PL191790B1 - Urządzenie i sposób obróbki materiału z tworzywa sztucznego - Google Patents

Abstract

1.Urzadzenie do obróbki materialu z tworzywa sztucznego, zwlaszcza polietylenotereftalanu, z przestrzenia obróbcza do wpro- wadzania materialu z tworzywa sztucznego w kawalkach, wzglednie w grudkach, który wprowadza sie poprzez jeden wlotowy otwór zasilajacy i opróznia przez jeden otwór oprózniajacy, a takze z urza- dzeniem doprowadzajacym gaz obróbczy poprzez obszar dna przestrzeni obróbczej oraz przynajmniej z jedna scianka dzialowa znajdujaca sie w przestrzeni obróbczej i dzielaca przestrzen obrób- cza na przynajmniej dwa przedzialy, które polaczone sa ze soba poprzez wolna przestrzen dla przemieszczania materialu z tworzy- wa sztucznego z jednego przedzialu do drugiego tak, ze material ztworzywa sztucznego od wlotowego otworu zasilajacego do otworu oprózniajacego przebiega ustalona, usytuowana zasadniczo pionowo droga, znamienne tym, ze oba przedzialy (12', 12'') znajduja sie we wspólnej obudowie (11) kolowo-symetrycznej, . . . . . 7. Sposób obróbki materialu z tworzywa sztucznego, zwlaszcza polietylenotereftalanu, w którym material o stosunkowo niskiej temperaturze najpierw podczas nagrzewania poddaje sie krystaliza- cji, przy czym material przez co najmniej 10 min. w przynajmniej dwóch przestrzeniach poddaje sie dzialaniu goracego gazu ob- róbczego i doprowadza do krystalizacji w temperaturze powyzej 135°C, na przyklad 140 do 180°C, zanim jeszcze material doprowa- dzi sie do dalszego nagrzewania, wzglednie kondensacji w fazie stalej, przy których w przestrzeni nagrzewania wstepnego, majacej co najmniej 2 do 8 stopni, zostanie on doprowadzony do temperatu- ry co najmniej 185°C, korzystnie co najmniej 200°C, a zwlaszcza 220°C, znamienny tym, ze ze wzgledu na równomierny przebieg obróbki i jakosc produktu, najpierw krystalizowany material prze- chodzi poprzez wolna przestrzen (18) z jednej przestrzeni (12') do drugiej przestrzeni (12''), przy czym przejscie znajdujace sie . . . . . . PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy urządzenia oraz sposobu obróbki materiału z tworzywa sztucznego.

J Sposób tego rodzaju znany jest np. z opisu EP-A-0712703. Gdy sposób taki zostanie przeprowadzony w praktyce okazuje się, że produkt końcowy wykazuje określone, dość znaczne wady:

- produkt jest zhydrolizowany, to znaczy częściowo rozdrobniony i dlatego o niewystarczającej jakości;

-w produkcie końcowym zawarta jest stosunkowo duża ilość pyłu, co oznacza stratę materiału i wysokie koszty jednostki wagowej produktu końcowego;

- stopień krystalizacji produktu końcowego jest trochę różny, a udział produktu w stanie amorficznym jest stosunkowo duży.

Podobny sposób znany jest z WO 94/01484, gdzie w stopniu prowadzenia krystalizacji pracuje się przy temperaturze krystalizacji niższej niż 145°C. Dobrana jest do tego wolniejsza prędkość krystalizacji, przy czym w tym sposobie czas obróbki dobrany jest jako wystarczająco długi (około 0,5 do 1 godz.).

W opisie US-A-5516880 opisany jest sposób polimeryzacji polimerów w fazie stałej, przy której amorficzny polimer wprowadza się do krystalizatora i ogrzewa się go tak, aby polimer uległ krystalizacji.

Skrystalizowany polimer wprowadza się następnie do reaktora, w którym zachodzi polimeryzacja polimeru. Gorący produkt w postaci polimeru z reaktora wprowadza się do chłodnicy ze złożem fluidalnym w celu ochłodzenia spolimeryzowanego produktu. Chłodnica ze złożem fluidalnym wykonana jest tak, że chłodzony produkt w postaci polimeru przechodzi przez chłodnicę wzdłuż poziomej zygzakowatej drogi, przy czym od dołu poprzez perforowane dno wprowadza się gaz chłodzący, który przechodzi poprzez poziomo przesuwający się materiał polimerowy.

Wynalazek ma za zadanie opracowanie produktu, przykładowo granulatu butelkowego z PET lub materiału poliestrowego przeznaczonego na kord oponowy itd. o lepszej jakości, z mniejszym udziałem pyłu oraz lepszą krystalizacją.

Urządzenie do obróbki materiału z tworzywa sztucznego, zwłaszcza polietylenotereftalanu, z przestrzenią obróbczą do wprowadzania materiału z tworzywa sztucznego w kawałkach, względnie w grudkach, który wprowadza się poprzez jeden wlotowy otwór zasilający i opróżnia przez jeden otwór opróżniający, a także z urządzeniem doprowadzającym gaz obróbczy poprzez obszar dna przestrzeni obróbczej oraz przynajmniej z jedną ścianką działową znajdującą się w przestrzeni obróbczej i dzielącą przestrzeń obróbczą na przynajmniej dwa przedziały, które połączone są ze sobą poprzez wolną przestrzeń dla przemieszczania materiału z tworzywa sztucznego z jednego przedziału do drugiego tak, że materiał z tworzywa sztucznego od wlotowego otworu zasilającego do otworu opróżniającego przebiega ustaloną, usytuowaną zasadniczo pionowo drogą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że oba przedziały znajdują się we wspólnej obudowie kołowo-symetrycznej względem osi obrotu, przy czym przedziały w dowolnym przekroju poprzecznym prostopadłym do osi obrotu stanowią sektory, a przynajmniej jedna wolna przestrzeń znajduje się przy dolnej stronie przynależnej ścianki działowej, natomiast przy górnej stronie kolejnego przedziału znajduje się otwór opróżniający. Droga przebiegu przez układ wolnej przestrzeni, względnie wolnych przestrzeni i otworu opróżniającego każdorazowo na różnych poziomach w przekroju wzdłużnym przestrzeni obróbczej ukształtowana jest zygzakowato lub meandrycznie.

