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La présente invention se-*rapporte à un procédé et à un appareil pour le traitement d'une matière plastique. Elle concerne l'évaporation d'un solvant à partir d'une solution visqueuse de matière plastique. Elle a encore trait à un procédé pour la récupération d'une matière plastique à partir d'une solution de celle-ci. Elle vise en outre un appareil perfec- tionné permettant d'effectuer l'évaporation d'une telle solu- tion et la désagrégation de la matière solide résultante.
Lors de la production de certains polymères, on trai- te la matière sous la forme de solutions. Ainsi, lorsde la production des polyéthylènes, on traite des solutions de poly- éthylène dans un solvant hydrocarbure. La récupération du poly- éthylène à partir de la solution est finalement nécessaire.
On peut effectuer cette opération par l'évaporation du solvant.
La solution peut être pulvérisée par un ajutage dans une chambre d'écaporation oÙ! le solvant est évaporé par chauffage et/ou par réduction de la pression, par exemple par détente sous vi- de. L'avantage de la détente sous vide est que l'on peut récu- pérer le polymère @ une température inférieure à son point de fusion. Dans un tel procédé, il est souvent désirable de récu- pérer le polymère sous forme d'un résidu solide particulaire, pouvant s'écouler.
Toutefois, on a constaté que certains poly- mères, par exemple les polyéthylènes.ayant des poids molécu- laires d'environ 5.000 à environ 200.000 confèrent des viscosi- tés extraordinairement élevées à leurs solutions dans des hydro- carbures, tel que le 2,2,4,-triméthylpentane et le cyclohexane, même lorsque la concentration en polymère dans une telle solu- tion est égale à 10% en poids ou moins. Souvent, lorsqu'une telle solution est refoulée par un ajutage dans un évaporateur,
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on obtient le résidu (polymère) sous la forme de longs fils ou filaments et non sous la forme préférée, c'est-à-dire en particules ou en granules.
La présente invention pe rmet d'obtenir un résidu d'évaporation, du type décrit, sous forme granulaire ou particu- leire appropriée, au transfert, à l'état solide, par la techni- que dite des "solides fluidifié/s", comprenant l'écoulement sous l'action de la pesanteur.
De plus, on prévoit un appareil d'évaporation perfec- tionné permettant la manutention des solutions visqueuses des polymères ou d'autres matières plastiques. D'autres avantages apparaîtront aux technickien au cours de la description qui va suivre.
Conformément à la présente invention, on a mis au point un procédé!permettant la récupération d'une matière plas- tique partir d'une solution, ce procédé consistant : à faire passer la solution le long d'un trajet limité, sous une pres- sion suffisante pour maintenir la solution en phase liquide; à provoquer la réduction de cette pression de'façon à chasser une partie appréciable du solvant et à effectuer une solidifi- cation au moins partielle de cette matière plastique ; faire passer une lame de coupe à travers le courant résultant de ma- tière plastique solidifié, à une vitesse suffisante pour dé- sagréger cette matière; enfin, à récupérer la matière solide désagrégée.
Un prévoit également, dans un appareil comportant une chambre d'évaporation, un conduit d'amenée du fluide dans cette chambre et un dispositif pour extraire la vapeur de cette chambre, le perfectionnement que constitue un dispositif de hachage comportant au moins une lame de coupe et un dispositif servant à déplacer cette lame dans son propre plan au voisina- ge du conduit d'amenée et transversalement à son axe géométri-
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que. La conception du dispositif de hachage est telle que son action soit surbaut une action de ;coupe ou de hachage et non une action de battage. De préférence, lé dispositif de hachage est un dispositif de hachage rotatif .entraîné par un moteur ap- proprié.
Sur le dessin : - la figure 1 est un schéma''de circulation représen- tant la mise en oeuvre de la présente invention en ce qui con- cerne l'une des formes d'un procédé de polymérisation; - la figure 2 est une vue en perspective représentant le mécanisme de hachage, objet de l'invention; -la figure 3 est une vue verticale à grande échelle, partiellement en coupe, de l'ensemble de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue par dessous de l'ensemble des lames de coupe; - la figure 5 est une vue en coupe, faite par 5-5 de la figure 3 en regardant dans,le sens des flèches; - la figure 6 est une élévation de face, partielle- ment en coupe, d'une variante de mécanisme de hachage et d'a- limentation; - la figure 7 est une vue par dessous d'un ensemble de lames de coupe modifié;
- la figure 8 est une vue en coupe, faite par 8-8 de la figure 7, en regardant dans le sens des flèches.
