NO148283B - Fremgangsmaate ved omdannelse av smeltede til sfaerisk formete produkter. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved omdannelse av smeltede produkter til sfærisk formete produkter som er faste ved romtemperatur og som har en diameter i området 1-5000 pm, ved at det dannes en homogen blanding av det smeltede produkt med minst én ^annen med det smeltede produkt ikke-blandbar væske og som er inert i forhold til det smel-lede produkt, og i et slikt forhold at det smeltede produkt

vil danne en dispergert fase og væsken danne denne kontinuerlige fase, hvoretter blandingen emulgeres.

Den mest anvendte fremgangsmåte for størkning i form av granuler eller sfærer ved atomisering av smeltede produkter er kjent under navnet sprøyte-kjøling.

Atomisering av det smeltede produkt kan oppnås ved hjelp av et munnstykke eller en turbin og krystallisering skjer ved avkjøl-ing med en strøm av kald gass som sirkulerer medstrøms eller motstrøms.

Med denne teknikk er det ganske lett å oppnå i fast form og med ei

snever partikkelstørrelsesfordeling produkter som er faste ved romtemperatur, samt også produkter som smelter ved temperaturer høyere enn 250°C.

Derimot er det vanskligere og ytterligere nødvendig med kost-bart utstyr for å oppnå faste sfæriske partikler når man går ut fra smeltede produkter som utviser lange utkrystallisasjons-tider. Denne ulempen nødvendiggjør en forlengelse av den bane i små dråper av atomiserte smeltede produkter må gjennom-løpe i kontakt med kjølegassen for å oppnå størkning.

I slike tilfeller må sprøytekjølekolonne utvise en betydlig høyde som kan gå opp til ca. 80m med den medfølgende fare for forurensning av omgivelsene og atmosfæren hvis avgassen ikke vaskes for å tilbakeholde finstoff som oppebæres av avgassene.

I henhold til oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte ved fremstilling av faste produkter med sfærisk form med en maksimal diameter i området 1-5000 ;um, idet man på kjent måte utgår fra blandinger av minst to med hverandre ikke-blandbare væsker, hvorav en foreligger i form av et smeltet fast stoff og hvor væskene er inerte i forhold til hverandre og er tilstede i et slikt forhold at den ene danner den dispergerte fase mens den andre danner den kontinuerlig fase.

Av de to væsker så er den som utgjør den dispergerte fase den

som størkner ved avkjøling.

Generelt er væsken som utgjør den dispergerte fase tilstede i

et forhold i området 0,5-50 vekts-% i forhold til væsken som utgjør den kontinuerlige fase.

Fremgangsmåten er særpreget ved at blandingen emulgeres

slik som angitt i krav l's karakteriserende del.

Med turbulentstrømning menes en bevegelse av væsken i et syl-indrisk rør med et Reynolds tall større enn 3000. Ved ut-

løpet av røret blir emulsjonen raskt avkjølt slik at det fore-går en øyeblikklig fase-forandring for den dispergerte fase. Avkjølningen oppnås ved blanding med den væske som er inert og ikke oppløser den dispergerte fase og som holdes ved passende temperatur, avkjølningen kan finne sted i en passende forlengelse av røret eller i et omrørt kar. Væsken kan være den samme som anvendes i den kontinuerlige fase.

Lengden av røret hvori emulsjonen dannes må være større enn 50-100 ganger den indre diameter av røret.

Kapasiteten som kan oppnås ved hjelp av foreliggende fremgangsmåte er avhengig av rørets indre diameter og ikke av den maksimale diameter som over hodet ikke innvirker på de sfæriske partikler som dannes i emulsjonen. I alle tilfeller må den indre diameter av røret være minst 3-4 ganger den maksimale diameter

av de sfæriske partikler som ønskes erholdt.

Under driftstemperaturbetingelser så vil den maksimale diameter for de sfæriske partikler som kan erholdes være en funksjon av emulsjonens liniære hastighet gjennom røret, grenseoverflatespenningen mellom væskene, spesifik vekt og viskositet av dispergeringesmediet, samt den dispergerte fases viskositet. Av disse faktorer er imidlertid de viktigste den liniære hastighet og grenseoverflatespenning.

