WO2009040189A1 - Entgasungsextruder zur entgasung eines polymermaterials sowie verfahren zur entgasung eines sirups aus polymeren, lösungsmitteln und/oder monomeren unter verwendung eines entgasungsextruders - Google Patents

Entgasungsextruder zur entgasung eines polymermaterials sowie verfahren zur entgasung eines sirups aus polymeren, lösungsmitteln und/oder monomeren unter verwendung eines entgasungsextruders Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Entgasungsextruder (1) zur Entgasung eines Polymermaterials, umfassend wenigstens ein Extruderzylinder (2) mit wenigstens einer drehbar angetriebenen, in dem Extruderzylinder (2) gelagerten Extruderschnecke (3), mit wenigstens einer Materialeinspeisung und wenigstens einem Extrudataustrag sowie mit wenigstens einer Entgasungszone (9). Der Entgasungsextruder (1) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Gasaustritt für das in der Entgasungszone (9) anfallende Gas in Bezug auf die Förderrichtung des Polymermaterials stromaufwärts der Materialeinspeisung vorgesehen ist.

Description

Entgasungsextruder zur Entgasung eines Polymermaterials sowie Verfahren zur Entgasung eines Sirups aus Polymeren, Lösungsmitteln und/oder Monomeren unter Verwendung eines Entgasungsextruders
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Entgasungsextruder zur Entgasung eines Polymerma- tehals, umfassend wenigstens einen Antrieb, wenigstens einen Extruderzylinder, wenigstens eine drehbar angetriebene, in dem Extruderzylinder gelagerte Extruderschnecke, wenigstens eine Materialeinspeisung, wenigstens einem Extruda- taustrag, wenigstens eine Entgasungszone und wenigstens einen Gasaustrag.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Entgasung eines Sirups aus Polymeren, Lösungsmitteln und/oder Monomeren unter Verwendung eines Entgasungsextruders.
Stand der Technik
Bei Polymerisationsprozessen wird die Polymerisation häufig in einem Lösungsmittel durchgeführt. Dabei kann das Lösungsmittel zum einen die Monomerlösung selbst und/oder auch ein inertes Lösungsmittel sein. Um das Polymer zu erhalten, müssen die Restmonomere oder das Lösungsmittel, z. B. durch Verdampfung, abgetrennt werden. Eine solche Entgasung erfolgt üblicherweise in einem Entgasungsextruder. Auch werden Entgasungsextruder zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffen verwendet, insbesondere wenn aus dem Ausgangs- kunststoff Restmonomere entfernt werden sollen. Je nach zu verdampfendem Massenanteil an Lösungsmittel und/oder Monomeren müssen bei ersterem Verwendungsgebiet der Entgasungsextruder sehr große Dampfvolumenströme abgeführt und in großen Wärmetauschern kondensiert werden.
Bekannte Entgasungsextruder sind üblicherweise so aufgebaut, dass der zu entgasende Materialstrom auf der Antriebsseite der Extruderschnecke zugeführt wird und das entgaste Extrudat zur Schneckenspitze hin gefördert wird. Dabei erfolgt nach einem Druckaufbau im Extruder üblicherweise ein Teil des Weges stromab- wärts der Materialeinspeisung eine Druckentlastung des Materials, bei welcher eine Entgasung des Materials bei Atmosphärendruck oder unter Zuhilfenahme von Vakuum erfolgt. Hierzu sind üblicherweise beim Entgasungsextruder die Schneckengänge an einer Stelle tief geschnitten, so dass dort der Druck auf Vakuum- oder Atmosphärenniveau absinkt und man Dampf und Gas absaugen kann. Hinter dieser sog. Entgasungszone wird die Masse dann wieder komprimiert und ein neuer Druck aufgebaut.