En se référant maintenant à la figure 1, on voit que la matière à polymériser, telle que de l'éthylène, est amenée à une zone de polymérisation 10 par une canalisation 11 compor- tant un obturateur. Un catalyseur de polymérisation est amené à la zone 10 par une canalisation 12 comportant un obturateur, et ce catalyseur peut être mélangé au solvant amené à la zone de polymérisation 10 par une canalisation 13 comportant un obtu
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rateur.
L'affluent sortant, de la sont- de polyi'risabion 10 pas- se par une canalis, 9 l ,),1 14, comportant un ob Gurate ur, à une sone 15 d'ésracuatiun vt de dissolution hors de laquelle les mo- nomères qui n'ont 1)D<3 réa-:i, tels que i'éthylène, sont évacués par une canalisation le comportant un obturateur.- Dans certains cas, on introduit du solvant supplémentaire dans la canalisa- tion 14 par une canalisation 17 comportant un obturateur.
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Le polymère, débarras;)'.; pi3 ¯tr, 'r?':LL1'eS n'ayant pas ré- agi, passe alors par une canalisation 18 comportant un obtura- teur dans une zone le d'évacuation des matières solides, dans laquelle le catalyseur de polymérisation est évacué. Le poly- mère débarrassé du catalyseur passe, sons la forme d'une solu- tino visqueuse, par une canalisation 20 comportant un obtura-
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teur, dans une zone d'évaporation 1 dans .laquelle '.:8 ou' à 50/o du solvant c'est-à-dire assezpour permettre le traitement ul- térieur sont éliminés et sont recyclés par une canalisation 22.
La solution de polymère quittant la zone d T évapora- tion 21 passe par une canalisation 23 dans une chambre de détente 24. L'invention est applicable aux solutions ou aux
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dispersions de matières plastiques en : Gtitzra'L. Ces matières ont ordinairement un poids moléculaire compris entre 1.000 et 300.000, plus particulièrement antre 3U.'AJÛ et 60.0UO.
Da# Ull mode de réalisation particulier de l'invention, mie solution à 10;o de polyéthylène dans du cycjc-hexane <ost; amenée sous une pression relative de 5, ou kg! C;2 et à une température de 205 0 à la chambre de détente, lJ:lS ce ns:.-;: ;:t particulier, la tempé- rature de la charge peut varier de :,¯ fs . '2:6U"0; la concentra- tion en polyéthylène peut varier ds 5 - ¯ ¯ en poids par rap- port à la solution et la D.cession 1',-' Ü... hr(> ?3UG varier de 1,75 à 10,50 kg/cm2.
On peut utiliser divers :l 1. f::ltS ou solvants, par exempte, les hydrocarbures 2] il:r,iè''S rt alicycliques con -tenant de 3 à 12, de préférence de5 àle acoms de carbone
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par molécule, en particulier le propane, le butane normal, le
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cyclohexane, le méthylcydohexane, ltisooctaiie et le dodécane.
Dans la chambre de détente 24, une quantité appré- ciable de solvant est éliminée et on récupère la matière po- lymérisée sous la forme de particules solides, humides et dis- continues, contenant environ 20 à 50 et, de préférence, de 30 à 40% de solvant. On obtient ce résultat grâce au nouveau dispositif d'introduction et de coupe décrit ci-après en détail
Les particules de polymère discontinues et solides sont ensuite introduites dans un appareil d'extrudage 25 en- traîné par un moteur 26 après quoi elles circulent dans un conduit 27, comportant une zone de refroidissement 28 dans la- quelle du fluide de refroidissement pénètre par un conduit 29 et sort par un conduit 30.
La.matière refroidie parvient à un mécanisme de hachage 31 hors duquel la matière polymérisée est récupérée sous forme de' petits blocus 32 de matière sèche qui sont recueillis dans un récipient 33.
Le solvant séparé du polymère dans la chambre 24 est amené par une canalisation 34 qui est raccordée à une ca- nalisation 35 comportant un obturateur et acheminant le sol- vant sortant de l'appareil d'extrudage 25. Les courants combi- nés passent par un échangeur de chaleur 35a et par un cylindre à vide 35b pour parvenir à la canalisation 22 de recyclage du solvant.
