Brevet FR2135223A1 — publié le 19721215

ï , La présente invention concerne la séparation d'un mélange d'un gaz et d'un polymère provenant d'un appareil de polymérisation continue et se rapporte à un procédé et à un appareil pour effectuer une telle séparation. 5 La production en continu de polymères à poids moléculaire élevé, tels que des polymères fibrogènes, est devenue une réalité industrielle depuis plusieurs années. Dans la production d'un grand nombre de ces polymères dans laquelle le' monomère est introduit dans un réacteur sous forme d'une solution aqueuse ou dans laquelle 10 la polymérisation est une réaction de condensation qui implique la libération de l'eau ou autre sous-produit de condensation à bas poids moléculaire, ce sous-produit résultant est finalement séparé du polymère avant que ce dernier soit soumis à un traitement supplémentaire. Par exemple, des polyamides tels que "Nylon-6.6", 15 "Nylon 6.8", "Nylon 6.10" , des polyesters,, par exemple le téré-phtalate de polyéthylène, etc. sont produits par des réactions dans lesquelles l'eau ou le glycol condensé et évaporé est séparé du polymère avant de former des objets façonnés, tels que des fibres ou objets extrudés. 20 Divers procédés ont été antérieurement proposés pour effec tuer la séparation d'un gaz d'un polymère, le polymère séparé étant versé dans une masse de polymère fondu destinée à subir un traitement supplémentaire. Dans ce cas particulier, la principale difficulté est de trouver un procédé et un appareil qui conviennent 25 pour un fonctionnement de longue durée avec un courant s'écoulant à grande vitesse d'un mélange d'un polymère et d'un gaz sans qu'il soit nécessaire d'arrêter fréquemment l'appareil, de le démonter et de le nettoyer, etc. pour remettre ledit appareil en fonctionnement. La vitesse normalement élevée à laquelle le mélange du 30 gaz et du polymère entre dans le séparateur ou la masse fondue Un provoquait antérieurement/"eclaboussement important et un entraînement du polymère par le courant gazeux vers la sortie réservée au gaz du séparateur, en colmatant ainsi rapidement ladite sortie et en formant un dépôt considérable de polymère gélatineux qui 35 adhérait /U?aces internes de l'appareil. Dans beaucoup de cas, il se forme des stalactites. Ces stalactites se développent, deviennent fragiles et, finalement, se brisent en tombant dans la masse bm> original 72 15557 2 2135223 fondue et en contaminant ou colmatant les canalisations de transport du polymère vers le dispositif d'extrusion et en interrompant finalement la réaction de polymérisation continue. Des morceaux du polymère gélatineux peuvent également former des germes favo-5 risant une formation supplémentaire de gel au détriment de la masse principale du polymère. L'effet ci-dessus est habituellement aggravé si le gaz ou le mélange du polymère et du gaz est dirigé de manière sensiblement directe sur une masse du polymère fondu qui a été séparé du 10 mélange. En conséquence, selon une caractéristique de la présente invention, un appareil de séparation d'un gaz d'un polymère fondu comprend un récipient généralement curviligne pour recueillir le polymère fondu, ledit récipient ayant une paroi interne générale-15 ment concave et une entrée pour un mélange ,d'un polymère et d'un gaz, une sortie pour le gaz et une sortie pour le polymère, l'entrée destinée au mélange étant ménagée obliquement dans ladite paroi et se terminant par un dispositif de séparation du polymère du gaz pour diriger le polymère d'admission doucement et réguliè-20 rement vers une masse de polymère fondu,tout en permettant au gaz de se séparer du polymère sans qu'il heurte directement la masse du polymère fondu et de s'échapper par la sortie qui lui est réservée, la sortie du polymère étant ménagée dans la partie inférieure du récipient et l'entrée du mélange et la sortie du gaz étant mé-25 nagées au-dessus de la sortie du polymère. Selon une autre de ses caractéristiques, la présente invention concerne un procédé de séparation d'un gaz d'un mélange s'écoulant à grande vitesse d'un polymère fondu et d'un gaz, qui consiste à faire passer le mélange'latéralement dans une zone col-30 lectrice comprenant une paroi à travers un séparateur du polymère et du gaz, à diriger le polymère doucement et régulièrement vers une masse de polymère fonduytout en permettant au gaz de passer librement par la sortie qui lui est réservée sans qu'il heurte directement la masse du polymère fondu. 