DE1909315B2

DE1909315B2 - Verfahren zum Isolieren von in einem organischen Lösungsmittel gelösten Polymeren oder Copolymeren

Info

Publication number: DE1909315B2
Application number: DE1909315A
Authority: DE
Inventors: Laurentius Ludovicus Dierendonck Van; Dirk Johannes Venderbos
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1968-02-28
Filing date: 1969-02-25
Publication date: 1978-04-20
Also published as: NL156733B; NL6802774A; CH488475A; JPS4814307B1; DE1909315C3; GB1252172A; AT290834B; SE344019B; BE728831A; FR2002813A1; DE1909315A1; US3703502A

Description

Bestimmte Polymere oder Copolymere, z. B. Polymere von Diolefinen, wie Polybutadien und Polyisopren, sowie Copolymere von Äthylen mit zumindest einem anderen Alkylen und/oder wenigstens einer mehrfach ungesättigten Verbindung — neigen nach völliger oder teilweiser Ausscheidung des Lösungsmittels stark dazu, in der Apparatur Agglomerate zu bilden, die sich mit der 4-·, Wandung verkleben. Zur weiteren Verarbeitung dieser Polymeren oder Copolymeren ist es erwünscht, die Verbindungen in Form kleiner, leicht abzuführender Teilchen zu gewinnen. Dies läßt sich nach einem bekannten Verfahren (DE-AS 16 94 971) durch Einführung des gelösten Polymeren in heißes Wasser verwirklichen, ohne daß anhaftende Teilchen allzu große Schwierigkeiten verursachen. Während die so gebildeten Festteilchen gegebenenfalls durch mit Messern versehene Rührer im heißen Wasser in Suspension gehalten werden, wird das Lösungsmittel verdampft. Bei diesem Verfahren besteht aber der Nachteil, daß zugleich mit dem Dampf des Lösungsmittels eine beträchtliche Menge Wasserdampf entzogen wird. Das beruht darauf, daß das Lösungsmittel in Form t,o von Blaset! durch die Wasserphase abgeführt werden muß. Die Dampfspannung in den Blasen setzt sich dabei aus den Partialdampfspannungen von Lösungsmittel und Wasser zusammen. Die Folge davon ist, daß mehr Wasserdampf zugeführt werden muß, als zum Verdamp- _b5 fen des Lösungsmittels allein erforderlich ist. Die Wärmebilanz dieses bekannten Verfahrens ist daher sehr ungünstig. Außerdem ist eine verhältnismäßig große und dadurch teure Vorrichtung notwendig, wobei das intensive Rühren der Suspension einen großen Energieaufwand erfordert. Ferner müssen Hilfsstoffe zugeführt werden, die die Feststoffteilchen in Suspension halten und/oder die Wirkung der Rührer fördern.

Die Agglomerierung und das Festkleben der Polymerisat-Teilchen an der Apparatur kann dadurch vermieden werden, daß das Wasser unter solchem Druck in einen Zyklon gepreßt wird, daß es darin eine Rotationsbewegung ausführt. Dabei wird die organische Lösung an oder in der Nähe der Achse der Rotationsbewegung in den Zyklon eingeleitet. Die organische Lösung kommt auf diese Weise an der Grenzfläche zwischen dem Wasser und dem Hohlkern, der sich bei der Rotationsbewegung bildet, mit dem heißen Wasser in Berührung. Da sich das Wasser zwischen der organischen Phase, und der Wand des Zyklons befindet, wird ein Festkleben der Polymerisat-Teilchen an der Gefäßwand vermieden. Der Wärmeübergang zwischen dem heißen Wasser und der organischen Lösung ist aber an der Grenzfläche unzureichend, so daß das Lösungsmittel nicht restlos durch Verdampfen aus dem Polymeren entfernt werden kann. Es ist deshalb erforderlich, eine Vorrichtung zum vollständigen Entfernen des Lösungsmittels nachzuschalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren wie im Anspruch 1 angegeben zu schaffen, daß es gestattet, in einem einzigen Verfahrensschritt das Lösungsmittel zu entfernen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die organische Lösung, deren spezifisches Gewicht niedriger als das des Wassers ist, außerhalb der sich bei der Rotationsbewegung einstellenden Grenzfläche zwischen Wasser und Lösung und seitlich vom Hohlkern, der durch die Rotationsbewegung erzeugt wird, in der Wasserphase dispergiert wird.