En se référant maintenant aux figures 2, 3, 4 et 5, il y a lieu de noter que la chambre de détente comporte un couvercle métallique massif 36 qui est boulonné au bord de la chambre à une collerette métallique massive 37. Un bâti ou sup- port métallique 39, sur lequel est monté un moteur 40, est fixé au couvercle 36 par des pieds 38. Le moteur 40 comporte un arbre 41 qui est accouplé par une pièce rapportée 42 à un arbre 43 d'entraînement de la lame d.e coupe qui tourne dans un palier
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44 à roulement monté dans la plaque couvercle 36.
Un moyeu 46 est fixé à l'arbre d'entraînement 43 par deux vis de blocage 47 et plusieurs lames 48 (par exemple quatre) sont soudées, ou convenablement fixées d'une autre ma- nière, au moyeu et rectifiées de façon à constituer un ensemble rotatif équilibré. Ainsi qu'on le voit sur la figure 5, les bords de chaque lame 48 sont affûtés, de façon à constituer un bord de coupe effilé 49 le long de chaque c8té de la lame.
Un écrou de retenue 50 est vissé dans la plaque-cou- vercle 36 et il comporte un passage taraudé qui reçoit le con- duit 23 d'amenée du polymère. Dans ce passage taraudé est éga- lement vissé un raccord 51 auquel est fixé un ajutage de pulvé- risation 53. Le solvant s'évapore de la solution après avoir quitté l'ajutage de pulvérisation, ce qui fait qu'au moins une partie du polymère se solidifie avant d'atteindre la trajec- toire des lames de coupe 48.
Dans l'une des installations particulières (figure 3), le diamètre D de l'orifice est de 1,58 mm et cet orifice est situé à une distance A de 25,4 mm de la surface supérieure des lames de coupe. Cette dernière distance est importante, é- tant donné qu'elle doit être suffisante pour qu'une partie au moins de la matière polymérisée puisse se solidifier avant de venir dans la trajectoire des lames du mécanisme de hachage., En effet, si le pol mère est encore sensiblement liquide, il ne se produit pas une désagrégation satisfaisante.
Bien entendu, la distance varie suivant les différents types de matière poly- mérisée, les variations de pression de la charge, la près- . sion régnant dans la chambre de détente, la température et la composition de la matière de charge En général, dans le cas où la pression régnantn dans la chambre de détente est égle à la pression atmosphérique, comme dans l'exemple particulier décrit, la distance A varie entre 12,7 et 50,8 mm.
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Lors du fonctionnement du présent système, l'envoi de la matière sur les lames du mécanisme de hachage, de la ma- nière décrite, empêche efficacement la formation de "ficelles" ou de "cordes", qui créait une difficulté considérable lors de l'enlèvement du polymère hors de la chambre de détente et lors du traitement ultérieur, dans le cas où l'on n'utilisait pas l'ajutage et le mécanisme de coupe objet de l'invention.
Bien qu'on l'ait représenté l'invention dans son ap- plication avec une chambre de détente sous vide, elle est ap- plicable également à des opérations effectuées sous pression et à la pression atmosphérique, le fonctionnement sous vide étant habituellement désirable. La pression de fonctionnement minimum préférable est telle que,la vapeur du solvant puisse être condensée avec l'eau de refroidissement ordinaire bien que des procédés qui utilisent des condenseurs réfrigérés entrent dans la portée de l'invention. En utilisant du cyclohexane com- me solvant, les vapeurs peuvent être condensées sous une pres- sion absolue d'environ 0,35 kg/cm2 avec une eau de refroidisse- ment à 3Ô C.
La température régnant dans la chambre de déten- te 24 est, de préférence, inférieure au point de fusion du po- lymère, c'est-à-dire inférieure à environ 115 C dans le cas de la plupart des polyéthylènes obtenus par un procédé de poly- mérisation utilisant un catalyseur comportant de l'oxyde de chrome associé avec au moins un oxyde pris dans le groupe que forment la silice, l'alumine, le zircone ou la thorine. Le mé- canisme de hachage peut tourner à n'importe quelle vitesse dé- sirée qui soit suffisante pour désagréger la matière plastique solidifiée, mais des vitesses élevées sont habituellement les plus désirables. Une vitesse de 3.600 tours/minute donne satis- faction et c'est environ la vitesse la plus élevée que l'on peut ordinairement obtenir par commande directe avec des mo- teurs électriques.
Toutefois, des moteurs spéciaux ayant des vi.
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tessew plus élevées, par exemple 5.000 tours/minute conviennent*.
