deseado, antes de que los granulos se enfríen por debajo de la temperatura de cristalización. En el modo de derivación que se muestra en la figura 3, el agua reciclada va a través de la derivación 56 al tubo 60, y luego en una línea para suspensión 30. En el modo de derivación, la válvula 62 se cierra y la suspensión de agua/gránulos en la línea 30 y el depósito de agua con forma de caja 16, junto con el agua en la línea de entrada 26, pueden drenarse del sistema saliendo de la válvula de drenaje 64. La figura 4 ilustra esquemáticamente un arreglo preferido para la inyección de aire en la línea para suspensión, de un sistema de granulación subacuático de acuerdo con la presente invención, y generalmente se designa mediante el número de referencia 100. La granuladora subacuática 102 ilustrada es una Gala Modelo No. A5 PAC 6, con el tubo de entrada de agua 104 y la línea de salida de suspensión 106. La secadora 108 ilustrada es una Gala modelo No. 12.2 ECLN BF, con la entrada para suspensión 110 en la parte superior. Dado que la salida de la granuladora subacuática 102 en la línea para suspensión 106 está significativamente por debajo de la entrada 110 hacia la secadora centrífuga 108, cuando ambas están niveladas en una planta de fabricación, es necesario transportar el agua y la suspensión de granulos hacia arriba desde la salida de la granuladora hasta la entrada de la secadora. La suspensión de agua y granulos se mueve así a través de la válvula 112 después del codo angular 114, a través de la línea para suspensión en ángulo 116, después del codo alargado 118 y luego en la entrada 110 de la secadora 108. La inyección de aire está después de la boquilla o válvula 120 directamente en el codo angular 114. Tal como se muestra en la figura 4, la línea de suspensión angular 116 preferiblemente es recta y tiene un codo alargado 118 en su extremo de salida. El codo alargado facilita la transición del agua a alta velocidad y la suspensión de granulos de la línea para suspensión recta 116 en la entrada de la secadora 110, y reduce la aglomeración potencial en la secadora 108. Adicionalmente, la inyección de aire en el codo angular 114 preferiblemente está en línea con el eje de la línea para suspensión 116 para aumentar al máximo el efecto de la inyección de aire en la suspensión de agua y granulos, y para mantener constante la aspiración de la mezcla de aire/suspensión. Si bien el ángulo entre el eje vertical de la línea para suspensión 116 y el eje longitudinal de la línea para suspensión en ángulo 116 es más preferiblemente de aproximadamente 45°, tal como se muestra en la figura 4, un rango preferido es desde 30° hasta 60°. Más aún, el ángulo puede ser variado desde 0o hasta 90°, y aún más en el caso de que la suspensión de agua y granulos que sale de la granuladora 102 esté más alta que la entrada 110 hacia la secadora 108 cuando, por ejemplo, la granuladora y la secadora están colocadas a diferentes niveles en la planta o las alturas de los componentes son diferentes de lo que se muestra en la figura 4. Con la inyección de aire como se describió, el tiempo de residencia de los granulos desde el depósito de agua con forma de caja hasta la salida es menor de un segundo, lo que se ha encontrado que produce granulos con la cristalización deseada. Sin embargo, en otra modalidad preferida, una segunda válvula de bola o mecanismo de válvula 150 se coloca después del punto de inyección de aire, tal como se muestra en la figura 5. El mecanismo de válvula 150 sirve para regular mejor el tiempo de residencia de los granulos dentro de la línea de suspensión mientras que mantiene suficiente presión de cabezal en la cámara de corte. Este segundo mecanismo de válvula no solamente proporciona regulación del tiempo de residencia de los granulos en la línea de suspensión, sino que también reduce la vibración en el tubo para suspensión significativamente. Además, la presurización resultante de la cámara inyectada con aire parece mejorar el nebulización de vapor de agua generado en el tubo para suspensión que está corriente abajo, mejorando los resultados obtenidos con granulos más pequeños en particular.

