DE2758265A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberwachung der teilfuellung einer entgasungsoeffnung an einem ein- oder doppelschneckenextruder fuer die verarbeitung von kunststoff - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur ueberwachung der teilfuellung einer entgasungsoeffnung an einem ein- oder doppelschneckenextruder fuer die verarbeitung von kunststoffInfo
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Description
Verfahren und Einrichtung zur Überwachung der Teilfüllung einer Entgasungsöffnung an
einem Ein- oder Doppelschneckenextruder für die Verarbeitung von Kunststoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung der Teilfüllung einer Entgasungsöffnung an einem
Ein- oder Doppelschneckenextruder für die Verarbeitung von Kunststoff mit einem Gehäuse und darin angeordneten, mit einem
Antrieb und einer Drehzahlmeßeinrichtung ausgerüsteteten Extruderschnecke, mit einem Extrudertrichter und/oder einem darauf
angeordneten Schmelzebehälter sowie einer Absperreinrichtung für die Zufuhr der Kunststoffschmelze, mit einer Entgasungsöffnung
und einem darin angeordneten Füllstandswächter sowie mit einer an der Entgasungsöffnung angeschlossenen Vacuumeinrichtung.
Es sind Entgasungseinrichtungen mit angeschlossenen Vacuumerzeugern
bekannt, die eine Entgasung der Schmelze in der drucklosen Zone einer Extruderschnecke ermöglichen. Bei Stillstand
der Schnecke kann jedoch nicht verhindert werden, daß Schmelze aus dem Schmelzebehälter nachfließt und in die Entgasungsöffnung
aufsteigt, wodurch die Vacuumeinrichtung verstopft.
Weiterhin kommt bei der dadurch erforderlichen aufwendigen Reinigung Sauerstoff mit der an der Schnecke befindlichen
Schmelze in Berührung und führt insbesondere bei der Verarbeitung von HD-PE 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.
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Selbst wenn man zwischen dem Schmelzebehälter und dem Extruderzulauf
einen motorbetätigten Absperrschieber anordnet, dauert der Schließvorgang derart lange, daß bei einem plötzlichen Stop
der Maschine Schmelze in die Entgasungsöffnung hochsteigt.
Um bei Entgasungsschnecken sicherzustellen, daß die Entgasungszone drucklos, d. h. teilgefüllt bleibt, muß die Förderleistung
der Ausstoßzone grundsätzlich größer sein als die der Zone vor der Entgasungsöffnung. Üblicherweise werden diese Abstimmungen
durch unterschiedliche Gangtiefen - die Ausstoßzone 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 AusstoßledSbung der
am vorderen Teil der Schnecke angeordneten 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 beider Schneckenabschnitte bei Verminderung der Drehzahl zu
einem Punkt kommen muß, bei dem die Ausstoßleistung des ersten in die Entgasungszone fördernden Schneckenabschnittes größer
ist als die der Ausstoßzone, was zwangsläufig zu einem Ansteigen der Schmelze in der Entgasungszone führt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile bei Ein- oder Mehrschneckenextrudern zu vermeiden. Insbesondere
soll durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sichergestellt werden, daß im
Falle eines Notstop's und bei einer unzulässigen Verringerung
der Schneckendrehzahl vermieden wird, daß Kunststoffschmelze in
die Entgasungsöffnung hochsteigt und die daran angeschlossene Vacuumeinrichtung zusetzt, bzw. es soll sichergestellt werden,
daß Luftsauerstoff auch in einem solchen Fall nicht in die Entgasungsöffnung
eindringen kann, so daß Oxidationserscheinungen
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der Kunststoffschmelze, die insbesondere bei der Verarbeitung
von LD-FE langandauernde Verschmutzungen und damit große Mengen Abfall verursachen, mit Sicherheit vermieden werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit von der Schnekkendrehzahl
oder bei Erreichen einer Teilfüllung der Entgasungsöffnung ein Signal an ein Steuergerät gegeben wird, daß
das Steuergerät daraufhin die Absperreinrichtung an dem Extrudertrichter oder an dem Schmelzebehälter schließt, daß das
Steuergerät gleichzeitig die an die Entgasungsöffnung angeschlossene Vacuumleitung schließt und daß das Steuergerät ebenfalls
gleichzeitig den Gasdruck des unter einem Überdruck stehenden Schmelzebehälters bzw. eines unter Übadruck stehenden
Inertgasbehälters auf die Entgasungsöffnung gibt.
Die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens kennzeichnet sich durch die Anordnung eines mit einer Drehzahlmeßeinrichtung
am Schneckenantrieb, mit einem Füllstandswächter in der Entgasungsöffnung und mit einem Antrieb für einen Absperrschieber
verbundenen Steuergerätes, und durch die Anordnung einer mit der Vacuumeinrichtung und mit einer Überdruckeinrichtung verbundenen
UmschaIteinrichtung, sowie durch die Anordnung einer
Verbindung zwischen dem Steuergerät und der Umschalteinrichtung.
