Die vorliegende Erfindung betrifft- ein Verfahren zum mechanischen Entwässern und anschliessenden thermischen Trocknen von körnigen Feststoffen, bei welchen das Verhältnis von Feststoffgewicht zu Wassergewicht grösser als 1 : 50 ist, insbesondere synthetischen Spinnfaser-Rohgranulaten, die Wärme gespeichert haben, ein Temperaturgefälle vom Kern zur Oberfläche und einen temperaturabhängigen Diffusionskoeffizienten besitzen.
Weiter betrifft die Erfindung eine Zentrifuge zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, mit einem Wasserabtrennsystem mit zwei um eine lotrechte Achse rotierenden, parallel zueinander angeordneten Planscheiben und zwischen den Scheiben befindlichen Siebsystemen.
Es gibt Kunststoff-Granulate, die im Temperaturbereich um 1000 C schnell, das heisst in Bruchteilen von Sekunden, Wasser aufnehmen. Hierzu zählen beispielsweise Polyamid-, Polyester- und PVC-Typen. Dieses eindiffundierte Wasser stört erheblich die Weiterverarbeitung dieser Rohgranulate und muss daher in nachgeschalteten technisch aufwendigen thermischen Trocknungsanlagen wieder entfernt werden.
Dieses Verfahren ist sehr zeitraubend und damit kostenaufwendig. Um den schädlichen Einfluss von Sauerstoff auszuschalten, muss bei den bekannten Verfahren die Trocknung in Gegenwart eines Schutzgases vorgenommen werden. Ein mechanischer Angriff auf das Granulat ist während dieser Trocknung unvermeidlich, weil der Trocknungsprozess länger als 30 Stunden dauert und eine ständige Bewegung des Trockengutes, das heisst also der Granulate, erfordert. Bei den bekannten Trennverfahren, mit Schwingsieben, Bogensieben oder anderen Siebeinrichtungen, vergeht eine Zeit von 5 bis 20 Sekunden, ehe nach Abführen des Schwallwassers das Zwickelwasser ausgetrieben werden kann. Da das Granulat im Kern noch über 1000 C warm ist, wird der Wasserfilm schnell aufgeheizt, und die auf 40 bis 600 C abgekühlte
Granulatoberfläche wird wieder auf eine Temperatur von über 800 C gebracht.
Bei dieser Temperatur und darüber erfolgt aber die Wasseraufnahme 100mal schneller als bei der niedrigen Temperatur. Bei den bekannten Trennverfahren ist das Eindiffundieren von Wasser in das Granulat unvermeidlich. Bei noch vorhandenen grossen Mengen Schwallwasser besteht die Gefahr des Eindiffundierens nicht, weil die Temperatur der Granulatoberfläche durch dieses Schwallwasser niedrig gehalten wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, zu vermeiden, dass das Restwasser nach dem Abführen des Schwallwassers in die körnigen Feststoffe bzw. in das Granulat eindiffundiert.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende hintereinander ohne zeitliche Abstände durchgeführte Arbeitsschritte: a) ca. 97-98 O/o des Wassers wird als Schwallwasser mit geringen Massenkräften von den körnigen Feststoffen getrennt; b) ca. 1,5-2,8 0/0 des Wassers wird als Zwickelwasser mit grossen Massenkräften von den körnigen Feststoffen getrennt; c) 0,5-0,2 O/o des Wassers wird als Adhäsionswasser durch Verdunstung von den körnigen Feststoffen getrennt, wobei gleichzeitig die Oberflächentemperatur der körnigen Feststoffe durch Entzug von Verdunstungswärme weiter herabgesetzt wird.
Unter Schwallwasser ist eine unregelmässig grosse fliessende Wassermenge zu verstehen. Wenn man beispielsweise einen mit Wasser gefüllten Eimer schnell von Hand auskippt, dann gibt es einen Wasserschwall. Im vorliegenden Falle kommen auf 50 Teile Wasser nur ein Teil Feststoffe.
Mithin kann der überwiegende Teil dieses Wassers als Schwallwasser bezeichnet werden, im Gegensatz zu dem nachfolgend beschriebenen Zwickelwasser und Adhäsionswasser bzw. Haftwasser.
Unter Zwickelwasser ist folgendes zu verstehen: Ein Zwickel ist normalerweise ein kegelfärmiger Hohlraum. In einem Haufwerk von unregelmässig geformten Körpern entstehen an den Berührungsstellen viele solche Zwickel. Wegen der grösseren umgebenden Oberfläche wird an diesen Stellen mehr Wasser gehalten, als an der freien Oberfläche der unregelmässig geformten Körper. Das in den Zwickeln befindliche Wasser bezeichnet man als Zwickelwasser .
Adhäsionswasser , oder man kann auch Haftwasser sagen, haftet an der Oberfläche der Festkörper bzw. des Granulats und kann nicht mechanisch entfernt werden.
