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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
Abtrennen von Polymerfeststoffen aus einem flüssigen Medium, das inertes
Verdünnungsmittel
und nicht umgesetzte Monomere umfasst. Die vorliegende Erfindung
betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Abtrennen
von Polymerfeststoffen aus einem flüssigen Medium, Trocknen des
Polymers und Rückgewinnen
des Verdünnungsmittels
und der nicht umgesetzten Monomere mit einer Verringerung der Kompression,
die für
die Kondensation von Verdünnungsmitteldampf
zu flüssigem
Verdünnungsmittel
zur Wiederverwendung in einem Polymerisationsverfahren erforderlich
ist. In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum kontinuierlichen Abtrennen von Polymerfeststoffen aus einem
flüssigen
Medium. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum kontinuierlichen
Abtrennen von Polymerfeststoffen aus einem flüssigen Medium, Trocknen des Polymers
und Rückgewinnen
des inerten Verdünnungsmittels
und der nicht umgesetzten Monomere zur Wiederverwendung in einem
Polymerisationsverfahren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
vielen Polymerisationsverfahren zur Herstellung eines Polymers wird
ein Polymerisationsausfluss gebildet, der eine Aufschlämmung von
teilchenförmigen
Polymerfeststoffen ist, die in einem flüssigen Medium, üblicherweise
dem Reaktionsverdünnungsmittel
und nicht umgesetzten Monomeren, suspendiert sind. Ein typisches
Beispiel für
diese Verfahren ist in
US-.Pat..
Nr. 2 285 721 von Hogan und Bank offenbart, wobei deren
Offenbarung hier unter Bezugnahme einge bracht ist. Während das
in dem Dokument von Hogan beschriebene Polymerisationsverfahren
einen Katalysator verwendet, der Chromoxid und einen Träger umfasst,
lässt sich
die vorliegende Erfindung auf jedes Verfahren anwenden, das einen
Ausfluss produziert, der eine Aufschlämmung teilchenförmiger Polymerfeststoffe
umfasst, die in einem flüssigen
Medium suspendiert sind, das Verdünnungsmittel und nicht umgesetztes
Monomer umfasst. Solche Reaktionsverfahren schließen jene
ein, die in der Technik als Polymerisationen in Teilchenform bekannt
geworden sind.
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In
den meisten Verfahren im kommerziellen Maßstab ist es erwünscht, das
Polymer und das flüssige
Medium, das inertes Verdünnungsmittel
und nicht umgesetzte Monomere umfasst, in einer solchen Weise zu
trennen, dass das flüssige
Medium keiner Verunreinigung ausgesetzt ist, so dass das flüssige Medium
mit minimaler Reinigung, falls überhaupt,
in die Polymerisationszone zurückgeführt werden
kann. Eine besonders bevorzugte Technik, die bislang verwendet worden
ist, wird von Scoggin et al. in
US-Pat.
Nr. 3 152 872 offenbart, insbesondere die im Zusammenhang
mit
2 jenes Patents illustrierte Ausführungsform.
In solchen Verfahren werden das Reaktionsverdünnungsmittel, gelöste Monomere und
Katalysator in einem Schleifenreaktor zirkuliert, wobei der Druck
der Polymerisationsreaktion etwa 100 bis 700 psia beträgt. Das
produzierte feste Polymer wird auch in dem Reaktor zirkuliert. Eine
Aufschlämmung
von Polymer und dem flüssigen
Medium wird in einem oder mehreren Absetzschenkeln des Aufschlämmungsschleifenreaktors
aufgefangen, aus welchem die Aufschlämmung periodisch in eine Abdampfkammer
abgezogen wird, wo die Mischung bei einem niedrigen Druck, wie etwa
20 psia, abgedampft wird. Während
das Abdampfen zu einer im Wesentlichen vollständigen Entfernung des flüssigen Mediums
von dem Polymer führt,
ist es erforderlich, das verdampfte Polymerisationsverdünnungsmittel (d.
h. Isobutan) erneut zu komprimieren, um das gewonnene Verdünnungsmittel
zu einer flüssigen
Form zu kondensieren, die zur Rückführung als
flüssiges Verdünnungsmittel
in die Polymerisationszone geeignet ist. Die Kosten der Kompressionsgeräte und der für ihren
Betrieb erforderlichen Zusatz geräte
tragen oft erheblich zu den Kosten bei, die mit der Produktion von
Polymer verbunden sind.
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Einige
Polymerisationsverfahren destillieren das verflüssigte Verdünnungsmittel vor der Rückführung in
den Reaktor. Der Zweck der Destillation ist die Entfernung von Monomeren
und Verunreinigungen im leichten Endbereich. Das destillierte flüssige Verdünnungsmittel
wird dann durch ein Behandlungsbett geleitet, um Katalysatorgifte
zu entfernen, und geht dann in den Reaktor. Die Kosten der Geräte und Zusatzgeräte für Destillation
und Behandlung können einen
erheblichen Anteil der Produktionskosten des Polymers ausmachen.
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In
einem Verfahren im kommerziellen Maßstab ist es erwünscht, die
Verdünnungsmitteldämpfe mit
minimalen Kosten zu verflüssigen.
Eine solche bislang verwendete Technik wird in
US-Pat. Nr. 4 424 341 von Hanson und
Sherk offenbart, bei dem eine Abdampfstufe bei mittlerem Druck einen
erheblichen Teil des Verdünnungsmittels
bei einer solchen Temperatur und einem solchen Druck entfernt, dass
dieser abgedampfte Anteil des Verdünnungsmittels durch Wärmeaustausch
anstelle eines kostspieligeren Kompressionsverfahrens verflüssigt werden kann.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
Abtrennen von Polymerfeststoffen aus einem flüssigen Medium, das inertes
Verdünnungsmittel
und nicht umgesetzte Monomere umfasst. In einem anderen Aspekt betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Abtrennung von
Polymerfeststoffen aus einem flüssigen Medium,
Trocknen des Polymers und Rückgewinnen des
Verdünnungsmittels
und nicht umgesetzter Monomere mit einer Verringerung der Kompression,
die für
die Kondensation von Verdünnungsmitteldampf zu
flüssigem
Verdünnungsmittel
zur Wiederverwendung in dem Polymerisationsverfahren erforderlich ist.