Ścianka działowa poniżej otworu wlotowego ma lejkowaty odcinek do odchylania wchodzącego materiału z tworzywa sztucznego dla odchylania materiału do poprzedniego przedziału oraz ażeby przynajmniej częściowo przykryć następny przedział lejkowatym odcinkiem.

Pierwszy przedział zajmuje sektor o powierzchni większej niż połowa, korzystnie nawet większej niż 2/3 powierzchni w widoku z góry na przynajmniej w przybliżeniu kołowo-symetryczną przestrzeń obróbczą, a za pierwszym przedziałem znajduje się drugi, odpowiednio mniejszy przedział. Przynajmniej w jednym przedziale, przykładowo w ostatnim, znajduje się urządzenie nadzorujące, takie jak wziernik. Obszar dna przestrzeni obróbczej ma postać dna perforowanego złoża zawiesinowego.

Sposób obróbki materiału z tworzywa sztucznego, zwłaszcza polietylenotereftalanu za pomocą urządzenia według wynalazku, w którym materiał o stosunkowo niskiej temperaturze najpierw podczas nagrzewania poddaje się krystalizacji, przy czym materiał przez co najmniej 10 min. w przynajmniej dwóch przestrzeniach poddaje się działaniu gorącego gazu obróbczego i doprowadza do krystalizacji w temperaturze powyżej 135°C, na przykład 140 do 180°C, zanim jeszcze materiał doprowadzi się do dalszego nagrzewania, względnie kondensacji w fazie stałej, przy których w przestrzeni nagrzewania wstępnego, mającej co najmniej 2 do 8 stopni, zostanie on doprowadzony do temperatury co najmniej

PL 191 790 B1

185°C, korzystnie co najmniej 200°C, a zwłaszcza 220°C, charakteryzuje się tym, że ze względu na równomierny przebieg obróbki i jakość produktu, najpierw krystalizowany materiał przechodzi poprzez wolną przestrzeń z jednej przestrzeni do drugiej przestrzeni, przy czym przejście znajduje się przy dolnej stronie ścianki działowej rozdzielającej obie przestrzenie, a następnie krystalizowany materiał kształtuje się w postać strumienia sypkiego materiału o czworokątnym przekroju poprzecznym, zwłaszcza prostokątnym o zasadniczo równomiernym zasypie na przekroju poprzecznym i z jednego boku czworokątnego przekroju poprzecznego poddaje przepływowi gazu obróbczego, przy czym stosunek boków prostokąta przekroju poprzecznego strumienia sypkiego materiału wynosi około 1:2 do 1:5, korzystnie znajduje się w zakresie od 1:3 do 1:10, a gaz obrabiający przeprowadza się przez strumień sypkiego materiału, od strony większego boku prostokąta. Podczas krystalizacji doprowadza się gaz obróbczy o temperaturze od 165 do 185°C. Gaz obróbczy wprowadza się w przynajmniej dwóch stopniach o coraz wyższej temperaturze, od jednego boku czworokątnego przekroju, korzystnie każdorazowo od przeciwległej strony, przy czym gaz obróbczy prowadzi się w przeciwprądzie od jednego stopnia o niższej temperaturze do drugiego stopnia o wyższej temperaturze, a korzystnie gaz obróbczy prowadzi się wielokrotnie przynajmniej w trzech stopniach zygzakowato lub meandrycznie, poprzez czworokątny przekrój poprzeczny materiału sypkiego.

Materiał sypki o czworokątnym przekroju poprzecznym prowadzony jest w zasadzie pionowo, agaz obróbczy przeprowadza się poprzez czworokątny przekrój poprzeczny w zasadzie poziomo.

Krystalizację wstępną i krystalizację przeprowadza się w czasie od 10 do 80 min., korzystnie od 15 do 40 min., zwłaszcza od około 20 do 30 min., a nagrzewanie następujące po krystalizacji łącznie z kondensacją wstępną przeprowadza się w czasie od 60 do 120 min., zwłaszcza w ciągu około 90 min.

Punktem wyjściowym wynalazku jest to, że dotychczasowe parametry produkcyjne, trochę dowolnie dobierano z jednostronnym nastawieniem na szybkość produkcji. Stwierdzono na przykład, że wolniejsze nagrzewanie podczas krystalizacji przy niższych temperaturach umożliwia oszczędniejszą i bardziej ekonomiczną produkcję, przy czym ewentualnie zamiast stosowanego zwykle azotu można stosować nawet powietrze jako ośrodek działający.

