DE3919354C1

DE3919354C1 - Removal of monomers from aq. suspension - by distilling in column heated by water vapour, giving polymer particles

Info

Publication number: DE3919354C1
Application number: DE19893919354
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 5040 Bruehl De Kuxdorf; Heinz Dipl.-Chem. Dr. 5000 Koeln De Erpenbach; Peter 5030 Huerth De Komischke; Winfried Dipl.-Ing. 5042 Erftstadt De Lork; Andreas Dipl.-Ing. 5024 Pulheim De Wydera
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1989-06-14
Filing date: 1989-06-14
Publication date: 1990-06-21
Anticipated expiration: 2009-06-15

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur konti nuierlichen Entfernung von Monomeren aus einer wäßrigen Suspension von Homo- oder Copolymerisaten mit einem Fest stoffgehalt an Polymeren von 1 bis 60 Gewichts%, vorzugs weise von 25 bis 35 Gewichts%, einer mittleren Teilchen größe der Polymerteilchen von 20 bis 500 µm, vorzugsweise von 100 bis 150 µm, und einem Monomerengehalt bis zu 5000 mg pro kg Polymeres, durch Einleiten der auf 50 bis 100°C vorerwärmten wäßrigen Suspension in eine Entgasungs kolonne mit mehreren, in einem Kolonnenmantel übereinander und mit Abstand voneinander angeordneten Böden, wobei jeder Boden mindestens einen Ablaufschacht aufweist und oberhalb jedes Bodens mindestens ein Zulaufschacht endet, und Ab ziehen der von Monomeren gereinigten Suspension am Boden der Entgasungskolonne, während das am Kopf der Kolonne ab strömende Dampfgemisch zur Gewinnung einer wäßrigen Phase sowie des Monomeren kondensiert wird sowie eine Entga sungskolonne zu seiner Durchführung.

Aus der US-PS 40 62 662 ist eine Entgasungskolonne zum Ent fernen von Monomeren aus einer wäßrigen, Polymere enthal tenden Suspension mit mehreren übereinander angeordneten Siebböden, deren Lochungen einen Durchmesser von weniger als 5 mm aufweisen, bekannt. Zur Vermeidung von Feststoff ablagerungen wird bei dieser Kolonne das Flüssigkeits-Fest stoff-Gemisch durch intensive Begasung in homogener Vermi schung gehalten, wobei an den Stellen der Kolonne, wo dies nicht möglich ist, eine Mindestgeschwindigkeit der Suspen sion eingehalten werden soll.

Beim Verfahren zur kontinuierlichen Entfernung von Vinyl chlorid aus einer wäßrigen Dispersion von Polyvinylchlorid mit einem Feststoffgehalt von 1 bis 60 Gewichts%, einem mittleren Teilchendurchmesser von 20 bis 500 µm und einem Vinylchloridgehalt von 5000 bis 15000 ppm nach der US-PS 41 48 990 leitet man die auf 60 bis 90°C vorerwärmte wäßri ge Dispersion in den oberen Bereich einer Entgasungskolon ne gemäß der US-PS 40 62 662 in einer Menge von 5 bis 35 m³ pro m² Bodenfläche und Stunde ein. Vom Sumpf der Kolonne her führt man im Gegenstrom Wasserdampf von 80 bis 150°C mit einem Druck von 0,5 bis 5 bar in einer Menge von 30 bis 100 kg pro m³ Dispersion in die Entgasungskolonne ein. Am Ablauf der Entgasungskolonne entnimmt man eine wäßrige Dispersion mit einem Vinylchloridgehalt von 1 bis 10 ppm, während das im oberen Bereich der Entgasungskolonne an fallende Gasgemisch unter Rückgewinnung von Vinylchlorid und einer wäßrigen Phase kondensiert wird.

Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren bzw. beim Be trieb der bekannten Entgasungskolonne, insbesondere bei Co polymerisaten, daß sich die Lochungen in den Siebböden - offensichtlich durch teilweise Nachpolymerisation des in der Flüssigkeit enthaltenen Monomeren - zusetzen können. Weiterhin ist bei einer aus Gründen der Energieeinsparung wünschenswerten Verringerung der Dampfeinleitung die Spru delintensität an den Siebböden nicht mehr ausreichend, so daß sich Feststoffablagerungen auf und unter den Böden so wie an der Kolonnenwand ausbilden, wobei der dadurch verur sachte Anstieg des Druckverlustes bereits nach kürzerer Betriebszeit einen Produktionsstillstand wegen des notwen digen Ausbaus und der Reinigung der Böden erfordert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver fahren zur kontinuierlichen Entfernung von Monomeren aus einer wäßrigen, Polymere enthaltenden Suspension durch Ein leiten der Suspension in eine Entgasungskolonne mit mehreren, in einem Kolonnenmantel übereinander angeordneten Böden sowie eine Entgasungskolonne zu seiner Durchführung anzugeben, wobei sich die Öffnungen in den Böden auch bei der Beaufschlagung der Kolonne mit verringerter spezifi scher Dampfmenge nicht zusetzen. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Suspension auf Ventilböden mit durch die Ventile strömendem, 50 bis 150°C heißem Wasser dampf im Gegenstrom behandelt wird, wobei man durch jedes Ventil pro Stunde 2 bis 50 kg Wasserdampf unter einem Druck von 0,1 bis 2 bar strömen läßt; daß die Verweilzeit der Suspension in der Ventilbodenkolonne 1 bis 60 Minuten be trägt und daß man die wäßrige Suspension in einer Menge von 4 bis 50 m³ pro m² Bodenfläche und Stunde in den oberen Teil der Ventilbodenkolonne einleitet.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann weiterhin wahlweise auch noch dadurch ausgestaltet sein, daß

a) man durch jedes Ventil 10 bis 30 kg/h Wasserdampf strö mem läßt;
b) die Verweilzeit der Suspension in der Ventilbodenkolonne 2 bis 30 Minuten beträgt;
c) die Verweilzeit der Suspension 4 bis 20 Minuten beträgt;
d) man die wäßrige Suspension in einer Menge von 10 bis 30 m³ pro m² Bodenfläche und Stunde in den oberen Teil der Ventilbodenkolonne einleitet;
e) die Vorerwärmung der wäßrigen Suspension durch indirek ten Wärmeaustausch mit am Sumpf der Kolonne abgezogener, von Vinylchlorid gereinigter Suspension erfolgt.

Eine Entgasungskolonne zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens mit mehreren, mit vertikalem Abstand über einander angeordneten Böden, wobei jeder Boden mindestens einen Ablaufschacht aufweist und wobei oberhalb jedes Bo dens mindestens ein Zulaufschacht endet, kann dadurch ge kennzeichnet sein, daß die Böden in Löchern mit einer Tei lung von 50 bis 200 mm angeordnete, über ihre Querschnitts fläche verteilte, im wesentlichen aus Ventildeckel und Ven tilfuß bestehende Ventile aufweisen, wobei das Verhältnis der Summe der Lochflächen zur Querschnittsfläche jedes Bo dens 0,01 bis 0,1 beträgt.

Diese Entgasungskolonne kann wahlweise auch noch dadurch weitergebildet sein, daß

f) die Löcher einen Durchmesser von 10 bis 40 mm aufweisen;
g) das Verhältnis der Summe der Lochflächen zur Quer schnittsfläche jedes Bodens 0,015 bis 0,04 beträgt;
h) die Ventildeckel einen Durchmesser von 20 bis 50 mm auf weisen;
i) die Ventildeckel einen Durchmesser von 30 bis 40 mm auf weisen;
j) die Außenkanten der Ventilfüße sich auf einem Kreis be wegen, welcher den 1- bis 5-fachen Durchmesser des Ven tildeckeldurchmessers aufweist;
k) der Hub der Ventile 4 bis 20 mm beträgt;
l) jedes Ventil ein Gewicht zwischen 10 und 30 g aufweist;
m) der Abstand zweier Böden voneinander 150 bis 300 mm be trägt.

Bei den nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zu behan delnden Polymeren kann es sich um Polyethylen, Polypropy len, Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril oder auch um Copo lymerisate, beispielsweise aus Polyvinylchlorid und Poly acrylaten, handeln.

Durch Verwendung von relativ kleinen Ventilen in den Böden der Entgasungskolonne werden beim erfindungsgemäßen Verfah ren ein Zusetzen der Öffnungen sowie Anbackungen an den Ventilen durch das ständige Öffnen und Schließen der Ven tile sowie durch das Drehen der Ventile auch bei ihrem Be trieb an der unteren Belastungsgrenze vermieden. Weiterhin wird dadurch ein homogenes Sprudelbild erzeugt.

Bei der Entgasungskolonne können als Ablaufschächte mehrere Rohre dienen.

Bei der Entgasungskolonne sind die Füße der Ventile ver größert ausgeführt, wobei durch die ständige rotierende Be wegung der Füße ein größerer Bodenbereich von Anbackungen freigehalten wird.

Bei der Entgasungskolonne kann zwischen dem Kolonnenmantel und dem Umfang des Bodens ein gleichmäßiger Ringspalt von 1 bis 3 mm Breite freigelassen sein.

