Способ гранулирования термопластичных полимеров

Способ гранулирования термопластичных полимеров

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу гранулирования термопластичных полимеров, в частности термопластичных полиолефинов, при котором полученный в полимеризационном реакторе полимерный порошок расплавляют и гомогенизируют в экструдере, затем продавливают через экструзионное сопло, после чего охлаждают и измельчают.

Гранулирование термопластичных полимеров известно, например, из US-A 4820463 и служит для гомогенизации полимера и, при необходимости, ввода в полимер добавок и аддитивов, таких как стабилизаторы, красители, средства улучшения механических свойств, наполнители и т.п.. Кроме того, можно значительно улучшить манипулирование термопластичными полимерами при транспортировке и дальнейшей переработке за счет гранулирования по сравнению с манипулированием порошком.

Помимо непосредственной связи полимеризации и гранулирования, когда полимерный порошок обычно обладает еще остаточным теплом от процесса полимеризации и по этой причине подается к экструдеру при повышенной температуре, при так называемом способе компаундирования обычной является подача полимерного порошка к экструдеру при температуре, соответствующей окружающей температуре. Это объясняется, в частности, промежуточным хранением полимерного порошка в бункерах и способами транспортировки по пневматическим транспортным системам, причем, как правило, происходит полное охлаждение порошка до окружающей температуры.

При компаундировании, следовательно, полимерный порошок, как правило, подают к экструдеру при соответствующей окружающей температуре в виде сыпучего материала. Порошок необходимо при этом в зоне загрузки экструдера все больше и больше нагревать за счет сил механического трения, а затем постепенно расплавлять. Известные способы гранулирования оставляют, правда, в отношении их производительности, связанной с этим нагрузки на оборудование и качества гранулята, желать лучшего.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа гранулирования термопластичных полимеров, при котором можно было бы повысить эффективность гомогенизации при гранулировании при постоянном расходе или уменьшить нагрузку на оборудование, что выражается в меньшей подверженности ремонту и меньшим простоем, или увеличить производительность установок для гранулирования при постоянной производительности гомогенизации.

Эта задача решается посредством способа описанного выше рода, отличительный признак которого следует усматривать в том, что полимерный порошок перед загрузкой в экструдер подвергают термообработке, и что загрузка полимерного порошка в экструдер происходит при повышенной температуре порошка.

Преимущественно термообработку, согласно изобретению, осуществляют с такой интенсивностью, что температура полимерного порошка возрастает до значения в диапазоне 5-30 К ниже температуры плавления полимера, преимущественно в диапазоне 10-20 К.

Термообработка, согласно изобретению, может быть реализована самыми разными способами, например, полимерный порошок можно нагреть водяным паром, а затем высушить горячим воздухом или его можно пропустить через нагретую снаружи трубу. В одной особенно предпочтительной форме выполнения способа, согласно изобретению, полимерный порошок нагревают в теплообменнике для сыпучего материала, как он описан в журнале «Chemie Technik» (1999), №4, стр.84. При этом массовый поток регулируют посредством вибротранспортера, и полимерный порошок проходит через нагретые металлические плиты.

Необходимую для термообработки тепловую энергию можно, согласно изобретению, экономично получить предпочтительно за счет отходящего тепла, имеющегося в распоряжении на производственной территории. Хорошим примером такого отходящего тепла является экзотермическая реакция полимеризации, при которой высвобождаются большие количества тепла. В качестве альтернативы необходимую для способа, согласно изобретению, тепловую энергию можно по низкой стоимости получить также из охлаждения другого производственного оборудования.

Предпочтительными полимерами, которые можно особенно хорошо гранулировать способом, согласно изобретению, оказались, в частности, стандартные полимеры, такие как полиолефины, полиэфиры или полиамиды, преимущественно, однако, полиэтилен или полипропилен. У полиэтилена температура полимерного порошка, согласно изобретению, при подаче к экструдеру лежит преимущественно в диапазоне 80-100°С, тогда как у полипропилена особенно подходящей температурой является температура 100-120°С.

Приведенный ниже пример расчета должен более подробно пояснить специалисту изобретение и его преимущества.

Пример 1 (согласно изобретению)

Количество энергии, необходимой для нагрева порошка полиэтилена высокого давления с 20°С до 100°С, составляет 42,4 ккал/кг порошка (источник: «Spezifische Warme von Niederdruck Polyethylen», H. Wilski, Kunsstoffe 50(5) 1960).

После перерасчета это дает значение 0,049 кВт·ч/кг.

Экструдер-гранулятор производительностью 6 т/ч требует общего удельного количества энергии 0,2 кВт·ч/кг полиэтилена высокого давления, если порошок имеет начальную температуру 20°С. Из них 0,05 кВт·ч/кг приходится на нагрев порошка с 20°С до 100°С, т.е. около 25% по отношению к общему количеству. Это отражает теоретически максимально достижимый потенциал экономии, который на практике, правда, невозможно реализовать в полном объеме.

Упомянутый выше экструдер-гранулятор при стоимости электроэнергии около 9 пфеннигов за 1 кВт·ч в год приводит к эксплуатационным затратам в размере 950 тыс. ДМ. При подаче полимерного порошка с температурой 100°С эти эксплуатационные затраты могут быть снижены на 20%. Правда, энергию 0,05 кВт·ч/кг необходимо получать иным путем, например посредством очень дешевого пара (технологическое тепло).

Таким образом, для установки для гранулирования производительностью всего 6 т/ч потенциал экономии составляет около 200 тыс. ДМ. в год. Снижение расхода энергии на 20% означает, кроме того, меньшую нагрузку на машину и, тем самым, более длительный срок службы в сочетании с меньшими затратами на ремонт.

Если, с другой стороны, максимально возможная производительность экструдера ограничена установленной мощностью привода, в этом случае можно в качестве альтернативы за счет подогрева полимерного порошка повысить и производительность машины.

1. Способ гранулирования термопластичных полиолефинов, при котором полученный в полимеризационном реакторе полимерный порошок расплавляют и гомогенизируют в экструдере, затем продавливают через экструзионное сопло и гранулируют, причем перед загрузкой в экструдер полимерный порошок подвергают термообработке, а загрузку полимерного порошка в экструдер осуществляют при температуре порошка в диапазоне на 5-30 К ниже температуры плавления полимера, при этом необходимую для термообработки полимерного порошка тепловую энергию получают за счет отходящего тепла экзотермической реакции полимеризации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку осуществляют таким образом, что температура полимерного порошка возрастает до значения в диапазоне на 10-20 К ниже температуры плавления полимера.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед загрузкой в экструдер полимерный порошок нагревают водяным паром, а затем сушат горячим воздухом или горячим азотом.

4. Способ по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что перед загрузкой в экструдер полимерный порошок пропускают через нагретую снаружи трубу.

5. Способ по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что перед загрузкой в экструдер полимерный порошок нагревают в теплообменнике для сыпучих материалов, причем массовый поток регулируют посредством вибротранспортера, и полимерный порошок проходит через нагретые металлические плиты.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что его применяют для гранулирования полиэтилена или полипропилена.