WO2024078666A1 - Extruderanlage und verfahren zur aufbereitung von gewaschenen polymerpartikeln - Google Patents

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Stephan Gneuss
Daniel Gneuss
Detlef Gneuss
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Gneuss Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an extruder system for processing washed polymer particles with the features of the preamble of claim 1 and to a method for processing washed polymer particles.
  • An extruder with a multi-screw section in which several satellite screws rotate together with a main screw and also rotate around their own axis is known from EP 1 434 680 A1, for example.
  • This type of extruder has proven itself in the processing of plastic waste, particularly in the processing of polyester particles, since not only can foreign substances be removed from the polymer melt by degassing, but the intrinsic viscosity of the polyester melt can also be increased.
  • the extruder type known as MRS is very well suited to deep degassing, since the processed plastic particles are processed gently with minimal shear, so that the polymer surface in the degassing zone is increased and moisture and other volatile substances can be extracted effectively. Degassing in the MRS extruder must take place at low pressures, especially when processing polyester, where in addition to decontamination, the intrinsic viscosity must also be increased. Therefore, the use of vacuum pumps is necessary.
  • a further dilemma is that a relatively short feed screw should be used to ensure gentle melting of the polymer.
  • a high degree of plasticization of the polymer is required when entering the degassing zone, which in turn can be achieved more easily with longer feed screws.
  • the discharge screw section must work in synchronization with devices connected to the extruder system. This must therefore have a certain speed, which in turn also determines the speed of the connected feed screw section and multi-screw section. The speed cannot therefore be varied with the aim of gentle processing of the material in the feed screw section.
  • the object of the invention is therefore to optimize an MRS extruder of the type mentioned above for an economical processing of plastic waste which develops a high gas load, in particular for the processing of washed polymer particles.
  • This object is achieved by an MRS extruder having the features of claim 1.
  • the concept of the invention is based on connecting a cutter-compactor directly to the input stage of an MRS extruder and specifying special geometric relationships for the screws in the MRS extruder.
  • the cutter-compactor enables water separation, which is important, for example, in washed recycling material in order to relieve the load on the MRS extruder and to pre-plasticize it.
  • the polymer material to be processed can be plasticized before it enters the extruder.
  • the cutter-compactor By using the cutter-compactor, a certain degree of plasticization is already specified for the extruder treatment, so that the entire plasticization no longer has to take place during treatment in the MRS extruder, but only an increase in the degree of plasticization is achieved.
  • the multi-screw section is intended to contain four to eight satellite screws, each of which is at least four times the diameter. This means that a relatively short feed screw section with a diameter-length ratio of less than or equal to 1:22, in particular less than or equal to 1:16, can be used, which enables the polymer to be processed accordingly gently in the MRS extruder.
  • the geometry of the extruder screw of the MRS extruder optimized according to the invention provides, according to a preferred embodiment, that the following relationship applies to the diameter Ds of the cutting container and the diameter DM of the multi-screw section:
  • DM 0.20 * Ds - 85 mm * GF, where GF is an empirically determined size factor and GF> 0.8.
  • This size ratio ensures that the degassing performance of the MRS extruder is cost-effectively matched to the degassing performance of the cutter-compactor and that the degassing of the MRS extruder is only achieved by the However, deep degassing is not determined by surface moisture. This allows efficient vacuum systems to be built.
  • the minimum diameter of the multi-screw section indicates the size at which significant deep degassing can take place. If the diameter is smaller, there is not enough surface area available and the filling level is too high during operation, so that layers that are too thick form in the MRS and can only be adequately degassed with difficulty, i.e. with far too much effort in generating and maintaining the vacuum.
  • a larger diameter than that defined by the above relationship as a boundary condition is possible, for example to further improve the decontamination performance.
  • the diameter of the multi-screw section is preferably not larger than 0.28 times the cutter-compactor diameter minus 100 mm, as otherwise the shear input of the MRS extruder will be too large.
  • the degree of pre-plasticization in the cutter-compactor which is determined by a suitable knife speed in the cutting container, the degree of plasticization that can later be achieved in the MRS extruder can be controlled without having to replace the extruder screw or change the speed of the extruder.
  • the mechanical work of the rotating knife leads to the heating of the polymer particles present in the cutting container.