Durch diese Lösung wird sichergestellt, daß bei einem Notstop bzw. bei einer wesentlichen Verringerung der Schneckendrehzahl
keine Kunststoffschmelze in die Entgasungsöffnung hochsteigt,
die eine Verunreinigung der Entgasungsöffnung selbst und der daran angeschlossenen Vacuumeinrichtung verursachen würde. Dadurch
wird auch vermieden, daß die Entgasungsöffnung manuell und damit unter Anwesenheit von Luftsauerstoff gereinigt werden
muß.
Die Entgasungeöffnung wird mit einem unter Oberdruck stehenden
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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 Sicherheit gegen falsche Bedienung, Einfrieren der 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 vorgesehen wird, der über das Steuergerät die Umschalteinrichtung
betätigt und den Absperrschieber schließt. Selbstverständlich ist es im Falle der unzulässigen Drehzahlverminderung
und/oder im Falle eines Schmelzestandes in der Entgasungszone - signalisiert durch den Füllstandsmelder - vorgesehen,
daß das Steuergerät bzw. die Steuergeräte direkt eine Störmeldung geben und/oder über ein einstellbares Zeitrelais
den Hauptantriebsmotor des Extruders abschalten.
Zweckmäßigerweise besteht die Umschalteinrichtung aus von dem Steuergerät gesteuerten Kugelabsperrhähnen.
Um sicherzustellen, daß während eines Umschaltvorganges keinerlei Luftsauerstoff in die Entgasungsöffnung eindringen kann,
wird in vorteilhafter Weise eine Wasserringvacuumpumpe mit
geschlossenem Wasserkreislauf vorgesehen.
Die Überdruckeinrichtung kann beispielsweise aus einer unter
Druck stehenden Gasquelle bestehen, wobei ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, gewählt wird, um eine Reaktion mit dem
Kunststoff in dem Extruder zu vermeiden.
Alternativ kann der auf die Entgasungsöffnung einwirkende Überdruck
auch durch den Druck gebildet werden, der in dem Schmelzebehälter für LD-PE herrscht und der mittels entsprechender
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Druckleitungen über die Umschalteinrichtung auf die Entgasungsöffnung gegeben wird.
Vorzugsweise wird die Entgasungseinrichtung eingesetzt für die Entgasung von aus einem Polymerisationssystem austretenden, über
einen Niederdruck-Abscheider einem Extruder zugeführten LD-PE-Schmelze
zwecks Entfernung von fiestmonomeren, 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 Vacuumeinrichtung
und einer Uberdruckeinrichtung 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 LD-PE erstmals möglich, die Entgasungsöffnung zwischen der Einspeiseöffnung
des Materials und dem Extruderaustritt anzuordnen, wodurch die weitaus weniger effektive, getriebeseitig am Extruderzylinder
angeschlossene Kückwärtsentgasung vermieden werden konnte.
In der Zeichnung wird in schematisierter Form ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgezeigt.
Die Zeichnung zeigt einen Ausschnitt des Extruders mit einer Schnecke 1, einem Zylinder 2 sowie einem Schmelzebehälter 3,
angeordnet auf der Einspeiseöffnung 28. Die Entgasungsöffnung 4 wird mittels einer Druckleitung 5 mit einem Kugelabsperrhahn
6 verbunden bzw. über eine Druckleitung 8 mit einem zweiten Kugelabsperrhahn 7· Die Leitung 9 verbindet den Kugelabsperrhahn
7 mit einem Steuergerät 18, welches wiederum über die Leitung
19 mit einer Drehzahlmeßeinrichtung 21 des Schneckenantriebes
20 verbunden ist. Ein Stickstoffdruckbehälter 17 ist mittels einer Druckleitung 10 mit dem Kugelabsperrhahn 7 verbunden»
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Die Druckleitung 11 stellt eine Verbindung zwischen dem Kugelabsperrhahn
6 mit einer Wasserringvacuumpumpe 12 her, die wiederum in Verbindung steht mit einem Wasserbehälter 13. Das mit
der Vacuumpumpe angesaugte Äthylengas gelangt über den Gasaustritt
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 Leitungen 5 und 11 mit der Wasserringvacuumpumpe
12 verbunden, wodurch eine kontinuierliche Entgasung der von dem Schmelzebehälter 3 in den Extruderzylinder 2
gelangenden LD-PE-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
eine Schmelzefüllung signalisiert, werden die Kugelabsperrhähne 6, 7 derart gesteuert, daß die Vacuumwirkung unterbrochen und
der Stickstoff druck aus dem tJberdruckbehälter 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·
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Alternativ kann durch Betätigen des Hahnes 29 der Druckgasbehälter
17 stillgelegt werden und durch öffnen des Hahnes 30 als Uberdruckquelle, beispielsweise der Äthylengasdruck, in dem als
Niederdruck-Abscheider ausgebildeten Schmelzebehälter 3 eingesetzt werden. Der Äthylengasaustritt 16 an dem Niederdruck-Abscheider
3 ist mit einem Ventil ausgerüstet, das den Druck des Äthylengases über dem LD-PE-Niveau im Niederdruck-Abscheider 3
konstant hält. Je nach Verfahren und der Art der Rückführung des Äthylengases in den Polymerisationsprozess sind in der
Praxis Überdrücke zwischen 0,2 und 6 bar üblich. Über eine Druckleitung 27 wird der Äthylengasdruck in einem solchen Fall
unter öffnung des Hahnes 30,einer Umschaltung des Kugelabsperrhahnes
7» über Druckleitungen 8 und 5 auf die Entgasungsöffnung
4- gegeben.
