專利名稱：條材蒸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及條材蒸發(fā)器，它有一個脫氣容器、一個至少有一個分配管的產(chǎn)品入口、一個產(chǎn)品分配器、一個產(chǎn)品出口和一個蒸汽出口。
這種條材蒸發(fā)器尤其被用在聚合物生產(chǎn)中，以便從產(chǎn)品流(如參見1996，P.8，Marcel Dekker有限公司，R.J.Albalak的“聚合物蒸發(fā)”)中去除揮發(fā)性成分。為了獲得盡可能大的表面，人們設(shè)法在脫氣容器中將熱產(chǎn)品流(如掉落的熔融聚合物)細分成盡可能多的(聚合物)條材。在這種情況下，薄的條材允許單位面積內(nèi)容納大量條材。然而，條材長度和脫氣容器的高度應(yīng)保持在合理的界限內(nèi)。
在實驗設(shè)備和低產(chǎn)設(shè)備中，依靠所謂的分配板就足以分配產(chǎn)品流，其中在產(chǎn)品入口下方的孔板確保把產(chǎn)品流細分成單個條材。具有分配板的條材蒸發(fā)器可以從專利說明書如US5024728和US4934433中得知。在小規(guī)模生產(chǎn)的情況下，僅需要小板徑來開設(shè)鉆孔，所以，即便是在為在孔板上獲得均勻的產(chǎn)品分配而需要高的初始壓力(如在需要高流通量、高產(chǎn)品粘性的情況下)的情況下，也因強度原因而僅需要薄板。但在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的情況下，為了可靠地防止其彎曲，孔板直徑因所需的生產(chǎn)初始壓力的需要而必須相當大。然而，大的板徑在孔板內(nèi)相應(yīng)地需要更長的鉆孔，所以產(chǎn)品初始壓力變得更高，而該值又對所需板厚產(chǎn)生影響。在使用分配板的情況下，由于在分配板中限定流通量，所以裝有這種分配板的條材蒸發(fā)器不能被隨意增大，尤其是對于大多數(shù)的具有典型的高熔化粘性的聚合物來說，不可能實現(xiàn)高的聚合物流通量(＞10t/h)。
設(shè)有分配板的條材蒸發(fā)器的另一個缺點是蒸汽輸出結(jié)構(gòu)，蒸汽輸出因為為分配產(chǎn)品而成連續(xù)的分配板的緣故只能在側(cè)面進行，因而可能出現(xiàn)條材偏斜。
因此，本發(fā)明的目的在于如此設(shè)計和改進前言所述的且以上已詳細說明的條材蒸發(fā)器，即尤其是在大型生產(chǎn)設(shè)備中實現(xiàn)最適當?shù)亩蜒b密度(單位面積的產(chǎn)品流通量)。此外，希望設(shè)備在產(chǎn)品流通量和材料選擇方面很靈活。
通過這樣的條材蒸發(fā)器實現(xiàn)本發(fā)明的目的，即它至少包括脫氣容器、產(chǎn)品入口、產(chǎn)品分配器、產(chǎn)品出口和蒸汽出口，其中產(chǎn)品分配器成帶有至少一個分配管和多個并列噴管的分配管的形式，噴管在管壁中有許多孔。噴管最好在多個平面內(nèi)重疊并且相互交錯。
在條材蒸發(fā)器中，在產(chǎn)品流流過(或許經(jīng)過預(yù)熱)分配管并流出噴管出口后，形成數(shù)量與孔數(shù)一樣多的條材，由于重力作用，條材自由下落并集中在容器底部。
通過按照本發(fā)明地在脫氣容器中設(shè)置一些管，可以實現(xiàn)條材最均勻且最密密麻麻地分布在容器橫截面上，從而可以充分利用脫氣容器的體積。尤其是也利于蒸汽傳輸，這是因為可以無需在結(jié)構(gòu)上作出努力地在產(chǎn)品出口上抽出產(chǎn)品流的揮發(fā)性成分并因而消除因側(cè)排氣而引起的條材偏斜危險。通過根據(jù)優(yōu)選實施例高度交錯地設(shè)置管，可以使揮發(fā)性成分與掉落條材相反地向上流動并且在容器邊緣區(qū)內(nèi)向上流動。
這也可以如此實現(xiàn)，即噴管橫向間隔開，無論它們是否設(shè)置在單個平面或多個重疊平面內(nèi)。
或者，這些管顯示出(環(huán)形)圓形或橢圓形橫截面，它在任何情況下都具有向下的開口(如孔)。不過，根據(jù)條材蒸發(fā)器內(nèi)的幾何形狀情況，這樣的管形和下面提及的管形的組合也是適當?shù)摹?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選教導(dǎo)，這些管成半管形式，半管的下方分別與一個尤其是平的孔板相鄰。這樣，幾乎半管的整個直徑都被用來形成條材。