Ved lik indre diameter for røret hvori emulsjonen dannes og for lik grenseflatespenning vil en forøkning av den liniære hastighet føre til en tilsvarende nedsettelse av maksimal diameteren for de faste partikler som kan erholdes i sfærisk form. På den annen side hvis man holder en konstant liniær hastighet i et rør med den samme diameter så vil den maksimale diameter for partiklene avta når grenseoverflatespenningen avtar.

Eksempelvis for å oppnå partikler med en maksimal diameter min-dre enn 50 ^u, ble det arbeidet med liniære hastigheter i området 2-20 m/sek. med væsker som utviste grenseflatespenninger i området 100-10 dyn/cm. I dette tilfelle var den dispergerte fase og den kontinuerlige fase tilstede i vektforholdene 0.1-0,3. Åpenbart for å oppnå partikler med maksimal diameter større enn de ovenfor indikert og mer spesielt større enn 1000 p., så må det arbeides ved lavere liniære hastigheter generelt i området 0,2-2 m/ sek. under anvendelse av væsker med grenseoverflatespenninger større enn 30 dyn/cm.

Ved drift under disse betingelser er det mulig å oppnå produkter med en smal partikkel størrelsefordeling hvor den maksimale diameter kan kontrolleres og bibeholdes under en forhånds-bestemt verdi. Disse produkter er særpreget ved at de foreligger i form av adskilte sfæriske partikler med en "rundhets" faktor på ca. 1, generelt i området 0,8-1. Den høye rundhetsfaktor for partiklene gir disse en betydlig flytbarhet og høy volum-vekst .

Med betegnelsen rundhetsfaktor er ment forholdet mellom over-flatearealet av en kule med det samme volum som partiklen og det ytre overflateareal av partiklen bestemt ekspreminelt. Generelt er fremgangsmåten anvendbar på organiske og uorganiske forbindelser eller bestanddeler med smeltepunkter i området 20°-400°C, eksempelvis:

urea, termoplastiske polymere produkter,

vokser,

organiske og uorganiske saltaddukter.

Mere spesielt er fremgangsmåten anvendbar for erholdelse av mikrosfærer av addukter mellom Mg halogenider og særlig magnesiumklorid og alkohol eller vann og generelt elektron-donor forbindelser som enten inneholder eller ikke inneholder aktivt hydrogen, for anvendelse som bærere for katalysatorer.

Fremstilling av katalysatorer under anvendelse av mikrosfærer som bærere kan eksempelvis utføres i henhold til fremgangsmåten beskrevet i Britisk patent nr. 1 485.234. Fremgangsmåten er ytterligere anvendbar ved fremstilling av urea i sfæriske form.

Når dispergeringsmediet som skal anvendes ved høye temperaturer eksempelvis som 300°C så kan det også anvendes bestanddeler som er faste ved romtemperatur. I dette tilfelle erholdes det en dispersjon av den dispergerte fase i form av faste sfæriske partikler innarbeidet i en fast kontinuerlig fase.

Dispergeringsvæskene kan eksempelvis være alifatiske, aromat-iske, cycloparafinhydrokarboner, vann, silikonolje (metylpoly-siloksan), organiske estere av typen salater, flytende poly-merer .

I figurene 1 og 2 er vist en praktisk utførelsesform av appa-rater som anvendes for å utføre fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

I tegningene er vist:

a) et med rører forsynt kar (1) som kan være satt under trykk og som er forsynt med en varmekappe og eventuelt med et uttøm-ningsrør, b) et rør (2) forsynt med en varmekappe i den første del av røret og eventuelt en kjølekappe i endedelen av røret som er

forbundet med karet (1) enten direkte eller via en pumpe (3),

c) et kar (4) forsynt med et røreverk og hvori emulsjonen av-kjøles fullstendig.

