DE2414625A1

DE2414625A1 - Verfahren zur entfernung fluechtigen materials aus polymerdispersionen und vorrichtung zu seiner durchfuehrung

Info

Publication number: DE2414625A1
Application number: DE19742414625
Authority: DE
Inventors: Lawrence C Baughman
Original assignee: General Tire and Rubber Co
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Holdings Inc
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-03-26
Publication date: 1974-10-17
Also published as: NL7402596A; GB1457032A; FR2223395A1; NL156930B; FR2223395B1; JPS5058184A; JPS5231224B2; IT1011032B; CA1011089A

Description

s Patentanwälte: Dr. !ng. Walter Abltz

Dr. Dieter F. Morf 26. März 197¹* Dr. Hans-Α. Brauns ' GT-73I-F B München 88, Planz» Musrsiiy 2·

THE GENERAL TIRE & RUBBER COMPANY One General Street, Akron, Ohio 44329, V. St. A.

Verfahren zur Entfernung flüchtigen Materials aus PoIymerdispersionen und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Die Erfindung "betrifft die Entfernung von nicht umgesetztem Monomerem und anderem flüchtigem Material aus wässrigen Dispersionen polymerer Stoffe.

Das "Abstreifen" ist ein Begriff, der in der Polymertechnik dazu verwendet wird, die Entfernung von gewissem, nicht umgesetztem Monomerem und anderem f3.üchtigem Material aus der Masse des umgesetzten, d. h. polymerisierten Materials zu "beschreiben. Das Abstreifen erfolgt, während sich das polymere Material in einer als "Latex" bezeichneten, wässrigen Dispersion befindet. Man mischt mit der Dispersion ein Abstreifgas, wie Wasserdampf, und hält es genügend lange in diesem Zustand, damit wesentliche Mengen an dem flüchtigen Material aus dem polymeren Material in das Gas absorbiert werden. Idealerweise soll zur Maximierung des Ab-

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streif-Wirkungsgrades während des Haltens des Dispersions-Gas-Zustands das Sättigungsgleichgewicht erreicht werden.

Abstreifprozesse eignen sich besonders zum Abtrennen nicht umgesetzten Styrols von Styrol-Butadien-Polymerlatex. Das Polymere liegt hier als Emulsion von Kautschukteilchen in Wasserphase vor. Unabhängig davon, ob die Polymerisation auf einen geringen Umwandlungsgrad, z. B. von 60 bis 70 %, oder einen hohen, z. B. von 95 bis 98 %, gefahren wird, verbleiben in dem Produkt am Ende der Polymerisation noch wesentliche Mengen an nicht umgesetztem Monomerem. Das Monomere muss nicht nur entfernt werden, um ein hochwertiges, polymeres Produkt zu erzielen, das keinen unerwünschten Geruch, keinen Abbau und dergleichen zeigt, sondern auch zur Erzielung einer höheren Wirtschaftlichkeit durch Wiedergewinnung von wieder einsetzbarem Monomerem. Butadien ist, da hochflüchtig, leicht entfernbar, indem man es in einer Vakuumkammer durch Entspannungsverdampfung abtrennt. Styrol andererseits, das einen höheren Siedepunkt als Wasser hat, muss durch Abstreifen entfernt werden. Gewöhnlich setzt man als Abstreifgas bei Abstreifprozessen auf Grund seiner relativen Wohlfeilheit und Verträglichkeit mit dem Polymerisations-Chemismus stets Wasserdampf ein. Typischerweise muss man zur Erzielung eines für technische bzw. kommerzielle Zwecke abzeptablen Polymeren den Styrol-Eestgehalt des Folymerproduktes auf Werte von etwa 0,02 bis 0,05 Gew.% senken.

Als direkteste Methode zum Abstreifen hat sich die Destillation des Latex bei vermindertem Druck ergeben. Man führt bei diesem Prozess Latex diskontinuierlich in einen Vakuumbehälter ein und bewegt das Gut, um einen guten Kontakt mit Wasserdampf zu erzielen, der am Behälterboden zur Einführung kommt. Am Behälterkopf wird unter Vakuum Wasserdampf abgezogen, der mit dem flüchtigen Material angereichert ist. Auf Grund des Charakters der Dispersion ist dieser Vorgang

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sehr langsam und schwer durchführbar. Es tritt exzessives Schäumen und Koagulieren auf, das den Prozess auf Grund des ständigen Polymerverlustes für die grosstechnische Produktion unbefriedigend macht.