Durch die Weiterleitung des in einem Niederdruck-Abscheider vor- * handenen Überdruckes auf die Entgasungsöffnung 4 wird in diesem
Fall der Stickstoffbehälter 17 entbehrlich.
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Claims (8)
1. Verfahren zur Überwachung der Teilfüllung einer Entgasungsöffnung
an einem Ein- oder Doppelschneckenextruder für die Verarbeitung von Kunststoff mit
einem Gehäuse und darin angeordneten, mit einem Antrieb und einer Drehzahlmeßeinrichtung ausgerüsteten
Extruderschnecke, mit einem Extrudertrichter und/oder einem darauf angeordneten Schmelzebehälter sowie
einer Absperreinrichtung für die Zufuhr der Kucdbstoffschmelze,
mit einer Entgasungsöffnung und einem darin angeordneten Füllstandswächter sowie mit einer
an der Entgasungsöffnung angeschlossenen Vacuumeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit von der Schneckendrehzahl oder bei Erreichen einer Teilfüllung der Entgasungsöffnung
(4) ein Signal an ein Steuergerät (18) gegeben wird, daß das Steuergerät (18) daraufhin die Absperreinrichtung
(23) an dem Extrudertrichter (28) oder an dem Schmelzebehälter (3) schließt, daß das Steuergerät
(18) gleichzeitig die an die Entgasungsöffnung (4)
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angeschlossene Vacuumleitung (5) schließt und daß das
Steuergerät (18) ebenfalls gleichzeitig den Gasdruck des unter einem Überdruck stehenden Schmelzebehälters
(3) bzw. eines unter Überdruck stehenden Inertgasbehälters (17) auf die Entgasungsöffnung (4) gibt.
2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur Überwachung der Teilfüllung einer Entgasungsöffnung an
einem Extruder für die Verarbeitung von Kunststoff nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch,
die Anordnung eines mit einer Drehzahlmeßeinrichtung (21) am Schneckenantrieb (20), mit einem Füllstandswächter
(25) in der Entgasungsöffnung (4) und mit einem Antrieb (24) für einen Absperrschieber (23)
verbundenen Steuergerätes (18), und durch die Anordnung einer mit der Vacuumeinrichtung (5, 11» 12, 13)
und mit einer Uberdruckeinrichtung verbundenen Umschalt
einrichtung (6, 7)» sowie durch die Anordnung
einer Verbindung zwischen dem Steuergerät (18) und der Umschalteinrichtung (6, 7)·
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umschalteinrichtung aus Kugelabsperrhähnen (6, 7) besteht, die mittels des Steuergerätes (18)
gesteuert werden.
4. Einrichtung nach Anspruch 2,
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dadurch gekennzeichnet,
daß die Vacuumeinrichtung eine Wasserringvacuumpumpe
(12) mit geschlossenem Wasserkreislauf ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Überdruckeinrichtung eine Gasquelle (17) mit einem inerten Gas ist.
6. Einrichtung nacn Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet ,
daß die Überdruckeinrichtung ein unter Druck stehender mit Stickstoff gefüllter Behälter (I7) ist.
7. Einrichtung nach Ansprucn 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Überdruckeinricntung von einem Niederdruck-Abscheider (3) für LD-PE gebildet wird, der unter
einem Äthylenüberdruck von 0,2 bis 6 bar steht.
8. Verfahren und Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
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daß das Verfahren und die Einrichtung eingesetzt wird für die Entgasung von aus einem Polymerisationssystem
austretenden, von einem Niederdruck-Abscheider (3) einem Extruder zugeführten LD-PE-Schmelze
zwecks Entfernung von nicht polymerisiertem Äthylengas, wobei die Entgasungsöffnung (4) zwischen
der Einspeiseöffnung für die Schmelze und der Austrittsöffnung des Extruders angeordnet ist.
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