BRPI0816990B1

BRPI0816990B1 - extrusora ventilada para a desvolatilização de um material polimérico

Info

Publication number: BRPI0816990B1
Application number: BRPI0816990A
Authority: BR
Inventors: Vetter Heinz; Heid Joachim; Carloff Rüdiger
Original assignee: Evonik Roehm Gmbh
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2019-02-05
Also published as: DE102007045155A1; US20110188336A1; MY161987A; EP2188105B1; JP5334977B2; KR101608543B1; JP2010538879A; ES2661035T3; KR20100059886A; CN101391484B; MX2010003033A; MX344932B; TW200914247A; CA2699057A1; WO2009040190A1; RU2490124C2; CN101391484A; BRPI0816990A2; EP2188105A1; SI2188105T1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para EXTRUSORA VENTILADA PARA A DESVOLATILIZAÇÃO DE UM MATERIAL POLIMÉRICO.

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a uma extrusora ventilada para a desvolatilização de um material polimérico, abrangendo pelo menos uma unidade motriz, pelo menos um canhão de extrusão, pelo menos uma rosca extrusora rotativo giravelmente acionada montada no canhão de extrusão, pelo menos uma primeira alimentação de material, pelo menos uma saída de material produto de extrusão, pelo menos uma zona de ventilação e pelo menos uma saída de gás.

[002] Os processos de polimerização com frequência realizam a polimerização em um solvente. O solvente aqui pode inicialmente ser a solução de monômero propriamente dita, ou pode também ser um solvente inerte. Para simplificar a terminologia, o termo solventes é proposto para abranger os monômeros. Para obter o polímero, os monômeros residuais ou o solvente têm de ser removidos, por exemplo, através de evaporação. Esta desvolatilização usualmente se verifica em uma extrusora ventilada.

Técnica Anterior [003] A estrutura de extrusoras ventiladas conhecidas usualmente é de tal natureza que a corrente de material a ser desvolatilizado é introduzida no lado acionado da rosca extrusora, e o produto estirado desvolatilizado é conduzido no sentido da extremidade da rosca. Após um aumento de pressão na extrusora, ocorre uma despressurização do material a jusante da entrada de alimentação do material, onde o material é desvolatilizado à pressão atmosférica ou com o auxílio de sucção.

[004] Uma extrusora com uma única rosca do tipo mencionado na introdução é descrita a título de exemplo no documento EP 0 490

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359. A extrusora descrita no documento citado engloba um invólucro da extrusora que forma um canhão de extrusão e engloba uma rosca extrusora giravelmente montada no canhão de extrusão. A alimentação de material na forma de um funil de entrada é convencionalmente prevista no lado motriz do invólucro da extrusora. A seção desvolatilização se processa a jusante da alimentação dematerial. A seção de desvolatilização da rosca extrusora tem um número acentuadamente reduzido de roscas (flights), assim assegurando de uma maneira per se conhecida, espaço adicional para expansão do material produto de extrusão. Por trás da zona de ventilação, imediatamente anterior à saída do produto de extrusão, a rosca extrusora tem uma seção com um número aumentado de roscas (flights), que por sua vez acarreta um aumento de pressão na região da abertura de saída.

[005] A extrusora de acordo com o documento EP 0 490 359 A1 serve para a desvolatilização de poliestireno com objetivo de produzir material de embalagem para produtos alimentares, que não é permitido exceder um determinado valor limitativo para monômeros residuais. O material alimentado à extrusora é de viscosidade relativamente elevada.