Conformément à un second mode de réalisation particu- lier de l'invention, on peut obtenir des résultats améliorés lorsque l'orifice d'évacuation est disposé plus près des.lames du mécanisme de hachage et lorsqu'une réduction de pression a lieu dans le conduit de charge à une distance appréc ble en amont de l'orifice d'évacuation. Ce mode de réalisation est représenté sur la figure 6, sur laquelle les pièces similaires à celles qu'on a déjà décrites sont désignées par les mêmes références. Dans ce cas, le conduit d'amenée 23 est relié à une soupape 60 réductrice de pression (ou détendeur), telle qu'une soupape à pointeau. Une partie 61 du tube, ou conduit, relie l'extrémité aval de cette soupape à une région d'évacuation 62 située dans la chambre de détente 24, le conduit pénétrant dans celle-ci à travers un raccord 63.
Dans ce cas, la matière polymérisée est au moins partiellement solidifiée dans la par- tie de conduit 61, d'où il en résulte que la distance A peut être considérablement réduite, par exemple jusqu'à 6,35 mm ou être comprise entre 1,58 et 12,7 Mm.
Gr$.ce à cet écartement réduit entre la région d'éva- cuation et la partie supérieure des lames de coupe, la distance 13 entre la soupane à pointeau et la région d'évacuation doit être suffisante pour que la matière polymérisée puisse se so- lidifier au moins partiellement avant d'être évacuée par l'ou- verture 62.
Dans l'exemple particulier décrit ici, la distance 13 est égale à 610 mm, bien que l'on puisse la faire varier en- tre 76 mm et 1524 mm, suivant la température, la pression, la composition de la charge, la dimension du conduit et d'autres vari ables. On obtient un fonctionnement amélioré grâce au sys- tème de la figure 6, étant donné que le polymère se refroidit à mesure qu'il traverse le tube 51 et qu'il pénètre dans la chambre de détent' une température bien inférieure à celle son point de fusion.
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On a .représenté sur les figures 7 et 8' une variante du dispositif de hachage. Dans ce mode de réalisation, un moye;
70, de grand diamètre,est fixé à l'arbre d'entraînement; 43 par des vis de blocage 71. Dans le bord extérieur du .moyeu sont ménagées plusieurs ouvertures dans chacune desquelles est dis- posée une pièce 72 en fil métallique rigide qui est serrée en- tre le moyeu et une plaque supérieure 73 (figure 8), fixée au moyeu par des boulons 74, Lorsqu'on. utilise ce dispositif de hachage, à la place de celui des figures 1 à 6, on obtient les résultats objet de l'invention,
en ce que la matière plastique solide pénétrant dans la chambre de détente est efficacement désagrégée, cc qui fait nue la chambre ne contient aucune "cor de!!, "ficelle", etc.... , qui créerait des difficultés lors de l'extraction et du traitement ultérieur de la matière.-
Bien Que, comme on l'a indiqué, le procédé et l'ap- pareil soient applicables, d'une manière générale, au traite- ment de solutions visqueuses de matières plastiques, ils of- frent une importance et une application spéciales,vis-à-vis des hompolymères et des copolymères das 1-oléfines ne conte- nant pas plus de 8 atomes de carbone et n'ayant aucune ramifi- cation plus rapprochée de la double liaison que la position 4.
A titre d'exemple d'un procédé particulier de production d'un polymère de ce type, on peut mentionner la polymérisation de l'éthylène avec un catalyseur à l'oxyde de chrome supporté sur de la silice, de 1 alumine ou de la silice-alumine. Dans ce système, la charge est constituée par de l'éthylène ayant une pureté de 9% onbenant de petites quantités d'impuretés tel- les que du m diane, de l'éthane ou de l'anhydride carbonique.
Cette matière est envoyée au réacteur, à raison de 413 cm3 par heure, en même temps que 3,785 litres par heure d'isooctane servant de solvant qui est introduit par la canalisation 13 et en même temps qu'une quantité de catalyseur suffisante pour
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maintenir de 0,1 à 0,5% et, en particulier, 0,3% en poids de 'catalyseur dans l'effluent. Le réacteur fonctionne à une tempé- rature de 140,5 C et sous une pression relative de 35 kg/cm2, c'est-à-dire sous une pression suffisante pour maintenir une phase liquide dans le réacteur. L'effluent du réacteur contient 0,3% en poids de catalyseur, 6,5% en poids de polyéthylène,
6,5% d'éthylène, 0,7% d'impuretés gazeuses légères et 86% de solvant.