由于單個半管或橢圓形管的寬度比普通分配板的直徑小，所以因強度原因而需要的半管板厚或橢圓形管壁厚明顯小于普通分配板的板厚。
根據(jù)本發(fā)明的進一步優(yōu)選設(shè)計方案，代替半管地提供其它管形，這些管形不一定具有圓形橫截面。例如可以由厚壁鋼板或拉拔型材形成三角形或矩形的橫截面。
本發(fā)明的另一個特別設(shè)計方案規(guī)定了，為了確保在停止產(chǎn)品供應(yīng)時排空管子，使噴管相對水平面傾斜且尤其是向著其端部斜伸達近15°且尤其是10°的α角。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選教導(dǎo)，噴管被直接安放在分配管產(chǎn)品入口上，因此分配管中沒有靜止空間。通過焊縫或活動固定如借助法蘭或螺栓來實現(xiàn)連接。
本發(fā)明的其它特別設(shè)計方案規(guī)定了，為了使管端頭的靜止空間最小，通過斜切使噴管端頭成銳角形狀(尖端)。
在本發(fā)明的另一個特別優(yōu)選的設(shè)計方案中規(guī)定了，產(chǎn)品分配器具有多個分配管，這些分配管設(shè)置在脫氣容器內(nèi)，從而在脫氣容器中進行產(chǎn)品流的細分。在這種情況下，分配管在脫氣容器的內(nèi)上部中彎曲延伸。這樣的“內(nèi)部分配器”具有以下優(yōu)勢，即必須只有單個管被通入脫氣容器中以便輸入產(chǎn)品，從而確保了裝置的真空密封性。
但是，產(chǎn)品分配器也可以包括許多個設(shè)置于脫氣容器外的分配管，因此在脫氣容器外進行產(chǎn)品流的細分。這個替換設(shè)計方案的優(yōu)點是，如果需要，可以比在“內(nèi)部分配器”的情況下不費事地更換單個被塞住的管。但是，這個優(yōu)點的代價就是密封更費事(耐真空性)。
因此，為了獲得最佳的產(chǎn)質(zhì)量量，在許多應(yīng)用場合中優(yōu)選第一替換方案即“內(nèi)部分配器”。
為避免阻塞危險且尤其是在不穩(wěn)定運行時，本發(fā)明的另一個特別設(shè)計方案規(guī)定了，分配管的噴管裝有附加的加熱管。這種設(shè)計方案在產(chǎn)品質(zhì)量方面有很大優(yōu)勢，這是因為，就象在聚碳酸酯生產(chǎn)中是很重要的那樣，由于把聚碳酸酯流加熱至排出溫度所需的能量輸入可在最后一刻進行，所以可以在初級階段內(nèi)降低溫度。通過保護產(chǎn)品的預(yù)處理，改善了這種聚合物的顏色并因而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
為此，本發(fā)明的另一個優(yōu)選設(shè)計方案規(guī)定了，加熱管成半管形式，它或許具有小于噴管的直徑，并且所述加熱管被從上面裝在噴管上。盡管這種設(shè)計方案在結(jié)構(gòu)上比較費事，但與之而來的優(yōu)點可輕易地補償增加的難度。代替安裝上的半管地，也可以使用其它橫截面，尤其是具有橢圓形橫截面的管。
所有與產(chǎn)品流接觸的部件且尤其是脫氣容器或產(chǎn)品分配器可由任何材料制成。但是，當出現(xiàn)由鐵催化的熱致分解產(chǎn)品時，如在聚碳酸酯時那樣，這些部件最好由最多含鐵10％的貧鐵材料制成。所有與產(chǎn)品流接觸的部件特別優(yōu)選地由合金制成，如合金59(2.4605)、因科內(nèi)爾鎳鉻耐熱耐蝕合金686(2.4606)、合金-B2、合金-B3、合金-B4、合金-C22、合金-C276、合金-C4或合金625。在產(chǎn)品分配器被加熱的情況下，優(yōu)選導(dǎo)熱性強的材料。
一個條材蒸發(fā)器的優(yōu)選實施例的特征是，沿噴管平行并列地設(shè)置多行孔，其中相鄰孔行具有1.0mm～20mm、最好2.0mm～10mm的中心間距。
相鄰的孔行尤其最好沿管長度相互交錯排列。
在條材蒸發(fā)器的一個有利的特別設(shè)計方案中，一行內(nèi)的各相鄰孔具有1.5mm～20mm、最好2mm～10mm的中心間距。
孔徑最好等于0.1mm～10mm，優(yōu)選地等于0.5mm～5mm，最佳地是1mm～3mm。
