Brevet FR2414056A1 — publié le 19790803

La présente invention concerne un procédé pour éliminer une proportion majeure des liquides vaporisables contenus dans une dispersion aqueuse d'un polymère, par passage de la dispersion aqueuse dans une colonne de rectification. La production de polymères par polymérisation de monomères en dispersions aqueuses est un procédé bien connu Les polymères du type caoutchouc tels que les polymères butadiène-styrène ou butadiène-acrylonitrile et les polymères thermoplastiques tels que les polymères de chlorure de vinyle et les polymères de chlorure de vinylidène, sont produits industriellement par de tels procédés.Dansla plupartde ces procédés, les monomères peuvent renfermer des impuretés non polymérisables qui nécessitent d'être éliminées du polymère avant que ce dernier ne soit vendu. De même, les monomères polymérisables peuvent ne pas être entièrement transformés en polymère et le ou les monomères résiduels nécessitent d'être éliminés du polymère avant la vente.Les monomères ou des impuretés de volatilité relativement grande sont habituellement éliminés de ces dispersions aqueuses par passage dans un appareillage de dégazage fonctionnant à des pressions assez basses (c'est-à-dire inférieures à la pression atmosphérique) pour que les monomères ou les impu retés volatils soient essentiellement éliminés par volatilisation et puissent être jetés ou récupérés en vue de leur réutilisation.Les monomères ou les impuretés moins volatils sont éliminés par une opération d'épuisement dans laquelle la dispersion aqueuse est chargé dans une colonne d'épuisement dans laquelle elle passe à contre-courant avec un courant ascendant d'un liquide d'épuisement qui sort à la partie supérieure de la colonne après s'être chargé de monomères ou dtimpuretés, ce liquide étant jeté ou récupéré en vue de sa ré-utilisation. Il est bien connu que des dispersions aqueuses de polymères ont tendance à être instables, du fait qu'elles sont sensibles à une action de cisaillement et au choc thermique, et le polymère peut être partiellement séparé de l'ensemble de la dispersion. Lorsqu'une telle séparation a lieu, le polymère tend à se déposer notamment sur les surfaces métalliques et il produit ce qu'il est convenu d'appeler'l'encrassement Il est bien connu que des colonnes d'épuisement s'encrassent progressivement et doivent être mises périodiquement hors service en vue de leur nettoyage. Il est également bien connu que la consommation de vapeurs d'eau dans des colonnes d'épuisement est grande comparativement au volume des dispersions aqueuses et, en raison du prix élevé actuel de l'énergie, cela constitue un facteur important dans le prix de revient de la production de ces polymères. L'un des buts de la présente invention est de trouver un procédé d'épuisement de dispersions aqueuses dans lequel l'encrassement de la colonne d'épuisement n'est pas aggravé, mais la consommation de vapeur d'eau par unité de volume débitée de dispersion aqueuse est réduite et la capacité de traitement de la dispersion aqueuse est améliorée comparativement à l'état actuel de la technique. La présente invention propose un procédé d'élimination d'une proportion majeure des liquides vaporisables contenus dans une dispersion aqueuse d'un polymère, procédé dans lequel ladite dispersion aqueuse est introduite en courant descendant dans une colonne d'épuisement qui comprend une enveloppe tubulaire verticale allongée pourvue de plusieurs plateaux sensiblement horizontaux espacés verticalement et présentant des ouvertures, chacun de ces plateaux étant pourvu d'un déversoir et d'une conduite de descente communiquant avec ledit réservoir, cette conduite étant dirigée vers le liquide se trouvant sur le plateau inférieur suivant et au contact de ce liquide, en sorte que la dispersion aqueuse s'écoule en descendant depuis ledit plateau vers le plateau inférieur suivant, le déversoir ayant pour fonction de maintenir le niveau de liquide de la dispersion aqueuse sur ledit plateau ; un liquide d'épuisement monte dans ladite colonne en passant par les ouvertures de chacun des plateaux et s'élève ainsi à travers la dispersion aqueuse qui se trouve sur chacun desdits plateaux en sorte que les liquides vaporisables sont entraînés de ladite dispersion, la dispersion aqueuse épuisée d'une proportion majeure des liquides vaporisables étant déchargée par l'extrémité inférieure de la colonne d'épuisement et les liquides vaporisables et le liquide d'entraînement étant déchargés par l'extrémité supérieure de cette même colonne ; le procédé est caractérisé par le fait que les déversoirs d'au moins le tiers inférieur de l'ensemble desdits plateaux ont une hauteur choisie de manière que le niveau de liquide sur ces plateaux soit d'au moins environ 10 cm mais n'excède pas environ 30 cm et les déversoirs se trouvant sur un nombre de plateaux ne dépassant pas les deux tiers supérieurs de l'ensemble ont une hauteur choisie de manière que le niveau de liquide sur ces plateaux soit d'au moins environ 5 cm mais n'excède pas environ 30 cm. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre. Les dispersions aqueuses de polymères sont des compositions bien connues et comprennent, à titre non limitatif, des polymères butadiène-styrène, des polymères butadiène-acrylonitrile, des polymères isoprène-acrylonitrile et des polymères butadiène-styrène ou butadiène-acrylonitrile carboxylés à titre d'exemples de polymères en émulsiontpolymérisés par des radicaux libres et des polymères de chlorure de vinyle et de chlorure de vinylidène à titre d'exemples de matières thermoplastiques polymérisées en émulsion par des radicaux libres. Lorsque le processus de polymérisation est terminé, les taux de transformation des monomères pouvant alors n'être que d'environ 60 % ou atteindre environ 95 %, le ou les monomères résiduels se trouvent encore dans la dispersion aqueuse. Le monomère résiduel peut exister sous la forme de gouttelettes libres en suspension dans la phase aqueuse ou peut exister à l'état dissous ou dispersé dans les particules de polymère. Ces monomères résiduels doivent être enlevés avant que le produit ne puisse être vendu. En outre, des raisons d'ordre économique motivent habituellement la récupération des monomères résiduels en vue de leur recyclage dans le procédé de polymérisation.De plus, la pureté des monomères utilisés dans de tels procédés de polymérisation n'est habituellement pas exactement égale à 100 % (les impuretés contenues dans le monomère peuvent être polymérisables ou peuvent être inertes dans les conditions de polymérisation que l'on utilise).Par conséquent, des impuretés peuvent aussi être présentes en même temps que le monomère résiduel dans la dispersion aqueuse et peuvent nécessiter une élimination Par souci de clarté, la partie restante de la description de la présente invention s'appliquera à l'élimination par épuisement du styrène d'une dispersion aqueuse d'un polymère butadiène-styrène formé par polymérisation en émulsion sous l'effet de radicaux libres. il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention n'est pas limitée seulement à l'élimination par épuisement de styrène d'une dispersion aqueuse d'un polymère butadiène-styrène Lorsque le butadiène et le styrène sont polymérisés dans des milieux en émulsion en présence de radicaux libres, ils donnent des dispersions aqueuses d'un polymère butadiènestyrène, plus du butadiène et du styrène résiduels plus toutes impuretés qui sont introduites avec le butadiène et le styrène et qui n'ont pas réagi. De nombreuses polymérisations industrielles sont arrêtées, pour des raisons d'ordre qualitatif, à des taux de transformation des monomères totaux d'environ 60 à environ 75 %. Ainsi, la dispersion aqueuse sortant du dernier réacteur de la série peut contenir des proportions assez élevées de butadiène et de styrène résiduels.La portion prédomi- nante du butadiène monomère que renferme la dispersion aqueuse est enlevée par passage de cette dispersion dans un ou plusieurs dispositifs de détente instantanée dans lesquels la pression est réduite, en une ou plusieurs étapes, à environ 20 cm de mercure, en sorte que le butadiène se vaporise et qu'il est éliminé en vue de son traitement subséquent La dispersion aqueuse de laquelle la majeure partie du butadiène a été éliminée est ensuite chargée dans une colonne d'épuisement destinée à enlever la majeure partie des liquides vaporisables présents. Ces liquides vaporisables comprennent le styrène résiduel et toutes autres impuretés. La dispersion aqueuse s'écoule de haut en bas dans la colonne à contrecourant avec de la vapeur d'eau qui monte dans la colonne. L'encrassement se manifeste dans la colonne d'épuisement sous la forme d'un dépôt de caoutchouc sur les plateaux, dépôt qui s'zc- cumule progressivement jusqu'à atteindre une épaisseur suffisamment grande pour que la colonne nécessite d'être mise hors service en vue d'un nettoyage. La vitesse à laquelle ltencrasse- ment sa manifeste est telle que l'on doit réduire le débit de passage de la dispersion aqueuse dans la colonne. La consommation de vapeur d'eau dans la colonne d'épuisement est très grande et, par conséquent, coûteuse. Conformément à la présente invention, la dispersion aqueuse est chargée sur une colonne d'épuisement dont les plateaux sont disposés de manière à pouvoir obtenir une plus grande capacité de traitement de dispersion aqueuse pour une quantité donnée de vapeur d'eau utilisée, pour un degré d'encrassement équivalent à l'art antérieur ou légèrement plus faible, ou bien inversement, pour une capacité donnée de traitement de dispersion aqueuse, la consommation de vapeur d'eau peut être réduite. On y parvient en élevant le niveau de liquide sur les plateaux par l'utilisation