Es ist empfohlen worden, die Destillation kontinuierlich zu gestalten, während Schäumen und Koagulation "beseitigt werden, indem man Latex und Wasserdampf durch ein von aussen "beheiztes Rohr in einer Flüssigkeit-in-Gas-Mischung gleichzeitig injiziert. Der Wasserdampf wird mit flüchtigem Material gesättigt, während der Latex längs des Rohres einer partiellen Verdampfung unterliegt. Beim Austreten aus dem beheizten Rohr wird der mit flüchtigem Gut beladene Wasserdampf sofort mit einem oder mehreren Entspannungs- und Zyklon-Separatoren von dem Latex getrennt (vgl. z. B. US-PS 2 467 769).

Man bedarf bei diesem Prozess eines von Einengungen freien Durchlasses durch das beheizte Rohr, um ein Sichaufstauen von Rückdruck zu verunmöglichen und hierdurch bedingtes Koagulieren und Schäumen zu vermeiden. ,Der Latex erhält eine Strömung längs der Rohrwände mit relativ hohen Geschwindigkeiten aufgezwungen, so dass sich Sieden längs der Rohrwände ohne Koagulieren des Latex oder Bildung eines koagulierten Films auf der erhitzten Oberfläche einstellt. Die turbulente, rasche Strömung führt auch zum Aufbrechen jeglicher Bläschen, die sich in dem Rohr bilden, und-verhindert auf diese Weise die Bildung und Ansammlung von Schaum. Obwohl dieser Prozess durchführbar ist, so ist es doch nicht wirkungsvoll und technisch nicht befriedigend. Man bedarf zur Abstreifung einer gegebenen Menge an Polymerem sehr grosser Mengen an Wasserdampf und muss, von der latenten Wärme des Abstreifgases und Latex abgesehen, grosse Wärmemengen in das System von aussen einführen.

Die verbreitetste, zur Anwendung kommende technische Methode zur Abstreifung ist die "Entspannungs-Abstreifung" ("flash

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Stripping")· Der Entspannungs-Abstreifer nutzt das Prinzip der kontinuierlichen Mischung eines Stroms eines Trägergases, typischerweise Wasserdampf, mit einem Strom einer wässrigen Dispersion in solchen Verhältnissen aus, dass eine Flüssigkeit-in-Gas- oder dampfförmige Mischung erhalten wird. Die dampfförmige Mischung wird dann kontinuierlich in eine Vakuumkammer entspannt, in der das mit flüchtigem Gut beladene Abstreifgas verdampft und getrennt von der Dispersion abgezogen wird. Zur Verminderung des Gehaltes an dem flüchtigen Material auf den gewünschten Bestwert kann man in aufeinanderfolgenden Stufen arbeiten.

Als Schwierigkeit der Entspannungs-Abstreifung hat sich ergeben, dass ihr Gütegrad nicht besser als derjenige der Stufe des Zusammenbringens vor der Entspannung sein kann. Man muss in der Zusammenbring- oder Kontaktier-Stufe in möglichst kurzer Zeit eine Annäherung an das Sättigungsgleichgewicht erreichen, um zu einer Anlage mit technischem Wirkungsgrad zu kommen. Dies wird logischerweise durch einen freien und einengungslosen Hindurchtritt durch ein langes Rohr bei minimalem Druckabfall unter Zuführung von Wärme von aussen zur Dampfbildung erreicht. Jedoch bedarf man übermässiger Mengen an Wasserdampf und einer übergrossen Zahl von Stufen, um den Restgehalt an den flüchtigen Stoffen mit einer solchen Zusammenbring-Technik auf einen abzeptableo. Wert zu vermindern.

Es ist empfohlen werden, eine schnelle und gleichmässige, dampfförmige Mischung der wässrigen Dispersion des polymeren Stoffs in dem Abstreifgas zu erreichen, indem die Strömung durch Durchlaufen eines gewundenen Weges Begrenzungen ausgesetzt wird (vgl. US-PS 3 073 380 und 3 469 617), d. h. man führt die Dispersions-Gas-Mischung mit hoher Geschwindigkeit durch einen gewundenen Weg relativ engen, langgezogenen Querschnitts, während der Mischung Wärme zugeführt" wird, um die Verflüchtigung während dieses Einschlusses zu bewirken. Die

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Geschwindigkeit, mit der die Mischung den gewundenen Weg passiert, wird auf solchen Werten gehalten, dass einer Ablagerung von Koagulans auf den die Durchlässe bildenden Oberflächen entgegengewirkt wird und bei der Abgabe der Mischung am Ende des gewundenen Weges die Dämpfe eine Temperatur über Umgebungstemperatur haben. Die Mischung wird unmittelbar in eine Vakuumkammer injiziert, in der die flüchtigen Stoffe entspannungsverdampft und zusammen mit dem Abstreifgas unter Vakuum abgezogen werden.

