DE1115017B - Verfahren zur Nachbehandlung von schuettfaehigen, festen Stoffen mit gasfoermigen Wirkmitteln - Google Patents

Description

• Verfahren zur Nachbehandlung von schüttfähigen, festen Stoffen mit gasförmigen Wirkmitteln Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Nachkondensation von Polyamiden in umlaufender Gegenstrom-Wanderschicht des Behandlungsgutes.
• Das Verfahren besteht in einer pneumatischen Umwälzung des Festkörperbettes mit Hilfe eines gelenkten Teilstromes des gasförmigen Behandlungsmediums.
• Die Mehrzahl der Reaktionen zwischen gasförmigen Stoffen und Festkörpern im technischen Maßstab werden an ruhender Feststoffschicht ausgeführt.
• Solche Verfahren sind zwar in apparativer Hinsicht sehr einfach, zeigen aber Mängel, besonders in bezug auf die Raum-Zeit-Ausbeute und die Gleichmäßigkeit des Prozesses. Besonders wenn der Festkörper selbst Reaktionsprodukt ist, ist der Reaktionsablauf von der jeweiligen Lage der Partikeln abhängig, so daß beachtliche Unterschiede zwischen am Gasein- und Austritt gelegenen Körnern und, falls durch die Wandung Wärmemengen aufzunehmen oder abzugeben sind, auch zwischen Wand und Schichtmitte auftreten.
• Wegen dieser Nachteile werden mehr und mehr Reaktionen an festen Substanzen in bewegten Schichten ausgeführt, wobei besonders die Verfahren technisch Bedeutung erlangt haben, bei denen die Festgutbewegung auf pneumatischem Wege erreicht wird. Hierzu gehört das Wirbelschichtverfahren.
• Wirbelschichtverfahren zeichnen sich besonders durch günstige Wärmeübergangsverhältnisse zwischen dem als Wärmeträger dienenden gasförmigen Stoff und dem Festkörper aus. Sie eignen sich vorzugsweise für Gasreaktionen an feinkörnigen Katalysatoren mit gleichmäßiger Korngröße. Ist dagegen die Korngröße uneinheitlich, so tritt in der Wirbelschicht eine Entmischung auf. Wo eine derartige Entmischung oder Sichtung des Festkörperbettes unerwünscht ist, arbeitet man mit Wanderschichten. Die Wärmeübergangsverhältnisse sind hierbei nicht mehr gleich günstig, hingegen erreicht man eine genau definierte Festkörperbewegung bei homogener Verteilung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine besondere Ausführungsform eines kontinuierlich arbeitenden Verfahrens mit einer wandernden Festkörperschicht.
• Bei den bisher bekannten Wanderschichtverfahren, von denen das »Thermophor«-Verfahren das bekannteste ist, wird die Festkörperschicht außerhalb des Reaktionsgefäßes wieder nach oben in das Reaktionsgefäß zurückgeführt. Die Förderung der Festkörper geschieht hierbei kontinuierlich auf mechanischem Wege mit Hilfe von Elevatoren oder aber pneumatisch. Beim »Thermophor«-Verfahren weist die pneumatische Förderung neben einer ganzen Reihe von Vorteilen noch einige Nachteile auf, z. B. die langen und wenigstens zwei rechtwinklige Umlenkun- gen aufweisenden Transportwege. In den Umlenkunaen wird ein beachtlicher Teil der Bewegungsenergie vernichtet, was eine merkliche Erosion der Rohrwandung und beträchtlichen Abrieb am Umwälzungsgut der Festkörperschicht zur Folge haben kann.
• Aus der schweizerischen Patentschrift 265206 ist ist es nun bekannt, feste Polyamidteilchen in einem mit einer Trommel oder Förderschnecke ausgerüsteten Trockner unter Umwälzung des Gutes in einem im Kreislauf geführten Inertgasstroms, unter Entfernung des Wassers und niedermolekularer Anteile zu erhitzen.
• Abgesehen davon, daß dieses Verfahren ebenfalls Mängel in der Raum-Zeit-Ausbeute aufweist, ergibt sich ein beträchtlicher Abrieb am Umwälzungsgut.
• Der hier auftretende Staub kann praktisch nicht mehr vom Behandlungsgut getrennt werden.
• Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile praktisch behoben werden können, wenn der Urnlauf der Festkörperschicht in das Innere des Reaktionsgefäßes verlegt wird, wobei zur pneumatischen Förderung ein gelenkter Teilstrom des gasförmigen Behandlungsmittels benutzt wird. Die Erfindung wird durch die Zeichnungen erläutert.
• Fig. 1 zeigt das Schema einer ganzen Behandlungsapparatur; Fig. 2 und 3 veranschaulichen spezielle Ausführungsformen des Reaktionsgefäßes.