de déversoirs de plus grande hauteur que ceux de l'art antérieur. La colonne d'épuisement est formée d'une enveloppe tubulaire verticale allongée pourvue de plusieurs plateaux sensiblement horizontaux, espacés verticalement et présentant des ouvertures. Chacun des plateaux comprend un déversoir et une conduite de descente communiquant avec ledit réservoir et destinée à faire descendre la dispersion aqueuse d'un plateau au plateau inférieur suivant.La conduite de descente est dirigée vers le liquide qui se trouve sur le plateau inférieur suivant et est au contact de ce liquide, de manière que le courant ascendant de vapeur d'eau dans la colonne d'épuisement ne passe pas dans cette conduite, De préférence, la conduite de descente est disposée excentriquement par rapport au plateau dont elle est solidaire et la conduite de descente d'un plateau est située en un point qui occupe une position diamétralement opposée à celle des conduites de descente du plateau supérieur et du plateau inférieur suivant. La conduite de descente communique avec un déversoir présenté par le plateau duquel elle est solidaire ; le déversoir a pour fonction de maintenir le niveau de liquide de la dispersion aqueuse sur ce plateau.Un fluide d'épuisement chauffé, par exemple de la vapeur d'eau ou de l'azote gazeux, mais de préférence de la vapeur d'eau, passe en courant ascendant dans la colonne d'épuisement ; le fluide d'épuisement entre à l'extrémité inférieure de la colonne et s'élève par les ouvertures des plateaux. En passant par les ouvertures des plateaux, le fluide d'épuisement traverse la dispersion aqueuse se trouvant sur chacun des plateaux, ce qui a pour effet que les liquides vaporisables sont entraînés de la dispersion aqueuse. Le niveau de liquide sur les plateaux, tel que maintenu par le réservoir prévu sur chacun d'eux, constitue le niveau de liquide que doit traverser le fluide d'épui- sement.La dispersion aqueuse,après passage sur chaque plateau et épuisement d'une proportion dominante des liquides vaporisables, est déchargée par l'extrémité inférieure de la colonne d'épuisement et acheminée vers un poste de traitement subsé quentpar exemple un poste de concentration ou de récupération des matières solides. Les liquides vaporisables entraînés de la dispersion aqueuse et le fluide d'épuisement sont déchargés par l'extrémité supérieure de la colonne d'épuisement en vue d'un traitement ultérieur, par exemple la récupération de tout monomère polymérisable.Les déversoirs prévus sur chacun des plateauxjcompris au moins dans le tiers inférieur de l'ensemble des plateaux,ont une hauteur d'au moins environ 10 cm mais ne dépassant pas environ 30 cm, de manière à maintenir le niveau de liquide sur les plateaux à une profondeur d'au moins environ 10 cm, mais n'excédant pas environ 30 cm etvsur surchacun des plateaux ne constituant pas plus des deux tiers supérieurs de l'ensemble, les déversoirs ont une hauteur d'au moins environ 5 cm, mais n'excédant pas environ 30 cm.De préférence, les déversoirs se trouvant sur au moins la moitié inférieure et notamment sur au moins les deux tiers inférieurs de l'ensemble des plateaux ont une hauteur d'au moins environ 10 cm mais n'excédant pas environ 30 cm et, de façon correspondante, les déversoirs qui se trouvent sur des plateaux ne représentant pas plus de la moitié supérieure et de préférence pas plus du tiers supérieur de l'ensemble ont une hauteur d'au moins environ 5 cm mais n'excédant pas environ 30 cm. Les hauteurs des déversoirs se situent très avantageusement entre 15 et 30 cm sur au moins la moitié inférieure des plateaux et entre 10 et 20 cm sur une distance n'excédant pas la moitié supérieure des plateaux. La colonne d'épuisement comporte 8 à 15, et de préférence 10 à 12 de ces plateaux.La dispersion aqueuse chargée sur la colonne d'épuisement renferme environ 15 à environ 30 % en poids de polymère et environ 5 à environ 50 parties en poids de liquides vaporisables pour 100 parties en poids de polymère. Le fluide d'épuisement est de préférence la vapeur d'eau et il est chargé dans la colonne d'épuisement à une pression d'environ 0,84 à environ 1,4 bar, de préférence environ 1,05 bar. La pression en centimètres de mercure dans la colonne d'entraînement est d'environ 15 à environ 50 cm, de préférence d'environ 20 à environ 40 cm à l'extrémité inférieure et d'environ 7 à environ 20 cm, de préférence environ 7 à environ 15 cm, à ltex- trémité supérieure. Lorsqu'on applique le procédé de la présente invention à l'entraînement de styrène, qui constitue le fluide vaporisable, d'une dispersion aqueuse de caoutchouc butadiène-styrène, la dispersion aqueuse après épuisement renferme avantageusement environ 0,01 à environ 0,10, de préférence environ 0,03 à environ 0,07 % en poids de styrène résiduel sur la base du poids de dispersion aqueuse. Dans la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, on