Die organische Lösung wird also zuerst im heißen Wasser dispergiert und dann unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft wieder davon getrennt. Durch die Dispergierung findet eine schnelle und gute Wärmeübertragung zwischen dem Wasser und dem zu verdampfenden Lösungsmittel statt, so daß letzteres vollständig aus der leichteren organischen Phase, welche den Rotationshohlkern umgibt, in Dampfform entweichen und durch diesen Hohlkern abgehen kann. Da das Lösungsmittel ausschließlich durch die organische Phase hindurch in den Hohlkern entweicht, wird während der Verdampfung des Lösungsmittels nahezu kein Wasser in Dampfform entzogen, weil in den gebildeten Dampfblasen nur die Dampfspannung des Lösungsmittels herrscht. Die Wärmeverluste sind demzufolge gering, denn das heiße Wasser liefert nur die für die nahezu vollständige Verdampfung des Lösungsmittels erforderliche Wärme.

Ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem bekannten Verfahren besteht darin, daß die organische Lösung beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht zentral in bezug auf die Rotationsströmung zugeführt wird.

Ist der Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen der Wasserphase und der organischen Phase gering, so können dem Wasser wichtesteigernde Mittel, wie lösliche Salze oder suspendierte Stoffe, beigegeben werden. Lösliche Salze können auch beigegeben werden um die Löslichkeit der organischen Phase in Wasser zu verringern.

Stoffe, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden kann, sind z. B,; Polymere von

Diolefinen, u. a. Polybutadien und Polyisopren, sowie Mischpolymerisate von Äthylen mit wenigstens einem anderen Alkylen und/oder wenigstens ein sr mehrfach ungesättigten Verbindung. Dazu gehören sowohl gesättigte Mischpolymerisate, welche außer Äthylen ein oder mehrere andere Alkylene enthalten, z. B. Propylen, Buten-1, Penten-1, Hexen-1,4-Methylpenten 1, Isobutylen, Styrol oder a-Methylstyrol, als auch ungesättigte Mischpolymerisate, hergestellt aus Äthylen, einem anderen Alkylen, vorzugsweise Propylen, und einer mehrfach ungesättigten Verbindung, z. B. Butadien, Isopren, Pentadien-1,4-Hexadien-l, 4, Monovinylcyclohexen, Cyclopentadien, Dicyclopentadien, Cyklooctadien, 5-Alkenyl-2-norbornenen, 5-Alkyliden, 2-Norbornenen, 2-Alkyl-2,5-norbornadienen, 4,7,8,9-Tetrahydroinden und Bicyclo-4, 2,0-octadien-3,7. Als Lösungsmittel können Hexan, Heptan, Benzin, Kerosin, Benzol und ähnliche verwendet werden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Isolieren von Äthylen-Propylen-Dicyclopentadien-Terpolymeren oder ähnlichen Polymeren aus einem organischen Lösungsmittel wie Hexan. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner allgemein in denjenigen Fällen angewandt werden, bei denen zur Verdampfung organischer Lösungsmittel vorteilhaft die gute Warmeübertragung zwischen den zwei flüssigen Phasen benutzt werden kann. Das Verfahren kann z. B. angewandt werden zum Verdampfen von Benzol aus einer Lösung von Caprolactam in Benzol. Diese Lösung fällt bei einem Reinigungsverfahren für Caprolactam an. In diesem Falle wird das umlaufende, heiße Wasser mit Caprolactam gesättigt. Dem Wasser wird vorzugsweise ein Salz, wie Ammoniumsulfat, beigegeben, wodurch nicht nur das spezifische Gewicht der Wasserphase erhöht, sondern auch die Löslichkeit von Caprolactam >,5 verringert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch beim Entfernen flüchtiger Stoffe aus jcark klebrigen, teerartigen Produkten angewendet werden. Die Erfindung wird anhand von zwei Beispielen näher

erläutert.