In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
kontinuierlichen Abtrennen von Polymerfeststoffen aus einem flüssigen Medium.
In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum
kontinuierlichen Abtrennen aus Polymerfeststoffen von einem flüssigen Medium,
Trocknen des Polymers und Rückgewinnen
des inerten Verdünnungsmittels
und nicht umgesetzter Monomere zur Wiederverwendung in einem Polymerisationsverfahren.
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Erfindungsgemäß wird eine
Vorrichtung zum kontinuierlichen Rückgewinnen von Polymerfeststoffen
aus einem Polymerisationsausfluss bereitgestellt, der eine Aufschlämmung der
Polymerfeststoffe in einem flüssigen
Medium umfasst, das inertes Verdünnungsmittel
und nicht umgesetzte Monomere umfasst. Die Vorrichtung umfasst ein
Abziehventil an einem Aufschlämmungsreaktor,
wobei Beispiele hierfür
Aufschlämmungsschleifenreaktoren
und gerührte Tank-Aufschlämmungsreaktoren
einschließen,
zum kontinuierlichen Abziehen eines Teils des Aufschlämmungsreaktorinhalts
in eine erste Überführungsrohrleitung,
einen ersten Abdampftank mit einem Boden, der durch im Wesentlichen
gerade Seiten definiert ist, die in einem Winkel gleich oder größer als
der Rutschwinkel der konzentrierten Aufschlämmung/Polymerfeststoffe zur
Horizontalen geneigt sind, wobei der Druck des ersten Abdampftanks
und die Temperatur des Polymerisationsausflusses so sind, dass etwa
50% bis etwa 100% des flüssigen Mediums
verdampft werden und die inerte Verdünnungskomponente des Dampfes
ohne Kompression durch Wärmetausch
mit einem Fluid mit einer Temperatur im Bereich von etwa 65°F bis etwa
135°F kondensierbar
ist, eine erste Abdampfkammer-Auslassdichtungskammer, die mit dem
ersten Abdampftank in Verbindung steht, mit einer solchen Länge (l)
und einem solchen Durchmesser (d), dass sich eine derartige Höhe der konzentrierten
Polymerfeststoffe/Aufschlämmung
ansammeln kann und eine Druckdichtung in der ersten Abdampftank-Auslassdichtungskammer
bilden kann, ein Dichtungskammer-Auslassreduzierstück, das
für kontinuierliches Abziehen
einer Pfropfenströmung
von konzentrierten Polymerfeststoffen/Aufschlämmung zu einer zweiten Überführungsrohrleitung
sorgt, die die konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung zu
einem zweiten Abdampftank bewegt, wobei der Druck des zweiten Abdampftanks
und die Temperatur der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung so
sind, dass im Wesentlichen alles von dem verbleibenden inerten Verdünnungsmittel
und/oder nicht umgesetztem Monomer verdampft und als Kopfprodukt
entfernt werden, um durch Kompression und Wärmeaustausch kondensiert zu
werden, und die Polymerfeststoffe aus dem unteren Bereich des zweiten
Abdampftanks zur weiteren Verarbeitung oder Lagerung abgezogen werden.
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Die
Erfindung liefert auch ein Verfahren zum kontinuierlichen Entfernen
eines Stroms von Polymerisationsausfluss aus einem Aufschlämmungsreaktor durch
ein Abziehventil, Erhöhen
des Wärmegehalts des
Polymerisationsausflusses während
seines Wegs durch die erste Überführungsrohrleitung
auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Polymers, während der
Polymerisationsausfluss kontinuierlich zu einem ersten Abdampftank
mit einem Boden bewegt wird, der durch im Wesentlichen gerade Seiten
definiert ist, die in einem Winkel gleich oder größer als
der Rutschwinkel der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung zur
Horizontalen geneigt sind, kontinuierlichen Verdampfen von etwa 50%
bis etwa 100% des flüssigen
Mediums in dem ersten geheizten Abdampftank, um konzentrierte Polymerfeststoffe/Aufschlämmung und
einen Dampfstrom mit einer solchen Temperatur und einem solchen
Druck zu liefern, dass der Inertverdünnungsmittelgehalt des Dampfes
ohne Komprimieren durch Wärmeaustausch
mit einem Fluid mit einer Temperatur im Bereich von etwa 65°F bis etwa
135°F kondensierbar
ist, kontinuierlichen Abziehen der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung aus
dem ersten Abdampftank zu einer ersten Abdampftank-Auslassdichtungskammer
mit einer solchen Länge
(l) und einem solchen Durchmesser (d), dass ein Volumen an konzentrierten
Polymerfeststoffen/Aufschlämmung
kontinuierlich aufrechter-halten wird, um so eine Druckdichtung
in der ersten Abdampftank-Auslassdichtungskammer zu bilden, kontinuierlichen
Abziehen der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung aus
