CN101557913B - 生产和处理颗粒的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产和处理塑料颗粒的方法和装置。根据所述方法，使塑料材料的熔融体粒化以形成颗粒，在冷却流体中冷却颗粒，将颗粒与冷却流体分离，并使颗粒结晶。根据本发明的装置的特征在于包括控制单元，该控制单元监视结晶步骤并以如下方式控制该方法：在结晶干扰的情况下颗粒在与冷却流体分离之后被供应到中间储存器，并且一旦干扰被去除，将暂时储存在中间储存器中的颗粒供应到结晶单元，并使其结晶。

Description

生产和处理颗粒的方法和装置

本发明涉及用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的方法和装置。

此类型的方法通常包括以下步骤：使塑料材料的熔融体粒化以形成颗粒，在冷却流体中冷却颗粒，将颗粒与冷却流体分离，以及进一步处理颗粒，具体地使颗粒结晶。

在生产和处理由塑料材料制成的颗粒中，尤其是由诸如PET之类的热塑性聚酯或者共聚酯的聚合物制成的颗粒(根据现有技术，其例如通过水下成股造粒(underwater strand granulation)或者水下造粒来生产)，通常在较短的时段期间将颗粒置于冷却流体中，以尽可能快和有效地将此冷却流体与颗粒分离并将颗粒供应到用于使颗粒结晶的结晶单元。由塑料材料制成的颗粒通常可以仅仅在结晶之后被可靠地进一步处理，这是因为它们在结晶之前具有较大的非晶态表面，因而它们在高于材料玻璃态转变温度的相对较高温度下容易粘结在一起，这使得难以进一步处理和应对这些尚未结晶或者至少在其表面上尚未结晶的颗粒，或者使得由于颗粒趋于容易粘结在一起而导致这样的处理和应对变得不可能。如果在生产这些颗粒的方法期间发生结晶干扰或者如果相应的结晶器甚至完全出现故障，则整个处理必须中断，并且必须高成本地处理任何存在于相应装置中的熔融体或者任何已经粒化但是尚未结晶的颗粒，这使得连续的颗粒生产变得困难或者不可能。

从德国未审查专利申请DE 10 2005 010 706A1公知一种用于聚酯颗粒热处理的方法，其中将聚酯熔融体供应到水下造粒机并被粒化，然后颗粒被干燥并经历结晶步骤，借助于颗粒中存在的热来执行导致颗粒局部结晶的热处理。在以此方式被结晶之后，结晶颗粒现在适合于进一步处理并可以经由颗粒分配器供应到附加的后处理单元或者贮仓。

本发明的目的是提供用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的方法和装置，它克服了现有技术的缺点，具体而言，在即使结晶干扰发生时也可以安全和可靠地制造颗粒。

通过具有如下所述特征的方法以及通过具有如下所述特征的装置来根据本发明实现该目的。此外，以下还进一步限定了优选实施例。

根据用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的本发明的方法包括以下步骤：

使塑料材料的熔融体粒化以形成颗粒；

在冷却流体中冷却颗粒；

将颗粒与冷却流体分离；

使颗粒结晶。

根据本发明，该方法提供了一种控制单元，其监视至少结晶方法步骤并以如下方式控制该方法步骤：在结晶干扰的情况下，在颗粒与冷却流体分离之后将颗粒供应到中间储存器，一旦干扰已经被去除，将暂时储存在中间储存器中的颗粒供应到结晶单元并使其结晶。

根据本发明的方法因而确保即使在结晶过程中发生干扰也能可靠地生产和处理颗粒。如果在颗粒已经与冷却流体分离之后，在结晶步骤中发生干扰，则根据本发明，以如下方式使颗粒流分流并储存：一旦干扰已经被去除，暂时储存的颗粒从中间储存器供应到结晶单元并可以使其结晶。

总而言之，可以以根据本发明的方式实施用于生产和处理颗粒的方法，由此即使在结晶之前或者如果在结晶步骤中发生干扰或者如果结晶步骤失败，也不会生产过量的废物，并且根据本发明的方法可以在干扰已经被去除之后特别早地继续实施。