35 Le mélange du polymère et du gaz peut passer tangentielle- ment dans le récipient collecteurLe séparateur du polymère et du gaz peut diriger le polymère d'admission sur la paroi du réci- BAD ORIGINAL J-' ■ " ' 72 15557 ? 2135223 pient tout en permettant au gaz de se séparer du polymère et de s'échapper par la sortie qui lui est réservée. Par "obli.niér.ont" , on entend une direction comprise entre 45° vers le haut ou vers le bas par rapport à l'horizontale. L'en-5 trée oblique du mélange du polymère et du gaz est prévue pour éviter que le gaz heurte à gronde vitesse la " masse fondue et provoque un éclaboussement ou autres effets gênants. Le présent procédé a des avantages distincts par rapport aux procédés de séparation précédemment connus, car il fonctionne 10 d'une manière qui diminue beaucoup l'accumulation du polymère gélatineux qui est décomposé dans le récipient en réduisant ainsi le risque de contamination du polymère utile par des produits de décomposition qui auraient autrement tendance à se ressembler dans le dispositif de séparation. En outre, le présent procédé de 15 décharge.du mélange s'écoulant à grande vitesse d'un gaz et d'un polymère dans le récipient contenant une masse de polymère fondu, couramment désignée par masse fondue, réduit sensiblement, s'il ne l'élimine pas entièrement, le jaillissement du polymère d'admission et du gaz contre le polymère fondu de la masse, qui 20 contribuait antérieurement à écourter la longévité de ladite masse fondue. Lorsque le récipient collecteur comporte à la fois une entrée oblique et une entrée sensiblement tangentielle pour le polymère de manière à diriger le polymère sur la paroi du réci-25 pient sous forme d'un courant tranquille, le gaz séparé du polymère n'est pas dirigé directement dans la réserve de polymère fondu,mais suit une trajectoire sensiblement horizontale autour de la paroi du récipient, en évitant ainsi d'engendrer' une forte turbulence dans ce dernier. 30 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res sortir ont de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention. Sur ce dessin : 35 la figure 1 est une coupe longitudinale d'un appareil selon la présente invention ; et la figure 2 représente un type de séparateur d'un polymère BAD ORIGINAL^ 72 15557 4 2135223 et d'un gaz ajusté dans l'entrée réservée au mélange du polymère et du gaz. Bien que la présente invention convienne pour séparer des gaz de polymères organiques fondus dans de nombreuses réactions 5 de polymérisation, la forme de réalisation qu'on va décrire maintenant convient tout particulièrement pour être utilisée conjointement à un récipient de polymérisation continue du "Nylon", comme dans la polymérisation de polyamides tels que le "Nylon 6.6" (hexaméthylène-adipamide) et des polymères de condensation ana-10 logues. En conséquence, on va décrire l'invention ci-après en se référant en particulier aux polyamides, bien qu'il soit évident que l'appareil et le procédé soient également utiles pour séparer des gaz autres que la vapeur d'eau d'une grande diversité de polymères organiques. Par exemple, le procédé et l'appareil peu-15 vent être utilisés pour séparer le polyoxyméthylène d'un milieu de traitement tel que le cyclohexane ou le diméthylformamide , pour séparer le polyéthylène formé par polymérisation sous pression en phase aqueuse, pour séparer des polymères tels que le polyoxy-éthylène, le polyméthacrylate de méthyle ou le polyéthylène du 20 chlorure de méthylène utilisé comme solvant , pour séparer le monomère et la vapeur d'eau pendant l'achèvement sous vide du polycaprolactame (Nylon 6) et les polyamides analogues, comme on l'a décrit plus haut. En se référant plus spécialement au dessin, un récipient 25 de séparation 10 comporte de préférence une paroi latérale cylindrique 12, une entrée 14 pour le mélange du polymère et du gaz se terminant par un dispositif 15 de séparation du polymère et du gaz (représenté séparément sur la figure 2), une sortie 16 du gaz, une sortie 18 du polymère, un plafond ou couvercle 20 et 