der ersten Abdampftank-Dichtungskammer durch ein Dichtungskammer- Auslassreduzierstück, das
durch im Wesentlichen gerade Seiten definiert ist, die in einem
Winkel gleich oder größer als
der Rutschwinkel der Polymerfeststoffe zu der Horizontalen geneigt
sind, welche nach Entfernung von etwa 50 bis 100% des inerten Verdünnungsmittels
davon verbleiben, Bewegen einer kontinuierlichen Pfropfenströmung konzentrierter Polymerfeststoffe/Aufschlämmung von
der ersten Abdampftank-Auslassdichtungskammer durch das Dichtungskammer-Auslassreduzierstück zu einer zweiten Überführungsrohrleitung,
die die kontinuierliche Pfropfenströmung von konzentrierten Polymerfeststoffen/Aufschlämmung zu
einem zweiten Abdampftank bewegt, und kontinuierlichen Verdampfen von
im Wesentlichen dem gesamten verbleibenden inerten Verdünnungsmittel
und/oder nicht umgesetztem Monomer in dem zweiten Abdampftank, der
bei niedrigerem Druck als der erste Abdampftank betrieben wird,
Kondensieren des verdampften inerten Verdünnungsmittels und/oder nicht
umgesetzten Monomers aus dem zweiten Abdampftank durch Komprimieren
und Wärmetausch,
und kontinuierlichen Abziehen der im Wesentlichen getrockneten Polymeraufschlämmung aus
dem zweiten Abdampftank zur weiteren Verarbeitung oder Lagerung.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
von sowohl einer Vorrichtung als auch eines Verfahrens zum kontinuierlichen
zweistufigen Abdampftrocknen der Polymerfeststoffe nach der kontinuierlichen
Entfernung des Polymerisationsausflusses, der Polymerfeststoffe und
flüssiges
Medium umfasst, das inertes Verdünnungsmittel
und nicht umgesetzte Monomere umfasst, aus einem Aufschlämmungsreaktor
durch ein Punktabziehventil, mit einer kontinuierlichen Feststoffhöhenregelung
in der ersten Abdampftank-Auslassdichtungskammer, die darin eine
Druckdichtung liefert, die ermöglicht,
dass der erste Abdampftank unter wesentlich größerem Druck als der zweite
Abdampftank betrieben werden kann, während Polymerfeststoffe kontinuierlich
durch das Dichtungskammer-Auslassreduzierstück in die zweite Überführungsrohrleitung
und weiter in den zweiten Abdampftank abgezogen werden, wodurch
Verstopfung in dem ersten Abdampftank beseitigt wird und die kontinuierliche
Verflüssigung
von etwa 50% bis etwa 100% des inerten Verdünnungsmitteldampfs durch Wärmetausch
statt durch Kompression erhalten wird.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung der Notwendigkeit
eines Absetzschenkels in dem Aufschlämmungsreaktor und des zwischendurch
erfolgenden Hochdruckpulses in dem Aufschlämmungsreaktor, der durch periodisches
Abziehen der Inhalte des Absetzschenkels verursacht wird. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Verbesserung der
Sicherheit durch Eliminieren der Möglichkeit von Verstopfung in
einem Absetzschenkel.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Beseitigung von Verstopfung
in Geräten,
die dem Abziehventil nachgeordnet sind. In einem Absetzschenkel
des Polymerisationsreaktors läuft
die Polymerisation weiter und die Reaktionswärme heizt das flüssige Medium
weiter auf, und es besteht die Möglichkeit,
dass sich einige der Polymerfeststoffe auflösen oder miteinander verschmelzen.
Wenn der Inhalt des Absetzschenkels das Abziehventil verlässt, führt der
Druckabfall zu Verdampfen eines Teils des flüssigen Mediums, wodurch sich
das verbleibende flüssige
Medium abkühlt,
was zum Ausfällen
von gelöstem Polymer
führt,
was dazu neigt, nachgeordnete Geräte zu verstopfen. Die vorliegende
Erfindung, die den Bedarf nach einem Absetzschenkel beseitigt, beseitigt
auch diese Möglichkeit
des Verstopfens von nachgeordneten Geräten, indem die anfängliche
Auflösung
oder das Schmelzen der Polymerfeststoffe vermieden wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Erhöhung des
Reaktordurchsatzes durch Verwendung erhöhter Ethylenkonzentrationen
in dem flüssigen
Medium, z. B. mehr als oder gleich 4 Gew.-% am Reaktorausgang. Absetzschenkel
begrenzen die Ethylenkonzentrationen infolge einer erhöhten Tendenz
zum Verstopfen nachgeordneter Geräte, was durch beschleunigte
Reaktion innerhalb des Absetzschenkels hervorgerufen wird. Ein kontinuierlicher
Polymerisationsausfluss-Aufschlämmungsfluss
ermöglicht,
dass Ethylenkonzentrationen nur durch die Ethylenlöslichkeit
in dem flüssigen
Verdünnungsmittel
in dem Re aktor begrenzt werden, wodurch die spezifische Reaktionsgeschwindigkeit der
Polymerisation erhöht
und der Reaktordurchsatz erhöht
wird.