Ein Einschnecken-Entgasungsextruder der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der EP 0 490 359 A1 beschrieben. Dieser Entgasungsextruder ist in der zuvor beschriebenen Art und Weise aufgebaut und dient dazu, bei der Herstellung von thermoplastischem Kunststoff Restmonomere aus dem Ausgangskunststoff zu entfernen. Hierzu wird mit der Schmelze ein Schleppmittel vermischt. Dabei wird die Schmelze im Entgasungsbereich des Extruders unter möglichst starker Blasenbildung entgast. Zunächst wird der Schmelzedruck auf einen Wert erhöht, der über dem spezifischen Verdampfungsdruck des eingesetzten Schleppmittels liegt. Ist dieser erreicht, lassen sich das Schleppmittel und die Schmelze in flüssiger Phase leicht miteinander vermischen und anschließend unter starker Blasenbildung entspannen.
Zur Entgasung eines Sirups mit einem verhältnismäßig hohen Lösungsmittelanteil oder mit einem verhältnismäßig hohen Anteil an Monomeren ist der aus der EP 0 490 359 A1 bekannte Entgasungsextruder allerdings nicht geeignet. Zur Erhöhung der Entgasungsleistung werden Extruder ab der stromabwärts zur Einspeisestelle gelegenen Entgasungszonen bis zur Schneckenspitze mit einem durchgängig vergrößerten Zylinder- und Schneckendurchmesser versehen. Die Ausführung ist beispielsweise in EP 0 102 400 A1 und DE 30 268 42 A1 be- schrieben. Durch die Zylindervergrößerung kann die Gasgeschwindigkeit abgesenkt werden. Allerdings ist der Extruder stromabwärts hinter den Entgasungszonen im Durchmesser überdimensioniert. Für die Entgasung eines Polymer-Sirups mit hohem Monomer und/oder Lösungsmittelanteil ist es deshalb günstiger die erste Entgasungszone so zu gestalten, dass das Gas stromaufwärts der Material- einspeisung abgeführt wird, während das Polymer stromabwärts gefördert wird. Diese Ausführungsform ist beispielsweise in EP 0015457A1 dargestellt. Da Gas sowie Monomer- und Lösungsmitteldämpfe zwischen Materialeinspeisung und Getriebe abgeführt werden, muss hier ein erhöhter Aufwand betrieben werden zur Abdichtung zwischen Extruderzylinder und Schneckenschaft gegen Gasaustritt Richtung Getriebe.
Um das Abdichtungsproblem zum Getriebe hin zu Lösen, wurde neben der Gleitringdichtung auch das Spülen des Raumes vor dem Getriebe mit Inertgas vorgeschlagen. Diese Ausführungsform wird in JP 2003 348300 beschrieben. Dieser Lösungsvorschlag hat allerdings den Nachteil, dass bei großen Monomer- und/oder Lösungsmittelströmen ein hoher Inertgasstrom notwendig ist. Diese Ausführungsform führt damit zu hohen Betriebs und Investitionskosten, da das Inertgas im Monomer und/oder Lösungsmittelgas den Wärmeübergang bei der Kondensation dieser Gase reduziert. Es werden damit große Wärmetauscherflä- chen benötigt.
Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Entgasungsextruder der vorstehend beschriebenen Art so auszugestalten, dass dieser bei einem Sirupstrom mit verhältnismäßig hohem Anteil an Lösungsmittel und Monomer möglichst effektiv Lösungsmittel und Monomer durch Verdampfung vom Polymer abtrennen kann, so, dass Polymere mit geringen Restmengen an Lösungsmittel und/oder Monomer erhalten werden können. Zur Vereinfachung des Sprachgebrauchs soll der Begriff „Lösungsmittel" auch die Monomere mit umfassen.
Insbesondere soll bei hohem Durchsatz mit einem hohen Lösungsmittelanteil verhindert werden, dass Polymer mit dem Gasstrom mitgerissen wird und weder Monomer noch Lösungsmittel oder auch Polymer zum Getriebe gelangt.