30 une partie inférieure 22 qui a de préférence la forme d'un entonnoir. La forme de cet appareil peut être facilement modifiée de nombreuses façons, par exemple en lui donnant entièrement la forme d'un entonnoir. Si l'on utilise un dispositif de raclage de la paroi, il 35 est monté de préférence sur un arbre rotatif mené et peut être aussi près que possible des parois 12 et 22. Un dispositif racleur se prolonge de préférence du fond du récipient 10 vers le haut BAD QftGiNAL 72 15557 5 2135223 le long de la paroi latérale jusqu'à une hauteur suffisante pour racler la plus grande partie du polymère déposé sur ladite paroi pendant qu'il tourne autour de la périphérie du récipient de séparation, en évitant naturellement le séparateur 15» bien qu'un dis-5 positif de raclage plus court, par exemple se prolongeant jusqu'à l'entrée réservée au mélange du polymère et du gaz ou ne couvrant que le fond en forme d'entonnoir, sé soit avéré convenable. Ainsi si on utilise un dispositif racleur, on peut le choisir en fonction d'un mode particulier de fonctionnement et de la forme parti-10 culière du récipient. Une masse de polymère fondu 28 se trouve au fond du récipient séparateur. Le polymère s'écoule doucement par gravité dans la masse fondue ou jusqu'à un point de la paroi du récipient situé au-dessus de la masse. On peut éventuellement utiliser une vis trans-15 porteuse ou autre dispositif propulseur pour faire avancer le polymère vers le réservoir et la sortie qui lui est réservée. Cependant, ces dispositifs ne sont normalement pas nécessaires avec l'appareil représenté, bien que certaines modifications apportées à ce dernier puissent rendre de tels dispositifs particulièrement 20 s o uhaitable s. Lorsque cela s'avère nécessaire, le bord du dispositif séparateur 15 supportant, le polymère peut se prolonger vers le bas jusqu'à la masse fondue proprement dite, en produisant ainsi un écoulement très doux du polymère. 25 Le niveau du polymère dans la masse fondue 28 est réglé avantageusement à un niveau relativement constant, de manière à assurer une durée de séjour spécifique dans le récipient de séparation avant que le polymère soit acheminé vers un procédé d'ex-trusion ou autre application. Par conséquent, dans un mode opéra-50 toire préféré, un détecteur coopère avec la réserve 28 du polymère pour régler le niveau de la masse fondue dans des limites prédéterminées en réglant l'alimentation de l'appareil de polymérisation continue. Pour effectuer ce réglage, on peut utiliser divers dispositifs détecteurs électriques, mécaniques, etc., qui sont 35 connus. Etant donné que la séparation du gaz et du polymère est normalement effectuée à des' températures supérieures à 100°C et 8AD ORlGlNM* 72 15557 6 2135223 normalement à une température supérieure au point de fusion du ! polymère d'au moins 10°C, le récipient de séparation 10 est calo-rifugé et chauffé de préférence pour maintenir la température de fusion désirée. 5 l'entrée 14 réservée au mélange du polymère et du gaz est normalement reliée directement à un réacteur de polymérisation continue tel qu'un serpentin chauffé ou autre dispositif dans lequel de la vapeur d'eau est engendrée dans le cas de la polymérisation du "Nylon 6.6", à partir de l'eau de condensation et de 10 l'eau de solution utilisées avec le monomère. La vapeur d'eau engendrée propulse le polymère à travers le réacteur de polymérisation continue. Ainsi, la vitesse d'écoulement atteinte dans le réacteur devient considérable à cause de la température élevée qui y règne, du volume de la vapeur d'eau dégagée, du diamètre 15 des tubes constituant le serpentin utilisé, etc., qui sont associés à l'appareil de polymérisation continue. Pendant le fonctionnement du présent séparateur, le mélange du polymère et du gaz est normalement entraîné dans le récipient séparateur par un gaz s'écoulant à grande vitesse, la majeure par- 20 tie du polymère se déplaçant sensiblement plus lentement que le gaz et une faible proportion du polymère étant entraînée à des Û6 vitesses moyennes voisines/ou égales à celles du gaz. En entrant .dans le récipient séparateur, le gaz se détend rapidement et la vitesse diminue brusquement d'une manière correspondante. Le volume 25 du récipient séparateur 10 est suffisant