根据本发明的方法在生产和处理由塑料材料制成的颗粒中特别有效，该塑料材料优选为可结晶、热塑性冷凝聚合物，例如聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乳酸、聚羟基烷基酸酯或者其共聚物或者其化合物，尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯或者其共聚物之一。

在根据本发明的方法中，在结晶干扰的情况下，控制单元可以用来将冷却流体的温度T1降低到温度T2，T2＜T1，所述温度T1是在没有结晶干扰的情况下所述冷却流体的原始温度。优选地，控制单元将所述冷却流体的温度T1以如下方式降低：存在于所述冷却流体中的所述颗粒被冷却使得分离步骤之后供应到所述中间储存器的颗粒的温度在使所述颗粒不粘结在一起或者至少不在它们的表面上粘结在一起的范围内。

通过适合地选择温度，尤其是选择适合的低温，可以特别容易和可靠地将颗粒暂时储存在中间储存器中而不会使它们粘结在一起，尚未结晶的颗粒至少在它们的表面上能够具有非晶态结构。

优选地进行温度设定，由此在结晶干扰的情况下，所述控制单元将所述颗粒的平均温度从温度T3降低到T4，T4＜T3，所述温度T3对应于在没有结晶干扰的情况下结晶之前的平均颗粒温度，并且所述温度T4对应于在所述中间储存器之前的平均颗粒温度，并且T4落在所述颗粒在所述中间储存器中不粘结在一起的范围内。因为能够可靠地防止被分流到中间储存器的颗粒粘结在一起，这使得能以根据本发明执行的这种方法的帮助下的具体方式来安全和可靠地制造颗粒。

在结晶干扰的情况下，在所述颗粒与所述冷却流体分离之后，所述控制单元可以用来将所述颗粒的平均温度从温度T3降低到温度T4，T4＜T3，所述温度T3落在所述颗粒在所述中间储存器中粘结在一起的范围内，并且所述温度T4落在所述颗粒在所述中间储存器中不粘结在一起的范围内。

所述温度T4可以在所述塑料材料的玻璃态转变温度以下，优选地在80℃以下，更优选地在60℃以下。

所述温度T3可以在所述塑料材料的玻璃态转变温度以上，优选地在80℃以上，更优选地在100℃以上。

如果结晶的干扰被去除，则所述控制单元可以用来将所述颗粒的平均温度从温度T4升高到温度T5，T5＞T4，所述温度T5对应于在没有结晶干扰的情况下结晶之前的平均颗粒温度，优选地且基本上对应于所述温度T3。

因此，尤其在结晶失败之后结晶再次正常工作的时候，在颗粒不会粘结在一起的情况下根据本发明的方法的工序可以继续，这尤其确保了根据本发明的安全和可靠的颗粒制造。

在根据发明的方法中，可以通过升高或降低所述冷却流体的至少一部分的温度来降低和/或升高所述颗粒温度。

在根据发明的方法中，可以通过增大或减小与所述冷却流体的至少一部分接触的时间来降低和/或升高所述颗粒温度。

在根据本发明的方法中，一旦干扰已经被去除，则暂时储存在所述中间储存器中的所述颗粒以这所述些颗粒与然后根据无缺陷处理供应到结晶单元的附加颗粒混合的方式供应到结晶单元，来自所述中间储存器的所述颗粒的量高达供应到结晶单元的颗粒的总质量流量的20％，优选地高达供应到结晶单元的所述颗粒的总质量流量的10％，更优选地为供应到结晶单元的所述颗粒的总质量流量的5％至10％。暂时储存在中间储存器中的颗粒的量因而在颗粒与冷却流体分离之后并在颗粒被结晶之前逐渐地供应到“正常”的处理。

除了逐渐供应暂时储存的颗粒之外，在根据本发明的方法中还可以优选地在干扰已经被去除之后首先将暂时储存在中间储存器中的全部颗粒供应到结晶单元，随后根据无缺陷结晶处理供应附加颗粒。

