WO2008028523A1 - Verfahren zur wäsche von polysaccharidderivaten - Google Patents

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WO2008028523A1
WO2008028523A1 PCT/EP2007/003402 EP2007003402W WO2008028523A1 WO 2008028523 A1 WO2008028523 A1 WO 2008028523A1 EP 2007003402 W EP2007003402 W EP 2007003402W WO 2008028523 A1 WO2008028523 A1 WO 2008028523A1
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suspension
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washing
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PCT/EP2007/003402
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Matthias Sprehe
Erik-Andreas Klohr
Martin Kowollik
Werner Viereck
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Dow Produktions und Vertriebs GmbH and Co OHG
Original Assignee
Wolff Cellulosics GmbH and Co KG
Dow Wolff Cellulosics GmbH and Co OHG
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B11/00—Preparation of cellulose ethers
    • C08B11/20—Post-etherification treatments of chemical or physical type, e.g. mixed etherification in two steps, including purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B11/00—Preparation of cellulose ethers
    • C08B11/20—Post-etherification treatments of chemical or physical type, e.g. mixed etherification in two steps, including purification
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B11/00—Preparation of cellulose ethers
    • C08B11/193—Mixed ethers, i.e. ethers with two or more different etherifying groups

Definitions

  • the present invention relates to a novel process for the separation and purification of polysaccharide derivatives, preferably cellulose ethers from a suspension using a continuous filter device with a plurality of work zones with intermediate resuspension of the filter cake.
  • polysaccharide derivatives include the cellulose ethers such as sodium carboxymethylcelluloses, hydroxyethylcelluloses, alkylcelluloses, alkylhydroxyethylcelluloses or alkylhydroxypropylcelluloses.
  • cellulose ethers such as sodium carboxymethylcelluloses, hydroxyethylcelluloses, alkylcelluloses, alkylhydroxyethylcelluloses or alkylhydroxypropylcelluloses.
  • Their preparation, properties and applications are described, inter alia, in Ullmann's Encyclopedia of Industry Chemistry, 5th Edition (1986), Volume A5, Volume 46, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim and Methoden der organischen Chemie, 4th Edition (1987), Volume E20, Macromolecular substances, Volume 3, page 2048-2076, Georg Thieme Verlag Stuttgart described.
  • Cellulose ethers are swellable or colloidally soluble, they increase the viscosity of the solvent and set a certain Theological profile on their solution structure.
  • the three essential properties of cellulose ethers, the solubility behavior, the resulting solution structure and the ability to bind solvent through the cellulose ether depend on molecular characteristics such as the type, number and distribution of the substituents and the molecular weight distribution.
  • Cellulose ethers with different degrees of substitution are produced for a wide variety of applications.
  • Alkyl substitution is generally described by the DS in cellulose ether chemistry.
  • the DS is the average number of substituted OH groups per anhydroglucose unit.
  • the methyl substitution is given, for example, as DS (M).
  • M DS
  • the hydroxyalkyl substitution is described by the MS.
  • the MS is the average number of moles of etherifying reagent that are ether-linked per mole of anhydroglucose unit.
  • the etherification with the etherifying reagent ethylene oxide is indicated, for example, as MS (HE), and the etherification with the etherifying reagent propylene oxide as MS (HP).
  • Cellulose ethers with hydrophobic substituents can be flocced by heating the solution. The process is reversible, when the solution cools, the cellulose ether goes back into _
  • the floc point is dependent on the substituents can be varied by the degree of substitution as well as the electrolyte content and usually between 20 0 C and 100 0 C.
  • methylhydroxyalkylcelluloses may be mentioned, in which the flock point can be set almost as desired by varying the methyl and / or the alkyl content.
  • the flocculation point With increasing methyl substitution, the flocculation point generally decreases, with increasing hydroxyethylation the flocculation point is generally shifted to higher temperatures, and as the electrolyte content (eg sodium chloride) increases, the floc point is generally lowered.
  • Salts such as sodium chloride, sodium glycolate or sodium acetate, as well as a large number of organic by-products, such as alcohols (methanol, ethanol, etc.), ethers (dimethyl ethers, etc.), glycols (ethylene-propylene glycol, etc.), glycol ethers (ethylene / propylene glycol monomethyl ether, etc.), which may adversely affect the performance characteristics of the cellulose ether and therefore must be separated. Depending on the field of application, very high demands are sometimes placed on the purity of the cellulose ethers, so that product washing represents an important process step.
  • the dependence of the flocculation point on the substituent, the degree of substitution and the electrolyte content for the industrial production of cellulose ethers is of great importance, since this allows the purification of by-products and salts by means of hot water instead of water-alcohol mixtures.
  • the degree of substitution and the electrolyte content of the cellulose ethers has an influence on the required temperatures of the hot water suspension.
  • the temperatures of the hot water suspension and the washing liquids are between 80 0 C and 120 0 C.
  • this purification process is carried out technically by the preparation of a suspension of the crude cellulose ether in hot water or organic solvent and subsequent separation of the suspension in solid and liquid phase. By re-applying with washing liquid, steam, air or mechanical pressure, a certain purity of the final product with a corresponding moisture can be produced.
  • the separation and purification of the cellulose ethers is generally carried out with plate separators (EP-A 0632056), hydrocyclones (WO 95/25127), band filters (DE-A 3044696), candle filters (EP-A 0305898), pressure-press filters (DE-A 4112849) Pressure rotary filters (EP-A 0326939) or centrifuges, such as solid bowl centrifuges (EP-A 0052337) or inverting filter centrifuges (EP-A 0305899) performed, whereby Nachwasch suitse in the separation apparatus itself are possible. Typically, some of the suspension, wash or rinse liquid is recycled to the manufacturing process to minimize product losses and reduce water consumption. _
  • the invention therefore provides a process for the purification of polysaccharide derivatives, comprising at least the steps of (1) feeding a water and / or alcohol-containing suspension of a polysaccharide derivative into a continuous filter device having a plurality of work zones and at least partially separating the liquid phase to form a filter cake.
