DE2558730B2 - Verfahren zum Kristallisieren und Trocknen von Polyäthylenterephthalat und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verü iren zum Kristallisieren und Trocknen von Granulaten amorpher Polyethylenterephthalate, bei dem man durch eine unter dem Einfluß der Schwerkraft sich fortbewegende zylindrische Schüttung des Polyethylenterephthalat-Granulats im Gegenstrom 120 bis 190⁰C heiße Gase hindurchleitet.

Pol)äthylenterephthalat, das in der Regel als amorphes Granulat vorliegt, muß vor dem Weiterverarbeiien zu Fasern, Folien oder anderen Formteilen sorgfältig getrocknet werden. Anderenfalls führt die Hydrolyseempfindlichkeit des Polyesters bei höheren Temperaturen, insbesondere in der Schmelze, zum Abbau und damit zur Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.

Die technisch bevorzugte Methode zum Trocknen von Polyäthylenterephthalat besteht darin, die Granulate aufzuheizen und die dabei austretende Feuchtigkeit mittels eines Gasstromes möglichst schnell abzuführen. Da hierbei die Trocknungstemperaturen zwangsläufig oberhalb des Glaspunkles des Polyesters (ca. 80⁰C) lirgen, geht das amorphe Polyäthylenterephthalat zunächst in den kristallisierten Zustand über. Das amorphe Material neigt beim Erhitzen über den Glaspunkt jedoch zum Kleben und bildet Agglomerate, und so bedarf es besonderer Maßnahmen, um eine einwandfreie Trocknung und eine störungsfreie Weilerverarbeitung sicherzustellen.

Zur Behebung der mit der Agglomeration der Polycstergranulale verbundenen Schwierigkeilen sind /ahlreiche Vorschläge gemacht worden. So wird nach der USPS JO 14 011 in einem der Trocknung vorgelagerten Schritt zunächst durch Einwirkenlassen von Quellmitteln. Dampf oder heißem Wasser kristallisiert. Dieses Verfahren hut den Nachteil, daß die Entfernung der als Quellmittel verwendeten Lösungsmittel nicht unproblematisch ist bzw. bei Anwendung von heißem Wasser oder Dampf sich der anschließende Trocknungsschritt durch die Notwendigkeit, das zusätzliche

aufgenommene Wasser ebenfalls entfernen zu müssen, verteuert.

Nach der DE-OS 17 70410 kristallisiert man unter ständiger Bewegung in einem Taumelapparat bzw. in einer nicht näher beschriebenen Kristallisationszone eines Reaktors zur Erhöhung des Molekulargewichtes. Nach anderen Verfahren wird im Wirbelbett kristallisiert und das Zusammenbacken dadurch verhindert, daß man unter Zusatz von 50% bereits kristallisiertem Material arbeitet (DE-AS 14 54 834; US-PS 33 05 532).

Durch starke Fluidisierung die Rieselfähigkeit der Granulate aufrechtzuerhalten, ist Gegenstand der DE-PS 1182 153. In der US-PS 35 47 890 wird schließlich ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Agglomeration dadurch vermieden werden soll, daß man in einem kontinuierlich arbeitenden Apparat Kristallisation und Trocknung in aufeinanderfolgenden Zonen unter Rühren in der Kristallisationszone vornimmt. Nachteilig ist hier vor allem die Verformung der Granalien durch die mechanische Beanspruchung

im plastischen Zustand. Ähnlich arbeitet das Verfahren nach der DE-OS ¹J 79 521, bei welchem zwischen einer bewegten Kristallisationszone und einer ruhenden Trocknungszone noch eine »Krümmelungszone« eingeschaltet ist. Nach der DE-OS 19 57 333 soll das Zusammenbacken der Polyethylenterephthalat-Granulate schließlich dadurch verhindert werden, daß in Schachttrocknern mit eingebauten, gegebenenfalls vibrierenden Verdrängerkörpern und bei einer zur Lockerung des Materials gerade ausreichenden Trokkengasgeschwindigkeit gearbeitet wird.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Polyethylenterephthalatgranulate unter Zugabe von Antiblockmitteln — u. U. bei gleichzeitiger mechanischer Bewegung — zu trocknen. So wird nach der DE-OS 16 94 456 durch Zusatz von 100 bis 1000 ppm Mg-Stearat bei langsamer Temperatursteigerung und nach der DE-OS 21 24 203 durch Zugabe von T1O2 das Verkleben verhindert. Ein ähnliches Verfahren beinhaltet die DE-OS 23 52 426, nach welchem man in einem schwach bewegten Wirbelbett bei Anwesenheit von Mg- oder Al-Stearat trocknet.