EJEMPLOS DE PRUEBA P R IMER CONJUNTO D E PRUEBAS Se extruyó polímero de PET fundido continuamente en un sistema de granulación subacuático general tal como se ilustra en la figura 1, usando una granuladora subacuática Gala modelo número A5 PAC 6 y una secadora centrífuga Gala modelo 12.2 ECLN BF, en el arreglo que se muestra en la figura 3. La temperatura de fusión fue de aproximadamente 265 °C y la velocidad de la cuchilla cortadora en la granuladora 102 fue variada entre 2500 y 4500 rpm. La hilera fue la típica para polímeros PET, y se usó una hilera común de 3.5 mm con superficies alargadas. La velocidad de fusión a través de los orificios de la boquilla durante las pruebas fue constante a 40 kg/orificio/hora. El tubo de para la línea para suspensión 116 fue un tubo estándar de 3.81 cm (1.5 pulgadas) y su longitud fue de 4.5 metros. La velocidad de la secadora centrífuga 108 se mantuvo constante durante las pruebas, y el flujo de aire contracorriente a través de la secadora 108 también se mantuvo constante durante las pruebas. No se usó una unidad vibradora. La tasa de flujo de inyección a la boquilla o válvula 120 fue variada desde 0 hasta un máximo de 100 m3 /hora, tal como se indica en la tabla 1 siguiente, y el flujo de agua y el tamaño de granulo también variaron, de nuevo tal como se indica en la tabla 1 siguiente. Los parámetros y resultados del primer conjunto de pruebas se exponen en la tabla 1 siguiente.

TABLA 1 La temperatura de granulos y el porcentaje de cristalinidad tal como se exponen en las últimas dos columans de la Tabla 1, fueron determinadas examinando el producto resultande de la secadora 108 al final de cada prueba. Específicamente, cuando los granulos fueron inspeccionados visualmene se determinó aproximadamente cuántos de los 100 granulos habían sufrido un cambio de color indicando transformación a un estado más cristalino. Por ejemplo, en la prueba 5, aproximadamente 80 de 100 granulos indicaron un cambio de color. La temperatura de los fránulos también se determinó en una base superficial suando un medidor para temperatura infrarroja. La extensión en la cual los granulos pueden haber estado "totalmente" cristalizados, con cristalización "total" indicando un estado en el cual cada granulo es completamente cristalino en toda su estructura individual, no pudo ser determinado usando estas técnicas de medición externa. Sin embargo, por aplicación práctica, se encontró que los granulos estaban suficientemente cristalizados para los propósitos de los usuarios finales de PET, demostrando efectivamente al menos de 30 a 40 % de cristalización durante la prueba subsiguiente, sin necesidad de ningún procesamiento adicional de calentamiento/cristalización. A una valodidad de inyección de aire de 100 m3/hora, se prefiere que 135 °C sea la temperatura mínima para que los granulos de polímero dejen la secadora, cuando los granulos tienen los tamaños usados en las pruebas anteriores. Sin embargo, la cristalización adecuada en temperaturas de salida más bajas, puede obtenerse con esta invención se se elaboran granulos de PET de tamaño más pequeño, siempre que la velocidad de inyección de aire sea aumentada.

SEGUNDO CONJUNTO DE PRUEBAS Se extruyó continuamente polímero de PET fundido en un sistema de granulación subacuática general tal como se ilustra en la figura 1, usando una granuladora subacuática Gala modelo número A5 PAC 6 y una secadora centrífuga Gala modelo 12.2 ECLN BF, en el arreglo que se muestra en la figura 3. La temperatura fundida fue de aproximadamente 265 °C y la velocidad de la cuchilla cortadora en la granuladora 102 se varió entre 2500 y 4500 rpm. Las hileras usadas fueron las típicas para polímeros de PET. Con el fin de tener la capacidad de trabajar con diferentes tamaños de granulos, se variaron los diámetros de los orificios de la hilera y las velocidades en los orificios de la hilera, así como también las valocidades de la cortadora. El tubo para la línea para suspensión 116 fue un tubo estándar de 3.81 cm (1.5 pulgadas) y su longitud fue de 4.5 metros. La velocidad de la secadora centrífuga 108 se mantuvo constante durante las pruebas, y el flujo de aire contracorriente a través de la secadora 108 también se mantuvo constante durante las pruebas. Se usó un transportador vibrador 84 para recibir los granulos a la salida de la secadora. La tasa de flujo de inyección de aire para la boquilla o válvula 120 se varió desde 0 hasta un máximo de 175 m3/hora, tal como se indica en la tabla 2 siguiente, y el flujo de agua y el tamaño de granulo también se variaron, de nuevo tal como se indica en la tabla 2 siguiente. Los parámetros y resultados del segundo conjunto de pruebas se exponen en la tabla 2 siguiente.

TABLA 2 Las muestras 10 y 11 se corrieron bajo las mismas condiciones, excepto porque la muestra 10 fue realizada con inyección de aire a una tasa de 175 m3/hora y la muestra 11 se realizó sin inyección de aire. De manera similar, las muestras 12 y 13, y las muestras 14 y 15, se realizaron en las mismas condiciones con respecto a cada par, con la excepción de la inyección de aire.