  • step (2) and before step (4) further treatment steps can be carried out in further working zones of the continuously operating filter device, such as additional cleaning of the filter cake by direct supply of washing liquid and / or exposure to steam, air or nitrogen to displace Residual liquids or for drying the filter cake.
  • a mixing unit is used, preferably carried out as a stirred tank, loop reactor, circulation tank or flow tube, particularly preferably designed as a stirred tank.
  • a pressure rotary filter is a continuous filter in pressure-tight design. It consists essentially of a metallic filter drum, which rotates with infinitely variable speed, an associated control head and a metallic, pressure-resistant housing. The annular space between the filter drum and housing is laterally sealed by glands or other sealing systems. Radially, the housing is divided into pressure-tight chambers by zone release means, which are pneumatically pressed against the drum.
  • the drum surface consists of individual filter cells, which are connected via drain pipes with the control head.
  • WO 02/100512 A1 A detailed description can be found in WO 02/100512 A1.
  • the suspension to be filtered is fed continuously under constant admission pressure to the separation zone of the pressure rotary filter, wherein a filter cake builds up in the filter cells of the rotating drum, which then passes into the subsequent chambers for aftertreatment, eg washing and / or treatment with water vapor.
  • the decrease of the filter cake takes place in an unpressurized zone of the filter either by an automatically acting, adjustable, mechanical scraper and / or a targeted remindblashunt typically by means of compressed air, nitrogen or water vapor.
  • a detailed description of the zone release agents can be found, for example, in WO 02/100512 A1.
  • the method according to the invention comprises at least the following 8 work zones:
  • 3rd working zone Separation of the filter cake and re-suspension under supply of washing medium in a separate stirred tank
  • the number and order of the work zones need not necessarily be as listed.
  • additional work zones can be arranged upstream and downstream, further work zones with different tasks can be arranged between the individual work zones, and individual listed work zones can be eliminated.
  • water vapor and / or compressed air can be used alternatively or additionally to the addition of washing medium or rinse water.
  • the filter materials according to the prior art are designed as single-layer or multi-layer sieve or filter fabrics in metal or plastic or as sintered metal.
  • meshes with a mesh size of 50 to 200 ⁇ m, more preferably 60 to 100 ⁇ m, are used.
  • the filter load expressed as filtered dried finished product per filter surface and time unit, in the aforementioned method is 100 to 800 kg / m 2 h, more preferably 150 to 600 kg / m 2 h.
  • the circulation speed of the pressure rotary filter used in the aforementioned method is usually 0.3 to 2.5 U / min, preferably 0.35 to 1.8 U / min.
  • the residence time of the filter cake to be re-suspended in the device used for re-suspension is set in the aforementioned method to 1 min to 30 min, preferably 3 min to 15 min.
  • the filter cake is preferably treated according to the prior art with hot water and steam.
  • steam at pressures of 0.1 bar (g) to 6.0 bar (g), preferably 0.3 bar (g) to 4.5 bar (g) and especially preferably 0.5 bar (U) to 3.0 bar (U) used.
  • the temperatures of the hot water suspension and the washing liquids in the inventive method at 35 ° C to 12O 0 C, preferably at 60 0 C to 110 ° C, more preferably at 80 0 C to 99 0 C.
  • wash water expressed as the amount of water per amount of filtered, dried end product, from 1.5 l / kg to 35 l / kg, preferably from 2 l / kg to 15 l / kg, are used in the abovementioned process.
  • wash water expressed as the amount of water per amount of filtered, dried end product, from 0 l / kg to 20 l / kg, preferably from 1 l / kg to 10 l / kg are used in the abovementioned process.
  • the initially used hot water suspension with the contaminated crude cellulose ethers resulting from the reaction has a solids concentration of from 2 to 25% by weight, preferably from 5 to 18% by weight, in the abovementioned process.
  • the filtrates and rinse waters are recycled to the wash zones for production of the original suspension or product wash. Preference is given to the recycling of the wash filtrate from the zones with wash water and steam feed for the preparation of the starting suspension and the recycling of the wash water for product washing in work zone 3.
  • the polysaccharide derivatives purified by the aforesaid process are preferably cellulose ethers and more preferably alkylhydroxyalkylcelluloses.
  • the flocculation points of alkylhydroxyalkylcelluloses prepared by the aforementioned methods are dependent on the substituents, the degree of substitution as well as the electrolyte content and are for a 1 wt .-% - aqueous solution with the purified finished product of between 20 0 C and 100 0 C, particularly preferably between 35 0 C and 90 ° C.
  • the sodium chloride contents to be achieved of the alkylhydroxyalkylcelluloses prepared are based on the dry content of the product and when using the process according to the invention are below 3.0% by weight, preferably below 0.5% by weight, more preferably below 0.1% by weight .-%.
  • the purified polysaccharide derivative can optionally be ground parallel to or following drying after the conventional methods.
  • the end product or polysaccharide derivative obtained in the context of the present invention has, after grinding and drying, a content of residual moisture in the form of water and / or alcohols of less than 10% by weight, preferably less than 4% by weight.
  • washing water supply (95 0 C) of 150 l / h
  • the cellether could not be separated stably with the pressure rotary filter over a longer technically relevant period of time and cleaned by supplying steam and washing water.
  • the filter chambers were filled unevenly, the throughputs fluctuated greatly and the filter cloth was clogged, so that the separation had to be interrupted and a cleaning interval without addition of suspension was required.
  • the filter fabric was clogged with addition of suspension after a short time again.
  • the resulting methylhydroxypropylcellulose had a highly fluctuating quality and an unreproducible reproducibility due to the unstable driving style.
  • the NaCl content and the moisture in the product varied widely.
  • the NaCl contents of individual samples of the ground and dried final product were in some cases significantly higher 3 wt .-% based on the dry content of the samples, the content of residual moisture in the form of water reached after product washing values over 70%.