Die Abstreifer mit "gewundenem Strömungsweg" zeigen zwar im Betrieb einen verbesserten Wirkungsgrad, bieten aber bei der Herstellung wie im Betrieb ernsthafte Schwierigkeiten. Speziell ist der Bau des den gewundenen Weg aufweisenden Zusammenbring-Abschnittes kostspielig und daher mit einer relativ hohen Kapitalinvestition verbunden. Darüberhinaus machen Verstopfungen der gewundenen Durchlässe häufige und relativ langzeitige Abschaltungen zur Reinigung und Wiederdichtung des Zusammenbring-Abschnittes notwendig. Die Verlässlichkeit der Einheit ist auf diese Weise gering, und die Wartungskosten sind überhöht. Der Wirkungsgrad solcher Abstreifeinheiten lässt sich steigern, indem man gesondere Zusammenbring-Abschnitte bereithält, die zum Inbetriebhalten des Abstreifers in das System eingeschaltet werden können, aber dies erhöht den Kapitalbedarf wie auch die Anforderungen an die Wartung bzw. Instandhaltung noch weiter.

Die vorliegende Erfindung macht ein wirkungsvolles Verfahren zur Entfernung flüchtiger Materialien aus einer wässrigen Dispersion polymerer Substanz ohne kostspielige und umständliche Vorrichtung sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung verfügbar. Bei diesem System ergeben sich keine Verstopfungen und entsprechende Abschaltζeiten, während der Arbeitswirkungsgrad des Abstreifers aufrechterhalten und erhöht wird. Das System lässt sich ausserordentlich einfach herstellen und leicht instandhalten. Darüberhinaus benötigt man gemäss der Erfindung von der latenten Wärme des Abstreif-

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gases und der wässrigen Dispersion abgesehen keine Wärmequelle.

Nach dem Abstreifverfahren gemäss der Erfindung injiziert man in ein im wesentlichen von Einengungen bzw. Strömungswegbeschränkungen freies Kontaktierrohr bzw. eine im wesentlichen von Einengungen bzw. Strömungswegbeschränkungen freie, rohrförmige Kontaktierzone eine wässrige, flüchtiges Material enthaltende Dispersion zusammen mit Abstreifgas, wie Wasserdampf, um in dem Rohr eine eine hohe Geschwindigkeit besitzende, turbulente, dampfförmige Mischung zu erzielen. Das Abstreifgas und die wässrige Dispersion können vor der Injektion getrennt gemischt werden, aber vorzugsweise v/ird das Abstreifgas bei der Injektion in das Rohr gleichzeitig mit der Dispersion vermischt. Man führt die Injektion des Abstreifgases zur Bildung der eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden, turbulenten Mischung in dem Rohr in dem letztgenannten Falle vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von über 30 m/Min. (100 Fuss/Min.) durch.

Die dampfförmige Mischung wird genügend lange in dem Kontaktierrohr gehalten, um eine Absorption von wesentlichen Mengen an flüchtigen Stoffen aus der wässrigen Dispersion in das Abstreifgas zu ermöglichen. Im Interesse des Wirkungsgrades entspricht die Verweilzeit in dem Eohr vorzugsweise einem genügenden Zeitraum, um eine Annäherung an das Sättigungsgleichgewicht zu erhalten. Von Einfluss auf die Verweilzeit sind die Abmessungen und insbesondere die Länge des Zusammenbring- bzw. Kontaktierrohrs und der Betrag an Rückdruck. Vorzugsweise führt man dem Kontaktierrohr ausser durch die latente Wärme in dem Abstreifgas und der wässrigen Dispersion keine Wärme zu. Das Verweilen in dem Eohr wird durch einen über Atmosphärendruck liegenden Eückdruck bewirkt; niedrigere Drücke führen, wie sich gezeigt hat, zu einer schlechten Abstreifung,

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it · _.

Die dampfförmige Gas-Dispersions-Mischung wird aus dem Kontaktierrohr durch eine Verengung (apparativ eine Düse), vorzugsweise gegen ein Ablenkorgan, in ein Nachkontaktierrohr bzw. eine rohrförmige Nachkontaktierzone ausgetragen. Dieser Uachkontaktier-Abschnitt wird auf einem solchen, wesentlich unter Atmosphärendruck liegenden Druck gehalten, dass an der Düse ein wesentlicher Druckabfall von vorzugsweise über 0,35 atü und in besonders bevorzugter Weise von über i atü (5 bzw. 15 Pounds/Quadratzoll Überdruck) aufrechterhalten wird.