Zwischen der Abführung des Schwallwassers und des Zwickelwassers sowie des Umspülens mit Kühl- oder Trockengas, werden zeitlich keine Abstände gelegt, das heisst, die Übergänge zwischen den einzelnen Arbeitsschritten liegen in der Zeit null. Bei dieser Massnahme wird die Kühlwirkung und damit die Verhinderung des Temperaturanstieges bzw. die gesteigerte Wärmeaufnahme des Schwallwassers durch das Kühl- und Trockengas ersetzt.
Bei der Trennung dieser grossen Wassermenge bietet sich von vornherein der Siebeffekt an. Um zu kurzen Trennzeiten für das Schwallwasser zu gelangen, muss mit grossen Sieb Anstromgeschwindigkeiten gearbeitet werden.
Um grosse Massenkräfte am Zwickelwasser wirken zu lassen, müssen die mit Zwicltelwasser behafte en Granulate einer grossen Beschleunigung bzw. grossen Verzögerung ausgesetzt werden. Da die Verdunstung des Adhäsionswassers in kurzer Zeit durchgeführt werden muss, ist eine grosse Relativgeschwindigkeit zwischen Gas und Granulat erforderlich.
Diese gestellten Forderungen lassen sich vorteilhafterweise mit einer Zentrifuge erfüllen. Die bekannten Zentrifugen erfordern wegen der grossen Schwallwassermenge eine Vorabscheidung dieses Schwallwassers. Dies hat wiederum den Nachteil, dass das Restwasser nach dem Abführen des Schwallwassers in das Granulat eindiffundiert.
Die erfindungsgemässe Zentrifuge ist dadurch gekennzeichnet, dass die Siebsysteme nicht miteinander kommunizierende Kanäle bilden, die je annähernd zickzackförmig in radialer Richtung angeordnet sind.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Zentrifuge beschrieben, wobei gleichzeitig das erfindungsgemässe Verfahren ebenfalls beispielsweise erläutert wird.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie I-I in Fig. 2,
Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 in.grösserem Massstab,
Fig. 3 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie III-III in Fig. 1 in kleinerem Massstab,
Fig. 4 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie IV-IV in Fig. 1.
In einem feststehenden Zentrifugengehäuse 1 ist ein rotierendes Wasserabtrennsystem 2 angeordnet. Dieses Abtrennsystem 2 besteht im wesentlichen aus einer oberen Planscheibe 3, einer unteren Planscheibe 4 und zwischen diesen Scheiben angeordneten Siebsystemen 5. Dieses Ab trennsystem 2 ist mit einer lotrechten Zentrifugenwelle 6 verbunden, die in Lagern 7 abgestützt ist. Die Lager befinden sich in einem Lagergehäuse 8, das an dem Zentrifugengehäuseboden 10 befestigt ist. Angetrieben wird das Abtrennsystem 2 über eine Riemenscheibe 9. Weiter ist das feststehende Zentrifugengehäuse 1 mit Gehäusestützen 11 versehen.
Jedes der Siebsysteme 5 besteht im wesentlichen aus Siebflächen 13 bis 15, Prallflächen 16 und 17 sowie den Leit flächen 18 bis 21 (Fig. 2). Diese Flächen eines Siebsystems 5 bilden jeweils einen zickzack-förmig verlaufenden Kanal 12.
Die jeweils dem Zentrifugen-Mittelpunkt am nächsten liegende Prallfläche 16 ist als Sieb ausgebildet. Die Siebflächen 13 bis 15 sind in radialer Richtung auf mehreren Kreislinien hintereinander angeordnet, wobei die Siebflächen 13 bis 15 vertikal angeordnet und von ihrem Ansatzpunkt A der betreffenden Kreislinie K zur zugehörigen Tangente T entgegengesetzt der Drehrichtung D um den Winkel a geneigt sind. Die Siebflächen 13 bis 15 sind so geneigt, dass sie zu den Tangenten T einen Winkel a = 300 bilden. Die Prallflächen 16 und 17 sind nahezu quer zu den Siebflächen 13 und 14 angeordnet. Im Bereich der Siebflächen 13 bis 15 und der Prallflächen 16 und 17 sind die wasserundurchlässigen Leitflächen 18, 19, 20 und 21 vorgesehen, so dass hierdurch der zuvor erwähnte zickzackförmige Kanal 12 gebildet ist.
Die Leitfläche 19 ist beispielsweise so angeordnet, dass sie den Endpunkt 22 der Siebfläche 13 und den Anfangspunkt 23 der Siebfläche 14 berührt.
Bei radialer Anordnung einer Siebfläche bildet die Ebene des Siebes zu den Tangenten auf dem Radius den Winkel von 900. Die Umfangsbeschleunigung wirkt in Richtung der Tangente und ist dem Radienzuwachs in der Zeiteinheit zugeordnet. Bildet aber die Siebebene einen Winkel zum Radius im Drehsinn, so wird der Winkel zur Tangente um diesen Neigungswinkel verkleinert. Im Extremfall könnte der Winkel zwischen Sieb ebene und Tangente null werden. Dabei erführe ein Granulatkorn auf dem Sieb keine Umfangsbeschleunigung, es würde auf dem Sieb ruhen und wäre nur einer reinen Zentripetalbeschleunigung ausgesetzt und der Wirkung entsprechender Massenkräfte.
