DE1604776A1

DE1604776A1 - Verfahren zum Trocknen von Nylonteilchen

Info

Publication number: DE1604776A1
Application number: DE19651604776
Authority: DE
Inventors: Snider Orvill Edward; Apostle Basil George; Wiesner Albert Henderson; Le Noir Fred White
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1964-10-01
Filing date: 1965-09-28
Publication date: 1971-01-14
Also published as: GB1110277A; US3266165A; FR1457733A

Description

Vorfahren zum Trocknen von Nylonteilchen Die Erfindung betrifft die Entfernung von Wasser von festen Nylon-6-teilchen, d.h. dem Polyamid, das im wesentlichen aus wiederkehrenden #-Caproamidgruppen in einer Kette zolcher Länge, daß das Polymerisat zu Fäden aus orientierten Molekülen verformt werden kann, besteht, durch Verdampfen.
Bei der Herstellung tester Materialien ist es häufig ertorderlich, Flüssigkeiten, @e Lösungamittel oder Waschmittel, zu entfernen, bevor das feste Material weiter verarbeitet wird. So muß bei der herstellung von Nylon-6 nach dem üblichen Waschen mit Wasser Wasser abgetennt werden.
Eine der bisher dattlr angewandten Methodca bestand in der Anwendung eines Vakuums. Dafür ist jedoch eine verhältnismäßig kostspielige Anlage erforderlich und eine Vakuumtrocknung kann schwer kontinuierlich und mit hoher Produktionsgeschwindigkeit durchgeführt werden.
Es ist auch schon bekannt, das Polymerisat in einem Turm, in dem as sich im Gegenstrom zu aufsteigenden Trockengasen nach unten bewegt, zu trocknen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 112 118 beschrieben.
Die bisher bekannten kontinuierlichen Trockmmgsverfahren für Mylon-6 weisen bei ihrer A@wendung in technischem Maßstab eine Ansahl von Nachteilen auf. Einer dieser Nachteile ergibt sich aus der Tatsache, daß das Polymerisat in der Trocknungspparatur beträchtlich gemischt wird, d.h. als Produkt ein Gemisch von getrockneten Ausg@@ge@aterialien, die zu versehied@@en Zeitpunkten eingeführt wurden, erhalten wird. Wenn also in der Anlage eine Art Polymerisat und danach eine andere getrocknet werden soll, so muß zunächst das erste Polymerisat entfernt werden, bevor das zweite eingefüllt wird, um ein Vermischen beider Polymerisate zu vermeiden. Das Leeran und erneute Füllan der Anlage badeutet aber, daß die Produktion längere Zeit stilliegt.
Bb Nachteil, der sich aus dem Vennisohen von Polyierisaten in den bekannten Anlagen ergibt, besteht darin, daß die einzelnen Teilchen aus den Polymerisaten verschiedene Verweilzeiten in der Anlage haben, bevor sie wieder aus dieser austreten. Eine lange Verweilzeit bei den vorzugsweise für hohe Produktionsgeschwindigkeiten angewandten erhöhten Temperaturen kann zu einer weiteran Polymerisation in den Teilchen führen, so daß das Molekulargewicht und damit die Schmelzviskosität des in diesen Teilchen enthaltenen Polymerisats zunehmen. Bei kurzer Verweilzeit können dagegen die einzelnen Teilchen einen unerwünscht hohen Feuchtigkeitsgehalt behalten, was wiederum beti Schmelzspinnen zu eine Absinken von Molekulargewicht und Schmelzviskosität des in diesen Tei « enthaltenen Polymerisats führen kann.
Derartige Schwankungen der Viskosität sind außerordentlich unerwünscht, da sie die Regelung des Spinnens in der Weis, daß ein Produkt mit der erforderlichen Gleichäßigkeit eztalten wird, erschwert. Auch werden beim Verspinnen von Polymerisaten mit derartigen Viskositätsschwankungen Fäden erhalten, die, wenn sie unter Spannung stehen, leicht reißen und auch in ihren übrigen Eigenschaften, wie der Einfärbbarkeit, nicht die gewünschte Gleichmäßigkeit aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung getrockneter Nylon-6-Teilchen mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten.
Gegenstand der Erfindung ist ein Vorfahren zum Trocknen von Nylon-6-Teilchen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man feuchte, 5-20 Gew.-% Wasser enthaltende Nylon-6-Teilchen, wie sie beispielsweise durch Zentrifugieren einer Aufschlämmung des Polymerisats erhalten werden, kontinuierlich nach unten auf die Deckschicht eines zylindrischen körpers aus Nylon-6-Teilchen in einer Trocknungszone führt, den zylindrischen Körper aus den Teilchen kontinuierlich mit einer aeschwindigkeit von nicht mehr als 914 oo/h durch die Zone nach unten sinken läßt, wobei er in der Form einer kompakten zylindrischen Nasse von konstante Durchmesser mit eine Verhältnis von Böhe zu Durchmesser von 5:1 bis 20:1 gehalten wird und diese masse @@ Boden des Turms in einem kegelstumpfförmigen Austrittsabschnitt, dessen Seiten mit einem Winkel von etwa 5-40° gegen die Vertikale nach innen und unten geneigt sind und dessen Verhäotnis von maximalem zu minimalem Durchmesser 3:1 bis 12:1 betflgt, endigt, kontinuierlich ein inertes Trockengas mit einer Temperatur von 80-180°C unter eine überatmosphärischen Druck von nicht unter 0,7 kg/cm2 beim ersten Kontakt mit den Teilchen aufwärts durch den körper strömen läßg, wobei die Zuführungsgeschwindigkeit des @asas bei 2500 bis 8750 Liter Gas Je kilogramm Teilchen, die in die Trocknungszone eingeführt werden (Trockenbasis), gehalten wird, die Teilchen zwischen einer Stunde und zwei Tegen in dieser Zone und in Kontakt mit dem Gas tilit und kontinuierlich vom Boden des kegelförmigen Abschnitts getrocknete Teilchen und von der Deckschicht des zylindrischen körpers von Nylon-6-Teilchen feuchtes Gas abzieht.
