AT509273A1 - Einrichtung zur trocknung von schüttgut - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Trocknung von Schüttgut, insbesondere Kunststoff-Granulat für Kunststoff-Granulat verarbeitende Maschinen, wobei ein Trocknungssilo (12) für die Trocknung des Kunststoff-Granulates mit einem den Trocknungssilo (12) durchströmenden, getrockneten, gasförmigen Medium, insbesondere Luft, vorgesehen ist. Zur Erzeugung des getrockneten gasförmigen Mediumsstromes ist ein Trockenluftgenerator (20) mit einer nachgeschalteten Prozessheizung (11) angeordnet. Die aus dem Trocknungssilo (12) austretende Rückluft ist über eine Rückluftleitung (28) einem Prozessgebläse (26) und dem Trockenluftgenerator (20) zuführbar. Das Prozessgebläse (26) ist durch einen, eine Steuerung umfassenden, Frequenzumformer (14) zur Drehzahlregelung angesteuert. In der Rückluftleitung (28) ist mindestens ein Messgerät (29), beispielsweise für Temperatur, Durchsatz oder Druck, vorgesehen, dessen Messwert der Steuerung zugeführt wird und dem Frequenzumformer (14) als Regelgröße dient.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Trocknung von Schüttgut, insbesondere Kunststoff-Granulat für Kunststoff-Granulat verarbeitende Maschinen, wobei ein Trocknungssilo für die Trocknung des Kunststoff-Granulates mit einem den Trocknungssilo durchströmenden, getrockneten, gasförmigen Medium, insbesondere Luft, vorgesehen ist, zur Erzeugung des getrockneten gasförmigen Mediumsstromes ein Trockenluftgenerator mit einer nachgeschalteten Prozessheizung angeordnet ist und die aus dem Trocknungssilo austretende Rückluft über eine Rückluftleitung einem Prozessgebläse und dem Trockenluftgenerator zuführbar ist.

Wie an sich bekannt, muss vor der Verarbeitung in einer Maschine, beispielsweise in einer Spritzgussmaschine, das Kunststoff-Granulat getrocknet werden.

So ist aus der AT 505 391 B1 ein Verfahren zum Trocknen von Schüttgut, vorzugsweise Kunststoffgranulat, bekannt, bei dem in einem Trocknungssilo mittels eines Luftstromes das Schüttgut getrocknet wird. Der aus dem Trocknungssilo austretende Abluft-Luftstrom bzw. die Rückluft wird in einer ein Trocken- bzw. Adsorptionsmittel enthaltenden Trocknungszelle getrocknet, gegebenenfalls das Adsorptionsmittel regeneriert und als Trocken-Luftstrom dem Schüttgut zugeführt.

Ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von feuchten Gasen ist aus der DE 44 37 494 A1 bekannt.

Auch aus der DE 36 25 013 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Schüttgut, vorzugsweise Kunststoffgranulat in einem Trocknungstrichter mittels Trockenluft bekannt. Im Zuge dieses Verfahrens wird die aus dem Trocknungstrichter austretende Abluft in einem ein Adsorptionsmittel enthaltenden Trockner getrocknet und dem Schüttgut als Trockenluft wieder zugeführt.

Weiters ist aus der DE 197 57 537 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen und Erhitzen von Luft, die zum Trocknen von Schüttgut dient, bekannt. Diese Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus mindestens einer Trockenpatrone bzw. Trocknungszelle, einem nachgeordneten Lufterhitzer, einer nachgeordneten Trockengutkammer bzw. Trocknungssilo und einer nachgeordneten Kühlvorrichtung.

Ferner ist aus der DE 101 18 762 A1 ein Verfahren zur Regeneration feuchtigkeitsbeladener Prozessluft bekannt. Dabei wird die atmosphärische Luft aufgeheizt und der zu regenerierenden Trocknungspatrone zugeführt. Die anschließende Rückkühlung der Trocknungspatrone erfolgt mit einem aus der getrockneten Prozessluft abgezweigten Teilluftstrom.

Aus der EP 0 712 656 B1 ist ein Verfahren zum Trocknen feuchter Luft bekannt und aus der EP 740 956 A2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten eines, insbesondere Feuchte, enthaltenden Adsorptionsmittels.