Da die Granulate in Bewegung Reibung auf der Unterlage ausgesetzt sind, ist vorteilhafterweise der Tangens des Neigungswinkels a gleich oder grösser dem Reibwert des Granulates zu wählen.
Bei einem so angeordneten Siebkörper wirken auf die Granulate die Komponente der Zentripetalbeschleunigung, ausserdem die Komponente der Umfangsbeschleunigung, vermindert durch die Reibung der Granulate infolge der Bewegung auf dem Sieb. Damit wird die Komponente der Zentripetalbeschleunigung in der Wirkung auf das Granulat grösser. Würde der Neigungswinkel des Siebkörpers zur Tangente konstant gehalten, so müsste die Siebebene der Kurve einer Loxodrome folgen und die oben erwähnten Beschleunigungen und Massenkräfte blieben konstant. Die R adialgeschwindigkeit des Granulates wird durch Aufprall vernichtet, während die Tangentialgeschwindigkeit erhalten bleibt.
Die Prallflächen sind zur zugehörigen Tangente geringfügig in Drehrichtung geneigt, wodurch erreicht wird, dass das aufprallende Granulatteil entgegengesetzt dem Drehsinn geringfügig beschleunigt wird und damit auf die nächste Siebfläche wieder aufprallt. Bei diesem Aufprall wird dem Granulat wiederum eine gesteigerte Zentripetal- und eine neue Radialbeschleunigung mitgeteilt.
Das durch die Siebflächen 13 bis 15 hindurchgetretene Wasser darf nicht in das nächstfolgende Siebsystem eindringen. Aus diesem Grund sind in Drehrichtung gesehen vor den Siebflächen 13 bis 15 Trennwände 24 vorgesehen. Die Trennwände 24 verlaufen nahezu radial. Weitere Trennwände 25 sind am äusseren Umfang des Trennsystems kreisförmig ausgebildet und besitzen Austrittsöffnungen 26 für das getrocknete Granulat. Ferner sind Stützwände 27 für die Trennwände 24 vorgesehen. Das durch die Siebflächen 13 bis 15 hindurchgetretene Wasser wird durch Durchtritts öffnungen 28 bis 30 in der unteren Planscheibe 4 abgeführt.
Diesen Öffnungen 28 bis 30 sind Leitkegel 36 bis 38 zugeordnet, die in ihrer Höhe von innen nach aussen abnehmen (Fig. 1). Hierdurch können die einzelnen Wasserströme ungehindert in den Wasserauffangraum 43 des Zentrifugengehäuses 1 gelangen, ohne dass sie sich gegenseitig stören und damit unnötige Turbulenz innerhalb des Zentrifugengehäuses verursachen. Das abgeschiedene Wasser wird über einen tangential angeordneten Stutzen 44 abgeführt.
Oberhalb der oberen Planscheibe 3 ist mit dieser ein mit dem Trennsystem 2 umlaufendes Lüfterrad 31 befestigt, das mehrere radial verlaufende Kanäle 32 (Fig. 4) aufweist.
Einige dieser Kanäle sind mittels einer Kanalabschlusswand 33 verschlossen und bilden damit gleichmässig über den Umfang verteilte geschlossene Gaskanäle 32a und sind den äusseren Siebflächen 15 zugeordnet. Diese geschlossenen Gaskanäle 32a sind mittels Kanalöffnungen 34 in der Planscheibe 3 mit dem Siebraum 35 vor der äusseren Siebfläche 15 verbunden (Fig. 2). Ein über den Ansaugestutzen 45 angesaugtes Gas tritt durch eine Öffnung 51 in das Lüfterrad 31 ein und wird über die offenen Gaskanäle 32 (Fig. 4) in den Auffangkanal 39 des Zentrifugengehäuses 1 geleitet.
Dieses Gas, das schneller strömt als sich die Granulate bewegen, erfasst hier Linie aus den Öffnungen 26 (Fig. 2) ausgetragenen trockenen Granulate und trägt sie über eine tangentiale Austrittsöffnung 40 (Fig. 3) in einen Auslasskanal 41 und von dort zu einem tangential angeordneten Ausfallstutzen 42. Dabei werden die springenden Granulate fortwährend von Frischgas umströmt.
Auf diesem Weg wird das Granulat gleichzeitig gekühlt. Um eine ausreichende Kühlwiriwng zu erreichen, kann der Aus lasskanal 41 schneckenförmig angeordnet sein und zwei oder mehrere axiale Schneckengänge aufweisen. Der Wirkweg von Gas und Granulat wird damit verlängert. Ein Teil des angesaugten Gases geht in die geschlossenen Gaskanäle 32a (Fig. 4) und von dort über die Öffnungen 34 in die Siebräume 35 (Fig. 2). Zufolge der hohen Rotation des Trennsystems wird dieses Gas von den Siebflächen 15 erfasst und tritt durch diese hindurch und wird mit dem abgedunsteten Wasser durch die Öffnungen 30 in den Wasserfangraum 43 getragen.