Las muestras 16, 17 y 18 no tuvieron pruebas correspondientes en la ausencia de aire debido a que el tamaño de granulo fue demasiado pequeño como para procesarlas efectivamente sin inyección de aire. A partir de los resultados en el segundo conjunto de pruebas, se puede ver claramente que el método de inyección de aire es esencial para mantener un granulo cristalino, específicamente cuando se trata de lograr pesos de granulos por debajo de 0.015 g/gránulo, lo que en la mayoría de los casos es el objetivo del cliente. Comparados con el primer conjunto de pruebas, el cual, cuando se resumió en la solicitud que está en trámite junto con la presente, número de serie 10/717,630, incorporada aquí, concluyó que se requería una temperatura de salida mínima, los resultados del segundo conjunto de pruebas han puesto en claro la importancia de la velocidad de la inyección de aire para lograr la cristalinidad deseada. La temperatura del granulo y el porcentaje de cristalinidad, tal como se exponen en la segunda y tercera columnas más hacia la derecha de la tabla 2, fueron determinadas mediante examen visual y usando un medidor de temperatura infrarroja, ambas como se describió anteriormente en conexión con el primer conjunto de pruebas. Sin embargo, de manera subsiguiente al momento en el cual se realizó el primer conjunto de pruebas, se determinó que la cristalinidad total, o el grado de cristalinidad, puede medirse usando el método de medición con nitrato de calcio. La columna más a la derecha muestra los resultados de esta evaluación. Con el método de inyección de aire de acuerdo con la presente invención, se puede producir granulos de PET de diversos tamaños con un grado de cristalinidad aceptable. Esto es aún posible con pesos de granulos tan bajos como de 0.008 g/gránulo siempre que el aire sea inyectado a una velocidad suficientemente alta. En contraste, usando dispositivos de operación de la técnica anterior para la tecnología de granulación incluyendo los que usan recorridos de tubo extremadamente cortos y flujos de agua muy altos, solamente se puede producir cierto porcentaje de granulos cristalinos, aproximadamente de 10 a 12%. Estos granulos así producidos, sin embargo, contienen una variación significativa en cristalinidad, desde aproximadamente 6.9% hasta 35.6%. Este grado de homogeneidad limitado dentro de los granulos no es aceptable. Adicionalmente, si el tamaño de granulo es reducido a 0.012 g/gránulo o menos, solamente mediante el método de inyección de aire de la presente invención es posible producir un rendimiento en el cual el 100% de los granulos se cristaliza al menos en un grado de cristalinidad de 35%. Se ha encontrado que el PET con un porcentaje de cristalinidad de más de 35% es suficientemente cristalino para el proceso en estado sólido (SSP) y por lo tanto es aceptable para los usuarios finales del PET. Tal como se resumió anteriormente, el primer y el segundo conjuntos de prueba se realizaron con velocidades de flujo de aire de 100 m3/hora y 175 m3/hora, respectivamente. También se puede usar valocidades de aire mayores, en el orden de 100 m3/hora o más, según sea requerido por el flujo de agua y los cambios en la proporción de los granulos. Si bien la presente invención es particularmente aplicable a la granulación subacuática de polímeros de PET, se cree que otros polímeros que se cristalizan a temperaturas elevadas, y los cuales mantienen calor cuando se someten a altas temperaturas, también pueden ser apropiados para la presente invención. Estos polímeros incluyen ciertos grados de poliuretano termoplástico (TPU), copolímeros de PET y/o mezclas de PET. Lo precedente se considera solamente como ilustrativo de los principios de la invención . Dado que se les ocurrirán modificaciones y cambios fácilmente a los conocedores de la materia, no se desea limitar la invención a la construcción y operación exactas que se m uestran y describen aquí. De acuerdo con ello, se puede recurrir a todas las modificaciones y equivalentes apropiados, los cuales caen dentro del alcance de la invención .

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1. Un método para procesar polímeros de PET en granulos de PET cristalino, que incluye los pasos de extruir hebras de polímero de PET a través de una hilera (18) en una granuladora subacuática (12, 102), cortar las hebras de polímero de PET en granulos en dicha granuladora, transportar dichos granulos de PET fuera de dicha granuladora y en una secadora (32, 108), como una suspensión de agua y granulos, y secar dichos granulos de PET en dicha secadora, caracterizado porque dicho paso de transportar los mencionados granulos de PET incluye inyectar un gas inerte a alta velocidad en dicha suspensión de agua y granulos, para provocar que dichos granulos de PET que salen de dicha secadora tengan suficiente calor interno para la auto-cristalización de dichos granulos.

2. El método que se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque dichos granulos de PET que salen de dicha secadora se mantienen en movimiento mediante una unidad vibradora (84), durante lo cual dichos granulos de PET continúan su auto-cristalización.