Darüber hinaus ist aus der DE 2 025 205 A1 eine Vorrichtung mit mehreren Kammern zur selektiven Adsorption von Molekülen bekannt.

Alle oben genannten Verfahren und Vorrichtungen weisen vor allem die Nachteile auf, dass bei den Verfahren ein hoher Energieverbrauch für die Regeneration und Trocknung gegeben ist und die Vorrichtungen einer sehr aufwendigen Bauweise bedürfen.

Der Nachteil vom hohen Energieverbrauch bei den oben aufgezeigten Verfahren und Einrichtungen ist darin zu sehen, dass für einen kritischen Arbeitszustand des Trockenluftgenerators, beispielsweise während der Vortrocknung oder während eines Maschinenstopps, Vorsorge für einen thermischen Schutz der Bauteile im Trockenluftgenerator getroffen werden muss. In einem derart kritischen Arbeitszustand passiert die heiße Prozessluft den Trocknungssilo ohne Kühlung am Granulat. Aus energetischen Gründen scheidet die Möglichkeit aus, die Rückluft in die Umgebung zu blasen. Die zum Stand der Technik zählende Lösung ist der Einsatz eines Rückluft-Kühlers, der zwischen Trockensilo und Trockenluftgenerator vorgesehen ist. Auch der Einsatz von Wärmepumpen ist an sich bekannt, wobei diese Variante aufgrund der Kosten am Markt keine Rolle spielt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs zitierten Art zu schaffen, die einerseits die obigen Nachteile vermeidet und die anderseits, global gesehen, die Wirtschaftlichkeit erhöht.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgebläse durch einen, eine Steuerung umfassenden, Frequenzumformer zur Drehzahlregelung angesteuert ist, wobei in der Rückluftleitung mindestens ein Messgerät, beispielsweise für Temperatur, Durchsatz oder Druck, vorgesehen ist, dessen Messwert der Steuerung zugeführt wird und dem Frequenzumformer als Regelgröße dient. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich große Energieeinsparungen - im Gegensatz zu den Einrichtungen des Standes der Technik mit Rückluft-Kühlern - zu erzielen. Das Prozessgebläse wird mit der Erfindung durchsatzabhängig angepasst und kann auf eine Drehzahl von unter 15% der maximalen Drehzahl abgeregelt werden, so dass der Trockenluftgenerator weniger als 10% seiner maximalen Luftleistung liefert. Als Regelgröße für den Frequenzumformer dient mindestens ein in der Rückluftleitung vorgesehenes Messgerät, beispielsweise für Temperatur, Durchsatz oder Druck,

Insbesondere eignet sich diese Einrichtung mit dem frequenzgeregelten Trocknungsverfahren, vorzugsweise ohne Rückluftkühler, für die Hochtemperatur-Trocknung, weil Wärmeverluste durch freie Konvektion vom ungedämmten Silodeckel und der ungedämmten Rückluftleitung ausgenutzt werden. Es sind empirisch ermittelte Formeln bekannt, mit der eine Mindestfläche für die Wärmeverluste berechnet werden kann. Dies ist für die Projektierung und Funktionsprüfung solcher Anlagen sehr hilfreich. In der Praxis werden dann der Querschnitt und die Länge der Rückluftleitung angepasst. Dazu darf angemerkt

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•·» »··« werden, dass bisher bekannte Trocknungsverfahren mit einem Trockenluftgenerator mit Silikagel oder Zeolith als aktives Entfeuchtungsmittel mit freier Konvektion und einer derart kleinen Tauscherfläche bei weitem nicht auskommen.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung sind der Steuerung Fehlersignale der Maschinen, beispielsweise bei Überhitzung des Trockenluftgenerators oder einem Maschinenstopp, zufuhrbar. Im Falle eines „Not-Aus“ der Anlage kann die aus dem Trocknungssilo austretende Rückluft sehr rasch über die Drehzahlregelung des Prozessgebläses in ihrem Strömungsfluss reduziert werden.

Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung bei einer Hochtemperatur-Trocknung von Kunststoff-Granulat, insbesondere bei der Trocknung von Polyethylentherephthalat, mit Temperaturen über 150 °C, vorzugsweise bei 160 - 180 °C eingesetzt. Wie bereits aufgezeigt, muss das Kunststoff-Granulat, insbesondere PET (Polyethylentherephthalat) vorder Verarbeitung getrocknet werden. PET liegt vor seiner Verarbeitung als Granulat vor und muss zur Verarbeitung auf eine typische Restfeuchte von 20 bis 40 ppm Wassergehalt gebracht werden. Die PET-Trocknung geschieht im Trocknungssilo die bei Trocknungstemperaturen mit der Prozessheizung auf über 150°C, vorzugsweise 160 - 180°C, gebracht und mittels getrockneter Luft durchgeführt wird. Die Verweilzeit des PET-Granulats im Trocknungssilo beträgt meist 4 bis 6 Stunden. Die getrocknete Luft wird durch einen Trockenluftgenerator zur Verfügung gestellt. Natürlich gibt es auch andere technische Kunststoffe, die Trocknungstemperaturen über 150°C haben, hier gilt das gleiche.

Um nun Bauteile im Trockenluftgenerator zu schützen und einen geeignet tiefen Taupunkt zu Erzielen, muss der Trockenluftgenerator thermisch geschützt werden. Der für den Trockenluftgenerator besonders kritischste Arbeitszustand ist während der Vortrocknung und während einem Maschinen-Stopp. In beiden Fällen gibt es keine Abnahme von getrocknetem PET. Würde die heiße Prozessluft nicht mit der Erfindung drastisch reduziert werden, passiert die Prozessluft den Trocknungssilo ohne Kühlung am Granulat und weist dann Temperaturen von 120°C bis 140°C auf, Trockenluftgeneratoren arbeiten jedoch mit einer maximalen Rücklufttemperatur von 80 - 90°C. Bauteile wie die Filterpatrone, Prozess-Gebläse würden bei hohen Temperaturen geschädigt werden. Auch das Trockenmittel Silikagel oder Zeolith (Zeolith =Molekularsieb) würde seine Fähigkeit Wasserdampfzu adsorbieren, verlieren. Weiters wäre dann ein ungenügender Taupunkt die Folge, der schließlich ungenügend getrocknetes PET-Granulat zur Verarbeitung bereitstellt.

An sich ist die Problematik der Hitzeempfindlichkeit bei Trockenluftgeneratoren sowohl bei Patronentrocknern wie auch bei so genannten Radtrocknem gleich. Beide Ausführungsarten beinhalten als Trocknungsmittel Zeolith oder Silikagel, die die oben erwähnten Eigenschaften in Bezug auf Temperatur und Wasseraufnahme sowie Taupunkt haben. Diese Baugruppen müssen im Trockenluftgenerator geschützt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es daher möglich, die Temperatur der Rückluft auf einen gewünschten oder vorgebbaren Maximalwert zu begrenzen. Somit werden Schäden an nachfolgenden Bauteilen vermieden.

Ein weiterer Vorteil gegenüber den herkömmlichen, zum Stand der Technik zählenden Einrichtungen liegt darin, dass die bei einem Einsatz eines Rückluft-Kühlers aufgewendete Kühlleistung nicht an der Prozessheizung wieder dem Trocknungsprozess zugeführt werden muss.

Zum Stand der Technik mit Rückluft-Kühler ist noch anzumerken, dass meist sogar zusätzliche Energie notwendig ist, um Kühlenergie, beispielsweise aus einem Kühlturm oder Kühlgerät, zur Verfügung zu stellen. Derartige zusätzliche Energie wird mit der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht benötigt.

Ein nicht unbedeutender Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass der relativ träge Prozess in der Prozessheizung, beispielsweise bei einem Produktionsstopp, praktisch sofort mit einer Regelung des Prozessgebläses auf eine entsprechende Drehzahl umgangen werden kann.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigtein schematisches Schaltbild einer Trocknungseinrichtung und Fig. 2 a und 2b eine Gegenüberstellung des Energieverbrauches mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung (Fig. 2a) zu einer Einrichtung mit einem Rückluft-Kühler gemäß dem Stand der Technik (Fig. 2b).