Lösung
Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch einen Entgasungsextruder zur Entgasung eines Polymermaterials, umfassend wenigstens einen Antrieb, wenigstens einen Extruderzylinder, wenigstens eine drehbar angetriebene, in dem Extruderzylinder gelagerte Extruderschnecke, wenigstens eine Materialeinspeisung, wenigstens einen Extrudataustrag, wenigstens eine Entgasungszone und wenigstens einen Gasaustrag, wobei sich der Entgasungsextruder gemäß der Erfindung insbeson- dere dadurch auszeichnet, dass der Antrieb im Bereich des, bezogen auf die Förderrichtung des Polymers, stromabwärts gelegenen Endes der Extruderschnecke vorgesehen ist. Eine solche Konstruktion hat den Vorzug, dass die Möglichkeit besteht, die Hauptmenge des in der Entgasungszone anfallenden Gases entgegengesetzt zur Förderrichtung des Polymermaterials abzuführen. Hierdurch ist es möglich, den Antrieb nur gegen polymeres Material abzudichten, das im Verhältnis zu Monomer und Lösungsmittel eine höhere Viskosität aufweist. Darüber hinaus muss die Abdichtung des Antriebs nicht gegen das verwendete Lösungsmittel beständig sein.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Entgasungsextruders gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gasaustritt für wenigstens einen Teil des in der Entgasungszone anfallenden Gases in Bezug auf die Förderrichtung des Polymermaterials stromaufwärts der Materialeinspeisung vorgesehen ist, so dass das Gas im Bereich der Schneckenspitze im Gegenstrom zum Polymerstrom abgeführt werden kann.
Die in dem Polymermaterial ggf. noch enthaltene Monomer und/oder Lösungsmit- telmenge kann stromabwärts in einer oder mehreren Entgasungszonen weiter entgast werden.
Mit anderen Worten, erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass anders, als dies bisher im Stand der Technik der Fall war, der Gasstrom entgegen der Förderrichtung des Polymers stromaufwärts in Richtung der Schneckenspitze geführt wird. Der Gasaustritt kann dort stirnseitig und/oder radial und/oder tangential am Extruderzylinder erfolgen. Das Polymer wird in die zur Verdampfung entgegengesetzte Richtung aus der Entgasungszone herausgefördert. Hierdurch ist eine besonders wirksame Trennung von Polymer, Monomer und/oder Lösungsmittel bei verhält- nismäßig hohem Durchsatz gewährleistet.
Bei einer bevorzugten Variante des Entgasungsextruders gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Gasaustritt unmittelbar (d.h. zum Beispiel direkt angeflanscht) eine Kondensationskammer nachgeschaltet ist. Durch Kondensation unmittelbar am Gasaustritt des Extruderzylinders kann auf großvolumige Leitungen zur Abfuhr der Dämpfe verzichtet werden. Möglich ist es auch, das Gas über Rohrleitungen, die ggf. beheizt sind, einer Kondensationseinrichtung zuzuführen.
Vorzugsweise ist der Gasaustritt am stromaufwärts gelegenen Ende des Extru- derzylinders im Bereich der Schneckenspitze vorgesehen. Der Extruderzylinder kann beispielsweise stromaufwärts stirnseitig offen sein, so dass durch das freie Schneckenende die Möglichkeit besteht, die Extruderschnecke ohne Demontage von an den Extruder angebauten Aggregaten durch die Kondensationskammer aus dem Extruder zu ziehen.