Beispiel I

Äthylen-Propylen-Dicyclopentadien-Terpolymerisat wird in Hexan im Verhältnis von 1 kg Terpolymerisat zu 14 kg Hexan gelöst. Das Hexan wird nach dem bekannten Verfahren gemäß DE-AS 16 94 971 bei einer Temperatur von 81°C entfernt. Bei dieser Temperatur beträgt der Sättigungsdampfdruck von Wasser 0,51 kg/ cm², so daß bei einem Gesamtdruck von 1 kg/cm² die Dampfspannung des Hexans in den Blasen 0,49 kg/cm² beträgt. Die Dichte von Wasserdampf ist hierbei 0,32 kg/m³ und die von Hexan 1,45 kg/m³. Pro kg Hexan

entweichen mit den gebildeten Blasen -—- - 0,22 kg

Wasser; das entspricht einem Wärmeverbrauch von 120 kcal pro kg verdampftem Hexan. Aus einer bei der versuchsmäßigen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgestellten Wärme- und Materialbilanz ergibt sich bei entsprechender Wassertemperatur und entsprechendem atmosphärischem Druck ein Wärmeverbrauch von nur 85 kcal pro kg Hexan. Da die Verdampfungswärme von Hexan 80 kcal pro kg beträgt, beträgt der Wärmeverlust nur 5 kcal pro kg Hexan, also 115 kcal pro kg Hexan weniger als beim bekannten Verfahren.

Beispiel II

Wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Temperatur von 92° C durchgeführt, ist der Unterschied

65 gegenüber dem bekannten Verfahren noch größen Der berechnete Verlust in einem Rührgefäß beträgt 0,63 kg Wasser pro kg Hexan oder 350 kcal pro kg Hexan. Der auf experimentellem Wege ermittelte Wärmeverlust beim erfindungsgemäßen Verfahren beläuft sich bei der vorgenannten Temperatur auf 95 kcal pro kg Hexan; der Wärmeverlust ist also um 255 kcal pro kg Hexan niedriger als beim bekannten Verfahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einem Zyklon mit Tangentialzufuhr des Wassers durchgeführt Das Wasser muß mit solcher Geschwindigkeit und in solcher Menge zugeleitet werden, daß im Zyklon-Gefäß die erforderliche Rotationsströmung oder -bewegung entsteht und sich ein Hohlkern, d. h. ein etwa trichterförmiger oder zylindrischer Hohlraum in der Mitte bildet Es kann notwendig sein, das Wasser ganz oder teilweise umlaufen zu lassen, wobei das zurückgeführte Wasser zuvor selbstverständlich teilweise oder völlig von den suspendierten Teilchen befreit wird.

Die organische Lösung kann auf verschiedene Weise dem Wasser beigegeben werden. Das gewünschte Resultat wird sowohl erreicht, wenn die Lösung vor Eintritt in das Zyklon-Gefäß der Wasserphase beigegeben wird, als auch dann, wenn die Lösung axial oder radial, aber nicht zentrisch in das im Gefäß befindliche Wasser eingeleitet wird.

In der Zeichnung sind Vorrichtungen für die Durchführung des Verfahrens dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung und die

Fig. 2, 3, 4 und 5 abgeänderte Ausführungsformen dieser Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 wird heißes Wasser durch eine Zufuhrleitung 2 tangential einem runden Gefäß I — im Beispiel in Form eines Zyklons dargestellt — zugeleitet. Dicht vor dem Eintritt des Wassers in den Zyklon wird die Lösung, aus der das Polymere oder Copolymere isoliert werden muß und die durch eine Leitung 3 herankommt, mit dem heißen Wasser vereinigt.

