DE1454801B2

DE1454801B2 - Verfahren zum entfernen von fluessigkeit aus elastomeren

Info

Publication number: DE1454801B2
Application number: DE19621454801
Authority: DE
Priority date: 1961-02-17
Filing date: 1962-01-24
Publication date: 1972-09-07
Also published as: DE1454801A1; GB965183A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum weitgehenden Entfernen von Flüssigkeit aus Elastomeren auf der Grundlage von natürlichem und synthetischem Kautschuk, bei dem das Material zunächst unter gleichzeitiger Erwärmung einer kontinuierlichen Druckerhöhung und anschließend einer völligen Durckentlastung ausgesetzt wird.

Die Polymerisation einer Reihe von Kunststoffen, z. B. von Copolymere aus Butadien und Styrol, wird in einer Emulsion des Rohmaterials in Wasser durchgeführt. Nach Beendigung der Polymerisation wird das nicht umgesetzte Butadien und Styrol aus der Emulsion in Wasser abgezogen, anschließend daran wird eine Säure oder ein saures Salz zu der Emulsion zum Koagulieren des enthaltenen Kautschuks zugegeben. Es bildet sich dann ein krümeliges Endprodukt.

Aus dem nach diesem oder anderen Verfahren gewonnenen krümeligen Endprodukt muß das Wasser möglichst weitgehend entfernt werden.

Es sind Verfahren zum Entfernen des freien Wassers aus derartigen Elastomeren bekannt, die mit Trommclfiltern oder Gummiwalzen unter Vakuum arbeiten. Dabei ist jedoch eine Entwässerung nur auf etwa 25 bis 55 % Wassergehalt zu erreichen. Daher wird bei dem bekannten Verfahren im Anschluß an diese Vorentwässerung das Material weiter zerkleinert und in 1 leißlufttrocknern getrocknet. Die dabei zur Erzielung einer einigermaßen brauchbaren Wirtschaftlichkeit notwendigen Temperaturen von über 90" C wirken sich ungünstig auf die Qualität der Elastomere aus, außerdem sind die Investitions-, Betriebs- und Reparaturkosten derartiger Anlagen sehr hoch.

Um die Trocknungszeit und damit die Zeit zu verkürzen, für welche die Elastomere den hohen Temperaturen ausgesetzt sind, ist es bekannt, mit Schnecken arbeitende Knetvorrichtungen zu verwenden, in denen das Material entsprechend erwärmt und mit seiner Oberfläche freigelegt wird» so daß das Wasser verdampfen kann, wobei durch das Kneten ständig neue Oberflächen nach außen gebracht werden und die Verdampfung durch die ganze Masse

ίο erreicht wird.

Aus der USA.-Patentschrift 2 615 199 ist ferner eine Entwässerungsvorrichtung bekannt, welche mit einem Schneckenteil mit sich ändernder Steigung zur Erzielung einer Druckerhöhung versehen ist. Diese Schnecke mit sich ändernder Steigung geht in eine Gegenschnecke mit sehr geringer Steigung über, so daß das Material unter gleichzeitiger Druckerhöhung und Erwärmung durch Heizeinrichtungen bis zu einer Druckspitze an der Verbindungsstelle zwischen den beiden gegenläufigen Schnecken verdichtet wird und dann unter gleichzeitiger Weiterbeheizung über die Gegenschnecke unter Druckentlastung in einen Entspannungsraum gelangt. Durch diese Anordnung soll Flüssigkeit in der Zone höchsten Druckes ausgequetscht werden, wobei durch die Bearbeitung mit den gegenläufigen Schnecken das Material besonders stark durchgeknetet wird. Auch bei diesem bekannten Verfahren muß zur Erzielung einer Entwässerung durch den ganzen Querschnitt eine sehr intensive, energie- und zeitaufwendige Durchknetung unter sehr hohem Druck erfolgen. Nach dieser Vorentwässerung durch Pressen und Kneten wird das Material auf atmosphärischen Druck gebracht und dabei weiter Wärme zugeleitet, so daß das Restwasser verdampft.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem mit möglichst geringer Belastung des zu entwässernden Materials durch mechanische Durcharbeitung und Erwärmung eine möglichst weitgehende Entwässerung in kürzester Zeit erreichbar ist.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß während der Druckerhöhung die Materialtemperatur unterhalb der Verdampfungstemperatur der zu verdampfenden Flüssigkeit bei dem herrschenden Druck gehalten wird und die Druckentlastung vom Punkt höchsten Druckes schlagartig erfolgt, wobei der Druck und die Temperatur bis zu einem Wert geführt werden, daß die Wärme in dem Material-Flüssigkeit-System ausreicht, um bei der Druckentlastung im wesentlichen die gesamte Flüssigkeit zu verdampfen.