Mittels der bekannten Verfahren ist somit die gestellte Aufgabt:, Polyethylenterephthalat-Granulate zu trocknen, zwar zu lösen, jedoch müssen Nachteile in Kauf genommen werden, die darin bestehen, daß große und teilweise sehr aufwendig gestaltete Apparate und Hohe Energieeinsätze oder Zusätze von im Hinblick auf den Einsatzzweck des Polyesters nicht in allen Fällen geeigneten Stoffen erforderlich sind und darüber hinaus in vielen Fällen eine Verformung des Granulats durch Einwirkung mechanischer Kräfte in der plastischen Phase unvermeidlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kristallisieren und Trocknen von Polyethylenterephthalat-Granulat aufzuzeigen, daß es mit geringem apparativem Aufwand ermöglicht, diese Granulate ohne den Einsatz von Zusätzen und die Einwirkung verformender mechanischer Kräfte zu kristallisieren und zu trocknen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß man das Polyethylenterephthalat in ruhender Schütliing und unter Vermeidung einer Fl'jidisierting während des Kristallisierens und Trocknens unter

der Temperatureinwirkung agglomerieren läßt und den gebildeten zylindrischen Granulatagglomeratklotz durch schichtenweises Abtragen von der Unterseite her in rieselfähiges Granulat überführt und in dieser Form austrägt.

Auf diese Weise kann man amorphes Polyethylenterephthalat-Granulat in einem einzigen Verfahrensschritt, ohne ü.e aufgezählten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, mit einem relativ geringen apparativen Aufwand kristallisieren und trocknen. ι ο

Es war überraschend und nicht vorherzusehen, daß es bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise entgegen der geltenden Meinung nicht erforderlich, ja sogar von Nachteil ist, das über die Glastemperatur erhitzte Polyestergranulat in Bewegung zu halten, um zu einem rieselfähigen, kristallinen Produkt zu kommen, sondern vielmehr dann die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn man eine lockere Schüttung, so wie sie beim freien Zulauf in einen Behälter entsteht, der Einwirkung der heißen Gase ausseizi und »ungestört« agglornerisicrcn läßt. Das die Stabilität des gebildeten Agglomerates trotz erheblicher Granulat-Schütthöhen, die das 1- bis 4fache des Reaktordurchmessers betragen können, gering bleibt und das Produkt daher im kristallisierten Zustand zerteilbar und mühelos auszutragen ist, war ebenfalls nicht vorhersehbar.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die Gewähr gegeben, daß die Kontaktstellen der einzelnen Granalien in der Schüttung gegenüber einer durch Vibration oder Rühren herbeigeführten »idealen« Packung in geringerer Zahl vorliegen, und die Stärke der Verklebung nur durch den Druck des t'igengewichtes bestimmt wird. Da innerhalb der Krisiallisationszone eine zusätzliche, lokale Pressung, die beim Rühren zwangsläufig auftreten würde, nicht erfolgt und man das Heiz- und Trocknungsgas mit einer zur Fluidisierung des Granulates nicht ausreichenden Geschwindigkeit einleitet, ist das Produkt keiner mechanischen Beanspruchung ausgesetzt, bevor die Kristallisation, d. h. die Phasenänderung durch welche das Polyestergranulat die Klebrigkeit verliert, beendet ist. Eine Granulat-Deformation, als Folge einer Beanspruchung im plastischen Zustand, unterbleibt somit.

Die Zerteilung des gebildeten Agglomerates erfolgt erfinduns'Sgemäß erst dann, wenn die Granulatkörner ihre Klebeneigung verloren haben, d. h. in den kristallisierten Zustand übergegangen sind, und zwar in der Weise, daß der gebildete zylindrische Granulat-Agglomeratklotz durch schichtenweises Abiragen von seiner Unterseite her wieder in ein rieselfähiges Granulat überführt wird, das ausgetragen werden kann.