Die Gas-Dispersions-Mischung wird nun in eine Separatorkammer ausgetragen, die auf einem genügenden Druck unter Atmosphärendruck gehalten wird, um flüchtige Stoffe aus der Mischung entspannungszuverdampfen. Die flüchtigen Stoffe und Abstreifga© werden auf diese Weise getrennt von der wässrigen Dispersion leicht unter Vakuum aus dem Separator entfernt. Vorzugsweise werden die Entspannungsverdampfung und die Abtrennung bewirkt, indem man zwischen der Separatorkammer und deren Aussenraum eine Druckdifferenz zwischen 381 und 635 mm Hg (15 und 25 Zoll) aufrechterhält. Der optimale Druck (innerhalb oder ausserhalb dieses Bereiches) Oedocn hängt von der Zusammensetzung des Abstreifgases, der wässrigen Dispersion und den Strömungsbedingungen in dem System ab.

Bei Durchführung der vorliegenden Erfindung ergibt sich auf dem Weg durch das Kontaktierrohr ein minimaler Druckabfall, der in Einklang mit der Aufrechterhaltung genügender Geschwindigkeit und Turbulenz auf dem Wege durch das Rohr steht, um Koaguliervorgänge und Schäumen zu minimieren, und ein verhältnismässig hoher Druckabfall von vorzugsweise

mindestens etwa 0,35 kg/cm und insbesondere etwa 1 bis

2,5 kg/cm (etwa 5 bzw. 15 "bis 35 Pounds/Quadratzoll) an der Verengung am Ausgang des Kontaktierrohrs in ein Nachkontaktierrohr. Die Gas-Dispersions-Mischung lässt sich auf diese Weise zur wirksamen Abstreifung flüchtiger Stoffe aus der

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wässrigen Dispersion bei relativ hohem.Druck und relativ hoher Temperatur in dem Kontaktierrohr halten, ohne merkliche Wärme zuzuführen. Weiter unterliegt die Gas-Dispersions-Mischung der drossel- oder explosionsartigen Wirkung ihres Austritts durch die Düse in das ÜTachkontaktierrohr. Vorzugsweise lässt man die dampfförmige Mischung "beim Austragen durch die Düse auf ein Ablenk- oder Prallorgan auf treffen, um zu der explosionsartigen Wirkung, mit der die Mischung die Düse in die Zone verminderten Drucks hinein passiert, weiter beizutragen und den Abstreifwirkungsgrad weiter zu erhöhen.

Der Restgehalt der wässrigen Dispersion an flüchtigen Stoffen kann nach der Abtrennung schon genügend niedrig sein, um den vorgesehenen Verwendungszwecken des Polymeren zu entsprechen. Wenn dies jedoch nicht der Fall sein sollte, ist das Verfahren auch in zwei oder mehr Stufen wiederholbar, bis der Restgehalt an flüchtigen Stoffen auf den gewünschten Wert gesenkt ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile und Zweckangaben der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und bevorzugte Arbeitsweisen zu ihrer praktischen Durchführung seien nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert, die schematisch einen Abstreifprozess gemäss der Erfindung zeigt.

Der in der Zeichnung dargestellte Abstreifprozess sei zur Erläuterung speziell an Hand der Entfernung von nicht umgesetztem Styrol-Monomeren aus einer wässrigen Dispersion (d. h. einem Latex) von Butadien-Styrol-Copolymer em unter Verwendung von Wasserdampf als Trägergas beschrieben.

In der Mischkammer 10, die das Eingangsende eines im wesent-

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lichen verengungslosen Kontaktierrohres 11 umfasst, wird eine dampfförmige Mischung von Latex und Wasserdampf gebildet, wozu der das abzustreifende Styrolmonomere enthaltende Latex dem System durch Rohrleitungen 12 und 13 über die Zuführpumpe 14 zugeführt wird. Typischerweise führt die Zuführpumpe den Beschickungslatex mit 20 GPM. bei einer Drucksäule von etwa 2,8 kg/cm . Der Latex kann an diesem Punkt auch durch einen (nicht eingezeichneten) Vorerhitzer geführt werden, um seine latente Wärme zu steigern, wobei in diesem Fall der Druck von der Zuführpumpe her typischerweise etwa 3*5 kg/cm beträgt, um den Druckabfall am Vorerhitzer auszugleichen. Der Latex wird in die Mischkammer 10 tangential oder peripher und typischerweise mit 1,5 bis 3 m/Min, injiziert. Der Wasserdampf wird der Mischkammer 10 axial durch die Rohrleitung 15 mit hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise von über 30 m/Sek. (100 Fuss/ Sek.), durch die Düse 16 zugeführt. Vorzugsweise wird der Latex hierauf in den Wasserdampf durch einen Spalt 15A (von typischerweise etwa 0,6 bis 1 cm (etwa 1/4 bis 3/8 Zoll)) zwischen der Düse 16 und der Endplatte von Kammer 10 durch die Venturiwirkung des Wasserdampfes bei seinem mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden Passieren des Spaltes injiziert. Auf diese Weise wird in das Kontaktierrohr 11 eine eine hohe Geschwindigkeit aufweisende, turbulente, dampfförmige Mischung von Wasserdampf und Latex injiziert.