噴管中的孔最好是鉆設(shè)的。這些孔最好是這樣形成的，即孔表面的粗糙度不太大，如粗糙度Ra至多為12.5μm。事實證明，根據(jù)ISO1302的孔粗糙度分類N6～N9是特別有利的。
最好對孔端進行去毛刺處理，這對生產(chǎn)穩(wěn)定聚合物條材很重要。對多數(shù)聚合物來說，孔出口處設(shè)有沉頭槽是特別有利的，沉頭角最好為60°～120°。優(yōu)選約90°的沉頭角。沉頭槽深度最好是孔徑的0.2倍～2倍。
在噴管很長(長/直徑＝30)的情況下，使沿管的壓力剃度為負，這是因為流經(jīng)孔的流通量在聚合物流向上遞減。盡管噴管直徑的增加確實均衡了沿管流經(jīng)孔的不同流通量，但這導(dǎo)致了更長的產(chǎn)品停留時間，結(jié)果帶來了產(chǎn)品熱損的危險。
所以，在一個特別優(yōu)選的實施方案中，為了實現(xiàn)每個孔的盡可能不變的流通量，噴管朝向聚合物流地設(shè)有直徑擴大的孔。
在另一個優(yōu)選實施方案中，通過單位噴管長度內(nèi)的不同孔數(shù)實現(xiàn)了沿噴管流經(jīng)孔的流通量的均衡。通過在聚合物流向上減少孔數(shù)，沿噴管的壓力梯度縮小并因而出現(xiàn)每孔流通量的均衡。由此避免了，在流經(jīng)裝置的總流通量低時，這些孔的流通量變得非常低，以至在孔處的聚合物纖維中斷。在這種情況下，排出性能下降。
本發(fā)明的條材蒸發(fā)器可用于從任何液態(tài)的或可熔融的聚合物和類似物質(zhì)的溶液中除去揮發(fā)性成分。
除溶劑外，揮發(fā)性成分不僅可以是非聚合的單體或低聚體，也可以是其它低分子量的離析物。
本發(fā)明的另一個主題是把本發(fā)明的條材蒸發(fā)器用于從熱敏物質(zhì)且尤其是聚合物、藥物、天然物質(zhì)或食品的熔液或溶液中除去揮發(fā)性成分且尤其是溶劑和/或單體或低聚體。
本發(fā)明的條材蒸發(fā)器最好被用于除去熱塑性聚合物。這些聚合物包括在壓力和熱影響下可流動的所有塑料。在這里，塑料的例子是聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚亞苯基硫化物、聚亞安酯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸甲酯(甲基)丙烯酸脂、SAN樹脂及其共聚物以及可能有的聚合物混合物。
以下，參見表示唯一的實施例的圖來詳細描述本發(fā)明，其中

圖1以示意的橫截面透視圖來表示分配管噴管的結(jié)構(gòu)；圖1a表示噴管端；圖2以側(cè)視圖表示圖1的分配管的變型結(jié)構(gòu)；圖3a-圖3d分別以橫截面圖表示本發(fā)明條材蒸發(fā)器的噴管結(jié)構(gòu)的四個變型方案；圖4表示管受熱時的圖1所示結(jié)構(gòu)；圖4a表示噴管端；圖5表示管受管時的圖2所示結(jié)構(gòu)；圖6是整個條材蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的縱截面示意圖；圖7是圖6的條材蒸發(fā)器的橫截面圖。
圖7以橫截面圖表示條材蒸發(fā)器。產(chǎn)品經(jīng)產(chǎn)品入口11從分配管1到達產(chǎn)品分配器和從那里分支的噴管2(見圖6)。產(chǎn)品流從噴管2的噴口中(見圖1、1a)噴出并形成自由掉落的條材5并集中在脫氣容器6的底部。一個泵16把脫氣產(chǎn)品送往產(chǎn)品出口13。用于揮發(fā)性成分的出口12被裝在脫氣容器6的頂蓋上。脫氣容器的外殼成加熱套14形式。在此實施方案中，噴管并列地設(shè)置在一個平面內(nèi)(見圖6、7)。
圖1示意表示條材蒸發(fā)器的產(chǎn)品分配器，其中產(chǎn)品流經(jīng)過分配管1被供給多個通入分配管1的噴管2之一，噴管在所示的且就此而言是優(yōu)選的實施例中成半管2形式并且底部由孔板3封閉?？梢院芸炜吹?，由于一些噴管2被直接裝在分配管1的產(chǎn)品入口上，所以在分配管1中不可能出現(xiàn)產(chǎn)品靜止空間。與圖7的實施例不同的是，圖1的噴管2交錯并列于兩個重疊平面內(nèi)。
在圖2的側(cè)視圖所示的分配管變型結(jié)構(gòu)中，噴管2最好略微相對水平向其端部傾斜，此外，噴管在其端頭配設(shè)有塞子4(見圖2a)。