• Das Reaktionsgefäß 2 (Fig. 1) ist im unteren Teil konisch, wobei der Konuswinkel zweckmäßig so gewählt wird, daß das Festkörpergranulat bei der Entleerung vollständig abfließen kann. In diesem Reaktionsgefäß 2 erfolgt die Aufwärtsbewegung durch ein oder mehrere vorzugsweise zentral im Reaktionsgefäß 2 angeordnete Rohre 1. Diese Zentralrohre 1 sind mit einem Prallblech 4 überdeckt.
• Das Reaktionsgefäß wird im Betrieb bis etwa zur Höhe h (Fig. 1) mit dem zu behandelnden Gut gefüllt.
• Schon während der Füllung aus dem Vorratsgefäß 10 durch das Ventil 13 wird durch den Bodenstutzen im Reaktionsgefäß das Behandlungsgas eingeleitet. Ein Teil des Gasstromes steigt nun durch das zentrale Mittelrohr 1 hoch und nimmt gleichzeitig dauernd aus dem unteren Teil des Behandlungsgefäßes körniges Material mit, welches sich dann nach Verlassen des oberen Endes des Zentralrohres gleichmäßig auf die Schüttgutoberfläche verteilt.
• Wenn das zu behandelnde Gut eine ungleichmäßige Korngröße aufweist, tritt bei vorliegendem Verfahren keine Entmischung ein, vorausgesetzt, daß auch die feinsten Partikelchen der Wanderschicht vom abziehenden Gut nicht getragen werden. Im oberen Konus des Reaktionsgefäßes ist an geeigneter Stelle ein Gasabzugsstutzen angebracht, durch den gegebenenfalls über einen Gasfilter 8 und über einen Abschneider9 (für kondensierbare Behandlungsgase) das Gas auf den Umwälzkompressor 7 gelangt, von wo es wieder in das Reaktionsgefäß zurückgeleitet wird.
• Nötigenfalls kann das Behandlungsgas über Wärmeaustauscher 6 aufgeheizt werden. Ebenfalls können aus dem Gefäß 12 dem Gas Flüssigkeitsdämpfe zugeführt oder als Nebel oder Aerosole eingeleitet werden.
• Die durch das Rohr 1 hochbeförderten Körner, die sich gleichmäßig auf der Schüttgutoberfiäche verteilen, legen in der Wanderschicht einen im wesentlichen senkrechten Weg zurück, d. h., diejenigen Körner, die an die Gefäßwand zu liegen kommen, bleiben während eines Umlaufes der Wanderschicht in Kontakt mit der Gefäßwand. Die Wahrscheinlichkeit, daß ein Korn bei mehreren Durchgängen wiederum an die Wand befördert wird, ist praktisch Null. Die Umwälzung läßt sich in weiten Grenzen regulieren und beträgt im allgemeinen zwischen 5 und 50 Durchgängen pro Stunde.
• Die Variationsbreite des Verfahrens der Erfindung ist überraschend. Bei feststehenden Abmessungen des Reaktionsgefäßes lassen sich allein durch Veränderung der vier Variablen, nämlich Durchmesser d des Förderrohres 1, Abstand a des Förderrohres 1, Geschwindigkeit v des Umwälzgases, Schütthöhe h, die verschiedenen Festkörper in eine gleichmäßige, stetige und dem jeweiligen Bedarf entsprechende Zirkulation versetzen. Das Verfahren läßt in bezug auf Korngröße, Kornform und spezifisches Gewicht des umwälzenden Materials einen sehr breiten Spielraum.
• Ein besonderer Vorteil ist es, daß bei Festkörperschichten mit ungleichmäßiger Korngröße keine Entmischung eintritt.
• Dadurch, daß die einzelnen Körner bei den verschiedenen Durchgängen in der Wanderschicht nicht an die gleiche Stelle zu liegen kommen, erreicht man, daß bei Verfahren, bei denen das Reaktionsgefäß von außen beheizt werden muß, eine gleichmäßige thermische Behandlung aller Festpartikeln gewährleistet wird. Die Wärmeübergangsverhältnisse sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr gut - sie liegen etwa in der Mitte zwischen dem Ruhebettverfahren und dem Wirbelschichtverfahren -, so daß in vielen Fällen auf eineAußenheizung verzichtet werden kann.
• Die Wärmeübertragung geschieht in diesem Fall allein mit Hilfe des Umwälzgases, das durch die erwähnten Wärmeaustauscher auf die erforderliche Temperatur gebracht wird.
