BG106036A - Ускоряване фазовото разделяне на течните фази, които съдържат полимери - Google Patents

Abstract

Изобретението се отнася до ускоряване разделянетона течните фази, съдържащи полимери, чрез използване на разклонени вместо линейни разтворители.

Description

Смесени полимери могат да бъдат разделени чрез течно-течно фазово разделяне [1]. Поради това, полимерите присъстват във всички фази, но селективно разделени. Течни фази с незначително полимерно съдържание имат висок вискозитет. Полимерите са технически или биологически получени макромолекули с молекулно тегло 1000 или повече Далтона. Полимерите от различен вид са химически или структурно различни полимери, такива като HDPE, LDPE, РР или PVC.

За рентабилността на такива термични процеси на разделяне, решаващи са времената на утаяване при етапите на разделяне, тъй като по този начин са определени добивите за единица обем и време. Освен това, дългото време на престояване спомага за извършването на реакции на разпадане.

Течните системи с две или повече фази включват постоянна фаза (КР) и една или повече непостоянни фази (DP) в диспергирано състояние. Литературата [2] подразделя коалесценция и утаяване на непостоянната фаза на няколко етапа:

- коалесценция на единични капки за образуване на по-големи капки

- издигане или спускане на по-големи капки, контролирано от плътността

- обединяване на по-големи капки с образувана вече фаза.

При всички тези процеси, особено покачването или, съответно, установяването на скоростите на единичните капки е важно. Сравнително просто математическо моделиране се получава, когато капките се разглеждат като твърди сфери в постоянната фаза.

Моделирането на движението на сферично оформените твърди частици в постоянната фаза се прави съгласно Clift R. et al. [3] и Brauer [2] чрез използване уравнението на движение. Уравнението на ···· • · · · • 99 ·· *· •9 •· •· «

·· движение (уравнение 1) представлява*гюнятие *за стационарна скорост на падане на сферично оформени частици.

pF — pF χτ

уравн. (1)

При което, w_p представлява установяване или покачване скоростта

на частиците, съответно р_р и рр, съответно, плътността на непостоянната фаза (индекс Р) и постоянната фаза (индекс F), g ускоряването вследствие гравитация, d_p диаметърът на частиците и ξ лекарствения коефициент.

Уравнение 1 е като цяло общовалидно за твърди или течни високо вискозни частици. Специалните черти на фазово граничната повърхност описани чрез лекарствения коефициент, за който е валидно следното взаимоотношение:

ξ ас _1_ Re уравн. (2) където

уравн. (3)

В уравнение 3, vp представлява кинетичния вискозитет на постоянната фаза и Аг Архимедовото число. Въвеждането на Архимедовото число, което е без измерение, е от полза, тъй като по този начин установената скорост w_p на частиците в уравнение 1 може да бъде представена в явна форма. Тя е:

рр v} уравн. (4)

Уравнение (4) учи, че само вискозитета на постоянната фаза, диаметърът на частиците на непостоянната фаза и разликата в плътността между постоянната и непостоянната фаза са важни за разделянето. Кратките периоди на престояване са изгодни за съхраняване на операцията и сумите на вложение и да се подтиснат химични реакции.

· ♦ ;····♦

Съгласно литературата, времето lib*фазовото«разд^ляке.Може да се подобри, в частност, чрез намаляване на вискозитета на постоянната фаза. Известните от литературата възможности са увеличаване на температурата или промяна на природата на разтворителя, който образува постоянната фаза заедно с полимера, двете мерки с цел намаляване вискозитета на постоянната фаза. Споменатите мерки не водят до целта на разделяне на смесен полимер чрез течно-течно фазово разделяне, тъй като

- температурата не променя само вискозитета, но вследствие термодинамиката, в частност, чистотата/добива на полимерите, които трябва да бъдат разделени. Поради това, подобрение на времето на разделяне трябва да се изплати с влошаване на селективността;

- променяйки природата на разтворителя се променя термодинамиката до степен, че температурите на разделяне се изместват или в граници, които не са икономични, или фазата на разделяне не съществува повече в границата на температурите, които могат да бъдат технически достигнати.

Настоящият патент решава този проблем по елегантен и нов начин. Като пример, се има предвид термичното разделяне на полиолефинови смеси като полимери от различен вид, с n-алкани с пет до седем въглеродни атоми в молекулата като разтворител. Патентът е приложим към всички други методи за разделяне, които включват разделянето на полимерни смеси чрез образуване на течни фази.