Neben den bereits angegebenen Vorteilen zeichnet sich das Verfahren noch dadurch aus, daß Energie- und apparativer Aufwand verhältnismäßig gering sind, eine Abriebbildung am Produkt unterbleibt und ein sehr enges Verweilzeitspektrum erreicht wird, da sich durch die Agglomeration nur eine Pfropfcnströmung ausbilden kiinn.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 2 weist nach der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 beschriebene Ausbildung auf.

Die Erfindung wird durch eine mögliche Ausführungsform eines Apparates, in dem sich das Verfahrsn b5 durchführen laßt, an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Der Apparat besteht aus einem sichenden zylindrischen Behälter (1), welcher nach unten von einem ebenen oder konischen Anströmboden (2), der mit Abstreifkanten (3) und Austragsschlitzen (4) versehen ist, abgeschlossen wird. Der Anströmboden ist an einer konzentrischen, vertikalen Welle befestigt und rotiert im Betriebszustand langsam mit dieser. Er hat einen geringfügig kleineren Durchmesser als der Trockenraum, d. h. er ist annähernd randgängig. Der Anströmboden wird über die nach oben oder gegebenenfalls auch nach unten aus dem Apparat herausgeführte Welle angetrieben; die Welle kann auch noch zusätzlich unterhalb des Anströmbodens oder oberhalb der Produktschüttung gelagert werden. Für die Ausführung des Anströmbodens ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, mil denen die gewünschte Wirkungsweise, nämlich die Produktschüttung alternierend leicht anzuheben und wieder zu senken und dadurch die unterste Schicht des Granulat-Agglomerates zum Zerfall zu bringen und das Granulr dann auszutragen,

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bli^ivlluui uv, L^iin. u/tJUIlU'.l 3 U 1111 α i. I' I. AUJIUIlIUIIg^* form ist z. B., den Anströmboden mit einem oder mehreren radialen Schnitten zu versehen und jeweils eine der beiden Schnittkanten in Richtung auf die Prodi'ktschüttung (5) zu einem Abstreifer aufzubiegen. Der Schnitt A-B. zeigt eine derartige Anordnung. Um gegebenenfalls auftretende Austragsstörungen zu beheben, kann die Drehrichtung des Anströmbodens auch für kurze Zeit gewechselt werden Die Kante der Abstreifvorrichtung ist in der Regel gerade, kann aber auch mit Zacken versehen sein.

Unterhalb des Anströmbodens befindet sich eine Kammer (6). die das getrocknete Produkt aufnimmt und durch welche auch die Heißgaszufuhr (8) erfolgt. Die Kammer kann gegebenenfalls so dimensioniert werden, daß man das in ihr gesammelte Granulat dort nach- oder fertigtrocknen kann, indem man das Trocknungsgas zuerst durch dieses Produkt hindurchströnen Isßt. Das kristallisierte und getrocknete Polyäthylenterephthalat wird durch die Zellenradschleuse (7) ausgetragen.

Die Temperatur der durch den Trockner zu leitenden heißen Gase beträgt 120 bis 190, vorzugsweise 140 bis 170"C. Die Gasmenge wird so bemessen, daß keine Fluidisierung des Produktes eintritt Das geeignetste Gas ist Luft.

Das Verfahren ist bevorzugt für den kontinuierlichen Betrieb geeignet. Die Höhe der Polyesterschüttung im Raum oberhalb des Anströmbodens kann das 1- bis 4fache des Reaktordurchmessers betragen. Bei kontinuierlicher Arbeitsweise ist es angebracht, mit Hilfe eines Verteilers, der in der Zeichnung mit (9) bezeichnet ist und der zusammen mit dem Anströmboden rotiert, stets für die Ausbildung einer ebenen Schüttgutoberfläche zu sorgen.

Mittels des beanspruchten Verfahren! lassen sich Granulate von Polyathylenterephthalrten in dem zur Weiterverarbeitung üblichen RSV-Bereich von ca. 0,4 bis ca. 1,0 [dl/g] (in Phenol-Tetrachloräthan 3:?) kristallisieren u .d trocknen. Die Granulate können pigmentfrei sein oder auch Pigmente enthalten; es kann ferner auch durch andere Säuren oder andere Glykole modifiziertes Polyethylenterephthalat der erfindungsgemäßen Behandlung unterworfen weiden, sofern durch eine derartige Modifizierung die Kristallisierbarkeit der Produkte n^:cht wesentlich beeinträchtigt wird.

