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Procédé et dispositif pour le séchage de granulée de hauts polymères linéaires synthétiques, en partioulier de granulés de
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ptlyonters (Invention de Gunther SCHROTE9 Ernst-Otto 8CHMàLz, Gerhard BUSCHMANN, Ernst VIESENER9 Hans-Joachia 8TOIZ et Gunther SCHULZ).
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La présente invention concerné un* procède et un dispositif pour le séchage de granules de haute polymères linéaires synthétiques, notamment de granulés de polyesters, qui, s'ils sont chauffés, pas- sent pour un certain tempe à l'état plastique et qui doivent prése ter, pour leur transformation ultérieure, une etruoture cristalline appropriée et une faible humidité restante.
Pour ces traitements de séchage, on choisit généralement des températures d'un degré tel que, d'une part. les substances ne soient pas altérées et, d'autre part, le séchage se déroule aussi rapidement que possible. Pour des raisons d'économie, on utilise à cet effet, et suivant les possibilités, de l'air comme milieu de séchage. Aux températures élevées nécessaires à cet effet, quelques hauts polymères, tels que le polytéréphtalate d'éthylène- glycol, passent dans des états plastiques où ils ont alors tendance à s'agglomérer et à coller aux pièces du dispusitif de transforma- tion.
Ce ramollissement lors du chauffage peut avoir différences causes !
Dans le cas, par exemple, de granulés de polytéréphtalate d'é- thylèneglycol, cet état plastique provisoire provient dit fait que ces granulés sont soumis au séchage par introduction dans le sé- choir à l'état amorphe mais qu'en raison de l'élévation de la tem- pérature, ils se ramollissent à partir d'environ 90 C et qu'après un certain temps., en raison de transformations de leur structure interne, ils passent dans un état où, jusqu'à une température supé- rieure à 200 C, ils ne présentent plus une telle plasticité. L'ap- parition des états plastiques intermédiaires peut provoquer des phénomènes d'accolement dans toute la matière.
Pour cette raison, on ne peut généralement utiliser les types de séchoirs et les pro- cédés de séchage connus pour les marchandises en vrac, granuleuses ou pulvérulentes, si l'on veut obtenir un séchage rationnel des ma- tières de cette nature.
Des procédés pour le séchage de tels granulés ont déjà été pro- posés. Ils comprennent deux étapes, une cristallisation partielle et le séchage proprement dit, un séchage préalable pouvant ainsi avoir lieu au cours de l'étape de cristallisation. Pour l'exécu- tion de ces différentes étapes opératoires, en partie continues et en partie discontinues, on a prcposé presque exclusivement-dès dis-
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positifs en unitéa séparées.
La cristallisation partielle est alors conduite toujours de telle manière qu'après cette étape, il n'y ait pas d'agglomérés et que les granules soient tout au moins suffisamment cristallises pour qu'ensuite, par un faible deplace- ment relatif de la matière en vrac, on puisse les sécher par cir- oulation de gaz d'une tempéfature relativement élevée sans que pour autant ne se produise un colleteou une agglomération.
On a déjà proposé d'assurer la cristallisation partielle en faisant circuler dans une couche de granulés des gaz chauds do manière à ce qu'en raison de la circulation de l'air, la hauteur de la couche soit au moine doublée et qu'il ae produise un fort déplacement relatif avec mélange des granulés, au moins 50 % de ceux-ci devant toujours se trouver à l'état partiellement cristal- lisé dans la couche fluidisée, o'est-à-àire maintenue en turbulence par le paesage de l'air.
De plus, on connaît un procédé suivant lequel les granulés peuvent être amenés à l'état oritique par le passage de gaz chauds dans un séchoir à turbulence non muni d'une grille. En outre, on a proposé d'effectuer la cristallisation partielle par traitement des granulés par des gaz chauds dans des tambours rotatifs tournant suivant un axe incliné (procédé en continu) ou horizontal (procédé en discontinu) et dans des chicanes. Suivant un autre procédé con- nu, on traite les granulés, en une preraière étape, avec un déplace- ment relativement faible, par des agents de gonflement (par exemple de la vapeur d'eau, du toluène, etc. ) et des gaz chauds.
Pour la mise en oeuvre de ce procédé, on a proposé des convo- yeurs à bande'ou à vis d'Archimède dans lesquels les granulés y circulant sont traités par des agents de gonflement, des gaz très chauds traversant ensuite la matière en vrac. On a égalemert dé- crit un dispositif constitué par un tuyau cylindrique vertical par lequel se déplacent lentement les granulés accumulés en une masse dense et compacte, de la vapeur d'eau étant introduite en tant qu'agent de gonflement à la partie supérieure de ce tuyau et des gaz très chauds étant injectés par le bas.
Tous les procédés précités et tous les dispositifs pour leur mise en oeuvre ont pour inconvénient de nécessiter une importante dépense en matériel, notamment en ce qui concerne l'encombrement et
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la,complexité, et d'obliger à disposer de beaucoup de place et à consommer beaucoup d'énergie. Si l'on se sert, pour la cristalli- sation partielle ou pour le séchage, de séchoirs continus à tur- bulence, des effets variables de cristallisation ou de séchage peu- vent se produire en raison de l'irrégularité de la durée du passage.
Le seul moyen d'empêcher ces différences ou de les compenser con- siste à prolonger la durée moyenne de passage, ce qui entratne, bien entendu, un abaissement de rendement du dispositif et, dans certains cas, une altération des granulés par oxydation et une aug- mentation de l'usure par frottement. De plus, dans tous les procé- dés précités, d'importantes difficultés se manifestent si l'on doit appliquer, pour le degré de cristallisation déairé, des température plus élevées que pour le séchage final.
Les difficultés provenant du risque d'altération par oxydation et par effet thermique ne peu- vent être évitées que par un nouvel accroissement de la dépense en matériel, par exemple l'installation d'une zone de refroidissement intermédiaire ou la mise en oeuvre d'un gaz inerte relativement coû- teux, par exemple d'azote, au lieu d'air. Dans les procédés où l'on emploie des agents de gonflement, tout le contenu du séchoir devient inutilisable s'il advient que l'admission de l'agent de gonflement fasse momentanément défaut.