en comparaison de l'entrée du polymère et de la sortie du gaz pour former une zone de détente et permettre la détente rapide du gaz et la diminution de la vitesse. Dans un appareil préféré pour la séparation du "Nylon 6.6." et de la vapeur d'eau, la vitesse moyenne du gaz est 30 ramenée au-dessous de 30 mètres environ par minute avant qu'il ait parcouru plus de 75 i° environ de la distance couvrant la périphérie du récipient. La brusque diminution de la vitesse d'écoulement du gaz réduit dans une large/mesure et dans la plupart des cas élimine presque à 100 $> l'entraînement des gouttelettés du 35 polymère qui se déposeraient autrement sur la sortie 16 réservée au gaz ou à un autre endroit De long du conduit de sortie du gaz, en empêchant finalement le gaz de s'écouler. ©AD ORIGîMAt 72 15557 7 2135223 L'entrée 14 du polymère et le séparateur 15 sont généralement disposés horizontalement par rapport au récipient séparateur ou sont inclinés vers le haut ou vers le bas d'environ 45° par rapport à l'horizontale. De préférence, ils sont inclinés vers 5 le bas de 5 à 30° par rapport à l'horizontale. Il est souhaitable de diriger le courant très rapide du mélange du polymère et du gaz de manière que le polymère s'écoule de façon tranquille et uniforme dans la masse du polymère fondu en évitant de diriger le polymère contre le plafond du récipient ou contre le polymère de la masse 10 fondue. Un déflecteur, ou bien comme indiqué plus haut, une légère inclinaison vers le bas, permet d'atteindre ce résultat. Egalement, il est préférable de placer l'entrée du polymère à une certaine distance au-dessous du plafond, mais au-dessus de la masse fondue, par exemple entre 10 et 70 5° environ de la distance comprise entre 15 le plafond et la surface supérieure de la masse fondue du polymère. On peut placer un faux plafond comportant un ou plusieurs orifices ménagés à des endroits appropriés, au-dessous de la sortie du gaz 16 si cela est nécessaire. L'organe 15 de séparation du gaz du polymère peut avoir 20 n'importe quelle forme ou profil convenable,comme celui représenté sur la figure 2. En outre, cet organe d'entrée peut faire saillie dans le récipient séparateur, la partie en saillie ayant toute forme appropriée pour les matières particulières et l'appareil uti-ilisés.. 25 Bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement en se référant à diverses formes de réalisation préférées, utiles pour la production de polyamides et de polymères analogues, de nombreuses modifications, telles que celles proposées dans le présent mémoire, peuvent être apportées à la présente invention pour un 30 système particulier de séparation de polymères. Egalement, il est possible de modifier la configuration du récipient, le type particulier de racleur, lorsqu'on en utilise un, la trajectoire suivie par la vapeur d'eau avant qu'elle quitte le récipient, etc., sans sortir du cadre de la présente invention. 35 L'exemple suivant est donné à titre illustratif, mais non limitatif, de l'invention. - ** BAD *-\h: 72 15557 8 2135223 EXEMPLE On introduit dans un récipient de séparation, par l'intermédiaire d'un tube d'un diamètre de 44?45 mm, un mélange du polymère fondu "Nylon 6.6" et de vapeur d1 eau provenant d'un appareil 5 à serpentin de polymérisation continue maintenu à 290°C. Le mélange s'écoule le long du tube selon une configuration annulaire et turbulente à raison de 415 g/mn du polymère et de 585 g/mn de vapeur d'eau. Le récipient de séparation est cylindrique et présente un fond conique pour contenir la masse fondue. La hauteur totale est 10 de 96,52 cm et le diamètre est de 45,72 cm. Le polymère et la vapeur d'eau entrent par un ajutage dans la moitié supérieure du récipient. L'ajutage est analogue à celui représenté sur la figure 2 ; il est incliné vers le bas de 30° environ par rapport à l'horizontale et de 75° environ par rapport au rayon. Il dirige le poly-15 mère doucement dans la masse fondue et la vapeur d'eau à l'écart de la surface de cette masse fondue. On fait fonctionner l'appareil pendant 32 jours à une pression de 260 mmHg. Si on n'utilisait pas d'ajutage, il se formerait des filets de polymère et il serait nécessaire d'arrêter la machine au bout de quelques jours. 