Die dampfförmige Mischung von Latex und Wasserdampf, wird genügende Zeit in dem Kontaktierrohr 11 bei einem Druck über Atmosphärendruck gehalten, damit der Wasserdampf aus dem Latex Styrolmonomeres absorbieren kann. Wie später beschrieben, lässt man im Interesse wirksamer Abstreifung die Styro!-Konzentration in dem Wasserdampf sich dem Sättigungsgleichgewicht nähern. Dies vrird primär erreicht, indem man das Kontaktierrohr 11 der Länge wie dem Durchmesser nach, insbesondere jedoch der Länge nach, entsprechend bemisst. Typischerweise erhält das Kontaktierrohr einen Durchmesser

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von 13 cm (5 Zoll) und eine Länge von 3 "bis 9 m (10 bis 30 Fuss). Das starke Variieren der Länge ergibt sich, aus der breiten Variation des Styrolgehaltes der Latexbeschikkungen. Je geringer der Styrolgehalt des Beschickungslatex ist, desto langer sind die Kontaktierrohre auszubilden, um eine längere Verweilzeit und hierdurch wirksame Abstreifung zu erzielen. Man benötigt aus diesem Grunde auch in den späteren Stufen der Abstreifung zur Entfernung des gleichen Prozentsatzes an Styrol aus dem Latex längere Kontaktierrohre. Zur Raumeinsparung erhält das Kontaktierrohr 11 vorzugsweise eine einfache oder, wie in der Zeichnung gezeigt, doppelte U-Porm.

Die Verweilzeit lässt sich auch verlängern, indem man den Druck im Kontaktierrohr 11 erhöht, was sich erreichen lässt, indem man einfach die später beschriebene Düse 17 entsprechend bemisst. Der Druck, der sich in dem Rohr 11 aufrechterhalten lässt, ist aber durch den Abgabedruck der Zuführpumpe 14 begrenzt. Man hält daher, wenn der Latex nicht vorerhitzt wird, den Druck im Kontaktierrohr 11, gemessen am Druckmesser 19, vorzugsweise über 0,35 atü und in be-, sonders bevorzugter Weise zwischen 0,7 und 1,1 atü (5 bzw. 10 und 15 Pounds/Quadratzoll Überdruck). Bei Vorerhitzung des Latex wird der (bei 19 gemessene) Druck vorzugsweise um den sich am Vorerhitzer ergebenden Druckabfall, der typischerweise 0,7 at beträgt, erhöht.Bei gewissen Anwendungen können zur Beschleunigung des Abstreifprozesses auch höhere Drücke, selbst von über 1,8 at, erwünscht sein, wobei der Maximal druck von der Natur der wässrigen Dispersion und des Abstreifgases abhängt.

Aus dem Kontaktierrohr 11 wird die dampfförmige Mischung durch die Düse 17 in das verengungslose Uachkontaktierrohr 18 ausgetragen. Die Bemessung der Düse I7 erfolgt entsprechend der gewünschten Geschwindigkeit beim Durchströmen des Systems und dem gewünschten Druck in dem Kontaktierrohr und Druckabfall an der Düse. Typischerweise hat die Düse 17 einen

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Durchmesser von etwa 3*8 cm oder gleich etwa 30 % desjenigen des Kontaktierrohrs, um in dem Kontaktierrohr einen Druck von etwa 0,7 atü zu erhalten.

