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Verfahren zum Waschen von Polyäthylen im Gegenstrom Gegenstand der
Erfindung ist ein Gegenstrom-Waschverfahren für Polyäthylen zur Entfernung von Begleitstoffen,
insbesondere solcher, die dem Polyäthylen von der Polymerisation her anhaften.
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Es ist bekannt, Stoffe, die in Form feuchter Teilchen vorliegen, in
Rührgefäßen zu waschen, in Extraktionstürmen zu behandeln oder auf Zentrifugen durchzuspülen.
Diese und andere bekannte Waschverfahren liefern beim Waschen von Polyäthylenpolymerisat
nur unbefriedigende Ergebnisse oder lassen sich nur mit unwirtschaftlichem apparativem
Aufwand in den kontinuierlich ablaufenden Herstellungsprozeß eingliedern. Es ist
weiter bekannt, daß man Lösungen von organischen kolloidalen Stoffen, insbesondere
Pektin-und Alginatlösungen, kontinuierlich ausfällen und das Koagulat von anhaftenden
Begleitstoffen befreien kann, indem man die Lösung mit einem geeigneten Gas verschäumt
und durch eine Anzahl Düsen in einen stehenden, zylindrischen Fällapparat einspritzt,
in welchem sich ein auf die Lösung fällend wirkendes Medium befindet. Bei Eintritt
der verschäumten kolloidalen Lösung in die zur Fällung dienende Flüssigkeit entsteht
ein Koagulat, das im Oberteil des Fällapparates eine Schwimmschicht bildet, die
laufend mit Fällmitteln berieselt und kontinuierlich ausgetragen wird.
Die
Anwendung eines nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Schwimmschichtverfahrens
auf das Auswaschen von Polyäthylen mußfe zunächst abwegig erscheinen, weil derartige
Verfahren bisher nur zur Behandlung organischer"kolloidaler Lösungen benutzt worden
sind.
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Es wurde nun gefunden, daß man Polyäthylene, die nicht in kolloidaler
Lösung, sondern in Form kleiner Teilchen vorliegen, von den insbesondere aus den
vorhergehenden Verfahrensstufen anhaftenden Stoffen befreien kann,wenn man erfahrungsgemäß
eine Maische aus Polyäthylenteilchen in den unteren Teil einer Waschzone aufgibt,
in der die aufsteigenden Polyäthylenteilchen eine Schwimmschicht bilden, die durch
Aufgabe von Waschflüssigkeit von oben nach unten laufend durchströmt wird. Die Maische
kann mit Wasser, Alkoholen, halogenierten Kohlenwasserstoffen oder ähnlichen Lösungsmitteln
hergestellt sein. Auch Mischungen der genannten Lösungsmittel können zum Ansatz
der Maische dienen.
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Durch Zusätze zur Maische läßt sich der Waschvorgang erheblich beeinflussen.
So erbringt ein Zusatz von Netzmitteln bekannter Art eine Verbesserung des Wascheffektes.
Durch Zusetzen von Flotationsmitteln wird der Auftrieb der Polyäthylenteilchen beschleunigt.
Je nach Menge und Beschaffenheit der dem Polyäthylen anhaftenden Begleitstoffe kann
der Zusatz von Säuren oder Alkalien vorteilhaft sein. Salpetersäure z. B. ermäßigt
den Aschegehalt des gewaschenen Produktes. Mitunter ist es zweckmäßig, zwei oder
mehr Zusätze gleichzeitig zu verwenden.
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In der Regel reicht der Auftrieb der Polyäthylenteilchen zur Ausbildung
einer Schwimmschicht von genügender Dichte und Tiefe aus. Wo dies nicht der Fall
ist, kann durch Verschäumen der Maische eine bessere Ausbildung der Schwimmschicht
herbeigeführt werden. Dieses Verfahren ist auch anwendbar, wenn das spezifische
Gewicht der Waschflüssigkeit kleiner ist als das der festen Teilchen. Die Verschäumung
kann mit Luft, Stickstoff oder einem anderen Gas durchgeführt werden.
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Als Waschflüssigkeit, die vorteilhaft. in einem gleichmäßig dichten
Schleier auf die Schwimmschicht verteilt wird, können Wasser, Alkohole, halogenierte
Kohlenwasserstoffe oder ähnliche Lösungsmittel verwendet werden. Auch hier ist es
manchmal zur Einstellung eines bestimmten spezifischen Gewichtes oder zur Erzielung
eines besonderen Extraktionseffektes vorteilhaft, Mischungen aus zwei oder mehr
Stoffen zu verwenden.
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Die Wirkung des Waschverfahrens kann weiter dadurch erhöht werden,
daß Zusätze, anstatt zur Maische oder zusätzlich hierzu, unterhalb des oberen Spiegels
in die Schwimmschicht gegeben werden. So ist z. B. der Salpetersäurezusatz zur Erniedrigung
des Aschegehaltes besonders wirksam, wenn er an dieser Stelle vorgenommen wird.