L'invention a pour objet la mise au point d'un procédé et d'un dispositif pour sa mise en oeuvre et qui permettent d'éviter les inconvénients.précités.
Le problème posé par l'invention consiste à découvrir un pro- cédé et des dispositifs appropriés qui assurent la cristallisation continue et le séchage de granulés ayant tendanoe à s'accoler entre eux, ces opératione étant conduites sans incorporation d'organes rotatifs et sans emploi d'agents de gonflement suivant un chemine- ment aussi court que possible, en évitant toute altération par ac- *'ion thermique ou par oxydation et en maintenant les paramètres fi- naux les plus avantageux pour la transformation ultérieure.
Le procédé suivant l'invention ppour le séchage de granules de hauts polymères linéaires synthétiques, en particulier de granulée de polyesters, qui passent momentanément à l'état plastique si on les chauffe, cet caractérisé en ce qu'il est effectué en continu dans -une installation simple avec emploi d'un séchoir à gaine verti-
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cale isolé et / ou chauffé par double enveloppe et ne comportant que des garnitures immobiles ou des garnitures immobiles et vibrantes, ou addition d'agents de gonflement au contact direct des granulée avec de l'air chaud ou des gaz inertes chauds, appelés simplement "gaz" dans ce qui suit, le procédé étant divisé en trois étapes : - étape 1 : cristallisation partielle - étape II : séchage -- étape III :
achèvement du séchage et cristallisation finale avec homogénéisation.
Dans toutes c3 étapes, le débit des granulés n'est déterminé directement que par un organe de dosage raccordé à la sortie du sé- choir ou par la machine de transformation installée à la suite du séchoir.
On a en effet constaté que la cristallisation partielle, opérée en vue de l'obtention de granulés restant bien aptes au ruisselle- ment en goulotte lors d'un traitement ultérieur par des gaz à des températures élevées, peut être obtenue en utilisant, dans un sé- choir à gaine verticale, un corps creux avec surface perforée in- clinée sur lequel glisse lentement, en une couche de faible hau- teur, les granulés introduits, le gaz très chaud amené de l'extéri- eur à ce corps creux traversant la matière en vrac de manière à ré- aliser sans turbulence une importante désagrégation ou encore en installant, dans un séchoir à gaine verticale, un corps creux qui, sur une faible hauteur dans la gaine, assure une certaine réduction de la section livrant passage aux granulés ut aux gaz chauds,
cir- culant de bas en haut dans les étages II et III, cette réduction étant telle que, soit en raison de la forte circulation dans la zone d'étranglement, il se produise sans turbulence ni mélange une désagrégation importante et que les granulés migrent continuelle- ment à travers cette couche, soit que, dans cette zone d'étrangle- ment,ee produire une très forte formation de poches ou de fontai- nes, moins de 50 % de la masse de granulée participant à cet impor- tant déplacement pouvant être dans un état partiellement cristalli- sés et lea granulée traversant continuellement cette zone, soit encore qu'un oorpe creux soit installé dans le séchoir à gaine ver- ticale et permette la réalisation d'un processus qui résulte de la combinaison des deux autres décrite ci-dessus.
On a en 'outre
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constaté qu'on peut également obtenir la cristallisation partielle. désirée en faisant traverser par un courant violent de gaz très chauds une couche dense de granulés se trouvant sous pression, des déplacements relativement faibles,les uns par rapport aux autres, des particules de la masse de granulés se produisant, au cours de la circulation lente et continue de ceux-ci au niveau 1, en rai- son de la forme spéciale des pièces du dispositif qui délie tent latéralement la couche, certaines de ces pièces pouvant être mises en oscillation ou en vibration pour aider à la circulation des gra- nulée à ce niveau ou, respectivement, pour.désagréger d3 petits agglomérés éventuellement formés.
La pression nécessaire peut être assurée, par exemple, par le poids des granulés emmagasinés dans le séchoir à gaine verticale et au-dessus du niveau I. Dans ce cas,ce séchoir vertical comprend également un silo pour granulés.
Les gaz chauds ne servent pas seulement d'agent colporteur maisservent aussi à entraîner les particules abrasives et pulvé- rulentes qui sont détachées. de dépoussiérage des granulés, considéré comme effet secondaire, est plus important dans la réalisation de la cristallisation partielle à l'état désagrégé ou danc le cas d'une importante formation de poches et fontaines, que dans celui de la cristallisation par écoulement en masse dense.
Le séchage, c'est-à-dire la seconde étape du procédé, peut être effectué par des gaz chauds dans des séchoirs à gaine verticale fonctionnant en continu et de type connu pour le séchage de matières en vrac et d'un bon ruissellement.
Pour la fin du séchage et de la cristallisation avec homogénéi- sation, on fait circuler, dans une couche de granulés se trouvant sous pression, des gaz chaufféa à une température qui soit égale ou supérieure à celle régnant au niveau II. Au cours de cette étape, les granulée circulent en continu. Le temp9 de passage est court vis-à-vis de celui du passage de l'étape II. Pour obtenir un sé- chage efficace et qui n'abîme pas lee granulés, il est avantagoux d'utiliser, au niveau de l'étape III, du gaz partiellement ou to- talement séché. L'emploi de gaz préaéehé dans l'étape II est é- galeaent avantageux mais n'est pas absolument nécessaire.
Dans la réalisation du procédé suivant l'invention ou du dispo- aitif pour sa mise en oeuvre, différentes variantes sont possibles.
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Variantes à l'étape I :
1. Dans l'axe de la gaine se trouve un corps creux tel qu'un cône simple ou double dont la surface supérieure est perforée.
Les granulés sont introduits au centre et glissent dans la gaine en suivant la pente de la surface inclinée. Les gaz chauds circulant en circuit fermé et venant du corps creux traversent le produit en vrac qui se trouve fortement désagrégé et échauffé rapidement. Les gaz chauds envoyés pour l'étape 1 dans un système constitué es- sentiellement d'une conduite d'aspiration, du cyclo-ie de dépoussié- rage, de la pompe rotative, de l'échangeur de chaleur et de la ca- nalisation d'admission au corps creux n'ont pas besoin d'être préa- lablement séchés.