[006] Todavia, a extrusora conhecida não é muito adequada para uso em um processo de polimerização. Como previamente mencionado na introdução, a polimerização é com frequência realizada em um solvente. O material alimentado à extrusora é de viscosidade relativamente baixa, e a vedação do acionamento de rosca com respeito aos monômeros e/ou com respeito ao solvente tem de ser construção apropriada. Existem elementos de vedação em forma de anéis corrediços de construção complicada para esta finalidade. Se o polímero que, durante o processo de desvolatilização, passa para o interior da região entre a vedação de eixo e o ponto de entrada do xarope de polímero está em contato com o núcleo da rosca, então é somente len

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3/12 tamente conduzido de retorno para fora daquela locação. O elevado tempo de permanência do polímero na região entre a vedação do acionamento da rosca e a alimentação de material resulta na decomposição do polímero quando as temperaturas são altas. Resíduos de polímero decompostos passando de volta para o interior da corrente principal de polímero conduz a prejuízo da qualidade de produto.

[007] Outra solução proposta para a resolução do problema de vedação na direção da caixa de engrenagens, além de uma vedação de anel deslizante, é a lavagem do espaço anterior à caixa de engrenagens com gás inerte. Esta modalidade é descrita no documento JP 2003 348300 a título de exemplo. Todavia, uma desvantagem desta solução proposta é que uma grande corrente de gás inerte é necessária caso as correntes de monômero e/ou solvente sejam substanciais. Esta modalidade, por conseguinte, leva a altos custos operacionais e a dispêndio de capital, uma vez que o gás inerte no monômero e/ou gás solvente reduz a transferência de calor durante a condensação dos ditos gases. Grandes superfícies de transferência de calor são, por conseguinte, necessárias.

[008] Outra maneira de selar a caixa de engrenagens com respeito aos vapores de monômero e/ou de solvente é retornar o material em fusão ao interior da região entre a desvolatilização e a caixa de engrenagens. O documento DE 40 17 724 C1 descreve esta modalidade. Uma subcorrente do fluxo de polímero desvolatilizado é conduzida sobre uma extensão relativamente grande da extrusora externamente, ou no interior do canhão de extrusão, para o interior da região entre o acionamento e a ventilação, e aquela locação é aplicada à rosca. A rosca, por sua vez, conduz a subcorrente a jusante nesta região. O acionamento, por conseguinte, tem separação dos vapores de baixa viscosidade em virtude do produto em fusão. Uma desvantagem da dita modalidade é que uma subcorrente desvolatilizada é conduzida

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4/12 através de uma trajetória relativamente longa para a extremidade oposta da extrusora. O produto que foi agora desvolatilizado uma vez é então mais uma vez reconduzido através do inteiro espaço de extrusão para a saída. Este repetida deformação de polímeros genericamente conduz a prejuízo das propriedades ópticas do produto devido à prolongada tensão térmica.

Objetivo [009] A invenção, por conseguinte, baseia-se sobre o objetivo de aperfeiçoar, neste respeito, uma extrusora ventilada do tipo mencionado na introdução.

Realização do Objetivo [0010] O objetivo é alcançado através de uma extrusora ventilada para a desvolatilização de um material polimérico, abrangendo pelo menos um canhão de extrusão, pelo menos uma rosca extrusora giravelmente acionada montada no canhão de extrusão, pelo menos uma primeira alimentação de material, pelo menos uma saída de produto de extrusão, pelo menos uma zona de ventilação e pelo menos uma saída de gás, onde um aspecto característico da extrusora ventilada de acordo com a invenção é que o acionamento foi previsto na região daquela extremidade da rosca extrusora que está a jusante em relação à direção de condução do polímero.

[0011] Isto apresenta a vantagem de o acionamento somente ter sido selado com respeito ao material polimérico, a viscosidade do qual é mais alta que aquela do monômero e solvente. Outrossim, a vedação do acionamento não tem de ser resistente no sentido do solvente utilizado.

[0012] Para resumir a invenção, o acionamento da rosca extrusora foi previsto em uma região da rosca onde somente material polimérico se encontra presente, assim permitindo uma construção correspondentemente mais simples da vedação. A invenção, por conseguinte,

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5/12 descreve a maneira de construir o acionamento em um ponto na extrusora onde o polímero foi muito substancialmente previamente desvolatilizado , e na verdade indiferentemente ao fato de que o aumento de pressão seria previsto assumir ali um valor máximo, em virtude do fluxo de arraste na extrusora.