Ponadto stwierdzono, że dotychczasowe, stosunkowo wysokie temperatury gazu wynoszące powyżej 195°C powodują nie tylko rozkład produktu i pogorszenie jego jakości, lecz w stosowanej dotychczas aparaturze powodują wysokie straty ciepła. Na przykład z opisu US-A-5119570 znane jest przeprowadzanie krystalizacji wstępnej i krystalizacji w oddzielnej aparaturze. Oddzielne aparatury oznaczają jednak również stosunkowo dużą proporcję powierzchnia : objętość, co zwiększa straty ciepła. We wspomnianym opisie EP-A wprawdzie krystalizacja wstępna i krystalizacja przeprowadzane są we wspólnym urządzeniu, co jednak nie prowadzi do optymalizacji.

Wynalazek przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat przebiegu sposobu według wynalazku, fig. 2 - przekrój podłużny przez krystalizator do krystalizacji wstępnej i krystalizacji uzupełniającej według wynalazku, fig. 3 - przekrój poprzeczny wzdłuż linii III-III z fig. 2, fig. 4 - schemat przekroju podłużnego przez urządzenie do wstępnego nagrzewania i kondensacji oraz do ochładzania stosowane korzystnie przy sposobie według wynalazku, a fig. 5 przedstawia przekrój poprzeczny według linii V-V z fig. 4.

Zgodnie z figurą 1 w stopniu wstępnym 1 sposobu według wynalazku wytwarza się amorficzny granulat z tworzywa sztucznego, zwłaszcza polietylenotereftalan, tzn. zasadniczo wytłacza się go itnie na grudki. Tak wytworzony amorficzny materiał z tworzywa sztucznego, w pierwszym stopniu sposobu według wynalazku przechodzi do krystalizatora 2, który celowo obejmuje krystalizację wstępną i krystalizację uzupełniająca, co znane jest ze stanu techniki, jednakże na podstawie postaci wykonania przedstawionej na fig. 2 i 3 będzie jeszcze wyjaśnione.

Materiał z tworzywa sztucznego wchodzi do stopnia 2 w temperaturze otoczenia. Wewnątrz stopnia 2 następuje oddziaływanie gazem w postaci gorącego gazu obojętnego, takiego jak np. azot, który wprowadza się wlotem gazu 2' przy stosunkowo niskiej temperaturze (w porównaniu do stanu techniki) wynoszącej np. 165°C do 185°C, np. 170°C do 180°C, w celu uzyskania ochronnej obróbki materiału z tworzywa sztucznego. Czas przebywania w krystalizatorze 2jest zgodnie z tym dobierany jako trochę dłuższy niż to proponuje się w stanie techniki, mianowicie 10 do 80 min., korzystnie 20 do 40 min., zwłaszcza około 30 min. Wskutek stosunkowo niskiej temperatury i stosunkowo długiego czasu przebywania uzyskuje się równomierną i ochronną obróbkę, przy czym okazało się, że za pomocą takiego sposobu uzyskuje się praktycznie całkowitą krystalizację materiału. Próby wykazały, że z materiału z tworzywa sztucznego wychodzącego ze stopnia 2, najwyżej 1% pozostaje amorficzny,

PL 191 790 B1 na ogół jednak mniej. Następnie materiał z tworzywa sztucznego uzyskuje temperaturę końcową około 135°C do 180°C i opuszcza stopień 2.

Ogrzany w ten sposób materiał do temperatury maksymalnie 180°C musi być dalej nagrzewany, aby wyzwolić reakcję kondensacji. W tym celu stosuje się nagrzewacz wstępny 3, do którego dołączony jest następnie właściwy reaktor 4. Oba stopnie pod względem obiegu gazu 5 (np. azotu) są ze sobą połączone, przy czym pomiędzy nimi włączony jest stopień 6 oczyszczania gazu, które następuje zanim gaz, który przebiegł raz poprzez obieg ponownie zostanie doprowadzony do nagrzewania wstępnego 3.

Wskazana tu dwustopniowość sposobu kondensacji jest znana i celowa, ale nie jest niezbędnie konieczna. Schemat przedstawiony na fig. 1 przedstawia właściwie tylko fakt, że celowo przewiduje się dwa urządzenia 3 i 4 połączone jedno za drugim. W praktyce, wstępne nagrzewanie służące do nagrzania materiału z tworzywa sztucznego do temperatury około 180°C (jeżeli materiał nadszedł w niższej temperaturze) można przeprowadzać oddzielnie w urządzeniu grzewczym, a następnie przeprowadzać kondensację w jednej lub w wielu operacjach. Ze względu na efektywność jest jednak korzystniejszym, gdy nagrzewanie wstępne i kondensację wstępną, ewentualnie również kondensację umieszcza się w jednym urządzeniu. Przykładowo byłoby do pomyślenia, aby nagrzewacz wstępny, względnie kondensator wstępny i kondensator (reaktor) zespolić w jedno urządzenie, przy czym celowym byłoby wtedy umieszczenie wielu wlotów i wylotów gazu na różnych wysokościach pionowego reaktora, aby podzielić go na poszczególne strefy o różnych temperaturach gazu i/lub różnych ilościach gazu, i/lub różnych prędkościach gazu. Jeżeli reaktor 4, w znany sposób wykonany jest jako reaktor o złożu ruchomym lub reaktor o złożu stałym, w postaci rury, poprzez którą materiał z tworzywa sztucznego przebiega z kontrolowaną prędkością, to korzystna postać wykonania nagrzewacza wstępnego 3 opisana zostanie później na podstawie fig. 4 i 5. Jeżeli mówi się o „kontrolowanej prędkości” wewnątrz reaktora 4, to taką prędkość można uzyskać przez wbudowanie dachowatych podłużnych elementów rozmieszczonych poprzecznie do osi wzdłużnej, które wywierają na materiał działanie hamujące i zapobiegają zbyt szybkiemu jego przepływowi, a ponadto dzięki zaostrzonemu do góry kształtowi dachowemu ułatwiają rozdzielanie się od siebie poszczególnych cząstek, które skłonne byłyby się ze sobą kleić.

