DE2758265C2

DE2758265C2 - Regeleinrichtung zur Überwachung des Füllstandes einer Entgasungsöffnung an einem Extruder für die Verarbeitung von Hochdruck-Polyäthylenschmelze

Info

Publication number: DE2758265C2
Application number: DE2758265A
Authority: DE
Inventors: Dietmar 3000 Hannover Anders
Original assignee: Hermann Berstorff Maschinenbau GmbH
Current assignee: KraussMaffei Extrusion GmbH
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1982-12-23
Also published as: FR2413200A1; US4197268A; FR2413200B1; IT1101193B; NL7812360A; DE2758265A1; SU921457A3; IT7831089A0; JPS5495663A

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Überwachung des Füllstandes einer Entgasungsöffnung an einem Extruder für die Verarbeitung von Hochdruck-Polyäthylenschmelze mit einer in einem Gehäuse drehbar angeordneten mit einem Antrieb und einer b° Drehzahlmeßeinrichtung ausgerüsteten Extruderschnecke, mit einem Extrudertrichter, einem auf diesem angeordneten Schmelzebehälter und einer Absperreinrichtung für die Zufuhr der Hochdruck-Polyäthylenschmelze sowie mit einer an der Entgasungsöffnung ^h~> angeschlossenen, einen Unterdruck oder einen Überdruck erzeugenden Einrichtung, wobei die Entgasungsöffnung vom Extrudertrichter aus gesehen stromab wärts vorgesehen ist.

Es sind Entgasungseinrichtungen mit angeschlossenen Vakuumerzeugern bekannt, die eine Entgasung der Schmelze in der drucklosen Zone einer Extruderschnekke ermöglichen. Bei Stillstand der Schmelze kann jedoch nicht verhindert werden, daß Schmelze aus dem Schmelzebehälter nachfließt und in die Entgasi/ngsöffnung hochsteigt, wodurch die Vakuumeinrichtung verstopft.

Weiterhin kommt bei der dadurch erforderlichen aufwendigen Reinigung Sauerstoff mit der an der Schnecke befindlichen Schmelze in Berührung und führt bei der Verarbeitung von Hochdruck Polyäthylen zu Oxidationen, d. h. starken Verunreinigungen. Da sich die Schnecke nur langsam reinigt, wird über einen langen Zeitraum die gesamte Produktion des Extruders verunreinigt und damit unbrauchbar.

Um bei Entgasungsschnecken sicherzustellen, daß die Entgasungszone drucklos, d. h. teilgefülh bleibt, muß die Förderleistung der Ausstoßzone grundsätzlich größer sein als die der Zone vor der Entgasungsöffnung. Üblicherweise werden diese Abstimmungen durch unterschiedliche Gangtiefe — die Aussioßzone ist z. B. 30% tiefer als die Einzugszone — erreicht. Verringert man die Drehzahl, so fällt die Leistung der ersten Zone, die in den drucklosen Bereich, d. h. in die Entgasungszone, fördert, proportional mit der Drehzahl auf Null ab. Die Ausstoßleistung der am vorderen Teil der Schnecke angeoidneten Ausstoßzone fällt jedoch überproportional ab, da infolge des angeschlossenen Unterwassergranulators auch bei kleinsten Durchsätzen bereits ein hoher Druck benötigt wird.

Diese Abhängigkeit führt dazu, daß es trotz idealer Abstimmung der Förderleistung beider Schneckenabschnitte bei Verminderung der Drehzahl zu einem Punkt kommt, bei dem die Förderleistung des ersten in die Entgasungszone fördernden Schneckenabschnittes größer ist als die Förderleistung der Ausstoßzone, was zwangsläufig zu einem Ansteigen der Schmelze in der Entgasur.gszone führt.

Aus der DE-PS 25 20 244 ist eine Beschickungsvorrichtung für eine Schneckenpresse bekannt, bei der im Aufgabetnchter eines Extruders der Füllstand abgetastet wird und entsprechend dieser Werte die Materialziidosierung zum Aufgabetrichter gesteuert wird. Mittels einer Registrierstufe wird der Antrieb der der Dosiereinrichtung nachgeschalteten Zellradschleuse auf die eindosierte Materialmenge nachgeregelt. Ein Hochsteigen der Schmelze in der Entgasungszone des Extruders wird durch diese Maßnahme nicht verhindert. Aus der US-PS 31 48 231 ist eine Einrichtung bekannt, bei der die Schneckendrehzahl entsprechend eines im Extruderzylinder gemessenen Druckes gesteuert wird. Auch die Lehre dieser Schrift führt in eine andere Richtung.