根据本发明的方法，一旦结晶的干扰已经被去除，则将暂时储存的颗粒逐渐供应到结晶步骤和将所有的颗粒供应到结晶步骤两种方式均可以使得即使在结晶步骤中发生暂时干扰的情况下也能够优选地安全并可靠地生产颗粒，而不会由于粘结一起而阻碍处理。

用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的根据本发明的装置包括：造粒装置，其用于使所述塑料材料的熔融体粒化以形成颗粒，粒化的所述颗粒能在冷却流体中，并优选地在用于使颗粒在冷却流体种冷却的冷却装置中进行，所述颗粒优选地在粒化之后在冷却流体中被导引；所述装置还包括分离装置和结晶装置，所述分离装置用于将所述颗粒与所述冷却流体分离，所述结晶装置用于使所述颗粒结晶。所述装置还包括位于所述分离装置和所述结晶装置之间的分流装置，此分流装置连接到用于被分流装置分流的颗粒的中间储存器。所述分流装置能被控制单元控制，借助于所述控制单元可以以如下方式监视至少所述结晶单元：在所述结晶装置的干扰的情况下，所述颗粒可以供应到所述中间储存器，并且一旦干扰已经被去除，则暂时储存在所述中间储存器中的所述颗粒可以供应到所述结晶装置。根据本发明，通过例如以气流的方式或者通过蜗轮形式的机械运输系统、公知类型的传输单元等运输颗粒，颗粒可以被供应到中间储存器或者可以从中间储存器供应颗粒。借助于根据本发明的装置，在生产和处理由塑料材料制成的颗粒的过程中，即使结晶装置或者结晶器出现故障也可以安全和可靠地制造颗粒。

根据本发明，优选地以如下方式设计分流装置：暂时储存在所述中间储存器中的颗粒可以经由所述分流装置供应到所述结晶装置。结果，颗粒经由相应设计的分流装置顺着相同的路线进出中间储存器。这使得可以为本发明的装置提供特别简单而且成本有效的设计。

在其他方面，结合根据本发明的方法描述的优点和特征可以由根据本发明的装置来实施。在可以应用的情况下，与根据本发明的方法有关的描述还以相同的方式应用到根据本发明的装置。具体而言，根据本发明的装置能执行根据本发明的方法。

表1以示例的方式示出了图示根据本发明的功能表格。

表1：

以下参照附图基于以非限制性的方式且以示例的方式提供的优选实施例来说明本发明，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的装置的示意图；

图2示出了根据本发明的另一个实施例的用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的装置的示意图；

图3示出了根据本发明的另一个实施例的用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的装置的示意图；并且

图4示出了根据本发明的又一个实施例的用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的装置的示意图。

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的装置的示意布局，实线箭头表示塑料材料或者颗粒的路径以及冷却流体的路径。根据图1，根据本发明的装置包括用于粒化塑料材料熔融体以形成颗粒的造粒装置1，所述塑料材料的熔融体是从反应器或者挤压机2供应到造粒装置1的。在造粒装置1中的造粒步骤之后，优选地在用于将颗粒在冷却流体中冷却的冷却装置中，由冷却流体冷却粒化的颗粒，其中颗粒优选地从造粒装置1运输到冷却流体中。冷却水或者适合的气体优选地用作冷却流体。冷却流体和颗粒进入用于将颗粒与冷却流体分离的分离装置3，即颗粒与冷却流体分离并相应地被干燥。公知的分流装置可以设置为分离装置3，例如离心式干燥器。此类型的装置对于本领域的技术人员是公知的，并因而在此不再详细描述。在根据本发明的装置的正常操作期间(即，如果在结晶装置4中没有发生干扰)，则颗粒在离开分离装置3之后被供应到用于使颗粒结晶的结晶装置4或者结晶器4。如果需要，还可以在颗粒已经在结晶器中结晶之后在相应的冷凝装置13中执行固相(聚)冷凝步骤。

根据图1提供冷却流体循环系统，分离的冷却流体由分离装置3经由储液器9并经由过滤器和泵以及适合的阀供应到能根据要求加热或者冷却流体的热交换器10和/或者11，如图1中的箭头所示。