Die Teilchen sinken mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise nicht mehr als 610 csvh.
Wenn ein Polymerisat nach dem Verfahren der Erfindung getrocknet wird, so haben alle Teilchen des Polymerisats praktisch die gleiche Verweilzeit in dem Trockenturm, und außerdem wird jede Schicht des Polymerisate, die durch den Tun nach unten sinkt, von der unmittelbar folgenden Schicht gesondert gehalten. D.h. das Verfahren der Erfindung ermöglicht es, die Teilchen aus dem Polymerisat in gesonderten Schichten abwärts durch den Turm nu derart, daß die Nasse wie ein Stöpsel nach unten gleitet, ohne daß es zu einem erheblichen Rückmichen kommt.
Die Zeichnung ist eine schmmatische Veranschaulichung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung. Die Hauptelemente der Anlage sind die Gastrockner 21, das Gebläse 38 zur Verdichtung und rderung des Trockengsases, der Wärmeaustauscher 22 zur Einstellung der Temperatur des Gases und der zylindrische vertikale Turm 14 mit dem konischen Abgabeabschnitt 15. Der Tunn ist x'md um den konischen Bodenteil von der Verteilerkammer 24, durch die das Gas in den Turm eintritt und an seinem oberen Ende mit der Auffangkammer 25, Uber die Gas von der Deckschicht der Teilchen in dem Turm abgezogen wird, ausgestattet. Durch eine Beschickungsvorrichtung am oberen Ende des Turm, wie eine gasdichte Zentrifuge 12, werden kontinuierlich feuchte Polymerisatteilohen gegen den in dem Turm herrschenden überatmosphärischen Druck in diesen eingeführt. Ein Niveauregler 9, beispielsweise eine Photozelle, die eine Abgabevorrichtung 16 am Boden des Turmes steuert, dient der autcmatischen Regelung der Austrittsgeschwindigkeit der Polymerisatteilchen aus dem Turm in Abhängigkeit von Änderungen des Feststoffniveaus, so daß ein de gewünschten Verweilzeit der Teilchen in dem Turm entsprechendes Feststoffniveau eingebalten wird, aush @@@n zeit@@illg die Pastatoffzufuhrgesehwindigkeit sich ändert.
G@@äß einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens der Erfindung werden feuchte Nylon-6-teilchen, die gewöhnlich 10-18 Gew.-% Wasser enthelten un dbeispieleweise von einer wäßrigen Aufsehlämmung des Polymerisats abgetrennt sind, kontinuierlich von einer gesdichten Zemt@@@@@ 12, die bei überatmosphärischem Druck zu arbeitan und gegen einen überatmosphärischen Druck von menigstens 0,7 atü, wie er in dz Turm henicht, Feststoffteilchen auszubringen vermag, in das obere Ende des Gurmes 14 eingeführt. Das in der Zentrifuge 12 von der Aufschlämmung des Polymerisats abgetrennte Wasser wird durch Leitung 13 abgeführt. Die Teilchen gleiten mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 914 cm/h, die Uber den Niveauregler 9, der die Austrittsgeschwindigkeit der Teilchen so regelt, daß das Niveau in dz Tunn konstant gehalten wird, gesteuert wird, als eine einem kompakte Masse nach unten. Die getrockneten Tellchen werden vom Boden des konischen Abschnitts 15, durch die von dem Niveauregler 9 gesteuerte Abgabevorrichtung 16 aus dem Turm ausgebracht und in den Aufnahmebehälter 18 einer Fördervorrichtung geführt.
Praktisch sauerstofffreies Inertgas, d.h. Inertgas mit einem Gehalt von nicht mehr als 50 Teilen Je Million Sauerstoff, wird kontinuierlich durch ein Trockenmedium in dem Trockner 21 geführt, um den gewünschten Taupunkt einzustellen. Von dort ztrömt das getrocknete Gas durch ein oeblase bzw. einen Kompressor 38 und von diesem durch den Wärmeaustauscher 22, in dem seine Temperatur auf den gewünschten Wert erhöht oder gesenkt wird, Je nachdem, welche wnrmemenge es bei seiner Verdichtung in dem Gebläse 38 aufgenommen hat. Ein Teil des Hauptgases, beispielsweise etwa 5-10%, wird dann an dem Wärmeaustauscher 22 und dem Gebläse 38 vorbei über das Ventil 23 durch eine Sauerstoffabtrennvorrichtung 39 geführt und tritt 1. Ansaugende des Gebläses 38 wieder in den Haupt gasstrom ein. Durch diese maßnahme wird die Aasanolung von Sauerstoff in dem umlaufenden Gas durch Eindringen von Luft oder eine Verunreinigung mit Sauerstoff aus anderer Quelle vermieden. Das Inertgas wird durch ein Gasfilter 40 geführt, um alle Feststoffteilchen mit einer Größe über 1µ und en größten Teil der Feststoffteilchen mit einer Größe zwischen 0,1 und 1µ abzutrennen. Die Verwendung eines solchen staubfreien Gases ist wichtig, damit das Polymerisat vor dem Verspinnen durch Filteniedien geführt werden kann, ohne diese zu verstopfen.
Durch diese Behandlung werden Taupunkt, Temperatur, Druck und Sauerstoffgehalt des Inertgases auf die gewünschten Werte eingestellt. Dieses Trockengas wird dann Uber das Ventil 41 und die Verteilerkammer 24 in den Boden des Turms 14 eingeleitet. Die Verteilerkammer steht Uber eine Anzahl Öffnungen in der konischen Wand, beispielsweise vier in gleichmäßigen Abstnnden angeordneten kreisförmigen Offtugen, in offener Verbindung mit dem Turm. Du Gas steigt im Gegenstrom zu den Polymerisatteilchen aufwärts durch den Turm und wird an dessen oberem End über die Affangkammer 25 abgezogen. Gewünschtenfalls kann am oberen Ende des Turms auch ein Druckregler oder ein Ventil angeordnet sein, wie bei 8 angedeutet. Die Einstellung des Druckes kann aber gut durch das Gebläse 38 erfolgen.