Apparatet virker på følgende måte i karet (1) innføres separat under omrøring bestanddelene av emulsjonen. Apparatet opp-varmes under omrøring til over smeltetemperaturen for fasen

som skal dispergeres. Omrøringen må være slik at det mulig-gjør dannelse av en homogen blanding av den dispergerte fase med den kontinuerlige fase. Blandingen blir deretter ført, enten ved å trykksette karet eller ved hjelp av pumpen (3) igjennom røret (2) under betingelse av turbulent strømning for å tilveiebringe emulsjonen av de to væsker.

I den andre del av røret (2) eller i samlekaret forsynt med rører (4) skjer en øyeblikklig avkjøling som vil forårsake strøkning av den dispergerte fase.

Avkjølingen er en funksjon av temperaturen hvilket kjølevæsken holdes og mengden av kjølemiddelet. Væsken som anvendes for avkjøling kan være av samme type som den kontinuerlige fase eller kan være et annet egnet medium. De sfæriske partikler som er dannet av den dispergerte fase av emulsjon kan;- når de er størknet ved avkjølning fraskilles ved dekantering eller filtrering .

De følaende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

48 g vannfri magnesiumdiklorid (77 g vannfri etylalkohol og 830 ml parafin ble innført under en inert gassatmosfære ved romtemperatur i en 2 l's autoklav forsynt med en turbinrører og et avtrekksrør. Blandingen ble oppvarmet til 120°C under omrøring hvorved det ble dannet et addukt mellom MgC^ og etanolen, hvilket addukt smeltet og forble blandet i disper-

geringsmiddelet.

Inne i autoklaven ble det bibeholdt et nitrogentrykk på 15 kg/ cm 2. Avtrekningsrøret på autoklaven var forbundet via en hane med et eksternt oppvarmet rør ved 120°C og som hadde en indre diameter på 1 mm og en lengde på 3 mm. Hanen ble åpnet og blandingen fikk strømme gjennom røret med en utstrømningshast-ighet som var ca. 7m/sek.

Ved rørets utløp ble dispersjonen samlet i en 5 1 flaske forsynt med omrører og som inneholdt 2,5 1 parafin og som var eksternt avkjølt og holdt ved initial temperatur på-40°C. Sluttemperaturen etter oppsamling av emulsjonen fra autoklaven var 0°C. Det sfæriske, faste produkt som ble dannet fra den dispergerte fase av emulsjonen ble fraskilt ved dekantering og filtrering, vasket med heptan og tørket. De sist nevnte operasjoner ble utført under en atmosfære av intert gass.

Det ble erholdt 130 g MgCl2.3C2H5OH inneholdende 20% oppløs-ningsmiddel, i form av faste sfæriske partikler med en maksimal diameter under 50 yu og med en midlere diameter på 19 ^u. Det faste produkt veide etter tørking under våkum i 2 t 105 g. Produktets volumvekt var 0,53 g/cm"^.

EKSEMPEL 2

Det ble arbeidet under de samme betingelser som beskrevet i eksempel 1, bortsett fra at dispergeringsvæsken var en vaselinolje FU og den liniære v-tstrømningshastighet for blandingen i røret utgjorde 4,5 m/sek. når trykket i autoklaven var 10 kg/

2

cm .

Som kjølevæske ble det anvendt vannfri heptan. Det ble erholdt 130 g av et fast sfærisk produkt MgCl2.3C9KcOH, inneholdende

■ca. 17% oppløsningsmiddel, hvilket svarer til 108 g av et produkt tørket under våkum i 2 t. Produktet hadde de følgende

. egenskaper:

EKSEMPEL 3

Dette ble utført som angitt i eksempel 2, bortsett fra at det i autoklaven ble innført 116 g C2H,-OH i stedenfor 77 g og temperaturen ble holdt ved 100°C. Det ble erholdt ca. 164 g av MgCl2.SC^H^OH inneholdene ca. 18% oppløsningsmiddel. Etter tørking under våkum i 2 t ble det erholdt 135 g i form av et sfærisk fast stoff med de følgende egenskaper:

