DE10144233A1 - Device for carrying out mass transfer processes - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur Durchführung von Stoffaustauschprozessen bei hochviskosen Flüssigkeiten beschrieben, insbesondere zum Eindämpfen und/oder Entgasen von Polymerschmelzen, bestehend wenigstens aus einem vertikal stehenden Behälter (1) mit einer Zuführung (4) für die zu behandelnde Flüssigkeit, einem Auslass (7) für flüchtige Komponenten und einem Auslass (6) für die behandelte Flüssigkeit, wobei die Zuführung (4) mit einem Verteilerorgan (3) mit einer Vielzahl von Öffnungen (8, 10) für die Aufteilung der zu behandelnden hochviskosen Flüssigkeit in eine Vielzahl von Einzelströmen, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Öffnungen (8, 10) im Wesentlichen vertikal angeordnete Drahtschlaufen (2) angebracht sind, an denen die hochviskose Flüssigkeit unter Wirkung der Schwerkraft abfließt.The invention relates to a device for carrying out mass transfer processes in the case of highly viscous liquids, in particular for evaporating and / or degassing polymer melts, comprising at least one vertically standing container (1) with a feed (4) for the liquid to be treated, an outlet (7) for volatile components and an outlet (6) for the treated liquid, the feed (4) having a distributor element (3) with a multiplicity of openings (8, 10) for dividing the highly viscous liquid to be treated into a plurality of individual streams, characterized in that in the area of the openings (8, 10) substantially vertically arranged wire loops (2) are attached, on which the highly viscous liquid flows away under the action of gravity.
Description
Die Erfindung betrifft einen verfahrenstechnischen Apparat zur Durchführung von Stoffaustauschprozessen bei hochviskosen Flüssigkeiten, insbesondere zum Ein dampfen und Entgasen von Polymerschmelzen. Der Apparat beruht im Wesentlichen auf einem vertikal stehenden Behälter, in dem die zu behandelnde hochviskose Flüssigkeit in eine Vielzahl von Einzelströmen aufgeteilt wird, die unter der Wirkung der Schwerkraft in den Sumpf des Behälters abfließen.The invention relates to a process engineering apparatus for performing Mass transfer processes for highly viscous liquids, especially for one vaporization and degassing of polymer melts. The apparatus is essentially based on a vertical container, in which the highly viscous to be treated Liquid is divided into a large number of individual streams, under the action gravity flow into the sump of the container.
Wichtige Stoffaustauschprozesse bei Flüssigkeiten sind das Eindampfen und Ent gasen von Lösungen, Dispersionen oder Schmelzen. Insbesondere bei der Herstel lung von polymeren Kunststoffen tritt das Problem auf, niedermolekulare Stoffe z. B. Wasser oder Monomere aus der Kunststoffschmelze abzutrennen, da solche Stoffe einen nachteiligen Einfluss auf die Produktqualität haben oder z. T. sogar toxisch sind.Evaporation and removal are important processes for the exchange of substances in liquids gases from solutions, dispersions or melts. Especially with the manufacturer development of polymeric plastics, the problem occurs, low molecular weight substances such. B. Separate water or monomers from the plastic melt, as such substances have an adverse impact on product quality or e.g. T. even toxic are.
Zur Eindampfung von Polymerschmelzen werden nach dem Stand der Technik häu fig Dünnschichtverdampfer eingesetzt, wie sie in den Schriften DE 33 10 676 A1, DE 43 28 013 A1 und US 3 630 689 beschrieben sind. Die Nachteile solcher Maschinen liegen in den relativ hohen Investitionskosten und vor allem im Ver schleiß von rotierenden Teilen solcher Maschinen.For the evaporation of polymer melts are often used in the prior art fig thin film evaporator used, as described in the documents DE 33 10 676 A1, DE 43 28 013 A1 and US 3 630 689 are described. The disadvantages of such Machines are in the relatively high investment costs and especially in ver wear of rotating parts of such machines.
Bekannt sind ferner Strangverdampfer, bei denen die Polymerschmelze in einem vertikal stehenden Behälter mittels einer Düsenlochplatte in eine Vielzahl von Ein zelsträngen bzw. -fäden zerteilt wird, die im freien Fall getrennt und parallel zuein ander den Behälter von oben nach unten durchströmen und am Behälterboden wieder zusammengeführt werden. Die Polymerschmelze wird also am Kopf des Behälters in Stränge separiert, die sich im freien Fall unter dem Schwerkrafteinfluss verjüngen und am Boden des Behälters in den Schmelzesumpf eintauchen. Derartige Apparate sind in den Patentschriften US 2 719 776, US 5 024 728 und US 4 934 433 beschrie ben. Ein grundsätzlicher Nachteil der beschriebenen Apparate besteht darin, dass sich diese nur für Flüssigkeiten eignen, die nach dem Austritt aus der Düsenplatte ähnlich wie bei einem Spinnprozess selbständig lange Fäden bilden. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass eine längere Verweilzeit im Entgasungsraum nur mit Hilfe einer sehr langen Fallstrecke und dementsprechend großer Apparatebauhöhe realisiert werden kann.Also known are strand evaporators in which the polymer melt is in one vertically standing container in a variety of A by means of a perforated nozzle plate individual strands or threads are divided, which in free fall are separated and parallel to each other flow through the container from top to bottom and again at the bottom of the container be brought together. The polymer melt is in at the head of the container Separated strands that taper in free fall under the influence of gravity and immerse in the melt sump at the bottom of the container. Such apparatus are described in patents US 2,719,776, US 5,024,728 and US 4,934,433 ben. A fundamental disadvantage of the apparatus described is that these are only suitable for liquids that are similar after exiting the nozzle plate form long threads independently as in a spinning process. Another disadvantage is that a longer residence time in the degassing room can only be achieved with the help of a very long drop distance and correspondingly large apparatus height can.