Le circuit de gaz chauds de l'étape I est constamment renou- velé par les gas montant des niveaux II et III en passant par la fente circulaire comprise entre le corps creux inséré et la paroi de la gaine. Une quantité de gaz correspondante s'échappe du cir- cuit et peut être réutilisée en partie au niveau de l'étape II après un renouvellement par du gaz sec et chauffé. Pour maintenir plus faible le besoin global en énergie, le débit de gaz chauds dans le niveau I du circuit doit être de 1,5 à 4 fois supérieur à celui de l'alimentation résultante en gaz chauds aux niveaux II et III.
2. Dans l'axe de la gaine, un corps de refoulement tel que, par exemple, un paraboloide surronté d'un cône, un ellipsoïde, un cy- lindre à base circulaire et surmonté d'un cône, etc., est installé, avec ou sane nervures ou entretoises, dans la zone correspondant au niveau I. Il refoule vers la paroi du récipient le courant de gaz chaude venant du bas, de sorte qu'entre lui et les parois du séchoir 6n gaine se trouve désagrégé, sans turbulence ni mélange, un entassement de granulés ou qu'a lieu un important déplacement des granulés par formation de poches ou de fontaines.
Pour adapter le volume de la masse de granulés dans le séchoir à la durée désirés de passage dans celui-ci et en rapport avec le débit, on peut dé- placer en sens vertical le corps de refoulement ou se servir de corps de refoulenent de différentes longueurs. Ce corps de refoule- ment peut aussi so présenter par exemple sous la forme d'un c8ne double en combinaison avec un corps creux annulaire fixé à hauteur
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convenable sur la paroi de la gaine. En déplaçant en hauteur le corps de refoulement, cependant que le corps creux annulaire reste fixe contre la paroi, on fait alors varier la surface de la section disponible pour le passage du 3ranulé et des Gaz.
Le gaz chaud sor- tant du séchoir peut 8tre réutilise- pour n'obtenir qu'une faible consommation d'énergie en partie après le dépoussiérage, le rempla- cement par le gaz ses et le chauffage pour le s'chage au niveau de l'étape II.
3. On peut aussi, avantageusement, utiliser un corps de refou- lement qui étrangle au centre le oourant de gaz chaud et qui pro- duit sans turbulence ni mélange dans la partie cylindrique ou pres- que cylindrique de l'étranglement la formation de poches ou do fon- taines, ou l'entassement du granulé en une couche fortement désa- grégée. Le corps de refoulement peut également 8tre réglable en longueur-par emboîtement télescopique et l'on peut aussi utiliser des corps de refoulement de différentes longueurs. En raison de la réutilisation des gaz chauds sortant du séchoir, c'est la solu- tion delà indiquée sous 2. qui est la meilleure.
L'adoption des variantes 2, et 3. dispense de l'emploi d'un circuit de gaz chaud séparé pour l'étape I de sorte que, compara- tivement à la variante 1., la dépense en matériel est plus faible et la conduite du traitement est plus simple.
4. Les corps de refoulement indiqués sous 2. peuvent égale- ment être perforés à leur partie supérieure et être reliés à un circuit de gaz chaud. Si l'étage de garnissage est maintenu à un niveau approprié, la cristallisation partielle sur la surface per- forée, telle que décrite sous 1., commence sur la surface perfo- rée et se poursuit dans la zone de soction réduite pour le passage du granulé et des gaz chauds montant.des niveaux II et III comme expliqué sous 2.
5. Dans le cas cù la cristallisation partielle doit avoir lieu dans une geuche de granulés dense et se déplaçant continuellement sous une certaine pression, il convient d'installer axialement dans le séchoir à gaine un corps creux. La forme de paroi de la gaine doit être combinée avec celle du corps creux incorporé de telle ma- nière qu'en raison de la section d'écoulement se modifiant comstam-
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ment le long de l'étape I, on aboutisse, lors du passage de l'éta- ps I, à un déplacement relatif faible, quoique suffisant, des par- tioulea de granulé..
On a représenté, aux fig. 6, 7 et 8, quelques formes de réali- satiun pour la gaine et pour le corps creux dans la zone correspon- dant au niveau I. Pour atteindre la pression convenable, on peut mettre à profit le poids des granulés emmagasinés en silo au-dessus du niveau I. Four favoriser un parfait écoulement des granulésou pour désagréger les agglomérats relativement petits, le corps creux ou une pièce introduite en supplément dans la zcne de l'étape 1 (fig. 7) peuvent être mis en vibrations, Par suite du corps creux inséré dans la zone de l'étape I, la montée des gaz chauds des étapes II et 111 assure, en combinaison aveo la réduction de la section d'écoulement, une forte irrigation de la colonne de granu- lés.
Le gaz chaud peut être aspiré à l'extrémité supérieure de l'é- tape 1 par des perforations appropriées pratiquées . ns la paroi de la gaine ou sur le corps creux. Cette forte irrigation peut é- galement être effectuée par la superposition de deux écoulements partiels, d'une part, lea gaz chaude montant presque verticalement des étapes II et III et, d'autre part, un écoulement partiel diri- gé presque horizontalement et résultant de la pénétration sous pression du gaz chaud dans l'étape I par des perforations dans le corps creux ou dans la paroi de la gaine. L'aspiration de la to- talité des gaz chauds s'effectue alors en fonction de l'introduc- tion, sur la paroi de la gaine ou sur le corps crux, de ce courant dirigé presque horizontalement.
Les explications données sous 1. sont valables en ce qui concerne la conduite du gaz insufflé en sup- plément et de tout le gaz aspiré.
De toute manière et par exemple en ce qui concerne l'agencement du dispositif d'aspiration, il faut veiller à ce que de l'air chaud ne pénètre pas dans le silo et que celui-ci soit isolé de l'étape 1 de façon que des granulés d'Orne température supérieure à 8020 ne se trouvent que dans l'étape I. L'apparition d'états plas- tiques ne peut alors donner lieu dans le silo la formation de voûtes et on peut s'attendre à une admission parfaite ces granulés dans l'étape 1 en fonction du soutirage à la sortie du séchoir.