可從圖1清楚地看到，條材蒸發(fā)器的分配器的堆裝密度通過在多個平面內(nèi)并列且相互交錯地排列一些管而得到優(yōu)化。為了更加一目了然，只在圖1的右下部示出一些條材5。
通過圖3a-圖3d的示意圖，清楚看到更高的堆裝密度或者說單位面積的產(chǎn)品流通量。在具有外置分配器的裝置(示于圖3d)中，實行了通過脫氣容器6的壁而相互間隔的管7(“噴槍”)，其在實驗例中從兩邊被套裝在一起。
如圖3c所示，在利用借助交錯半管2的解決方案的內(nèi)部分配器中，可在一半直徑上開設(shè)同樣多的孔。這意味著，堆裝(單位面積的孔數(shù))高達4倍。當孔排成三角形時，可以近似實現(xiàn)最密集的堆裝。在4mm孔間隔的情況下，得到1130mm的最小直徑。
在圖3c中示出了一個彎曲的分配管，它決定了孔區(qū)內(nèi)的長度不同的噴管2和進而決定了不同的生產(chǎn)能力/管，而圖3b顯示一根直分配管1，它導(dǎo)致同樣的管長度和同樣的生產(chǎn)能力/管。如圖3a所示，分配管可具有一中心分配管1，噴管2從中心分配管向兩個方向分開。
圖4、5還示出了，分配管的加熱也是可行的。在這種情況下，分別在一些半管2上安裝了一個加熱管8，為防止受到不利影響，加熱管的直徑略小于半管2的直徑。加熱介質(zhì)在入口9處按箭頭方向被供給一些加熱管9并沿箭頭在出口10處排出，從而相反流動地產(chǎn)生加熱作用。在這里，半管2的端頭也可用塞子4(圖4a)被堵上。如圖5所示，盡管通過一些加熱管8加熱一些半管2意味著在結(jié)構(gòu)上相當費事，但美觀加工產(chǎn)品的可能性和產(chǎn)品質(zhì)量的顯著提高使得這種麻煩變得合理。
由于分配管構(gòu)造特殊，本發(fā)明的條材分配器導(dǎo)致高堆裝密度和在產(chǎn)品流通量和材料選擇方面有最高的靈活性。由于可以毫無困難地預(yù)制一些管，所以在加工成本和材料可用性方面得到了其它優(yōu)勢。如上所述，由于可以通過按照本發(fā)明地且結(jié)構(gòu)上不太費事地把一些管布置在產(chǎn)品出口上方而排出揮發(fā)性成分，所以可以最佳地進行蒸汽傳送。應(yīng)用實例含苯乙烯的且揮發(fā)性化合物(苯乙烯、丙烯腈、乙烷基苯(溶劑))含量約為2000ppm的SAN共聚物在如圖6的條材蒸發(fā)器中被蒸發(fā)。在220℃產(chǎn)品溫度下，獲得1000Pa.s.以上的粘度。使用如圖6或7所示的且具有在一個平面內(nèi)的半管的分配管(類似于圖1a)。朝下關(guān)閉的半管板3具有25mm壁厚?？?5成梯級形式，它從3mm縮至2mm。在3mm孔徑區(qū)域中，平均粗糙度Ra是3.0μm，在2mm孔徑區(qū)域中，平均粗糙度Ra是1.6μm?？锥私邮苋ッ烫幚聿⒕哂谐令^孔。在流通量約為100g/小時孔的情況下，在具有6米長聚合物纖維的條材蒸發(fā)器中，在脫氣產(chǎn)品中獲得了100ppm的揮發(fā)性化合物余量。
權(quán)利要求
1.一種條材蒸發(fā)器，它至少包括一個脫氣容器、一個產(chǎn)品入口、一個產(chǎn)品分配器、一個產(chǎn)品出口和一個蒸汽出口，其特征在于，產(chǎn)品分配器成帶有至少一個分配管(1)和多個并排放置的噴管(2)的分配管的形式，所述噴管在管壁中有多個孔(15)，其中噴管(2)最好重疊設(shè)置在多個平面內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，這些噴管(2)具有橢圓形或圓形的橫截面并作為孔(15)地具有分別朝下的孔。
3.如權(quán)利要求1所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，這些噴管(2)成半管(2)形狀，所述半管向下地分別與一個特殊是平的孔板(3)相鄰。