EKSEMPEL 4

Dette ble utført som angitt i eksempel 2 bortsett fra at det

i autoklaven ble innført 130 g magnesiumklorid heksahydrat fast stoff ved romtemperatur og 83<0> ml vaselinolje FU. Det hele ble oppvarmet til 140°C og det ble erholdt 130 g sfærisk MgCl2.6H20 inneholdende ca. 12% oppløsningsmiddel tilsvarende 114 g tørr-stoff med de følgende egenskaper:

EKSEMPEL 5

Det ble arbeidet som angitt i eksempel 1, bortsett fra følgende:

dispergert fase : kommersiell tilgjengelig urea,

Inn i autoklaven ble innført 135 g fast urea ved romtemperatur. Autoklaven ble oppvarmet til 135°C og satt under et inert gasstrykk på 2 kg/cm 2. Utstrømningshastigheten for blandingen i røret var 2,2 m/sek. Det ble erholdt ca. 135 g av sfærisk fast urea inneholdende 15% oppløsningsmiddel, hvilket til-svarte 115 g tørrstoff som viser den følgende partikkel-størrelsesfordeling:

volum vekt = 0,865 g/cm , flytbarhet: 8 sek. (ASTM D-1895/69, metode A).

EKSEMPEL 6

Dette ble utført som eksempel 5 bortsett fra at det ble anvendt en liniær utstrømningshastighet på 0,3 m/sek. Partikkel-størrelsesanalyse av det erholdte sfæriske produkt ga det følg-ende resultat:

EKSEMPEL 7

Det ble utført som angitt i eksempel 1 bortsett fra at den dispergerte fase bestod av polypropylen med en midlere mole-kylvekt på 1500, mens den kontinuerlige fase bestod av en blanding av like vektdeler etylenglykol og vann, og rørets indre diameter var 3 mm. Inne i autoklaven ble innført 75 g fast polypropylen ved romtemperatur i et vektforhold på 0,15

i forhold til den kontinuerlige fase. Blandingen ble oppvarmet til 125°C under omrøring ilt hvoretter blandingen ble utført igjennom røret under påvirkning av et nitrogentrykk på 2 kg/ cm 2. Produktet ble oppsamlet i en flaske forsynt med omrører

og som inneholdt en blanding av like vektdeler glykr"'. og vann avkjølt til -20°C. Den faste sfærisk-formede polymer ble fraskilt og tørket. Det ble erholdt ca. 70 g i form dv t:færer-med maksimal diameter under 500 u m.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved omdannelse av smeltete produkter

til sfærisk formete produkter som er faste ved romtemperatur og som har en diameter i området 1 - 5000 ^um, ved at det dannes en homogen blanding av det smeltede produkt med minst én annen med det smeltede produkt ikke-blandbare væske og som er inert i forhold til det smeltede produkt, og i et slikt forhold at det smeltede produkt vil danne en dispergert fase og væsken danne den kontinuerlige fase, hvoretter blandingen emulgeres, karakterisert ved at blandingen emulgeres ved å underkaste denne en turbulent strømning i et rør hvis lengde er 50-100 ganger større enn rørets indre diameter, avkjøle emulsjonen slik at den dispergerte smeltede fase størkner, og oppsamle de sfæriske partikler som oppstår ved den øyeblikkelige av-kjøling og separere partiklene fra den kontinuerlige fase på i og for seg kjent måte.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at blandingen av de to væsker som har en grenseoverflatespenning i området 10-100 dyn/cm føres gjennom røret med en strømningshastighet på 2-20 m/sek.

3. Fremgangsmåte ifølge kravene 1 eller 2, karakterisert ved at avkjølingen utføres ved å føre emulsjonen ned i en kjølevæske, som fortrinnsvis består av den samme væske som utgjør den kontinuerlige fase, og at temperaturbetingelsene og mengden av den anvendte kjøle-væske er slik at det forårsakes en øyeblikkelig fasefor-andring av den dispergerte, smeltede væske.