Nagrzewacz wstępny 3 może być wprawdzie zbudowany jednostopniowo, korzystnie ma jednak co najmniej dwa, ewentualnie nawet osiem stopni, przy czym temperatura gazu celowo wzrasta ze stopnia na stopień. Przy końcu nagrzewacza wstępnego 3, zależnie od wykonania temperatura materiału osiąga 190 do 235°C, przy czym w przedstawionym przykładzie wykonania z dwoma stopniami 3. i 4 uzyskuje się zwykle temperaturę materiału około 220°C.

Następnie reakcja powinna zostać przerwana możliwie szybko, przy czym w tym celu dołączona jest chłodnica 7, z której następnie odprowadzany jest materiał typu PET po skondensowaniu dodatkowym. Może to być również poliolefina lub PEN albo PA. Gdy chłodzenie wstępne następuje już przy końcu reaktora 4 tak, że materiał z tworzywa sztucznego wychodzi przy temperaturze znajdującej się wyraźnie poniżej 185°C, np. przy temperaturze około 160°C, to w chłodnicy 7 nie ma już potrzeby stosowania gazu obojętnego i można do chłodzenia użyć powietrza.

Na figurze 2 przedstawiony jest krystalizator 10 według wynalazku, który ma kołowo-symetryczną, zwłaszcza cylindryczną (fig. 3) przestrzeń obróbczą 12 otoczoną ścianami 11, służącą do przyjmowania rozwałkowanego, względnie grudkowatego materiału z tworzywa sztucznego nadchodzącego ze stopnia wstępnego 1 (fig. 1). Przestrzeń obróbcza 12, w celu kontrolowanego przebiegu krystalizacji wstępnej z zewnętrznym podsuszaniem grudek i ich krystalizacji, podzielona jest przynajmniej na dwa przedziały obróbcze 12' i 12. Podział ten przeprowadzony jest za pomocą ścianki działowej 13. Na fig. 3 przedstawiono, że podział dokonuje się w kształcie sektorów, przy czym pierwszy przedział obróbczy 12' zajmuje przynajmniej około 50% powierzchni przekroju poprzecznego, korzystnie 2/3 do 3/4 przekroju poprzecznego. Natomiast przedział 12 zajmuje resztę rozporządzalnej przestrzeni. Jednakże podział mógłby następować również za pomocą promieniowych ścianek dzielących wokół osi podłużnej A krystalizatora 10, odpowiednio do widoku z góry, względnie w przekroju przedstawionym na fig. 3. Jeżeli w przykładzie wykonania przedstawione są tylko dwa przedziały 12' i 12, to jednak w razie potrzeby można zastosować więcej niż dwa przedziały, za pomocą umieszczenia co najmniej jeszcze jednej ścianki dzielącej.

Wykonanie kołowo-symetryczne zapewnia wysoką wartość proporcji objętość : powierzchnia tak, że straty ciepła są małe i łatwiej zapewniona jest równomierna temperatura w przestrzeni obróbczej 12. Przestrzeń obróbcza 12 zasilana jest materiałem z tworzywa sztucznego poprzez przynajmPL 191 790 B1 niej jeden otwór wlotowy 14. Wewnątrz otworu wlotowego znajduje się znany wirnik R do rozprowadzania materiału przy wlocie do przestrzeni obróbczej, ponad dnem 16'. Poniżej, ze względu na stosunkowo dużą objętość przedziału 12', względnie również ze względu na miejsce, ściana 13 wyposażona jest celowo w lejkowaty odcinek odrzutowy 13', który nadaje jej większą sztywność. Po odcinku 13' materiał ześlizguje się skośnie do dołu (na fig. 2 na lewo) i wskutek tego przechodzi do pierwszego przedziału krystalizacji wstępnej 12'.

Przez przestrzeń obróbczą 12 przepływa gorący, obojętny gaz oddziaływujący, taki jak np. azot, a do tego celu służy króciec wlotowy 15 dla gazu. Gaz przepływa następnie, odpowiednio do strzałek 17, do góry i poprzez perforowane dno 16. Oczywiste jest, że w ramach wynalazku możliwe jest umieszczenie przynajmniej dwóch wlotów gazu 15 tak, że jeden wprowadza gaz tylko do przedziału 12', a drugi tylko do przedziału 12, przy czym przez takie oddzielne doprowadzanie gazu umożliwione jest to, że ewentualnie w obu przedziałach 12', 12 materiał z tworzywa sztucznego poddaje się działaniu różnych ilości gazu i/lub przy różnych ich prędkościach, i/lub temperaturach. Przykładowo może być korzystne zastosowanie w przedziale 12' większej prędkości gazu, aby uzyskać szybkie powierzchniowe podsuszenie grudek z tworzywa sztucznego, natomiast w przedziale 12 można stosować wprawdzie mniejszą prędkość lecz wyższą temperaturę działającego gazu obróbczego.