Durch diese Verfahrensweise wird dem Material so viel Wärme zugeführt, wie benötigt wird, um die gewünschte Wassermenge zu verdampfen. Dabei wird aber durch eine entsprechende Druckerhöhung die Auswirkung dieser Wärme zunächst verhindert, bis die gesamte benötigte Wärme zugeführt ist. Bei der dann folgenden schlagartigen Druck-Entlastung verdampft daher schlagartig das gesamte Wasser, wobei durch die explosionsartige Verdampfung auch die im Inneren eingeschlossenen Wassermengen sich einen Weg durch das Material an die Oberfläche bahnen und so eine Entwässerung durch die gesamte Masse ohne langwieriges Durchkneten und Erwärmen möglich ist.

Es wurde gefunden, daß durch Halten des Wasser-

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gehaltes des Elastomers im flüssigen Zustand während aufweist, der nur einen kleinen Anteil von 1 V« beder Bewegung des Elastomers durch die Vorrichtung trägt. Anschließend wird das Elastomere auf einem ein Wärmeübertragungskoeffizient in dieser Vorrich- Transportband 25 od. dgl. entfernt. . , _: >
tung erzielt werden kann, der das Zwei- bis Dreifache _: Im folgenden wird die Trocknungseinheit 23 bedes Wertes beträgt, der normalerweise in mechani- S schrieben. _: : ■ !.··..
sehen Einheiten zum Trocknen von Elastomeren Diese weist einen Vorratsbehälter 24 auf, der mit auftritt, die relativ geringe spezifische Wärme be- einer Eintrittsöffnung 64 in Verbindung steht. Vorsitzen, entwässertes Material wird: mittels einer Zufuhr-

Durch Halten des Wassergehaltes des Elastomers schnecke 65 auf einer Welle 66 in einem Zylinder 67 im flüssigen Zustand während der Temperaturerhö- io geführt. Die Welle wird durch einen Motor (nicht hung wird weiterhin die Möglichkeit stark verringert, gezeigt) über ein entsprechendes Getriebe 68 in Dredaß ein Überhitzen des Elastomers entweder an der hung versetzt. Die Welle der Trocknungseinheit 23 Wandung des Gehäuses oder auf der Oberfläche der trägt mehrere Sohneckenabschnitte 69, 70, 71, 72, 73 Schnecken und Wellen der Vorrichtung eintritt. usw. Zwischen jedem Schrieckenabschnitt sind radial Durch Halten des Wassers im flüssigen Zustand und 15 nach innen verlaufende Bolzen 77 angeordnet Der Erhöhen der Temperatur des Wassers und des EIa- Zylinder 67 ist vorzugsweise mit Dampf kammern 78 stomers auf die Abgabetemperatur ist weiterhin die (Fig. 3) versehen. An dem linken Ende des Zylinders Zeitspanne, während der das Elastomers bei dieser ist ein Abgabemechanismus vorgesehen, der im we-Temperatur gehalten wird, außerordentlich kurz. sentlichen eine Standmatrize 79 mit Abgabeöffnun-Wenn man, wie dies bei anderen mechanischen 20 g_en 80 (F i g. 2 A, 4 und 5) besitzt.
Vorrichtungen zum Trocknen von Kautschuk der Wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich, ist die Fall ist, die Feuchtigkeit aus dem Elastomers heraus- Standmatrize 79 mit Bohrungen versehen, die Schulverdampfen läßt, während das Elastomers durch die tern 81 α und 816 aufweisen, die zur Halterung Vorrichtung geführt wird, tritt ein fortgesetztes Er- emes Matrizeneinsatzes 82 dienen. Hierdurch könwärmen des Elastomers ein, so daß die Zeitspanne, 25 nen Matrizeneinsätze verschiedener öffnungsdurchwährend der das Elastomers bei erhöhten Tempe- messer und Formen ausgewechselt werden,
raturen gehalten wird, beträchtlich ist und somit ein Bei dem Betrieb dieser Vorrichtung fließt das vorschädlicher Einfluß auf das Elastomers ausgeübt entwässerte Elastomere kontinuierlich in den Bewird. · hälter 24, durch die öffnung 64 und sodann in die