3. El método que se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque dicha inyección de gas inerte a alta velocidad en dicha suspensión de agua y granulos, provoca que aumente la velocidad de los granulos de PET en dicha secadora y a través de ella.

4. El método que se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque dicha inyección de gas inerte a alta velocidad en dicha suspensión de agua y granulos, convierte el agua en una nebulización de vapor de agua.

5. El método que se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque dichos granulos de PET salen de dicha secadora a una temperatura media por encima de aproximadamente 125 °C, y preferiblemente por encima de 135 °C.

6. El método que se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque dicho gas se inyecta en dicha suspensión de agua y granulos, a una velocidad de al menos 100 m3/hora, y preferiblemente de aproximadamente 175 m3/hora.

7. El método que se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque dicho gas es aire inyectado a una velocidad de entre 100 y 175 m3/hora.

8. El método que se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque dicho gas se inyecta en dicha suspensión de agua y granulos sustancialmente en alineación con una línea de desplazamiento de dicha suspensión.

9. El método que se describe en la reivindicación 8, caracterizado además porque dicha línea de desplazamiento de dicha suspensión da vuelta en un ángulo de entre 30° y 60°, y dicho gas se inyecta en dicha vuelta.

10. El método que se describe en la reivindicación 7, caracterizado además porque dicho tiempo de residencia de dichos granulos en la mencionada línea para suspensión, se regula mediante una válvula de bola (150), corriente abajo de dicha inyección de aire.

11. Un aparato para procesar polímeros de PET en granulos auto-cristalizados, que incluye una granuladora subacuática (12, 102) para cortar hebras de polímero de PET extruidas en dicha granuladora en granulos, tubería (26, 104) para introducir agua en dicha granuladora, y una línea para suspensión (28, 30, 108, 116), para transportar una suspensión de agua y granulos fuera de dicha granuladora, y un separador de agua/gránulos (32, 108), el cual separa dicha agua de dichos granulos, caracterizado además porque un inyector (120) introduce gas inerte a alta velocidad en dicha línea para suspensión de agua y granulos de PET (116), con el fin de provocar que dichos granulos de PET que salen de dicha secadora, tengan suficiente calor interno para la auto-cristalización de dichos granulos.

12. El aparato que se describe en la reivindicación 11, caracterizado además porque dicho gas inerte a alta velocidad convierte el agua en dicha línea para suspensión, en una nebulización de vapor de agua.

13. El aparato que se describe en la reivindicación 11, caracterizado además porque dicho gas inerte a alta velocidad aumenta la velocidad de los granulos de PET a través de dicho aparato de procesamiento.

14. El aparato que se describe en la reivindicación 11, caracterizado además porque dicho gas inerte inyectado a alta velocidad está a una velocidad de entre 100 y 175 m3/hora.

15. El aparato que se describe en la reivindicación 11, caracterizado además porque dicho separador de agua/gránulos (32, 108) es una secadora, preferiblemene una secadora centrífuga.

16. El aparato que se describe en la reivindicación 15, caracterizado además porque una unidad posterior a la granuladora (84) recibe granulos desde una salida (34) de dicha secadora para dicha auto-cristalizacion adicional.

17. El aparato que se describe en la reivindicación 16, caracterizado además porque dicha unidad posterior a la granuladora (84) es una unidad con vibración, preferiblemente un transportador vibrador, que mantiene dichos granulos en movimiento durante dicha cristalización.

18. El aparato que se describe en la reivindicación 16, caracterizado además porque dicha unidad posterior a la granuladora (84) es un recipiente aislante de calor.

19. El aparato que se describe en la reivindicación 11, caracterizado además porque una parte de dicha línea para suspensión es recta y en ángulo hacia arriba, con un ángulo de entre 30° y 60°.

20. El aparato que se describe en la reivindicación 11, caracterizado además porque dicha línea para suspensión incluye una parte recta (116) y dicho inyector de gas (120) introduce dicho gas inerte al inicio de dicha parte recta, y una válvula de bola (150) sirve para regular el tiempo de residencia de los granulos en dicho aparato.

21. El aparato que se describe en la reivindicación 11, caracterizado además porque dicho inyector de gas (120) introduce dicho gas inerte en dicha suspensión de agua y granulos sustancialmente en alineación con un eje longitudinal de una parte recta de la línea para suspensión (116).

22. El aparato que se describe en la reivindicación 11, caracterizado además porque una válvula de bola corriente abajo de dicho inyector de gas (120) regula el tiempo de residencia de los granulos de PET en dicho aparato.