  • a particularly important effect of the combination of a cutter-compactor with the input stage of the MRS extruder is that the material to be processed can be heated in the cutter-compactor to temperatures in the range of the boiling point of water at the internal pressure prevailing in the cutting container, typically to 100°C to 200°C, so that water and other low-boiling substances evaporate in the cutter-compactor.
  • the surface moisture of the polymer particles in particular is reduced, which accounts for a large part of the total gas load in the conventional process operated using an MRS extruder, as described above.
  • the proportion of moisture that is attributable to the water adhering to the surface largely no longer reaches the degassing area of the MRS extruder.
  • the inventive upstream connection of a cutter-compactor with the simultaneous use of a short feed screw of the MRS extruder is more advantageous than a double degassing in the MRS extruder, which is also conceivable, in which large volumes would have to be extracted in a first stage at a relatively high pressure and only in a second stage could a high vacuum with a low residual pressure be applied in order to remove gas components still contained in the polymer melt.
  • a double degassing in the MRS extruder the necessary residence time with high shear and temperature would be too long, so that the quality of the recycled polymer would be impaired.
  • the cutter densifier increases the density of the material being fed into the MRS extruder and pushes it into the feed screw section.
  • the cutter-compactor preheats the material so that less melting energy needs to be supplied in the MRS extruder compared to the rest of the MRS process.
  • the MRS extruder can also be used for other plastics, especially polyolefins such as PP, PE with low bulk densities, as are typical in the packaging sector due to shapes and layer thicknesses.
  • an additional suction device on the cutting compressor such as a fan or a vacuum pump, can advantageously be provided in order to be able to remove the gas load from the cutting container more quickly and completely.
  • a method for the preparation of washed polymer particles is specified in claim 7.
  • the preparation steps corresponding to a normal process in the MRS extruder are:
  • the pretreatment process in a cutter-compactor includes the following steps before transfer to the MRS extruder:
  • the pressure in a cutting container that is sealed off from the environment is reduced using a separate extraction system, whereby various types can be used.
  • the pressure in the degassing zone of the MRS extruder is selected to be at least 10 times lower than the pressure in the cutting container.
  • the pressure can be controlled by adjusting the gap width between the extruder screw and the housing bore, whereby the gap width is influenced by axial displacement of the extruder screw relative to the housing 11.
  • the relevant gap is between the housing and the transition cone, which is formed between the feed screw section and the multi-screw section.
  • the pressure in the degassing zone can be reduced to approximately 30 mbar, while atmospheric pressure is maintained in the cutting container.
  • the pressure in the degassing zone of the MRS extruder is even less than 10 mbar for optimal removal of foreign and harmful substances from the polymer melt and the pressure in the cutting container is less than 100 mbar.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an extruder system 100 designed according to the invention for processing washed polymer particles.
  • the extruder system 100 comprises an MRS extruder 10 with a housing 11 with an inner housing recess which extends at least between an inlet opening 25 and a discharge opening 26. It has a housing opening 12 in a degassing zone, to which a vacuum suction line 13 of an extraction system is connected.
  • An extruder screw 20 with at least one helical extruder screw flight rotates in the housing recess.
  • the extruder screw 20 is divided into:
  • inlet screw section 21 which is designed as a mono-screw and into which the inlet opening 25 opens;
  • a discharge screw section 24 which is also designed as a mono-screw and which has a reduced diameter compared to the multi-screw section 22 and
  • a cutting compactor 30 is attached to the MRS extruder 10, which comprises a knife device with at least one knife rotating in a cutting container 31.
  • a discharge opening of the cutting container 31 is connected to the inlet opening 25 of the MRS extruder 10.
  • a machine control system 40 contains a cutter-compactor control module 41 for the cutter-compactor 30 in order to control or regulate, for example, the blade speed and pressure and, if necessary, other parameters relevant to the cutter-compactor 30.
  • an MRS control module 43 for the MRS extruder 10 is provided therein in order to control or regulate, in particular, the speed of the extruder screw 20 and the temperature in different temperature zones.
  • Pressure control can also be provided, which is achieved by adjusting the gap width between the transition cone 27 of the extruder screw 20 and the housing recess, the gap width being influenced by axial displacement of the extruder screw 20 relative to the housing 11.
