DE19902327A1 - Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern, insbesondere Kunststoffgranulat - Google Patents
Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern, insbesondere KunststoffgranulatInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern, insbesondere von Kunststoffgranulat, beschrieben. Das Schüttgut wird einem Behälter 10 zugeführt und verläßt diesen Behälter verbrauchsabhängig. Gleichzeitig wird ein Wärmeträgergasstrom dem Behälter zugeführt und parallel oder in Gegenrichtung zum Materialstrom geführt. Die Gaseintrittstemperatur oder die Gasmenge wird dabei derart variiert, daß die Materialaustrittstemperatur der Solltemperatur entspricht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern, insbesondere
Kunststoffgranulat.
Aus der DE 31 31 471 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein Schüttgut in einem
Trocknungsbehälter aufgeheizt und getrocknet wird. Hierzu sind mit
Adsorptionsmittel gefüllte Kammern vorgesehen. In einem geschlossenen Kreislauf
wird die Trockenluft dem Trocknungsbehälter zugeleitet, wobei die Kammern in
zeitlichen Abständen mit einem zweiten Luftkreislauf regeneriert werden. Zum
Trocknen des Schüttguts wird die entfeuchtete Luft aufgeheizt, strömt durch das
Schüttgut hindurch und wird anschließend entfeuchtet.
Im Sonderdruck "Maschinenmarkt", 81. Jahrgang, Heft 90 vom 11. November 1975
sind ferner zwei Trocknungsprinzipien für das Trocknen von Granulat erläutert, und
zwar einerseits mit einem Warmlufttrockner und andererseits mit einem
Trockenlufttrockner. Warmlufttrockner sind zum Trocknen von hygroskopischem
Granulat ungeeignet, weil hier der Trocknungsprozeß von der Feuchte der
Umgebungsluft abhängt. Außerdem ist ihre Energiebilanz schlecht, weil die in der
Abluft enthaltene Wärme für den Prozeß verlorengeht. Grundsätzlich können solche
Schüttguttrockner auch für das Aufheizen von Kunststoffgranulat verwendet werden.
Der Nachteil bei den Schüttguttrocknern besteht jedoch darin, daß die Verweilzeit
des Schüttgutes im Trocknungsbehälter relativ lang ist und damit die Gefahr besteht,
daß das Schüttgut, insbesondere das Kunststoffgranulat, thermisch geschädigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu
vermeiden und ein Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern, insbesondere
Kunststoffgranulat zu schaffen, das materialschonend arbeitet und wirtschaftlich
angewendet werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, alternativ gemäß dem
Merkmal des Anspruchs 2, des Anspruchs 4 oder des Anspruchs 5 gelöst.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein Behälter für das Schüttgut gewählt wird,
durch welchen das Schüttgut quasi kontinuierlich durchfließt. In Abhängigkeit der
Schüttgutgranulatgröße ist eine Mindestverweildauer im Behälter notwendig, um
dieses bis zum Kern durchzuheizen. Rein rechnerisch ergibt sich beispielsweise bei
handelsüblichen Kunststoffgranulaten eine theoretische Verweildauer von einigen
Sekunden, so daß es zweckmäßig ist, eine Verweilzeit von ca. 2 bis 5 Minuten
anzustreben.
Hierzu werden gemäß der Erfindung verschiedene alternative Verfahren aufgezeigt.
So ist es vorteilhaft, Materialstrom und Wärmeträgergasstrom parallel zu führen und
die Gaseintrittstemperatur derart zu variieren, daß die Materialaustrittstemperatur der
Solltemperatur entspricht. Es besteht auch die Möglichkeit, anstelle der
Gaseintrittstemperatur die Gasmenge zu variieren, so daß die
Materialaustrittstemperatur der Solltemperatur entspricht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern ist derart
gekennzeichnet, daß sich der Wärmeträgergasstrom und die Endtemperatur des
aufzuheizenden Mediums nicht im thermischen Gleichgewicht befinden. Die
Temperatur des Gasstroms ist damit wesentlich höher als die Endtemperatur des
aufzuheizenden Materials.
Alternativ zu den beschriebenen Verfahren kann der Wärmeträgergasstrom gegen
die Richtung des Materialstromes geführt werden. Auch hier sind wiederum zwei
Verfahrensvarianten möglich, zum einen die Regelung der Gaseintrittstemperatur,
zum anderen die Regelung der Gasmenge derart, daß die
Materialaustrittstemperatur der Solltemperatur entspricht.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, einen Temperaturfühler
zur Variation der Gastemperatur oder der Gasmenge in der Abluft des
Wärmeträgergases bzw. in der Abluftleitung des Wärmeträgergases vorzusehen, der
die Temperatur der Abluft mißt, so daß daraus die Materialtemperatur ermittelt
werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Regelgröße zur Variation von
Gastemperatur oder Gasmenge von einem Materialtemperaturfühler ermitteln zu
lassen, der in einem unteren, nicht vom Gas durchströmten Bereich des Behälters
angeordnet ist.
Zur Optimierung des gesamten Prozesses und zur Vermeidung von Wärmeverlusten
im Material wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den
Behälter mit einer sogenannten dynamischen Isolation zu versehen. Dies geschieht
dadurch, daß die abströmende Prozeßluft, d. h. die Austrittsluft über die Außenhülle
des Behälters geführt ist. Hierzu ist der Behälter mit einer zweiten Hülle versehen.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen
außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen
hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in
Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf
anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige
Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 bis 4 ein Gerät zum Auf- bzw. Nachheizen von Schüttgütern in
verschiedenen Varianten,
Fig. 5 Gesamtschaubild einer Kunststoffverarbeitungsanlage.
Das Gerät und das Verfahren zum Aufheizen bzw. Nachheizen von Schüttgütern
eignet sich besonders für Kunststoffgranulate, die z. B. nach einem
Trocknungsprozeß auf eine höhere Temperatur gebracht werden müssen, wobei bei
einer Trocknung mit Trockenluft als Wärmeträgerstrom ein Teilstrom der Trockenluft
verwendet werden kann und dieser im Prozeß im Kreislauf parallel zur
Trockenluftmenge geführt wird.
Im Gegensatz zu derzeit genutzten Verfahren, bei denen in einer solchen
Aufgabenstellung Prozeßgase verwendet werden, deren Temperatur der
Endtemperatur des aufzuheizenden Kunststoffes entspricht, ist es möglich,
wesentlich geringere Luftmengen für den Nachheizprozeß zu verwenden. Besonders
positiv stellt sich die Energiebilanz des Gesamtprozesses mit dieser Erfindung dar.
Ein Vergleich mit einem konventionellen Verfahren zeigt folgende Unterschiede:
Eine Aufgabe besteht darin, eine Menge von 100 kg Kunststoffgranulat von einer
Lagertemperatur 20°C auf Trocknungstemperatur 140°C aufzuheizen und zu
trocknen, wobei die ideale Verarbeitungstemperatur bei 170°C liegt. Aufgrund langer
Trocknungszeiten muß das Granulat bei dieser Temperatur 6 Stunden lang
getrocknet werden. Dies ist nicht möglich, da thermischer Abbau eintreten kann.
Bisher wurde das Material in einem Trocknungsbehälter, der ein Fassungsvermögen
von 600 kg (6 Stunden × 100 kg) permanent mit einer Luftmenge in Abhängigkeit der
spezifischen Wärme des Kunststoffes z. B. 160 Nm3/h und einer Temperatur von
140°C durchströmt. Danach wird das Material in einen Nachheizbehälter gefördert,
bei dem die Lufttemperatur der Nachheiztemperatur 170°C entspricht. Da die
mittlere spezifische Wärme des Granulates zwischen 140°C und 170°C höher liegt
als zwischen 20°C und 140°C und die Ablufttemperatur im Idealfall gleich der
Materialeintrittstemperatur ist, muß die durchgesetzte Luftmenge im Nachheiztrichter
etwas höher liegen als im vorgeschalteten Trocknungsprozeß. Daraus folgt eine
Luftmenge für den Nachheizprozeß von mindestens 180 Nm3/h. Da aber auch das
Nachheizverfahren bei hygroskopischen Kunststoffen, besonders bei PET auch
unter trockener Atmosphäre stattfinden muß, sind beide Rückluftströme
zusammenzufassen und in einem Adsorptionstrockner zu entfeuchten.
Problematisch hierbei ist die mittlere Temperatur der Gesamtrückluft, da die
Adsorptionsfähigkeit von Trockenlufttrocknern auf Zeolithbasis temperaturabhängig
ist. Die Gesamtluftmenge, die eine mittlere Temperatur von ca. 85°C aufweist, muß,
bevor sie im Zeolith entfeuchtet wird, auf eine Temperatur von ca. 40°C abgekühlt
werden. Nach der Trocknung müssen dann die jeweiligen Teilströme wieder auf die
Prozeßtemperaturen aufgeheizt werden.
Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren sind Temperaturen und Luftmengen für
den Trocknungsprozeß identisch der obengenannten Berechnung, d. h. die
Trocknungstemperatur beträgt 140°C, die Nachheiztemperatur 170°C.
Unterschiedlich ist jedoch die Luftmenge für den Nachheizprozeß, in diesem Fall
beträgt sie lediglich 30 Nm3/h. Die sich einstellende Prozeßabluft ist abhängig vom
gewählten Verfahren, wird jedoch 170°C nicht übersteigen. Hieraus ergibt sich eine
mittlere Gesamtlufttemperatur der Abluft von 45°C. Dadurch zeichnet sich eine
deutliche Energieersparnis für Kühlung und Aufheizprozeß ab.
Ziel bzw. Regelgröße des gesamten Prozesses ist die konstante Granulataustritts
temperatur für einen Nachfolgeprozeß. Diese wird in Abhängigkeit des eingesetzten
Verfahrens beim Gleichstromverfahren durch einen Temperatursensor im
ausströmenden Gas oder beim Gegenstromverfahren mittels eines
Temperatursensors im unteren, nicht vom Gas durchströmten Behälterbereich im
Granulatstrom erfaßt und geregelt.
Fig. 1 zeigt einen Behälter 10, in dem sich Kunststoffgranulat 11 befindet. Das
Kunststoffgranulat wird durch den oberen Einfülltrichter 12 dem Behälter zugeführt.
Im unteren Bereich ist ein Materialaustrittsstutzen 13 vorgesehen. Das Material kann
hier unmittelbar einer Dosierschnecke oder einer Schleuse zugeführt werden. Es
besteht auch die Möglichkeit, den Behälter 10 direkt mit einer Plastifiziereinheit zu
verbinden. Das aufzuheizende Kunststoffgranulat 11 durchfließt den Behälter 10,
wobei der Behälter im oberen Bereich nicht vom wärmeübertragenden Gas
durchströmt wird. In diesem oberen Bereich wird mittels eines Temperatursensors 14
die Eintrittstemperatur des Kunststoffgranulates erfaßt. Der darunter liegende
größere Bereich des Behälters 10 wird vom Wärmeträgergas durchströmt und die
Temperatur des Granulats wird hier auf die gewünschte Endtemperatur gebracht.
Wie bereits erwähnt, verläßt das Granulat den Behälter über ein entsprechendes
Austragselement.
Der Behälter verfügt weiterhin über einen Gasaustrittsstutzen 15, durch den das
Wärmeträgergas dem Behälter entweicht, sowie einen Gaseintrittsstutzen 16, durch
welchen das erforderliche Gas zugeführt wird. Voraussetzung für den Wärmeprozeß
sind ein quasi kontinuierlicher Durchfluß von Granulat sowie eine Isolation des
Außenmantels, um die Granulattemperatur gleichmäßig zu halten. In Abhängigkeit
der Granulatgröße ist eine Mindestverweildauer im Behälter notwendig, um dieses
bis zum Kern durchzuheizen. Die Verweildauer liegt in der Praxis im Bereich von 2
bis 5 Minuten. Das zugeführte Gas wird in einer Heizeinrichtung 18 auf die
erforderliche Temperatur gebracht, durchströmt das Granulat gemäß dem Pfeil 19
und tritt zwischen der Behälterinnenwand 20 und dem trichterförmigen Abschnitt des
Behälters 10 in den Außenbereich 21 des Behälters und von dort zu dem
Gasaustrittsstutzen. Das Wärmeträgergas wird also in diesem Fall parallel zu dem
Materialstrom geführt.
Am Materialaustrittsstutzen 13 ist ein Temperatursensor 22 angeordnet, dieser
sensiert die Materialaustrittstemperatur. Am Gaseintrittsstutzen 16 ist ebenfalls ein
Temperatursensor 23 angeordnet, dieser sensiert die Gaseintrittstemperatur. Beide
Sensorsignale werden verknüpft und aus der Verknüpfung wird die
Gaseintrittstemperatur derart variiert, daß die Materialaustrittstemperatur der
Solltemperatur entspricht.
Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 dargestellten Behälter mit einer etwas geänderten
Regelphilosophie. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im
Gaseintrittsstutzen 16 ist eine Drosselklappe 24 zur Regelung der Gasmenge
vorgesehen. In Abhängigkeit von der Materialaustrittstemperatur, die vom
Temperatursensor 22 ermittelt wird, erfolgt eine Regelung der Gasmenge mit der
Drosselklappe 24 derart, daß auch hier - wie bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 - die
Materialaustrittstemperatur der Solltemperatur entspricht.
Fig. 3 zeigt eine weitere Variante. Hier wird der Wärmeträgergasstrom gegen die
Richtung des Materialstroms geführt. Der Gasstrom tritt über den Eintrittsstutzen 25
in den Außenbereich 21, durchströmt von unten nach oben das von oben zugeführte
Granulat und verläßt anschließend über den Gasaustrittsstutzen 26 den Behälter.
Fig. 4 zeigt ebenfalls das in Fig. 3 dargestellte Gegenstromprinzip, wobei über
eine im Gaseintrittsstutzen 25 angeordnete Drosselklappe 27 die Gasmenge derart
variiert wird, daß die Materialaustrittstemperatur, die über den Temperatursensor 22
gemessen wird, der Solltemperatur entspricht.