Um das in die Kondensationskammer einströmende Gas zu kondensieren, ist bei einer besonders vorteilhaften Variante des Entgasungsextruders vorgesehen, dass in die Kondensationskammer Flüssigkeiten zum Kondensieren des in die Kammer strömenden Gases eingesprüht oder eingedüst werden. Die Kondensati- on mit einer eingesprühten Flüssigkeit erlaubt den Verzicht auf große Wärmetauscher. Durch diese Art der Ausführung können auch Sirupströme mit einem hohen Anteil an Lösungsmittel und/oder Monomer auf kleinem Raum kondensiert werden. Durch die Gasströmung zufällig in die Kondensationskammer gelangtes Po- lymer kann durch Wahl einer Kondensationsflüssigkeit, die mit dem Polymer mischbar ist, automatisch aufgelöst und ausgetragen werden. Es ist natürlich auch möglich, zusätzlich oder alleine das in die Kondensationskammer strömende Gas in einem Wärmetauscher zu kondensieren, der an die Kondensationskammer angeschlossen ist. Bei dieser Variante kann das Konden- sat (Flüssigkeit) in die Kondensationskammer zurückgeführt und/oder anderweitig abgeführt werden.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Entgasungsextruders gemäß der Erfindung, bei der die Entgasungszone im Bereich der Materialeinspeisung vor- gesehen ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Gasstrom entgegengesetzt dem Polymerstrom transportiert werden soll. Das unter Druck und Temperatur eingespeiste Material wird direkt im Bereich der Materialeinspeisung in den Extruder entspannt, so dass in der Entgasungszone die Verdampfung des Lösungsmittels oder Monomers vonstatten geht. Dabei entsteht ein großer Dampf- volumenstrom, der möglichst ohne Polymermitriß in Richtung Kondensationskammer abgeführt wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die Entgasungszone durch einen Abschnitt des Extruderzylinders mit erweitertem Innendurchmesser gebildet wird. Die Materialeinspei- sung erfolgt dabei im Bereich des erweiterten Extruderzylinders oder an einem der Ränder der Erweiterung, oder außerhalb der Erweiterung, wenn sich die Erweiterung stromaufwärts der Materialeinspeisestelle befindet. Im Stand der Technik ist es bekannt, die Gangtiefe der Extruderschnecke zu verändern oder den Kerndurchmesser der Extruderschnecke zu verringern, was allerdings weniger vorteilhaft ist, da insbesondere letztere Variante zu einer Schwächung des Extruderschneckenquerschnitts führt.
Die letzten beiden Möglichkeiten zur Schneckenmodifikation können selbstverständlich zusätzlich genutzt werden. Die Durchmessererweiterung im Extruderzylinder hat insbesondere den Vorteil, dass die Gasgeschwindigkeit des Dampfes reduziert wird, was ebenfalls einen Mitriss von Polymer verringert.
Zweckmäßigerweise beträgt der Innendurchmesser des Extruderzylinders in der Entgasungszone zwischen dem 1 ,01 -fachen und dem 3-fachen, vorzugsweise zwischen dem 1 ,01 -fachen und dem 2-fachen und ganz besonders bevorzugt zwischen dem 1 ,01 -fachen und dem 1 ,6-fachen des Innendurchmessers des Extruderzylinders außerhalb der Entgasungszone.
Im Bereich des Zylinders mit vergrößertem Innendurchmesser können an der Innenoberfläche zusätzlich Stege vorgesehen sein, die den Transport der Polymer- Schmelze stromabwärts unterstützen. Diese sind wendeiförmig ausgeführt, um Todvolumina zu vermeiden und führen zu einer gleichmäßigen und stabilen Ent- gasung.
Die Länge der Entgasungszone ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass diese zwischen dem 0,5- und 10-fachen, vorzugsweise zwischen dem 1 - bis 7-fachen und ganz besonders bevorzugt zwischen dem 1 - bis 5-fachen des Innendurch- messers des Extruderzylinders außerhalb der Entgasungszone beträgt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Materialeinspeisung auf dem Umfang des Extruderzylinders an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen in der Entgasungszone vorgesehen ist. Durch eine Aufteilung des Sirupstroms über den Um- fang des Extruderzylinders ist ein besserer Transport der Dämpfe und des teilentgasten Polymers aus der Entgasungszone gewährleistet. Die gleichmäßige Ausnutzung des Extrudervolumens verringert die Neigung zur Staubildung in der Entgasungszone.
Vorzugweise ist wenigstens ein Einspeiseventil, bevorzugt ist das Einspeiseventil ansteuerbar, vorgesehen, mit welchem der Volumenstrom der Materialeinspeisung regelbar ist. Idealerweise sind zwei einander diametral gegenüberliegend angeordnete Einspeiseventile vorgesehen, mit welchen der Volumenstrom der Materialeinspeisung regelbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der Dosierstrom un- abhängig von den Druckverhältnissen im Prozess auf einen gewünschten Wert innerhalb der Durchflusskennlinie der Ventile einstellbar ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Entgasungsextruders gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Extruderschnecke axial von einem geschlossenen Dampfkanal durchsetzt ist, der eine Teilfüllung einer verdampfbaren Flüssigkeit aufweist. Dieser Dampfkanal dient dazu, den Temperaturgradienten der Schmelze in Längsrichtung der Extruderschnecke zu kompensieren. Die Schmelzetemperatur ist im Bereich der Sirupeinspeisung durch die Verdampfung von Lösungsmittel und Monomer sehr niedrig, während sie kurz vor dem Austrag infolge der Reibungswärme der Extruderschnecke sehr hoch ist. Eine zu hohe Schmelzetemperatur führt zur Schädigung des Produkts, wohingegen eine sehr niedrige Schmelzetemperatur die Förderung der Schmelze im Extruder beeinträchtigt.