Wskutek tego, że przewiduje się stosunkowo dużą prędkość przepływu gazu oraz że przestrzeń obróbcza 12 ku górze, zarówno przez odcinek lejkowaty 13', jak i przez powiększenie średnicy ściany zewnętrznej 11 w górnym odcinku 11' ulega rozszerzeniu, powstają warunki do utworzenia się tzw. złoża barbotażowego, w którym materiał z tworzywa sztucznego jest silnie fluidyzowany. Wskutek tego grudki opłukiwane są przez gaz ze wszystkich stron i są powierzchniowo suszone. Grudki amorficzne są trochę lżejsze od całkowicie skrystalizowanych i pomimo, że różnica nie jest bardzo duża to prowadzi ona do selekcji materiału jeszcze amorficznego i materiału już częściowo skrystalizowanego, gdy przejście z przedziału 12' do przedziału 12 usytuowane jest przy dolnej stronie ścianki podziałowej 13, gdzie zaznaczona jest wolna przestrzeń 18. Oczywiste jest, że korzystne jest, gdy ścianka działowa 13 połączona jest z dnem 16 przez żebra wystające do dołu i wspiera się na nim tak, że tworzy się szereg takich wolnych przestrzeni 18.

Wysokość wolnej przestrzeni dobiera się zależnie od całkowitej objętości, przestrzeni obróbczej 12, stopnia napełnienia tej przestrzeni oraz od rodzaju obrabianego materiału. Dlatego w ramach wynalazku możliwe jest zainstalowanie urządzenia regulującego wysokość tej wolnej przestrzeni 18, np. zasuwy, która tworząc szczelinę ogranicza dolny koniec ścianki działowej 13. Ewentualnie ścianka 13 jest zabezpieczona w swym położeniu pionowym promieniowym ramionami (nie przedstawionymi), szczególnie w górnej części przestrzeni obróbczej, ewentualnie również w dolnej. Okazało się jednak, że nie ma potrzeby instalowania takiego urządzenia regulującego wysokość wolnej przestrzeni 18 i może ona być nie zmieniana. Wysokość szczeliny dla wolnej przestrzeni 18 wynosi 3 do 8cm, zwłaszcza około 5 cm.

Jeżeli krystalizator 10 ma być eksploatowany w sposób ciągły, co jest korzystne, to otwór opróżniający 19 musi być stale otwarty, który to otwór (fig. 2) znajduje się przy górnej stronie przedziału krystalizacji 12 w obszarze końcowym rury opróżniającej 20, która odprowadza na zewnątrz materiał przy swym dolnym końcu. Fakt, że wolna przestrzeń 18 znajduje się pod ścianką dzielącą 13, a otwór opróżniający znajduje się powyżej niej, powoduje meandryczny lub ostro zawracający tor drogi odpowiednio do drogi 21, zgodnie z którym musi przebiegać materiał z tworzywa sztucznego, aby przejść od otworu wlotowego 14 do otworu opróżniającego 19. Przedłuża to czas przebywania w przedziałach jednak zapobiega powstawaniu „zwarcia”, które powstawałoby gdyby materiał z wolnej przestrzeni 18 mógł przechodzić bezpośrednio do umieszczonego u dołu otworu opróżniającego. Ponieważ już w przedziale 12' (krystalizacja wstępna) udział wagowy materiału amorficznego stanowi mniej niż połowę, więc w drugim przedziale 12 (krystalizacja uzupełniająca) czas obróbki może być stosunkowo krótki, aby uzyskać prawie 100% udział materiału skrystalizowanego tak, że ten przedział 12 może być stosunkowo mniejszy. Tor materiału odpowiadający drodze 21 jest celowy również wtedy, gdy istnieje więcej niż jedna ścianka dzieląca 13, przy czym w tym przypadku materiał po ruchu do góry w przedziale 12 w przedziale trzecim może ponownie poruszać się do dołu, a otwór opróżniający umieszczony jest w obszarze dna.

Na figurze 3 widoczne są niektóre geometryczne zależności konstrukcji krystalizatora 10. Wlot gazu 15 i położony przeciwległe właz roboczy 22 tworzą w widoku z góry poprzeczną oś T zaznaczoną linią osiową, zgodnie z którą usytuowany jest również wylot gazu 23 (na fig. 2 powyżej płaszczyzny przekroju III-III). Ażeby za pomocą włazu 22 umożliwić dostęp do obu przedziałów 12' i 12, przedział 12

PL 191 790 B1 jest przesunięty o określony kąt α względem osi poprzecznej T poprzez właz 22, przy czym kąt α wynosi 30° do 60°. Zasadniczo nie ma to decydującego znaczenia, jednakże kąt 30° sprawdził się jako korzystny, gdyż w ten sposób można uzyskać układ geometryczny, przy którym dolny odcinek 13 ścianki dzielącej 13 (fig. 3) znajduje się w środkowym obszarze włazu roboczego 22. Ponieważ w przedziale 12 powinien zostać uzyskany żądany stan końcowy materiału z tworzywa sztucznego, więc korzystnie umieszczone jest przy nim przynajmniej jedno urządzenie nadzorujące, np. „wglądający” do przedziału 12 spektrometr, który umożliwia bieżące ustalanie spektrogramu stwierdzającego stan krystalizacji tworzywa sztucznego. Takie urządzenie nadzorujące może być umieszczone przynajmniej w postaci wziernika 24. Oczywiście takie urządzenie nadzorujące może znajdować się już w poprzedzającym przedziale, gdy jest to pożądane. Po przejściu przez krystalizator (stopień 2 na fig. 1) materiał z tworzywa sztucznego, zgodnie ze schematem z fig. 1, przechodzi do nagrzewacza wstępnego 3, który w swej korzystnej postaci wykonania przedstawiony jest na fig. 4 i 5. Strzałka 10'na fig. 4 wskazuje, że w tym miejscu materiał nadchodzący z krystalizatora 10 wchodzi do otworu wlotowego szybiku 31 nagrzewacza wstępnego (kondensatora wstępnego). Szybik 31 usytuowany jest w obrębie zewnętrznej, kolistej ściany 30' i ma prostokątny przekrój poprzeczny, jak widać to zwłaszcza z fig. 5. Stosunek boków, to znaczy boku długiego Ldo boku stanowiącego jego szerokość B wynosi około 1:3 do 1:10, korzystnie 1:5 do 1:8, zwłaszcza 1:6. Szybik 31 z obu stron ograniczony jest przez perforowane blachy, sita lub tym podobne 32. Wskutek tego na całej jego długości stworzone są równomierne warunki przepływu i obróbki, a ponadto pionowe usytuowanie szybiku 31 powoduje równomierną gęstość materiału na całym poprzecznym przekroju szybiku.