Weiterhin wird in der Schrift CA 2 168 630 ein Verfahren zur Herstellung von Poly carbonat beschrieben, bei dem ein Gemisch von Monomeren und Präpolymer auf eine Vielzahl von vertikal in einem Reaktor angeordneten Einzeldrähten verteilt wird, an denen entlang das Flüssigkeitsgemisch nach unten abläuft und dabei aus polymerisiert. Die Polymerisation findet also in einem dünnen, den Draht einhüllen den Flüssigkeitsstrang statt; d. h. durch die vertikal aufgespannten Drähte wird im Reaktor eine definierte Polymerisationszone vorgegeben. Über die Entgasung fertiger Polymerlösungen wird in der Schrift nichts beschrieben.Furthermore, CA 2 168 630 describes a process for the production of poly carbonate described in which a mixture of monomers and prepolymer distributed a plurality of individual wires arranged vertically in a reactor along which the liquid mixture runs down and out polymerized. The polymerization therefore takes place in a thin, enveloping the wire the fluid line instead; d. H. through the vertically stretched wires in Reactor defined a defined polymerization zone. Via the degassing machine Polymer solutions do not describe anything in the document.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verfahrenstechnischen Apparat für Stoffaustauschprozesse zu entwickeln, der eine lange Produktverweilzeit im Gasraum unter Einhaltung eines möglichst engen Verweilzeitspektrums gewährleistet und auch für hochviskose Flüssigkeiten geeignet ist, bei denen die Ausbildung von zusammenhängenden Strängen bzw. Fäden durch Schaum- oder Blasenbildung gestört oder verhindert wird.The invention has for its object a process engineering apparatus for To develop mass transfer processes that have a long product retention time in the gas space guaranteed while maintaining the narrowest possible residence time spectrum and is also suitable for highly viscous liquids in which the formation of coherent strands or threads through foam or bubble formation is disturbed or prevented.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorrichtung mit einem vertikal stehenden Behälter, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an der Flüssigkeitszuführung in dem Behälter im wesentlichen parallel zur Vertikalebene nebeneinander Drahtschlaufen angeordnet sind, an deren oberen Ende jeweils min destens eine Flüssigkeitszuführung zur Einspeisung eines Teilstromes vorgesehen ist, der längs der Drahtschlaufe nach unten abfließt. "Parallel zur Vertikalebene" bedeutet in diesem Fall, dass die Drahtschlaufenebene mit der Vertikalebene zusammenfällt, wobei jedoch geringe Abweichungen ohne weiteres toleriert werden können. Der über die Drahtschlaufe abfließende Teilstrom bildet im Falle einer hochviskosen, nicht schäumenden Flüssigkeit eine Flüssigkeitslamelle und im Falle einer schäu menden Flüssigkeit eine dünne Schicht, die sich partiell oder ganz über die Draht schlaufenebene erstreckt. In beiden Fällen wird die Flüssigkeit von der Drahtschlaufe begrenzt und geführt. Am oberen Ende der Drahtschlaufe wird die Flüssigkeit konti nuierlich zugeführt. Am unteren Ende tropft sie wieder ab. Die Drahtschlaufe bewirkt, dass die dünne Flüssigkeitschicht oder Lamelle im strömenden Zustand sta bilisiert und aufrecht erhalten wird, wobei große Phasengrenzflächen für den Stoff austausch bereit gestellt werden.This task is based on the device described at the beginning a vertically standing container, according to the invention solved in that the Liquid supply in the container essentially parallel to the vertical plane wire loops are arranged side by side, at the upper end of each min at least a liquid supply is provided for feeding a partial flow, that flows down along the wire loop. "Parallel to the vertical plane" means in this case that the wire loop plane coincides with the vertical plane, however, slight deviations can easily be tolerated. The In the case of a highly viscous, partial stream flowing off via the wire loop forms non-foaming liquid a liquid lamella and in the case of a foaming liquid a thin layer that is partially or entirely over the wire extends loop level. In both cases, the fluid from the wire loop limited and managed. The liquid becomes continuous at the upper end of the wire loop fed slowly. At the lower end it drips again. The wire loop causes the thin liquid layer or lamella to flow when flowing is bilized and maintained, with large phase interfaces for the substance exchange will be provided.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung von Stoffaus tauschprozessen bei hochviskosen Flüssigkeiten, insbesondere zum Eindampfen und/oder Entgasen von Polymerschmelzen, bestehend wenigstens aus einem vertikal stehenden Behälter mit einer Zuführung für die zu behandelnde Flüssigkeit, einem Auslass für flüchtige Komponenten und einem Auslass für die behandelte Flüssig keit, wobei die Zuführung mit einem Verteilerorgan mit einer Vielzahl von Öff nungen für die Aufteilung der zu behandelnden hochviskosen Flüssigkeit in eine Vielzahl von Einzelströmen, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Öff nungen im wesentlichen vertikal angeordnete Drahtschlaufen angebracht sind, an denen die hochviskose Flüssigkeit unter Wirkung der Schwerkraft abfließt.The invention relates to a device for carrying out material Exchange processes for highly viscous liquids, especially for evaporation and / or degassing polymer melts, consisting of at least one vertically standing container with a feed for the liquid to be treated, a Outlet for volatile components and an outlet for the treated liquid speed, the supply with a distributor element with a large number of openings Solutions for dividing the highly viscous liquid to be treated into one Large number of individual streams, characterized in that in the area of the public openings are arranged substantially vertically arranged wire loops which the highly viscous liquid drains away under the effect of gravity.