Das Nachkontaktierrohr 18 wird wesentlich unter Atmosphärendruck gehalten, so dass sich an der Düse 17 ein wesentlicher Druckabfall von typischerweise 1,1 "bis 2,5 at ergibt. Das Rohr 18 hat typischerweise den gleichen Durchmesser wie das Kontaktierrohr 11, aber seine Grosse kann auch in der jeweils gewünschten Weise variiert werden. So hat sich für das Rohr 18 ein Durchmesser von 20,3 cm und eine Länge in der Grössenordnung von 0,3 bis 1,2 m als gut geeignet erwiesen. Das Rohr hat die Funktion, die dampfförmige Mischung beim Austritt aus dem Drosselvorgang wahrend des Hindurchtretens durch die Düse und vor dem Austritt in die Vakuumkammer 20 einzuschliessen.

Die Düse 17 lässt sich auch in anderer Beziehung zum Rohr als in der Zeichnung anordnen. Z. B. kann die Düse 17 in horizontaler Lage im Rohr 18 angeordnet werden. In jedem Falle wird die Düse 17 vorzugsweise so angeordnet, dass die dampfförmige, aus der Düse austretende Mischung auf ein Ablenkorgan auf trifft, das bei der Ausführungsform nach der Zeichnung als Teil 18A von der Seitenwand des Rohrs 18 gebildet wird. Bei horizontaler Anordnung der Düse 17 im Rohr 18 könnte das Ablenkorgan von den (nicht eingezeichneten) Leitelementen gebildet werden, die einen Tangential-Wirbel-Eingang zur Vakuumkammer 20 ergeben. Dieses Merkmal ist für die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung keine Bedingung, dürfte aber den Wirkungsgrad der Abstreifung erhöhen.

Die dampfförmige Mischung wird dann in die Vakuumkammer 20 ausgetragen, die von einem Entspannungsseparator-Standardbehälter gebildet wird, d. h. der Eingang ist mit (nicht eingezeichneten) Leitorganen versehen, so dass die dampf-

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förmige Mischung tangential in die Kammer 20 injiziert wird und somit eine Strudelbewegung längs deren Innenwänden vollführt. Die Kammer 20 wird auf einem wesentlich unter Atmosphärendruck liegenden Druck gehalten, indem man am Kopf durch Rohrleitung 22 Vakuum anlegt. Vorzugsweise liegt die Druckdifferenz zwischen dem Separator und seinem Aussenraum, z. B. wie am Vakuummesser 21 angezeigt, zwischen etwa 381 und 635 mm Hg und in besonders günstiger Weise -zwischen 508 und 635 mm Hg (etwa 15 und 25 bzw. 20 und 25 Zoll). Der tatsächliche Vakuum- oder Druckwert hängt von den entspannungszuverdampfenden, flüchtigen Stoffen und dem in dem Latex gewünschten Prozentsatz an Feststoff ab. Z. B. stellen 381 mm Hg zufrieden, wenn nur unerwünschte Gase, wie Butadien, abzustreifen sind. Typischerweise hält man den Vakuumdruck zwischen 584- und 635 mm Hg. Der genaue Vakuumwert variiert jedoch mit dem Feststoffgehalt, der bei gegebener latenter Wärme der wässrigen Dispersion und des Abstreifgases gewünscht wird. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass bei Butadien-Styrol-Produktlatex Feststoffgehalte zwischen 4-9 und 51 Gew.% technische Standardwerte darstellen. Bei anderen Latices können höhere Feststoff-Pro ζ entgehalte angezeigt sein, z. B. 60 % bei Chloroprenlatex. Bei Butadien-Styrol-Latex jedoch stellen etwa 50 bis 55 % den höchsten Prozentsatz dar, der ohne Auftreten von Kaogulation tolerierbar ist.

Die flüchtigen Stoffe in der Mischung werden entspannungsverdampft und getrennt mit dem Wasserdampf durch die Rohrleitungen 22 und den Vakuumverteiler 23 zu einem Kondensator 24- entfernt, in welch letztgenanntem das Styrol und der Wasserdampf durch Zirkulation durch Wärmetauscher-Standardschlangen, um die herum V/asser (das durch die Rohrleitung 25 ein- und Rohrleitung 30 austritt) zirkuliert, kondensiert werden. Nach der Kondensation im Kondensator 24· wird das styrolbeladene Kondensat durch die Rohrleitung 26, Pumpe und Rohrleitung 28 einem Separator zugeleitet, während durch

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die Rohrleitung 29 eine Vakuum-Rückleitung zu einer (nicht eingezeichneten) Vakuumpumpe besteht.