  • a coupling module 42 is provided to synchronize the operation of the cutting compressor 30 and the MRS extruder 10 so that the cutting compressor 30 is not run empty and also does not run full, and that at the same time the MRS extruder 10 is kept at the operating point that is particularly necessary for maintaining the processes downstream of the extruder system 100.

Abstract

Extruderanlage (100) zur Aufbereitung von gewaschenen Polymerpartikeln, wenigstens umfassend einen MRS-Extruder (10) mit einem Gehäuse (11) mit einer inneren Gehäuseausnehmung (18), die sich zumindest zwischen einer Eintragsöffnung (25) und einer Austragsöffnung (26) erstreckt und die in wenigstens eine Entgasungszone aufweist, und mit einer in der Gehäuseausnehmung rotierbaren Extruderschnecke (20) mit wenigstens einem schraubenwendeiförmigen Extruderschneckensteg, die sich unterteilt in: - eine Eintragsschneckensektion (21), in der die Eintragsöffnung (25) mündet; - eine Multischneckensektion (22), in der mehrere Satellitenschnecken (23) gemeinsam mit einer Hauptschnecke rotieren und dabei zusätzlich um die eigene Achse rotieren, wobei der Durchmesser der Multischneckensektion (22) gegenüber dem Schneckendurchmesser der Eintragsschnecke (21) vergrößert ist; - einen zwischen der Eintragsschneckensektion (21) und der Multischne¬ ckensektion (22) ausgebildeten Übergangskonus (21 ) und in - eine Austragsschneckensektion (24), die einen gegenüber der Multischneckensektion (22) reduzierten Durchmesser aufweist; dadurch gekennzeichnet, - dass ein Schneidverdichter (30) vorgesehen ist, wenigstens umfassend einen Schneidbehälter mit einer Austragsöffnung, die mit der Eintragsöffnung (25) des MRS-Extruders (10) verbunden ist, und eine Messervorrichtung mit wenigstens einem in dem Schneidbehälter (31) rotierenden Messer; - dass das Durchmesser-Länge-Verhältnis der Eintragsschneckensektion (21) kleiner als 1:22 ist; und - dass die Multischneckensektion (22) vier bis acht Satellitenschnecken (23) enthält, deren Länge jeweils wenigstes das 4fache ihres Durchmessers beträgt.

Description

Extruderanlage und Verfahren zur Aufbereitung von gewaschenen Polymerpartikeln
Die Erfindung betrifft eine Extruderanlage zur Aufbereitung von gewaschenen Polymerpartikeln mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Aufbereitung von gewaschenen Polymerpartikeln.
Ein Extruder mit einer mit einer Multischneckensektion, in der mehrere Satellitenschnecken gemeinsam mit einer Hauptschnecke rotieren und dabei zusätzlich um die eigene Achse rotieren, ist z. B. aus der EP 1 434 680 A1 bekannt. Ein solcher Extrudertyp hat sich bei der Aufbereitung von Kunststoffabfällen bewährt, insbesondere bei der Aufbereitung von Polyesterpartikeln, da nicht nur Fremdstoffe durch Entgasung aus der Polymerschmelze entfernt werden können, sondern zusätzlich die intrinsische Viskosität der Polyesterschmelze erhöht werden kann. Der als MRS bezeichnete Extrudertyp ist sehr gut für eine Tiefenentgasung geeignet, da die verarbeiteten Kunststoffpartikel wird bei minimalem Schereintrag schonend verarbeitet werden, so dass die Polymeroberfläche in der Entgasungszone vergrößert ist und entsprechend wirksam Feuchtigkeit und andere volatile Substanzen abgesaugt werden können. Die Entgasung beim MRS-Extruder muss bei niedrigen Drücken erfolgen, insbesondre bei der Verarbeitung von Polyester, bei der zusätzlich zur Dekontamination auch die intrinsische Viskosität erhöht werden soll. Daher ist der Einsatz von Vakuumpumpen notwendig.