[0013] Uma variante particularmente preferida proporciona o acionamento da rosca extrusora a partir de sua extremidade a jusante. É vantajoso aqui que a saída do produto de extrusão tenha sido prevista radialmente ou tangencialmente, em relação ao eixo geométrico longitudinal da extrusora.

[0014] É igualmente vantajoso que a saída do produto de extrusão seja a montante do acionamento, porém a jusante do ponto de dosagem do xarope de polímero de desvolatilização.

[0015] A variante preferencial do extrusor ventilado assegura que a rosca extrusora tenha pelo menos duas regiões de perfis de canal condutor opostamente orientadas, para que, naquela região da rosca extrusora que está adjacente ao acionamento, exista um perfil de rosca de parafuso condutora no sentido inverso que assegure vedação sobre o lado de acionamento da extrusora. Este perfil de rosca do parafuso no sentido de condução inversa acarreta o retorno do produto em fusão e inibe qualquer restrição de fluxo do material na região do canhão de extrusão a jusante da saída do material produto de extrusão.

[0016] A saída de produto de extrusão de preferência foi prevista naquela extremidade da seção de condução a jusante (17) da rosca extrusora que está a jusante da primeira alimentação de material, para que ambas a corrente de condução principal e o material em fusão retornado passem para o interior da saída de produto de extrusão.

[0017] Um anel estrangulador e/ou uma alteração de diâmetro do núcleo de rosca extrusora foram previstos na região entre os perfis de

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6/12 rosca opostamente perfilados e de condução.

[0018] Uma variante da extrusora ventilada de acordo com a invenção proporciona uma segunda alimentação de material ao canhão de extrusão na região da extremidade a jusante. Neste ponto, é aconselhável alimentar o polímero previamente desvolatilizado ao interior da extrusora, de tal maneira que o material em fusão introduzido naquele ponto lave a extremidade a jusante da rosca extrusora entre a saída do produto de extrusão e acione continuamente com o polímero em contra corrente ao fluxo principal. Isto elimina depósitos de polímero na dita seção da rosca extrusora, Caso estes depósitos bruscamente se desprendam, poderiam levar à descoloração da corrente de material principal localizada na saída do produto de extrusão.

[0019] Nesta região da rosca extrusora, pode ser prevista refrigeração ou calefação da rosca e/ou do canhão de extrusão, com o objetivo de vantajosamente incluir sobre a viscosidade do material em fusão na dita região. À título de exemplo, pode existir um canal de vapor fechado passando através desta região da rosca extrusora e parcialmente preenchido com um líquido volátil. Um canal de vapor adicional pode, naturalmente, ter sido previsto na região da rosca extrusora com passo oposto. Nas regiões onde a rosca extrusora refrigera, condensação do vapor no canal de vapor confere aquecimento devido ao calor liberado pela condensação, enquanto evaporação atribuível à temperatura excessiva conduz à refrigeração.

[0020] Na região do passo oposto da rosca, refrigerante e/ou fluido aquecido pode ser introduzido a partir do exterior na rosca por intermédio de um orifício axial, passando internamente através da rosca.

[0021] Uma variante particularmente preferencial do extrusor ventilado de acordo com a invenção assegura que a segunda alimentação de material tenha sido afixada ao canhão de extrusão a jusante da saída de produto de extrusão, isto é, por trás da saída de material produ

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7/12 to de extrusão na direção de condução do polímero. Este ponto de alimentação obtém seu material de fusão de preferência desvolatilizado através de uma subcorrente desviada na região de saída do material produto de extrusão e/ou através de uma subcorrente desviada para o canhão de extrusão a montante da saída do produto de extrusão. Uma parte da corrente de polímero desvolatilizada é assim desviada em um ponto no extrusor, e realimentada na região de retorno do produto em fusão. Outra possibilidade é que o segundo ponto de alimentação do material seja alimentado com polímero proveniente de uma segunda extrusora.