Beim Durchtreten des Gases durch die Siebfiächen 15 wird auch das dort befindliche Granulat umspült und somit das Adhäsionswasser durch Verdunstung vom Granulat getrennt, wobei gleichzeitig die Oberflächentemperatur des Granulates durch Entzug von Verdunstungswärme weiter herabgesetzt wird.
Die obere Planscheibe 3 weist eine zentrale Öffnung 50 auf, in die ein mit dem Gehäuse 1 fest verbundenes Füllrohr 46 hineinragt (Fig. 1). Durch dieses Füllrohr 46 wird das Granulat-Wassergemisch dem Trennsystem 2 in freiem Fall zugeführt. Die untere Planscheibe 4 weist ebenfalls eine zentrale, kreisförmige Öffnung auf, in die ein Bodensieb 48 eingesetzt ist. Unterhalb dieses Siebes 48 befindet sich ein Abflusskanal 49, der dem Leitkegel 36 zugeordnet ist. Ein grosser Teil des zugeführten Schwallwassers verlässt bereits durch dieses Bodensieb 48 das Trennsystem, ohne dass das Schwallwasser in Rotation versetzt worden ist. Es wird somit ohne Energieaufwand wieder abgeführt.
Bei gewissen Granulaten ist es vorteilhaft, anstelle des mitrotierenden Bodensiebes 48 ein feststehendes kegelförmiges Sieb anzuordnen, dessen Spitze entgegengesetzt der Einfallrichtung angeordnet ist und mit seinem grössten Durchmesser die zentrale Öff- nung der unteren Planscheibe 4 abdeckt. Mit dieser gegen über dem Bodensieb 48 grösseren stillstehenden Siebfläche wird eine Beschleunigung des Schwallwassers vermieden.
Damit insbesondere bei Trennsystemen mit grösseren Höhen nicht nur die unteren Bereiche der Siebsysteme 5 beaufschlagt werden, ist in der unteren Öffnung des Füllrohres 46 ein Leitkörper 47 mittels Stegen 52 eingeschweisst, der für eine gleichmässige Beaufschlagung der Siebsysteme 5 sorgt. Dabei kann der Leitkörper 47 parabolisch geformt sein und auch mehrere übereinander angeordnete Ablaufstufen aufweisen, um damit eine noch weitergehendere Verteilung zu gewährleisten.
Das durch das Füllrohr 46 mit der Umfangsgeschwindigkeit null zentral einfallende Granulat-Wassergemisch strömt die quer zur Umfangrichtung stehenden Siebflächen 13 bis 15 mit grosser Relativgeschwindigkeit an. Die Reibungsbescnleu- nigung ist wegen der geringen Viskosität von Wasser und den kleinen Radialwegen vernachlässigbar klein. Ist die freie Siebfläche eines Siebes 13 bis 15 gross genug, so kann die Wassermenge auf Grund ihrer Trägheit durch das Sieb hindurchschlagen, ohne massgeblich beschleunigt zu werden.
Von einem raumfesten Punkt aus gesehen, strömt das Wasser beim Auftreten auf eine rotierende Planscheibe radial auseinander. Während sich die Planfläche zum Raum dreht, steht diese Strömungsebene aber im Raum still, so laufen die quer gestellten Siebflächen gegen das Wasser und durchschlagen es. Das Wasser kann nun auf kleinem Radius abgeführt werden. Die verhältnismässig groben Feststoffteile bzw. Granulate werden von den Siebflächen zurückgehalten und auf Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt. Da der erste Aufprall eines Granulates auf die Siebscheibe im Schwallwasser erfolgt, kann dieser Aufprall das Granulat wegen der Wasserumgebung nicht vollständig entwässern und die nachfolgende Umfangsbeschleunigung ist zu gering, um dem Granulat möglichst viel Wasser abzureissen.
Da bei schlagartiger Beschleunigung der Granulate sehr grosse Massenkräfte auftreten, muss diese schlagartige Umfangsbeschleunigung wiederholt erzeugt werden, vor allem dann, wenn das Schwallwasser bereits verschwunden ist und diese schlagartige Beschleunigung mit den auftretenden Massenkräften vorzugsweise auf das Tropfwasser und den adhäsiv haftenden Restfilm wirken soll.
Aus diesem Grund sind mehrere der beschriebenen Siebflächen 13 bis 15 hintereinander in radialer Richtung vorgesehen, so dass ein zickzackförmiger Weg entsteht. Ist eine Siebfläche so angeordnet, dass deren Ebene in der Tangente oder entgegengesetzt zum Drehsinn gering geneigt zur Tangente liegt, dann wird an ihr die bisher erfahrene Radialgeschwindigkeit des Granulates durch Aufprall vernichtet, bzw. es treten Verzögerungen mit grossen Massenkräften auf, während die Tangentialgeschwindigkeit erhalten bleibt. Durch die geringe negative Neigung dieses quergestellten Siebes eilt ein auf ihm radial abgebremstes Granulat nach bzw. gleitet auf ihm entgegengesetzt zum Drehsinn ab, prallt auf eine nachgeschaltete Siebfläche auf, die die gleiche oder die annähernd gleiche Neigung zur Tangente, bzw. zum Radius hat wie die erste Siebfläche.