Beim Recycling von Kunststoffabfällen gibt es meist vorgeschaltete Waschanlagen. Insbesondere bei dünnen Folienschnipseln macht ein dünner Wasserfilm einen sehr hohen Wasseranteil im Verhältnis zur Masse des Polymerpartikels aus. Ein hoher Wasseranteil der verarbeiteten Kunststoffpartikel, wie er also beispielsweise in geschredderten und gewaschenen Kunststoffpartikeln aus Haushaltsverpackungen gegeben ist, führt zu hohen Gasvolumina im MRS-Extruder, die über Vakuumpumpen aus der Entgasungszone entfernt werden müssen. Der energieintensive Betrieb der Vakuumpumpen macht die Verwendung eines MRS-Extruders bei hohen Gasanteilen, wie insbesondere bei der Verarbeitung von gewaschenen Kunststabfällen unwirtschaftlich.
Als weiteres Dilemma ergibt sich, dass für eine schonende Aufschmelzung des Polymers eine relativ kurze Eintragsschnecke verwendet werden soll. Für eine gute Entgasungswirkung ist jedoch ein hoher Plastifiziergrad des Polymers bei Eintritt in die Entgasungszone erforderlich, der wiederum eher mit längeren Eintragsschnecken erreicht werden.
Die Austragsschneckensektion muss mit Einrichtungen synchronisiert arbeitet, die sich an die Extruderanlage anschließen. Daher muss diese eine bestimmte Drehzahlaufweisen, wodurch wiederum auch die Drehzahlen der verbundenen Eintragsschneckensektion und Multischneckensektion vorgegeben ist. Die Drehzahl kann also nicht mit dem Ziel einer materialschonenden Verarbeitung in der Eintragsschneckensektion variiert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen MRS-Extruder der eingangsgenannten Art für eine wirtschaftliche Aufbereitung von Kunststoffabfällen, die eine hohe Gaslast entwickeln, insbesondere für die Aufbereitung von gewaschenen Polymerpartikeln zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch einen MRS-Extruder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Kurz gefasst beruht das Konzept der Erfindung darauf, direkt an die Eingangsstufe eines MRS-Extruders einen Schneidverdichters anzuschließen und für die Schnecken im MRS-Extruder besondere geometrische Beziehungen vorzugeben. Der Schneidverdichter ermöglicht eine Wasserabscheidung, die z. B. bei gewaschenem Recyclingmaterial wichtig ist, um den MRS- Extruder zu entlasten und eine Vorplastifizierung.
Durch die Kombination eines MRS-Extruder mit einem der Eintragsschnecke vorgeschalteten Schneidverdichter kann das zu verarbeitende Polymermaterial vor Eintritt in den Extruder bereits anplastifizieren. Durch die Verwendung des Schneidverdichters wird also für die Extruderbehandlung bereits ein bestimmter Plastifiziergrad vorgegeben, so dass bei der Behandlung im MRS- Extruder nicht mehr die gesamte Plastifizierung erfolgen muss, sondern nur eine Erhöhung des Plastifiziergrades zu bewirken ist. Dazu ist vorgesehen, dass die Multischneckensektion vier bis acht Satellitenschnecken enthält, deren Länge jeweils wenigstes das 4fache des Durchmessers beträgt. Somit kann eine relative kurze Eintragsschneckensektion mit einem Durchmesser- Länge-Verhältnis von kleiner oder gleich 1 :22, insbesondere kleiner oder gleich 1 :16 benutzt werden, welche eine entsprechend schonende Weiterverarbeitung des Polymers im MRS-Extruder ermöglicht.
Die nach der Erfindung optimierte Geometrie der Extruderschnecke des MRS- Extruders sieht nach einer bevorzugten Ausführungsform vor, dass für den Durchmesser Ds des Schneidbehälters und den Durchmesser DM der Multischneckensektion die Beziehung gilt:
DM > 0,20 * Ds - 85 mm * GF, wobei GF ein empirisch ermittelter Größenfaktor ist und GF> 0,8 ist. Mit diesem Größenverhältnis wird erreicht, dass die Entgasungsleistung des MRS- Extruders kostengünstig auf die Entgasungsleistung des Schneidverdichters abgestimmt ist und dass die Entgasung des MRS-Extruders nur durch die Tiefenentgasung jedoch nicht durch die Oberflächenfeuchte bestimmt ist. Damit lassen sich effiziente Vakuumanlagen bauen.