Gemäß der Fig. 1 wird einem Trocknungssilo 12 in seinem unteren Bereich von einer Prozessheizung 11 kommendes trockenes, gasförmiges Medium, insbesondere Luft, zugeführt. Dieses Medium, nachstehend als Prozessluft bezeichnet, durchströmt das zu trocknende Kunststoff-Granulat und tritt im oberen Bereich des Trocknungssilos 12 über eine Rückluft-Leitung 28 wieder aus. Über ein Filter 27 gelangt die Prozessluft zu einem Prozessgebläse 26, von wo die Prozessluft in einen Trockenluftgenerator 20 weitergeleitet wird.

In diesem Trockenluftgenerator20fürdie Prozessluft sind zumindest zwei Trocknungspatronen 24a, 24b angeordnet, denen über Ventile 22a, 22b die zu trocknende Prozessluft zugeführt wird. In einer ersten Phase wird der Trocknungspatrone 24b über das Ventil 22b die zu trocknende bzw. zu entfeuchtende Prozessluft zugeführt. Während des Durchströmens des in der Trocknungspatrone 24b angeordneten Molekularsiebes wird die in der Prozessluft enthaltene Feuchtigkeit in dem Molekularsieb adsorbiert. Während dessen wird der Trocknungspatrone 24a mit einem Gebläse 21 über ein Ventil 23a und eine Heizung 25a heiße Luft zugeführt um diese Trocknungspatrone 24a zu regenerieren.

Zur Regeneration der Trocknungspatrone 24b wird mit dem Gebläse 21 über ein Ventil 23b und einer Heizung 25b heiße Luft in die Trocknungspatrone 24b geleitet.

Die aus der Trocknungspatrone 24a bzw. 24b austretende, getrocknete Prozessluft wird über die Prozessheizung 11 dem Trocknungssilo 12 zugeführt.

Um nun in einem vom normalen Betrieb abweichenden Betriebszustand des Trocknungssilos 12 die im Trockenluftgenerator 20 vorgesehenen wärme- bzw. hitzeempfindlichen Bauteile, wie Filter 27, Prozessgebläse 26 oderauch die Trocknungspatrone 24a, 24b zu schützen, muss der mit hoher Temperatur aus dem Trocknungssilo 12 austretende Rückluftstrom stark reduziert werden. Eine derartige Reduktion des Rückluftstromes wird erreicht, in dem das Prozessgebläse 26 durch einen, eine Steuerung umfassenden,

Frequenzumformer 14 zur Drehzahlregelung angesteuert ist. In der Rückluftleitung 28 ist mindestens ein Messgerät 29, beispielsweise für Temperatur, Durchsatz oder Druck, vorgesehen, dessen Messwert der Steuerung zugeführt wird und dem Frequenzumformer 14 als Regelgröße dient.

Durch den Frequenzumformer 14 wird die Prozessluft überdas Prozessgebläse 26 durchsatzabhängig angepasst. Das Prozessgebläse 26 kann auf eine Drehzahl von unter 15% der maximalen Drehzahl abgeregelt werden, so dass der Trockenluftgenerator 20 weniger als 10% seiner maximalen Luftleistung liefert. Dadurch werden Schäden an den Bauteilen durch die heiße Prozessluft vermieden.

Wie bereits aufgezeigt, ist die Hitzeempfindlichkeit auch bei den Bauteilen eines Radtrockners gegeben. Auch bei einer derartigen Ausführung des Trockenluftgenerators werden Schäden durch den Frequenzumformer 14 vermieden.

Natürlich ist es auch möglich der Steuerung des Frequenzumformers 14 in einem dem normalen Betrieb abweichenden Betriebszustand, beispielsweise bei einem unerwarteten Produktionsstopp der Steuerung Fehlersignale der Maschinen, beispielsweise bei Überhitzung des Trockenluftgenerators 20 oder einem Maschinenstopp, zuzuführen, worauf die Drehzahl des Prozessgebläses 26 und damit die Prozessluft reduziert wird. I * « · • * · · *1(0 · • · · * * -I ·

Insbesondere eignet sich der Einsatz eines Frequenzumformers 14 bei einer Hochtemperatur-Trocknung von Kunststoff-Granulat, insbesondere bei der Trocknung von Polyethylentherephthalat, mit Temperaturen über 150 °C, vorzugsweise bei 160-180 °C. Gerade bei derartigen Anlagen ist der Energieverbrauch von besonderer Bedeutung.