Das Verfahren ist für sämtliche, bei Polyäthylenterephthalat üblichen Granulatformen, wie Band-, Strang- und Unterwassergranulate, in gleicher Weise brauchbar.

Im folgenden soll das Verfahren an Hand eines

Beispieles für kontinuierlichen Betrieb noch weilet erläutert werden.

Beispiele

Ein Trockner entsprechend Abbildung, dessen zylindrischer Trockenraum bei einem Durchmesser von 60 cm und einer Höhe von 150 cm ca. 400 Liter faßt und dessen Auslaufkonus eine Länge von 40 cm besitzt und in dem an der Übergangsstelle zwischen Trockenraum und Auslaufkonus ein Anströmboden eingebaut ist, der in langsame rotierende Bewegung um seine vertikale Achse versetzt werden kann, wird bei unbewegtem Anströmboden mit etwa 250 kg amorphem Polyethylenterephthalat (Schüttgewicht ca. 0,75) über eine Saugfördervorrichtung befüllt. Die Schichthöhe oberhalb des Anströmbodens beträgt ca. 125 cm. Der Anströmboden besitzt die Form des Mantels eines sehr flachen Kegels. An der Spitze ist er mit der rotierenden Welle verbunden. Der Anströmboden besteht aus einem Gerippe aus Edelstahl, das ein Lochblech (Lochdurchmesser 2 mm) trägt. In diesem Lochblech sind zwei radiale Austragsschlitze (25 cm Lang, 2 cm breit) und in Drehrichtung vor ihnen ebenfalls radial angebrachte Abstreifkanten von 1.5 cm Höhe und 25 cm Breit· angeordnet.

Nun wird ohne Rotation ca. 1 Stunde lang 170 C heiße, nicht besonders vorgetrocknete Luft mittels eine

■> Gebläses von unten nach oben über den Anstmmbodc· durch die Produktschüttung gedruckt. Die Luftmengt beträgt 200mmVh; sie ist so bemessen, daß sich keil Wirbelbett bildet. Innerhalb der angegebenen /ei kristallisiert das Material (was man am Opakwerder

to erkennt) bis in den Bereich des Materialemtritts. Nut wird der Anströmboden in langsame Rotation versetz (1,5 U/M in), wodurch das kristallisierte und ^.uoiknel· Produkt nach und nach in den Konus gelangt und nbi eine Zellenradschleuse ausgetragen wird. Das get roe I·.

ι¹) riete Material sinkt dabei gleichmäßig über ilci gesamten Querschnitt ab; die Schütthohe wird durcl nachrieselndes Granulat aus einem Vorratsgefa! konstant gehalten und mittels eines an der Anströmbo denwelle angebrachten Verteilers laufend ccalisi. 11.

2» Die dem Trockner konstant entnommene Mengt getrocknetes und kristallisiertes Polyäthylentcrephthü lat-Granulat beträgt ca 100 kg/Stunde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kristallisieren und Trocknen von Granulaten amorpher Polyethylenterephthalate, bei dem man durch eine unter dem Einfluß der Schwerkraft sich fortbewegende zylindrische Schüttung des Polyethylenterephthalat-Granulats im Gegenstrom 120 bis 190⁰C heiße Gase hindurchleitet, dadurch gekennzeichnet, daß man das Polyethylenterephthalat in ruhender Schüttung und unter Vermeidung einer Fluidisierung während des Kristallisierens und Trocknens unter der Temperatureinwirkung agglomerieren läßt und den gebildeten, zylindrischen Granulatagglomeratklotz durch schichtenweises Abtragen von der Unterseite her in rieselfähiges Granulat überführt und in dieser Form austrägt.

2. Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 aus einem stehenden zylindrischen Behälter, der oben einen Guteinlaß und unten einen Gutauslaß sowie einen darüber angeordneten Einlaß und eine konzentrisch in dem Behälter angeordnete Verteileinrichtung für ein heißes Gas besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtung als sich um seine vertikale Achse drehender, ebener oder konischer Anströmboden (2) ausgebildet ist, der sich annähernd bis zur Wand des Behälters (1) erstreckt, an seiner Oberseite Abstreifkanten (3) aufweist und mit Austragsschlitzen (4) versehen ist.