Die Mindest-Durchmessergröße der Multischneckensektion gibt die Größe an, bei der überhaupt eine nennenswerte Tiefenentgasung stattfinden kann. Ist der Durchmesser kleiner, steht einerseits nicht genügend Oberfläche zur Verfügung und wird andererseits im Betrieb der Füllgrad zu hoch, so dass sich im MRS zu dicke Schichten bilden, welche nur schwer, also durch einen viel zu großen Aufwand bei der Erzeugung und Aufrechterhaltung des Vakuums - hinreichend entgast werden können.
Ein größerer Durchmesser als durch die genannte Beziehung als Randbedingung definiert ist möglich, um z.B. die Dekontaminationsleistung noch weiter zu verbessern. Allerdings wird vorzugsweise der Durchmesser der Multischneckensektion nicht größer gewählt als das 0,28fache des Schneidverdichterdurchmessers abzüglich 100 mm, da sonst der Schereintrag des MRS- Extruders zu groß wird.
In der von der Erfindung vorgeschlagenen Kombination kommt es also wesentlich darauf an, die Materialvorbehandlung im Schneidverdichter so vorzunehmen, dass die Stärke des MRS-Extruders bei der Tiefenentgasung optimal genutzt werden kann, wobei zugleich eine materialschonende und energieoptimierte Aufbereitung von gewaschenen Polymerpartikeln angestrebt wird.
Durch die Wahl des Grads der Vorplastifizierung im Schneidverdichter, die sich durch eine geeignete Messerdrehzahl im Schneidbehälter ergibt, kann der später im MRS-Extruder erreichbare Plastifiziergrad gesteuert werden, ohne einen Austausch der Extruderschnecke vornehmen zu müssen oder die Drehzahlen des Extruders verändern zu müssen. Die mechanische Arbeit des rotierenden Messers führt zur Erwärmung der im Schneidbehälter vorhandenen Polymerpartikel. Ein besonders wichtiger Effekt der Kombination eine Schneidverdichters mit der Eingangsstufe des MRS-Extruders besteht darin, dass das zu verarbeitende Material bereits im Schneidverdichter auf Temperaturen im Bereich des Siedepunkts von Wasser bei dem im Schneidbehälter herrschenden Innendruck, typischerweise auf 100°C bis 200°C, erhitzt werden kann, so dass Wasser und andere niedrig siedenden Substanzen schon im Schneidverdichter abdampfen. Da Wasser so im hohen Maße im Voraus entfernt werden kann, wird insbesondere die Oberflächenfeuchte der Polymerpartikel reduziert, die einen Großteil der gesamten Gaslast im herkömmlichen, unter Verwendung eines MRS-Extruders betriebenen Prozess ausmacht, wie oben beschrieben. Der Anteil der Feuchte, der auf das oberflächlich anhaftende Wasser entfällt, gelangt nach der Erfindung überwiegend gar nicht mehr bis in den Entgasungsbereich des MRS-Extruders.
Deshalb ist die erfindungsgemäße Vorschaltung eines Schneidverdichters bei gleichzeitiger Verwendung einer kurzen Eintragsschnecke des MRS-Extruders vorteilhafter als eine ebenfalls denkbare Doppelentgasung im MRS- Extruder, bei der zunächst in einer ersten Stufe bei relativ hohem Druck von große Volumina abgesaugt werden müssten und erst in einer zweiten Stufe ein hohes Vakuum mit einem niedrigen Restdruck angelegt werden könnte, um noch in der Polymerschmelze enthaltene Gasanteile zu entfernen. Jedoch wäre bei einer solchen Doppelentgasung im MRS-Extruder die notwendige Verweilzeit bei zugleich hoher Scherung und Temperatur zu groß, so dass die Qualität des recycelten Polymers beeinträchtigt wäre.
Durch die Verwendung eines Schneidverdichters in Kombination mit einem geometrisch abgestimmten MRS-Extruder ergeben sich folgende weitere Vorteile:
- Der Schneidverdichter erhöht die Dichte des vom MRS-Extruder einzuziehenden Materials und drückt es in die Eintragsschneckensektion. - Der Schneidverdichter erwärmt das Material vor, so dass im Vergleich zu, übrigen MRS-Prozess nun im MRS-Extruder weniger Aufschmelzenergie zugeführt zu werden braucht.