  • Methyl hydroxypropyl cellulose (HPMC) with a DS (M) of 1.44, an MS (HP) of 0.26 and a flocculation point of a 1% by weight aqueous solution of the purified product of 68 ° C. was heated to 90 ° C.
  • Water mixed to a suspension with a solids content of 8%.
  • the suspension was fed to a preheated rotary pressure filter with a filter area of 0.12 m 2 , a filter mesh with 80 micron mesh size and a circulation speed of 0.75 U / min with the following step sequence order.
  • the resulting filter load expressed as filtered dried finished product per filter area and time unit, was 158 kg / m 2 h.
  • o 3rd working zone Separation of the filter cake and resuspension under washing water supply (95 0 C) of 300 l / h with a residence time of 5 min in a separate stirred tank
  • the Cellether could be stably separated with the pressure rotary filter and cleaned by steam and washing water supply.
  • the filter chambers were filled evenly and there was no blockage of the filter fabric.
  • the filter fabric was not occupied by product residues even after a longer operating time of more than 45 minutes.
  • the resulting methylhydroxypropylcellulose has a constant residual moisture content of 36.5% by weight in the form of water; in the ground and dried final product, there is a salt content of 0.01% by weight, based on the dry content of the sample ,
  • Example 3 (with external re-suspension)
  • the suspension was fed to a preheated rotary pressure filter with a filter area of 0.12 m 2 , a filter mesh with 80 microns mesh size and a circulation speed of 0.55 U / min with subsequent step sequence.
  • the resulting filter load expressed as filtered dried finished product per filter area and time unit, was 211 kg / m 2 h.
  • o 3rd working zone Separation of the filter cake and resuspension under wash water (95 0 C) of 155 l / h with a residence time of 8 min in a separate stirred tank
  • the Cellether could be stably separated with the pressure rotary filter and cleaned by steam and washing water supply.
  • the filter chambers were filled evenly and there was no blockage of the filter fabric.
  • the filter fabric was not occupied by product residues even after a longer operating time of more than 45 minutes.
  • the resulting methylhydroxypropylcellulose has after product washing a constant content of residual moisture content of 34.1% in the form of water, in the ground and dried final product is a salt content of 0.03 wt .-% based on the dry content of the sample.
  • Example 4 (with external re-suspension)
  • HEMC Methylhydroxyethylcellulose
  • M DS
  • MS MS
  • flocculation point of a 1 wt .-% - aqueous solution of the purified product of 75 0 C
  • the suspension was fed to a preheated rotary pressure filter with a filter area of 0.12 m 2 , a filter mesh with 80 micron mesh size and a circulation speed of 1.2 rev / min with the following step sequence order.
  • the resulting filter load expressed as filtered dried finished product per filter area and time unit, was 243 kg / m 2 h.
  • o 3rd working zone Separation of the filter cake and resuspension under washing water supply (95 0 C) of 300 l / h with a residence time of 5.5 min in a separate stirred tank
  • the Cellether could be stably separated with the pressure rotary filter and cleaned by steam and washing water supply.
  • the Filterkammem were evenly filled and there was no blockage of the filter fabric.
  • the filter fabric was not occupied by product residues even after a longer operating time of more than 45 minutes.
  • the resulting methylhydroxyethylcellulose has a constant residual moisture content of 46% in the form of water; in the ground and dried final product, there is a salt content of 0.31% by weight, based on the dry content of the sample.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Abtrennung und Reinigung von Polysaccharidderivaten, bevorzugt Celluloseethern aus einer Suspension unter Einsatz einer kontinuierlichen Filtereinrichtung mit einer Mehrzahl von Arbeitzonen bei zwischenzeitlicher Re-Suspendierung des Filterkuchens.

Description

Verfahren zur Wäsche von Polysaccharidderivaten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Abtrennung und Reinigung von Polysaccharidderivaten, bevorzugt Celluloseethem aus einer Suspension unter Einsatz einer kontinuierlichen Filtereinrichtung mit einer Mehrzahl von Arbeitzonen bei zwischenzeitlicher Resuspendierung des Filterkuchens.
Zu den technisch bedeutenden Polysaccharidderivaten gehören die Celluloseether, wie Natrium- Carboxymethylcellulosen, Hydroxyethylcellulosen, Alkyllcellulosen, Alkylhydroxyethylcellulosen oder Alkylhydroxypropylcellulosen. Ihre Herstellung, Eigenschaften und Anwendungen werden unter anderem in Ullmann's Encyclopedia of Industry Chemistry, 5th Edition (1986), Volume A5, Page 461-488, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim und Methoden der organischen Chemie, 4. Auflage (1987), Band E20, Makromolekulare Stoffe, Teilband 3, Seite 2048-2076, Georg Thieme Verlag Stuttgart beschrieben.
Celluloseether sind quellbar oder kolloidal löslich, sie erhöhen die Viskosität des Lösungsmittels und stellen über ihre Lösungsstruktur ein bestimmtes Theologisches Profil ein. Die drei wesentlichen Eigenschaften von Celluloseethem, das Löseverhalten, die resultierende Lösungsstruktur und die Fähigkeit zur Bindung von Lösungsmittel durch den Celluloseether hängen von molekularen Kenngrößen, wie der Art, Anzahl und Verteilung der Substituenten und der Molmassenverteilung ab.
Für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche werden Celluloseether mit unterschiedlichen Substitutionsgraden hergestellt. Die Alkylsubstitution wird in der Celluloseether-Chemie allgemein durch den DS beschrieben. Der DS ist die mittlere Anzahl an substituierten OH-Gruppen pro Anhydroglucoseeinheit. Die Methylsubstitution wird beispielsweise als DS (M) angegeben. Üblicherweise wird die Hydroxyalkylsubstitution durch den MS beschrieben. Der MS ist die mittlere Anzahl von Molen des Veretherungsreagenz, die pro Mol Anhydroglucoseeinheit etherartig gebunden sind. Die Veretherung mit dem Veretherungsreagenz Ethylenoxid wird beispielsweise als MS (HE), die Veretherung mit dem Veretherungsreagenz Propylenoxid als MS (HP) angegeben.