Die Drahtschlaufen können eine unterschiedliche Geometrie haben z. B. Quadrate, Rechtecke oder Dreiecke als Form bilden. Die Drahtschlaufen sind bevorzugt aus einem 0,5 bis 6 mm starken Stahldraht gebogen und haben je nach Anwendungsge biet bevorzugt eine Länge (Höhe) von 0,5 bis 4 m.The wire loops can have a different geometry, e.g. B. squares, Form rectangles or triangles as a shape. The wire loops are preferably made of a 0.5 to 6 mm thick steel wire and bent depending on the application preferably offers a length (height) of 0.5 to 4 m.
In einer bevorzugten Vorrichtung ist das Verteilerorgan eine Lochplatte.In a preferred device, the distributor member is a perforated plate.
Vorzugsweise weist das Verteilerorgan gemäß einer Variante mindestens ein hori zontal angeordnetes Rohr auf, das nach unten und/oder nach oben (d. h. entgegen der Fließrichtung der Flüssigkeit) gerichtete Öffnungen für den Austritt der hochvisko sen Flüssigkeit hat.According to one variant, the distributor member preferably has at least one hori zonally arranged pipe which is directed downwards and / or upwards (i.e. counter to the Flow direction of the liquid) directed openings for the exit of the highly viscous liquid.
Vorzugsweise sind die Drahtschlaufen zur verbesserten Reinigung im Bereich der Öffnungen im Verteilerorgan lösbar angebracht.The wire loops are preferably for improved cleaning in the area of the Openings in the distributor element are detachably attached.
Besonders vorteilhaft ist eine Vorrichtung, bei der das Verteilerorgan aus mindestens einem horizontal angeordneten Rohr besteht, das schlitzförmige, nach oben gerich tete Öffnungen aufweist.A device in which the distributor element consists of at least one device is particularly advantageous a horizontally arranged tube, the slit-shaped, upward has openings.
Die Verteilerrohre haben besonders bevorzugt einen Innendurchmesser von 10-100 mm. Die Schlitzweite der Öffnungen beträgt besonders bevorzugt 0,2-10 mm und die Schlitzlänge besonders bevorzugt 10-100 mm.The distribution pipes particularly preferably have an inside diameter of 10-100 mm. The slot width of the openings is particularly preferably 0.2-10 mm and the slot length is particularly preferably 10-100 mm.
Einfacher Reinigen lässt sich auch eine weitere bevorzugte Variante der Vorrichtung, bei der das Verteilerorgan aus mindestens einem horizontal angeordneten Rohr besteht, das schlitzförmige, nach oben gerichtete Öffnungen aufweist, in die die Drahtschlaufen eingehängt sind.Another preferred variant of the device can also be cleaned more easily, in which the distributor element consists of at least one horizontally arranged tube exists, the slot-shaped, upward openings into which the Wire loops are attached.
Besonders bevorzugt ist eine Vorrichtung, in der jeweils zwei, drei oder mehr der Drahtschlaufen zu einem korbähnlichen Gitter oder Drahtgeflecht zusammengefasst sind.A device is particularly preferred in which two, three or more of each Wire loops combined into a basket-like grid or wire mesh are.
Besondere Vorteile ergeben sich auch, wenn in einer bevorzugten Ausführung der Vorrichtung zwei oder mehr benachbarte Gitter oder Drahtgeflechte untereinander verbunden sind.There are also particular advantages if, in a preferred embodiment, the Device two or more adjacent grids or wire mesh with each other are connected.
Zur weiteren Erhöhung der Stabilität können in einer besonders bevorzugten Ausfüh rung der Vorrichtung die Drahtschlaufen zusätzlich am Behälterboden befestigt sein. To further increase the stability, in a particularly preferred embodiment tion of the device, the wire loops must also be attached to the bottom of the container.
Die Drahtschlaufen können in einer bevorzugten Ausführung, insbesondere mittels elektrischer Widerstandsheizung, beheizbar sein.In a preferred embodiment, the wire loops can be, in particular, by means of electrical resistance heating, be heated.
Eine weitere bevorzugte Variante der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerorgane aus im Behälter vertikal angeordneten, in den Behälter einmün denden Wärmetauscherrohren mit Öffnungen gebildet werden, an deren unteren Ende die Drahtschlaufen befestigt sind.Another preferred variant of the device is characterized in that the distribution organs from vertically arranged in the container, into the container Ending the heat exchanger tubes are formed with openings at the lower end the wire loops are attached.
Die von einer Drahtschlaufe eingeschlossene Fläche beträgt vorzugsweise 0,5 cm2 bis 2500 cm2.The area enclosed by a wire loop is preferably 0.5 cm 2 to 2500 cm 2 .
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtschlaufen sich in Fließrichtung der Flüssigkeit verjüngen und insbe sondere an ihrem unteren Ende mit einem spitzen Winkel abschließen.Another preferred embodiment of the device is characterized in that that the wire loops taper in the direction of flow of the liquid and especially in particular, terminate it at an acute angle at its lower end.
Zum Zweck des verbesserten Wärmeaustausches ist in einer besonderen Ausbildung der Vorrichtung der Behälter beheizbar und/oder kühlbar ausgebildet. Insbesondere weist der Behälter eine Ummantelung für eine elektrische Heizung oder für die Durchleitung eines Wärmeträgermediums auf.For the purpose of improved heat exchange is in a special training the device of the container can be heated and / or cooled. In particular the container has a casing for an electric heater or for the Passage of a heat transfer medium.