• Die Entleerung erfolgt bei stillstehendem Kompressor durch den Schieber 14. Man erzielt eine schnelle und restlose Entleerung der Reaktionskammer 2, wie sie beim Ruhebettverfahren nicht annähernd und bei Wirbelschichtverfahren nur selten erreicht wird.
• Die pneumatische Förderung des körnigen Festgutes ist wesentlich schonender für das Granulat und das Material der Fördereinrichtung als beim »Thermophor«-Verfahren, da die Förderstrecke um 20 bis 50°/o verkürzt wird und jegliche Umlenkung in der Rohrleitung wegfällt. Da der Gas strom im Förderrohr 1 so eingestellt werden kann, daß die geförderten Teilchen die obere Rohröffnung nur mit geringer Geschwindigkeit verlassen, gibt es praktisch keinen Abrieb und keinen Metallverschleiß. Die einzige Stelle, die der Abnutzung unterworfen ist, ist das Prallblech 4, welches leicht ausgewechselt werden kann. Für besonders schonende Behandlung des Granulates kann das Prallblech 4 durch ein Staurohr 4 (Fig. 2) ersetzt werden, oder es wird dem aufsteigenden Gasstrom eine Bremsströmung gemäß Fig. 3 entgegengeschickt.
• Beispiel 1 In ein Reaktionsgefäß 2 gemäß Fig. 1 mit zentral angeordnetem Förderrohr von 120 cm Länge und 3 cm Durchmesser, durch das 80 cbm/Std. reiner, sauerstofffreier Stickstoff im Kreislauf geführt werden, werden 50 kg eines feuchten Granulates von Polyhexamethyldiammoniumadipat mit durchschnittlich 4 mm Korngröße gegeben. Durch den das Zentralrohr 1 passierenden Teilgasstrom wird das Granulat zehnmal in der Stunde umgewälzt.
• Mit Hilfe eines Wärmeaustauschers 6 und eines Spitzenvorwärmers wird der Kreislaufstickstoff so erwärmt, daß er im unteren Teil des Reaktionsgefäßes mit 1200 C eintritt. Das aus dem Granulat herausdampfende Wasser wird mittels Abschneider 9 und Kühler kondensiert und fortlaufend dem Kreislaufgas entzogen. Nach 4 bis 5 Stunden ist der Wassergehalt des Granulates von anfangs 2°/o auf weniger als 0,10/o gesunken.
• Beispiel 2 In eine entsprechend Beispiel 1 aufgebaute Apparatur werden 50 kg Granulat von Poly-E-caprolactam gegeben. Das Granulat besitzt eine durchschnittliche Korngröße von 2 mm und enthält 2 bis 3 0/o Wasser und 10 bis 11°/o monomere Bestandteile. Durch die Apparatur werden stündlich 90 cbm reiner, sauerstofflreier Stickstoff mit einer Eintrittstemperatur von 1860 C geleitet. Die ausgetriebenen flüchtigen Bestandteile, also Wasser und niedermolekulare Produkte, werden über einen Abschneider und Kühler fortlaufend dem Kreislauf entzogen. Nach 8lía Stunden ist der Wassergehalt des Granulates auf weniger als 0,1 0/o, der Gehalt an extrahierbaren niedermolekularen Produkten auf etwa 1010 gesunken.
• Beispiel 3 In einer Apparatur entsprechend Beispiel 1 werden 50 kg eines feuchten, nicht extrahierten Granulates von katalysatorhaltigem Poly-E-caprolactam in einem Strom von stündlich 80 cbm reinem sauerstofffreiem Stickstoff umgewälzt. Die Eintrittstemperatur des Stickstoffs beträgt 1860 C. Die flüchtigen Produkte, in diesem Falle Wasser und niedermolekulare Anteile, werden fortlaufend dem zirkulierenden Gasstrom entzogen und kondensiert. Nach 12stündiger Behandlung ist das Granulat trocken (Wassergehalt 0,05 0/o) und enthält nur noch etwa 1 °/o extrahierbare Bestandteile.
• Das Molekulargewicht des Poly-e-caprolactams ist von ursprünglich etwa 12000 (Grundviskosität 0,9) auf etwa 40 000 (Grundviskosität 3,0) angestiegen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Nachbehandlung von schüttfähigen, festen Stoffen mit gasförmigen Wirkmitteln in einer Gegenstrom-Wanderschicht, die pneumatisch mit Hilfe eines gelenkten Teilstromes des Wirkmittels im Behandlungsraum umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß schüttfähige feste Partikeln aus organischen Kunststoffen mit einem Inertgas zwecks Trocknung und/bzw. oder chemischer Nachbehandlung in der Wärme behandelt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Partikeln eines Polyamids mit Inertgas behandelt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 265 206; USA.-Patentschriften Nr. 2581 670, 2597346, 2606097.