Способ непрерывной обработки водных дисперсий гомои сополимеров винилхлорида и устройство для его осуществления

 

:ж..

ИАТЕ,-, . бк ;но-,- д

О П

Союз Советских

Социалистических

Республик

«н657752

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (6() Дополнительныи к патенту (51) М. КЛ.

С 08 F 6/10

В 01 У 1/00 (22) Заявлено 07.0576 (21) 2359105/05 (23) Приоритет (32) 0905.75 (3I) P 2520591.8 (33) ФРГ

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (SS) УМ 678.743,22т

:025.4(088.8) Опубликовано 150429.Бюллетень ¹ 14

Дата опубликования описания 1504,79

Иностранцы

Кристоф Хайнце, Франц Беч и Хорст Вольфф (ФРГ) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма Хехст АГ (ФРГ) (7!) Заявитель (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ

ГОМО- И СОПОЛИМЕРОВ ВИНИЛХЛОРИДА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение касается способа обработки водных дисперсий гомо- и сополимеров винилхлорида с целью удаления непрореагировавшего мономера и других летучих компонентов.

Изобретение касается также конструкции устройства для осуществления этого способа обработки водных дисперсий гомо- и сополимеров винилхлорида.

Известен способ непрерывной обработки водных дисперсий гомо- и сополимеров винилхлорида перегретым водяным паром в специальных колонках (1).

Известно устройство для осуществления способа непрерывной обработки водных дисперсий гомо- и сополимеров винилхлорида, содержащее горизонтально установленный обогреваемый корпус с патрубками подачи и отвода жидкости и газа, разделенный установленными перпендикулярно его оси перегородками на секции, сообщающиеся между собой по жидкости с помощью отверстий и по газу посредством патрубков, .и снабженные установленными на приводных валах в жидкости мешалками (2).

Использование известного способа не позволяет полностью удалить непрореагировавший мономер.

Целью изобретения является интенсиФикаиня процесса дегаэации дисперсии.

Указанная цель достигается осуществлением нового способа непрерывной обработки водных дисперсий гомо- и сополимеров винилхлорида перегретым водяным паром с применением устройства новой конструкции.

Изобретенный способ отличается от известного тем, что водная дисперсия и водяной пар перемещают через изолированные друг от друга и секции противопотоком и перемешивание водной дисперсии в секциях проводят со; скоростью 0,3-10 м/с.

При обработке водных дисперсий гомо- и сополимеров винилхлорида описываемым способом в устройстве для его осуществления, содержащем горизонтально установленный обогреваемый корпус с патрубками подачи и отвода. жидкости и газа, разделенный установленными перпендикулярно его оси перегородками на секции, сообщающиеся между .собой по жидкости с помощью ,отверстий и по пару — посредством

3 6577 патрубков и снабженные установленными на приводных валах н жидкости мешалками, последние выполнены в виде пропеллеров, а каждое отверстие, сообщающее между собой секции по жидкости, расположено н нижней части перегородки и площадь каждого отвер- 5 стия по меньшей мере равна площади поперечного сечения патрубка для подачи жидкости в устройство. Площадь перегородки составляет не менее 4/5 плоцади поперечного сечения корпуса. 10 ,,Устройство содержит 4 — 10 перегоро док. Центр осеной мешалки смещен . от вертикальной оси секции на 5-40% внутреннего диаметра корпуса. Устрой, ство снабжено дополнительными мешал- 15 ками, установленными в газовой фазе.

Перегородки снабжены обратными клапанами, установленными в отверстиях, сообцающих между собой секции по жидкости °

Быстрое движение дисперсии к плоскости раздела фаз обеспечивает контакт большой поверхности дисперсии с газовым пространством и быстрое установление равновесия между концентрацией летучих компонентов.и жид-З кости и ее концентрацией н газовом гространстве при относительно небольшом конструктивном размере аппарата.