Das führt dann in der Kombination dazu, dass
- PET - Materialien mit einer geringen Schüttdichte von z. B. < 250 g/l, bis zu ~50 g/l überhaupt erst im MRS-Extruder verarbeitbar sind und
- der MRS-Extruder auch für andere Kunststoffe, insbesondere Polyolefine wie PP, PE mit geringen Schüttdichten, wie sie im Verpackungsbereich aufgrund von Formen und Schichtdicken typisch sind, einsetzbar wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Extruderanlage kann zwar auch schon eine Verdampfung von Wasser aus dem Schneidbehälter bei Umgebungsdruck eine signifikante Verbesserung des Gesamtprozesses herbeiführen. Vorteilhaft kann eine zusätzliche Absaugeinrichtung am Schneidverdichter wie ein Ventilator oder eine Vakuumpumpe vorgesehen sein, um die Gaslast schneller und vollständiger aus dem Schneidbehälter entfernen zu können.
Ein Verfahren zur Aufbereitung von gewaschenen Polymerpartikeln ist in Anspruch 7 angegeben. Die einem normalen Prozess im MRS-Extruder entsprechenden Aufbereitungsschritte sind:
- Überführen der Menge der Polymerpartikel in die Eintragsschneckensektion des MRS-Extruders;
- Weiterführung des zu einer thermoplastischen Schmelze plastifizierten Polymers in die Multischneckensektion;
- Absaugen volatiler Fremdstoffe aus der Schmelze in der Entgasungszone; und
- Austragen der entgasten Schmelze über die Austragsschneckensektion.
Der Vorbehandlungsprozess in einem Schneidverdichter umfasst vor der Übergabe an den MRS-Extruder die Schritte:
- Zuführen gewaschener Polymerpartikel in den Schneidbehälter; - Erwärmen der Menge der Polymerpartikel im Schneidbehälter durch wenigstens ein rotierendes Messer auf eine Temperatur, die höher als der Siedepunkt von Wasser bei dem im Schneidbehälter herrschenden Innendruck und kleiner als der Schmelzpunkt des Polymers ist, über einen Zeitraum von üblicherweise mindestens 10 Minuten, wobei die Polymerpartikel durch das wenigstens eine im Schneidbehälter rotierende Messer nicht nur erwärmt, sondern auch zerkleinert und durchmischt werden.
Bevorzugt wird der Druck in einem zur Umgebung abgeschlossenen Schneidbehälter über eine gesonderte Absauganlage gesenkt, wobei verschiedene Typen zum Einsatz kommen können.
Vorzugsweise wird in der Druck in der Entgasungszone des MRS-Extruders mindestens um den Faktor 10 kleiner als der Druck im Schneidbehälter gewählt.
Möglich ist zum Beispiel auch, den Druck im Schneidbehälter auf Umgebungsdruck zu halten, was bedeutet, dass entweder ausreichend große Öffnungen am Schneidbehälter vorhanden sind oder durch die gesonderte Absauganlage ein entsprechender Volumenstrom abgezogen wird, damit es trotz der im Schneidbehälter verdampfenden Stoffe nicht zu einer Druckerhöhung kommt. Zugleich wird in der Entgasungszone des MRS-Extruders ein Druck von 100 mbar oder weniger gehalten.
Die Druckregelung kann durch Anpassung der Spaltweite zwischen der Extruderschnecke und der Gehäusebohrung erfolgt, wobei die Spaltweite durch Axialverschiebung der Extruderschnecke gegenüber dem Gehäuse 11 beeinflusst wird. Der relevante Spalt ist dabei zwischen dem Gehäuse und dem Übergangskonus, der zwischen der Eintragsschneckensektion und der Multischneckensektion ausgebildet ist.