In dem Dampfkanal kondensiert die enthaltene Flüssigkeit im Bereich der Materialeinspeisung, die frei werdende Kondensationswärme wirkt einer zu starken Abkühlung der Schmelze in diesem Bereich entgegen, wohingegen in den übrigen Bereichen der Extruderschnecke die in dem Dampfkanal enthaltene Flüssigkeit verdampft und so einer Überhitzung entgegenwirkt.
Der Dampfkanal kann beispielsweise einen Füllgrad von 20 Vol.-% bis 80 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 30 Vol.-% und 60 Vol.-% aufweisen, gemessen bei der Umgebungstemperatur von ca. 20° C.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Entgasung eines Sirups aus Polymeren, Lösungsmitteln und/oder Monomeren unter Verwendung eines Entgasungsextruders, welches sich dadurch auszeichnet, dass der bei der Entgasung anfallende Gasstrom innerhalb des Extruders entgegengesetzt zu dem Polymerstrom geführt wird.
Vorteilhafterweise erfolgt ein größerer Teil der Entgasung des Sirups im Bereich der Einspeisung in den Extruder, der ersten Entgasungszone. Im Bereich dieser Entgasungszone werden > 50 Gew.-% der Monomere und/oder der Lösungsmittel entgast, bezogen auf die Gesamtmengen der Monomere und/oder der Lösungsmittel. Das Gas tritt durch einen Entgasungsaustritt aus.
Nach einer vorteilhaften Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das anfallende Gas unmittelbar am Gasaustritt des Extruders in einem Behälter kondensiert wird.
Die Kondensation kann in Form einer Sprühkondensation unter Einsprühung oder Einrieselung einer Flüssigkeit vollzogen werden, vorzugsweise unter Einrieselung oder Einsprühung einer Flüssigkeit, in der das Polymer lösbar ist. Es ist aber auch eine Kondensation in einem an der Kondensationskammer angeschlossenen Wärmetauscher denkbar.
Weitere Entgasungszonen und Entgasungsaustritte können sowohl stromabwärts als auch stromaufwärts vorgesehen sein und dienen zur Restentgasung des Polymers.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhil- fenahme der beigefügten Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des Entgasungsextruders mit einer daran angeschlossenen Kondensationskammer und ohne Antrieb, teilweise im Schnitt, und
Figur 2 eine schematische Darstellung des Entgasungsextruders gemäß der Erfindung mit Getriebe und Motor, jedoch ohne die angeschlossene
Kondensationskammer.
Figur 1 zeigt nur einen Teil des mit (1 ) bezeichneten Entgasungsextruders. Der Entgasungsextruder (1 ) umfaßt ein Extruderzylinder (2) sowie eine in dem Extru- derzylinder (2) drehbar gelagerte Extruderschnecke (3). Die Extruderschnecke (3) wird von einem Antrieb (4) über ein zwischengeschaltetes Getriebe (5) in Drehung versetzt. Als Antrieb (4) kann beispielsweise ein Elektromotor vorgesehen sein.
Wie bereits vorstehend erwähnt, sind der Antrieb (4) und das Getriebe (5) in der Figur 1 nicht dargestellt, diese befinden sich in der Zeichnung rechts. Das Polymer/Monomer-Gemisch wird über eine sich verzweigende Speiseleitung (6) an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen des Extruderzylinders (2) über Einspeiseventile (7) dem Extruderzylinder (2) zugeführt.
Der Entgasungsextruder (1 ) gemäß der Erfindung ist als sog. "Einschnecke- nextruder" ausgebildet, dieser könnte allerdings auch als Doppelschneckenextruder ausgebildet sein.