Скорость менее 0,3 м/с может обеспечить требуемый эффект отгона летучих компонентов (эффект дегазации) лишь при большом конструктивном объеме аппаратуры. При скоростях выше 10 м/с возможно пенообразова; иие и явление коагулнронания. 35

Для обеспечения эффекта дегазации особенно большое значение имеет разделение газовых пространств отдельных камер. Перегретый водяной пар можно и подавать, и выводить отдель- 40 на иэ каждой камеры.

Обработка дисперсии должна происходить по крайней мере в двух камерах, целесообразно же использовать

3-21 секцию. С повышением числа сек45 ций растет эффект дегазации, но растет и объем аппаратуры. Однако с увеличением числа секций и тем самым роста скорости дегазации уменьшается время выцержки для достижения малой конечной концентрации летучих компонентов (например более 10 ч/млн остаточного винилхларида) „ благодаря чему можно несколько уменьшить объем требуемой аппаратуры. Оптимальное количества секций с вычетом секций начальной и конечной концентрации летучих компонентов в зависимости от выбранных условий дегазации, вида полимера, размера и пористости частиц, а также нужной степени дега g) эации дисперсий синтетических матеРиалов, составляет 5-11.

Дисперсию, недостаточно нагревавшуюся при ее получении, можно допол,нительно нагреть паром, например в теплообменнике. Для компенсаЦии теп

52 4 лопотерь или для установления запрограммированной кривой изменения температуры дисперсию можно нагреть и и процессе ее обработки. Целесообразно обработку дисперсии проводить сначала при более низкой температуре, чтобы предотвратить быстрое испарение присутствующих вначале в относительно высокой концентрации летучих компонентов. Ускоренное испарение может стать причиной вспенивания дисперсии.

Подвод тепла осуществляют через дополнительные отверстия, предусматриваемые в отдельных камерах для подачи газа (дисперсия нагревается тогда непосредственно за счет концентрации водяного пара). Однако необходимо избегать проникновения( поступающегЬ снизу водяного пара до поверхности дисперсии, поскольку это может стать причиной пенообразования.

Обогревать дисперсию в секциях можно через стенки камеры или через встроенные в камерах органы при условии, конечно, что они не будут препятствовать движению дисперсии.

Обработку водных дисперсий гомон сополимеров, н частности винилхлорида, для удаления летучих компонентов осуществляют при 60-130 С, предпочтительно при 75-110 С и лучше при 80-110 С.

Может оказаться целесообразным герметическое выполнение камер, чтобы, например н случае обработки дисперсии водяным паром при температуре, превышающей 100 С, предотвратить сильное кипение, ведущее к не.>келательным смещениям поверхности дисперсии па вертикали к плоскости раздела фаз.

С помацью описываемого способа можно обеспечить дегаэацию водных дисперсий гомо- и сополимеров винилхлорида до остаточного содержания винилхлорида 10 ч/млн. и ниже (по отношению к сухому полимеру), причем за относительна короткий срок, при относительно малом расходе пара и без осмаления продукта. Способ осуцествляется непрерывно, практически без осложнений, вызываемых образованием накипи или корки на стенках резервуара. Применение водяного пара не создает трудностей при регенерировании или повторном использовании отогнанных остаточных мономеров.

Благодаря удалению и регенерированию вредных для человека веществ непосредственно после полимериэации исключается их поступление в окружающую среду на ранней стадии получения полимера. Обработанную дисперсию можно в дальнейшем перерабатывать известными методами. Ее можно использовать для получения покрытий и тадг

657752

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в разрезе на фиг. 2 — то же, вариант выполнения; на фиг. 3— разрез по Л-.A) на фиг. 4 - предлагаемое устройство, общий вид, другой вариант выполнения; на фиг. 5 — разрез по Б-Б,на фиг.6,7 и 8- узел В, 6 разные варианты выполнения; на фиг. 9, 10 и 11 — узел  — вид сверху.

Устройство для непрерывной обработки водной дисперсии моно- и сополимеров винилхлорида содержит гори- р зонтально установленный корпус 1 с патрубками подачи 2 и отвода 3 жидкости и подачи 4 и отвода 5 газа.