Wie in der Zeichnung gezeigt, kann das verbrauchte Gas teilweise oder vollständig durch das Ventil 26 abgelassen werden. Im allgemeinen wird aber der größte Teil des verbrauchten Inertgases oder das ganze verbrauchte Inetgas mit frischem Inertgas, das durch das Ventil 20 zuströmt, vermischt und wieder durch die Trockner 21 und den Wärmeaustauscher 22 dem Turm 14 zugeführt.
Wenn eine intensive Trocknung und eine hohe Kapazität bei gegebener produktionsgeschwindigkeit erwünscht sind, so wird noch ein weiterer, dem beschriebenen im allgemeinen gleicher Turm, wie ia der Zeichnung gezeigt, oder es werden noch mehrere weitere solche Türme verwendet. Wenn, wie in der Zeichnung gezeigt, zwei Türme verwendet werden, so wird wie oben beschrieben hergestelltes sauerstofffreies Inertgas von bestimmter Temperatur und bestimmtem Taupunkt und mit einem Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 50 Teilen Je million durch das Ventil 42 über die Verteilerkaer 33 am Boden des Trockenturmes 31 in diesen eingeführt und über die Auffangkammer 34 durch das Ventil 35 als teilweise verbrauchtes Trockengas abgezogen. Der Druick dieses Gases kann gewünschtenfalls getrennt von dem das Gases in dem Turm 14 durch einen Druckregler 48 eingestellt werden.
Das teilweise verbrauchte Trockengas wird ann vorzugsweise durch eine Heizvorrichtung 36 geführt, wo es aufheizt und von wo es über die Verteilerkammer 24 in dan Turm 14 geführt und, wie oben beschrieben, mit feuchten Polymerisatteilchen in Kontakt gebracht wird. Das von der Masse des Polymerisats im Turm 14 aufsteigende Gas wird dann zusammen mit frischem Gas durch die Trockner 21, das Gebläse 38 und den Wärmeaustauscher 22 geführt, wie oben beschrieben.
Teilweise getrocknetes Polymerisat wird über das Ventil 17 von dz Turm 14 abgezogen und in das obere Ende des zweiten Trockenturms 31 geführt, wo es im Gegenstromkontakt mit dem darin aufsteigenden Trockengas naoh unten sinkt. Vom Boden des Tu:- 31 wird es dann mit einer von dem Niveauregler 49 so gesteuerten Geschwindigkeit, daß das Niveau in dem Tunn konstant gehalten wird, abgezogen und in den Behälter 19 gerührt. Bei dieser Durchführungsform des Verfahrens wirkt der Tunn 14 als Vortroclmer, und die abschließende Trocknung Wie oben erwähnt, steht das des Trockenturm 14 zugeführte Gas unter ein überatmosphärischen Druck von wenigstens 0,7 atU, d.h. ist in dem ganzen Turm bei einem Druck von wenigstens 0,7 atU. Bei den bekannten Verfahren zum Trocknen von Nylon-6 wird Atmosphärendruck oder Vakuum angewandt. Es wurde aber gefunden, daß es in dem Verfahren der Erfindung notwendig ist, das Gas uter beträchtlich überatmosphärischem Druck zu halten, um eine Trocknung mit hoher Produktionsgeschwindigkeit unter Vermeidung eines Vermischens nacheinander in den Turm gelangender Anteile an ru trocknende. Polymerisat zu erzielen. Ein Grund dafür ist vermutlich darin zu sehen, daß das verdichtete Gas bei gegebenem Volumen eine größere Wärmekapazität hat als das gleiche Gas unter niedrigerem Druck. Daher kann das verdichtete Gas durch eine verhältnismäßig hohe, enge Siule aus feuchten Feststoffteilchen in ausreichender Menge, um die fur eine rasche Trocknung der TeIlchen erforderliche Wärme zu liefern, nach oben geführt werden, ohne daß seine Geschwindigkeit so hoch sein muß, daß daß Feststoffbett expandiert oder aufgewirbelt wird und dadurch die verschiedenen Schichten vermischt werden, Wenn in dem Verfahren der Erfindung mehr als ein Trockenturm verwendet wird, wird das Trockengas zweckmäßig so lange unter Druck gehalten, wie es in der Anlage umläuft.
Das Gas kann bis zu einem geeigneten Druck verdichtet und dem letzten Turm und danach den vorangehenden Türmen zugeführt werden. Gewünschtenfalls ist es auch möglich, das Gas in dem ersten Trockenturm 14, wo die Hauptmenge des Wassers von dem Poymerisat abgetrennt wird, unter verhältnismäßig hohem überatmosphärischen Druck zu halt. DU dem zweiten Turm 31 zugeführte Gas kann dann durch den Druckregler 48 bei niedrigerem Druck als dem des dem ersten Tuim zugeführten Gases, beispielsweise bei einem Druck, der gerade das Eindringen von Luft in diesen Turm 31 verhindert, gehalten werden.
Es wurde gefunden, daß die zylindrische Masse des zu trocknenden Polymerisats einen konstanten Durchmesser und ein Verhältnis von Höhe : Durchmesser von wenigstens 5:1 haben muß, damit eine Trocknung ohne Vermischen der Schichten erzielt werden kann. Die besten Ergebnisse werden bei einem bevorzugten Verhältnis von WShe zu Durchmesser von wenigstens 5:1 erzielt. Diese Forderung ergibt sich vermutlich aus der Reibung an den Wänden und in der Masse der Polymerisatteilchen, Es wurde gefunden, daß eine Abweichung von mehr als etwa 15% von dem eine Vermischung ausschliessenden Fluß eine betrachtliche Verminderung der Qualität des Produktes lit sich bringt, wobei diese prozentuale Abweichung durch die folgende Formel definiert ist:

% Abweichung s (mu>v<.in> x 1b) zu100

ttMlttei)

worin v (max) die maximals Teilchenfortschreitungsgeschwindigkeit durch den Trum, v (mit) die minimale Teilchenfortschreitungsgeschwindigkeit durch den Turm und v(Nittel) die mittlere Fortschreitungsgeschwindigkeit der Teilchen durch den Turm ist.