Eine weitere Alternative der Erfindung besteht darin, dass die Drahtschlaufen nicht an einem Verteilerrohr bzw. einer Verteilerplatte oder an den Wärmetauscherrohren wie oben beschrieben befestigt werden, sondern mittels einer entsprechenden Halte rung am Behälterboden angebracht sind aber zu den Öffnungen der Verteilerrohre bzw. Verteilerplatte oder der vertikalen Wärmetauscherrohre führen.Another alternative of the invention is that the wire loops are not on a distributor pipe or a distributor plate or on the heat exchanger pipes be attached as described above, but by means of an appropriate holder tion on the bottom of the tank are attached to the openings of the distribution pipes or distributor plate or the vertical heat exchanger tubes.
Mit der Erfindung werden die nachfolgend dargestellten Vorteile gegenüber aus dem
Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erzielt:
Im Vergleich zu einem Strangverdampfer können im Gasraum erheblich größere
Produktverweilzeiten erreicht werden.
With the invention, the advantages shown below compared to devices known from the prior art are achieved:
Compared to a strand evaporator, considerably longer product retention times can be achieved in the gas space.
Durch die Wahl der Geometrie der Drahtschlaufen (insbesondere Länge und Fläche!) kann die Verweilzeit darüber hinaus in weiten Grenzen variiert und an prozessspezi fische Erfordernisse angepasst werden.By choosing the geometry of the wire loops (especially length and area!) the residence time can also vary within wide limits and depending on the process fish requirements are adjusted.
In der Schrift CA 2 168 630 werden vertikal angeordnete Drähte zur Verlängerung der Produktverweilzeit in einem Reaktor beschrieben. Ein Draht ist dabei einer oder mehreren Produktaustrittsöffnungen zugeordnet. Durch die treibende Schwerkraft läuft das Produkt an den vertikalen Drähten herunter. Durch die Produkthaftung an der Drahtoberfläche entstehen Schubspannungen, die insbesondere bei hochviskosen Produkten der Schwerkraft entgegenwirken. Dadurch kann die mittlere Produktver weilzeit gegenüber den frei fallenden Faden (wie beim Strangverdampfer) verlängert werden.CA 2 168 630 describes vertically arranged wires for extension described the product residence time in a reactor. A wire is one or assigned to several product outlets. By driving gravity the product runs down on the vertical wires. Through product liability Shear stresses develop on the wire surface, particularly in the case of highly viscous ones Counteract products of gravity. This means that the average product ver because of the length of time compared to the freely falling thread (as with the strand evaporator) become.
Gegenüber der Reaktor-Vorrichtung mit einfachem vertikalen Draht hat die erfin
dungsgemäße Vorrichtung mit Drahtschlaufe oder Drahtgeflecht, welches z. B. durch
partielle oder vollständige Verbindungen der Drahtschlaufen entsteht, die zwangsläu
fig nicht durchgehend streng vertikal sind, verschiedene Vorteile:
Die Drahtschlaufen werden oft mit einem Polymerschaum beaufschlagt, der nicht
gleichmäßig in den Entgasungsbehälter eintritt, vielmehr sind die einzelnen Produkt
öffnungen Durchsatzschwankungen unterworfen. Ein vertikaler Draht kann diese
Produktpulsationen nur unwesentlich abfangen, wodurch die Produktqualität am
Austrag ebenfalls erheblich schwankt. Eine einfache Drahtschlaufe vergleichmäßigt
diese Schwankungen in mehrfacher Hinsicht. Weiterhin sind die Produktverweilzeit
verteilung und die mittlere Produktverweilzeit viel flexibler einstellbar. Die Vorteile
sind im Einzelnen:
Compared to the reactor device with a simple vertical wire, the device according to the invention has a wire loop or wire mesh, which, for. B. results from partial or complete connections of the wire loops that are not necessarily strictly vertical throughout, various advantages:
The wire loops are often loaded with a polymer foam that does not enter the degassing tank evenly; rather, the individual product openings are subject to fluctuations in throughput. A vertical wire can barely absorb these product pulsations, which means that the product quality at the discharge also fluctuates considerably. A simple wire loop smoothes out these fluctuations in several ways. Furthermore, the product retention time distribution and the average product retention time can be set much more flexibly. The advantages are:
- - Durch eine Anordnung, bei der mehr als ein vertikaler Drahtabschnitt eine Pro duktzufuhr erfährt, vergleichmäßigt sich der Produktablauf an den Drähten durch die Lamellenwirkung. - By an arrangement in which more than one vertical wire section is a pro product supply, the product flow on the wires becomes even the lamella effect.
- - Durch eine Verjüngung der Drahtschlaufen (die nach unten zeigenden Drähte sind nicht genau vertikal ausgerichtet) können verschiedene Produkteintrittsöff nungen eine Drahtschlaufe mit Produkt benetzen. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Vergleichmäßigung bei pulsierender Zufuhr aus den Einzelöffnungen (integral ist die Produktzufuhr in der Regel durch eine vorgeschaltete Pumpe konstant).- By tapering the wire loops (the wires pointing down are not exactly aligned vertically) different product entry openings Wet a wire loop with product. This results in a Significant equalization with pulsating feed from the individual openings (The product supply is usually integral through an upstream pump constant).
- - Durch die bevorzugten Querverbindungen der Drähte (quer zur Schwerkraft) entsteht ein zusätzlicher Strömungswiderstand für das Produkt (bekannt als Widerstandsbeiwert Cw oder Druckverlustbeiwert Cd). Insbesondere durch ein quer zur Strömungsrichtung aufgespanntes Gitter mit einer bestimmten Packungsdichte ergeben sich Vorteile hinsichtlich einstellbarer Produktverweil zeit bezogen auf die Drahtoberfläche und der beschriebenen Vergleichmäßigung.- Through the preferred cross connections of the wires (across the gravity) creates additional flow resistance for the product (known as Resistance coefficient Cw or pressure loss coefficient Cd). In particular through a Grid stretched across the flow direction with a certain Packing density results in advantages with regard to adjustable product retention time related to the wire surface and the described equalization.