Корпус 1 разделен установленными перпендикулярно его оси перегородками 6 на семь секций, сообщающихся между собой по жидкости через отверстия 7 и по газу с помощью патрубков 8. Перегородок 6 может быть 2-20, предпочтительно 4-10. В каждой секции в жидкости установлена на приводном валу мешалка 9 в виде пропеллера, диаметр которого равен 15% внутреннего диаметра корпуса 1, Отверстие

7.находится в нижней части корпуса 1, площадь его равна 1/10 площади попе- 25 речного сечения корпуса 1 и равна площади поперечного сечения патрубка

2. В верхней части корпуса на валу ,мешалки 9 смонтирована мешалка 10 для газа в виде осевого вентилятора. 30 В днище каждой секции имеется отверстие для подачи холодной воды, подаваемой по трубопроводу 11, с целью регулирования температуры.

Устройство снабжено уровнемером

12 и рубашкой для регулирования температуры (на чертежах не показана).

Снаружи рубашка имеет тепловую изоляцию.

На фиг. 2 пре.,ставлен вариант выполнения устройства, в котором мешалка 9 может быть установлена эксцентрично, т.е. ее центр может быть смещен от вертикальной оси секции на 5-40% внутреннего диаметра корпуса.

Поперечное сечение патрубка 8 имеет размеры, обеспечивающие скорость газа не менее 2 м/с. В этом случае можно не устанавливать осевой вентилятор в газовой фазе. 50

Площадь перегородки 6 составляет не менее 4/5-площади поперечного сечения корпуса. Мешалка 9 монтируется так, чтобы между нижней кромкой мешалки и днищем корпуса 1 оставался 55 зазор, не превышающий 40% внутреннего диаметра корпуса. Желательно, чтобы этот зазор составлял 5-20% внутреннего диаметра корпуса. Перегородки 6 могут быть снабжены обратными клапанами 13 (фиг. 5-11) для предот1вращения обратного перетока жидкости.

Для обратного клапана используют коррозионностойкие, а также резиновые эластичные материалы. Клапаны закрепляются на перегородках 6. Клапан может быть поворотным из стального листа (фиг. 6,9) или жестко связан с перегородкой непосредственно с одной стороны и треугольной пластиной с другой (фиг. 7 и 10) или выполнен иэ резинового эластичного материала, закрепленного в двух местах на перегородке (фиг. 9 и 11).

Способ непрерывной обработки водных дисперсий гомо- и сополимеров в данном устройстве осуществляется mleдующим образом. Жидкость (дисперсию) подают в устройство по патрубку 2 и отводят гаэ по патрубку 3. Водяной пар подают по патрубку 4 и отводят по патрубку 5. Жидкость перемешивается пропеллером 9, нагнетающим ее вниз, а гаэ перемешивается осевым вентилятором 10. Обрабатываемая дисперсия перетекает из секции в секцию через отверстия 7, а газ переходит из секции в секцию противотоком к жидкости через патрубки 8.

Остаточное содержание винилхлорида определяют с помощью газового хроматографа по методу . head-space, описанному в Zeitschrigft analytische Chemic Р 285, 1971, стр. 345350) .

Среднюю величину частиц устанавливают по ДИН 53734. Расшифровку производят с использованием гранулометрической сетки Розин-Рамакер.

Содержание .мелких частиц полимера определяют подсчетом частиц различных классов размеров на электронномикроскопических снимках — см. Chemic Jngeneur Technik 43, 1974, стр. 1030.

Поглощение мягчителей.

В два сосуда с ситовыми донышками, используемых прн центрифугировании, вкладывают фильтры; на них кладут поливинилхлорид весом 2 г и сверху 10 мл ди(этилгексил)фталата. Разность весов обоих сосудов компенсируют добавкой ди(этилгексил)фталата.