Diese Teilchengeschwindigkeiten können bestimmt werden, indem man einen Anteil gefärbter feuchter Nylon-6-teilchen aut das obere Niveau einer masse von Polymerisat in einem zylindrischen Turm, der in einen kegelstumpfförmigen Austrittsabschnitt, dessen Seiten mit der Vertikalen beispielsweise einen30°-Winkel nach innen und unten einschließen, ausläuft, aufbringt und eine kontinuierliche Trocknung des in dem Turm befindlichen Polymerisats nach dem Verfahren der Erfindung durchführt. v(max) und v(min) werden berechnet, indem man die Zeit bestimmt, die von dem Zuführen der gefärbten Teilchen bis zum ersten Austreten gefärbter Teilchen von Austrittsabschnitt bzw. bis zum Austreten der letzten gefnrbten Teilchen verstreicht und diese Zeiten durch die vertikale Höhe von der Austrittsöffnung bis zum oberen Niveau der Polymerisatmasse in dem Turm dividiert. v(Mittel) ist der Mittelwert von v(max) und v(min). In Tabelle X sind Mittelwerte von Prüfungen, bei denen Nylon-6-teilchen durch kleine Kolonnen verschiedener Durchmesser geführt wurden, wobei verschiedene Verhältnisse von Höhe:Durchmesser der Kolonne gewählt wurden, zusammengestellt. Es zeigt Sich, daß Änderungen des Kolonnendurchmessers keinen wesentlichen Einfluß auf die Ergebnisse haben, während das Verhältnis Höhe:Durchmiesser bis zu einem Wert von 5:1 oder 6:1 von wesentlichem Einfluß ist. Danach sinkt der Einfluß bis zu kleinen Abweichungen ab.
Tabelle I Verhältnis Höhe:Durchmesser % Abweichung 1:1 74 2:1 46 3:1 28 4:1 17 5:1 11 6:1 6 7:1 4 8:1 2 9:1 1,5 10:1 1 Der von den Seiten des kegelstumpfförmigen Abschnitts des Turms eingeschlossene Winkel ist ebenfalls von Einfluß auf den Fluß der Polmerisatteilchen. Wenn die Seiten rioh der horizontalenzu stark nähern, erfolgt der Fluß an den Seiten des Kegels entlang zu langsan, so das das Polymerisat längs der Seiten des Turms verzögert wird, sich mit sp äter zugeführtem Polymerisat vermischt und eine unerwünscht lange Verweilzeit in dem Turm hat.
Wenn dagegen die Seiten des konischen Teils mit denen der Durchmesser eines Turmes mit üblichem Durchmesser zu dem üblichen Rohrleitungen überführt wird, zu steil sind, 80 wird der konische Austrittsteil zu lang.
Zweckmäßig beträgt der Winkel zwischen 5 und 400 von der Vertikalen naoh innen und unten und vorzugsweise etwa 30-35°, was einem Scheitelwinkel von 60-700 entspricht.
Auch der Durchmesser der Austrittsöfftung beeinflußt den Fluß der Teilchen durch den Turm. Wenn dieser Durchmesser im Verhältnis erstens zum Durchmesser des Turmes und zweitens zu dem zwischen Turm und Auslaß herrschenden Druckunterschied zu klein ist, so wird der Fluß unregelmäßig. Andererseits muß der Durchmesser aber klein genug sein, daß eine gasdichte Verbindung mit Rohrleitungen oder Fördervorrichtungen üblicher Abmessungen möglich ist. Zweckmäßig beträgt der Durchmesser der Austrittsöffnung zwischen 1/12 und 1/3 des Durchmessers des zylindrischen Turmes, d.h. das Veztältnis des Maximalen Durchmessers des kegelstumpfförmigen Bodenabschnitts an dessen oberem Ende zu dem minimalen Durchmesser an der Austrittsöffnung liegt in dem Bereich von 3:1 bis 12:1.
Der Bodenabschnitt iuß natürlich nicht genau kegelstumpfförmig sein. Beispielsweise können die Seiten statt genau gerade auch etwas konkav oder konvex sein.
Auch muß der Turm nicht einen genau kreisförmigen Querschnitt haben, sondern kann beispielsweise auch oval sein.
Als Inertgas kann in dem Verfahren der Erfindung irgendein Gas verwendet werden, das das unerwünschte Wasser zu entrernen vermag und mit dem zu trocknenden Polymerisat nicht resgiert, Vorzugsweise ist das Trockengas praktisch sauerstofffrei, damit zum Trocknen verhältnismäßig hohe Temperaturen angewandt werden können. Verwendbare Gase sind beispielsweise Stickstoff, kohlendioxyd, Helium, Wasserstoff, Argon, Methan, Kohlenmonoxyd und Gemische davon. Der Taupunkt des Oases beträgt bei seinem ersten Kontakt mit dem Poylmerisat zweckmäßig etwa -20°C oder darunter, gemessen bei normalem atmosphärischem Druck, vorzugweise etwa -35 bis -50°C.
Bin für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignetes technisches, praktisch sauerstofffreies Gas ist das entwnsserte Produkt der Verbrennung von Naturgas mit Luft, Ein solches Gas hat einen Stickstoffgehalt von 66-88%, einen Kohlendioxydgehalt von 10-30% und einen Wasserstoffgehalt von 0,1 bis 5%, Jeweils bezogen auf das Volumen.
Das Gas enthalt gewöhnlich noch weitere Inertgase, wie Kohlenmonoxyd und Argon in Mengen unter etwa 2 Volum-% des Gesamt gemisches.