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In
einem dritten Aspekt liefert die Erfindung eine Vorrichtung zum
Entfernen und Rückgewinnen von
Polymerisationsflüssigkeitsmedium
aus einem Polymer, das in einem Reaktor als Polymeraufschlämmung von
teilchenförmigen
Polymerfeststoffen produziert wird, die in einem flüssigen Medium suspendiert
sind, das inertes Verdünnungsmittel
und nicht umgesetzte Monomere umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes
umfasst:
ein Abziehventil zum kontinuierlichen Abziehen eines Teils
der Polymeraufschlämmung
aus dem Reaktor in eine erste Überführungsrohrleitung;
wobei
die erste Überführungsrohrleitung
die Polymeraufschlämmung
darin mit einem ersten Abdampftank mit einem Boden in Verbindung
bringt, der mit einer ersten Abdampftank-Auslassdichtungskammer mit
einer Länge
(l) und einem Durchmesser (d) in Verbindung steht, die ein ausreichendes
Volumen zur Verfügung
stellt, um ein ausreichendes Volumen an Polymerfeststoffen/Aufschlämmung aufrechtzuerhalten,
um eine Druckdichtung in der Dichtungskammer aufrechtzuerhalten;
die
Dichtungskammer ein Dichtungskammer-Auslassreduzierstück aufweist,
das durch im Wesentlichen gerade Seiten definiert ist, die in einem
Winkel gleich oder größer als
der Rutschwinkel der Polymerfeststoffe zu der Horizontalen geneigt
sind, welche Polymerfeststoffe nach Entfernung von etwa 50 bis 100%
des inerten Verdünnungsmittels
davon verbleiben, das einen kontinuierlichen Strom konzentrierter Polymerfeststoffe/Aufschlämmung von
der ersten Abdampftank-Auslassdichtungskammer
mit einer zweiten Überführungsrohrleitung
in Verbindung bringt, die den kontinuierlichen Strom von konzentrierten
Polymerfeststoffen/Aufschlämmung
in einen zweiten Abdampftank überträgt; und
den
zweiten Abdampftank umfasst, der mit einem wesentlich niedrigeren
Druck als der erste Abdampftank betrieben wird, sodass im Wesentlichen
das gesamte verbleibende inerte Verdünnungsmittel und Monomer verdampft
wird und durch einen Abdampftank-Kopfproduktauslass in ein Verdünnungsmittel- und
Monomerrückgewinnungssystem übertragen wird,
und im Wesentlichen getrocknete Polymerfeststoffe in einen Trockner/Lagerungstank übertragen werden.
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Wahlweise
weist in diesem dritten Aspekt der erste Abdampftank einen Boden
auf, der durch im Wesentlichen gerade Seiten definiert ist, die
in einem Winkel gleich oder größer als
der Rutschwinkel der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung zur
Horizontalen geneigt sind, welche nach Entfernung von etwa 50 bis
100% des inerten Verdünnungsmittels
davon verbleiben. Die erste Abdampftank-Auslassdichtungskammer weist
wahlweise ein Volumen einer kontinuierlichen Pfropfenströmung des
konzentrierten Polymers auf, wobei das Volumen der kontinuierlichen
Pfropfenströmung
der konzentrierten Polymer/Aufschlämmungsfeststoffe ein Verhältnis von
Länge (l)
zu Durchmesser (d) (l/d) von etwa 1,5 bis etwa 8,0 aufweist. Wahlweise
wird die erste Überführungsrohrleitung
durch ein Heizmittel geheizt, das eine ausreichende Wärmemenge
zuführen
kann, um die Polymeraufschlämmung
darin auf einer Temperatur unter der Schmelztemperatur des Polymers
zu halten.
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In
einem vierten Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zum Produzieren
von Polymer, umfassend das Produzieren einer Polymeraufschlämmung in
einem flüssigen
Medium, umfassend:
Umsetzen eines Monomers in einem Kohlenwasserstoffverdünnungsmittel,
das für
eine Polymerisation inert ist, um einen Polymerisationsausfluss
zu bilden;
kontinuierliches Abziehen des Polymerisationsausflusses
durch ein Abziehventil in eine erste Überführungsrohrleitung;
Heizen
des Polymerisationsausflusses in der ersten Überführungsrohleitung auf eine Temperatur
unter der Schmelztemperatur des Polymers;
kontinuierliches
Bewegen des Polymerisationsausflusses durch die erste Überführungsrohleitung
zu einem ersten Abdampftank, wobei der Druck im ersten Abdampftank
und die Temperatur des erhitzten Polymerisationsausflusses so sind,
dass ein Dampf von etwa 50% bis etwa 100% des flüssigen Mediums produziert wird
und der Dampf ohne Kompression durch Wärmetausch mit einem Fluid mit
einer Temperatur im bereich von 65°F bis etwa 135°F kondensierbar ist;
kontinuierliches
Kondensieren des im ersten Abdampfschritt erhaltenen Dampfes ohne
Kompression durch Wärmetausch
mit einem Fluid mit einer Temperatur im bereich von etwa 65°F bis etwa
135°F;
kontinuierliches
Abziehen der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung aus
dem ersten Abdampftanks zu einem zweiten Abdampftank durch eine
Dichtungskammer, wobei die Dichtungskammer eine solche Länge (l)
und einen solchen Durchmesser (d) aufweist, das ein ausreichendes
Volumen der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung in der
Dichtungskammer aufrechterhalten wird, um eine Druckdichtung aufrechtzuerhalten;
kontinuierliches
Bewegen der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung zu
einem zweiten Abdampftank durch ein Dichtungskammer-Auslassreduzierstück, das
durch im Wesentlichen gerade Seiten definiert ist, die in einem
Winkel gleich oder größer als
der Rutschwinkel der Polymerfeststoffe zu der Horizontalen geneigt
sind, welche Polymerfeststoffe nach der Entfernung von etwa 50 bis
100% des inerten Verdünnungsmittels
davon verbleiben;
kontinuierliches Aussetzen des verbeibenden
flüssigen
Mediums in der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung einer
weiteren Druckverringerung von einem höheren Druck von etwa 140 psia
bis etwa 315 psia im ersten Abdampftank auf einen niedrigeren Druck
von etwa 15 psia bis etwa 35 psia im zweiten Abdampftank, wobei
der Druck des zweiten Abdampftanks und die Temperatur der erhitzten
konzentrierten Polymeraufschlämmung
so sind, dass im Wesentlichen alles des verbeibenden Verdünnungsmittels
und Monomers als Dampf produziert wird und der Dampf durch Komprimieren
und Kühlen
kondensierbar ist; und
Abziehen von Polymerfeststoffen, die
im Wesentlichen frei von Verdünnungsmittel
oder nicht umgesetztem Monomer sind, aus dem zweiten Abdampftank.