Fig. 5 zeigt das Gesamtschaubild einer Kunststoffverarbeitungsanlage.
Kunststoffgranulat wird über die Leitung 30 einem Kunststofftrocknungstrichter 31
zugeführt. Von dort gelangt es über die Austragsschleuse 32 und die Leitung 33 zu
dem Behälter 10. Dieser Behälter ist unmittelbar über der Plastifizierschnecke 34
einer Spritzgießmaschine 35 angeordnet. Sowohl am Trocknungstrichter 31 als auch
am Behälter 10 ist eine Unterdruckeinrichtung 36, 37 zum Transport des
Kunststoffgranulats angeschlossen. Ein Trockner 38 erzeugt trockene Luft, führt
diese über die Leitung 39 sowohl dem Behälter 10 als auch dem
Kunststofftrocknungstrichter 31 zu. Die trockene Luft wird mit Heizeinrichtungen 40,
41 auf die entsprechende Temperatur vor Eintritt in das Kunststoffgranulat gebracht.
Die Abluft aus dem Behälter 10 und aus dem Kunststofftrocknungstrichter 31 gelangt
über die Leitung 42 wieder zurück zu dem Trockner 38, der eine Trocknung im
geschlossenen Kreislauf vornimmt.
Im Rahmen dieser Kunststofftrocknungsanlage kann der Behälter 10 mit den gemäß
Fig. 1-4 beschriebenen Anschlüssen und Ausgestaltungen versehen sein, so
daß eine optimale Trocknung und eine rasche und materialschonende Erwärmung
des Schüttgutes, d. h. des Kunststoffgranulats gewährleistet ist.
Claims (7)
1. Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern, insbesondere Kunststoffgranulat,
wobei das Schüttgut (11) einem Behälter (10) zugeführt wird und diesen Behälter
verbrauchsabhängig verläßt, wobei ein Wärmeträgergasstrom ebenfalls dem
Behälter (10) zugeführt wird und dieser Wärmeträgergasstrom in Richtung des
Materialstroms geführt ist und der Gasstrom pro Zeiteinheit konstant ist und in
Abhängigkeit von Materialdurchsatzmenge und Materialeintrittstemperatur die
Gaseintrittstemperatur derart variiert wird, daß die Materialaustrittstemperatur der
Solltemperatur entspricht.
2. Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern, insbesondere Kunststoffgranulat,
wobei das Schüttgut (11) einem Behälter (10) zugeführt wird und diesen Behälter
verbrauchsabhängig verläßt, wobei ein Wärmeträgergasstrom ebenfalls dem
Behälter (10) zugeführt wird und dieser Wärmeträgergasstrom in Richtung des
Materialstroms geführt ist und die Gaseintrittstemperatur konstant ist und in
Abhängigkeit von Materialdurchsatzmenge und Materialeintrittstemperatur die
Gasmenge derart variiert wird, daß die Materialaustrittstemperatur der
Solltemperatur entspricht.
3. Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern, insbesondere Kunststoffgranulat,
wobei das Schüttgut (11) einem Behälter (10) zugeführt wird und diesen Behälter
verbrauchsabhängig verläßt, wobei ein Wärmeträgergasstrom ebenfalls dem
Behälter (10) zugeführt wird und dieser Wärmeträgergasstrom gegen die Richtung
des Materialstroms geführt ist und der Gasstrom pro Zeiteinheit konstant ist und in
Abhängigkeit von Materialdurchsatzmenge und Materialeintrittstemperatur die
Gaseintrittstemperatur derart variiert wird, daß die Materialaustrittstemperatur der
Solltemperatur entspricht.
4. Verfahren zum Aufheizen von Schüttgütern, insbesondere Kunststoffgranulat,
wobei das Schüttgut (11) einem Behälter (10) zugeführt wird und diesen Behälter
(10) verbrauchsabhängig verläßt, wobei ein Wärmeträgergasstrom ebenfalls dem
Behälter zugeführt wird und dieser Wärmeträgergasstrom gegen die Richtung des
Materialstroms geführt ist und die Gaseintrittstemperatur konstant ist und in
Abhängigkeit von Materialdurchsatzmenge und Materialeintrittstemperatur die
Gasmenge derart variiert wird, daß die Materialaustrittstemperatur der
Solltemperatur entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Regelgröße zur Variation der Gastemperatur oder der Gasmenge von einem
Temperaturfühler (23) in der Abluft des Wärmeträgergases ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Regelgröße zur Variation von Gastemperatur oder Gasmenge von einem
Materialtemperaturfühler (22) im unteren, nicht vom Gas durchströmten Bereich
des Behälters ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Behälter über eine dynamische Isolation (21) verfügt, die derart ausgeführt ist,
daß die abströmende Prozeßluft über die Außenhülle des Behälters geführt ist.
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