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Da der Wascheffekt des Verfahrens wesentlich von der Güte der Schwimmschicht
und diese wiederum von der Stabilität der Flüssigkeitssäule abhängt, ist es zweckmäßig,
innerhalb des Turmes von oben nach unten ein Temperaturgefälle zu schaffen; das
Gefälle kann etwa 15 bis 7o° betragen. Dies geschieht am besten dadurch, daß die
dem Prozeß zugeführten Stoffströme verschieden temperiert werden, und zwar so, daß
die Flüssigkeitsdichte in der Waschzone nach unten zunimmt. Dadurch wird zwar der
Auftrieb der Teilchen im oberen Teil der Waschzone vermindert, doch werden Konvektionsströme
verhindert, und es tritt eine Stabilisierung der Waschsäule ein. Das Bestreben zur
Erzielung dieses vorteilhaften Dichteaufbaues kann durch zonenweise Mantelheizung
oder Kühlung unterstützt werden. Schließlich kann dieser Dichteaufbau auch durch
die zonenweise Temperierung allein erreicht werden. Die Temperatur der Waschflüssigkeit
kann z. B. 3o bis 85° und die der Maische 15 bis q.0° betragen. Zusätze in die Schwimmschicht
werden vorteilhaft mit einer Temperatur eingegeben, die der der Waschsäule an der
Zusatzstelle nahe liegt.
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Die Zeichnung zeigt ein Fließband mit beispielsweiser Anordnung der
Apparatur zur allgemeinen Erläuterung des Verfahrens. Die Vorbereitung der Maische
erfolgt in den Rührgefäßen i und 2 üblicher Bauart, von denen das letztere zur gegebenenfalls
erforderlichen Verschäumung z. B. mit einer Strahlapparatur oder einem Schnellrührer
ausgerüstet ist. Eine oder mehrere Pumpen 3 drücken die Maische über Düsen oder
eine mehrfach angezapfte Ringleitung in das Unterteil des Waschturmes q.. Als Waschturm
kann ein vertikaler Behälter mit einem Durchmesser-Höhen-Verhältnis z : io bis i
: 2o dienen. Die unter d13r Wirkung des Auftriebes aufsteigenden Polyäthylenteilchen
bilden eine Schwimmschicht, die sich über die obere Hälfte oder einen größeren Teil
davon erstreckt. Waschflüssigkeit aus den Behältern 5 und/oder 6 rieselt, durch
eine Sprühvorrichtung 7 gleichmäßig verteilt, auf die Schwimmschicht, durchdringt
sie und nimmt auf dem Wege zum unteren Auslaß 8 den größten Teil der Begleitstoffe
des Polyäthylens mit. Durch ein Austragorgan bekannter Art, z. B. durch eine Schnecke
g, wird aus dem Oberteil des Waschturmes laufend Feuchtgut als Suspension abgeführt.
Ein Armrührer io, der bis in die untere Turmhälfte. reicht, mit mehreren horizontalen
Rührstäben dient zu schwacher Bewegung der Schwimmschicht und zur Verhütung von
Kanalbildungen. Die Tourenzahl des Rührers liegt zweckmäßig zwischen 15 und 25 Umdrehungen
j e Minute. In den Fällen, in denen das Einleiten von Zusätzen in die Schwimmschicht
erwünscht oder erforderlich ist, kann dies z. B. über den Stutzen ii geschehen.
Der zur Stabilisierung der Waschzone zweckmäßige Dichteverlauf derWaschflüssigkeit
kann mit Hilfe der Wärmeaustauscher 12, die in die zufließenden Materialströme eingebaut
sind, herbeigeführt werden. Dem gleichen Zweck dienen die um die Kolonne gelegten
Wärmeaustauscher i3. Beispiel Polyäthylen, z. B. Niederdruckpolyäthylen nach Ziegler,
hergestellt durch Einleiten von gasförmigem Äthylen in eine hydrierte Kohlenwasserstofffraktion,
KP-ND 2o2 bis 23o°, die Schwermetallverbindungen als Katalysator in feinverteilter
Form enthält, wird von der flüssigen Phase in einer Zentrifuge abgetrennt. Dabei
erhält man als Ausgangsprodukt für das Waschverfahren einen Kuchen aus etwa 700/,
festem
Polyäthylen und etwa 30 % Lösungsmittel, entsprechend einem
Gewichtsverhältnis x : 2,33. Das Lösungsmittel ist eine hydrierte Kohlenwasserstofffraktion
mit Kp.rrn 2o2 bis 230. ° ioo Gewichtsteile dieses Kuchens werden mit iooo
Gewichtsteilen Wasser und 7 Gewichtsteilen Emulgator mit einem Schnellrührer angemaischt.
Als Emulgatoren kommen zweckmäßig oxäthylierte Alkylphenole in Betracht. Dabei emulgiert
sich das Lösungsmittel weitgehend in der flüssigen Phase. Die so vorbereitete Maische
wird, temperiert auf 25°, in das untere Dritteleines Waschturmes von 2ooo mm Höhe
und Zoo mm Durchmesser in einem Mengenstrom von 5o bis ioo 1 pro Stunde eingespritzt.
Die am Kopf des Turmes gleichmäßig auf die Schwimmschicht verteilte, auf q.0° erwärmte
Waschwassermenge wird auf 75 bis ioo 1 je Stunde eingestellt, die Drehzahl des Rührers
auf i6 Umdrehungen je Minute. Der Abfluß des Waschwassers am Fuß des Turmes stellt
sich in Abhängigkeit von der Flüssigkeitssäule ein. Nachdem die Schwimmschicht auf
eine Stärke von etwa i m angewachsen ist, wird die Austragschnecke in Betrieb genommen
und auf eine Leistung von 5 bis io kg Feststoff je Stunde einreguliert.
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Die Analyse des ausgetragenen Stoffes ergibt ein Gewichtsverhältnis
Lösungsmittel zu Kunststoff von i : io. Nach Trocknung findet man einen vorwiegend
aus Metalloxyden bestehenden Ascheanteil von 1,3 °/o.
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Unter sonst gleichen Bedingungen findet man bei Verwendung einer 5-
bis ioo/pigen salpetersauren Maische im Endprodukt einen Aschegehalt von o,2 °/o,