Entgasungstechnologie

Effizientes Entfernen von Monomeren, Lösungsmitteln und anderen Verunreinigungen

Entgasung ist ein Schlüsselthema in der Polymerproduktion. Polymerprodukte können grosse Mengen flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) enthalten, die vor dem Verkauf oder der Weiterverarbeitung entfernt werden müssen. Mit Sulzers geschützter Entgasungstechnologie können Sie hochmoderne VOC-Stufen für Ihr Produkt erreichen.

Hauptmerkmale
  • Sehr niedriges Restgehaltsniveau bei flüchtigen Komponenten („residual VOC“)
  • Verhinderung von Produktschäden duch Vermeidung erhöhter Prozesstemperaturen und von Hot Spots durch effiziente Wärmetransferausrüstung
  • Durch niedrige Scherkräfte im Prozess ideal für empfindliche Produkte geeignet
  • Niedrigerer Energieverbrauch, da kein schweres, rotierendes Equipment vorhanden ist
  • Reduzierte mechanische Wartung
  • Moderate Kapitalkosten durch einzigartiges Prozesskonzept
Hauptanwendungen
  • Polystyrol, GPPS, HIPS
  • Styrol-Copolymer, ABS/SAN
  • Polyethylen, HDPE, LLDPE
  • Polyvinylacetat, PVAC
  • Polyethylacrylat
  • Polyisobutylen
  • Polycarbonat, PC
  • Polyetherglycol, PEG
  • Polyoxymethylen, POM
  • Polyisobutylen, PIB
  • Elastomer, EPM, EPDM
  • Biologisch abbaubare Polymere
Entgasungstechnologie

Polymerentgasungstechnologie

Entgasungsprozesse sind oft ein Schlüsselelement bei der Produktion von hochwertigen Polymerprodukten. Da die Gesetzgeber und strengere Umweltanforderungen einen geringeren Restgehalt an flüchtigen, organischen Stoffen in Kunststoffmaterialien fordern, ist effiziente Entgasung für alle modernen Polymerproduktionsanlagen Pflicht.
 
Nach der Polymerisation enthält das Produkt üblicherweise noch grosse Mengen an nicht-umgesetzten Monomeren, Oligomeren, Lösungsmitteln und anderen Verunreinigungen. Manche dieser verbleibenen Chemikalien sind schädlich oder reagieren bei der weiteren Verarbeitung mit den Polymerketten. Deshalb ist ihre Entfernung ein wichtiger Schritt zum Erhalten eines wirtschaftlich nutzbaren Polymers.
 
Die Entfernung flüchtiger Stoffe aus Polymerschmelzen ist eine komplizierte Aufgabe, nicht zuletzt, weil die Diffusion aus Polymeren durch die Viskosität stark eingeschränkt ist. Lösungsmittel und Monomere haben oft recht hohe Siedepunkte, weshalb es schwierig ist, sie bei Temperaturen zu verdampfen ohne die Polymermatrix zu schaden.

Technisches Konzept

Technisches Konzept für Polymere mit niedrigem Restgehalt an flüchtigen Stoffen

Für die effiziente Entfernung von flüchtigen Reststoffen aus Polymerschmelzen hat Sulzer Anlagen und Prozesskonzepte auf Basis statischer Mischer entwickelt. Unsere einstufigen oder mehrstufigen Entgasungsprozesse umfassen:

  • Wärmetauscher, ausgestattet mit statischen Mischern für verbesserten Wärmeübergang
  • Statische Mischer für die Beimischung von Strippmitteln
  • Einzigartig gestaltete Entspannungskammern
  • Geschützte Stromverteilungstechnologie, die für einen breiten Bereich an Viskositäten geeignet ist
  • Overhead-System zur Rückgewinnung von Monomeren/Lösungsmitteln
  • Lieferung eines kompletten Prozesspakets (optional rahmenmontiert) einschliesslich Getriebepumpen und andere Ausrüstung
Mehrstufige Entgasung

Mehrstufige Entgasung: bis an die Grenzen gehen

Bei vielen Polymeren stoppt die Umwandlung bei etwa 50 %. Im Fall von Kautschuk ist sogar eine Monomerumwandlung von weniger als 20 % üblich. Die Entfernung so grosser Mengen an Lösungsmitteln und Monomeren bis zum ppm-Bereich erfordert hohen Entgasungsaufwand.
 