Drahtgitter quer zum Produktzufluss können auch in mehreren Lagen übereinander liegend mehrfach eingesetzt werden, wodurch sich eine hohe Flexibilität zur Aus legung des gewünschten Strömungswiderstandes ergibt. Bei hochviskosen Produkten kann das Gitter meist grobmaschig sein. Das Gitter wirkt jedoch auch bei niedervis kosen Flüssigkeiten, wenn die Packungsdichte der Drähte eng ist: Ein gebündelter Strahl, der zeitlich intermitierend senkrecht auf eine Siebfläche trifft, wird räumlich ausgedehnt und die Siebfläche mit näherungsweise konstanten Durchsatz verlassen.Wire mesh across the product flow can also be stacked in several layers can be used horizontally several times, which gives a high degree of flexibility the desired flow resistance results. For highly viscous products the grid can usually be coarse-meshed. However, the grille also works with niedervis free liquids when the packing density of the wires is tight: a bundled one The beam that intermittently strikes a sieve surface becomes spatial expanded and leave the screen area with approximately constant throughput.
Durch die Vernetzung der Drahtschlaufen untereinander (Gitter) ergibt sich gegen über der bekannten Vorrichtung mit einfachen hängenden Drähten außerdem eine wesentlich höhere mechanische Stabilität.The networking of the wire loops with one another (grid) results in counter over the known device with simple hanging wires also one much higher mechanical stability.
Besonders bevorzugt ist daher eine Vorrichtung die dadurch gekennzeichnet ist, dass unterhalb der Öffnungen zusätzlich ein oder mehrere übereinander im wesentlichen horizontal angeordnete Drahtgitter vorgesehen sind. A device which is characterized in that underneath the openings one or more one above the other essentially horizontally arranged wire mesh are provided.
Weiter bevorzugt ist auch eine Variante der Vorrichtung, bei der die oberen Enden der Drahtschlaufen an unterschiedlichen insbesondere an entfernten, nicht direkt nebeneinander angeordneten Öffnungen angebracht sind.Also preferred is a variant of the device in which the upper ends the wire loops on different ones, especially on distant ones, not directly side by side openings are attached.
Aufgrund der definierten Schichtströmung von hochviskosen Medien in den Draht schlaufen wird ein enges Verweilzeitspektrum erreicht. Dies bedeutet, dass alle Flüssigkeitsvolumenelemente in dem Apparat annähernd denselben thermodyna mischen Prozess durchlaufen. Dies hat eine höhere Gleichmäßigkeit bei der Produkt qualität, insbesondere von thermisch empfindlichen Produkten zur Folge.Due to the defined layer flow of highly viscous media into the wire a narrow dwell time range is achieved. This means everyone Liquid volume elements in the apparatus are approximately the same thermodynamic go through mixing process. This has a higher uniformity in the product quality, especially of thermally sensitive products.
Für den Stoffaustausch wird im Gasraum gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine große Phasengrenzfläche bereitgestellt.For the mass transfer in the gas space compared to the known devices provided a large phase interface.
Der erfindungsgemäße Apparat ist für die Entgasung sowohl von schäumenden und von nicht schäumenden Polymeren geeignet. Bei der Entgasung von schäumenden Polymeren können hinsichtlich der Entgasungseffektivität die Vorteile einer Dünn schichtentgasung mit den Vorteilen einer Schaumentgasung kombiniert werden.The apparatus according to the invention is for the degassing of both foaming and of non-foaming polymers. When degassing foaming Polymers can take advantage of a thin in terms of degassing effectiveness layer degassing can be combined with the advantages of foam degassing.
Die Gesamtoberfläche der aus Metall bestehenden Drahtschlaufen ist vergleichsweise gering, so dass die Gefahr einer Produktschädigung durch unerwünschte chemische Reaktionen an den Metalloberflächen (z. B. Crack-prozesse) stark reduziert ist.The total surface of the metal wire loops is comparative low, so the risk of product damage from undesirable chemical Reactions on the metal surfaces (e.g. cracking processes) is greatly reduced.
Der apparative Aufwand zur Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist vergleichsweise gegenüber den bekannten Vorrichtungen geringer.The outlay on equipment for realizing the devices according to the invention is comparatively less compared to the known devices.