Vorzugsweise wird während der Druckerhöhung 3° Zuführungsschnecke 65 ein. Das Elastomer wird in in das Material in geringen Mengen Luft, Wasser- dieser Zuführungsschnecke geringfügig verdichtet dampf, überhitzter Dampf oder ein inertes Gas ein- und über das erste Bolzengebiet in die verdichtenden geführt, um den erforderlichen Druck und die erfor- Schneckenabschnitte 69, 70 usw. eingeführt. Die derliche Temperatur für den gewünschten Verdamp- Steigung des ersten Verdichtungsschneckenabschnitts fungsgrad in der vorstehend geschilderten Weise zu 35 69 ist vorzugsweise kleiner als die Steigung der Zubeeinflussen. Dabei wird der Druck- und Tempera- führungsschnecke 65. Der erste Schneckenabschnitt turanstieg des Materials zweckmäßig in Abhängigkeit 69 drückt weiterhin das Elastomer dadurch zusamvon der Temperatur des Materials unmittelbar vor men, daß letzteres über das zweite Bolzengebiet in der Druckentlastung gesteuert. den Verdichtungsschneckenabschnitt 70 eingedrückt

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer 40 wird. Dieser verdichtet das Elastomer wiederum da-

zur Durchführung des Verfahrens besonders geeig- durch, daß letzteres über das nächste Bolzengebiet in

neten, in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung den Verdichtungsschneckenabschnitt 71 mit verrin-

näher erläutert. gerter Steigung eingedrückt wird. Während dieses

Es zeigt Arbeitsganges wird das Elastomer den erwärmten

Fig. 1 eine Seitenansicht einer kombinierten Ent- 45 Wänden des Gehäuses der Vorrichtung ausgesetzt,

wässerungs- und Trocknungsanordnung, Für die meisten Elastomere ist es bevorzugt, daß man

F i g. 2 einen Längsschnitt durch das zufuhrseitige den Dampfmantel des Gehäuses mit Dampf von

Ende der Trocknungseinheit der Fig. 1 in vergrö- 14 bis 17,5 kg/cm² beheizt. Für bestimmte Elasto-

ßertem Maßstab, mere kommt gegebenenfalls ein geringer oder höhe-

F i g. 2 A einen Längsschnitt durch das abgabe- 50 rer Druck in Anwendung. Das Elastomer wird nicht seitige Ende der Trocknungseinheit der Fig. 1. Die nur mittels des Dampfmantels erwärmt, sondern Linie B-B der Fig. 2 und 2A zeigen die Trenn- ebenfalls durch die Drehung der Verdichtungsschnekebene, längs der die zwei Teile der Fig. 2 und 2A ken durch die Elastomermasse. Die Vorrichtung wird zusammengesetzt werden können, um so die voll- so betrieben und die Steigung der Verdichtungsständige Trocknungseinheit zu ergeben, 55 schnecken mit den Bolzen so angeordnet, daß der me-

F i g. 3 und 4 Schnitte längs der Linien 7-7 und chanische Druck, der auf das Elastomer ausgeübt

8-8 der Fig. 2 A, wird, immer größer als der Dampfdruck des in dem

F i g. 5 einen Teilschnitt längs der Linie 9-9 der Elastomer enthaltenen Wassers ist, so daß das Wasser

F i g. 4 in etwas vergrößertem Maßstab. in flüssiger Form gehalten wird und bei Temperatur-

Das zu trocknende Gut wird in einer Entwässe- 60 erhöhung des Elastomers über den Siedepunkt des

rungseinrichtung 22 bis zu einem Wassergehalt von Wassers kein merklicher Austritt des Wassers als

5 bis 20 Gewichtsprozent vorentwässert. Wenn die Wasserdampf während der Verdichtung in der Vor-

Trocknungseinheit 23 der Anordnung nach F i g. 1 richtung eintritt.

zum Trocknen des entwässerten Elastomeren ange- Eine Sicherheitsmaßnahme enthält der Zuführabwandt werden soll, wird das Elastomere nach Ab- 65 schnitt der Vorrichtung unmittelbar unter der Zugabe aus der Einheit 22 in einen Vorratsbehälter 24 führungsöffnung 64, wie in F i g. 2 gezeigt, in Form geführt. Aus der Einheit 23 tritt das Produkt in ge- eines perforierten Abschnittes 83. Wenn der Feuchtrockneter Form aus, wobei es einen Wassergehalt tigkeitsgehalt des kontinuierlich, der Trocknungsu>r-