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Variantes à l'étape II
Pour le séchage à ce niveau, on peut avoir recours à des procé- dés et à des séchoirs à gaine connus pour le traitement do matières en vrac, pulvérulentes ou granuleuses et d'une bonne aptitude au ruissellement. A cet effet, les granule sent léchés par des gaz chauds qui sont en partie amenés de l'extérieur directement à l'é- tape II et en partie en débordement de l'étape III.
Variantes à l'étape III
1)ane la partie inférieure-dû séchoir à gaine, on dispose axia- lement un corps creux que l'on divise éventuellement en toux com- partiments. Le compartiment inférieur se trouve au niveau III et une partie de sa surface est perforée. L'admission ou l'évacuation doo gaz chauds s'effectue par des canalisations tubulaires par le corps creux et par ces perforations. Les gaz chauds circulent presque radialement à travers la couche de granulés. La paroi exté- rieure du séchoir est percée de trous et un compartiment annulaire est raccordé par une-canalisation tubulaire à un circuit de gaz chauds. Les gaz chauds peuvent circuler a travers la couche de granulée aussi bien de l'extérieur vers l'intérieur qu'en sens in- verse.
En raison du renouvellement des gaz par introduction d'une nouvelle quantité dans le circuit, la quantité de gaz insufflée est plus grande que colle aspirée de cette étape. L'excédent passe au niveau II. Le compartiment supérieur du corps creux peut ser- vir à l'admission du gaz à ce niveau II. La forme du corps creux installé dans la gaine peut être très variable, parabolique, cylin- drique, conique ou résultant de toute espèce de combinaison de ces formes de base.
Aux points de passage des gaz peuvent se trouver, en général, des perforations qui sont plus fines que les plus petites particu- les de granulés, des perforations plus grosses habillées en consé- quence d'une toile de tamis ou des troncs de cônes superposés sui- vant un certain espacement et se recouvrant à la manière d'écailles.
A l'extrémité inférieure du séchoir se trouve un dispositif doseur, par exemple, un distributeur par roue à augets ou un trans- porteur à vis d'Archimède, ou le raccordement à une machine de transformation rattachée à ce dispositif de séchage. Le réglage du débit en granulés s'effectue par l'installation mécanique rac-
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cordée au séchoir.
Diverses formes de réalisation de l'invention sont représentées à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés.
La fige 1 représente une coupe diamétrale ùu dispositif montrant l'emplacement des organes qui y sont logos et le sens de circulation des oourants gazeux.
La fig. 2 représente le corps de refoulement cylindrique sus- pendu dans l'étape I.
La fig. j représente le corps de refoulement avec passage axial.
La fige 4 montre l'installation à troncs de cônes superposés et le silo à granulésmonté au-dessus.
Les fige 5 et 6 montrent le corps de refoulement au niveau III et les différentes variantes do réalisation.
Les fige 7 et 8 montrent le corps de refoulement au niveau I dans les différentes variantes de réalisation suivant l'exemple 4.
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h'xoMPle 1 (fir:. 1)
Dans une gaine 1 enveloppée d'une nasse isolante et munie de tubulures' de remplissage, un corps creux 4 est, au niveau I, mort- té sur un tuyau 3 d'admission de gaz. ,La face supérieure 5 du corps creux 4 est perforée. Un courant de gaz chaud parvient par ce tuyau 3, par ce corps creux 4, en passant à travers la couche
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de granulés aans un espace creux 1 U ,de la gaine. En m6me temps, du gaz chaud provenant des niveaux II et III afllue dans ledit espace qreux 10 en passant par la fente annulaire du niveau I.
Venant du niveau I de séchage, le gaz est aspiré au moyen de la pompe rotative 14 en passant par la canalisation 12 et par le dépoussiéraur 13. Une partie de ce gaz revient ensuite, comprimé par la pompe rotative, et en traversant l'échangeur de chaleur 15 dans le niveau 1 du séchoir. La quantité restante est conduite par la canalisation 29 munie d'un robinet 28 à l'entrée de la soufflerie 26. En le faisant passer par l'échangeur de chaleur 24, ' celle-ci comprime, dans l'organe distributeur de gaz 19 du ni- veau II du échoir, un mélange gazeux constitué par le gaz recy- clé du niveau I et par un supplément de gaz séché. Par le robi- net de purge 25 s'échappe une quantité de gaz qui correspond à celle du supplément de gaz séché.
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La pompe rotative 36 aspire du gaz chaud au niveau Il! par l'intermédiaire du compartiment annulaire 21 et par la canalisa- tion 34 dans laquelle on introduit encore un supplément de gaz séché, elle comprime ces gaz dans l'échangeur de chaleur 33 et dans l'organe distributeur de gaz 20 au niveau III du séchoir.
En passant par les niveaux II et I, une partie de ce gaz afflue dans l'espace creux supérieur du séchoir. La quantité de gaz sec ajoutée et l'humidité du gaz pour les niveaux II et III peuvent être influencées par les vannes 30 ou 32. Si l'on emploie do l'air comme moyen de séchage, une partie de l'air ambiant peut être aspirée par la pompe rotative 26 âpres être passée par le filtre
27 et la vanne 23.
Exemple 2 (fig. 2)
Au niveau I du séchoir à gaine verticale 1, un corps creux
6 ou corps de refoulement est réglable en hauteur par suspension à une tige. Lesgranule et le gaz sont, par ce corps creux, refou- lés du centre àe la gaine. Contrairement à l'exemple 1, il n'y a pas ici de circuit de gaz distinct pour le niveau I. La forte irrigation ne s'effectue que par la montée du gaz des niveaux II et III, en combinaison avec la réduction par le corps creux ou corps de refoulement 6 de la section d'écoulement. Les autres agencements des pièces du dispositif et le mode de fonctionnement de celui-ci sont les mêmes qu'à l'exemple 1.
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E ,xemple 3 (f1. 3) . Cet exemple ce distingue de l'exemple 2 uniquement en ce que le corps de refoulement installé au niveau I est ici d'une forme différente, les granuleset le gaz ne pouvant se déplacer à tracera le corps creux 7 que nar une faible section au centre do la gaine.