Zweokillig wird das von der Deckschicht der Masse der Teilchen abgezogene verbrauchte Inertgas getrocknet und erneut aufgeheizt und durch die Anlage geführt. In diesem Fall oder wenn das Gas durch Verbrennen von Naturgas in Luft erzeugt ist, ist häufig die Anwesenheit von etwa 1 bis 5% Wasserstoff in dem Gas erwünscht. Ein solches wasserstoffhaltiges Gas oder ein Teil davon darin in einer der Entfernung von Sauerstoff dienenden Vorrichtung, wie sie in der Zeichnung mit der Bezugszahl 39 gekennzeichnet ist, über einen Katalysator geführt werden, so daß der Wasserstoff und in dem Gas anwesenden Sauerstoff unter Bildung von Wasser, das abgetrennt werden kann, miteinander reagieren. Beispiele für geeignete Katalysatoren lind Palladium, Platin oder Nickel auf einem geeigneten Träger, wie Al2O3 oder ZrO2. Alternativ oder zusätzlich können in der Vorrichtung zur Entfernung von Sauerstoff Substanzen, die Sauerstoff absorbieren, wie Legierungen von Natrium und Kalium, oder Manganoxyd, metallisches Kupfer oder ammoniakalische Lösungen von Kupfersalzen, anwesend sein.
Im allgemeinen ist es ausreichend, etwa 1 bis 10% des Inertgases durch die Vorrichtung zur Entfernung von Sauerstoff zu führen, um eine langsame Ansammlung von Sauerstoff zu verhindern bzw. eine plötzliche Erhöhung seiner Konzentration in dem Inertgas zu entdecken.
Wenn der Sauerstoffgehalt des Trockengases beträchtlich mehr als 50 Teile je Million beträgt, können häufig visuell Unterschiede der Färbungen von Nylon-6-polymerisaten erkennbar werden. Wenn das Nylon Metalle, wie Kupfer und Mangan, als Stabilisatoren enthalt, ergibt bereits ein Sauerstoffgehalt über 25 Teile Je Million visuelle Unterschiede der Färbungen, so daß in diesem Fall der Sauerstoffgehalt des Trockengases vorzugsweise höchstens 25 Teil Je Million beträgrt, wenn derartige Farbunterschiede vermieden werden sollen.
Wenn der Druck des Trockengases in dem ganzen Turm bei wenigstens etwa 0,7 atü gehalten wird, wird die Produktionskapazität betrnchtlich erhöht. Zweckmäßig liegt der Druck zwischen 0,7 und 11,3 atü. Für Drücke über 11,3 atü müssen besonders druckfeste Türme verwendet werden. Vorzugsweise liegt der Druck in dem Bereich von 1-3 atu.
Die Temperatur des eintretenden Gases, d. h. die Temperatur des Gases bei seinem ersten Kontakt mit dem Polymerisat liegt in dem Bereich von 80 - 180°C und vorzugsweise 100 - 150°C.
Bei Temperaturen unter wird die' Feuchtigkeit nicht zchnell genug aufgenommen, so daß die Verweilzeiten zu lang werden, während bei Temperaturen über 180°C das Polymerisat klebrig wird und nicht in der gewünschten Weise aus dem Tun austritt. Die bevorzugte obere Teiperaturgrenze liegt bei 150°C, zumindest, wenn ein Feuchtigkeitsgehalt des Polysierisats von 1 Gew.-% oder darunter erreicht ist, da bei Anwendung von höheren Temperaturen die Gefahr besteht, daß das trockene polymerisat in unerwünschter Weise in festem Zustand weiter polymerisiert, auch wenn durch Einhaltung eines konstanten Feststoffniveaus die Verweilzeit geregelt wird.
Wesentlich ist auoh die Menge an Gas, die Je Gewichtseinheit zu trocknendes Polymerisat zugeführt wird. Im allgemeinen sollen 2500 bis 8750 Liter Trookengas Je Kilogramm trockenes Polymerisat verwendet werden, d.h. die Gasmenge wird auf das Gewicht der wasserfreien Polymerisatteilchen bezogen. Vorzugsweise werden 3750 bis 7500 Liter Gas Je Kilogramm Polymerisat verwendet. Wenn das Gas verdichtet ist, so ist ein Volwen natürlich geringer als unter normalen Bedingungen.
Die zur Entfernung der Hauptmenge des Wassers von Teilchen, die anfangs 5-20 Gew.-% Wasser ent halten, erforderliche Mindestverweilzeit des Polymerisats in dem Trockenturm oder den Trockentürmen beträgt 1 Stunde. Zur Trocknen solcher Tellchen bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als etwa 0,1% ist im allgemeinen eine Zeit zwischen 5 und 30 Stunden erforderlich. Für Gasströmungsgeschwindigkeiton von 3750 bis 7500 Liter je Kilogramm Polymerisat und Gaseintrittstemperaturen von 100 bis 150°C kann die bevorzugte Beziehung mischen der Verweilzeit des Polymerisats und der Gastemperatur durch die folgende Gleichung definiert werden: log10 d. Verweilz. (Stdn.) = 2,912-0,0144(T#10°C) worin T die Temperatur des am Boden Jedes der Trockentürme eintretenden Gases in °C ist. Wenn die Gesamtverweilzeit des Polyserisats naoh der obigen Gleichung in Abhängigkeit von der Temperatur des in Jeden Turm eintretenden Gases gewählt wird, so können hohe Produktionsgeschwindigkeiten und ein Polymerisat hoher Qualität von geringem Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als 0,1 Gew.-% erhalten werden. Die Temperatur "T" kann, wenn mehrere Türme verwendet werden, für alle Türme die gleiche sein oder sie kann, wie durch "#10°C" in der Formel angezeigt, für die einzelnen Türme verschieden sein. In jedem der Türme wird jedoch vorzugsweise die Temperatur innerhalb eines engen Bereiches von +1 gehalten, damit bei der durch die Fortschreitungsgeschwindigkeit des Polymerisat durch den Turm vorgegebtnen Verweilzeit ein Polymerisat hoher Qualität mit dem erwünschten geringen Feuchtigkeitsgehalt erhalten wird. Wenn die Geschwindigkeit d*r Zufuhr von Polymerisat sich ändert, so kann dies durch eine Xnderung des Feststoffnivea@s in den Türmen und bzw. oder durch eine änderung der Temperatur des eintretenden Gases kompensiert werden, ohne daß das Trocknunverfahren unterbrochen werden muß. Für die Bestimmung der bevorzugten Verweilzeiten in mehreren Türmen kann, wenn die Temperatur der eintretenden Gase für die verschiedenen Türme beträchtlich verschieden ist, der Bereich für die Verweilzeit für jede Temperatur nach der obigen Formel berechnet und das Ergebnis dann durch die Anzahl der Türme dividiert erden, um die bevorzugte Verweilzeit in Jedem Turm zu errechnen.