Hauptanwendungsgebiete der Erfindung sind, wie schon beschrieben, die Eindamp fung und das Entgasen von hochviskosen Polymerschmelzen insbesondere in einem Viskositätsbereich von 0,01-40000 Pa.s, aber auch gezielte chemische Reaktionen zwischen der Flüssigkeitsschicht in der Drahtschlaufe und dem umgebenden Gas raum, der eine reaktive Gaskomponente enthält, sowie Kondensationsreaktionen. As already described, the main fields of application of the invention are evaporation fung and the degassing of highly viscous polymer melts, especially in one Viscosity range from 0.01-40000 Pa.s, but also targeted chemical reactions between the layer of liquid in the wire loop and the surrounding gas space containing a reactive gas component and condensation reactions.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung der erfindungsgemä ßen Vorrichtung zum Eindampfen und Entgasen von hochviskosen Flüssigkeiten, insbesondere zum Eindampfen und/oder Entgasen von Polymerlösungen oder - schmelzen, besonders bevorzugt von Polycarbonatlösungen oder -schmelzen, und die Verwendung zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen der Flüssig keitsschicht in der Drahtschlaufe und dem umgebenden Gasraum, der eine reaktive Gaskomponente enthält, sowie für Kondensationsreaktionen.Another object of the invention is therefore the use of the invention device for evaporating and degassing highly viscous liquids, especially for evaporation and / or degassing of polymer solutions or - melt, particularly preferably of polycarbonate solutions or melts, and the use to carry out chemical reactions between the liquid layer in the wire loop and the surrounding gas space, which is a reactive Contains gas component, as well as for condensation reactions.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch die Beispiele, welche jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen, weiter erläutert.The invention is explained below with reference to the figures by the examples which however, do not constitute a limitation of the invention, explained further.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 die prinzipielle Ausführung eines Stoffaustauschapparates mit einge bauten Drahtschlaufen Fig. 1 shows the basic design of a mass transfer apparatus with built-in wire loops
Fig. 2 ein Verteilerrohr mit Flüssigkeitsöffnungen und den Öffnungen zuge ordneten Drahtschlaufen Fig. 2 is a manifold with liquid openings and the openings assigned wire loops
Fig. 3a, b die Anordnung von Drahtschlaufen an einer Düsenplatte in Längs schnitt (Fig. 3a) und Querschnitt (Fig. 3b) Fig. 3a, b the arrangement of the wire loops on a nozzle plate in longitudinal section (Fig. 3a) and cross section (Fig. 3b)
Fig. 4a, b eine Anordnung von Drahtschlaufen in Längsschnitt (Fig. 4a) und Querschnitt (Fig. 4b) an vertikal stehenden Wärmeaustauscherroh ren, wobei jedem Wärmetauscherrohr eine Drahtschlaufe zugeordnet ist Fig. 4a, b an arrangement of wire loops in longitudinal section ( Fig. 4a) and cross section ( Fig. 4b) on vertically standing heat exchanger tubes, each wire being assigned a wire loop
Fig. 5a, b eine Anordnung von Drahtschlaufen in Längsschnitt (Fig. 5a) und Querschnitt (Fig. 5b) an vertikal stehenden Wärmeaustauscherroh ren, wobei jeweils zwei benachbarten Wärmetauscherrohren eine Drahtschlaufe zugeordnet ist Fig. 5a, b an arrangement of wire loops in longitudinal section ( Fig. 5a) and cross section ( Fig. 5b) on vertically standing heat exchanger tubes, with two adjacent heat exchanger tubes being assigned a wire loop
Fig. 6a-6c verschiedene Ausführungen von aus Drahtschlaufen gebildeten korb ähnlichen Strukturen FIGS. 6a-6c show different embodiments of loops formed from wire basket-like structures
Fig. 7 eine Anordnung von Drahtschlaufen an vertikal stehenden Wärmetau scherrohren, wobei die Drahtschlaufen ein Drahtgeflecht bilden Fig. 7 shows an arrangement of wire loops on vertical heat exchanger tubes, the wire loops forming a wire mesh
Fig. 8 eine Anordnung von zwei zusätzlich angebrachten horizontalen Gittern Fig. 8 shows an arrangement of two additionally attached horizontal grids
Fig. 9 eine Anordnung von Drahtschlaufen an vertikal stehenden Wärme tauscherrohren, wobei die Enden der Drahtschlaufen entfernte Öff nungen miteinander verbinden Fig. 9 shows an arrangement of wire loops on vertically standing heat exchanger tubes, wherein the ends of the wire loops connect remote openings
Fig. 10a die Anordnung gemäß Fig. 9 schematisch von unten gesehenSchematically seen Fig. 10a, the arrangement of FIG. 9 Angle
Fig. 10b einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 10a. Fig. 10b shows an enlarged detail of Fig. 10a.
Gemäß Fig. 1 sind in einem vertikal stehenden Entgasungsbehälter 1 vier sich eben falls in vertikaler Richtung erstreckende Drahtschlaufen 2 angeordnet. Die Draht schlaufen 2 sind an einem horizontal verlaufenden Verteilerorgan 3, das hier als Rohr ausgeführt ist, befestigt. Das Verteilerrohr 3 ist mit einer Produktzuführung 4 ver bunden. Das entgaste Produkt wird am Sumpf 5 des Behälters 1 mit Hilfe einer Zahnradpumpe 6 ausgetragen. Die bei der Entgasung entstehenden Brüden werden durch den Stutzen 7 abgezogen. Über den Stutzen 7 kann in dem Behälter 1 ein vor gegebener verminderter Druck eingestellt werden. Der Behälter 1 kann mit elektri scher Heizung (nicht gezeigt) beheizt werden.Referring to FIG. 1 are located precisely if arranged vertically extending wire loops 2 in a vertically standing degassing tank 1 four. The wire loops 2 are attached to a horizontally extending distributor member 3 , which is designed here as a tube. The distributor pipe 3 is connected to a product feed 4 . The degassed product is discharged at the sump 5 of the container 1 using a gear pump 6 . The vapors formed during the degassing are drawn off through the nozzle 7 . About the nozzle 7 can be set in the container 1 before a given reduced pressure. The container 1 can be heated with electrical heating (not shown).