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Wahlweise
weist in diesem vierten Aspekt der erste Abdampftank einen Boden
auf, der durch im Wesentlichen gerade Seiten definiert ist, die
in einem Winkel gleich oder größer als
der Rutschwinkel der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung zur
Horizontalen geneigt sind, welche nach Entfernung von etwa 50 bis
100% des inerten Verdünnungsmittels
davon verbleiben. Wahlweise wird die erste Überführungsrohrleitung durch ein
Heizmittel geheizt, das eine ausreichende Wärmemenge zuführen kann,
um die Polymeraufschlämmung
darin auf einer Temperatur unter der Schmelztemperatur der Polymerfeststoffe
zu halten. Wahlweise ist das flüssige
Verdünnungsmittel
Isobutan, Wahlweise umfasst das flüssige Medium erhöhte Ethylenkonzentrationen von
größer oder
gleich 4 Gew.-%
am Reaktorauslass. Wahlweise hält
die Abziehgeschwindigkeit des Polymerisationsausflusses einen konstanten
Druck im Aufschlämmungsreaktor
aufrecht. Wahlweise beträgt die
Verweilzeit des konzentrierten Polymerfeststoffs/Aufschlämmung in
der Dichtungskammer 5 Sekunden bis 10 Minuten. Wahlweise beträgt die Verweilzeit
des konzentrierten Polymerfeststoffs/Aufschlämmung in der Dichtungskammer
10 Sekunden bis 2 Minuten. Wahlweise beträgt die Verweilzeit des konzentrierten
Polymerfeststoffs/Aufschlämmung
in der Dichtungskammer 15 Sekunden bis 45 Sekunden. Wahlweise werden
im Wesentlichen jegliches verbeibende Verdünnungsmittel und nicht umgesetztes
Monomer im konzentrierten Polymerisationsausfluss im zweiten Abdampftank
verdampft und ent fernt. Wahlweise zieht das Abziehventil den Polymerisationsausfluss
mit einer Rate ab, um einen konstanten Druck in dem Aufschlämmungsreaktor
aufrechtzuerhalten.
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Andere
Aspekte, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen
aus der folgenden Offenbarung und 1 und 2 hervor.
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Die
beanspruchte Vorrichtung und das beanspruchte Verfahren liefern
gegenüber
dem Stand der Technik mehrere Vorteile, einschließlich: (1)
Ermöglichen
einer kontinuierlichen Verarbeitung der Inhalte eines Aufschlämmungsreaktors
von dem Abziehpunkt des verflüssigten
Polymerisationsausflusses durch ein Abziehventil, einen ersten Abdampftank, eine
Dichtungskammer, ein Dichtungskammer-Auslassreduzierstück und danach
zu einem zweiten Abdampftank, (2) deutliches Erhöhen der Ethylenkonzentration
in dem flüssigen
Medium, wodurch der Reaktordurchsatz erhöht wird und (3) verringerter
Energieverbrauch, indem die Notwendigkeit zum Komprimieren und/oder
Destillieren des Reaktor-Dampf/Flüssigkeits-Ausflusses verringert
wird. Rückführungskompressoren
und andere nachgeordnete Geräte
können
eine kleinere Größe aufweisen oder
wegfallen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 und 2 sind
schematische Diagramme, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum kontinuierlichen
Abtrennen von Polymerfeststoffen von Verdünnungsmittel und nicht umgesetztem Monomer
illustrieren.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf jede Mischung anwendbar, die eine
Aufschlämmung
von Polymerfeststoffen und flüssigem
Medium umfasst, das inertes Verdünnungsmittel
und nicht umgesetzte Monomere umfasst, einschließlich Aufschlämmungen, die
aus der Olefinpolymerisation resultieren. Die im Allgemeinen in
solchen Reaktionen verwendeten Olefinmonomere sind 1-Olefine mit
2 bis etwa 8 Kohlenstoffatomen pro Molekül. Typische Beispiele schließen Ethylen,
Propylen, Buten, Penten, Hexen und Octen ein.
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Typische
in den Olefinpolymerisationen verwendete Verdünnungsmittel schließen gesättigte aliphatische
Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 8, vorzugsweise 3 bis 4 Kohlenstoffatomen
pro Molekül
ein, wie Propan, Isobutan, Propylen, n-Butan, n-Pentan, Isopentan, n-Hexan, Isooctan
und dergleichen. Von diesen Verdünnungsmitteln
sind jene mit 3 bis 4 Kohlenstoffatomen pro Molekül bevorzugt,
und Isobutan ist am meisten bevorzugt.
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Die
Abziehrate des Polymerisationsausflusses ist so, dass ein kontinuierlicher
Prozessstrom aus dem Aufschlämmungsschleifenreaktor
von dem Abziehpunkt des verflüssigten
Polymerisationsausflusses durch ein Einzelpunkt-Abziehventil und
auch durch den ersten Abdampftank und die zugehörige Dampf rückgewinnungs-
und Feststoffrückgewinnungssysteme
möglich
ist. Die Abziehrate des Polymerisationsausflusses ist so, dass ein
konstanter Druck in dem Aufschlämmungsreaktor
aufrechterhalten wird und zwischendurch erfolgende Hochdruckpulse
beseitigt werden, die mit einem Abziehen eines Teils des Reaktorinhalts
verbunden sind, die bei Absetzschenkeln in Aufschlämmungsreaktoren
stattfinden.