Сосуды центрифугируют в течение

10 мин при 10000 об/мин; после этого определяют привес поливинилхлорида.

Разницу определяют в процентах к навеске поливинилхлорида.

О действии температуры судят визуально, по изменению окраски порошкообразного полимера.

Пример ы 1,3,5,7 и 10 проводят в устройстве, изображенном на фиг. 1 и состоящем из термоиэолированного герметического, горизонтально расположенного цилиндрического корпуса емкостью 12 л, разделенного

5-ю перегородками на 6 камер равной величины. Под перегородками остается

50% суммарного поперечного сечения конуса. В каждой из 6 камер имеется нагнетающая жидкость вниз пропеллерная мешалка, установленная вплотную к поду секций и вращающаяся с окруж, ностью скоростью 5 м/с. Обезгаживаемую дисперсию непрерывно подают в

7752 8 одержание в исперсии винилхло

Рида r ч млн

При сло мер ступено- ей мер

Выдержка, мин

Термическое повреждение

Количество пара

1 кг/кг полимера

Давление, мм рт.ст

Температура, С

Вывод вод

Нет

11,5

Суспен зионный винилхло ридный гомополимер

К-35

797 1.100

1 17,5

Нет

200

Нет

Нет

Да

Нет

Начинается

22

17,5

35.

l5

30 б

761 12000

759 1100

2 10 99

3 б 99

6 г

4 1 99 757 1100

7 65 корпус снизу и также снизу выпускают в другом его конце.

В качестве обрабатывающего газа используют водяной пар, нагретый до

150 С и поступающий по трубам иэ секции в камеру в противотоке к дисперсии. Поперечное сечение труб подбирают таким образом, чтобы пар поступал в соответствующую секцию со скоростью. около 5 м/с и осуществлялось постоянное размешивание газа в газовом пространстве секции. Все отверстия впуска пара размещаются выше поверхности жидкости. Ввод и вывод дисперсии регулируют применительно к индукции уровня таким образом, чтобы время выдержки дисперсии в корпусе соответствовало указанному в приведенной таблице.

Температуру дисперсии измеряют и поддерживают в течение опыта примерно постоянной. Давление в корпусе атмосферное, лишь в примере 10 оно было равно 380 мм рт.ст.

Пример ы 2-10 проводят в таком же аппарате, но емкостью 20 л, разделенном 9-ю перегородками на

20 примерно одинаковых камер.

Сопоставительные опыты 3,8 и 11 выполняют в непрерывном режиме в известном устройстве, состоящем из термоизолированного герметичного горизонтально расположенного цилиндрического корпуса емкостью 12 л, разделенного 5-ю перегородками, перекрывающими нижнюю часть корпуса, а сверху оставляющими свободными 50% суммарного сечения корпуса, на б примерно равных отделений. Каждое отделение оснащено мешалкой, вращающейся с окружной скоростью 1 м/с. В дне каждого отделения имеются отверстия для впуска пара. Дисперсию вводят непрерывно в один конец корпуса, последовательно полностью заполняя отделения, и отбирают в противоположном конце корпуса. Подачу и вывод дисперсии регулируют так, чтобы обеспечивать указанное в таблице время выдержки °

Через отверстия в дне каждого отцеления1впускают водяной пар, нагретый

45 до 150 С, который выпускают из общего газового пространства резервуара. В первом по направлению потока дисперсии отделении было отмечено значительное пенообразование, для устранения которого вскоре после начала работы и чтобы довести опыт до конца, был введен антивспениватель. .

Сопоставительные опыты 4,6,9 и 12 проводят ступенчато в термоизолированном, герметичном сосуде емкостью

2 л, снабженном вращающейся с окружной скоростью 1 м/с пропеллерной мешалкой. Через отверстия в дне сосуда пропускают водяной пар, нагретый о до 150 С. С самого начала обработки наблюдается вспенивание, для устранения которого необходимо было вводить антивспениватель.