Weiterhin ist aus der DE-AS 12 01041 eine Entgasungseinrichtung an einem Extruder bekannt, wobei in der Entgasungsöffnung eine Rückförderschnecke für darin aufsteigende Schmelze angeordnet ist. Die Rückförderschnecke wird durch hochsteigende Schmelze axial geringfügig angehoben, wodurch Einschaltimpulse für die Rückförderschnecke gewonnen werden. Eine derartige Einrichtung zur Verhinderung des Hochsteigens der Schmelze in die Entgasungseinrichtung arbeitet sehr zuverlässig, weil durch in die Rückförderschnecke eingedrungene Schmelze jegliche Entgasungsarbeit unterbrochen wird, da dann die Gänge der Rückförderschnecke gefüllt sind. Außerdem

erfordert eine solche Einrichtung einen weiteren Antrieb, Getriebe und zusätzliche Steuereinrichtungen. In der DE-OS 19 24 239 wird in der Beschreibungseinleitung gesagt, daß zwecks Entfernung flüchtiger Bestandteile aus der Kunststoffschmelze diese einem steuerbaren Über- oder Unterdruck ausgesetzt werden kann, damit die flüchtigen Bestandteile besser ausgetrieben oder ausgekocht werden können. Auch aus dieser Schrift erhält der Fachmann keine Hinweise zwecks Vermeidung des Hochsteigens der aufgeschäumten Schmelze im Entgasungsdom einen Überdruck auf den Entgasungsdom zu geben.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile bei Ein- oder Mehrschneckenextrudern zu vermeiden. Insbesondere soll durch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung sichergestellt werden, daß im Falle eines Notstopps und bei einer unzulässigen Verringerung der Schneckendrehzahl vermieden wird, dcß Kunststoffschmelze in die Entgasungsöffnung hochsteigt und die daran angeschlossene Vakuumeinrichtung zusetz!, bzw. es so\i sichergestellt werden, daß Luftsauerstoff auch in einem solchen Fall nicht in die Entgasungsöffnung eindringen kann, so daß Oxidationserscheinungen der Kunststoffschmelze, die insbesondere bei der Verarbeitung von LDPE langandauernde Verschmutzungen und damit große Mengen Abfall verursachen, mit Sicherheit vermieden werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die in den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bis 6 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung wird sichergestellt, daß bei einem Notstopp bzw. bei einer wesentlichen Verringerung der Schneckendrehzahl keine Kunststoffschmelze in die Entgasungsöffnung hochsteigt, die eine Verunreinigung der Entgasungsöffnung selbst und der daran angeschlossenen Vakuumeinrichtung verursachen würde. Dadurch wird auch vermieden, daß die Entgasungsöffnung manuell und damit unter Anwesenheit von Luftsauerstoff gereinigt werden muß.

Die Entgasungsöffnung wird mit einem unter Überdruck stehenden inerten Gas bzw. mit dem Gasdruck, der in dem Schmelzebehälter herrscht, beaufschlagt, denn das spezifische Volumen und damit die Füllung der Schnecke im Bereich der Entgasungszone hängt bei einer Schmelze, die Restgasanteile enthält, entscheidend von dem in diesem Bereich herrschenden absoluten Druck ab.

Eine Sicherhei'. gegen falsche Bedienung, Einfrieren der am Extruderaustritt angeordneten Schneidplatte oder Ausfall eines Signals, das die unzulässige Verringerung der Schneckendrehzahl meldet, wird dadurch gegeben, daß innerhalb der Entgasungsöffnung möglichst dicht am Extruderzylinder auf der der Austragszone zugewandten Seite ein Füllstandswächter angeordnet ist, der an ein Steuergerät angeschlossen ist. Da das Steuergerät mit dem Antrieb für einen am Schmelzebehälter angeordneten Absperrschieber und mit einer Drchzahlmeßeinrichtung des Schneckenantriebes verbunden ist, kann im Bedarfsfall unmittelbar eingewirkt werden. Das Steuergerät wirkt weiterhin auf Absperrhähne ein, um alternativ eine Schaltung eines Über- oder Unterdruckes auf die Entgasungsöffnung zu hewirken.

In weitetet Ausgestaltung der Erfindung sind die Absperrhahn Lilie; Druckleitungen mit einer Vakuuiiieinrichtung und ni't einer ÜberdiLiekeinrichtung \ erounden und iljs Steiieigeri'.l ist über eine I.ellung mil dem Absperrhahn und über eine weitere Leitung mit der Drehzahlmeßeinrichtung verbunden.