Damit erfährt das aufprallende Granulat wieder eine schlagartige Beschleunigung in tangentialer Richtung und in radialer Richtung zentripetal nach Massgabe der Siebneigung zur Tangente. Die an der Granulatoberfläche haftenden Wasserreste werden unter der Wirkung der auftretenden Massenkräfte abgerissen bis zum Gleichgewicht mit den Adhäsionskräften. Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden.
Beim beschriebenen Verfahren werden folgende Arbeitsschritte hintereinander ohne zeitliche Abstände durchgeführt:
1. ca. 97 bis 98 0/0 des Wassers wird als Schwellwasser mit geringen Massenkräften von den körnigen Feststoffen getrennt.
2. ca. 1,5 bis 2,8 /0 des Wassers wird als Zwickelwasser mit grossen Massenkräften von den körnigen Feststoffen getrennt.
3. ca. 0,2 bis 0,5 o/o des Wassers wird als Adhäsionswasser durch Verdunstung von den körnigen Feststoffen getrennt, wobei gleichzeitig die Oberflächentemperatur der körnigen Feststoffe durch Entzug von Verdunstungswärme weiter herabgesetzt wird.
PATENTANSPRÜCHE
I. Verfahren zum mechanischen Entwässern und anschliessenden thermischen Trocknen von körnigen Feststoffen, bei welchen das Verhältnis von Feststoffgewicht zu Wassergewicht grösser als 1 : 50 ist, insbesondere synthetischen Spinnfaser-Rohgranulaten, die Wärme gespeichert haben, ein Temperaturgefälle vom Kern zur Oberfläche und einen temperaturabhängigen Diffusionskoeffizienten besitzen, gekennzeichnet durch folgende hintereinander ohne zeitliche Abstände durchgeführte Arbeitsschritte:
a) ca. 97-98 0/0 des Wassers wird als Schwallwasser mit geringen Massenkräften von den körnigen Feststoffen getrennt; b) ca. 1,5-2,8 o/o des Wassers wird als Zwickelwasser mit grossen Massenkräften von den körnigen Feststoffen getrennt; c) ca. 0,5-0,2 0/0 des Wassers wird als Adhäsionswasser durch Verdunstung von den körnigen Feststoffen getrennt, wobei gleichzeitig die Oberflächentemperatur der körnigen Feststoffe durch Entzug von Verdunstungswärme weiter herabgesetzt wird.
II. Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit einem Wasserabtrennsystem mit zwei um eine lotrechte Achse rotierenden, parallel zueinander angeordneten Planscheiben (3, 4) und zwischen den Scheiben befindlichen Siebsystemen (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Siebsysteme (5) nicht miteinander kommunizierende Kanäle (12) bilden, die je annähernd zickzackförmig in radialer Richtung angeordnet sind.
UNTERANSPRÜCHE
1. Zentrifuge nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (12) mehrere Siebflächen (13 bis 15) aufweisen, die in radialer Richtung auf mehreren Kreislinien hintereinander angeordnet sind, wobei die Siebflächen (13 bis 15) vertikal angeordnet und von ihrem Ansatzpunkt (A) der betreffenden Kreislinie (K) zur zugehörigen Tangente (T) entgegengesetzt der Drehrichtung (D) um den Winkel (a) geneigt sind.
2. Zentrifuge nach Patentanspruch II und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebflächen (13 bis 15) so geneigt sind, dass sie zu den Tangenten (T) einen Winkel a = 300 bilden.
3. Zentrifuge nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass den Siebflächen (13 bis 15) Prallflächen (16, 17) zugeordnet sind, die nahezu quer zu den Richtungen der Siebflächen (13 bis 15) liegen.
4. Zentrifuge nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils dem Mittelpunkt am nächsten liegende Prallfläche (16) als Sieb ausgebildet ist.
5. Zentrifuge nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Siebflächen (13 bis 15) und der Prallflächen (16, 17) wasserundurchlässige Leitflächen (18 bis 21) derart angeordnet sind, dass ein zickzackförmiger Kanal (12) gebildet wird, wobei eine Leitfläche (19) zwischen dem Endpunkt (22) der einen Siebfläche (13) und dem Anfangspunkt (23) der folgenden Siebfläche (14) und eine andere Leitfläche (20) quer zwischen den Prallflächen (16, 17) liegen.
6. Zentrifuge nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung (D) gesehen nach den Siebflächen (13 bis 15) nahezu
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The present invention relates to a method for mechanical dewatering and subsequent thermal drying of granular solids, in which the ratio of solid weight to water weight is greater than 1:50, in particular synthetic staple fiber raw granules that have stored heat, a temperature gradient from the core to the surface and have a temperature-dependent diffusion coefficient.
The invention also relates to a centrifuge for carrying out the method according to the invention, with a water separation system with two parallel disks rotating about a vertical axis and arranged parallel to one another and sieve systems located between the disks.
There are plastic granules that absorb water quickly, i.e. in fractions of a second, in the temperature range around 1000 C. These include, for example, polyamide, polyester and PVC types. This diffused water significantly interferes with the further processing of these raw granulates and must therefore be removed again in downstream, technically complex thermal drying systems.