[0022] Como uma alternativa para isto, seria possível, a título de exemplo, desviar polímero desvolatilizado de um processo de polimerização paralelo e efetuar sua alimentação no ponto apropriado na extrusora.

[0023] A magnitude da segunda corrente de alimentação de material pode ser ajustada por intermédio de seleção apropriada do diâmetro das linhas de alimentação e/ou da seção transversal de alimentação e/ou da seção transversal de desvio. Como uma alternativa, é possível ajustar a magnitude da segunda corrente de alimentação de material através de válvulas e/ou bombas e/ou de outras unidades de ajuste e/ou de uma segunda unidade de extrusão.

[0024] As saídas de gás da extrusora podem ter sido previstas em vários pontos e, a título de exemplo, os componentes a serem evaporados podem ser dissipados na direção de condução do polímero para cima ou no sentido lateral. Seria então necessário proporcionar a saída de gás a jusante de alimentação de material. Como uma alternativa, uma parte do gás desprendida durante o processo de desvolatilização também pode ser dissipada a montante da primeira alimentação de material. A saída de gás será então a montante da primeira alimentação de material. Isto é considerado particularmente vantajoso, espePetição 870180130173, de 14/09/2018, pág. 15/27

8/12 cialmente em relação com a construção inventiva da extrusora.

[0025] A invenção é ilustrada abaixo por intermédio de um exemplo inventivo, com o auxílio dos desenhos apensos.

[0026] A figura 1 mostra um diagrama de uma seção de uma parte da extrusora ventilada com uma câmara de condensação apensa e sem o acionamento; e [0027] A figura 2 é um diagrama da extrusora ventilada de acordo com a invenção com a caixa de engrenagens e motor, porém sem a câmara de condensação apensa.

[0028] A figura 1 mostra somente uma parte da extrusora ventilada (1) . A extrusora ventilada (1) abrange um canhão de extrusão (2) e uma rosca extrusora (3) giravelmente montada no canhão de extrusão (2) . A rosca extrusora (3) é girada por uma unidade motriz (4) por intermédio de uma caixa de engrenagens intermediária (5).

[0029] A título de exemplo, pode ser um motor elétrico munido de uma transmissão (4).

[0030] Como mencionado acima, a figura 1 não mostra a unidade motriz (4) da caixa de engrenagens (5), a localização destas sendo no lado direito do desenho. A mistura de polímero/monômero é introduzida no canhão de extrusão (2) por intermédio de uma linha de alimentação ramal (6) em pelo menos dois pontos diametralmente opostos sobre o canhão de extrusão (2) por intermédio de válvulas alimentadoras (7).

[0031] A extrusora ventilada 1 de acordo com a invenção foi projetada como uma extrusora de uma só rosca, porém, esta poderia também ser construída como uma extrusora de dupla rosca.

[0032] A seção transversal do canhão de extrusão (2) foi alargada na região das válvulas alimentadoras (7), isto é, o dito diâmetro interno é maior por aproximadamente um fator de cerca de 1,01 a 3 em relação ao diâmetro interno regular do canhão de extrusão (2) no exterior

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9/12 da dita região. O diâmetro interno do canhão de extrusão (2) naquele ponto corresponde aproximadamente ao diâmetro externo da rosca de parafuso da extrusora (3) (considerando quaisquer tolerâncias). A região do diâmetro interno maior do canhão de extrusão (2) define a zona de ventilação. A mistura de monômero/polímero e/ou uma mistura de solvente/polímero é alimentada sob condições de pressão e calor ao interior do canhão de extrusão (2) por intermédio da linha de alimentação (6). Uma acentuada redução de pressão se verifica na zona de ventilação (9) e o monômero e/ou o solvente podem, por conseguinte, ser removidos do polímero por desvolatilização. Outrossim, a velocidade de fluxo do material é reduzida na mesma região. No desenho, o polímero é conduzido no sentido da direita na direção do acionamento. Os termos a jusante e a montante usados a este respeito sempre se referem à direção de condução do polímero.