Wenn also der Füllstandswächter einen Schmelzeanstieg im Entgasungsdom anzeigt, bewirkt das Steuergerät die Umschaltung der Absperrhähne in der Entgasungsleitung. Gleichzeitig wird ein anderer Absperrhahn derart umgeschaltet, daß eine Verbindung zu einer Überdruckeinrichtung hergestellt wird, auf die die Entgasungsleitung geschaltet wird, analog zu der ίο Maßnahme des Erfassens der Schneckendrehzahl.

Um sicherzustellen, daß während eines Umschaltvorganges keinerlei Luftsauerstoff in die Entgasungsöffnung eindringen kann, wird in vorteilhafter Weise eine Wasserringvakuumpumpe mit geschlossenem Wasserkreislauf vorgesehen.

Die Überdruckeinrichtung kann beispielsweise aus

einem unter Druck eines inerten Gases stehenden Behälter bestehen, wobei als inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, gewählt wird, um eine Reaktion mit dem Kunststoff in dem Extruder zu vermeiden.

Alternativ kann der auf die Enigasungsöffnung einwirkende Überdruck auch durch den Druck gebildet werden, der in dem Schmelzebehälter für LDPE herrscht und der mittels entsprechender Druckleitungen über die Umschalteinrichtung auf die Entgasungsöllnung gegeben wird.

Die Entgasungseinrichtung kann eingesetzt werden für die Entgasung von aus einem Polymerisationssystem auftretende, über einen Niederdruck-Abscheider einem in Extruder zugeführte LDPE-Schmelze zwecks Entfernung von Restmonomeren, z. B. Äthylengas, wobei die Entgasungsöffnung zwischen der Einspeiseöffnung für die Schmelze und der Austrittsöffnung des Extruders angeordnet wird.

Durch den Anschluß der Entgasungseinrichtung an eine Vakuumeinrichtung und eine Überdruckeinrichtung über Absperrschieber, die alternativ von dem Steuergerät gesteuert werden, wurde es im Hinblick auf Verunreinigungen und hinsichtlich der unbedingt erforderlichen automatischen Betriebssicherheit bei einem Einschneckenextruder für die Homogenisierung von Hochdruck-Polyäthylen erstmals möglich, die Entgasungsöffnung zwischen der Einspeiseöffnung des Materials und dem Extruderaustritt anzuordnen, wo- -i"> durch die weitaus weniger effektive, getriebeseitig am Extruderzylinder angeschlossene Rückwärisentgasung vermieden werden konnte.

In der Zeichnung wird in schematisierter Form ein Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgezeigt. 5" Die Zeichnung zeigt einen Ausschnitt des Extruders mit einer Schnecke i, einem Zylinder 2 sowie einem Schmelzebehälter 3 mit dem Polyäthylen-Einlaß 15, angeordnet auf der Einspeiseöffnung 28. Die Entgasungsöffnung 4 wird mittels einer Druckleitung 5 mit einem Absperrhahn 6, z. B. einem Kugelabsperrhahn verbunden bzw. über eine Druckleitung 8 mit einem zweiten Kugelabsperrhahn 7. Die Leitung 9 verbindet den Kugelabsperrhahn 7 mit einem Steuergerät 18, weiches wiederum über die Leitung i9 mit einer m> Drehzahlmeßeinrichtung 21 des Schneckenantriebes 20 verbunden ist. Ein Druckgasbehälter 17 mit Stickstoff ist mittels einer Druckleitung 10 mit dem Kugelabsperrhahn 7 verbunden.

Dij Druckleitung 11 stellt eine Verbindung zwischen dem Kugelabsperrhahn 6 mit einer Wasserringvakuumpumpe 12 her, die wiederum in Verbindung steht mit einem Wasserbehälter 13. Das mit der Vakuumpumpe angesaugte Athylengas gelangt über den Gusaustntt 14

des Wasserbehälters 13 vorzugsweise zu einem Gassammelbehälter aus dem Entgasungssystem heraus und kann dem Polymerisationsprozeß wieder zugeführt werden.

In der gezeigten Stellung des Kugelabsperrhahnes 6 ist die Entgasungsöffnung 4 über die Druckleitungen 5 und Il mit der Wasserringvakuumpumpe 12 verbunden, wodurch eine kontinuierliche Entgasung der von dem Schmclzebehälter3 in den Extruderzylinder 2 gelangenden LDPE-Schmelze erfolgt.