4.如上述權(quán)利要求1所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，噴管(2)成三角形或矩形的型材形狀，噴管向下地分別與一塊孔板相鄰。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，噴管(2)被設(shè)置成相對水平面傾斜近15 °且尤其是達10°的α角。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，噴管(2)的自由是封閉的并經(jīng)過斜切。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，噴管(2)被直接安裝且尤其是被焊在或活動固定在分配管(1)的產(chǎn)品入口上。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，產(chǎn)品分配器具有多個設(shè)置在脫氣容器(6)內(nèi)的分配管(1)。
9.如權(quán)利要求1-7之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，產(chǎn)品分配器具有多個設(shè)置在脫氣容器(6)外的分配管(1)。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，分配管的噴管(2)配備有附加的加熱管(8)。
11.如權(quán)利要求10所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，加熱管(8)成半管形狀并且被從上面裝到噴管(2)上。
12.如權(quán)利要求1-11之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，條材蒸發(fā)器的接觸產(chǎn)品的部分由其鐵含量最高為10％的貧鐵材料制成。
13.如權(quán)利要求12所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，所述材料選自合金-B2、合金-B3、合金-B4、合金-C22、合金-C276、合金-C4或合金625。
14.如權(quán)利要求1-13之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，孔(15)沿噴管(2)平行并排成多行，相鄰孔行具有1.0～20mm、最好是2.0mm～10mm的中心間距。
15.如權(quán)利要求14所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，孔(15)的各相鄰行沿管長度交錯排列。
16.如權(quán)利要求15或16所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，一行內(nèi)的各相鄰孔(15)具有1.5mm～20mm、最好是2mm～10mm的中心間距。
17.如權(quán)利要求1-16之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，孔(15)的直徑等于0.1mm～10mm，最好為0.5mm～5mm，最佳等于1mm～3mm。
18.如權(quán)利要求1-17之一所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，孔是鉆設(shè)的，孔(15)在其端部經(jīng)過去毛刺處理和/或孔(15)在其通向脫氣容器(6)的出口處和或許在其入口處具有一個沉頭槽。
19.如權(quán)利要求18所述的條材蒸發(fā)器，其特征在于，孔顯具有至多為12.5μm的平均粗糙度Ra。
20.把如權(quán)利要求1-19之一所述的條材蒸發(fā)器用于從熱敏物質(zhì)且尤其是聚合物、藥物、天然物質(zhì)或食品的熔液或溶液中去除揮發(fā)性成分且尤其是溶劑和/或單體或低聚體。
全文摘要
條材蒸發(fā)器具有脫氣容器、產(chǎn)品入口、產(chǎn)品分配器、產(chǎn)品出口和蒸汽出口，其中產(chǎn)品分配器成帶有至少一個分配管(1)和多個并排放置的噴管(2)的分配管的形式，噴管在管壁中有多個孔(15)，噴管(2)最好重疊設(shè)置在多個平面內(nèi)并且橫向交錯開。
文檔編號B01D1/04GK1402648SQ00816411
公開日2003年3月12日 申請日期2000年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月29日
發(fā)明者T·埃爾斯納, J·霍伊澤爾, C·科爾茲, C·科爾格呂貝爾 申請人:拜爾公司