Die Löslichkeit in Wasser nimmt bei Celluloseethem mit hydrophoben Substituenten wie z. B. Alkylgruppen mit steigender Temperatur ab. Ein in kalter wässriger Lösung aufgelöster
Celluloseether mit hydrophoben Substituenten kann durch Erwärmen der Lösung ausgeflockt werden. Der Vorgang ist reversibel, bei Abkühlung der Lösung geht der Celluloseether wieder in _
Lösung. Der Flockpunkt ist abhängig vom Substituenten, vom Substitutionsgrad sowie vom Elektrolytgehalt und kann gewöhnlich zwischen 20 0C und 100 0C variiert werden. Als Beispiel seien hier Methylhydroxyalkylcellulosen aufgeführt, bei denen sich durch Variation des Methyl- und/oder des Alkylanteils der Flockpunkt nahezu beliebig einstellen lässt. Mit zunehmender Methylsubstitution sinkt im allgemeinen der Flockpunkt, mit steigender Hydroxyethylierung wird der Flockpunkt gemeinhin zu höheren Temperaturen verschoben und mit steigendem Elektrolytgehalt (z. B. Natriumchlorid) wird generell eine Absenkung des Flockpunktes verursacht.
Als Nebenprodukte bei der Celluloseetherherstellung fallen Salze, wie Natriumchlorid, Natrium- glykolat oder Natriumacetat an sowie eine Vielzahl organischer Nebenprodukte, wie Alkohole (Methanol, Ethanol u. a.), Ether (Dimethylether u. a.), Glykole (EthylenTPropylenglykol u. a.), Glykolether (Ethylen-/Propylenglykol-monomethylether u. a.), die die anwendungstechnischen Eigenschaften des Celluloseethers negativ beeinflussen können und daher abgetrennt werden müssen. In Abhängigkeit vom Einsatzgebiet werden dabei zum Teil sehr hohe Anforderungen an die Reinheit der Celluloseether gestellt, so dass die Produktwäsche einen wichtigen Verfahrens- schritt darstellt.
In diesem Zusammenhang ist die Abhängigkeit des Flockpunktes vom Substituenten, vom Substitutionsgrad und vom Elektrolytgehalt für die industrielle Herstellung von Celluloseethem von großer Bedeutung, da hierdurch die Reinigung von Nebenprodukten und Salzen mittels heißem Wasser anstelle von Wasser-Alkohol-Mischungen ermöglicht wird. Zudem hat der Substitutionsgrad und der Elektrolytgehalt der Celluloseether Einfluss auf die benötigten Temperaturen der Heißwassersuspension. Üblicherweise liegen die Temperaturen der Heißwassersuspension und der Waschflüssigkeiten zwischen 800C und 1200C.
Üblicherweise wird dieser Reinigungsprozess technisch durch die Herstellung einer Suspension des Rohcelluloseethers in heißem Wasser oder organischem Lösungsmittel und anschließender Trennung der Suspension in Feststoff und Flüssigphase durchgeführt. Durch erneutes Beaufschlagen mit Waschflüssigkeit, Dampf, Luft oder mechanischem Druck lässt sich eine bestimmte Reinheit des Endproduktes mit einer entsprechenden Feuchte herstellen. Technisch wird die Abtrennung und Reinigung der Celluloseether im Allgemeinen mit Tellerseparatoren (EP-A 0632056), Hydrozyklonen (WO 95/25127), Bandfiltern (DE-A 3044696), Kerzenfiltern (EP-A 0305898), Druckpressfiltern (DE-A 4112849), Druckdrehfiltern (EP-A 0326939) oder Zentrifugen, wie Vollmantelzentrifugen (EP-A 0052337) oder Stülpfilterzentrifugen (EP-A 0305899), durchgeführt, wobei auch Nachwaschschritte in den Trennapparaten selbst möglich sind. Üblicherweise wird ein Teil der Suspensions-, Wasch- oder Spülflüssigkeit in den Herstellungsprozess zurückgeführt, um Produktverluste zu minimieren und den Wasserverbrauch zu reduzieren. _
Nachteile dieser Technologien sind die eingeschränkte Einsetzbarkeit zur stabilen und effektiven Reinigung von Celluloseethern. Aufgrund von Produktablagerungen, Verklebungen, Verstopfungen und der Notwendigkeit von im Verhältnis zum Separationsvorgang langen Reinigungsintervallen werden ein stabiler Betrieb, die Anlagenverfügbarkeit und der Wirkungsgrad der Separationsaggregate maßgeblich beeinträchtigt. Dieses betrifft insbesondere die Reinigung von Produkten, die plastische oder kompressible Verhaltensweisen aufweisen und somit zur Vergelung oder Verdichtung neigen.
Zudem können aufgrund der temperaturabhängigen Löslichkeit der Produkte, der begrenzten Trenneffektivität der Separationsaggregate und auftretender Produktablagerungen zum Teil erheb- liehe Produktverluste auftreten, die nur unter großem Aufwand und Einsatz zusätzlicher Trennaggregate minimiert werden können (EP-A 0632056, DE-A 4134662, EP-A 0545426).
Die Verwendung der üblichen Technologien zur Erzielung eines erhöhten Reinheitsgrades bei der Herstellung von Produkten für spezielle Anwendungen, wie z. B. im Pharma- und Foodbereich, ist nur mit einem sehr großen operativen Einsatz unter Einsatz erheblicher Waschwassermengen möglich.