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Exemele 4 (fi<..-4) Au-dessus de la gaine 1 est installé un fût 17 dans lequel E8 gran\üsamorpheBcm. ,mngasin pour le s3chage. Oe fat 17 est isolé de la gaine 1, ce qui est nécessaire pour qu'en raiaon 'de la conductibilité calorifique, il ne se produise pas d'agglomé-
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ration ces granul6edans le silo. Un corps de rfoulananf est instal- lé au niveau I au centre de la gaine. Il est constitué par plu- sieurs troncs de canes disposée les uns au--dessus des autres et suivant un certain espacement, De même, des fronça de cônes 9 sont
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appliqués à la paroi de la gaine suivant un montage en écailles.
Entre ces cônes, se trouvent des passages libres allant de l'inté- .riour du corps de refoulement 8 vers la couche de granules ou, respectivement, de la couche de granule vers le compartiment annu- laire 10a. En raison de la délimitation latérale en forme d'écail- les de la couche de granulés et d'un fort rétrécissement de la sec- tion du passage des granulés et de l'air à l'extrémité du niveau I, il se produit un faible déplacement relatif des particules de granulésentre elleo lors du. passage au niveau I. Le corps de re- foulement 8 est soumis à des vibrations longitudinales par un ex- citateur 18. Venant d'un circuit de gaz chaud pour le niveau I, suivant l'exemple 1, le gaz est envoyé sous pression, par la cana- lisation 16 et le corps creux 6, dans la couche de granulée.
Les granuléssont, en outre, traversas au niveau I par le gaz montant des niveaux II et III. Tout le gaz provenant du niveau 1 est aspiré et passe par la chambre annulaire 10a et par la canalisa- tion 12a, les autres agencements des pièces du dispositif et le mode opératoire étant les mêmes qu'à l'exemple 1.
Dans le traitement de granules de polyesters mesurant 2 x 4 x 4 mm présentant une humidité initiale d'environ 0,4 et un degré initial de cristallisation d'environ 10 %, on obtient, en utilisant l'air comme agent de séchage, les résultats suivants indiqués par le
Tableau I en recourant au procédé et au dispositif proposés sui- vant les exemples 1 à 4 pour le séchage de granulés ae hauts polymères linéaires synthétiques qui, par chauffage, passent momen- tanément dans un état plastique.
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TABLEAU 1
EMI14.1
<tb> (2) <SEP> (il
<tb>
EMI14.2
t2 t3 PH20 PH20 -' 1/2 + 3 ? F
EMI14.3
<tb> en <SEP> 00 <SEP> en <SEP> C <SEP> en <SEP> mm <SEP> Hg <SEP> h <SEP> en <SEP> 56 <SEP> en <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> 160 <SEP> 160 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 3 <SEP> 42,7 <SEP> 0,007
<tb> 160 <SEP> 160 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> 42,7 <SEP> 0,001
<tb> 150 <SEP> 150 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 41,0 <SEP> 0,012
<tb> 150 <SEP> 150 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 2 <SEP> 41,0 <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> 150 <SEP> 180 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> + <SEP> 0,3 <SEP> 46,3 <SEP> 0,002
<tb> 150 <SEP> 180 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> + <SEP> 0,3 <SEP> 46,3- <SEP> 0,003
<tb> 140 <SEP> 200 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> + <SEP> 0,2 <SEP> 50,7 <SEP> 0,004
<tb>
Tableau dans lequel représentent : : t2 :
la-température des gaz insufflés au niveau II. t3 : la température des gaz insufflés au niveau III.
(2) PH2O : la pression partielle de la vapeur d'eau dans les gas insufflés au niveau II.
PH2O : la pression partielle de la vapeur d'eau dans les gaz insufflés au niveau III.
#1/2 1 la durée de passage des granulés dans les niveaux 1 et
II.
#3 : la durée de passage des granulés dans le niveau III. elle degré de cristallisation des granulés après séchage.
@ i le taux d'humidité restante des granulée après leur séchage.
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Process and device for drying granules of high linear synthetic polymers, in particular granules of
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ptlyonters (Invention of Gunther SCHROTE9 Ernst-Otto 8CHMàLz, Gerhard BUSCHMANN, Ernst VIESENER9 Hans-Joachia 8TOIZ and Gunther SCHULZ).
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The present invention relates to a method and a device for drying granules of high synthetic linear polymers, in particular polyester granules, which, if heated, pass for a certain time in the plastic state and which must present, for their further processing, a suitable crystalline streak and a low remaining humidity.
For these drying treatments, temperatures of a degree such that, on the one hand, are generally chosen. the substances are not altered and, on the other hand, the drying takes place as quickly as possible. For reasons of economy, for this purpose, and depending on the possibilities, air is used as the drying medium. At the high temperatures necessary for this purpose, some high polymers, such as polyethylene glycol terephthalate, pass into plastic states where they then tend to agglomerate and stick to parts of the processing device.
This softening during heating can have different causes!
In the case, for example, of polyethylene glycol terephthalate granules, this temporary plastic state results from the fact that these granules are subjected to drying by introduction into the dryer in the amorphous state but that due to the 'rise in temperature, they soften from about 90 ° C. and that after a certain time., due to changes in their internal structure, they pass into a state where, up to a higher temperature. higher at 200 C, they no longer exhibit such plasticity. The appearance of intermediate plastic states can cause joining phenomena throughout the material.
For this reason, the types of dryers and drying methods known for bulk, granular or powdery goods cannot generally be used if rational drying of materials of this nature is to be achieved.
Methods for drying such granules have already been proposed. They comprise two stages, a partial crystallization and the actual drying, a preliminary drying thus being able to take place during the crystallization stage. For the execution of these different operating steps, partly continuous and partly discontinuous, we have prepared almost exclusively
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positive in separate units.
The partial crystallization is then always carried out in such a way that after this step, there are no agglomerates and that the granules are at least sufficiently crystallized so that thereafter, by a small relative displacement of the material. in bulk, they can be dried by circulating gas at a relatively high temperature without causing collusion or agglomeration.