peut accroître le débit d'introduction de la dispersion aqueuse dans la colonne d'épuisement, pour une vitesse constante d'introduction de vapeur d'eau, d'au moins environ 10 % et jusqu'à un minimum d'environ 25 % sans risquer d'accroî- tre irencrassementet touten maintenantle fluidevaporisable résiduel à la concentration désirée dans la dispersion aqueuse épuisée. Inversement, si l'on maintient constant le débit d'introduction de dispersion aqueuse dans la colonne d'épuisement, on peut réduire la quantité de vapeur d'eau chargée comme fluide dentrai- nement d'au moins environ 10 % et jusqu'à un maximum d'environ 25 %. A titre d'exemple, pour démontrer l'amélioration que l'on peut obtenir par la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on a modifié une colonne d'épuisement du styrène en remplaçant les déversoirs des cinq plateaux inférieurs par des déversoirs de 15 cm de hauteur, les déversoirs des cinq plateaux supérieurs étant laissés à la hauteur de 2,5 cm qu'ils avaient à l'origine. Le débit de vapeur d'eau utilisé comme fluide d'entraînement est maintenu constant et le débit de la dispersion aqueuse, qui consiste en un latex de styrène-butadiène, est élevé de 22 % sans que l'on observe d'effets défavorables sur l'encrassement ou sur la quantité de styrène résiduel laissée dans le latex de styrène-butadiène. REVENDICATIONS 1. - Procédé pour éliminer une proportion majeure des liquides vaporisables contenus dans une dispersion aqueuse d'un polymère, procédé dans lequel ladite dispersion aqueuse est introduite en courant descendant dans une colonne d'épuisement qui comprend une enveloppe tubulaire verticale allongée pourvue de plusieurs plateaux sensiblement horizontaux espacés verticalement et présentant des ouvertures, chacun de ces plateaux étant pourvu d'un déversoir et d'une conduite de descente communiquant avec ledit réservoir, cette conduite étant dirigée vers le liquide se trouvant sur le plateau inférieur suivant et au contact de ce liquide, en sorte que la dispersion aqueuse s'écoule en descendant depuis ledit plateau vers le plateau inférieur suivant, le déversoir ayant pour fonction de maintenir le niveau de liquide de la dispersion aqueuse sur ledit plateau; un liquide d'épuisement chauffé monte dans ladite colonne en passant par les ouvertures de chacun des plateaux et s'élève ainsi à travers la dispersion aqueuse qui se trouve sur chacun desdits plateaux en sorte que les liquides vaporisables sont entraînés de ladite dispersion, la dispersion aqueuse épuisée d'une proportion majeure des liquides vaporisables étant déchargée par l'extrémité inférieure de la colonne d'épuisement et les liquides vaporisables et le liquide d'entraînement étantdéchargéspar ltextrémité supérieure de cette même colonne ; le procédé est caractérisé par le fait que les déversoirs d'au moins le tiers inférieur de l'ensembledesditsplateaux ont une hauteur choisie de manière que le niveau de liquide sur ces plateaux soit d'au moins environ 10 cm mais n'excède pas environ 30 cm et les déversoirs se trouvant sur un nombre de plateaux ne dépassant pas les deux tiers supérieurs de l'ensemble ont une hauteur choisie de manière re que le niveau de liquide sur ces plateaux soit d'au moins environ 5 cm mais n'excède pas environ 30 cm. 2. - Procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé par le fait que le polymère de la dispersion aqueuse est un produit de polymérisation par des radicaux libres en émulsion choisi entre des polymères butadiène-styrène, des polymères butadiène-acrylonitrile, des polymères isoprène-acrylonitrlle et des polymères butadiène-styrène ou butadiène-acrylonitrile car boxylés. 3. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le polymère de la dispersion aqueuse est une matière thermoplastique polymérisée en émulsion par des radicaux libres, choisie entre des polymères de chlorure de vinyle et des polymères de chlorure de vinylidène. 4. - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les déversoirs portés par les plateaux sur au moins la moitié inférieure de l'ensemble ont une hauteur d'au moins environ 10 cm, mais n'excédant pas environ 30 cm 5. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les déversoirs se trouvant sur au moins la moitié inférieure de l'ensemble des plateaux ont une hauteur de 15 à 30 cm et les déversoirs se trouvant au maximum sur la moitié supérieure de l'ensemble des plateaux ont une hauteur de 10 à 20 cm. 6. - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la colonne d'épuisement comprend 8 à 15 plateaux. 7. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la conduite descendante est disposée excentriquement par rapport au plateau dont elle est solidaire et occupe essentiellement une position diamétralement opposée à celle des conduites descendantes du plateau supérieur et du plateau immédiatement inférieur.