This method is very time consuming and therefore costly. In order to eliminate the harmful influence of oxygen, the known processes require drying in the presence of a protective gas. A mechanical attack on the granulate is unavoidable during this drying process because the drying process lasts longer than 30 hours and requires constant movement of the dry material, i.e. the granulate. With the known separation processes, with vibrating screens, curved screens or other screening devices, a time of 5 to 20 seconds elapses before the interstitial water can be expelled after the surge water has been discharged. Since the core of the granulate is still over 1000 C, the water film is quickly heated up and the film cooled to 40 to 600 C.
The surface of the granulate is brought back to a temperature of over 800 ° C.
At this temperature and above, however, water is absorbed 100 times faster than at the low temperature. In the known separation processes, the diffusion of water into the granulate is unavoidable. If large amounts of splash water are still present, there is no risk of diffusion because the temperature of the granulate surface is kept low by this splash water.
The invention is now based on the object of preventing the residual water from diffusing into the granular solids or into the granulate after the splash water has been discharged.
The method according to the invention is characterized by the following work steps carried out one after the other without time intervals: a) approx. 97-98% of the water is separated from the granular solids as splash water with low inertia forces; b) approx. 1.5-2.8% of the water is separated from the granular solids as gusset water with high inertia forces; c) 0.5-0.2 O / o of the water is separated from the granular solids as adhesion water by evaporation, the surface temperature of the granular solids being further reduced by the removal of heat of evaporation.
Splash water is an irregularly large amount of flowing water. For example, if you quickly dump a bucket full of water by hand, there is a surge of water. In the present case, there is only one part of solids for every 50 parts of water.
Therefore, the majority of this water can be referred to as splash water, in contrast to the gusset water and adhesion water described below.
Gusset water means the following: A gusset is usually a cone-shaped cavity. In a pile of irregularly shaped bodies, many such gussets arise at the points of contact. Because of the larger surrounding surface, more water is held in these areas than on the free surface of the irregularly shaped bodies. The water in the gusset is called gusset water.
Adhesion water, or one can also say adhesive water, adheres to the surface of the solid or the granulate and cannot be removed mechanically.
There are no time intervals between the discharge of the splash water and the interstitial water and the flushing with cooling or drying gas, i.e. the transitions between the individual work steps are zero in time. With this measure, the cooling effect and thus the prevention of the temperature rise or the increased heat absorption of the splash water is replaced by the cooling and drying gas.
When separating this large amount of water, the sieving effect is an obvious choice from the outset. In order to achieve short separation times for the splash water, large screen flow velocities must be used.
In order to allow large inertial forces to act on the interstitial water, the granules contaminated with the interstitial water must be subjected to great acceleration or great deceleration. Since the evaporation of the adhesion water must be carried out in a short time, a high relative speed between gas and granulate is required.
These requirements can advantageously be met with a centrifuge. The known centrifuges require a preliminary separation of this splash water because of the large amount of splash water. This in turn has the disadvantage that the residual water diffuses into the granulate after the splash water has been discharged.
The centrifuge according to the invention is characterized in that the sieve systems form channels which do not communicate with one another and which are each arranged in an approximately zigzag shape in the radial direction.
An exemplary embodiment of the centrifuge according to the invention is described below with reference to the drawing, with the method according to the invention likewise being explained, for example, at the same time.
Fig. 1 shows a section along the line I-I in Fig. 2,
Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1 on a larger scale,
Fig. 3 shows a section along the line III-III in Fig. 1 on a smaller scale,
FIG. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 1.
A rotating water separation system 2 is arranged in a stationary centrifuge housing 1. This separation system 2 consists essentially of an upper face plate 3, a lower face plate 4 and screen systems 5 arranged between these discs. This separation system 2 is connected to a vertical centrifuge shaft 6 which is supported in bearings 7. The bearings are located in a bearing housing 8 which is fastened to the centrifuge housing base 10. The separation system 2 is driven via a belt pulley 9. The stationary centrifuge housing 1 is also provided with housing supports 11.
Each of the sieve systems 5 consists essentially of sieve surfaces 13 to 15, baffles 16 and 17 and the guide surfaces 18 to 21 (Fig. 2). These surfaces of a sieve system 5 each form a channel 12 running in a zigzag shape.
The baffle surface 16 closest to the centrifuge center point is designed as a sieve. The sieve surfaces 13 to 15 are arranged one behind the other in the radial direction on several circular lines, the sieve surfaces 13 to 15 being arranged vertically and inclined from their starting point A of the relevant circular line K to the associated tangent T opposite to the direction of rotation D by the angle a. The sieve surfaces 13 to 15 are inclined in such a way that they form an angle a = 300 to the tangents T. The baffle surfaces 16 and 17 are arranged almost transversely to the sieve surfaces 13 and 14. The water-impermeable guide surfaces 18, 19, 20 and 21 are provided in the area of the sieve surfaces 13 to 15 and the baffle surfaces 16 and 17, so that the aforementioned zigzag-shaped channel 12 is thereby formed.
The guide surface 19 is arranged, for example, in such a way that it touches the end point 22 of the sieve surface 13 and the starting point 23 of the sieve surface 14.
In the case of a radial arrangement of a sieve surface, the plane of the sieve forms an angle of 900 to the tangents on the radius. The circumferential acceleration acts in the direction of the tangent and is assigned to the increase in the radius in the time unit. But if the sieve plane forms an angle to the radius in the direction of rotation, the angle to the tangent is reduced by this angle of inclination. In the extreme case, the angle between the screen plane and the tangent could be zero. A granulate grain on the sieve would not experience any circumferential acceleration, it would rest on the sieve and would only be exposed to pure centripetal acceleration and the effect of corresponding inertial forces.
Since the granules are exposed to friction on the base when they are in motion, the tangent of the angle of inclination α should advantageously be selected to be equal to or greater than the coefficient of friction of the granules.
With a sieve body arranged in this way, the component of the centripetal acceleration act on the granules, as well as the component of the circumferential acceleration, reduced by the friction of the granules as a result of the movement on the sieve. This increases the component of the centripetal acceleration in its effect on the granulate. If the angle of inclination of the screen body to the tangent were kept constant, the screen plane would have to follow the curve of a loxodrome and the accelerations and inertia forces mentioned above would remain constant. The radial velocity of the granulate is destroyed by impact, while the tangential velocity is maintained.
The impact surfaces are slightly inclined in the direction of rotation to the associated tangent, which means that the impacting granulate part is slightly accelerated in the opposite direction to the direction of rotation and thus impacts again on the next screen surface. In the event of this impact, the granulate is again informed of an increased centripetal acceleration and a new radial acceleration.
The water that has passed through the sieve surfaces 13 to 15 must not penetrate into the next sieve system. For this reason, seen in the direction of rotation, dividing walls 24 are provided in front of the screen surfaces 13 to 15. The partition walls 24 run almost radially. Further partition walls 25 are circular on the outer circumference of the partition system and have outlet openings 26 for the dried granulate. Furthermore, support walls 27 are provided for the partition walls 24. The water that has passed through the sieve surfaces 13 to 15 is discharged through passage openings 28 to 30 in the lower face plate 4.
These openings 28 to 30 are assigned traffic cones 36 to 38, which decrease in height from the inside to the outside (FIG. 1). As a result, the individual water streams can enter the water collecting space 43 of the centrifuge housing 1 without hindrance, without interfering with one another and thus causing unnecessary turbulence within the centrifuge housing. The separated water is discharged via a tangentially arranged nozzle 44.
Above the upper face plate 3, a fan wheel 31 which rotates with the separating system 2 and has a plurality of radially extending channels 32 (FIG. 4) is fastened to it.
Some of these channels are closed by means of a channel closure wall 33 and thus form closed gas channels 32a evenly distributed over the circumference and are assigned to the outer screen surfaces 15. These closed gas channels 32a are connected by means of channel openings 34 in the face plate 3 to the sieve space 35 in front of the outer sieve surface 15 (FIG. 2). A gas sucked in via the suction nozzle 45 enters the fan wheel 31 through an opening 51 and is conducted into the collecting channel 39 of the centrifuge housing 1 via the open gas channels 32 (FIG. 4).
This gas, which flows faster than the granules move, detects the dry granules discharged from the openings 26 (FIG. 2) and carries them via a tangential outlet opening 40 (FIG. 3) into an outlet channel 41 and from there to a tangential one arranged discharge nozzle 42. The jumping granules are continuously flowed around by fresh gas.
In this way, the granulate is cooled at the same time. In order to achieve a sufficient cooling effect, the outlet channel 41 can be arranged in a spiral shape and have two or more axial spiral threads. The effective path of gas and granulate is thus extended. A part of the sucked in gas goes into the closed gas channels 32a (FIG. 4) and from there via the openings 34 into the sieve chambers 35 (FIG. 2). As a result of the high rotation of the separation system, this gas is captured by the sieve surfaces 15 and passes through them and is carried with the evaporated water through the openings 30 into the water collecting space 43.
When the gas passes through the sieve surfaces 15, the granules located there are also washed around and thus the water of adhesion is separated from the granules by evaporation, with the surface temperature of the granules being further reduced by the removal of heat of evaporation.
The upper face plate 3 has a central opening 50 into which a filling pipe 46 which is fixedly connected to the housing 1 projects (FIG. 1). The granulate-water mixture is fed to the separation system 2 in free fall through this filling pipe 46. The lower face plate 4 also has a central, circular opening into which a bottom sieve 48 is inserted. Below this sieve 48 is a drainage channel 49 which is assigned to the traffic cone 36. A large part of the supplied splash water already leaves the separation system through this bottom sieve 48 without the splash water having been set in rotation. It is thus discharged again without any expenditure of energy.
In the case of certain granulates, it is advantageous to arrange a stationary conical sieve instead of the co-rotating bottom sieve 48, the tip of which is arranged opposite to the direction of incidence and with its largest diameter covers the central opening of the lower face plate 4. With this stationary screen surface, which is larger than that of the bottom screen 48, an acceleration of the splash water is avoided.