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Die
Temperatur, auf die die Polymerisationsausflussaufschlämmung, die
aus dem Reaktor abgezogen wird, auf dem Weg zu dem ersten Abdampftank
zur Verdampfung erwärmt
wird, liegt unter der Schmelztemperatur des Polymers. Dies kann
durch geeignetes Heizen dieser ersten Überführungsrohrleitung bewirkt werden.
Die Wärmemenge,
die dem Polymerisationsausfluss auf seinem Weg durch diese erste
Rohrleitung zu dem ersten Abdampftank zugeführt werden soll, sollte vorzugsweise
mindestens gleich der Wärmemenge
sein, die der Verdamp fungswärme
jener Menge an inertem Verdünnungsmittel
entspricht, die in dem ersten Abdampftank abgedampft werden soll.
Dies liefert dann die konzentrierten Polymerfeststoffe, die in dem
ersten Abdampftank gebildet werden, um zu dem zweiten Abdampftank
geleitet zu werden, um mit höherer
Feststofftemperatur dorthin zu gelangen, wodurch somit die Entfernung
von restlichem Verdünnungsmittel
in den Poren dieser Polymerfeststoffs durch den Betrieb des zweiten
Abdampftanks erleichtert wird. Jene Wärmemenge, die dem Polymerisationsausfluss
während seines
Wegs durch die erste Überführungsrohrleitung
zu dem ersten Abdampftank mitgegeben wird, kann sogar größer sein,
wobei lediglich vorausgesetzt wird, dass die so übertragene Wärmemenge nicht
dazu führt,
dass die Polymerfeststoffe darin auf eine solche Temperatur erhitzt
werden, bei der sie dazu neigen, zu schmelzen oder miteinander zu
agglomerieren.
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Die
konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung werden aus dem ersten
Abdampftank in eine erste Abdampftank-Auslassdichtungskammer mit
einer solchen Länge
(l) und einem solchen Durchmesser (d) abgezogen, um ein ausreichendes
Volumen zu liefern, um ein ausreichendes Volumen an konzentrieren
Polymerfeststoffen/Aufschlämmung aufrechtzuerhalten,
um eine Druckdichtung in der Auslassdichtungskammer aufrechtzuerhalten.
Die konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung werden über ein
Auslassdichtungskammer-Reduzierstück von der Auslassdichtungskammer
in eine zweite Überführungsrohrleitung
abgezogen, die die konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung als Pfropfenströmung zu
einem zweiten Abdampftank bewegt. Das Dichtungskammer-Auslassreduzierstück ist durch
im Wesentlichen gerade Seiten definiert, die in einem Winkel gleich
oder größer als
der Rutschwinkel der konzentrierten Polymerfeststoffe/-Aufschlämmung zur
Horizontalen geneigt sind.
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Der
Druck der ersten Abdampfstufe variiert in Abhängigkeit von der Beschaffenheit
des Verdünnungsmittels
und der nicht umgesetzten Monomere und der Temperatur des Polymerisationsausflusses. In
der Regel können
Drücke
im Bereich von etwa 140 psia bis etwa 315 psia verwendet werden,
stärker
bevorzugt etwa 200 psia bis etwa 270 psia und insbesondere etwa
225 psia bis etwa 250 psia.
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Das
zum Kondensieren des Dampfes aus der ersten Abdampfstufe verwendete
Wärmetauscherfluid
befindet sich auf einer Temperatur im Bereich von etwa 65°F bis etwa
135°F. Eine
bevorzugte Ausführungsform
verwendet ein Wärmetauscherfluid mit
einer Temperatur von etwa 75°F
bis etwa 125°F). Eine
am meisten bevorzugte Ausführungsform
verwendet ein Wärmetauscherfluid
mit einer Temperatur von etwa 85°F
bis etwa 115°F.
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Ein
weiteres Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 1 bereitgestellt,
die ein System verdeutlicht, das eine Ausführungsform der Erfindung umfasst.
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In
der in 1 verdeutlichten Ausführungsform wird die Polymerisation
in einem Schleifenreaktor 1 durchgeführt. Die Polymerisationsmischung wird
durch Mischer 2 zirkuliert. Verdünnungsmittel, Comonomer und
Monomer werden aus dem Verdünnungsmittellagergefäß 40,
dem Comonomerlagergefäß 41 und
dem Monomerlagergefäß 42 durch
ihre jeweiligen Behandlungsbetten 37, 38 und 39 durch Rohrleitungen 5, 4 beziehungsweise
3 eingebracht, die mit Rohrleitung 6 verbunden sind. Katalysator wird
durch Rohrleitung 7 zugegeben. Normalerweise wird Katalysator
als Suspension in Kohlenwasserstoffverdünnungsmittel eingebracht.
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Polymerisationsausfluss
wird aus der Schleife durch kontinuierliches Abziehen durch das
Einzelpunkt-Abziehventil 8 entfernt. Der Polymerisationsausfluss
gelangt aus dem Auslassventil 8 zu einer Rohrleitung 9,
die mit einem Leitungsheizer 10 ausgestattet ist, und in
den ersten Abdampftank 11, der verdampftes flüssiges Medium
von Polymeraufschlämmung/Feststoffen
abtrennt. Rohrleitung 9 hat ein indirektes Wärmetauschermittel,
wie Abdampf-Leitungsheizer 10.
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Verdampftes
flüssiges
Medium, das Verdünnungsmittel
und nicht umgesetzte Monomere umfasst, verlässt den ersten Abdampftank 11 über Überführungsleitung 12,
durch die es in einen Zyklon 13 geleitet wird, der mitgerissene
Polymerfeststoffe von dem Dampf abtrennt. Durch den Zyklon abgetrennte Polymerfeststoffe
werden über
Leitung 14 durch ein Doppelventilbauteil, das eine Druckdichtung
unterhalb Zyklon 13 aufrechterhalten soll, zu einem Niederdruck-Abdampftank 15 geleitet.