Aus DE 10 2004 033 328 ist ein Verfahren zur Feststoffreinigung unter Einsatz eines Druckdrehfilters in Kombination mit einer Re-Suspendierung bekannt, jedoch wird in diesem Zusammenhang lediglich auf die gute Waschleistung nicht jedoch auf Vorzüge wie reduzierte Feststoffablagerung und/oder Produktvergelung hingewiesen, wie sie im Bereich der Polysaccharidherstellung und Verarbeitung auftreten und deren Vermeidung gerade hier von Bedeutung ist.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass sich die aus DE 10 2004 033 328 bekannte Verfahrensweise trotz erheblicher mechanischer und Druck-/Temperatur-Belastung der Feststoffpartikel während der Behandlung wirksam und effizient bei der Reinigung von Polysaccharid- derivaten einsetzen lässt.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Aufreinigung von Polysaccharidderivaten, wenigstens umfassend die Schritte (1) Zuführung einer wasser- und/oder alkoholenthaltenden Suspension eines Polysaccharidderivats in eine kontinuierlich arbeitende Filtervorrichtung mit mehreren Arbeitszonen und zumindest teilweise Abtrennung der Flüssigphase unter Ausbildung eines Filterkuchen, (2) Ausschleusung des in (1) erhaltenen Filterkuchens aus der kontinuierlich arbei- tenden Filtervorrichtung, Re-Suspendierung des ausgeschleusten Filterkuchens mittels einer wasser- und/oder alkoholenthaltenden Waschlösung in einer Vorrichtung, (3) Rückführung der so erhaltenen Suspension in eine Arbeitszone der kontinuierlich arbeitenden Filtervorrichtung und wenigstens teilweise Abtrennung der Flüssigphase unter Ausbildung eines Filterkuchens und (4) Ausschleusung des gereinigten Polysaccharidderivats in Form eines gegebenenfalls wasser- und/oder alkoholfeuchten Filterkuchens aus der kontinuierlich arbeitenden Filtervorrichtung.
Nach Schritt (2) und vor Schritt (4) können in weiteren Arbeitszonen der kontinuierlich arbeitenden Filtervorrichtung weitere Behandlungsschritte erfolgen, wie eine zusätzliche Reinigung des Filter- kuchens durch direkte Zufuhr von Waschflüssigkeit und/oder eine Beaufschlagung von Dampf, Luft oder Stickstoff zur Verdrängung von Restflüssigkeiten bzw. zur Trocknung des Filterkuchens.
Als Vorrichtung zur Re-Suspendierung des ausgeschleusten Filterkuchens in Schritt (2) wird ein Durchmischungsaggregat eingesetzt, bevorzugt ausgeführt als Rührbehälter, Schlaufenreaktor, Umwälzbehälter oder Strömungsrohr, besonders bevorzugt ausgeführt als Rührbehälter.
Als kontinuierlich arbeitende Filtervorrichtung mit mehreren Arbeitszonen kommen Bandfilter, Scheibenfϊlter, Trommel- oder Drehfilter in Frage. Bevorzugt werden so genannte Druckdrehfϊlter eingesetzt, wie sie beispielsweise in WO 02/100512 beschrieben sind. Ein Druckdrehfilter ist ein kontinuierlich arbeitendes Filter in druckdichter Ausführung. Es besteht im wesentlichen aus einer metallischen Filtertrommel, die sich mit stufenlos regelbarer Drehzahl dreht, einem zugehörigen Steuerkopf und einem metallischen, druckfesten Gehäuse. Der Ringraum zwischen Filtertrommel und Gehäuse wird seitlich durch Stopfbuchsen oder andere Dichtungssysteme abgedichtet. Radial ist das Gehäuse durch Zonentrennmittel, die pneumatisch an die Trommel angepresst werden, in druckdichte Kammern unterteilt. Die Trommeloberfläche besteht aus einzelnen Filterzellen, die über Ablaufrohre mit dem Steuerkopf verbunden sind. Eine detaillierte Beschreibung kann WO 02/100512 Al entnommen werden. Die zu filtrierende Suspension wird unter konstantem Vordruck stetig der Trennzone des Druckdrehfilters zugeführt, wobei sich in den Filterzellen der rotierenden Trommel ein Filterkuchen aufbaut, der anschließend in die nachfolgenden Kammern zur Nachbehandlung, z.B. Wäsche und/oder Behandlung mit Wasserdampf, gelangt. Die Abnahme des Filterkuchens erfolgt in einer drucklosen Zone des Filters entweder durch einen selbsttätig agierenden, einstellbaren, mechanischen Schaber oder/ und über einen gezielten Rückblasstoß typischerweise mittels Druckluft, Stickstoff oder Wasserdampf. Eine genaue Beschreibung der Zonentrennmittel findet sich z.B. in WO 02/100512 Al . In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren wenigstens die folgenden 8 Arbeitszonen:
1. Arbeitszone: Suspensionsaufgabe, Filterkuchenbildung
2. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf
3. Arbeitszone: Abtrennung des Filterkuchens und Re-Suspendierung unter Zufuhr von Waschmedium in einem separaten Rührbehälter
4. Arbeitszone: Rückführung der Suspension, Filterkuchenbildung
5. Arbeitszone: Zufuhr von Waschmedium
6. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf
7. Arbeitszone: Produktabtrennung vom Filtermittel
8. Arbeitszone: Zufuhr von Spülwasser zur Filtermittelreinigung
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Anzahl und Reihenfolge der Arbeitszonen nicht notwendigerweise wie aufgeführt sein müssen. Es können im erfϊndungsgemäßen Verfahren zusätzliche Arbeitszonen vor- und nachgeschaltet sein, zwischen den einzelnen Arbeitszonen weitere Arbeitszonen mit unterschiedlichen Aufgaben angeordnet sein sowie einzelne aufgeführte Arbeitszonen eliminiert werden. Zudem kann alternativ oder zusätzlich zur Waschmedium- oder Spülwasserzugabe Wasserdampf und/oder Druckluft eingesetzt werden.