20 Naturellement, de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'appareil décrits sans sortir du cadre de la présente invention. &A0 ORIGINAL 72 15557 9 2135223 REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation d'un gaz à partir d'un mélange s'écoulant à grande vitesse d'un polymère fondu et d'un gaz, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le mélange 5 dans une zone collectrice délimitée par une paroi par l'intermédiaire d'un dispositif de séparation du polymère et du gaz, à diriger doucement et régulièrement le polymère vers une masse de polymère fondu;tout en permettant au gaz de s'échapper librement par une sortie sans qu'il heurte directement la masse de polymère 10 fondu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange est introduit tangentiellement dans la zone collectrice et en ce que le polymère est dirigé vers ladite masse fondue le long de la paroi de la zone collectrice. 15 3. Procédé selon la revendication 1^caractérisé en ce que la paroi de la zone collectrice est raclée pour faciliter l'écoulement descendant du polymère vers la masse fondue. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz est constitué par de la 20 vapeur d'eau. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère est un polyamide. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le niveau du polymère fondu dans 25 la- masse est réglé dans des limites prédéterminées par un détecteur qui détermine le débit du mélange introduit dans la zone collectrice. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la vitesse moyenne d'écoulement du gaz 30 est réduite au-dessous de 30 mètre^environ par minute avant que le gaz parcoure plus de 75 environ de la périphérie de la zone collectrice. 8. Appareil de séparation d'un gaz d'un polymère fondu, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient généralement curvi- 35 ligne destins à recueillir le polymère fondu, ledit récipient comportant une paroi interne généralement concave ayant une entrée pour le mélange du polymère et du gaz, une sortie pour le gaz et BAD ORIGINAL 72 15557 10 2135223 , une sortie pour le polymère, l'entrée dudit mélange étant ménagée dans la paroi dans une direction .oblique par rapport à cette dernière et se terminant par un séparateur du polymère et du gaz pour diriger le polymère introduit doucement et régulière-5 ment vers une masse de polymère fondu^tout en permettant au gaz de se séparer du polymère sans heurter directement la masse du polymère fondu et de s'échapper par la sortie qui lui est réservée, et en ce que la sortie réservée au polymère est ménagée dans la partie inférieure du récipient, l'entrée du mélange et la sortie du 10 gaz se trouvant au-dessus de la sortie du polymère. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'entrée est destinée à introduire le mélange tangentiellement dans le récipient et en ce que le séparateur du polymère et du gaz est destiné à diriger le polymère d'admission sur la paroi du récipient. 15 10. Appareil selon la revendication 8, ou 9» caractérisé en ce que le récipient comporte un dispositif de raclage de la paroi pour enlever le polymère qui y adhère. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de raclage de la paroi est monté sur un arbre 20 rotatif commandé. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le récipient présente un fond en forme d'entonnoir. 13. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que 25 le séparateur du polymère et du gaz présente un bord de support du polymère qui est orienté vers le bas jusqu'à la masse du polymère fondu. 14. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que l'entrée et le séparateur sont inclinés de 30 5 à 30° par rapport à l'horizontale. 15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que l'entrée se trouve au-dessous du plafond du récipient à une distance comprise entre 10 et 70 environ de la distance séparant ledit plafond de la surface supérieure de 35 la masse du polymère fondu. BAD ORIGINAL 72 15557 n 2135223 16. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 15» caractérisé en ce que le récipient comporte un^piafond placé au-dessous de la sortie du gaz et au-dessus de l'entrée du mélange du polymère et du gaz, ce faux plafond présentant un passage pour le gaz. BAO