Die Böden der Entgasungskolonne können in äußere Segmente und in ein inneres Segment unterteilt sein.

Bei der Entgasungskolonne kann die auch als Überlaufhöhe bezeichnete Wehrhöhe 70 bis 200 mm betragen.

In der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Entga sungskolonne im Schnitt und in der Draufsicht auf einen Boden schematisch dargestellt.

In einem Kolonnenmantel 1 sind mehrere Böden 2 horizontal und mit Abstand übereinander angeordnet. Jeder Boden 2 ist von drei exzentrisch angeordneten Rohren 3 durchdrungen, deren obere Enden als Ablaufschächte 4 für den durch drungenen Boden 2 dienen, während ihre unteren Enden die Zulaufschächte 5 für den nächst unteren Boden 2 darstellen. Unterhalb jedes Zulaufschachtes 5 sind auf dem nächst unte ren Boden 2 Flächen 6 undurchlässig ausgebildet. Jeder Bo den 2 weist in einer Lochteilung von 150 mm angeordnete Ventile 7 auf, wobei der Ventildurchmesser 30 mm, der Öffnungsdurchmesser 25 mm und der Ventilhub 8 mm beträgt.

Jeder Boden 2 ist in zwei äußere Segmente 8 und ein inneres Segment 9 unterteilt. Der Abstand zwischen zwei benachbar ten Böden 2 beträgt 300 mm.

Beispiel 1

Eine Entgasungskolonne von 100 mm Durchmesser wies 7 Böden auf, welche im Abstand von 250 mm voneinander angeordnet waren. Jeder Boden enthielt ein Ventil mit einem Öffnungs durchmesser von 28 mm. Die Wehrhöhe betrug 120 mm.

Auf den Kopf der Kolonne wurden 20 m³/m²×h wäßrige Polyvi nylchlorid-Suspension mit einem Feststoffgehalt von 22 Ge wichts% und einem Vinylchlorid-Gehalt von 23 ppm aufgege ben. Bei einer Dampfbelastung von 7 kg/h in den Ablauf der Kolonne ergab sich ein Differenzdruck von 86 mbar (ent sprechend 12 mbar pro Boden). Bei einer Sumpftemperatur von 103°C und einer Kopftemperatur von 100°C wurden ohne Rück fluß 4,3 kg/h Destillatwasser abgenommen.

Es zeigte sich ein Sprudelbild der gleichmäßigen Bespülung des gesamten Kolonnenraumes zwischen den Böden. Auch nach längerer Betriebszeit wurden weder feste Ablagerungen noch ein Anstieg des Differenzdruckes beobachtet.

Die als Sumpfablauf abgezogene Polyvinylchlorid-Suspension enthielt weniger als 0,1 ppm Vinylchlorid, während die über Kopf der Kolonne abgezogenen gasförmigen Produkte neben inerten Bestandteilen einen Gehalt von 70% Vinylchlorid aufwiesen.

Beispiel 2

Auf den Kopf der im Beispiel 1 beschriebenen Entgasungsko lonne wurden 25 m³/m²×h wäßrige Suspension eines Propfcopo lymerisates aus Polyvinylchlorid und Polyacrylat mit einem Feststoffgehalt von 25 Gewichts% und einem Vinylchlorid- Gehalt von 20 ppm aufgegeben. Bei einer Dampfbelastung von 8,75 kg/h in den Ablauf der Kolonne ergab sich ein Differenzdruck von 98 mbar (entsprechend 14 mbar pro Bo den) . Bei einer Sumpftemperatur von 103°C und einer Kopf temperatur von 100°C wurden ohne Rückfluß 5,1 kg/h Destil latwasser abgenommen.

Es zeigte sich ein Sprudelbild der gleichmäßigen Bespülung des gesamten Kolonnenraumes zwischen den Böden. Auch nach längerer Betriebszeit wurden weder feste Ablagerungen noch ein Anstieg des Differenzdruckes in der Kolonne beobachtet. Die als Sumpfablauf abgezogene Propfcopolymerisat-Suspen sion enthielt nur noch ca. 0,05 ppm Vinylchlorid, während die über Kopf der Kolonne abgezogenen gasförmigen Produkte neben inerten Bestandteilen einen Gehalt von 65% Vinyl chlorid aufwiesen.

Beispiel 3

Eine Entgasungskolonne mit einem Durchmesser von 1200 mm wies 14 Böden auf, welche in einem Abstand von 300 mm von einander angeordnet waren. Jeder Boden enthielt 102 Ventile mit einem Öffnungsdurchmesser von 25 mm. Die Böden wiesen jeweils drei Ablaufrohre mit einem Durchmesser von je 180 mm auf, wobei die Wehrhöhe 120 mm betrug.