已经以此方式被冷却或者加热的冷却流体然后(再)供应到造粒装置1。经由冷却流体循环/温度控制器12来控制冷却流体循环系统，该冷却流体循环/温度控制器12具体地控制和/或者监视冷却流体的温度，如图1中的虚线所示。

在图1所示的根据本发明的装置中，分流装置6经由阀连接到中间储存器5，并位于分离装置3和结晶装置4之间。中间储存器5的温度优选地选择成防止暂时储存在其中且尚未结晶的颗粒粘结在一起，即，温度优选地在于生产颗粒所用的塑料材料的玻璃态转变温度以下。除了中间储存器5之外，还可以设置废物储存器8，该废物储存器8能容纳不再使用的任何颗粒。

根据本发明，分流装置6位于分离装置3和结晶装置4之间，并连接到中间储存器5和废物储存器8。分流装置6由控制单元7控制，借助于控制单元7至少可以监视结晶装置4，使得在结晶装置4干扰的情况下，颗粒可以供应到中间储存器5，并且一旦干扰已经被去除，暂时储存在中间储存器5中的颗粒可以供应到结晶装置4。在干扰已经被去除之后，暂时储存在中间储存器5中的颗粒可以经由相应设计的分流装置6或者直接地(再)供应到结晶装置4。具体而言，分流装置6因而可以同时地设计为可被控制单元7(主动地)自动地控制的组合再循环装置。根据本发明，通过例如以气流的方式或者由蜗轮形式的机械运输系统、公知类型的传输单元等运输颗粒，可以将颗粒供应到中间储存器或者从中间储存器供应颗粒。

在图1(以及图2至图4中图示的装置)示意性图示的根据本发明的装置还可以用来执行根据以上所述本发明(具体地基于其优选实施例)的方法。

在附图中，相同的附图标记一般表示本发明的相同元件。

图2至图4图示了作为根据用于生产和处理颗粒的本发明的装置的优选实施例的元件的造粒装置。图2至图4图示的实施例示出了造粒装置1、用于将冷却流体分离的分离装置3和热水循环系统(罐、启动加热器、泵、冷却单元)。结晶装置4位于分离装置3的下游。还可以在造粒装置1和分离装置3之间设置可选的超尺寸分离器(在附图中未示出)。

在图2至图4中，跟随结晶装置4和中间储存器5的箭头一般表示颗粒还可以从这些单元传递到冷凝装置13(SSP)，如果可能，将中间储存器5作为后备单元。

图2示出了根据本发明的另一实施例的用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的装置的示意视图。图2图示的实施例包括位于分流装置6和中间储存器5之间的附加冷却装置14，其目的是设定所期望的温度，使得即使结晶干扰发生也能可靠地防止分流的颗粒粘结在一起，并确保连续的操作。冷却装置14可以是气体驱动或者流体驱动的。

图3中示意性图示的本发明另外实施例与图2所示的实施例的主要不同之处在于，图3中的实施例附加地提供将冷却流体循环系统从热水循环切换到冷水模式的能力。将用于热水和冷水的储存器9分开使得可以快速地进行切换。当从热水循环切换到冷水模式时，在过渡阶段期间应该不再生产颗粒(通过短暂地中断粒化)，或者在切换过程中应该离线地进行(附加的)冷却，或者应该在切换过程中将所生产的颗粒经由本身公知类型的传输器供应到冷却装置，该传输器还可以用作冷却装置。

图4示意图示的本发明的另一实施例与图2和图3的实施例的主要不同之处在于，图4中的实施例提供了在水分离器和分离装置3之间的附加切换，这使得该系统可选地经由附加的冷水循环系统被操作。

Claims (20)