Jak widać stanowiący wymiennik ciepła aparat 30 podzielony jest na wiele stopni spełniających różne funkcje. Jeżeli jako działający gaz obojętny stosuje się N2, to może on być wprowadzany przy stosunkowo niskiej temperaturze w miejscu 33, ażeby w przedziale 34 zamkniętym od góry ścianą 35 obrabiany materiał sprowadzić ponownie do niższej temperatury, względnie, aby usunąć lotne związki uwolnione w jednym z górnych przedziałów.

Potem, gdy azot w przedziale 34 poprzez sitowe ścianki 32 szybiku 31 już przepłynął, opuszcza on ten przedział chłodzący 34 i następnie za pomocą elektrycznego urządzenia grzejnego E zostaje nagrzany do wyższej temperatury. Uzyskuje przy tym temperaturę wynoszącą np. co najmniej 185°C, która służy jako temperatura podtrzymująca kondensację wstępną w przedziale 36. Również tutaj gaz przepływa ponownie szybik 31 ruchem zygzakowatym, to znaczy w kierunku przeciwnym do przepływu w przedziale 34 położonym poniżej, aby następnie ponownie ulec nagrzaniu w urządzeniu grzejnym E i przechodzić poprzez przedział kondensacji wstępnej 37, gdzie materiał z tworzywa sztucznego zostaje poddany działaniu gazu o temperaturze 200°C do 240°C, ewentualnie nawet o temperaturze do 260°. Kierunek przepływu w tym przedziale 37 jest również skierowany przeciwnie do przepływu w sąsiadującym przedziale 36. W najwyższym przedziale 38, po jeszcze jednym nagrzaniu uzyskuje się ewentualnie najwyższą temperaturę do wstępnego nagrzania materiału mającego jeszcze niższą temperaturę. Nie jest to bezwzględnie konieczne, gdyż przebieg temperatury można tak kształtować, że w ostatnim, najwyższym urządzeniu grzejnym E wyrównane zostają tylko straty temperatury w położonym niżej przedziale 36. W ten sposób gaz obróbczy przepływa zasadniczo do góry, natomiast materiał z tworzywa sztucznego w szybiku 31 opada w przeciwprądzie, a więc do dołu. Prędkość opadania w szybiku 31 można regulować, na przykład przez kontrolowane opróżnianie przy dolnym końcu, na przykład za pomocą zamknięcia w postaci koła z przegrodami 39, którego prędkość obrotową można regulować lub nastawiać za pomocą czujników temperaturowych przy końcu szybiku 31. Oczywiste jest, że ewentualnie można zastosować również więcej niż cztery przedziały, na przykład sześć lub osiem albo mniej lub tylko jeden, zależnie od zadań, jakie ma spełniać wymiennik ciepła 30, takich jak nagrzewanie wstępne, kondensacja wstępna, kondensacja itd. Nie jest również konieczne, aby gaz prowadzić ruchem zygzakowatym gdyż dla poszczególnych przedziałów można zastosować osobne wloty gazu, na przykład aby zmieniać w poszczególnych przedziałach 34 do 38 natężenie przepływu, rodzaj gazu i/lub jego prędkość.

Urządzenie według wynalazku ma zwartą i tanią budowę i pozawala jednocześnie zminimalizować straty ciepła, przy czym niewielkie straty ciepła umożliwiają również lepszą kontrolę warunków krystalizacji tak, że również z tego względu nie ma potrzeby stosowania wysokich temperatur obróbki.

Zalety polegają jednak przede wszystkim na tym, że natężenie przepływu gazu w przedziałach z jednego tylko źródła gazu, może być mniejsze niż dotychczas, a urządzenie ma mniejszą wysokość, co powoduje oszczędność przestrzeni i kosztów.