Соответствующие изобретению опыты 1 и 2,а также сопоставительные опыты 3 и 4 проводят с полученной суспенэионной полимеризацией водной дисперсией винилхлоридного гомополимера, содержащего 33% полимера, с индексом К полимера 55, средним размером частиц 85 мкм, поглощающей способностью для мягчителей 10,3%.

Соответствующий изобретению опыт 5 и сравнительный опыт 6 проводят с полученной суспензионной полимеризацией водной дисперсией винилхлоридного гомополимера с ЗОЪ-ным содержанием полимера, индексом К полимера 70% средним размером частиц

105 мкм и 28%-ным поглощением мягчителя.

Пример ы по изобретению

7-10 и сопоставительные примеры 8 9

11 и 12 проводят с полученной суспензионной полимеризацией водной дисперсией винилхлоридвинилацетатного сополимера с 35%-ным содержанием полимера, индексом К полимера 60 средним размером частиц 85 мкм и 8,6%-ным поглощением мягчителя.

Данные результатов измерений при,ведены в таблице. Сравнительные при- меры обозначены наряду с порядковым. номером буквой V

657752

Продолжение табл °

Суспензионный винилхло ридный 5 гомопо пи мер

К-70 6

Нет

756 1?000 1

759 12000 10

Нет,Суспен зионный 7 винилхлорид 8 винилацетат- 9 ный гомополимер 6

-60 10

Нет

760 2300 10

756 2300 10

758 2300 10

Да

Нет

Нет

30

1800

Нет

60

300

1800

10 б

Да

Недостижим из-за термического повреждения

Нет

380

1800

?у г 80

60

1800

180

Да

Без необходимого для нагрева полимерной дисперсии количества пара

При непрерывном режиме работы. . В пересчете на отметку уровня моря

Формула изобретения

1. Способ непрерывной обработки водных дисперсий гомо- и сополимеров винилхлорида перегретым водяным паром в устройстве, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации процесса дегазации дисперсии, . водную дисперсию и водяной пар перемещают через изолированные друг от друга секции противотоком и переме45 шивание водной дисперсии в секциях проводят со скоростью 0,3-10 м/с.

2. Устройство для осуществления способа непрерывной обработки водных дисперсий гомо- и сополимеров винил- 60 хлорида по п.1, .содержащее горизонтально установленный обогреваемый корпус с трубками подачи и отвода жидкости и газа, разделенный установпеннйми перпендикулярно его оси пе- 55 регородками на секции сообщающиеся между собой по жидкости с помощью отверстий и по газу — посредством патрубков и снабженные установленными на приводных валах в жидкости ме-. шалками, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что мешалки выполнены в виде пропеллеров, а каждое отверстие, сообщающее между собой секции по жидкости, расположено в нижней части перегородки и площадь каждого отвер65 стия по меньшей мере равна площади поперечного сечения патрубка для подачи жидкости в устройство.

3. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ .e e c я тем, что площадь перегородки составляет не менее 4/5 площади поперечного сечения корпуса.

4. Устройство по п.2, о т л ч а ю щ е е с я тем, что оно содержит 4-10 перегородок.

5. Устройствб по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что центр осевой мешалки смещен от вертикальной оси секции на 5-40% внутреннего диаметра корпуса.

6. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено дополнительными мешалками, установленными в газовой фазе.

7. Устройство но п.2 о т л ич а ю щ е е с я тем, что перегородки снабжены обратными клапанами, установленными в отверстиях, сообщающих между собой секций по жидкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зильберман E.Н. Получение и

1 Э свойства поливинилхлорида, изд. Химия, М., 1968, с. 89.

2. Авторское свидетельство СССР

9 373023, М., кл2 В 01 J 1/00, 1969,, 657752 фиг.5 фиг. 6 фни 7 фиг. b фиг. II фиг. IO фиг. 5

Составитель И.Волгина

Редактор Л.Емельянова Техред Н.Бабурка КоРРектоР С.Шекмар

Заказ 1659/65 Тираж 584 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4