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richtung zugeführten Elastomers aus irgendeinem Vorrichtung abgegebenen Elastomeren · zu verGrunde größer als etwa 20 % ist, neigen die ersten großem. Es kann sogar vorteilhaft sein, eine be-Verdichtungsschneckenabschnitte dazu, aus .dem zu stimmte Dampfmenge oder überhitzten Wasserdampf verdichtenden Elastomer Wasser in Freiheit zu in die Vorrichtung einzuführen, um so die gesamte setzen. Dieses Wasser kann sodann in entgegenge- 5 in das verarbeitete Elastomer eingeführte Wärmesetzter Richtung zu dem Elastomer fließen und aus menge zu erhöhen. Um die Einführung des Gases der Trocknüngsvorrichtung durch den perforierten oder der Dämpfe in die Vorrichtung zu erzielen, ist Abschnitt 83 abgegeben werden. ein Ventil 90, wie dies in F i g. 2 A gezeigt ist, durch Das Elastomer wird durch die Trocknungsvorrich- die Wandung des Zylinders 67 an Stelle eines der tung mittels der Verdichtungsschneckenabschnitte so io Bolzen 77 eingeführt. Der Ventilschaft und der Vengeführt, daß die Temperatur des Elastomers und des tilsitz sind so entworfen, daß das Verschließen des darin enthaltenen Wassers konstant vergrößert wird. Veniiles ein Eindringen des Materials in das Ventil Gleichzeitig wird der auf das Elastomer beaufschlagte verhindert.

mechanische Druck vergrößert und somit über dem Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Dampfdruck des in dem Elastomer enthaltenen Was- 15 verschiedene Arten synthetischer Kautschuke, natürsers bei den zunehmenden Temperaturen während licher Kautschuke, rückgewonnener Kautschuke und des Durchtritts durch die Vorrichtung gehalten. verschiedener, nicht starre Elastomerencopolymere Die relativ hohe Umdrehungsgeschwindigkeit der getrocknet werden. Beispielsweise wurde ein synthe-Schneckengänge ermöglicht nicht nur ein schnelles tischer Kautschuk in einer Menge von etwa Erwärmen des Elastomers, sondern auch ein kräftiges 20 2270 kg/h unter Anwenden von 265 PS verarbeitet, Durchkneten des Elastomers während des Durchtritts wobei die Temperatur des Kautschuks bei der Abdurch die Vorrichtung. Durch die Anordnung zahl- gäbe aus der Vorrichtung 130° C betrug. Bei dem reicher Bolzen 77 wird das Elastomer daran gehin- momentanen Verdampfen des Wassers aus dem dert, sich mit der Welle zu drehen, wodurch weiter- Polymeren und dem schnellen Abkühlen des PoIyhjn die relative Bewegung des Elastomers bezüglich 25 mcren nach dem Verlassen der Matrizenölinungen der verschiedenen Verdichtungsschneckenabschnitte der Vorrichtung betrug die Temperatur des PoIyvergrößert und somit der Wirkungsgrad der Wärme- meren 104° bis 110⁰C. Mechanische Trocknungsübertragung verbessert wird. vorrichtungen etwa des gleichen Volumengehaltes Durch die geschilderte Verfahrensweise wird die wie die zur Durchführung des erfindungsgcmäßen Temperatur des Elastomers und des darin enthalte- 3" Verfahrens benutzte können bei dem Trocknen eines nen Wassers auf einen Maximalwert unmittelbar vor ähnlichen synthetischen Kautschuks 1225 kg/h bei der Matrize 79 gebracht. Das Elastomer mit seinem einer Energiezuführung von 350 PS trocknen. Die Wassergehalt tritt sodann durch die MatrizenöfTnun- Temperatur des die vorbekannten Vorrichtungen gen 80 in einem Zustand aus, bei dem die Temperatur verlassenden Kautschuks beträgt 177° bis 205° C, des enthaltenen Wassers wesentlich über dem Siede- 35 und es gibt hierbei keinerlei Möglichkeit, den Kaupunkt des Wassers Hegt, der beaufschlagte Druck tschuk durch Verdampfen von Wasser zu kühlen, jedoch so hoch ist, daß das Wasser immer noch Somit müssen bei diesen vorbekannten Vorrichtunftüssig ist. Bei dem Austritt aus den Matrizenöffnun- gen kostspielige Anordnungen zum Abkühlen dieses gen 80 in die unter Normaldruck oder Unterdruck Kautschuks vor der Verpackung herangezogen wergehaltene Atmosphäre verdampft bei den erhöhten 40 den, damit eine Zersetzung des Polymeren verhindert Temperaturen das Wasser sofort und tritt aus dem wird.