Bei der Wäsche und Separation von Polysaccharidderivaten mittels Druckdrehfiltern sind die Filtermaterialien nach dem Stand der Technik als ein- oder mehrlagige Sieb- oder Filtergewebe in Metall oder Kunststoff oder als Sintermetall ausgeführt. Zum Einsatz kommen im vorgenannten Verfahren Siebgewebe mit einer Maschenweite von 50 bis 200 μm, besonders bevorzugt 60 bis 100 μm.
Die Filterbeladung, angegeben als filtriertes getrocknetes Fertigprodukt pro Filterfläche und Zeiteinheit, liegt im vorgenannten Verfahren bei 100 bis 800 kg/m2 h, besonders bevorzugt 150 bis 600 kg/m2 h.
Die Umlaufgeschwindigkeit des im vorgenannten Verfahrens eingesetzten Druckdrehfilters liegt üblicherweise bei 0,3 bis 2,5 U/min, bevorzugt 0,35 bis 1,8 U/min. Die Verweilzeit des zu re-suspendierenden Filterkuchens in der zur Re-Suspendierung eingesetzten Vorrichtung wird im vorgenannten Verfahren auf 1 min bis 30 min, bevorzugt 3 min bis 15 min eingestellt.
Der Filterkuchen wird nach dem Stand der Technik vorzugsweise mit Heißwasser und Wasserdampf behandelt. Im vorgenannten Verfahren wird in den oben aufgeführten Arbeitszonen 2 und 6 Wasserdampf mit Drücken von 0,1 bar(ü) bis 6,0 bar(ü), bevorzugt 0,3 bar(ü) bis 4,5 bar(ü) und besonders bevorzugt 0,5 bar(ü) bis 3,0 bar(ü) eingesetzt.
Die Temperaturen der Heißwassersuspension und der Waschflüssigkeiten beim erfindungs- gemäßen Verfahren bei 35°C bis 12O0C, bevorzugt bei 60 0C bis 110 °C, besonders bevorzugt bei 80 0C bis 99 0C.
In Arbeitszone 3 werden im vorgenannten Verfahren spezifische Waschwassermengen, angegeben als Wassermenge pro Menge filtriertes, getrocknetes Endprodukt, von 1 ,5 l/kg bis 35 l/kg, bevorzugt von 2 l/kg bis 15 l/kg eingesetzt.
In Arbeitszone 5 werden im vorgenannten Verfahren spezifische Waschwassermengen, angegeben als Wassermenge pro Menge filtriertes, getrocknetes Endprodukt, von 0 l/kg bis 20 l/kg, bevorzugt von 1 l/kg bis 10 l/kg eingesetzt.
Die anfangs eingesetzte Heißwassersuspension mit dem aus der Reaktion entstandenen verunreinigten Rohcelluloseether besitzt im vorgenannten Verfahren eine Feststoffkonzentration von 2 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 18 Gew.-%.
In einer bevorzugten Verfahrensweise werden die Filtrate und Spülwässer zur Herstellung der ursprünglichen Suspension oder zur Produktwäsche in die Waschzonen zurückgeführt. Bevorzugt ist die Rückführung der Waschfiltrate aus den Zonen mit Waschwasser- und Wasserdampfzufuhr zur Herstellung der Ausgangssuspension und die Rückführung der Spülwässer zur Produktwäsche in Arbeitszone 3.
Die nach dem vorgenannten Verfahren gereinigten Polysaccharidderivate sind bevorzugt Celluloseether und besonders bevorzugt Alkylhydroxyalkylcellulosen. Die Flockpunkte der nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Alkylhydroxyalkylcellulosen sind abhängig vom Substituenten, vom Substitutionsgrad sowie vom Elektrolytgehalt und liegen für eine 1 Gew.-%-ige wässrige Lösung mit dem gereinigten Fertigprodukt zwischen 20 0C und 100 0C, besonders bevorzugt zwischen 35 0C und 90 0C. Die zu erzielenden Natriumchloridgehalte der hergestellten Alkylhydroxyalkylcellulosen werden auf den Trockengehalt des Produkts bezogen und liegen bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens unterhalb von 3,0 Gew.-%, bevorzugt unterhalb von 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt unterhalb von 0,1 Gew.-%.
Nach Produktaustrag aus der kontinuierlichen Filtervorrichtung kann das gereinigte Polysaccharid- derivat nach den an sich üblichen Methoden gegebenenfalls parallel zur oder im Anschluss an eine Trocknung gemahlen werden. Das erhaltene Endprodukt oder Polysaccharidderivat im Rahmen der vorliegenden Erfindung besitzt nach der Mahlung und Trocknung einen Gehalt an Restfeuchte in Form von Wasser und/oder Alkoholen von weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 4 Gew.-%.
Beispiele:
Alle Prozentangaben sind, sofern nicht abweichend vermerkt als Gewichtsprozent zu verstehen.
Vergleichsbeispiel 1; (ohne externe Re-Suspendierung)
Methylhydroxypropylcellulose (HPMC) mit einem DS (M) von 1,44, einem MS (HP) von 0,26 und einem Flockpunkt einer 1 Gew.-%-igen wässrigen Lösung des gereinigten Produktes von 70 0C wurde mit 90 0C heißem Wasser zu einer Suspension mit einem Feststoffgehalt von 7,5 % vermischt. Die Suspension wurde einem vorgeheizten Druckdrehfilter mit einer Filterfläche von 0,12 m2, einem Filtergewebe mit 80 μm Maschenweite und einer Umlaufgeschwindigkeit von 0,75 U/min mit nachfolgender Arbeitsschrittreihenfolge zugeführt. Die resultierende Filterbe- ladung, angegeben als filtriertes getrocknetes Fertigprodukt pro Filterfläche und Zeiteinheit, betrug 123 kg/m2 h.