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie die Drahtschlaufen 2 am Verteilerrohr 3 befestigt sind. Sie sind derart in schlitzförmige, an der oberen Hälfte des Verteilerrohrs 3 angebrachte Öffnungen 8 eingehängt, dass sich die schlitzförmige Öffnung 8 in Längsrichtung über die gesamte Breite der Drahtschlaufe erstreckt, so dass die Draht schlaufe über ihre volle Breite mit einer zu entgasenden Produktflüssigkeit beauf schlagt wird. Die Schlitze 8 sind halbkreisförmig nach oben ausgerichtet, so dass die Produktflüssigkeit um die Rohre 3 herumfließen kann und die Rohrflächen von dem Produkt umspült werden. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Ver weilzeit der Produktflüssigkeit erhöht wird. Eine weitere Erhöhung der Verweilzeit der Produktflüssigkeit kann durch eine Vergrößerung des Rohrdurchmessers erreicht werden. Gleichzeitig wird dadurch der Druckgradient im Rohr verringert und damit der Durchsatz in den schlitzförmigen Öffnungen 8 gleichmäßiger. Die Rohre 3 haben einen Innendurchmesser von 16 mm. Die Schlitzweite beträgt z. B. 3 mm und die Schlitzlänge ca. 27 mm. Die Drahtschlaufen 2 laufen an ihren unteren Enden über dem Sumpf spitz zu. In einer Variante sind die spitzen Enden benachbarter Draht schlaufen 2 durch einen angeschweissten Draht 13 miteinander verbunden. From Fig. 2 it can be seen how the wire loops 2 are attached to the manifold 3 . They are suspended in slot-shaped openings 8 attached to the upper half of the distributor pipe 3 in such a way that the slot-shaped opening 8 extends in the longitudinal direction over the entire width of the wire loop, so that the wire loop strikes with a product liquid to be degassed over its full width becomes. The slots 8 are oriented in a semicircular shape so that the product liquid can flow around the pipes 3 and the pipe surfaces are washed by the product. An advantage of this arrangement is that the residence time of the product liquid is increased. A further increase in the residence time of the product liquid can be achieved by increasing the pipe diameter. At the same time, the pressure gradient in the tube is thereby reduced and the throughput in the slot-shaped openings 8 is thus more uniform. The tubes 3 have an inner diameter of 16 mm. The slot width is z. B. 3 mm and the slot length about 27 mm. The wire loops 2 taper to a point at their lower ends above the swamp. In one variant, the pointed ends of adjacent wire loops 2 are connected to one another by a welded-on wire 13 .
In einer anderen Verdampferanordnung gemäß Fig. 3 (Seitenansicht und Drauf sicht) besteht das Verteilerorgan für die Zuführung der Produktflüssigkeit aus einer Düsenplatte 9 mit Öffnungen 10. Die Drahtschlaufen 2 sind an der Unterseite der Düsenplatte 9 befestigt, z. B. angeschweißt oder angelötet. Die Produktflüssigkeit wird über eine, den gesamten Querschnitt der Düsenplatte 9 abdeckende Zuleitung 11 zugeführt. Die Zuleitung 11 kann auch als Wärmetauscherrohr ausgeführt werden.In another evaporator arrangement according to FIG. 3 (side view and top view), the distributor element for supplying the product liquid consists of a nozzle plate 9 with openings 10 . The wire loops 2 are attached to the underside of the nozzle plate 9 , e.g. B. welded or soldered. The product liquid is supplied via a feed line 11 covering the entire cross section of the nozzle plate 9 . The feed line 11 can also be designed as a heat exchanger tube.
Das Verteilerorgan wie in den Beispielen 1 und 2 kann auch auf folgende Weise aus gebildet sein. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 und 5 wird die Produktflüssigkeit einer Drahtschlaufe 2 durch vertikal im Behälter 1 angeordnete Wärmetauscherrohre 12 zugeführt. Die Drahtschlaufen 2 sind bei der Ausführung nach Fig. 4 jeweils am Austritt der Wärmetauscherrohre 12 angebracht; d. h. die Wärmetauscherrohre dienen in diesem Fall direkt als Halterung für die Drahtschlaufen 2. An ihrem unteren Ende sind die Drahtschlaufen 2 aus Stabilitätsgründen gitterförmig durch Querstege 13 verbunden (s. a. Draufsicht). Bei der Variante der Ausführung nach Fig. 5 sind die Drahtschlaufen 2 dagegen jeweils an zwei benachbarten Wärmetauscherrohren 12 angebracht, so dass die Flüssigkeit jeweils über zwei Flüssigkeitszuführungen in eine Drahtschlaufe 2 eingespeist wird. Auch bei dieser Ausführung sind die spitz zulau fenden Enden der Drahtschlaufen untereinander durch Querstege 13 verbunden.The distributor member as in Examples 1 and 2 can also be formed in the following manner. As shown in Fig. 4 and 5, the product liquid of a wire loop 2 is fed by vertically in the container 1 disposed heat exchanger tubes 12. In the embodiment according to FIG. 4, the wire loops 2 are each attached to the outlet of the heat exchanger tubes 12 ; ie in this case the heat exchanger tubes serve directly as a holder for the wire loops 2 . At their lower end, the wire loops 2 are connected in a grid-like manner by transverse webs 13 for stability reasons (see also plan view). In the variant of the embodiment according to FIG. 5, on the other hand, the wire loops 2 are each attached to two adjacent heat exchanger tubes 12 , so that the liquid is fed into a wire loop 2 via two liquid feeds. In this embodiment, too, the pointed ends of the wire loops are interconnected by transverse webs 13 .
Die Drahtschlaufen 2 sind in allen oben genannten Beispielen aus einem 1,5 mm starken Stahldraht gebogen und haben eine Länge (Höhe der Schlaufe) von 1,5 m. Besonders bewährt hat sich, wie in den Figuren dargestellt, eine Dreieck-ähnliche Form, wobei sich der Scheitel des Dreiecks am unteren Ende befindet; d. h. die Drahtschlaufe verjüngt sich von oben nach unten in der Fließrichtung der Flüssigkeit. Gemäß der Varianten die in den Fig. 6a bis 6c und Fig. 7 gezeigt sind, können die Drahtschlaufen 2 auch so ausgestaltet werden, dass mehrere Drahtschlaufen 2 zu einer Korbstruktur 14 (Fig. 6a bis 6c) oder Gitterstruktur (Fig. 7) zusammen gesetzt sind, die einen Halbraum einschließt. Zur Herstellung derartiger räumlicher Gebilde können auch Drahtgeflechte verwendet werden.The wire loops 2 are bent from a 1.5 mm thick steel wire in all the examples mentioned above and have a length (height of the loop) of 1.5 m. As shown in the figures, a triangle-like shape has proven particularly useful, the apex of the triangle being at the lower end; ie the wire loop tapers from top to bottom in the direction of flow of the liquid. According to the variants shown in FIGS. 6a to 6c and FIG. 7, the wire loops 2 can also be designed such that several wire loops 2 form a basket structure 14 (FIGS . 6a to 6c) or lattice structure ( FIG. 7) are set, which includes a half space. Wire meshes can also be used to produce such spatial structures.