Je hober die Temperatur des eintretenden Gases ist, desto wichtiger ist die Steuerung der Verweilzeit innerhalb der oben angegebenen Grenzen. Wenn die eintretenden Oase eine verhältnismäßig hohe Temperatur zwischen 100 und 150°C innerhalb der durch die oben angegebene Gleichung vorgegebenen Grenzen haben, so wird eine 4- bis 6-fache Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit gegenüber dem bekannten diskontinuierlichen Verfahren erzielt, ohne daß die Qualität des Polymerisats verschlechtert wird.
Dwit eine gute Teilchen- und Gaiverteilung ohne die Ausbildung von Kanälen erzielt wird, wird die mittlere Portschreitungsgeschwindigkeit der Teilchen durch den Turm zweckmäßig bei höch stens 914 cm/h und vorzugsweise bei höchstens etwa 610 cm/h gehalten. Diese Geschwindigkeiten beziehen sieh natürlich auf einen festen Punkt am Turm und sind nicht Relativgeschwindigkeiten der Teilchen mit Bezug auf das durch den Turm strNaende Trockengas. Bei Erhöhung der Fortschreitungsgeschwindigkeit der Teilchen, die deispielsweise durch messen der Durchtrittszeit einer Schicht gefärbter Teilchen durch den Turm bestimmt werden kann, nimmt die Abweichung von dem ein Vermischen ausschließendem Plul, wie oben definiert, um BetrSge zu, die sich für Je 122 cm/h etwa verdoppein. Beispielsweise wurde gefunden, daß bei einer Fortschreitungsgeschwindigkeit das Polymerisats von 244 cm/h bei gegebener "prozentualer Abweichung" durch eine Erhöhung der Fortschreitungsgeschwindigkeit auf 610 cm/h die Abweichung um etwa 1% und durch Erhöhen der Fortschreitungsgeschwindigkeit auf 731 cm/h die Abweichung um etwa 2% erhöht wurde.
Teilchengröße und -form des Polymerisats können in einem weiten Bereich variieren. Es sind Polymerisatteilchen mit Durchmessern und Längen in dem Bereich von 0,127 bis 0,508 cm verwendet worden. Wenn die Teilchen zu klein sind, so kann es zu unsrwünschter Staubbildung kommen und die Qualitätskontrolle von Textilgarnen, die aus den getrockneten Polymerisat hergestellt werden, wird schwierig, während grössere Teilchen längere Trocknungszeiten erfordern.
Vorzugsweise liegen Durchmesser und Länge der Teilchen des Polymerisats zwischen 0,203 und 0,381 cm. Die Teilchen können die Form von Prismen oder andere Formen haben und haben vorzugsweise die Form von Stäbchen, wie sie durch Zerschneiden von estrudertem spaghattiartigem Polymerisat zu kurzen Stücken erhalten werden.
Üblicherweise enthält Nlon-6 Trübungsiittel oder Zusätze zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.
In dem Verfahren der Erfindung können die Pigmente, Zusätze, Katalysatoren oder das Molekulargewicht des Nylon-6 oder eines anderen Polymerisats geändert werden, ohne daß der Betrieb unterbrochen werden ruß, da beim Fortschreiten des Polymerisats durch den Turm kein Vermischen erfolgt und zwei nscheinander in den Turm eingeführte verschiedene Polymerisate auch nacheinander aus dem Turm austreten.
So kann bes pielsweise ein in bestimmter Weise pigmentiertes Polymerisat in den Turm oder die Türme eingerisat führt werden, während ein in anderer Weise pigmentiertes Polymenoch darin getrocknet wird.
@@@ die Durchführung des Verfahrens der Erfindung genügt die Errichtung oder Verwendung einer Anlage, wo für die Durchführung der bekanntan Verfahren 4-12 getrannte Anlagen erforderlich sind.
Die in dem folgenden Beispielen verwendeten Ausdrücke bedeuten: Die "relative Ameisansäureviskosität" ist die Viskosität, die durch Bestimmen von Dichte und Ausflußzeit einer Lösung des Polymerisats in 90-iger wäßriger Ameisensäure bei 25°C und einer Konzentration von 11 g Polymerisat je 100 cm3 Lösung gemäß ASTM D-789-53T ermittelt wird.
Die "Farbzahl" mißt die Oelbheit der Pellets aus dem Polymerisat, bestimmt bei verschiedenen Wellenlängen des Lichts mit einem "Colour Eye", verglichen mit einer weißen Vitrolite Xormprobe nach einem Verfahren, das der ASTM-Methode D-1495-57T sehr ähnlich ist und in ASTM-Standard 1958, Paint & Naval Stores, Teil 8, Seite 753 beschrieben ist.
Ein Wert von 95-100 bedeutet eine ausgezeichnet weiße Farbe.
Das verwendete Gerät ist ein photoelektrisches NColour Eye", hergestellt von den Instrument Development Laboratories, Attleboro, Nassachussetts.
Die "Oberflächengeschwindigkeit" des Inertgases ist die Strecke, die das Gas in einer Sekunde in dem Trockentunn durchströmt, berechnet auf Grundlage eines leeren Turms.