Sulzers Entgasungstechnologie ermöglicht eine deutliche VOC-Reduzierung durch die Verwendung statischer Mischer in Kombination mit mehrstufigen Entspannungstechniken und macht somit dynamisches Equipment wie Extruder oder Kneter in vielen Fällen überflüssig. Für Polymere, die nicht allein durch die Verwendung statischer Mischertechnologie entgast werden können, führt die Kombination mit hochmoderner Entspannungstechnologie mit dynamischem Equipment wie Extrudern oder Knetern zu deutlichen Energieeinsparungen und höherer Rentabilität ihres gesamten Prozesses.

Erste Entgasungsstufe
Entgasungstechnologie (erste Stufe)

Erste Entgasungsstufe: Entfernung von Rückständen

Allgemein besteht die erste Entgasungsstufe zur Entfernung grosser Rückstandsmengen aus einem mehrrohrigen Wärmetauscher, gefolgt von einer Entspannungskammer mit geschütztem Design und Aufbau.

Der mit SMXL-Mischereinbauten ausgerüstete Wärmetauscher garantiert die schnelle und kontrollierte Erwärmung der Polymerlösung ohne merkbarem Schaden an der Polymermatrix.

In der Vakuumentspannungskammer werden die flüchtigen Stoffe von den Polymeren getrennt und zu einem Overhead-System für die Rückgewinnung von Monomeren und anderen Verbindungen geleitet, um die Gesamtprozesserträge zu verbessern. Das Polymer wird mittels einer Getriebepumpe mit speziellem Einlaufdesign aus dem unteren Teil der Entgasungskammer entfernt.

Unsere Ingenieure nutzen bei der Entwicklung dieser Art von Getriebepumpen ihre jahrzehntelange Erfahrung mit dem Bau von Entgasungsanlagen, damit auch Polymere mit höchster Viskosität und niedrigstmöglichem NPSH aus der Entspannungskammer abgelassen werden können.

Nach dem Ablassen aus dem Behälter wird das Polymer entweder zur nächsten Entgasungsstufe oder zur Weiterbearbeitung an einen Mischer oder Pelletierer geleitet.

Endgültige Entgasungsstufe
Entgasungstechnologie (zweite Stufe)

Endgültige Entgasungsstufe: Überwindung der Diffusionsgrenzen

Für Anwendungen, die einen sehr geringen Restgehalt an flüchtigen Stoffen erfordern, bietet Sulzer ein Technologiepaket, das in der letzten Entgasungsstufe ein oder mehrere Strippmittel verwendet.

Wenn das Strippmittel richtig in die Polymerschmelze dispergiert wird, erleichtert es die Freisetzung der flüchtigen Stoffe aus dem viskosen Polymerharz, indem es eine Schaumstruktur schafft und den Partialdruck der flüchtigen Stoffe in der Gasphase senkt.

Beide Effekte verbessern den Stofftransfer aus dem Polymer in deutlichem Masse. Strippmittel sind üblicherweise Wasser, Stickstoff, Kohlendioxid oder andere niedrigsiedende Substanzen.

Für die Dosierung der Strippmittel haben unsere Iingenieure mit viel Sorgfalt geeignete statische Mischer und Einlassdüsen entwickelt, um eine gleichmässige und homogene Dispersion in den hochviskosen Schmelzstrom zu garantieren. Die Verwendung von Sulzers neuestem statischen Mischer, SMX plus, mit optimiertem Druckabfallprofil führt zu geringeren Investitionskosten bei gleich hoher Leistung.

Die Entgasungsergebnisse können durch die Verwendung von Sulzers geschützter Verteilertechnologie noch weiter verbessert werden. Das Design und die Konstruktion von Sulzers Verteilern wurde über viele Jahre in Pilotanlagen entwickelt und getestet, und die Technologie hat sich in zahlreichen Installationen auf der ganzen welt in industriellem Umfang bewährt.
Flüchtige Verbindungen sind wertvoll
Polymere Flüchtige Verbindung Eintrittskonzentration (*) Auslasskonzentration (*)
PMMA MMA 50 % < 5.000 ppm
CPS/HIPS Styrol 1.500 ppm < 100 ppm
PLA Lactid 5 % < 0,3 %
SAN Styrol 1.800 ppm 80 ppm
Acrylnitril 200 ppm 4 ppm
PC Chlorbenzol 10.000 ppm 50 ppm
PVAC Vinylacetat 200 ppm 5 ppm
POM Trioxan 1.000 ppm 5 ppm
LDPE Ethylen 4.000 ppm 50 ppm
LLDPE n-Oktan 10.000 ppm 100 ppm
EPDM Hexan 50.000 ppm 200 ppm
(*) Werte sind nur Beispiele und von vielen Faktoren abhängig. Sie stellen keine Garantie oder Referenzwerte dar.
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