[0033] O gás que se desprende na zona de ventilação (9) ou o vapor gerado naquele ponto é conduzido no sentido do lado esquerdo do desenho, isto é, a montante das válvulas de alimentação (7).

[0034] A extremidade a montante (10) do canhão de extrusão (2) é aberta e desemboca no interior de uma câmara de condensação (11) para o interior da qual o gás que se desprende na zona de ventilação (9) flui na forma de vapor superaquecido.

[0035] (12) indica a introdução de um líquido por pulverização, o liquido servindo para refrigerar e condensar o gás e/ou o vapor na câmara de condensação. O líquido usado é vantajosamente miscível com o polímero, assim permitindo qualquer polímero arrastado a ser dissolvido no líquido. Como uma alternativa, ou adicionalmente, outros recursos podem ser usados para a condensação, por exemplo, trocador de calor e/ou condensadores.

[0036] Como a figura 2 mostra, a transmissão (4) está a jusante das válvulas alimentadoras (7); isto significa que o polímero é conduPetição 870180130173, de 14/09/2018, pág. 17/27

10/12 zido da extremidade da extrusora/ponta da rosca na direção do lado de acionamento.

[0037] Como também pode ser visto pela figura 2, a extrusora ventilada (1) de acordo com a invenção tem uma saída tangencial ou radial de produto de extrusão (13) na sua extremidade situada a jusante do ponto de alimentação (6).

[0038] Como pode ser visto pela figura 1, passando axialmente através da rosca extrusora, existe uma câmara de vapor fechada (15) parcialmente preenchida por um líquido volátil. A evaporação do solvente ou do monômero conduz a um resfriamento acentuado do polímero na região de alimentação da extrusora. O líquido volátil pode, por exemplo, ser água ou um líquido volátil inerte, tal como um óleo vaporizável. O polímero significativamente resfriado, por sua vez, pode ser aquecido com o auxílio do canal de vapor ao longo do trajeto curto, se o liquido no canal de vapor (15) se condensa naquele ponto. Juntamente com o aquecimento do canhão de extrusão na região de alimentação, e o calor friccional da rosca extrusora (3), o canal de vapor (15) representa uma fonte adicional de calor para o produto em fusão (parcialmente desvolatilizado ) na região de alimentação do xarope. A produtividade operacional na extrusora pode assim ser maximizada através desta modalidade. Na região da saída do produto de extrusão (13), a evaporação na rosca extrusora (3) refrigera o produto em fusão do material resultante da extrusão.

[0039] Calor friccional excessivo pode ser dissipado, assim reduzindo a degradação do produto.

[0040] No extrusor ventilado (1) de acordo com a invenção, a unidade motriz (4) e a caixa de engrenagens (5) são previstas naquela extremidade do extrusor ventilado (1) situada a jusante na direção de condução do polímero, isto é, no lado oposto a uma primeira alimentação de material (6).

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11/12 [0041] A rosca extrusora (3) abrange uma primeira seção rosqueada (17) na qual a orientação do perfil de canal causa o produto em fusão a ser conduzido no canhão de extrusão (2) da primeira alimentação de material (6) no sentido da saída de produto de extrusão (13).

[0042] A orientação da saída de produto de extrusão (13) do extrusor ventilado (1) é tangencial ou radial em relação ao eixo geométrico longitudinal da rosca extrusora (3), o polímero assim sendo descarregado a montante da caixa de engrenagens (5) e da unidade motriz (4).

[0043] A rosca extrusora (3), além disso, abrange uma segunda seção rosqueada (18) na qual o perfil de canal foi orientado de tal maneira a realizar condução inversa oposta à direção de condução da primeira seção rosqueada (17). A segunda seção rosqueada (18), por conseguinte, serve para selar sobre o lado motriz da extrusora com respeito ao fluxo principal do polímero.