Im Betrieb wird der Mengenstrom der dem Apparat zugeführten Produktflüssigkeit (Zudosierung) so eingestellt, dass sich in der von einer Drahtschlaufe eingeschlosse nen Fläche (Drahtschlaufenebene) eine definierte Schichtströmung ausbildet. Die am oberen Ende durch die Öffnungen 8 bzw. 10 im Verteilerorgan oder durch die Einzel rohre 12 zugeführte Flüssigkeit verteilt sich gleichmäßig über die Drahtschlaufen ebene. Der Draht wirkt dabei als Begrenzung und strömungstechnisches Führungs element. Es versteht sich, dass bei den Korbstrukturen gem. Fig. 6a-6c die Produkt flüssigkeit nur die Maschen und nicht den Innenraum der Korb- oder Gitterstruktur ausfüllt.During operation, the volume flow of the product liquid supplied to the apparatus (metering) is set so that a defined layer flow forms in the area enclosed by a wire loop (wire loop level). The liquid supplied at the upper end through the openings 8 and 10 in the distributor element or through the individual tubes 12 is distributed evenly over the wire loops. The wire acts as a limitation and fluidic guide element. It goes without saying that the basket structures according to FIGS. 6a-6c, the liquid product only the loops and not the interior of the basket or grid structure filling.
Am unteren Ende der Drahtschlaufe tropft die entgaste Produktflüssigkeit in den Sumpf am Behälterboden ab. Überraschenderweise bildet sich diese Schichtströmung (Filmströmung) auch bei einer schäumenden Polymerschmelze aus, so dass die ver fahrentechnischen Voraussetzungen für eine kombinierte Film- und Schaumentga sung gegeben sind, wodurch eine besonders hohe Entgasungseffektivität erzielt wird. Das Aufschäumen der Polymerschmelze im Entgasungsbehälter kann gezielt dadurch erreicht werden, dass der Gesamtdruck im Behälter unter den Dampfdruck der aus dem Polymer zu entfernenden flüchtigen Komponente abgesenkt wird. Eine weitere Möglichkeit zur Schaumbildung und zur Verbesserung der Entgasungseffektivität besteht darin, dass dem Polymer vor dem Eintritt in den Behälter Schleppmittel zugesetzt werden, die z. B. mit Hilfe eines statischen Mischers in die Schmelze ein dispergiert werden. At the lower end of the wire loop, the degassed product liquid drips into the Sump from the bottom of the tank. Surprisingly, this stratified flow forms (Film flow) even with a foaming polymer melt, so that the ver technical driving requirements for a combined film and show day Solution are given, whereby a particularly high degassing effectiveness is achieved. The foaming of the polymer melt in the degassing container can thereby be targeted achieved that the total pressure in the container is below the vapor pressure of the the polymer volatile component to be removed is lowered. Another Possibility of foaming and improving the degassing effectiveness is that the polymer entrainer before entering the container be added, the z. B. with the help of a static mixer in the melt be dispersed.
Die Fig. 9, 10a und 10b beschreiben eine andere Anordnung des Verdampfers bei dem voneinander weiter entfernte vertikale Wärmetauscherrohre 12 an ihren Öff nungen mit den Enden der Drahtschlaufen verbunden sind. Hiermit wird bei der Behandlung von Polymeren der Produktfluss innerhalb des Verdampfers weiter gedämpft und Durchflusspulsationen werden ausgeglichen. Figs. 9, 10a and 10b describe a different arrangement of the evaporator in the further away from each other, vertical heat exchanger tubes 12 at their voltages Publ with the ends of the wire loops are connected. This further attenuates the product flow within the evaporator during the treatment of polymers and flow pulsations are compensated.
Bringt man unterhalb der Drahtschlaufen 2 noch zwei zusätzliche Gitter 15 an wie in Fig. 8 dargestellt, erreicht man eine weitere Vergleichmäßigung des Produktflusses. Bei den gezeigten zur Mitte etwas durchhängenden Gitternetzen 15 wird zusätzlich eine gewisse Führung des Produktstromes zu einer Stelle direkt oberhalb des Pro duktaustrags 6 ermöglicht.If two additional grids 15 are attached below the wire loops 2 , as shown in FIG. 8, the product flow is further homogenized. In the grids 15 which are somewhat sagging towards the center, a certain guidance of the product flow to a point directly above the product discharge 6 is additionally made possible.
Claims (17)
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Cited By (3)
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| DE112004002124B4 (en) * | 2003-11-06 | 2010-11-11 | Zhaoyan Liu | Rieselfil degasser with gratings |
| US8074371B2 (en) | 2003-07-24 | 2011-12-13 | Bayer Technology Services Gmbh | Process and apparatus for removing volatile substances from highly viscous media |
| CN110711546A (en) * | 2019-11-15 | 2020-01-21 | 南通好唯智能制造科技有限公司 | Diverter system for microchannel reactor, diverter and method of making the same |
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2001
- 2001-09-10 DE DE10144233A patent/DE10144233A1/en not_active Withdrawn
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| US8074371B2 (en) | 2003-07-24 | 2011-12-13 | Bayer Technology Services Gmbh | Process and apparatus for removing volatile substances from highly viscous media |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |