[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Befüllung und Entleerung
von Lagertanks mit wäßrigen Dispersionen, wobei man den Lagertank über eine Leitung
entleert, deren Öffnung sich im unteren Teil des Lagertanks befindet.
[0002] Wäßrige Polymerdispersionen, wie sie für eine Vielzahl von Anwendungen, wie z.B.
in der Anstrichmittel-, Klebstoffindustrie usw. verwendet werden, müssen gestiegene
Qualitätsanforderungen erfüllen. Eine dieser Qualitätsanforderungen ist ihre Haltbarkeit.
[0003] Die Haltbarkeit von Dispersionen wird durch den Zusatz von Konservierungsmittel sowie
insbesondere Hygienemaßnahmen verlängert.
[0004] Besonders bei der Lagerung ist darauf zu achten, daß die Dispersion nicht überlagert
wird. Hierfür ist die Art der Befüllung und Entleerung der Lagertanks mit von entscheidender
Bedeutung.
[0005] Bisherige Verfahrensweisen benutzen zur Befüllung und Entleerung der Lagertanks die
gleiche Leitung. Ist diese Leitung im Boden des Lagertanks angebracht, kommt es während
der Befüll- und Entnahmevorgänge zu einer Auf- und Abwanderung der oberen Dispersionsschicht,
die zunehmend älter wird, mit allen Folgen des möglichen Befalls durch Mikroorganismen
infolge überalterung.
[0006] Eine andere Verfahrensweise benutzt eine Befülleitung, die am Kopf des Lagertanks
eintritt und deren Austrittsöffnung in der Regel an die Wand geführt wird. Die Entleerungsleitung
befindet sich zweckmäßigerweise am Boden des Lagertanks. Wenn auch nach dieser Verfahrensweise
das Prinzip "first in - first out" weitgehend eingehalten werden kann, so kann doch
die Befüllung von oben zu Belagsbildung an der Wandung und zur unerwünschten Schaumbildung
führen. Wandbelagsbildung ist ebenfalls nicht erwünscht, weil der Belag aufwächst
und zum Herd von Verkeimungen werden kann. Schaumbildung ist unerwünscht, weil der
Schaum leicht antrocknet und zur Bildung von "Stippen" (nicht redispergierbares Koagulat)
im Produkt führt.
[0007] Auf die Problematik der Befüllung und Entleerung von Lagertanks bzw. Lagerung von
Produkten, die durch den Befall von Mikroorganismen geschädigt werden können, wird
in einem Artikel in der Zeitschrift Farbe & Lack, 99, Jahrgang, Heft 1, 1993, Seite
37 - 39 ff, eingegangen. Das unerwünschte mikrobielle Wachstum wird insbesondere durch
die Bestandteile der Dispersion und den Wasseranteil bewirkt und zur Reduzierung dieses
Wachstums wird die Zugabe von Konservierungsmittel sogenannter Biozide empfohlen.
[0008] Um Produkte hoher Qualität verläßlich lagern zu können, ist es erforderlich, das
sogenannte "first in - first out"-Prinzip zu erfüllen. Dies bedeutet, daß die zuerst
in den Lagertank eingebrachten Produktteile bei späterer Entnahme entsprechend auch
als erstes abgeführt werden, um eine Überalterung von Teilen des Produkts zu vermeiden.
[0009] Um diese Probleme zu minimieren, werden gerührte Lagertanks vorgeschlagen. Gerührte
Lagertanks sind jedoch teuer und wartungsintensiv. Größere Lagertanks, deren Inhalt
durch Rühren durchmischt werden sollen, müssen speziell versteift werden. Auch kann
es hier zu Antrocknungen an der Rührerwelle oder den Rührerblättern kommen. Auch kann
durch das Rühren Luft in die Dispersion eingetragen werden, was unerwünscht ist.
[0010] Es stellte sich somit die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Befüllung und Entleerung
von Lagertanks zu finden, welches den genannten Nachteilen abhilft und eine verfahrenstechnisch
einfache und wirtschaftliche Lagerung wäßriger Dispersionen ermöglicht. Insbesondere
wird angestrebt, die hohe Qualität der in dem Lagertank enthaltenen wäßrigen Dispersion
dauerhaft zu gewährleisten und Schäden an den technischen Einrichtungen wie sie durch
Biokorrosion bzw. Biofouling entstehen können, zu vermeiden. Auf diese Problematik
wird in Chemie Ingenieur Technik (67), 11/95, Seiten 1425-1430 eingegangen.
[0011] Demgemäß wurde ein Verfahren zur Befüllung und Entleerung von Lagertanks mit wäßrigen
Dispersionen, wobei man den Lagertank über eine Leitung entleert, deren Öffnung sich
im unteren Teil des Lagertanks befindet, gefunden, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß man den Lagertank mit einer Leitung befüllt, deren Austrittsöffnung den Niveauänderungen
der Flüssigkeitsoberfläche bei Befüll- und Entnahmevorgängen folgt, wobei man das
Niveau der Austrittsöffnung so einstellt, daß sich die Öffnung in etwa in Höhe des
Flüssigkeitsspiegels befindet.
[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise eine Handhabung der
gelagerten wäßrigen Dispersionen nach dem Prinzip first in - first out.
[0013] Beim Befüllen wird neues Produkt nahe der Oberfläche aufgegeben und bei der Entnahme
wird Produkt aus dem unteren Teil des Lagertankes entnommen. Es kommt somit vorteilhafterweise
zu einer Schichtung des Produkts derart, daß sich die Produktteile, welche bereits
am längsten gelagert wurden, nahe der Entnahmestelle befinden und als nächstes entnommen
werden und entsprechend neu hinzugefügte Produktteile an der Oberfläche quasi als
neue Oberflächenschicht dazu gegeben werden.
[0014] Besonders eignet es sich bei der Verwendung ungerührter Lagertanks. Der durch das
Rühren entstehende zusätzliche apparative Aufwand kann somit vermieden werden und
gleichzeitig wird die hohe Qualität der gelagerten wäßrigen Dispersion gewährleistet.
[0015] Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich besonders sogenannte Schwimmrüssel,
welche auch als Schwimmsauganlagen oder Schwimmsaugrüssel bezeichnet werden, zur Befüllung
des Lagertanks. Diese Schwimmrüssel bestehen üblicherweise aus flexiblen oder starren
Elementen, die flexibel über ein bzw. mehrere Drehgelenke miteinander verbunden sind,
wodurch eine Längenänderung ähnlich einem Scherenprinzip möglich ist.
[0016] Solche Schwimmrüssel sind bereits bekannt und werden beispielsweise von den Firmen
Emco in Kirchhain, Connex in Kamen und Schwelm in Schwelm vertrieben.
[0017] Bislang wurden solche Schwimmrüssel nur zur Entleerung eingesetzt, Beispiele hierfür
finden sich bei der Absaugung der flüssigen Phase aus Klärbecken oder Öltanks.
[0018] Der erfindungsgemäße Einsatz solcher Schwimmrüssel zum Befüllen von Lagertanks ist
nicht offenbart.
[0019] Die Verwendung solcher Schwimmrüssel im Fall der Befüllung von Lagertanks mit wäßrigen
Dispersionen hätte der Fachmann nicht in Betracht gezogen, da eine Verklebung der
Drehgelenke der Schwimmrüssel durch die Dispersion befürchtet hätte. Weiterhin wird
durch die Kombination der erfindungsgemäßen Befüllung durch den Schwimmrüssel und
die Entnahme aus dem unteren Teil des Lagertanks die vorstehend geschilderte, vorteilhafte
Schichtung des Produkts erzielt.
[0020] Durch Anbringen eines Auftriebskörpers kann die Austrittsöffnung der Befülleitung
vorteilhafterweise den Niveauänderungen der Flüssigkeit schwimmend folgen.
[0021] Durch unterschiedlich große Auftriebskörper kann das Auftriebsverhalten verändert
werden. Vorteilhafterweise verwendet man jedoch befüllbare Schwimmkörper, die zur
Anpassung an die Dichte des zu lagernden Produkts mit z.B. Wasser, Diethlenglykol
oder anderen Stoffen, z.B. Metallkugeln, gefüllt und austariert werden. Auf diese
Weise läßt sich außerdem die Eintauchtiefe der Befülleitung vorteilhaft verändern
und produktspezifisch optimieren. Die Schwimmer können im Prinzip beliebige geometrische
Formen haben. Bevorzugt sind Schwimmkugeln, oder konische Schwimmkörper, deren verjüngtes
Ende in die Dispersion taucht, die gegebenenfalls paarweise angeordnet sind. Besonders
bevorzugt sind Hohlkörper aus Edelstahl. In der Regel wird der Schwimmrüssel von ein
oder zwei Schwimmkörpern gehalten.
[0022] Die Entleerung der Lagertanks erfolgt üblicherweise weiterhin von unten.
[0023] Die Austarierung des/der Schwimmkörper(s) und damit die Eintauchtiefe des Endes der
Befülleitung ermöglicht vorteilhafterweise eine weitgehend schaumfreie Befüllung der
Lagertanks. Damit wird eine Antrocknung von Schaum und die Entstehung von Koagulat
vermieden.
[0024] Durch diese Art der Befüllung von ungerührten Lagertanks, gelangt die frisch produzierte
Ware "von oben" in den Lagertank unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile.
[0025] Durch die Entleerung des Lagerbehälters "von unten" gelangt die ältere Ware zum Verkauf.
Das gewünschte Prinzip "first in - first out" wird weitgehend eingehalten.
[0026] Als flexible Befülleitungen können alle flexiblen mediumbeständigen Schläuche verwendet
werden.
[0027] Als Schwimmkörper eignen sich Hohlkörper aus verschiedenen Materialien z.B. Kunststoff
(Polypropylen, Polyethylen) oder Edelstahl (V2A, V4A), oder auch gummierte oder beschichtete
Stahlbehälter. Geeignet sind auch Schwimmer aus geschäumten Kunststoffen, die ggf.
beschichtet sind. In der einfachsten Ausführungsform werden Kunststoffässer mit geschlossenem
Deckel verwendet. Der Schwimmkörper ist bevorzugt auslenkbar mit der Befülleitung
verbunden. Der Schwimmkörper ist in der Regel flexibel mit der Ende der Befülleitung
verbunden, die Befüllleitung kann aber auch durch den Schwimmkörper hindurchtreten.
[0028] Die Austrittsöffnung der Befülleitung befindet sich vorteilhaft kurz unter der Flüssigkeitsoberfläche,
bevorzugt etwa 50 bis 200 mm unter dem Flüssigkeitsspiegel, wobei die Austrittsöffnung
eine Querschnittsfläche, die dem ein- bis mehrfachen Querschnitt der Befülleitung
entspricht - haben kann. Die Austrittöffnung der Befülleitung kann sich aber auch
kurz oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche befinden, wobei die Höhe so zu wählen ist,
daß es nicht zur unerwünschten Schaumbildung kommt. Die Schaumbildung ist aber auch
abhängig von dem Querschnitt der Befülleitung und vom Volumenstrom der Dispersion,
mit der der Lagertank befüllt wird, bevorzugt beträgt der Durchmesser der Befülleitung
50 bis 200 mm, besonders bevorzugt 80 bis 150 mm oder liegt bei 100 mm. Geometrische
Ausführung der Austrittsöffnung, die Befüllung unter oder über Spiegel und Volumenstrom
sind die Parameter die produktspezifisch durch Routineversuche optimiert werden können.
[0029] Bevorzugte Positionierungen der Austrittsöffnung hängen u.a. von der Viskosität und
der Schäumungsneigung der verwendeten Dispersion ab.
[0030] Bei Dispersionen mit relativ hohen Viskositäten (größer etwa 2000 mPas) empfiehlt
es sich beispielsweise nicht, die Öffnung tief unter dem Flüssigkeitsspiegel zu positionieren,
da sich in diesem Fall gegebenenfalls kein Produktaustausch an der Oberfläche ergeben
würde und somit das gewünschte Prinzip first-out nicht erfüllt wäre.
[0031] Die Austrittsöffnung kann durch Routineversuche verändert werden, so sind beispielsweise
mehrere Öffnungen auch durch Gabelungen und Abzweigungen möglich.
[0032] Die Austrittsöffnung befindet sich bevorzugt in der Mitte des Flüssigkeitsspiegels,
um ein gleichmäßiges Ausbreiten der Dispersion in alle Richtungen zu ermöglichen.
[0033] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Austrittsöffnung am Ende des Schwimmrüssels
über ein Drehgelenk so befestigt, daß die Querschnittsfläche der Öffnung parallel
zum Flüssigkeitsspiegel steht.
[0034] Die Austrittsöffnung kann z.B. glockenförmig geweitet sein. Bevorzugt kann vor der
Austrittsöffnung ein Prallblech montiert sein, wodurch der Produktstrahl aufgefächert
wird und sich auf der Oberfläche besser verteilt. Diese Prallblech ist bevorzugt höhenverstellbar
und mit dem Ende der Befülleitung beispielsweise durch Verschraubungen befestigt.
[0035] Durch diese Befüll- und Entnahmetechnik für ungerührte Lagerbehälter gelangt die
ältere Ware auch früher zum Verkauf. Das aus hygienischer Sicht zu favorisierende
Prinzip "first in - first out" wird somit weitestgehend erfüllt.
[0036] Zweckmäßigerweise sind besonders stehende zylindrische Lagertanks bevorzugt, es können
aber auch Lagertanks quadratischen, rechteckigen oder ovalen Querschnitts eingesetzt
werden. Ebenfalls können auch liegende zylindrische oder rechteckige Behälter vorteilhaft
in der geschilderten Art und Weise betrieben werden. Vorteilhafterweise werden zylindrische
Lagertanks verwendet, wobei der Durchmesser so gewählt werden sollte, daß bei der
Befüllung die sich ausbreitende Dispersion bis an die Wandung gelangt. Vorteilhafterweise
werden stehende zylindrische Lagertanks verwendet, bei denen der Innendurchmesser
des Lagertanks im Verhältnis zum Durchmesser der Austrittsöffnung der Befülleitung
in einem Bereich von 10 bis 120, bevorzugt 20 bis 50 liegt.
[0037] Die Befüllung und Entleerung der Lagerbehälter erfolgt in der Regel durch Pumpen
der Dispersionen. Die Befüll- und Entleerungsleitungen können bei Bedarf vorteilhafterweise
molchbar ausgelegt werden.
[0038] Die Figuren 1 bis 3 zeigen beispielhafte Anordnungen gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren.
[0039] In Figur 1 ist die Befülleitung (1) eines Lagertanks (7) mit einem Schwimmrüssel
(2) verbunden, der mehrere Drehgelenke (3) aufweist. Am Ende des Schwimmrüssels befindet
sich der Schwimmkörper (4) und die Austrittsöffnung (5) ist etwas unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche
(6).
[0040] Der Boden des Lagertanks ist so mit Gefälle ausgelegt, daß die Flüssigkeit zu der
Entnahmeleitung (8) geführt wird.
[0041] Figur 2a zeigt eine ähnliche Anordnung. Die Austrittsöffnung (5) ist hier jedoch
oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche (8).
[0042] In Figur 2b ist ein mittels Streben (10) montiertes Prallblech (9) an der Austrittsöffnung
(5) zu setzen.
[0043] Der Winkel α kann durch Routineversuche optimiert werden, um eine gute und gleichmäßige
Ausbreitung der Dispersion beim Befüllen zu erzielen.
[0044] In Figur 2c ist ein Prallblech zu sehen, wobei der Abstand H des Prallblechs von
der Austrittsöffnung mittels des Langlochs 11 eingestellt werden kann.
[0045] Um bei Verwendung dieses Prallblechs Toträume zu vermeiden, kann das Prallblech ein
oder mehrere Löcher aufweisen. Es kann auch aus Lochblech gefertigt werden.
[0046] Bevorzugte Gestaltungen des Prallblechs können vom Fachmann durch Routineversuche
ermittelt werden. Bei der Auswahl des Winkels α sind insbesondere der Durchmesser
des Lagertanks sowie Viskosität und Schaumneigung der Dispersion von Bedeutung.
[0047] Figur 3 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der eine flexible Leitung (2) eingesetzt
wird, welche mittels einer Öse (3) und dem durch die Befestigungsösen (9) gespannten
Führungsseil (10) gesteuert wird.
[0048] In diesem Beispiel liegt die Austrittsöffnung (5) oberhalb des Flüssigkeitsniveaus
(6).
[0049] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle wäßrigen Polymerdispersionen gelagert
werden.
[0050] Besonders vorteilhaft ist diese Art der Lagerung, wenn die Dispersionen kein Konservierungsmittel
oder Konservierungsmittel in relativ geringer Konzentration erhalten. Dies ist beispielsweise
der Fall, wenn die Dispersionen für die Weiterverarbeitung zwischengelagert werden.
Derartige Konservierungsmittel werden beispielsweise in JOCCA, 1991 (9), Seiten 324-328
beschrieben.
[0051] Geeignete Konservierungsmittel sind z.B. Formulierungen des 1,2-Benzisothiazolin-3-on
Natriumsalze in einem Gemisch aus Wasser und Propylenglykol, wie z.B. Proxel XL2,
der Fa. ICI, Formulierungen biozider (Chlor)isothiazolone, wie z.B. Aktizid LA der
Fa. THOR CHEMIE GmbH, Kathon LX plus der Fa. ROHM & HAAS. Wäßrige Dispersionen, die
auf die o.g. Art vorteilhaft gelagert werden können, sind z.B. Dispersionen auf Basis
ethylenisch ungesättigter Verbindungen wie z.B. auf der Basis von (Meth)acrylsäureestern,
Butadien, Styrol, Vinylacetat, (Meth)acrylamid, Acrylnitril, (Meth)acrylsäure etc.
Derartige Dispersionen sind bekannt.
[0052] Die Dispersionen können gegebenenfalls konfektioniert sein. Die wäßrigen Dispersionen
können den Charakter von Vorprodukten haben, sie können aber auch bereits als gebrauchsfertige
Produkte z.B. in pigmentierter Form für Anstrichzwecke vorliegen.
[0053] Weitere Konfektionierungsmittel sind z.B. Diole wie Butylglykol, Butyldiglykol, Diethylenglykol,
Alkohole, wie z.B. Ethanol, iso-Propanol und Octadecanol-1, Lösungsmittel wie Lusolvan
FBH (BASF AG), Komplexbildner z.B. auf der Basis von Ethylendiamintetraessigsäure,
z.B. Trilon B Flüssig (BASF AG), synthetische Harzlösungen wie z.B. wäßrigen Lösungen
von Polyvinylmethylethern, wie z.B. Lutonal M 40 (BASF AG), Lösungen von Ammoniumpolyacrylaten,
wie z.B. Collacral P (BASF AG), Weichmacher, wie z.B. Dibutylphthalat, z.B. Palatinol
C (BASF AG), anionische Dispersionen von Montanesterwachs, wie z.B. Gleitmitteldispersion
8645 (BASF AG), chemische Verbindungen wie z.B. Harnstoff und Ethylenharnstoff, Natronlauge,
Kalilauge, Ammoniak, Calciumhydroxid, Zinknitrat, Zinkoxid, Emulgatoren, wie z.B.
Alkylphenolethoxylate, z.B. Emulgator 825 (BASF AG), Blockcopolymerisate auf der Basis
von Propylen- und Ethylenoxid, Entschäumer wie z.B. Dapro DF 900 der Fa. KRAHN CHEMIE
GmbH und Byk-033 der Fa. BYK-CHEMIE GmbH, Wesel, Nopo 8034 E/D der Fa. HENKEL KGaA,
Verbindungen wie Benzophenon, Lösungsmittel wie Testbenzin und Aceton, Polyvinylalkohole
etc., modifizierte Kollophoniumharze, wie z.B. Tacolyn 3179 der Fa. HERCULES, Permatac
A751 der Fa. ALLIANCE TEHCNICAL PRODUCTS (ATP), Snowtac-Typen der Fa. AKZO NOBEL.
[0054] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch besonders für die Lagerung höherviskoser
Produkte. Die Viskositäten liegen in diesem Fall bei mehr als 500 mPas, bevorzugt
über 5000 mPas, besonders bevorzugt über 7000 mPas.
[0055] Der Wasseranteil der wäßrigen Polymerdispersionen liegt bevorzugt zwischen 20 und
80 Gew.-%.
[0056] Die Dispersionen können (Co)polymerisate in dispergierter Form enthalten. Bevorzugt
enthalten sie dabei mindestens ein Monomeres der folgenden Monomerengruppen: (Meth)acrylsäureester,
(Meth)acrylsäure, Butadien, Styrol, Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Vinylacetat.
[0057] Die wäßrigen Dispersionen haben bevorzugt einen pH-Wert von über 3, besonders bevorzugt
über 5, ganz besonders bevorzugt über 7.
[0058] Vorteilhafterweise können Dispersionen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt
werden, die eine Biozidkonzentration von weniger als 1000 ppm, bevorzugt weniger als
50 ppm.
[0059] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine verfahrenstechnisch einfache und wirtschaftliche
Lagerung wäßriger Dispersionen. Vorteilhafterweise wird das Überaltern von Teilen
der gelagerten Dispersion vermieden und somit eine dauerhaft hohe Qualität gewährleistet.
1. Verfahren zur Befüllung und Entleerung von Lagertanks mit wäßrigen Dispersionen, wobei
man den Lagertank über eine Leitung entleert, deren Öffnung sich im unteren Teil des
Lagertanks befindet, dadurch gekennzeichnet, daß man den Lagertank mit einer Leitung
befüllt, deren Austrittsöffnung den Niveauänderungen der Flüssigkeitsoberfläche bei
Befüll- und Entnahmevorgängen folgt, wobei man das Niveau der Austrittsöffnung so
einstellt, daß sich die Öffnung in etwa in Höhe des Flüssigkeitsspiegels befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ungerührte Lagertanks verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Befüllung des
Lagertanks ein- oder mehrgelenkige Schwimmrüssel einsetzt.
4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man
Dispersionen mit einem Wasseranteil von 20 bis 80 Gew.-% zur Lagerung einsetzt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrigen
Dispersionen (Co)polymerisate in dispergierter Form enthalten, die mindestens ein
Monomeres der folgenden Monomergruppen enthalten: (Meth)acrylsäureester, (Meth)acrylsäure,
Butadien, Styrol, Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Vinylacetat.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man wäßrige
Dispersionen mit einem pH-Wert von über 3, bevorzugt einen pH-Wert von über 5 einsetzt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man wäßrige Dispersionen mit
einem pH-Wert größer als 7 einsetzt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man wäßrige
Dispersionen mit einer Biozidkonzentration von weniger als 1000 ppm, bevorzugt von
weniger als 100 ppm, einsetzt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man wäßrige Dispersionen mit
einer Biozidkonzentration von weniger als 50 ppm einsetzt.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche
gekennzeichnet durch einen Lagertank (7), welcher einen Schwimmrüssel (2) enthält,
der mit einer Befülleitung (1) verbunden ist und an dessen Ende nahe der Austrittsöffnung
(5) ein Schwimmkörper angebracht ist.