Der Extrusionszylinder (2) ist im Bereich der Einspeiseventile (7) querschnittlich erweitert, d. h. dessen Innendurchmesser ist etwa um den Faktor 1 ,01 bis 3 größer als der reguläre Innendurchmesser des Extruderzylinders (2) außerhalb dieses Bereichs. Dort entspricht der Innendurchmesser des Extruderzylinders (2) etwa dem Außendurchmesser des Schneckengangs der Extruderschnecke (3) (unter Berücksichtigung etwaiger Toleranzen). Der Bereich größeren Innendurchmessers des Extruderzylinders (2) definiert die Entgasungszone. Über die Speiseleitung (6) wird das Monomer/Polymer-Gemisch und/oder ein Lösungsmittel/Polymer-Gemisch unter Druck und Temperatur in den Extruderzylinders (2) eingespeist. In der Entgasungszone (9) findet eine starke Druckreduzierung statt, so dass das Monomer und/oder das Lösungsmittel aus dem Polymer entgasen kann. Darüber hinaus wird in diesem Bereich die Strömungsgeschwindigkeit des Materials verringert. Das Polymer wird in der Zeichnung nach rechts in Richtung Antrieb gefördert. Die in diesem Zusammenhang verwendeten Begriffe "stromabwärts" und "stromaufwärts" beziehen sich immer auf die Förderrichtung des Po- lymers.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das in der Entgasungszone (9) anfallende Gas bzw. der dort anfallende Dampf in der Zeichnung nach links, also stromaufwärts der Einspeiseventile (7) gefördert wird. Das stromaufwärts gelegene Ende (10) des Extruderzylinders (2) ist stirnseitig offen und mündet in eine Kondensationskammer (11 ), in die das in der Entgasungszone (9) angefallene Gas einströmt.
Mit (12) ist eine Einsprühung einer Flüssigkeit bezeichnet, über die das Gas / der Dampf in der Kondensationskammer abgekühlt und kondensiert wird. Die verwendete Flüssigkeit ist zweckmäßigerweise mit dem Polymer mischbar, so dass ein etwaiger Polymermitriß in der Flüssigkeit gelöst wird. Alternativ oder zusätzlich können andere Mittel zur Kondensation eingesetzt werden wie z.B. Wärmetauscher/Kondensatoren .
Wie dies in Figur 2 dargestellt ist, ist der Antrieb 4 stromabwärts der Einspeiseventile (7) angeordnet. D.h. das Polymer wird von der Extruderspit- ze/Schneckenspitze in Richtung Antriebsseite gefördert.
Wie der Figur 2 weiterhin zu entnehmen ist, besitzt der Entgasungsextruder (1 ) gemäß der Erfindung einen tangentialen bzw. radialen Extrudataustrag (13) an seinem von der Einspeisestelle (6) entgegengesetzten Ende.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Extruderschnecke axial von einem geschlossenen Dampfkanal (15) durchsetzt, der eine Teilfüllung einer verdampfbaren Flüssigkeit aufweist. Die Verdampfung von Lösungsmittel oder Monomer führt im Dosierbereich des Extruders zu einer starken Abkühlung des Polymers. Mit Hilfe des Dampfkanals kann das stark abgekühlte Polymer auf der kurzen Strecke wieder erwärmt werden, wenn dort die Flüssigkeit im Dampfkanal (15) kondensiert. Der Dampfkanal (15) stellt neben der Beheizung des Extruderzylinders im Einspeisebereich und der Reibungswärme der Extruderschnecke (3) eine zusätzliche Wärmequelle für die (teil)entgaste Schmelze im Einspeisebereich des Sirups dar. Damit kann durch diese Ausführung der Durchsatz auf dem Extruder maxi- miert werden. Im Bereich des Extrudataustritts (13) kühlt die Verdampfung innerhalb der Extruderschnecke die Schmelze bzw. das Extrudat. Überschüssige Reibungswärme kann abgeführt werden, was sich schonend auf das Produkt auswirkt.
Bei dem Entgasungsextruder (1 ) gemäß der Erfindung, sind der Antrieb (4) und das Getriebe (5) an dem in Förderrichtung des Polymers stromabwärts gelegenen Ende des Entgasungsextruders (1 ), d. h. an dem von einer ersten Materialein- speisung(6) entgegengesetzten Ende vorgesehen.