Beispiel 1 Für die kontinuierliche Trocknung von Nylon-6 wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren wie sie in der Zeichnung schematisch veranschaulicht sind, verwendet: Zy@ndrische Nylon-6-teilchen von etwa 0,305 cm Durchnesser und 0,305 cm Ulnge wsrden in der Fonn einer 30%-igen wäßrigen Aufschlämmung durch Leitung 11 in die Zentrifuge 12, in der Inertgas unter höherem Druck als in dem Turm gehalten wird, gepumpt. Die verwendete Zentrifuge verm tias Polymerisat gegen einen Druck von wenigstens 2,1 atil ag auszubringen. Das Nylon-6 wird von der Zentrifuge in das obere Ende des Vortrockenturms 14 eingeführt. Der Vortrockenturm 14 hat einen Durchmesser von 183 cm und eine Höhe von 1460 cm, einschleßlich der 162 ci der ERShe des konischen Abschnittes.
Die Teilchen sinken durch ihr Eigengewicht durch den Turm 14 mit einer mittleren Geschwindigkeit von etwa 198 cm je Stunde im Gegenstrom zu aufsteigendem, aufgeheiztem, teilweise verbrauchte Gas, das von der Heizvorrichtung 36 mit einer Geschwindigkeit von 4500 1/kg Polymerisat eintritt, wobei kein Vermischen nacheinander in den Tun gelangender Polymerisatmengen erfolgt. Die Polymerisatteilchen bewirken eine ausgezeichnete Oasserteilung, so daß daß Inertgas die Masse sehr gleichförmig durchströmt. Die Verweilzeit des Polymerisats in dem Turm 14 beträgt etwa 6,2 Stunden. Das Polymerisat wird von dem Vortrocknungsturm 14 abgezogen und kontinuierlich mittels der Drehausgabevorrichtung 16 ausgebracht, wobei die Austrittsgeschwindigkeit mittels det Niveaureglers 9 # gesteuert wird, daß die H5he der Feststoffmasse in dem zylindrischen Turm konstant etwa 1220 cm beträgt. Vom Vortrockner 14 werden die Teilchen pneumatisch dem oberen Ende des zweiten Trocknungsturms 31 zugeführt.
In dem zweiten Turm sinken die Teilchen im Gegenstrom zu Trockengas, das von dem Ventil 42 zuströmt und nicht mehr als 2 Volumteile Sauerstoff Je Million enthält. Der zweite Trockenturm 31 hat einen Durchmesser von 183 cm und eine Hohe von 1520 cm, einschließlich der 162 cm der Höhe des konischen Abschnittes. Die mittlere Teilchengeschwindigkeit in diesem Turm beträgt etwa 183 caXh. Das trockene Polymerisat wird über eine Drehvorrichtung 43 ausgebracht, wobei die Austrittsgeschwindigkeit mittels des Niveaureglers 49 so gesteuert wird, daß die Feststoffmasse in dem zylindrischen Abschnitt des Turmes bei einer konstanten Höhe von etwa 1040 cm gehalten wird.
Der Taupunkt des dem Trockenturm 31 zugeführten Gases liegt bei Atmosphärendruck bei -40°C.
In Tabelle II sind die Verfahrensbedingungen und sigenschatten des blon-6 beschrieben. Der Unterschied der Geschwindigkeit en des Polymerisats am Boden des ersten und am Boden des zweiten Turms ist auf die Schrumpfung des Polymerisats durch die Abtrennung des Wassers zurückzuführen.
Tabelle II (Forts.) Kontinuierliches Trocknen von Nylon-6 in zwei Türmen A) Bedingungen des Gases Erster trocknungsturm Zweiter Trocknungsturm An der Gasaus- An der Gasein- An der Gasaus- An der Gaseintrittsstelle trittsstelle trittsstelle trittsstelle des Turmes des Turmes des Turmes des Trumes Temperatur des Inertgases 63°C 130°C 100°C 120°C Oberflächengeschwindigkeit des Inertgases, cm/seo@ 87,5 75,6 65,5 59,4 Inertgasdruck, atü 1,1 1,51 1,7 2,1 Vol.-% Feuchtigkeit des Inertgases 3,45% - 0,515% -Taupunkt des eintretenden Gases- - - -40°C Strömungsgeschwindigkeit des Inertgases, m3/min@ 125 119 103,5 93,8 @Temperatur, Druck und Feuchtigkeitsgehalt wie angegeben.
Tabelle II Kontinuierliches Trocknen von Nylon-6 in zwei Türmen A) Bedingungen des Polymerisats Erster Trocknungsturm ZweiterTrocknungsturm Oberes Ende Niveauregel- Boden des zy- Oberes Ende Boden des zy des Turmes stelle am lindrischen des Turmes lindrischen oberen Ende Turmes Turmes des Turmes Temperatur des Polymerisats 90°C 85°C 128°C 128°C 120°C Feuchtigkeitsgehalt des Polymerisats 12% 11% 1,5% 1,5% 0,05% Verweilzeit des Polymerisats, + 0,01 Stunden - - 6,17 - 5,45 Relative Ameisensäureviskositätseinheiten 57 57 57 57 58 Geschwindigkeit des Absinkens des Polymerisats, cm/h - - 195 - 180 Farbwert des Polymerisats 96 96 96 96 97 Extrahierbares Material 1,5% 1,5% 1,5% 1,5% 1,4% Je Stunde verarbeitetes Polymerisat (einschl. Feuchtigkeit), kg 3090 3060 2770 2770 2720 Beispiel 2 In einem weiteren Ansatz wurde zunächst ein Polymerisat mit einem Gehalt von 0,085% Titandioxyd und dann ein Polymerisat mit einem Gehalt von 0,12% Titandloxyd in den ersten Trockenturm eingeführt. Die Verfahrensbedingungen waren etwa die gleichen wie in Beispiel 1. Die Ge@amtverweilzeit betrug 15 Stunden, berechnet aus der Kapazität der Türme bei dem eingehaltenen Feststofftiveau in Kilogramm und der Produktionsgeschwindigkeit an getrocknetem Polymerisat in Kilogramm Je Stunde. Das 15 Stunden nach Beginn der Zuführung des Polymerisats mit dem Gehalt; von 0,12% TiOS austretende Produkt wurde analysiert. Es enthielt 0, 12 Titandioxyd, woraus hervorgeht, daß dieses Polymerisat nicht durch das erste Polymerisat verunreinigt war.