It has already been proposed to ensure partial crystallization by circulating hot gases in a layer of granules so that, due to the circulation of air, the height of the layer is doubled and that ae produce a strong relative displacement with mixing of the granules, at least 50% of these must always be in a partially crystallized state in the fluidized layer, ie maintained in turbulence by the weighing of the air.
In addition, a process is known according to which the granules can be brought to the oritic state by passing hot gases through a turbulence dryer not provided with a grid. In addition, it has been proposed to carry out the partial crystallization by treatment of the granules with hot gases in rotary drums rotating along an inclined (continuous process) or horizontal (batch process) axis and in baffles. According to another known method, the granules are treated, in a first step, with a relatively small displacement, with blowing agents (eg water vapor, toluene, etc.) and gases. hot.
For the implementation of this process, it has been proposed belt conveyors or Archimedean screw in which the granules circulating therein are treated with blowing agents, very hot gases then passing through the bulk material. It has also been described a device consisting of a vertical cylindrical pipe through which slowly move the granules accumulated in a dense and compact mass, water vapor being introduced as a swelling agent at the upper part of this. pipe and very hot gases being injected from below.
All the aforementioned methods and all the devices for their implementation have the drawback of requiring a significant expenditure in material, in particular as regards the size and
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complexity, and forcing a lot of space and consuming a lot of energy. If continuous turbo dryers are used for partial crystallization or for drying, varying effects of crystallization or drying may occur due to the irregularity of the passage time. .
The only way to prevent these differences or to compensate for them consists in prolonging the average passage time, which of course leads to a reduction in the efficiency of the device and, in certain cases, to deterioration of the granules by oxidation and increased wear by friction. In addition, in all of the above processes, great difficulties arise if higher temperatures are to be applied for the desired degree of crystallization than for the final drying.
The difficulties arising from the risk of deterioration by oxidation and by thermal effect can only be avoided by a further increase in the material expenditure, for example the installation of an intermediate cooling zone or the implementation of a relatively expensive inert gas, eg nitrogen, instead of air. In processes where blowing agents are employed, the entire contents of the dryer become unusable if the inlet of the blowing agent should be momentarily lacking.
The object of the invention is to develop a method and a device for its implementation and which make it possible to avoid the aforementioned drawbacks.
The problem posed by the invention consists in discovering a process and suitable devices which ensure the continuous crystallization and the drying of granules which tend to stick together, these operations being carried out without the incorporation of rotating members and without employment. swelling agents following as short a path as possible, avoiding any deterioration by thermal action or by oxidation and maintaining the most advantageous final parameters for subsequent processing.
The process according to the invention for the drying of granules of high synthetic linear polymers, in particular of granules of polyesters, which temporarily pass to the plastic state if they are heated, this characterized in that it is carried out continuously in - simple installation with the use of a vertical duct dryer
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wedge insulated and / or heated by double jacket and comprising only stationary linings or immobile and vibrating linings, or addition of swelling agents in direct contact of the granules with hot air or hot inert gases, simply called " gas "in what follows, the process being divided into three stages: - stage 1: partial crystallization - stage II: drying - stage III:
completion of drying and final crystallization with homogenization.
In all c3 stages, the flow rate of the granules is determined directly only by a metering device connected to the outlet of the dryer or by the processing machine installed after the dryer.
It has in fact been observed that the partial crystallization, carried out with a view to obtaining granules which remain well capable of trickling down a chute during a subsequent treatment with gases at high temperatures, can be obtained by using, in a vertical duct dryer, a hollow body with inclined perforated surface on which slides slowly, in a layer of low height, the introduced granules, the very hot gas supplied from the outside to this passing hollow body bulk material so as to achieve significant disintegration without turbulence or by installing, in a vertical duct dryer, a hollow body which, over a low height in the duct, ensures a certain reduction in the section allowing passage to hot gas granules,
circulating from bottom to top in stages II and III, this reduction being such that, either because of the strong circulation in the constriction zone, there occurs without turbulence or mixing a significant disintegration and that the granules migrate continuously - through this layer, or that, in this constriction zone, ee produce a very strong formation of pockets or fountains, less than 50% of the mass of granules participating in this large displacement being able to be in a partially crystallized state and the granulate continuously passing through this zone, or else a hollow organ is installed in the vertical sleeve dryer and allows a process to be carried out which results from the combination of the other two described above.
We also have
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found that partial crystallization can also be obtained. desired by causing a strong current of very hot gases to pass through a dense layer of granules under pressure, relatively small displacements, relative to each other, of the particles of the mass of granules occurring, during slow circulation and continue these at level 1, due to the special shape of the parts of the device which laterally unbind the layer, some of these parts being able to be made to oscillate or vibrate to aid in the circulation of the granules. at this level or, respectively, pour.désagréger d3 small agglomerates possibly formed.
The necessary pressure can be ensured, for example, by the weight of the granules stored in the vertical duct dryer and above level I. In this case, this vertical dryer also comprises a silo for granules.
The hot gases not only serve as a peddling agent but also serve to entrain the abrasive and pulverulent particles which are loosened. of dust removal of the granules, considered as a side effect, is more important in the realization of the partial crystallization in the disintegrated state or in the case of an important formation of pockets and fountains, than in that of the crystallization by dense mass flow .
The drying, i.e. the second step of the process, can be carried out by hot gases in continuously operating vertical duct dryers of a type known for drying bulk materials and good runoff.
For the end of the drying and of the crystallization with homogenization, gases heated to a temperature which is equal to or greater than that prevailing at level II are circulated in a layer of granules under pressure. During this step, the granules circulate continuously. The passage time is short compared to that of the passage of stage II. In order to obtain an efficient drying which does not damage the granules, it is advantageous to use, in step III, partially or completely dried gas. The use of preheated gas in step II is also advantageous, but not absolutely necessary.
In carrying out the process according to the invention or the device for carrying it out, various variants are possible.
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Variants in step I:
1. In the axis of the sheath is a hollow body such as a single or double cone, the upper surface of which is perforated.
The granules are introduced in the center and slide into the sheath following the slope of the inclined surface. The hot gases circulating in a closed circuit and coming from the hollow body pass through the bulk product which is strongly broken down and heated quickly. The hot gases sent for stage 1 in a system consisting essentially of a suction line, the dust collector, the rotary pump, the heat exchanger and the pipe intake to the hollow body do not need to be dried beforehand.