o 1. Arbeitszone: Suspensionsaufgabe mit 190 l/h, Filterkuchenbildung
o 2. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf mit 1 ,5 bar Überdruck
o 3. Arbeitszone: Waschwasserzufuhr (95 0C) von 300 l/h
o 4. Arbeitszone: Waschwasserzufuhr (95 0C) von 150 l/h
o 5. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf mit 0,6 bar Überdruck
o 6. Arbeitszone: Produktabtrennung vom Filtermittel
o 7. Arbeitszone: Zufuhr von Spülwasser (95 0C) zur Filtermittelreinigung
Der Cellether ließ sich nicht stabil mit dem Druckdrehfilter über einen längeren technisch rele- vanten Zeitraum hinweg abtrennen und durch Dampf- und Waschwasserzufuhr reinigen. Bereits nach kurzer Laufzeit kleiner 5 Minuten waren die Filterkammern ungleichmäßig befüllt, die Durchsätze schwankten stark und das Filtergewebe war verstopft, so dass die Separation unterbrochen werden musste und ein Reinigungsintervall ohne Suspensionszugabe erforderlich war. Auch nach der Reinigung des Filtergewebes war das Filtergewebe bei Suspensionszugabe nach kurzer Zeit erneut verstopft. Die resultierende Methylhydroxypropylcellulose wies aufgrund der instabilen Fahrweise eine stark schwankende Qualität und eine nicht gegebene Reproduzierbarkeit auf.
Der NaCl-Gehalt und die Feuchtigkeit im Produkt variierten stark. Die NaCl-Gehalte von Einzelproben des gemahlenen und getrockneten Endproduktes lagen zum Teil deutlich über 3 Gew.-% bezogen auf den Trockengehalt der Proben, der Gehalt an Restfeuchte in Form von Wasser erreichte nach der Produktwäsche Werte über 70 %.
Beispiel 2: (mit externer Re-Suspendierung)
Methylhydroxypropylcellulose (HPMC) mit einem DS (M) von 1,44, einem MS (HP) von 0,26 und einem Flockpunkt einer 1 Gew.-%-igen wässrigen Lösung des gereinigten Produktes von 68 0C wurde mit 90 0C heißem Wasser zu einer Suspension mit einem Feststoffgehalt von 8 % vermischt. Die Suspension wurde einem vorgeheizten Druckdrehfilter mit einer Filterfläche von 0,12 m2, einem Filtergewebe mit 80 μm Maschenweite und einer Umlaufgeschwindigkeit von 0,75 U/min mit nachfolgender Arbeitsschrittreihenfolge zugeführt. Die resultierende Filterbeladung, angegeben als filtriertes getrocknetes Fertigprodukt pro Filterfläche und Zeiteinheit, betrug 158 kg/m2 h.
o 1. Arbeitszone: Suspensionsaufgabe mit 240 l/h, Filterkuchenbildung
o 2. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf mit 1,5 bar Überdruck
o 3. Arbeitszone: Abtrennung des Filterkuchens und Resuspendierung unter Waschwasserzufuhr (95 0C) von 300 l/h mit einer Verweilzeit von 5 min in einem separaten Rührbehälter
o 4. Arbeitszone: Rückführung der Suspension, Filterkuchenbildung
o 5. Arbeitszone: Waschwasserzufuhr (95 °C) von 150 l/h
o 6. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf mit 0,6 bar Überdruck
o 7. Arbeitszone: Produktabtrennung vom Filtermittel
o 8. Arbeitszone: Zufuhr von Spülwasser (95 0C) zur Filtermittelreinigung
Der Cellether ließ sich stabil mit dem Druckdrehfilter abtrennen und durch Dampf- und Waschwasserzufuhr reinigen. Die Filterkammern waren gleichmäßig befüllt und es kam zu keiner Verstopfung des Filtergewebes. Das Filtergewebe war auch nach einer längeren Betriebszeit von mehr als 45 Minuten nicht durch Produktreste belegt. Die resultierende Methylhydroxypropylcellulose weist nach der Produktwäsche einen gleich bleibenden Gehalt an Restfeuchte von 36,5 Gew.-% in Form von Wasser auf, im gemahlenen und getrockneten Endprodukt liegt ein Salzgehalt von 0,01 Gew.-% bezogen auf den Trockengehalt der Probe vor. Beispiel 3: (mit externer Re-Suspendierung)
Methylhydroxypropylcellulose (HPMC) mit einem DS (M) von 1,94, einem MS (HP) von 0,15 und einem Flockpunkt einer 1 Gew.-%-igen wässrigen Lösung des gereinigten Produktes von 57 0C wurde mit 90 0C heißem Wasser zu einer Suspension mit einem Feststoffgehalt von 7 % vermischt. Die Suspension wurde einem vorgeheizten Druckdrehfilter mit einer Filterfläche von 0,12 m2, einem Filtergewebe mit 80 μm Maschenweite und einer Umlaufgeschwindigkeit von 0,55 U/min mit nachfolgender Arbeitsschrittreihenfolge zugeführt. Die resultierende Filterbeladung, angegeben als filtriertes getrocknetes Fertigprodukt pro Filterfläche und Zeiteinheit, betrug 211 kg/m2 h.