PL 191 790 B1

Wprawdzie z opisu CH-A-665473 znany jest krystalizator z obudową kołowo-symetryczną, jednakże nie był on wykonany i nie nadawał się do przeprowadzania krystalizacji wstępnej i krystalizacji (podstawowej), tzn. wymagał on dodatkowego urządzenia do prowadzenia oddzielnej operacji krystalizacji. Podczas, gdy we wspomnianym opisie EP-A droga materiału z tworzywa sztucznego przebiegająca poprzez urządzenie jest taka, że konieczna jest praca przy dużym natężeniu przepływu powietrza, aby można było wytworzyć złoże barbotażowe tak, że materiał poprzez wolną przestrzeń, powyżej ścianki działowej wślizguje się do następnego przedziału, to według wynalazku korzystnie uzyskuje się to, że przez układ wolnej przestrzeni, względnie wolnych przestrzeni oraz otworu opróżniającego na różnych poziomach w przekroju podłużnym poprzez przestrzeń obróbczą, droga materiału z tworzywa sztucznego uzyskuje kształt zbliżony do meandra. Podczas, gdy znane wślizgiwanie się ponad ścianką prowadzi do różnych czasów przebywania poszczególnych części materiału, to według wynalazku czas przebywania jest lepiej kontrolowany, przy czym stwierdzono, że uzyskuje się bardzo dobry stopień krystalizacji z pomijalną częścią amorficzną. Przy meandrowym torze drogi prowadzenia materiału można zmniejszyć ilość przepływającego powietrza, przy czym w przypadku położenia przy dnie wolnym przestrzeni lub otworów dochodzi jeszcze to, że również w złożu zawiesinowym zachodzi rozdział obrabianego materiału zależnie od jego gęstości, przy czym materiał o większym ciężarze właściwym znajduje się raczej w obszarze dennym. Jeżeli nawet różnice gęstości pomiędzy materiałem amorficznym i skrystalizowanym w złożu zawiesinowym nie są zbyt wielkie, to jednak pewną rolę odgrywa również to, że cięższy materiał przy dnie jest już w większej masie wykrystalizowany niż wibrujący dalej u góry tak, że z dolnych wolnych przestrzeni materiał o określonym stopniu krystalizacji doprowadza się do następnego przedziału (lub do otworu opróżniającego).

Sposób według wynalazku rozpoczyna się przy stosunkowo niskich temperaturach obróbki nieszkodliwych dla materiału. Wymaga to wprawdzie najpierw trochę dłuższego czasu, stwarza jednak warunki dla uzyskania materiału o lepszej jakości, przy czym czas stracony w porównaniu do stanu techniki, zostaje zwrócony przez krótszy czas trwania obróbki przy wstępnym nagrzewaniu, względnie wstępnej kondensacji. Korzystne jest także wykonanie w postaci złoża zawiesinowego tak, że zbędne są elementy mieszające wewnątrz przestrzeni obróbczej (patrz US-A 4 064 112 i 4 161 578), które jak się okazało powodują duże straty przez wytwarzanie dużych ilości pyłu. Przy tym należy zwrócić uwagę na to, że podział kondensacji na kondensację wstępną i kondensację dodatkową w różniących się warunkach obróbki, znane już z US-A-3 756 990, również w sposobie według wynalazku znalazł korzystne zastosowanie. Odpowiada temu również temperatura końcowa materiału wynosząca co najmniej 185°C, korzystnie jednak co najmniej 200°C, zwłaszcza około 220°C.

W stanie techniki według EP-A-0 712 703 krystalizowana była powyżej nierównomierna jakość produktu końcowego. Stan techniki ujawnił braki stosowanej do krystalizacji aparatury, polegające na przypadkowym rozkładzie czasu przebywania, a dla prowadzonego następnie nagrzewania, w stanie techniki proponuje się zbiorniki z obrotowymi organami powodującymi cyrkulację. Jednakże, jak stwierdzono, właśnie te organy powodują wytwarzanie się nadmiernej ilości pyłu.

Według wynalazku, również ze względu na ochronną i kontrolowaną obróbkę materiału proponuje się inną drogę, przy której wprowadza się krystalizowany materiał w postaci, w przekroju poprzecznym czworokątnego, zwłaszcza prostokątnego, strumienia materiału sypkiego o równomiernym nasypie na całym przekroju poprzecznym, przy czym od jednej strony czworokątnego przekroju poddaje się go przepływowi strumieniem gazu obróbczego. Oznacza to, że poprzez taki kształt przekroju poprzecznego, na całej stronie napływu gazu dla tego gazu panują takie same warunki, do czego przyczynia się zasadniczo równomierna gęstość nasypowa. Może to ulec jeszcze poprawie, jeżeli stosunek prostokątnych stron przekroju poprzecznego strumienia sypkiego materiału wynosi 1:2 do 1:15, korzystnie znajduje się w zakresie 1:3 do 1:10, przy czym gaz obróbczy prowadzi się od większego boku prostokąta poprzez strumień materiału sypkiego. Tak więc, sposób według wynalazku różni się od wszystkich takich sposobów, w których na przestrzeni przekroju poprzecznego istnieją różne grubości strumienia materiału sypkiego i/lub panują różne warunki przepływu gazu.

Krystalizacja wstępna i krystalizacja w celu ochronnej obróbki wymagają czasu wynoszącego 10 do 80 min., korzystnie 15 do 40 min., a zwłaszcza 20 do 30 min.

Była już mowa o tym, że następujące nagrzewanie kształtowane jest następnie według wynalazku efektywniej poprzez skrócenie tej operacji sposobu.