[0044] (19) indica um ramal de fluxo se desviando do fluxo principal do polímero e alimentado por intermédio de um desvio (14) e de uma segunda alimentação de material (20) para o interior da região da segunda seção rosqueada (18) do canhão de extrusão (2). O desvio pode se estender fora ou dentro do canhão de extrusão. O ramal de fluxo de polímero se desviando do fluxo principal acarreta, na região da segunda seção rosqueada (18) da rosca extrusora (3) constante refluxo com polímero fresco. Nesta região, o polímero é conduzido da direção da caixa de engrenagens (5) na direção de saída de produto de extrusão (13). Por conseguinte, isto previne a permanência de quaisquer resíduos de polímero naquele ponto a jusante da saída de produto de extrusão (13).

[0045] Conforme pode ser visto pelo desenho, a saída de produto de extrusão (13) situa-se na região da extremidade a jusante da primeira seção rosqueada (17).

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12/12 [0046] O tipo conhecido de aquecimento é vantajosamente adotado para aquecer a unidade de extrusão ventilada, de acordo com a invenção. A posição da unidade de extrusão ventilada quando em uso é horizontal como mostrado nos desenhos.

Listagem de referência

Unidade de extrusão ventilada 1

Canhão de extrusão 2

Rosca extrusora 3

Unidade motriz 4

Caixa de engrenagens 5 Linha de alimentação 6

Válvulas alimentadoras 7

Escorrimento do condensado 8

Zona de ventilação 9

Extremidade a montante da unidade de extrusão ventilada 10

Câmara de condensação 11

Introdução de pulverização 12

Saída do produto de extrusão 13

Desvio 14

Canal de vapor 15

Saídas de Gás 16

Primeira seção rosqueada 17

Segunda seção rosqueada 18

Ramal se desviando do fluxo de polímero 19

Segunda alimentação de material 20

Claims

reivindicações

1. Extrusora ventilada (1) para a desvolatilização de um material polimérico, abrangendo pelo menos uma unidade motriz, pelo menos um canhão de extrusão (2), pelo menos uma rosca extrusora giravelmente acionada (3) montada no canhão de extrusão (2), pelo menos uma primeira alimentação de material (6), pelo menos uma saída de produto de extrusão (13), pelo menos uma zona de ventilação (9) e pelo menos uma saída de gás, sendo que a unidade motriz é prevista na região daquela extremidade da rosca extrusora (3) que está a jusante em relação à direção de condução do polímero e uma segunda alimentação de material (20) é prevista na extrusora na região da extremidade a jusante, caracterizada pelo fato de que a locação da segunda alimentação de material (20) na extrusora está a jusante da saída do produto de extrusão (13), e este ponto de alimentação obtém seu produto em fusão desvolatilizado através de uma subcorrente desviada na região de saída do produto de extrusão (13) e/ou através de uma subcorrente desviada no canhão de extrusão (2) a montante da saída do produto de extrusão (13) e/ou através de uma subcorrente desviada da linha de saída do produto de extrusão.
2. Extrusora ventilada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a saída de produto de extrusão (13) é prevista radialmente ou tangencialmente, em relação ao eixo geométrico longitudinal da extrusora.
3. Extrusora ventilada de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a saída do produto de extrusão (13) está situada a montante da unidade motriz.
4. Extrusora ventilada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a rosca extrusora (3) tem pelo menos duas regiões de perfis de canal de condução em sentidos opostos.

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5. Extrusora ventilada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a saída do produto de extrusão (13) é prevista naquela extremidade da seção rosqueada de condução a jusante (17) que está a jusante do ponto de alimentação (
6).

canhão6. Extrusora ventilada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a segunda alimentação de material (20) é fornecida a partir de uma segunda extrusora.
7. Extrusora ventilada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a corrente de material relacionada com a segunda alimentação de material (20) é ajustável.
8. Extrusora ventilada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a saída de gás (16) para pelo menos uma parte do gás que se desprende durante o processo de desvolatilização é fornecida a montante da primeira alimentação de material (6).
9. Extrusora ventilada de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que um anel restritivo e/ou uma alteração do diâmetro do núcleo da rosca é prevista na região entre os perfis rosqueados de condução e realizados em sentidos opostos.