Das Wasser und die organischen Stoffe bilden im Gefäß 1 einen Wirbel, der aus einer äußeren Wasserschicht 4, einer inneren organischen Schicht aus Lösungsmittel 5 und einem mittleren Hohlkern 6 besteht. Das aus der organischen Schicht verdampfende Lösungsmittel gelangt nach innen in den Hohlkern 6 und strömt von da durch eine Leitung 7 ab, während das Wasser mit den darin suspendierten Feststoffteilchen den Zyklon durch eine untere öffnung 8 verläßt und in einem Sammelgefäß 9 aufgefangen wird. Das Wasser mit den Feststoffteilchen wird durch eine Leitung iö aus dem Gefäß 9 abgezogen. Ein Teil des Wassers, das noch Feststoffteilchen enthalten kann, wird mit Hilfe einer Pumpe 12 durch eine Leitung 11 zurückgeleitet. Dadurch wird erreicht, daß die Speisung des Gefäßes 1 groß genug ist, um die erforderliche Wirbelströmung zu erzeugen ohne daß zuviel Wasser verbraucht wird. Damit die Festteilchen im Gefäß 9 in Suspension bleiben, ist nötigenfalls ein Rührorgan 13 vorgesehen. Mit 14 ist eine Heizvorrichtung bezeichnet, welche dazu dient, das umlaufende Wasser auf der erforderlichen Temperatur zu halten.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Möglichkeiten für die Zuführung der die Polymerisate enthaltenden Lösungen, sowie für die Abführung 7 des Lösungsdampfes. Die Bezugsziffern in diesen Figuren entsprechen denen von F i g. 1.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 wird die

organische Lösung dem Wasser vor dessen Eintritt in das Gefäß 1 beigegeben; der Dampf entweicht durch die Öffnung 8. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 wird die organische Lösung bei 3 exzentrisch zum Gefäß in axialer Richtung in das Gefäß eingeleitet, nämlich dort, wo sich die Wasserphase befindet; in F i g. 4 erfolgt die Zufuhr radial. Das verdampfte Lösungsmittel kann sowohl an der unteren als auch an der oberen Seite des Gefäßes abgeführt werden (s. die F i g. 2, bzw. 3 und 4). Fig.5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform; die

Zufuhr befindet sich hier seitlich unten am Gefäß 1. In der Wasserphase 4 entsteht die mit Pfeilen bezeichnete, heftige Wirbelung. Die Zufuhr 3 für das Lösungsmittel befindet sich etwa an der Berührungsfläche zwischen der Wasserphase 4 und der organischen Phase 5, gerade noch seitlich außen neben der Grenzfläche 6', die die flüssige Phase 5 am Wirbelhohlkern bildet. Die durch die Leitung 3 zugeführte, organische Lösung wird zuerst durch die Wirbelströmung in der Wasserphase dispergiert und anschließend wieder davon getrennt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Isolieren von in einem organischen Lösungsmittel gelösten Polymeren oder Copolymeren, bei welchem man die Lösung mit Wasser, dessen Temperatur bei dem herrschenden Druck ausreichend nahe am Siedepunkt des Lösungsmittels liegt, um das Lösungsmittel zu verdampfen, in Berührung bringt, wobei das Wasser in eine Rotationsbewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Lösung, deren spezifisches Gewicht niedriger als das des Wassers ist, außerhalb der sich bei der Rotationsbewegung einstellenden Grenzfläche zwisehen Wasser und Lösung und seitlich vom Hohlkern, der durch die Rotationsbewegung erzeugt wird, in der Wasserphase dispergiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserphase übliche wichtesteigernde Mittel zugesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Lösung dem Wasser beigemischt wird, bevor dieses in die Rotationsbewegung versetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Lösung exzentrisch zur Achse der von der Wasserphase ausgeführten Rotationsbewegung und etwa axparal-

IeI in die Wasserphase eingeleitet wird. jo

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Lösung radial zur Achse der Rotationsbewegung der Wasserphase in letztere eingeleitet wird.

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