Wenn die Drehzahl der Schnecke 1 wesentlich verringert wird, beispielsweise auf weniger als 50% der maximalen Drehzahl, bei der das Steuergerät 18 anspricht, oder der Füllstandswächter 25 einem Schmelzeanstieg signalisiert, werden die Kugelabsperrhähne 6, 7 derart gesteuert, daß die Vakuumwirkung unterbrochen und der Stickstoffdruck aus dem Druckgasbehälter 17 über Druckleitungen 10, 8 und 5 auf die Entgasungsöffnung 4 einwirkt. Außerdem schließt das Steuergerät 18 gleichzeitig durch Einwirken auf den Antrieb 24 den Absperrschieber 23, so daß der Schmelzezulauf aus dem Schmelzebehälter unmittelbar unterbrochen wird.

Auf diese Art und Weise wird mit Sicherheit verhindert, daß im Falle einer Drehzahlverringerung bzw. eines Schmelzeanstieges in der Entgasungszone 27 Schmelze aus der Entgasungsöffnung 4 austreten kann. Wenn der Kugelabsperrhahn 7 in einer Verriegelungsstellung ist, gelangt der in dem Stickstoffbehälter aufgebaute Druck, wenn der Hahn 29 geöffnet ist, über die Druckleitung 10 nur bis zum Kugelabsperrhahn 7.

Alternativ kann durch Betätigen des Hahnes 29 der Druckgasbehälter 17 stillgelegt werden und durch öffnen des Hahnes 30 als Überdruckquelle, beispielsweise der Äthylengasdruck, in dem als Niederdruck-Abscheider ausgebildeten Schmel/ebehälter 3 eingesetzt werden. Der Äthylengasaustritt 16 an dem Niederdruck-Abscheider 3 ist mit einem Ventil ausgerüstet, das den Druck des Äthylengases über dem LDPE-Niveau im Niederdruck-Abscheider 3 konstant hält. Je nach Verfahren und der Art der Rückführung des Äthylengases in den Polymerisationsprozeß sind in der Praxis I Iherdrücke zwischen 0,2 bis 6 bar üblich. Über eine Druckleitung 27 wird der Äthylengasdruck in einem solchen Fall unter Öffnung des Hahnes 30, einer Umschaltung des Kugelabsperrhahn^ 7, über Druckleitungen 8 und 5 auf die Entgasungsöffnung 4 gegeben.

Durch die Weiterleitung des in einem Niederdruck-Abscheider vorhandenen Überdruckes auf die Entgasungsöffnung 4 wird in diesem Fall der Druckgasbehälter 17 entbehrlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

i. Regeleinrichtung zur Überwachung des Füllstandes einer Entgasungsöffnung an einem Extruder für die Verarbeitung von Hochdruck-Polyäthylenschmelze mit einer in einem Gehäuse drehbar angeordneten mit einem Antrieb und einer Drehzahlmeßeinrichtung ausgerüsteten Extruderschnekke, mit einem Extrudertrichter, einem auf diesem angeordneten Schmelzebehälter und einer Absperreinrichtung für die Zufuhr der Hochdrück-Polyäthylenschmelze sowie mit einer an der Entgasungsöffnung angeschlossenen, einen Unterdruck oder einen Überdruck erzeugenden Einrichtung, wobei die Entgasungsöffnung vom Extrudertrichter aus gesehen stromabwärts vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Entgasungsöffnung (4) angeordneter Füllsiandswächter (25) an eLi Steuergerät (18) angeschlossen ist, daß das Steuergerät (18) mit dem Antrieb (24) für einen Absperrschieber (23) und einer Drehzahlmeßeinrichtung (21) eines Schneckenantriebes (20) verbunden ist, und daß das Steuergerät (18) auf Absperrhähne (6, 7) für eine alternative Schaltung eines Über- oder Unterdruckes auf die Entgasungsölfnung (4) einwirkt.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrhähne (6, 7) über Druckleitungen (5, 8, 10, 11) mit einer Vakuumeinrichtung und mit einer Überdruckeinrichtung verbundcn sind, und daß das Steuergerät (18) über eine Leitung (9) mit dem Absperrhahn (7) und über eine weitere Leitung (19) mit der Drehzahlmeßeinrichtung verbunden ist.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumeinrichtung eine Wasservakuumpumpe (12) mit geschlossenem Wasserkreislauf ist.
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckeinrichtung ein Behälter(17) mit einem inerten Gas ist.
5. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckeinrichtung ein unter Druck stehender mit Stickstoff gefüllter Behälter(17) ist.
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckeinrichtung vom Schnielzbehälter (3) als Niederdruck-Abscheider für Niederdruck-Polyäthylen (LDPE) gebildet wird, der unter einem Äthylenüberdruck von 0,2 bis 6 bar * steht.