The hot gas circuit of step I is constantly renewed by the gases rising from levels II and III passing through the circular slot between the inserted hollow body and the wall of the duct. A corresponding quantity of gas escapes from the circuit and can be reused in part at stage II after renewal with dry and heated gas. To keep the overall energy requirement lower, the flow rate of hot gases in stage I of the circuit must be 1.5 to 4 times greater than that of the resulting hot gas supply at stages II and III.
2. In the axis of the sheath, a delivery body such as, for example, a paraboloid surronted by a cone, an ellipsoid, a cylinder with a circular base and surmounted by a cone, etc., is installed. , with or without ribs or spacers, in the zone corresponding to level I. It discharges towards the wall of the receptacle the stream of hot gas coming from the bottom, so that between it and the walls of the dryer 6n sheath is disaggregated, without turbulence or mixing, a piling up of granules or that there is an important displacement of the granules by formation of pockets or fountains.
To adapt the volume of the mass of granules in the dryer to the desired duration of passage through it and in relation to the flow rate, the delivery body can be moved in the vertical direction or use delivery bodies of different sizes. lengths. This delivery body can also be for example in the form of a double cone in combination with an annular hollow body fixed at height.
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suitable on the duct wall. By moving the delivery body in height, while the annular hollow body remains fixed against the wall, the area of the section available for the passage of the 3ranule and the gases is then varied.
The hot gas leaving the dryer can be reused to obtain only a low energy consumption in part after dust removal, replacement by dry gas and heating for drying at the level of the dryer. 'stage II.
3. It is also advantageously possible to use a discharge body which throttles the hot gas flow in the center and which produces the formation of pockets without turbulence or mixing in the cylindrical or almost cylindrical part of the constriction. or fontaines, or the piling of the granule into a strongly disintegrated layer. The delivery body can also 8tre adjustable in length by telescopic interlocking and it is also possible to use delivery bodies of different lengths. Due to the re-use of the hot gases coming out of the dryer, the solution given under 2. is the best.
The adoption of variants 2 and 3 dispenses with the use of a separate hot gas circuit for stage I so that, compared to variant 1, the material expenditure is lower and the conducting the treatment is simpler.
4. The delivery bodies indicated under 2. can also be perforated at their top and be connected to a hot gas circuit. If the packing stage is kept at an appropriate level, the partial crystallization on the perforated surface, as described under 1., begins on the perforated surface and continues in the reduced soction zone for the passage of the gas. granule and hot gases rising from levels II and III as explained under 2.
5. In case the partial crystallization is to take place in a dense and continuously moving granule layer under a certain pressure, a hollow body should be installed axially in the duct dryer. The wall shape of the duct must be combined with that of the built-in hollow body in such a way that, due to the changing flow cross-section,
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Along step I, the result, during the passage of step I, is a small, although sufficient, relative displacement of the granulated particles.
There is shown, in FIGS. 6, 7 and 8, some embodiments for the sheath and for the hollow body in the zone corresponding to level I. To reach the suitable pressure, the weight of the granules stored in the silo can be taken advantage of. above level I. Oven to promote a perfect flow of the granules or to break up the relatively small agglomerates, the hollow body or a part introduced in addition into the zone of step 1 (fig. 7) can be put into vibration. hollow body inserted in the zone of stage I, the rise of the hot gases of stages II and 111 ensures, in combination with the reduction of the flow section, a strong irrigation of the column of granules.
The hot gas can be drawn in at the upper end of step 1 through appropriate perforations made. ns the wall of the sheath or on the hollow body. This strong irrigation can also be effected by the superposition of two partial flows, on the one hand, the hot gas rising almost vertically from stages II and III and, on the other hand, a partial flow directed almost horizontally and resulting penetration under pressure of the hot gas in stage I through perforations in the hollow body or in the wall of the sheath. The suction of all the hot gases is then carried out as a function of the introduction, on the wall of the sheath or on the crux body, of this stream directed almost horizontally.
The explanations given under 1. are valid for the conduct of the additional gas blown in and all the gas sucked in.
In any case and for example with regard to the arrangement of the suction device, it must be ensured that hot air does not enter the silo and that the latter is isolated from step 1 so that Orne granules with a temperature above 8020 are only found in stage I. The appearance of plastic states cannot then give rise in the silo to the formation of vaults and an admission can be expected. perfect these granules in step 1 according to the withdrawal at the outlet of the dryer.
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Variants in stage II
For drying at this level, recourse may be had to processes and to duct dryers known for the treatment of loose, powdery or granular materials and of good runoff ability. To this end, the granules are licked by hot gases which are partly brought directly from the outside to step II and partly overflowing from step III.
Variants in stage III
1) In the lower part of the duct dryer, there is axially a hollow body which is optionally divided into cough compartments. The lower compartment is on level III and part of its surface is perforated. The admission or evacuation of hot gases is effected through tubular conduits through the hollow body and through these perforations. The hot gases flow almost radially through the layer of granules. The outer wall of the dryer is pierced with holes and an annular compartment is connected by a tubular pipe to a hot gas circuit. Hot gases can flow through the layer of granulate both from the outside to the inside and back.
Due to the renewal of the gases by introducing a new quantity into the circuit, the quantity of gas blown in is greater than the glue sucked from this step. The surplus goes to level II. The upper compartment of the hollow body can be used to admit gas at this level II. The shape of the hollow body installed in the duct can be very variable, parabolic, cylindrical, conical or resulting from any kind of combination of these basic shapes.
At the gas passage points there can be found, in general, perforations which are finer than the smallest particles of granules, larger perforations dressed as a consequence of a sieve cloth or trunks of superimposed cones. spaced apart and overlapping like scales.
At the lower end of the dryer is a metering device, for example a bucket wheel distributor or an Archimedean screw conveyor, or the connection to a processing machine attached to this drying device. The pellet flow rate is adjusted by the mechanical coupling system.
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corded to the dryer.