Методът, описан в [1] разделя полиолефините и при това се образуват две течни фази в n-хексан при 180°С, където горната течна фаза при определени условия съдържа полиетилен от синтез при високо налягане (LDPE), а долната фаза полиетилен от синтез при ниско налягане (HDPE). Вследствие количеството в диспергираната система, ниско вискозната горна фаза е постоянна фаза (КР), а високо вискозната долна фаза е непостоянна фаза (DP). Ниската вискозност на горната фаза, обаче, не води до технически приемливи времена на • * ·%;···· разделяне, така че гореспоменатите ’й£Д06*гатъци (цени,'р^аклци) стават ефективни.

Експериментали серии, обаче, са показали неочаквано, че използването на разклонени разтворители със същия брой въглеродни атоми променя значително и изгодно времената на разделяне. Поради това, вискозността на постоянната фаза (КР) е почти еднаква за неразклонения и разклонения разтворител, така че ефектът не може да бъде обяснен в този момент.

Разклонените разтворители са такива алифатни вещества, при които поне един въглероден атом има повече от два въглерода като съседни и които могат също да носят функционални групи заедно с други С и Н атоми.

За илюстриране на протокола съгласно патента, разклоненият разтворител 2,3-диметилбутан ще бъде сравнен с неразклонения разтворител п-хексан.

Пример 1

Две експериментални серии се извършват с цел разделяне на полиетилен-полипропиленова смес. Като полиолефини, HDPE (полиетилен с висока плътност), LDPE (полиетилен с ниска плътност) и полипропилен РР се доставят в съотношение 15/43/42, където общото съдържание на полиолефин в разтвора е 20 тегловни %.

При първата експериментална серия V I n-хексан се използва като разтворител, за втората експериментална серия V 2 2,3диметилбутан. Наблюдават се времената на фазата на разделяне, както и вискозитетите на разтвора. Те са представени в таблица 1. Вижда се, че периодите от 300 min не могат да се реализират с неразклонен разтворител или само по труден начин.

Чистотата на различните полимери е практически идентична в двете фази в двете серии, тъй като естеството на разтворителя не се е променило (в двата случая, има се предвид хексан).

Значително по-кратките времена· · на .ЬавделянеД обаче, при • · · · · експерименталната серия V 2, използвайки разклонения разтворител, са изненадващи. Въпреки че вискозитетът на КР и разликата в плътността pp-pF не се променя значително в двете серии, изненадващо бе определено, че системата с разклонения разтворител е разделена побързо чрез фактор 150, отколкото системата с n-алкан като разтворител.

Експериментална серия	Разтворител	^^Хран. пол. [тегловни %]	Температура на системата	Време на разделяне на фазите [min]	Вискозитет на горната фазаКР	Вискозитет на долната фазаОР
ν_ι	n-хексан	20	180	300	Нисък	висок
V_2	2,3диметилбутан	20	180	2	Нисък	нисък

Таблица 1: Експериментални серии за разделяне на полиолефин с разклонен (експериментална серия V 2) и неразклонен разтворител (експериментална серия VI)

Съгласно литературата, тези намалени времена на разделяне водят до по-малки съдове за разделяне и поради това до намаляване стойността на изследването и времето на престой при необходимите високи температури.

Този патент може да бъде приложен към всички разделяния на течните фази, които съдържат полимери и разтворители, на които съществуват разклонени и неразклонени представители.

Цитирана литература [1] Patent application 199 05 029.5, serial number 102 261 109 (1999) [2] Brauer, H.: Grundlagen der Einphasen-und

Mehrphasenstromungen; Verlag Sauerlander, Aarau, 1971 [3] Clift,R.; Grace,J.R.; Weber,M.E..Bubbles, Drops and Particles Academic Press, New York, 1978

Claims (4)

1.Метод за усилване на фазовите разделяния на течните фази, съдържащи полимери от разклонени чисти разтворители или смеси на разклонени разтворители, характеризиращ се с това, че

а) всички течни фази, за предпочитане две до четири течни фази, особено предпочитано две течни фази, съдържат полимери от различен вид;

б) разтворителят или сместа на разтворителя, където са разтворени полимери от различен вид, са разклонени;

в) фазите са разделени след утаяване, при което течните фази съдържат разтворени полимери от различен вид в различни концентрации;

г) времето на утаяване на фазите в разклонен разтворител или смес на разтворител е по-кратко, отколкото това на неразклонения разтворител или смес на разтворител.

2.Метод от патентна претенция 1, характеризиращ се с това, че полимерите от различен вид са смеси от полиолефини и споменатият разтворител е разклонен алкан с брой на въглерода между 4 и 16, за предпочитане между 4 и 10, особено предпочитано от 6 до 8.

3.Метод от патентна претенция 2, характеризиращ се с това, че споменатият разтворител е диметилбутан или метилпентан.

4.Метод от която и да е патентна претенция от 1 до 3, характеризиращ се с това, че доставените полиолефини произлизат от отпадъци за рециклиране.