Die Extruderschnecke (3) umfaßt einen ersten Gewindeabschnitt (17), bei dem das Gangprofil so ausgerichtet ist, dass in dem Extruderzylinder (2) eine Schleppströmung von der ersten Materialeinspeisung (6) in Richtung auf den Extruda- taustrag (13) erzeugt wird.
Der Extrudataustrag (13) des Entgasungsextruders (1 ) ist in Bezug auf die
Längsachse der Extruderschnecke (3) radial oder tangential ausgerichtet, so dass das Polymer stromaufwärts des Getriebes (5) und des Antriebs (4) ausgetragen wird.
Die Extruderschnecke (3) umfaßt weiterhin einen zweiten Gewindeabschnitt (18), in welchem das Gangprofil so ausgerichtet ist, dass eine Rückförderung entgegen der Förderrichtung des ersten Gewindeabschnitts (17) erzielt wird. Der zweite Gewindeabschnitt (18) dient somit der Abdichtung auf der Antriebsseite des Extruders gegenüber dem Hauptförderstrom des Polymers.
Mit (19) ist ein aus dem Hauptförderstrom des Polymers abgezweigter Förderstrom bezeichnet, der über einen Bypass (14) und eine zweite Materialeinspeisung (20) in den Bereich des zweiten Gewindeabschnitts (18) des Extruderzylinders (2) eingespeist wird. Der Bypass kann außerhalb oder innerhalb des Extru- derzylinders verlaufen. Über das aus dem Hauptförderstrom abgezweigte Polymer wird in dem Bereich des zweiten Gewindeabschnitts (18) der Extruderschnecke (3) eine ständige Rückspülung mit frischem Polymer bewirkt. In diesem Bereich wird das Polymer aus der Richtung des Getriebes (5) in Richtung des Extru- dataustrags (13) gefördert. Somit werden dort keine Polymerreste stromabwärts des Extrudataustrags (13) verweilen können.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Extrudataustrag (13) in etwa am stromabwärts gelegenen Ende des ersten Gewindeabschnitts (17) angeordnet.
Der Entgasungsextruder gemäß der Erfindung ist zweckmäßigerweise in bekannter Art und Weise beheizt.
Bezugszeichenliste
1 Entgasungsextruder
2 Extruderzylinder
3 Extruderschnecke
4 Antrieb
5 Getriebe
6 Speiseleitung
7 Einspeiseventile
8 Kondensatablauf
9 Entgasungszone
10 stromaufwärts gelegenes Ende des Entgasungsextruders
11 Kondensationskammer
12 Einsprühung
13 Extrudataustrag
14 Bypass
15 Dampfkanal
16 Gasaustritte
17 Erster Gewindeabschnitt
18 Zweiter Gewindeabschnitt
19 abgezweigter Polymerstrom
20 zweite Materialeinspeisung

Claims

Patentansprüche
1. Entgasungsextruder (1 ) zur Entgasung eines Polymermaterials, umfassend wenigstens einen Antrieb (4), wenigstens einen Extruderzylinder (2), wenigstens eine drehbar angetriebene, in dem Extruderzylinder (2) gelagerte Extruderschnecke (3), wenigstens eine Materialeinspeisung, wenigstens einen Extrudataustrag (13), wenigstens eine Entgasungszone (9) und wenigstens einen Gasaustrag,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Antrieb im Bereich des, bezogen auf die Förderrichtung des Polymers, stromabwärts gelegenen Ende, der Extruderschnecke (3) vorgesehen ist.
2. Entgasungsextruder nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gasaustritt für wenigstens einen Teil des in der Entgasungszone (9) anfallenden Gases in Bezug auf die Förderrichtung des Polymermaterials stromaufwärts der Materialeinspeisung vorgesehen ist.
3. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem Gasaustritt eine Kondensationskammer (11 ) unmittelbar nachgeschal- tet ist.
4. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der Gasaustritt am stromaufwärts gelegenen Ende des Extruderzylinders (2) vorgesehen ist.
5. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Kondensationskammer (11 ) Mittel zum Einsprühen oder Eindüsen einer Flüssigkeit vorgesehen sind.
6. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Entgasungszone (9) im Bereich der Materialeinspeisung vorgesehen ist.
7. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Entgasungszone (9) durch einen Abschnitt des Extruderzylinders (2) mit erweitertem Innendurchmesser gebildet wird.
8. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Extruderzylinders (2) in der Entgasungszone (9) zwischen dem 1 ,01 -fachen und dem 3-fachen des Innendurchmessers des Extruderzylinders (2) außerhalb der Entgasungszone (9) beträgt.
9. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innendurchmesser des Extruderzylinders (2) in der Entgasungszone (9) vorzugsweise zwischen dem 1 ,01 -fachen und dem 2-fachen des Innendurchmessers des Extruderzylinders (2) außerhalb der Entgasungszone (9) beträgt.
10. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innendurchmesser des Extruderzylinders (2) in der Entgasungszone (9) vorzugsweise zwischen dem 1 ,01 -fachen und dem 1 , 6-fachen des Innendurchmessers des Extruderzylinders (2) außerhalb der Entgasungszone (9) beträgt
11. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Extruderzylinder (2) im Bereich der Entgasungszone Einbauten vorgesehen sind, die den Transport der Polymerschmelze unterstützen.
12. Entgasungsextruder nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Einbauten wendelförmige Stege vorgesehen sind.
13. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Länge der Entgasungszone (9) zwischen dem 0,5- und 10-fachen des Innendurchmessers des Extruderzylinders (2) außerhalb der Entgasungszone (9) beträgt.
14. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Länge der Entgasungszone (9) zwischen dem 1 - und 7-fachen des Innendurchmessers des Extruderzylinders (2) außerhalb der Entgasungszone (9) beträgt.
15. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Länge der Entgasungszone (9) vorzugsweise zwischen dem 1 -fachen bis 5-fachen des Innendurchmessers des Extruderzylinders (2) außerhalb der Entgasungszone (9) beträgt.
16. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Materialeinspeisung an mindestens einer auf dem Umfang des Extru- derzylindes (2) liegenden Stelle in der Entgasungszone (9) vorgesehen ist.
17. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Einspeiseventil (7) vorgesehen ist.
18. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Einspeiseventil (7) vorgesehen ist, mit welchem der Volumenstrom der Materialeinspeisung regelbar ist.
19. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Extruderschnecke (3) axial von einem geschlossenen Dampfkanal (15) durchsetzt ist, der eine Teilfüllung einer verdampfbaren Flüssigkeit auf- weist.
20. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die verdampfbare Flüssigkeit Wasser ist.
21. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Füllgrad des Dampfkanals (15) mit der verdampfbaren Flüssigkeit oder Wasser zwischen 20 Vol.-% bis 80 Vol.-% beträgt, gemessen bei der Umgebungstemperatur von ca. 20° C.
22. Entgasungsextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Füllgrad des Dampfkanals (15) mit der verdampfbaren Flüssigkeit oder Wasser zwischen 30 Vol.-% bis 60 Vol.-% beträgt, gemessen bei der Um- gebungstemperatur von ca. 20° C
23. Verfahren zur Entgasung eines Sirups aus Polymeren, Lösungsmitteln und/oder Monomeren unter Verwendung eines Entgasungsextruders nach einem der Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
der bei der Entgasung anfallende Gasstrom innerhalb des Extruders entgegengesetzt zu dem Polymerstrom geführt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
das anfallende Gas unmittelbar am Gasaustritt des Extruders in einer Kondensationskammer kondensiert wird.
25. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kondensation als Sprühkondensation unter Einsprühung oder Einriese- lung einer Flüssigkeit vollzogen wird.
26. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kondensation durch einen Wärmetauscher vollzogen wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Entgasung des Sirups im Bereich der Einspeisung in den Extruder erfolgt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27,
dadurch gekennzeichnet, daß der Entgasungsgrad des Sirups beim ersten Entgasungsschritt > 50 Gew.%. beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der Monomeren und/oder des Lösungsmittels.
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