Claims

P a t e n t a n 8 p r ü @ h e 1. Verfahren zum Trocknen von Nylon-6-teilchen durch Behandeln der Teilchen mit einem heißen :Wertgas im Gegenstromverfahren in einer zylindrischen Trocknungszone, d a d u r o h g e k e n n z e t c h n e t , daß man feuchte Nylon-6-teilchen kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 914 cm/h durch die Trocknungszone nach unten sinken läßt, wobei sie in der Fonn einer kompakten zylindrischen Masse von konstantem Durchmesser mit einem Verhältnis von Höhe : Durchmesser von 5:1 bis 20:1 gehalsen werden und diese Masse am Boden des Turms in einem kegelstumpfförmigen Austrittscabschnitt, dessen Seiten mit einem Winkel von etwa 5 bis 40°C gegen die Vertikal nach innen und unten geneigt sind und dessen Verhältnis von maximalem zu minimalem Durchmesser 3:1 bis 2:1 betrngt, endigt, und man kontinuierlich ein geheiztes, inertes Trockengas bei einem überatmosphnrischem Druck von nicht unter 0,7 auü be ersten Kontakt mit den Teilchen aufwnrts durch den Körper strömen lift, wobei die Zuführungsgeschwindigkeit des Gases bei 2500 bis 8750 Eiter Gas je Kilogramm Teilchen, die in die Trocknungszone eingeführt werden (Trockenbasis), gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, d a d u r o h g e k e n n -s e 1 a h n e t , daß des eintretende Inertgas beim ersten Kontakt mit dem Polymerisat nicht mehr als 50 Teile je Million Sauerstoff enthält und eine Temperatur in dem Bereich von etwa 100 bis 150°C besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , d s d u r c h g e k e n n -s e i c h n e t, daß das eintretende Gas 66 bis 88 Vol.-% stickistoff, 10 bis 30 Vol.-% kohlendioxyd und 1 bis 5 vol.-% Wasseratoff enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a d u r e h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Teilchenzuführungsgeschwindigkeit und das Niveau des Körpers aus den Polymerenteilchen praktisch konstant gehalten werden und die Gesamtverweilseit der Teilchen in der Trocknungszone und die Temperatur T des eintretenden Gases nach der Formel log10 d. Verweilz. (Stdn.) = 2,912-0,0144 (T#10°C) worin T die Temperatur in Grad C ist, aufeinander abgestimmt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a d u r c h g e k e n n s e i c h n e t @ daß die Teilchen in zwei aufeinanderfolgenden Stufen getrocknet werden, wobei jede Stufe naoh dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 durchgeführt wird, und daß das jeder auf die erste Stufe folgenden Stufe zurückgeführte Polymerisat das Produkt der vorangehenden Stufe ist, das eintretende Inertgas einen Taupunkt von nicht über -20°C tat und im Gegenstromkontakt mit den Polymerisatteilchen in der letzten Trocknungsstufe in das System eingeleitet wird und das von der Deckschicht der Polymerisatteilchen in der letzten Stufe austratende Gas wieder aufgeheizt und im Gegenstromkontakt mit Polymerisat in der nächstvorgeschalteten Stufe geführt wird, wobei die erste Trocknungsstufe diejenige ist. der das feuchte Polymerisat zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , d a d u r o h g e k e n n -t e i o h n e t, daß das von der ersten Trocknungsstufe abgezogene verbrauchte Gas durch ein Trocknungamedium und eine heizvorrichtung geführt wird und gefiltert wird, um Staub zu entfernen, und ein Teil des Gases durch eine Vorrichtung zur Entfernung von Sauerstoff geführt wird und daß das so erhaltene staubfreie, praktisch sauerstofffreie Trockengas als eintretendes Inertgas in die letste Trocknungsstufe eingeführt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r o h g e k e n n X e i c h -n e t , da sie einen zylindrischen vertikalen Turm mit einem kegelstumpfförmigen Austrittsabschnitt, dessen Seiten mit einem Winkel gegen die Vertikale von etwa 5 bis 500 nach innen und unten geneigt sind, und dessen Verhältnis von maximalem zu minimalem Durchmiesser 3:1 bis 12:1 beträgt, aufweist, wobei der zulindrische Teil des Turmes einen praktisch konstanten Durchmesser und ein Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von 5:1 bis 20:1 besitzt, der konische Austritsabschnitt von einer Verteilerkammer, durch die Trockengas in den Turm eingeführt werden kann, umgeben ist, der zylindrische Teil au seinem oberen Ende mit einem Einlaß für feuchte Polymerisatteilchen und einem Auslaß für verbrauchtes Gas ausgestattst ist, der Gasauslaß mit einem ein Trocknungsmedium enthaltenden Behälter, einem Gebläse zum Verdichten des das Trockenmedium durchströmenden Gases auf überatmosphärichen Druck, einem Wärmearustauscher zur Einstellung der Temperatur des Gases, einem Filter für das Gas, einer su dem Gebläse parallel geschalteten Vorrichtung zur Entfernug von Sauerstoff und Leitungon, durch die das getrocknete. aufgeheizte, gefilterte und teilsweise von Sauerstoff befreite Gas in die Verteilerkammer zurückgeführt werden kann, um wisder in den Turm eingeführt zu werden, verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 79 d a d u r o h g e k e m n -zeichnet, daß der Turm mit einer gasdichten Zentrizuge, in der nasse Nylon-6-teilchen von einer wäßrigen Aufschlämmung abgetrennt und von wo die abgetrennten Teilchen in den Tumr eingeführt werden, sowie mit einem Niveauregler und von diesem Niveauregler so gesteuerten Abgabemitteln, daß das Feststoffniveau in dem Turm während der Zufuhr weiterer Fest-Stoffe konstant gehalten wird, ausgestattet ist.