Elastomer aus. Bei dieser schlagartigen Umwandlung Auf Grund des mit dem erfindungsgemäßen Verdes flüssigen Wassers in Dampf erfolgt ein momer.· fahren erreichbaren hohen Wärmeübertragungstanes Abkühlen des Elastomers, da das Elastomer koeffizientcn ergibt sich eine leichte Möglichkeit, die die latente Wärme an das verdampfende Wasser ab- 45 Temperatur des Produktes zu steuern. Es wurde bei gibt. Weiterhin führt der Austritt des Wasserdampfes der Verarbeitung verschiedener Elastomere gefunden, aus dem Elastomer zu einem Ausdehnen und Aus- daß 20 bis 35 °/o der Wärmemenge, die zum Erhöhen bilden einer porösen Struktur, wodurch sich ein der Temperatur des Elastomers sowie des enthaltefortgesetztes Verdampfen des Wassers so lange nen Wassers auf die geeigneten Temperaturen für ergibt, bis der Feuchtigkeitsgehalt des Elastomers 5° das Verdampfen desselben benötigt wird, durch den nahezu vollständig entfernt worden ist. Dampfmantel eingeführt werden. Es besteht nun die Bei dem Austritt aus den Öffnungen 80 in der Möglichkeit, zur Steuerung der Temperatur des Standmatrize 79 wird das Elastomer mittels der Elastomers ein Thermoelement 105 in die Stand-Schneidcelemcnte 84 (Fig. 4) in Stückchen mit Ab- matrize 79 (Fig. 4) der Vorrichtung einzuführen, messungen von 0,25 bis 3,18 mm Stärke zerschnit- 55 Da der Dampfmantel der Vorrichtung sich nicht in ten. Die Abmessungen dieser Stückchen werden enger Wärmeübertragung mit dieser Standmatrize natürlich letztlich durch die Anzahl der in Anwen- befindet, gibt diese die Temperatur des Elastomers dung kommenden Schncideelcmente und/oder deren · an. Mittels einer Steuervorrichtung 106, die in Umdrehungszahl sowie durch die Anzahl der Ma- F i g. 4 lediglich schematisch dargestellt ist, steuert trizenöffnungen bestimmt. Die Zerteilung des strang- 60 die Temperatur des Elastomers, wie sie durch das gepreßten Materials in sehr kleine Stückchen begün- Thermoelement festgestellt wird, die Dampfzufühstigt den sofortigen und momentanen Austritt des rung zu dem Dampfmantel der Vorrichtung. Wenn Wasserdampfes aus dem Material. somit die Temperatur dazu neigt, über einen bein bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, stimmten Wert anzusteigen, wird automatisch der eine geringe Menge Luft, Wasserdampf, inertes Gas 65 Dampfdruck in dem Dampfmantel verringert. Wenn I oder überhitzten Dampf in die Trocknungsvorrich- die Temperatur andererseits zu einem Abfallen unter tunj; einzupumpen, um so die Porosiliil des aus der diesem Wert neigt, wird der Dampfdruck erhöht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum weitgehenden Entfernen von Flüssigkeit aus Elastomeren auf der Grundlage von natürlichem und synthetischem Kautschuk, bei dem das Material zunächst unter gleichzeitiger Erwärmung einer kontinuierlichen Druckerhöhung und anschließend einer völligen Druckentlastung ausgesetzt wird, dadurchgekennzeichnet, daß während der Druckerhöhung die Materialtemperatur unterhalb der Verdampfungstemperatur der zu verdampfenden Flüssigkeit bei dem herrschenden Druck gehalten wird und die Druckentlastung vom Punkt höchsten Druckes schlagartig erfolgt, wobei der Druck und die Temperatur bis zu einem Wert geführt werden, daß die Wärme in dem Material-Flüssigkeits-System ausreicht, um bei der Druckentlastung im wesentlichen die gesamte Flüssigkeit zu verdampfen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Druckerhöhung in das Material in geringen Mengen Luft, Wasserdampf, überhitzter Dampf oder ein inertes Gas eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck- und Temperaturanstieg des Materials in Abhängigkeit von der Temperatur des Materials unmittelbar vor der Druckentlastung gesteuert wird.