o 1. Arbeitszone: Suspensionsaufgabe mit 345 l/h, Filterkuchenbildung
o 2. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf mit 1,3 bar Überdruck
o 3. Arbeitszone: Abtrennung des Filterkuchens und Resuspendierung unter Waschwasserzufuhr (95 0C) von 155 l/h mit einer Verweilzeit von 8 min in einem separaten Rührbehälter
o 4. Arbeitszone: Rückführung der Suspension, Filterkuchenbildung
o 5. Arbeitszone: Waschwasserzufuhr (95 0C) von 75 l/h
o 6. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf mit 0,6 bar Überdruck
o 7. Arbeitszone: Produktabtrennung vom Filtermittel
o 8. Arbeitszone: Zufuhr von Spülwasser (95 0C) zur Filtermittelreinigung
Der Cellether ließ sich stabil mit dem Druckdrehfilter abtrennen und durch Dampf- und Waschwasserzufuhr reinigen. Die Filterkammern waren gleichmäßig befüllt und es kam zu keiner Verstopfung des Filtergewebes. Das Filtergewebe war auch nach einer längeren Betriebszeit von mehr als 45 Minuten nicht durch Produktreste belegt. Die resultierende Methylhydroxypropylcellulose weist nach der Produktwäsche einen gleich bleibenden Gehalt an Restfeuchte von 34,1 % in Form von Wasser auf, im gemahlenen und getrockneten Endprodukt liegt ein Salzgehalt von 0,03 Gew.-% bezogen auf den Trockengehalt der Probe vor. Beispiel 4: (mit externer Re-Suspendierung)
Methylhydroxyethylcellulose (HEMC) mit einem DS (M) von 1,59, einem MS (HE) von 0,32 und einem Flockpunkt einer 1 Gew.-%-igen wässrigen Lösung des gereinigten Produktes von 75 0C wurde mit 90 0C heißem Wasser zu einer Suspension mit einem Feststoffgehalt von 8 % vermischt. Die Suspension wurde einem vorgeheizten Druckdrehfilter mit einer Filterfläche von 0,12 m2, einem Filtergewebe mit 80 μm Maschenweite und einer Umlaufgeschwindigkeit von 1,2 U/min mit nachfolgender Arbeitsschrittreihenfolge zugeführt. Die resultierende Filterbeladung, angegeben als filtriertes getrocknetes Fertigprodukt pro Filterfläche und Zeiteinheit, betrug 243 kg/m2 h.
o 1. Arbeitszone: Suspensionsaufgabe mit 370 l/h, Filterkuchenbildung
o 2. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf mit 1 ,4 bar Überdruck
o 3. Arbeitszone: Abtrennung des Filterkuchens und Resuspendierung unter Waschwasserzufuhr (95 0C) von 300 l/h mit einer Verweilzeit von 5,5 min in einem separaten Rührbehälter
o 4. Arbeitszone: Rückführung der Suspension, Filterkuchenbildung
o 5. Arbeitszone: Einleitung von Wasserdampf mit 0,8 bar Überdruck
o 6. Arbeitszone: Produktabtrennung vom Filtermittel
o 7. Arbeitszone: Zufuhr von Spülwasser (95 0C) zur Filtermittelreinigung
Der Cellether ließ sich stabil mit dem Druckdrehfilter abtrennen und durch Dampf- und Waschwasserzufuhr reinigen. Die Filterkammem waren gleichmäßig befullt und es kam zu keiner Verstopfung des Filtergewebes. Das Filtergewebe war auch nach einer längeren Betriebszeit von mehr als 45 Minuten nicht durch Produktreste belegt. Die resultierende Methylhydroxyethylcellulose weist nach der Produktwäsche einen gleich bleibenden Gehalt an Restfeuchte von 46 % in Form von Wasser auf, im gemahlenen und getrockneten Endprodukt liegt ein Salzgehalt von 0,31 Gew.-% bezogen auf den Trockengehalt der Probe vor.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufreinigung von Polysaccharidderivaten, wenigstens umfassend die Schritte (1) Zuführung einer wasser- und/oder alkoholenthaltenden Suspension eines Polysaccharidderivats in eine kontinuierlich arbeitende Filtervorrichtung mit mehreren Arbeitszonen und zumindest teilweise Abtrennung der Flüssigphase unter Ausbildung eines Filterkuchen, (2) Ausschleusung des in (1) erhaltenen Filterkuchens aus der kontinuierlich arbeitenden Filtervorrichtung, Re-Sus- pendierung des ausgeschleusten Filterkuchens mittels einer wasser- und/oder alkoholenthaltenden Waschlösung in einer Vorrichtung, (3) Rückführung der so erhaltenen Suspension in eine Arbeitszone der kontinuierlich arbeitenden Filtervorrichtung und wenigstens teilweise Abtrennung der Flüssigphase unter Ausbildung eines Filterkuchens und (4) Ausschleusung des gereinigten Polysaccharidderivats in Form eines gegebenenfalls wasser- und/oder alkoholfeuchten Filterkuchens aus der kontinuierlich arbeitenden Filtervorrichtung.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Re-Suspen- dierung in Schritt (2) ein Rührbehälter ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierlich arbeitende Filtervorrichtung mit mehreren Arbeitszonen ein Bandfϊlter, Scheibenfilter, Trommel- oder Drehfilter ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung ein Druckdrehfilter ist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens die folgenden Arbeitszonen umfasst:
■ Suspensionsaufgabe, Filterkuchenbildung
■ Einleitung von Wasserdampf
■ Abtrennung des Filterkuchens und Re-Suspendierung unter Zufuhr von Waschmedium in einem separaten Rührbehälter
■ Rückführung der Suspension", Filterkuchenbildung
■ Zufuhr von Waschmedium
■ Einleitung von Wasserdampf
■ Produktabtrennung vom Filtermittel ■ Zufuhr von Spülwasser zur Filtermittelreinigung
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filtergewebe mit einer Maschenweite von 60 bis 100 μm eingesetzt wird.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbe- ladung, angegeben als filtriertes getrocknetes Fertigprodukt pro Filterfläche und Zeiteinheit,
150 bis 600 kg/m2 h beträgt.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des zu re-suspendierenden Filterkuchens in der zur Re-Suspendierung eingesetzten Vorrichtung 3 bis 15 min beträgt.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polysaccharidderivate Alkylhydroxyalkylcellulosen sind, die als gereinigte Substanz Flockpunkte von 35 und 90 0C gemessen an einer 1 Gew.-%-igen wässrige Lösung aufweisen.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Natriumchloridgehalte im gemahlenen und getrockneten Endprodukt weniger als 0,5 Gew.-% bezogen auf den Trockengehalt der Probe beträgt.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das so erhaltene aufgereinigte Polysaccharidderivat im Anschluss gegebenenfalls parallel zur oder im Anschluss an eine Trocknung gemahlen wird.
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