Währenddessen wird der abgestreifte Latex aus der Vakuumkammer 20 durch die Rohrleitung 31) Pumpe 32 und Rohrleitung 33 entfernt. Bei schon genügend geringem Styrolrestgehalt kann der Latex vom System zum Vertrieb oder zur Koagulation abgenommen werden. Anderenfalls kann man den Latex einer zweiten oder folgenden Stufe zuführen, die mit der obenbeschriebenen identisch ist und mit der Zuführung des styrolhaltigen Gutes durch die Rohrleitung 12 beginnt, eventuell unter Einsatz auch eines Vorerhitzers (wie oben beschrieben), um einen Ausgleich für die Abkühlung in dem Entspannungs-Separatur zu schaffen.

Das System gemäss der Erfindung hat beim Abstreifen von Butadien-Styrol-Latex einen höheren Wirkungsgrad als bekannte Systeme erbracht. So hat sich gezeigt, dass unter Einsatz des Systems gemäss der Erfindung in jeder Stufe eines dreistufigen Abstreifsystems eine Styrol-Verminderung um einen Faktor von 3 erzielt werden kann. Z. B. wurde eine Verminderung des Styrols in einem dem System zugeführten Butadien-Styrol-Latex, der 1 % Styrol enthielt, auf 0,3 % in der ersten, 0,1 in der zweiten und 0,03 % in der dritten Stufe erhalten. Darüberhinaus beträgt bei der in US-PS 3 469 617 beschriebenen Vorrichtung der Standardbedarf an Wasserdampf zur Abstreifung von 1 kg Latex 2 kg, während mit der vorliegenden Erfindung eine Annäherung des Verhältnisses von Wasserdampf an Latex an den Wert 1 : 1 erhalten worden ist.

Dieser erhöhte Wirkungsgrad dürfte auf einem erhöhten Styrolgehalt des aus dem System ausgetragenen Wasserdampfes beruhen. Bei Erreichbarkeit eines Sättigungsgleichgewichtes könnte der das System verlassende Wasserdampf 14mal so viel Styrol wie der wässrige Teil des Latex aufweisen. Bei dem

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System nach US-PS 3 469 617 weist der aus diesem ausgetragene Wasserdampf typischerweise 7iaal so viel Styrol wie der wässrige Teil des Latex bzw. etwa 5>0 % des Sättigungsmacimums auf. Bei dem bei der vorliegenden Erfindung vorliegenden Wasserdampf sind Styrolgehalte ermittelt worden, die bis zum 10fachen desjenigen des wässrigen Teils des Latex bzw. 50 bis 80 % des Sättigungsmaximums betrugen.

Diese Wirkungsgrade sind Jedoch keine absolute Grosse. Veränderliche in dem System können den Wirkungsgrad stark verändern. Wenn z. B. der Styrolgehalt des zugeführten Latex höher ist, ergeben sich relativ höhere Wirkungsgrade unabhängig davon, ob ein System gemäss der Erfindung oder nach dem Stand der Technik Anwendung findet. Weiter ergibt sich bei Hinzufügung weiterer Stufen zu dem System zur weiteren Senkung des Styrolrestgehaltes eine Verminderung der Wirkungsgrade, weil der Styrolgehalt des den späteren Stufen des Systems zugeführten Latex geringer ist.

Der Mechanismus, aus dem sich diese höheren Wirkungsgrade ergeben, ist noch nicht voll erkannt. Es wird angenommen,, dass sie aus dem Zusammenbringen dampfförmiger Mischung von Wasserdampf und Latex bei verhältnismässig hoher Temperatur (insbesondere 100 bis 1J2° C) und relativ hohem Druck (z. B. von 1 bis 2,1 ata) für eine relativ lange Zeit im Kontaktierrohr 11 in Verbindung mit der explosionsartigen Wirkung beim Hindurchtritt der dampfförmigen Mischung durch die Düse 17 resultieren. Unabhängig davon aber, welcher Mechanismus oder welche Wirkungsgrade vorliegen, bietet die vorliegende Erfindung auch den wesentlichen Fortschritt, die bisherige, umständliche und unzuverlässige Apparatur zu beseitigen.

Im Eahmen der Erfindung liegen v/eitere Ausführungsformen und Abänderungen. Z. B. sind unter naturgemäss möglichem Sichändern des Wirkungsgrades wie auch der optimalen Abmessungen der Vorrichtung auch andere wässrige Dispersionen als

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Butadien-Styrol-Latex "behandelbar und andere Abstreifgase als Wasserdampf verwendbar.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Entfernen flüchtigen Materials aus einer wässrigen Dispersion polymeren Stoffs, wobei man

A) durch Injektion einer wässrigen, flüchtiges Material enthaltenden Dispersion neben Abstreifgas in ein im wesentlichen verengungsloses Kontaktierrohr in diesem eine eine hohe Geschwindigkeit aufweisende, dampfförmige Mischung der Dispersion und des Abstreifgases bildet,