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Die
konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung in dem unteren Bereich
des ersten Abdampftanks 11 setzen sich kontinuierlich ab,
indem sie entlang dessen geradliniger Unterseite 16 in
die Dichtungskammer 17 rutschen, wie es in der Vergrößerung 2 verdeutlicht
ist. In der Dichtungskammer 17 wird eine Polymerfeststoffe/Aufschlämmungshöhe 43 aufrechterhalten,
um Verstopfungstendenzen in Abdampftank 11 zu beseitigen
und eine Druckdichtung zu bilden, so dass Abdampftank 11 bei
einem wesentlich höheren
Druck als Abdampftank 15 betrieben werden kann. Polymeraufschlämmung/Feststoffe
werden kontinuierlich aus der Dichtungskammer 17 in den
Niederdruck-Abdampftank 15 abgezogen. Die Länge (l),
der Durchmesser (d) und das Volumen der Dichtungskammer 17 und
die Geometrie des Dichtungskammer-Auslassreduzierstücks 18 werden
so gewählt,
dass eine variable Verweilzeit geliefert wird und eine kontinuierliche
Pfropfenströmung
von konzentrierten Polymerfeststoffen/Aufschlämmung geliefert wird, um „Totraum" zu minimieren und
Verstopfungstendenzen zu minimieren. Die Länge der Dichtungskammer 17 muss
ausreichen, um praktische Höhenmessung
und -steuerung zu ermöglichen.
Typische Verweilzeiten des konzentrierten Polymerfeststoffs/Aufschlämmung in der
Dichtungskammer 17 betragen 5 Sekunden bis 10 Minuten,
bevorzugte Verweilzeiten betragen 10 Sekunden bis 2 Minuten und
besonders bevorzugte Verweilzeiten betragen 15 bis 45 Sekunden.
Die kontinuierliche Pfropfenströmung
von konzentrierten Polymerfeststoffen/Aufschlämmung bildet eine Druckdichtung,
wobei die konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung ein
l/d-Verhältnis
in der Dichtungskammer 17 haben, das in der Regel 1,5 bis
8 ist, vorzugsweise ist l/d 2 bis 6 und am meisten bevorzugt 2,2
bis 3. In der Regel sind die Seiten des Dichtungskammer- Auslassreduzierstücks 18 relativ zu
der Horizontalen um 60 bis 85 Grad geneigt, vorzugsweise 65 bis
80 Grad und am meisten bevorzugt 68 bis 75 Grad. Die Geometrie des
Siegelkammer-Auslassreduzierstücks 18 ist
durch im Wesentlichen gerade Seiten definiert, die in einem Winkel gleich
oder größer als
der Rutschwinkel der konzentrierten Polymerfeststoffe/Aufschlämmung zur
Horizontalen geneigt sind, und bewegt den konzentrierten Polymerfeststoff/Aufschlämmung zu
einer zweiten Überführungsrohrleitung 19,
die mit einem Einsatzmaterialeinlass von Abdampftank 15 in
Verbindung steht. In Abdampftank 15 wird im Wesentlichen das
gesamte verbleibende inerte Verdünnungsmittel und
nicht umgesetzte Monomer in dem konzentrierten Polymerisationsausfluss
verdampft und als Kopfprodukt 20 zu einem zweiten Zyklon 21 geführt.
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Der
Hauptanteil des flüssigen
Mediums in dem Polymerisationsausfluss wird als Dampf zu Zyklon 13 geführt worden
sein. Der Dampf, von dem die mitgerissenen Polymerfeststoffe entfernt
worden sind, werden durch Rohrleitung 22 zu einem Wärmetauscher 23 geführt, wobei
der Dampf mit einem Druck von etwa 140 psia bis etwa 315 psia durch
indirekten Wärmetausch
mit einem Wärmetauscherfluid
kondensiert wird, damit der Bedarf nach Komprimierung wegfällt.
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Das
kondensierte flüssige
Medium, das Verdünnungsmittel
und nicht umgesetzte Monomere umfasst, wird dann zu einem Speicher 24 geleitet.
Es wird eine Pumpe 25 bereitgestellt, um das kondensierte
flüssige
Medium über
Leitung 26 zurück
zu der Polymerisationszone zu fördern.
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Die
Polymerfeststoffe in dem Niederdruck-Abdampftank 15 werden über Leitung 27 zu
einem konventionellen Trockner 28 geleitet. Der aus dem
Sekundärzyklon 21 austretende
Dampf wird nach Filtration in Filteranlage 29 durch Leitung 30 zu einem
Kompressor 31 geleitet, und die komprimierten Dämpfe werden
durch eine Rohrleitung 32 zu einem Kondensator 33 geleitet,
wo der Dampfkondensiert wird, und das Kondensat wird durch Rohrleitung 34 in
Lagergefäß 35 geleitet.
Das kondensierte flüssige
Medium in dem Lagergefäß 35 wird
in der Regel über
Kopf entlüftet,
um Verunreinigungen im leichten Endbereich zu entfernen. Das inerte
Verdünnungsmittel
kann durch ein Behandlungsbett 37 in das Verfahren zurückgegeben
werden, um Katalysatorgifte zu entfernen, oder in Anlage 36 destilliert
werden, um leichte Endbereiche vollständiger zu entfernen, und wird
dann über
ein Behandlungsbett in das Verfahren zurückgegeben.
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Da
nun die vorliegende Erfindung im Allgemeinen beschrieben wurde,
wird angenommen, dass dieselbe unter Bezugnahme auf die folgenden
Beispiele noch deutlicher wird. Es ist klar, dass die Beispiele
nur zur Veranschaulichung gegeben werden und nicht als die Erfindung
einschränkend
angesehen werden sollten.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Ein
typisches Ethylenpolymerisationsverfahren würde man bei einer Temperatur
von etwa 215°F und
einem Druck von 565 psia durchführen.
Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens würde zu einem Polymerisationsausfluss
von etwa 83 000 lb/h führen, was
etwa 45 000 lb/h Polyethylenpolymerfeststoffe und etwa 38 000 lb/h
Isobutan und nicht umgesetzte Monomere umfasst. Der kontinuierlich
abgezogene Polymerisationsausfluss wird in dem ersten Abdampftank
bei einem Druck von etwa 240 psia und einer Temperatur von etwa
180°F abgedampft,
um Kopfprodukt mit etwa 35 000 lb/h Verdünnungsmittel und nicht umgesetzte
Monomerdämpfe
und mitgerissenes teilchenförmiges
Material zu entfernen. Behelfswärme,
um dem Polymerisationsausfluss eine zusätzliche Wärmemenge zuzuführen, wird
durch geeignete Heizmittel im Verlauf des Wegs zwischen dem Abziehventil
und dem ersten Abdampftank zugeführt.
Nach Entfernung der Feinteilchen wird der Isobutandampf ohne Komprimierung
durch Wärmetausch
bei einem Druck von etwa 240 psia und einer Temperatur von etwa
135°F kondensiert.
Die Polymeraufschlämmung/Feststoffe,
die aus dem unteren Bereich des ersten Abdampftanks in die Dichtungskammer
abgezogen werden, bilden eine kontinuierliche Pfropfenströmung von
konzentrierter Polymeraufschlämmung/Feststoffen,
die eine Druckdichtung liefert, mit einem l/d-Verhältnis des
Pfropfens der Polymeraufschlämmung/Feststoffe
von 2,5 in einer 8'4'' langen Dichtungskammer mit einem l/d-Verhältnis von
5,5 und einem Konuswinkel von etwa 68° am Dichtungskammer-Auslassreduzierstück. Die
Verweilzeit der kontinuierlichen Pfropfenströmung der konzentrierten Polymeraufschlämmung/Feststoffe beträgt etwa
16 Sekunden. Die konzentrierte Polymeraufschlämmung/Feststoffe werden kontinuierlich aus
dem unteren Bereich des ersten Abdampftanks mit einer Temperatur
von etwa 180°F
und einem Druck von etwa 240 psia durch Dichtungskammer, Dichtungskammer-Auslassreduzierstück und zweite Überführungsrohrleitung
in einen Einsatzmaterialeinlass an einem zweiten Abdampftank abgezogen.
Das verbleibende flüssige
Medium in der konzentrierten Polymeraufschlämmung/Feststoffen, das in den zweiten
Abdampftank bewegt worden ist, wird bei einer Temperatur von etwa
175°F und
einem Druck von etwa 25 psia abgedampft, um etwa 4300 lb/h Isobutan
und nicht umgesetzte Monomere zu entfernen, die durch Komprimieren
und Wärmetausch
kondensiert werden.
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Beispiel 2
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Ein
typisches Ethylenpolymerisationsverfahren würde man bei einer Temperatur
von etwa 215°F und
einem Druck von 565 psia durchführen.
Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens würde zu einem Polymerisationsausfluss
von etwa 83 000 lb/h führen, was
etwa 45 000 lb/h Polyethylenpolymerfeststoffe und etwa 38 000 lb/h
Isobutan und nicht umgesetzte Monomere umfasst. Der kontinuierlich
abgezogene Polymerisationsausfluss wird in dem ersten Abdampftank
mit einem Druck von etwa 240 psia und einer Temperatur von etwa
175°F abgedampft,
um Kopfprodukt mit etwa 23 000 lb/h Verdünnungsmittel und nicht umgesetzte
Monomerdämpfe
und mitgerissenes teilchenförmiges
Material zu entfernen. Nach Entfernung der Feinteilchen wird der
Isobutandampf ohne Komprimierung durch Wärmetausch mit einem Druck von
etwa 240 psia und einer Temperatur von et wa 112°F kondensiert. Die Polymeraufschlämmung/Feststoffe,
die aus dem unteren Bereich des ersten Abdampftanks in die Dichtungskammer
abgezogen werden, bilden eine kontinuierliche Pfropfenströmung von
konzentrierter Polymeraufschlämmung/Feststoffen,
die eine Druckdichtung liefert, mit einem l/d-Verhältnis
des Pfropfens der Polymeraufschlämmung/Feststoffe
von 2,5 in einer 8'4'' langen Dichtungskammer mit einem l/d-Verhältnis von
5,5 und einem Konuswinkel von etwa 68° am Dichtungskammer-Auslassreduzierstück. Die
Verweilzeit der kontinuierlichen Pfropfenströmung der konzentrierten Polymeraufschlämmung/Feststoffe
beträgt
etwa 16 Sekunden. Etwa 60 000 lb/h konzentrierte Polymeraufschlämmung/Feststoffe
werden kontinuierlich aus dem unteren Bereich des ersten Abdampftanks bei
einer Temperatur von etwa 175°F
und einem Druck von etwa 240 psia durch Dichtungskammer, Dichtungskammer-Auslassreduzierstück und zweite Überführungsrohrleitung
in einen Einsatzmaterialeinlass an einem zweiten Abdampftank abgezogen.
Das verbleibende flüssige
Medium in der konzentrierten Polymeraufschlämmung/Feststoffen, das in den zweiten
Abdampftank bewegt worden ist, wird bei einer Temperatur von etwa
125°F und
einem Druck von etwa 25 psia abgedampft, um etwa 16 000 lb/h Isobutan
und nicht umgesetzte Monomere zu entfernen, die durch Komprimieren
und Wärmetausch
kondensiert werden.