Der gravierende Vorteil des Einsatzes eines Frequenzumformers 14 in einer Einrichtung zum Trocknen von Kunststoff-Granulat ist vor allem in der Ersparnis der aufzuwendenden Energie zu sehen. Gemäß der Fig. 2a und der Fig. 2b ist ein Vergleich der aufzuwendenden Energie bei einer Einrichtung mit einem Frequenzumformer 14 und einer Anlage gemäß dem Stand der Technik, also mit einem Rückluft-Kühler, aufgezeigt.

Bei gleichem Energieverbrauch unter Volllast ergeben sich völlig andere Verläufe im Betrieb bei Teillast und während eines Maschinenstops.

Beide Diagramme zeigen auf der x-Achse den Durchsatz von Kunststoff-Granulat durch den Trocknungssilo 12 und auf der y-Achse den Energieverbrauch. Gemäß dem Diagramm in Fig. 2a ist eindeutig im Teillastbetrieb oder auch bei einem Produktionsstopp, also bei keinem oder sehr kleinem Durchsatz von Kunststoff-Granulat im Trocknungssilo 12, der äußerst geringe Energieverbrauch abzulesen.

Der Basis-Energieverbrauch 30 ist der Energieverbrauch des Trockenluftgenerators 20 inklusive der Kühlleistung und der angeschlossenen Kühlaggregate, der sehr hoch bei der Anlage gemäß dem Stand der Technik, also mit Rückluft-Kühler, in Fig. 2b ist. Im Gegensatz dazu ist der Basis-Energieverbrauch in einer Einrichtung mit einem Frequenzumformer 14 sehr, sehr niedrig.

Der Trocknungs-Energiebedarf 31 ist für beide Einrichtungen praktisch gleich. In Hinblick auf den heutigen Trend der Energieeinsparung und auch der Reduzierung der Schadstoffemissionen trägt die Einrichtung mit einem Frequenzumformer einige positive Aspekte bei.

Claims (3)

1. Patentanspruch: 1. Einrichtung zur Trocknung von Schüttgut, insbesondere Kunststoff-Granulat für Kunststoff-Granulat verarbeitende Maschinen, wobei ein Trocknungssilo für die Trocknung des Kunststoff-Granulates mit einem den Trocknungssilo durchströmenden, getrockneten, gasförmigen Medium, insbesondere Luft, vorgesehen ist, zur Erzeugung des getrockneten gasförmigen Mediumsstromes ein Trockenluftgenerator mit einer nachgeschalteten Prozessheizung angeordnet ist und die aus dem Trocknungssilo austretende Rückluft über eine Rückluftleitung einem Prozessgebläse und dem Trockenluftgenerator zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgebläse (26) durch einen, eine Steuerung umfassenden, Frequenzumformer (14) zur Drehzahlregelung angesteuert ist, wobei in der Rückluftleitung (28) mindestens ein Messgerät (29), beispielsweise für Temperatur, Durchsatz oder Druck, vorgesehen ist, dessen Messwert der Steuerung zugeführt wird und dem Frequenzumformer (14) als Regelgröße dient.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerung Fehlersignale der Maschine, beispielsweise bei Überhitzung des Trocken luftgenerators (20) odereinem Maschinenstopp, zuführbar sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei einer Hochtemperatur-Trocknung von Kunststoff-Granulat, insbesondere bei der Trocknung von Polyethylentherephthalat, mit Temperaturen über 150 °C, vorzugsweise bei 160 - 180 °C eingesetzt ist. 3 Wittmann Kunststoffgeräte GmbH Dt Fi* STPSSCBSer ve(treten durch ,n v it π Rechtsanwälte OU/Ü li.l v>( II Mag. Marius Baumann & MMag. Dr. Peter Pescoller