On comprendra, bien entendu, que l'invention ne se limite pasà l'exemple particulier donné, même dans son applica- tion très avantageuse au traitement des homopolymères de 1- oléfines ne contenant pas plus de 8 atomes de carbone et n'ay- ant aucune ramification plus rapprochée de la double liaison que la position 4. Par exemple, on peut, grâce au système objet de la présente invention, récupérer les polymères oléfiniques, tels que le propylène, le 1-octène, etc... , et, dans certains cas, on peut avantageusement récupérer le polymère de dioléfi- nes ou de dioléfines conjuguées ne contenant pas plus de 8 ato- mes de carbone.
En outre, on peut utiliser divers catalyseurs de po- lymérisation, et diverses matières, telles que la thorine et la zircone, conviennent comme supports et présentent une acti- vité catalyfique. On peut utiliser des pr steurs supplémentai- res tels que 1T oxyde de zinc, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de strontium, etc... De même, on peut utiliser divers solvants à condition qu'ils n'altèrent pas l'activité du catalyseur. Ainsi, des hydrocarbures aliphatiques et alicycliques contenant de 3 à 12 atomes de carbone, de préférence de 5 à 12 atomes de car- bone par molécule, conviennent, en particulier, le propane, le butane normal, le cyclohexane, le méthylcyclohexsane et l'i- sooctane.
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Enfin, on peut faire varier les températures de réac- tion, les pressions et les débits de la. charge ; une gamme compr prise entre 65,5 C et 230 C est utilisée pour les 1-oléfines déjà mentionnées, la gamme préférée pour e propylène étant en général comprise entre 65,5 C et 120 C, et pour l'éthylène en- tre 135 C et 190 5 C, la pression variant de la pression atmos- phérique jusqu'à une pression relative de 49 kg/cm2 ou davan- tage.
Dans la zone de dissolution 15, le mélange est mainte- nu dans un état de turbulence, par exemple au moyen d'un agita- teur mécanique entraîné par un moteur, et la température est maintenue, par exemple, grâce) à l'utilisation d'un appareil de chauffage, entre 14Ô C et 162 C, c'est-à-dire légèrement au- dessus de celle qui est utilisée dans la zone de réaction 10.
La pression est suffisante pour maintenir le solvant sensible- ment en phase liquide, mais elle est, de préférence, inférieu- re à celle qui règne dans la zone de réaction, afin de facili- ter le dégagement des gaz dissous, y compris l'éthylène qui n'a. pas réagi, qui est évacué par le conduit d'évacuation 16. L'ef- fluent sortant de la zone de réaction 15 passe par le conduit 18 dans la zone 19 de séparation des matières solides. La ma- tière passant par le conduit 18 et une solution homogène de la quasi totalité du polymère présent dans le solvant, solution qui contient le catalyseur solide en suspension.
La zone de séparation des matières solides contient n'importe quel appareillage ou combinaison d'appareillage appro- priés connus dans la technique pour permettre la séparation des solides en suspension à partir des liquides. Il peut être con- stitué, par exemple, par un filtre ou par une centrifugeuse.
Il doit convenir au fonctionnement sous pression, afin de main- tenir le solvant en phase liquide au cours de la filtration. Le catalyseur séparé par filtration est extrait du système par un,:
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'conduit 19a. Si on le désire, le catalyseur extrait peut être régénéré ou réactivé et recyclé de toute manière appropriée dans une zone d'emmagasinée du catalyseur.
La solution qui a été débarrassée des matières soli- des en suspension est envoyée par le conduit 20 dans la zone d'évaporation 21 qui se.présente ordinairement sous la forme d'un réservoir d'évaporation par détente et qui fonctionne, par exemple, à une température de 143 C et sous une pression rela- tive de 2,31 Kg/cm2 . Le solvant évaporé, après condensation, est ramené au conduit 22.
Le résidu provenant de la sone d'é- vaporation 21 qui peut être chauffé dans cette zone jusqu'à une température de 155 C, par exemple, est introduit dans la chambre de détente il. en vue de son traitement de la manière déjà décrite en détail.
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1.- Procédé de récupération d'une matière plastique à partir d'une solution, caractérisé en ce qu'on fait passer la solution précitée le long d'un trajet limité sous une pres- sion suffisante pour maintenir cette solution en phase liquide, on-provoque une réduction de cette pression, de manière à chas- ser une partie appréciable du solvant et à effectuer la soli- dification au moins partielle de la matière plastique, on fait passer une lame de coupe à travers le courant résultant de matière plastique solidifiée à une vitesse suffisante pour dé- sagréger cette matière; et à récupérer la matière solide désa- grégée.