1.一种用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的方法，包括以下步骤：

使所述塑料材料的熔融体粒化以形成颗粒；

在冷却流体中冷却所述颗粒；

将所述颗粒与所述冷却流体分离；

使所述颗粒结晶；

其特征在于，设置控制单元，其监视至少所述结晶步骤并以如下方式控制所述方法：在结晶干扰的情况下，在将所述颗粒与所述冷却流体分离之后将所述颗粒供应到中间储存器，并且一旦干扰已经被去除，则将暂时储存在所述中间储存器中的所述颗粒供应到结晶单元并使其结晶。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑料材料是可结晶的、热塑性冷凝聚合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑料材料是以下材料中的一种：聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乳酸、聚羟基烷基酸酯、以及前述材料的共聚物和化合物。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑料材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯或者其共聚物。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在结晶干扰的情况下，所述控制单元将所述冷却流体的温度T1降低到温度T2，T2＜T1，所述温度T1是在没有结晶干扰的情况下所述冷却流体的原始温度，所述控制单元将所述冷却流体的温度T1以如下方式降低：存在于所述冷却流体中的所述颗粒被冷却使得分离步骤之后被供应到所述中间储存器的所述颗粒的温度落在使所述颗粒不粘结在一起或者至少不在它们的表面上粘结在一起的范围内。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在结晶干扰的情况下，所述控制单元将所述颗粒的平均温度从温度T3降低到T4，T4＜T3，所述温度T3对应于在没有结晶干扰的情况下结晶之前的平均颗粒温度，并且所述温度T4对应于在所述中间储存器之前的平均颗粒温度，并且T4落在使所述颗粒在所述中间储存器中不粘结在一起的范围内。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果发生结晶干扰，则在所述颗粒与所述冷却流体分离之后，所述控制单元将所述颗粒的平均温度从温度T3降低到温度T4，T4＜T3，所述温度T3落在使所述颗粒在所述中间储存器中粘结在一起的范围内，并且所述温度T4落在所述颗粒在所述中间储存器中不粘结在一起的范围内。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述温度T4在所述塑料材料的玻璃态转变温度以下。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述温度T4在80℃以下。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述温度T4在60℃以下。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述温度T3在所述塑料材料的玻璃态转变温度以上。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述温度T3在80℃以上。

13.根据权利要求11述的方法，其特征在于，所述温度T3在100℃以上。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，如果结晶干扰被去除，则所述控制单元将所述颗粒的平均温度从温度T4升高到温度T5，T5＞T4，所述温度T5对应于在没有结晶干扰的情况下结晶之前的平均颗粒温度，且基本上对应于所述温度T3。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过升高或降低所述冷却流体的至少一部分的温度来降低和/或升高所述颗粒温度。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过增大或者减小与所述冷却流体的至少一部分接触的时间来降低和/或升高所述颗粒温度。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一旦干扰已经被去除，则将暂时储存在所述中间储存器中的所述颗粒以这些所述颗粒与然后根据无缺陷处理供应到结晶单元的附加颗粒混合的方式供应到结晶单元，来自所述中间储存器的所述颗粒的量高达供应到结晶单元的颗粒的总质量流量的20％，或者高达供应到结晶单元的所述颗粒的总质量流量的10％，或者为供应到结晶单元的所述颗粒的总质量流量的5％至10％。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一旦干扰被去除，则暂时储存在所述中间储存器中的全部颗粒首先供应到结晶单元中，并且附加的颗粒随后根据无缺陷处理供应到结晶单元。

19.一种用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的装置，其包括：造粒装置(1)、分离装置(3)和结晶装置(4)，所述造粒装置(1)用于使所述塑料材料的熔融体粒化以形成颗粒，粒化的所述颗粒能在冷却流体中冷却，所述分离装置(3)用于将所述颗粒与所述冷却流体分离，所述结晶装置(4)用于使所述颗粒结晶，所述用于生产和处理由塑料材料制成的颗粒的装置的特征在于，分流装置(6)连接到中间储存器(5)并位于所述分离装置(3)和所述结晶装置(4)之间，所述分流装置能被控制单元(7)控制，借助于所述控制单元(7)可以监视至少所述结晶装置(4)，使得在所述结晶装置(4)被干扰的情况下，所述颗粒可以供应到所述中间储存器(5)，并且一旦干扰已经被去除，则暂时储存在所述中间储存器(5)中的所述颗粒可以供应到所述结晶装置(4)。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，暂时储存在所述中间储存器(5)中的所述颗粒可以经由所述分流装置(6)供应到所述结晶装置(4)。

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