Auf den Kopf der Kolonne wurden 25 m³/m²×h wäßrige Suspen sion eines Copolymerisates aus Polyvinylchlorid und Poly acrylat mit einem Feststoffgehalt von 25% und einem Vinyl chlorid-Gehalt von 360 ppm aufgegeben. Bei einer Dampfbe lastung von 640 kg/h in den Ablauf der Kolonne ergab sich ein Differenzdruck von 182 mbar (entsprechend 13 mbar pro Boden). Die Sumpftemperatur betrug 106°C und die Kopftempe ratur 101°C.

Die als Sumpfablauf abgezogene Copolymerisat-Suspension enthielt weniger als 1 ppm Vinylchlorid.

Die Kolonne war 250 Stunden in Betrieb, ohne daß ein An stieg des Differenzdruckes beobachtet wurde.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Entfernung von Monomeren aus einer wäßrigen Suspension von Homo- oder Copolymeri saten mit einem Feststoffgehalt an Polymeren von 1 bis 60 Gewichts%, einer mittleren Teilchengröße der Polymer teilchen von 20 bis 500 µm und einem Monomerengehalt bis zu 5000 mg pro kg Polymeres, durch Einleiten der auf 50 bis 100°C vorerwärmten wäßrigen Suspension in eine Ent gasungskolonne mit mehreren, in einem Kolonnenmantel übereinander und mit Abstand voneinander angeordneten Böden, wobei jeder Boden mindestens einen Ablaufschacht aufweist und oberhalb jedes Bodens mindestens ein Zu laufschacht endet, und Abziehen der von Monomeren ge reinigten Suspension am Sumpf der Entgasungskolonne, während das am Kopf der Kolonne abströmende Dampfgemisch zur Gewinnung einer wäßrigen Phase sowie des Monomeren kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension auf Ventilböden mit durch die Ventile strö mendem, 50 bis 150°C heißem Wasserdampf im Gegenstrom behandelt wird, wobei man durch jedes Ventil pro Stunde 2 bis 50 kg Wasserdampf unter einem Druck von 0,1 bis 2 bar strömen läßt; daß die Verweilzeit der Suspension in der Ventilbodenkolonne 1 bis 60 Minuten beträgt und daß man die wäßrige Suspension in einer Menge von 4 bis 50 m³ pro m² Bodenfläche und Stunde in den oberen Teil der Ventilbodenkolonne einleitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch jedes Ventil 10 bis 30 kg/h Wasserdampf strö men läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Verweilzeit der Suspension in der Ventilbo denkolonne 2 bis 30 Minuten beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Suspension 4 bis 20 Minuten beträgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige Suspension in einer Menge von 10 bis 30 m³ pro m² Bodenfläche und Stunde in den oberen Teil der Ventilbodenkolonne ein leitet.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmung der wäßri gen Suspension durch indirekten Wärmeaustausch mit am Sumpf der Kolonne abgezogener, von Vinylchlorid gerei nigter Suspension erfolgt.

7. Entgasungskolonne zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 mit mehreren, mit vertikalem Abstand übereinander angeordneten Böden, wo bei jeder Boden mindestens einen Ablaufschacht aufweist und wobei oberhalb jedes Bodens mindestens ein Zulauf schacht endet, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden (2) in Löchern mit einer Teilung von 50 bis 200 mm angeord nete, über ihre Querschnittsfläche verteilte, im wesent lichen aus Ventildeckel und Ventilfuß bestehende Ventile (7) aufweisen, wobei das Verhältnis der Summe der Loch flächen zur Querschnittsfläche jedes Bodens (2) 0,01 bis 0,1 beträgt.

8. Entgasungskolonne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net daß die Löcher einen Durchmesser von 10 bis 40 mm aufweisen.

9. Entgasungskolonne nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das Verhältnis der Summe der Lochflä chen zur Querschnittsfläche jedes Bodens (2) 0,015 bis 0,04 beträgt.

10. Entgasungskolonne nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventildeckel einen Durchmesser von 20 bis 50 mm aufweisen.

11. Entgasungskolonne nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ventildeckel einen Durchmesser von 30 bis 40 mm aufweisen.

12. Entgasungskolonne nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkanten der Ventilfüße sich auf einem Kreis bewegen, welcher den 1 bis 5-fachen Durchmesser des Ventildeckeldurchmessers aufweist.

13. Entgasungskolonne nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Ventile (7) 4 bis 20 mm beträgt.

14. Entgasungskolonne nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (7) ein Gewicht zwischen 10 und 30 g aufweist.

15. Entgasungskolonne nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zweier Böden (2) voneinander 150 bis 300 mm beträgt.