Durch den Einsatz einer Wasserringpumpe am MRS-Extruder kann der Druck in der Entgasungszone auf circa 30mbar gesenkt werden, während im Schneidbehälter Atmosphärendruck gehalten wird. Insbesondere ist der Druck in der Entgasungszone des MRS-Extruders für eine optimale Entfernung von Fremd- und Schadstoffen aus der Polyer- schmelze sogar kleiner als 10 mbar und der Druck im Schneidbehälter kleiner als 100 mbar. Dadurch werden oberflächliche Wasseranteile und andere volatile, niedrig siedende Substanzen, die an den Polymerpartikeln anhaften, schon im Schneidbehälter entfernt, und im MRS-Extruder findet nur noch eine sogenannte Tiefenentgasung statt, bei der durch mehrfache Durchmischung des Polymers in der Multischneckensektion und eine dadurch bewirkte Oberflächenvergrößerung die verbliebenen flüchtigen Bestandteile aus der Polymerschmelze entfernt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In Figur 1 ist eine nach der Erfindung ausgebildete Extruderanlage 100 zur Aufbereitung von gewaschenen Polymerpartikeln, schematisch dargestellt. Die Extruderanlage 100 umfassend einen MRS-Extruder 10 mit einem Gehäuse 11 mit einer inneren Gehäuseausnehmung, die sich zumindest zwischen einer Eintragsöffnung 25 und einer Austragsöffnung 26 erstreckt. Sie weist in einer Entgasungszone eine Gehäuseöffnung 12 auf, an welcher sich eine Vakuumsaugleitung 13 einer Absauganlage anschließt. In der Gehäuseausnehmung rotiert eine Extruderschnecke 20 mit wenigstens einem schrau- benwendelförmigen Extruderschneckensteg. Die Extruderschnecke 20 unterteilt sich in:
- eine Eintragsschneckensektion 21, die als Monoschnecke ausgebildet ist, und in der die Eintragsöffnung 25 mündet;
- eine Multischneckensektion 22, in der mehrere Satellitenschnecken 23 gemeinsam mit einer Hauptschnecke rotieren und dabei zusätzlich um die eigene Achse rotieren, wobei der Durchmesser der Multischneckensektion 22 gegenüber dem Schneckendurchmesser der Eintragsschnecke 21 vergrößert ist; - einen zwischen der Eintragsschneckensektion 21 und der Multischneckensektion 22 ausgebildeten Übergangskonus 21 und
- eine Austragsschneckensektion 24, die ebenfalls als Monoschnecke ausgebildet ist und die einen gegenüber der Multischneckensektion 22 reduzierten Durchmesser aufweist und
- einen zwischen der Multischneckensektion 22 und der Austragsschneckensektion 24 ausgebildeten Übergangskonus 28.
An den MRS-Extruder 10 ist ein Schneidverdichter 30 angesetzt, der eine Messervorrichtung mit wenigstens einem in einem Schneidbehälter 31 rotierenden Messer umfasst. Eine Austragsöffnung des Schneidbehälters 31 ist mit der Eintragsöffnung 25 des MRS-Extruders 10 verbunden.
In einer Maschinensteuerung 40 ist ein Schneidverdichter-Steuerungsmodul 41 für den Schneidverdichter 30 vorgesehen, um z. B. Messerdrehzahl und Druck und ggf. weitere für den Schneidverdichter 30 relevante Parameter zu steuern oder zu regeln. Außerdem ist darin ein MRS-Steuerungsmodul 43 für den MRS-Extruder 10 vorgesehen, um insbesondere die Drehzahl der Extruderschnecke 20 und die Temperatur in verschiedenen Temperaturzonen zu steuern oder zu regeln. Es kann auch eine Druckregelung vorgesehen sein, die durch die Anpassung der Spaltweite zwischen dem Übergangskonus 27 der Extruderschnecke 20 und der Gehäuseausnehmung erfolgt, wobei die Spaltweite durch Axialverschiebung der Extruderschnecke 20 gegenüber dem Gehäuse 11 beeinflusst wird.