Dokonuje się to według wynalazku korzystnie przez to, że ogrzewanie prowadzone po krystalizacji, łącznie z kondensacją wstępną, przeprowadza się w czasie 60 do 120 min., zwłaszcza wcią-

Claims (14)

1. Urządzenie do obróbki materiału z tworzywa sztucznego, zwłaszcza polietylenotereftalanu, z przestrzenią obróbczą do wprowadzania materiału z tworzywa sztucznego w kawałkach, względnie w grudkach, który wprowadza się poprzez jeden wlotowy otwór zasilający i opróżnia przez jeden otwór opróżniający, a także z urządzeniem doprowadzającym gaz obróbczy poprzez obszar dna przestrzeni obróbczej oraz przynajmniej z jedną ścianką działową znajdującą się w przestrzeni obróbczej i dzielącą przestrzeń obróbczą na przynajmniej dwa przedziały, które połączone są ze sobą poprzez wolną przestrzeń dla przemieszczania materiału z tworzywa sztucznego z jednego przedziału do drugiego tak, że materiał z tworzywa sztucznego od wlotowego otworu zasilającego do otworu opróżniającego przebiega ustaloną, usytuowaną zasadniczo pionowo drogą, znamienne tym, że oba przedziały (12', 12'') znajdują się we wspólnej obudowie (11) kołowo-symetrycznej, o osi obrotu (A), przy czym przedziały (12', 12''), w dowolnym przekroju poprzecznym prostopadłym do osi (A) stanowią sektory, a przynajmniej jedna wolna przestrzeń (18) znajduje się przy dolnej stronie przynależnej ścianki działowej (13), natomiast przy górnej stronie następującego kolejno przedziału (12'') znajduje się otwór opróżniający (19).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że droga przebiegu (21) przez układ wolnej przestrzeni, względnie wolnych przestrzeni (18) i otworu opróżniającego (19) każdorazowo na różnych poziomach w przekroju wzdłużnym przestrzeni obróbczej (12), ukształtowana jest zygzakowato lub meandrycznie.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ścianka działowa (13) poniżej otworu wlotowego (14) ma lejkowaty odcinek (13') do odchylania wchodzącego materiału z tworzywa sztucznego dla odchylania materiału do poprzedniego przedziału (12') oraz ażeby przynajmniej częściowo przykryć następny przedział (12'') lejkowatym odcinkiem (13').

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwszy przedział (12') zajmuje sektor o powierzchni większej niż połowa, korzystnie nawet większej niż 2/3 powierzchni w widoku z góry na przynajmniej w przybliżeniu kołowo-symetryczną przestrzeń obróbczą (12), a za pierwszym przedziałem (12') znajduje się drugi, odpowiednio mniejszy przedział (12'').

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w przynajmniej jednym przedziale (12''), korzystnie w ostatnim, znajduje się urządzenie nadzorujące, takie jak wziernik (24).

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obszar dna przestrzeni obróbczej (12) ma postać dna perforowanego (16) złoża zawiesinowego.

7. Sposób obróbki materiału z tworzywa sztucznego, zwłaszcza polietylenotereftalanu, w którym materiał o stosunkowo niskiej temperaturze najpierw podczas nagrzewania poddaje się krystalizacji, przy czym materiał przez co najmniej 10 min. w przynajmniej dwóch przestrzeniach poddaje się działaniu gorącego gazu obróbczego i doprowadza do krystalizacji w temperaturze powyżej 135°C, na przykład 140 do 180°C, zanim jeszcze materiał doprowadzi się do dalszego nagrzewania, względnie kondensacji w fazie stałej, przy których w przestrzeni nagrzewania wstępnego, mającej co najmniej 2 do 8 stopni, zostanie on doprowadzony do temperatury co najmniej 185°C, korzystnie co najmniej 200°C, a zwłaszcza 220°C, znamienny tym, że ze względu na równomierny przebieg obróbki i jakość produktu, najpierw krystalizowany materiał przechodzi poprzez wolną przestrzeń (18) z jednej przestrzeni (12') do drugiej przestrzeni (12''), przy czym przejście znajduje się przy dolnej stronie ścianki działowej (13) rozdzielającej obie przestrzenie (12', 12''), a następnie krystalizowany materiał kształtuje się w postać strumienia sypkiego materiału o czworokątnym przekroju poprzecznym, zwłaszcza prostokątnym o zasadniczo równomiernym zasypie na przekroju poprzecznym i z jednego boku (L) czworokątnego przekroju poprzecznego poddaje przepływowi gazu obróbczego, przy czym stosunek boków prostokąta (B:L) przekroju poprzecznego strumienia sypkiego materiału wynosi około 1:2 do 1:5, korzystnie znajduje się w zakresie od 1:3 do 1:10, a gaz obrabiający przeprowadza się przez strumień sypkiego materiału, od strony większego boku prostokąta (L).

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że podczas krystalizacji doprowadza się gaz obróbczy o temperaturze od 165 do 185°C.

9. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że gaz obróbczy wprowadza się w przynajmniej dwóch stopniach o coraz wyższej temperaturze, od jednego boku (L) czworokątnego przekroju, korzystnie każdorazowo od przeciwległej strony.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że gaz obróbczy prowadzi się w przeciwprądzie od jednego stopnia (34-37) o niższej temperaturze do drugiego stopnia (35-38) o wyższej temperaturze.

PL 191 790 B1

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że gaz obróbczy prowadzi się wielokrotnie przynajmniej w trzech stopniach (34-37), względnie (35-38), zygzakowato lub meandrycznie, poprzez czworokątny przekrój poprzeczny materiału sypkiego.

12. Sposób według zastrz. 10 albo 11, znamienny tym, że materiał sypki o czworokątnym przekroju poprzecznym prowadzony jest w zasadzie pionowo a gaz obróbczy przeprowadza się poprzez czworokątny przekrój poprzeczny w zasadzie poziomo.

13. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że krystalizację wstępną i krystalizację przeprowadza się w czasie od 10 do 80 min., korzystnie od 15 do 40 min., zwłaszcza od około 20 do 30 min.

14. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że nagrzewanie następujące po krystalizacji łącznie z kondensacją wstępną przeprowadza się w czasie od 60 do 120 min., zwłaszcza w ciągu około 90 min.