B) die dampfförmige Mischung bei einem Druck über Atmosphärendruck genügende Zeit in dem Kontaktierrohr hält, um Absorption des flüchtigen Materials aus der Dispersion zum Abstreifgas zu erlauben,

0) die dampfförmige Mischung aus dem Kontaktierrohr durch eine Düse in ein im wesentlichen verengungsloses ITachkontaktierrohr austrägt, welch letztgenanntes auf einem wesentlich unter Atmosphärendruck liegenden Druck gehalten wird,

D) die dampfförmige Mischung aus dem Hachkontaktierrohr in eine Separatorkammer austrägt, die auf einem genügenden Druck unter Atmosphärendruck gehalten wird, um flüchtige Stoffe aus der Mischung entspannungszuverdampfen, und

E) die entspannungsverdampften, flüchtigen Stoffe und Abstreifgas und die wässrige Dispersion getrennt aus dem Separator entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zusätzlich die dampfförmige Mischung beim Austragen aus dem Kontaktierrohr durch die Düse gegen ein Ablenkorgan auftreffen lässt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem Kontaktierrohr einen Druck von mindestens 0,35 atu aufrechterhält.

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4-, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die wässrige Dispersion bei der Injektion in das Kontaktierrohr gleichzeitig mit Abstreifgas zusammenbringt .

5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass man mit einer Injektionsgeschwindigkeit des Abstreifgases von mindestens 30 m/Sek. arbeitet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einem Druckunterschied zwischen dem Inneren der Separatorkammer und deren Aussenraum im Bereich von etwa 381 bis 635 Μα Hg arbeitet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Abstreifgas und die Dispersion vor der Injektion in das Kontaktierrohr getrennt vermischt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Stufen A bis E mindestens zweimal durchführt bzw. wiederholt.

9. Vorrichtung zum Entfernen flüchtigen Materials aus einer wässrigen Dispersion polymeren Stoffs, gekennzeichnet durch

A)- eine.Einrichtung zur Injektion einer wässrigen, flüchtiges Material enthaltenden Dispersion neben Abstreifgas in ein im wesentlichen verengungsloses Kontaktierrohr zwecks Ausbildung einer eine hohe Geschwindigkeit aufweisende, dampfförmigen Mischung der Dispersion und des Abstreifgases in dem Kontaktierrohr,

B) eine Einrichtung zum Halten der dampfförmigen Mischung im Kontaktierrohr bei einem Druck über Atmosphärendruck für genügende Zeit, um Absorption des flüchtigen Materials aus der' Dispersion zum Abstreifgas zu erlauben,

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C) eine Einrichtung zum Austragen der dampfförmigen Mischung aus dem Eontaktierrohr durch eine Düse in ein im wesentlichen verengungsloses Fachkontaktierrohr, welch letztgenanntes zur Aufrechterhaltung eines Drucks wesentlich unter Atmosphärendruck ausgebildet ist,

D) eine Einrichtung zum Austragen der dampfförmigen Mischung aus dem ITachkontaktierrohr in eine Separatorkammer, die zur Aufrechterhaltung eines zum Ent spannung sveraamp fen flüchtiger Stoffe aus der Mischung genügenden Drucks unter Atmosphärendruck ausgebildet ist, und

E) eine Einrichtung zum getrennten Entfernen der entspannung sverdampften, flüchtigen Stoffe und des Abstreifgases und der wässrigen Dispersion aus dem Separator.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9_S gekennzeichnet durch eine zusätzliche Einrichtung, welche die dampfförmige Mischung beim Austragen aus dem Eontaktierrohr durch die Düse zum Auftreffen gegen ein Ablenkorgan bringt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Ausbildung derart, dass in dem Eontaktierrohr ein Druck von mindestens 0,35 atü aufrechterhalten werden kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche ein Zusammenbringen der wässrigen Dispersion mit Abstreifgas gleichzeitig mit der Injektion in das Eontaktierrohr erlaubt.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Ausbildung derart, dass die Injektionsgeschwindigkeit des Abstreifgases auf mindestens 30 m/Sek. gehalten werden kann.

- 18 409842/0785

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Ausbildung derart, dass die Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Separatorkammer und derem Aussenraum im Bereich von etwa 381 bis 635 Mn Hg gehalten werden kann.

15· Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum getrennten Mischen des Abstreifgases und der Dispersion vor der Injektion in das Kontaktierrohr.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten und für den Betrieb in Reihe ausgebildeten Einheiten der Vorrichtung versehen ist.

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