Various embodiments of the invention are shown by way of non-limiting examples in the accompanying drawings.
Fig. 1 represents a diametral section through the device showing the location of the organs which are logos therein and the direction of circulation of the gas flows.
Fig. 2 shows the cylindrical delivery body suspended in step I.
Fig. j represents the delivery body with axial passage.
Fig. 4 shows the stacked cone trunks installation and the pellet silo mounted above.
Figs 5 and 6 show the delivery body at level III and the various variants of the embodiment.
Figures 7 and 8 show the delivery body at level I in the different variant embodiments according to Example 4.
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h'xoMPle 1 (fir :. 1)
In a sheath 1 surrounded by an insulating trap and provided with filling pipes, a hollow body 4 is, at level I, dead on a gas inlet pipe 3. , The upper face 5 of the hollow body 4 is perforated. A stream of hot gas arrives through this pipe 3, through this hollow body 4, passing through the layer
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of granules aans a hollow space 1 U, the sheath. At the same time, hot gas from levels II and III flows into said mineral space 10 through the annular slot of level I.
Coming from drying level I, the gas is sucked by means of the rotary pump 14 passing through the pipe 12 and through the dust collector 13. Part of this gas then returns, compressed by the rotary pump, and passing through the exchanger. heat 15 in level 1 of the dryer. The remaining quantity is conducted through line 29 provided with a valve 28 at the inlet of the blower 26. By passing it through the heat exchanger 24, the latter compresses, in the gas distributor member 19. of level II of the rack, a gaseous mixture consisting of the recycled gas of level I and an additional dried gas. A quantity of gas escapes through the purge valve 25 which corresponds to that of the additional dried gas.
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The rotary pump 36 sucks hot gas at level II! through the annular compartment 21 and through the pipe 34 into which a further supplement of dried gas is introduced, it compresses these gases in the heat exchanger 33 and in the gas distributor member 20 at level III of the dryer.
Passing through levels II and I, part of this gas flows into the upper hollow space of the dryer. The amount of dry gas added and the humidity of the gas for stages II and III can be influenced by valves 30 or 32. If air is used as the drying medium, some of the ambient air may be used. be sucked in by the rotary pump 26 years after passing through the filter
27 and the valve 23.
Example 2 (fig. 2)
At level I of the vertical duct dryer 1, a hollow body
6 or delivery body is adjustable in height by suspension from a rod. The granule and the gas are, by this hollow body, forced back from the center to the sheath. Unlike example 1, there is no separate gas circuit here for level I. The strong irrigation is only carried out by the rise of gas from levels II and III, in combination with the reduction by the hollow body or delivery body 6 of the flow section. The other arrangements of the parts of the device and the mode of operation of the latter are the same as in Example 1.
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E, xample 3 (f1. 3). This example differs from Example 2 only in that the delivery body installed at level I is here of a different shape, the granules and the gas not being able to move to trace the hollow body 7 except for a small section in the center. do the sheath.
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Example 4 (fi <..- 4) Above the sheath 1 is installed a barrel 17 in which E8 gran \ üsamorphheBcm. , mngasin for drying. Oe fat 17 is insulated from the sheath 1, which is necessary so that, due to the heat conductivity, no agglomeration occurs.
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ration these granules in the silo. A rfoulananf body is installed at level I in the center of the duct. It is made up of several trunks of canes arranged one above the other and following a certain spacing. Likewise, cones 9 are gathered.
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applied to the wall of the sheath following a scale assembly.
Between these cones there are free passages running from the interior of the delivery body 8 to the granule layer or, respectively, from the granule layer to the annular compartment 10a. Due to the sideways scaled delineation of the granule layer and a strong narrowing of the section of the passage of granules and air at the end of level I, a low relative displacement of the elleo granule particles during. passage to level I. The delivery body 8 is subjected to longitudinal vibrations by an exciter 18. Coming from a hot gas circuit for level I, according to example 1, the gas is sent under pressure , through pipe 16 and hollow body 6, in the layer of granulate.
The pellets are, moreover, passed through to level I by the rising gas from levels II and III. All the gas from level 1 is sucked in and passes through annular chamber 10a and through line 12a, the other arrangements of the parts of the device and the procedure being the same as in Example 1.
In the processing of polyester granules measuring 2 x 4 x 4 mm having an initial humidity of about 0.4 and an initial degree of crystallization of about 10%, using air as a drying agent, the results are obtained. following results indicated by the
Table I using the method and apparatus proposed according to Examples 1 to 4 for drying granules of high linear synthetic polymers which, on heating, temporarily pass into a plastic state.
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TABLE 1
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<tb> (2) <SEP> (he
<tb>
EMI14.2
t2 t3 PH20 PH20 - '1/2 + 3? F
EMI14.3
<tb> in <SEP> 00 <SEP> in <SEP> C <SEP> in <SEP> mm <SEP> Hg <SEP> h <SEP> in <SEP> 56 <SEP> in <SEP>% <SEP >
<tb>
<tb> 160 <SEP> 160 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 3 <SEP> 42.7 <SEP> 0.007
<tb> 160 <SEP> 160 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> 42.7 <SEP> 0.001
<tb> 150 <SEP> 150 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 2 <SEP> 41.0 <SEP> 0.012
<tb> 150 <SEP> 150 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 2 <SEP> 41.0 <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> 150 <SEP> 180 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> + <SEP> 0.3 <SEP> 46.3 <SEP> 0.002
<tb> 150 <SEP> 180 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> + <SEP> 0.3 <SEP> 46.3- <SEP> 0.003
<tb> 140 <SEP> 200 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> + <SEP> 0.2 <SEP> 50.7 <SEP> 0.004
<tb>
Table in which represent:: t2:
the temperature of the gases blown in at level II. t3: the temperature of the gases blown in at level III.
(2) PH2O: the partial pressure of the water vapor in the gases blown to level II.
PH2O: the partial pressure of water vapor in the gases blown at level III.
# 1/2 1 the duration of the passage of the granules in levels 1 and
II.
# 3: the duration of the passage of the granules in level III. it degree of crystallization of the granules after drying.
@ i the moisture content remaining in the granules after drying.