Außerdem ist ein Kopplungsmodul 42 vorgesehen, um den Betrieb des Schneidverdichters 30 und des MRS-Extruders 10 so zu synchronisieren, dass der Schneidverdichter 30 nicht leer gefahren wird und auch nicht voll- läuft, und dass zugleich der MRS-Extruders 10 an dem Betriebspunkt gehalten wird, der insbesondere für die Aufrechterhaltung der der Extruderanlage 100 nachgeschalteten Prozesse erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Extruderanlage (100) zur Aufbereitung von gewaschenen Polymerpartikeln, wenigstens umfassend einen MRS-Extruder (10) mit einem Gehäuse (11 ) mit einer inneren Gehäuseausnehmung, die sich zumindest zwischen einer Eintragsöffnung (25) und einer Austragsöffnung (26) erstreckt und die wenigstens eine Entgasungszone aufweist, und mit einer in der Gehäuseausnehmung rotierbaren Extruderschnecke (20) mit wenigstens einem schraubenwendeiförmigen Extruderschneckensteg, die sich unterteilt in:
- eine Eintragsschneckensektion (21), in der die Eintragsöffnung (25) mündet,
- eine Multischneckensektion (22), in der mehrere Satellitenschnecken (23) gemeinsam mit einer Hauptschnecke rotieren und dabei zusätzlich um die eigene Achse rotieren, wobei der Durchmesser der Multischneckensektion (22) gegenüber dem Schneckendurchmesser der Eintragsschneckensektion (21 ) vergrößert ist
- einen zwischen der Eintragsschneckensektion (21 ) und der Multischneckensektion (22) ausgebildeten Übergangskonus (21 )
- eine Austragsschneckensektion (24), die einen gegenüber der Multischneckensektion (22) reduzierten Durchmesser aufweist; dadurch gekennzeichnet,
- dass ein Schneidverdichter (30) vorgesehen ist, wenigstens umfassend einen Schneidbehälter mit einer Austragsöffnung, die mit der Eintragsöffnung (25) des MRS-Extruders (10) verbunden ist, und eine Messervorrichtung mit wenigstens einem in dem Schneidbehälter (31 ) rotierenden Messer;
- dass das Durchmesser-Länge-Verhältnis der Eintragsschneckensektion (21 ) kleiner als 1 :22 ist; und
- dass die Multischneckensektion (22) vier bis acht Satellitenschnecken (23) enthält, deren Länge jeweils wenigstes das 4fache ihres Durchmessers beträgt. Extruderanlage (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchmesser-Länge-Verhältnis der Eintragsschneckensektion (21) gleich wie oder kleiner als 1 :16 ist. Extruderanlage (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Durchmesser Ds des Schneidbehälters und einen Durchmesser DM der Multischneckensektion (22) die Beziehung gilt:
DM > (0,20 * Ds - 85 mm) * GF, wobei GF ein empirischer Größenfaktor ist und GF> 0,8 ist. Extruderanlage (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Größenfaktor GF> 0,9 ist. Extruderanlage (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass DM < 0,28*Ds-100. Extruderanlage (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) in der wenigstens einen Entgasungszone wenigstens eine Gehäuseöffnung (12) aufweist, an welcher sich eine Vakuumsaugleitung (13) einer Absauganlage anschließt, Extruderanlage (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidbehälter (31) geschlossen ist und sich daran eine zweite Absauganlage anschließt. Verfahren zum Betreiben einer Extruderanlage (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Zuführen gewaschener Polymerpartikel in den Schneidbehälter; b) Erwärmen der Menge der Polymerpartikel im Schneidbehälter (31) auf eine Temperatur, die höher als der Siedepunkt von Wasser bei dem im Schneidbehälter (31) herrschenden Innendruck und kleiner als der Schmelzpunkt des Polymers ist, wobei die Polymerpartikel durch wenigstens ein im Schneidbehälter (31 ) rotierendes Messer zerkleinert und durchmischt werden; c) Überführen der Menge der Polymerpartikel in die Eintragsschneckensektion (21 ) des MRS-Extruders (10); d) Weiterführung des zu einer thermoplastischen Schmelze plastifizierten Polymers in die Multischneckensektion (22), e) Absaugen volatiler Fremdstoffe aus der Schmelze in der Entgasungszone; und f) Austragen der entgasten Schmelze über die Austragsschneckensek- tion (23). Verfahren nach 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneidverdichter (30) mit einer Absauganlage verwendet wird und Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Entgasungszone des MRS-Extruders (10) mindestens um den Faktor 10 kleiner als der Druck im Schneidbehälter (31 ) gewählt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Entgasungszone des MRS-Extruders (10) kleiner als 10 mbar und der Druck im Schneidbehälter (31 ) kleiner als 100 mbar ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Menge der Polymerpartikel im Schneidbehälter (31 ), über einen Zeitraum von mindestens 10 min auf eine Temperatur erwärmt werden, die höher als der Siedepunkt von Wasser bei dem im Schneidbehälter (31 ) herrschenden Innendruck und die kleiner als der Schmelzpunkt des Polymers ist
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