So that not only the lower areas of the sieve systems 5 are acted upon, especially in the case of separation systems with greater heights, a guide body 47 is welded into the lower opening of the filling tube 46 by means of webs 52, which ensures that the sieve systems 5 are evenly acted upon. In this case, the guide body 47 can be parabolically shaped and also have several flow stages arranged one above the other, in order to ensure an even more extensive distribution.
The granulate-water mixture falling centrally through the filling pipe 46 at a circumferential speed of zero flows towards the sieve surfaces 13 to 15, which are transverse to the circumferential direction, at a high relative speed. The acceleration of friction is negligibly small due to the low viscosity of water and the small radial paths. If the free screen area of a screen 13 to 15 is large enough, the amount of water can pass through the screen due to its inertia without being significantly accelerated.
Seen from a fixed point in space, the water flows apart radially when it hits a rotating face plate. While the plane surface rotates towards the room, this flow plane stands still in the room, so the crosswise sieve surfaces run against the water and penetrate it. The water can now be drained off over a small radius. The relatively coarse solids or granulates are held back by the sieve surfaces and accelerated to peripheral speed. Since the first impact of a granulate on the sieve disk occurs in the surge water, this impact cannot completely dewater the granulate because of the water environment and the subsequent circumferential acceleration is too low to tear off as much water as possible from the granulate.
Since very large inertial forces occur when the granules are suddenly accelerated, this sudden circumferential acceleration must be generated repeatedly, especially when the surge water has already disappeared and this sudden acceleration with the mass forces that occur is intended to act primarily on the dripping water and the adhesive residual film.
For this reason, several of the screen surfaces 13 to 15 described are provided one behind the other in the radial direction, so that a zigzag path is created. If a sieve surface is arranged in such a way that its plane lies in the tangent or opposite to the direction of rotation slightly inclined to the tangent, then the previously experienced radial speed of the granulate is destroyed by impact, or there are delays with large inertial forces while the tangential speed is maintained remains. Due to the slight negative inclination of this transversely positioned screen, a granulate that is radially braked on it hurries or slides on it in the opposite direction to the direction of rotation, impacts on a downstream screen surface that has the same or approximately the same inclination to the tangent or radius as the first sieve surface.
In this way, the impacting granulate again experiences a sudden acceleration in the tangential direction and in the radial direction centripetal in accordance with the sieve inclination to the tangent. The water residues adhering to the surface of the granulate are torn off under the effect of the mass forces that occur until they reach equilibrium with the adhesive forces. This process can be repeated several times.
In the procedure described, the following work steps are carried out one after the other without any time intervals:
1. Approx. 97 to 98% of the water is separated from the granular solids as swell water with low inertia forces.
2. Approx. 1.5 to 2.8 / 0 of the water is separated from the granular solids as gusset water with great inertia.
3. Approx. 0.2 to 0.5 o / o of the water is separated from the granular solids as adhesion water by evaporation, with the surface temperature of the granular solids being further reduced by the removal of heat of evaporation.
PATENT CLAIMS
I. Process for mechanical dewatering and subsequent thermal drying of granular solids, in which the ratio of solid weight to water weight is greater than 1:50, in particular synthetic staple fiber raw granules that have stored heat, a temperature gradient from the core to the surface and a temperature-dependent diffusion coefficient characterized by the following work steps carried out one after the other without any time intervals:
a) approx. 97-98% of the water is separated from the granular solids as splash water with low inertia forces; b) approx. 1.5-2.8 o / o of the water is separated from the granular solids as interstitial water with high inertia forces; c) Approx. 0.5-0.2% of the water is separated from the granular solids as adhesion water by evaporation, the surface temperature of the granular solids being further reduced by the removal of heat of evaporation.
II. Centrifuge for carrying out the method according to claim I, with a water separation system with two parallel disks (3, 4) rotating around a vertical axis and sieve systems (5) located between the disks, characterized in that the sieve systems (5) Form non-communicating channels (12) which are each arranged approximately zigzag in the radial direction.
SUBCLAIMS
1. Centrifuge according to claim II, characterized in that the channels (12) have several sieve surfaces (13 to 15) which are arranged one behind the other in the radial direction on several circular lines, the sieve surfaces (13 to 15) arranged vertically and from their point of attachment (A) of the relevant circular line (K) to the associated tangent (T) opposite to the direction of rotation (D) are inclined by the angle (a).
2. Centrifuge according to claim II and dependent claim 1, characterized in that the sieve surfaces (13 to 15) are inclined so that they form an angle a = 300 to the tangents (T).
3. Centrifuge according to claim II and the dependent claims 1 and 2, characterized in that the sieve surfaces (13 to 15) are assigned baffle surfaces (16, 17) which are almost transverse to the directions of the sieve surfaces (13 to 15).
4. Centrifuge according to claim II and the dependent claims 1 to 3, characterized in that the baffle surface (16) which is closest to the center point is designed as a sieve.
5. Centrifuge according to claim II and the dependent claims 1 to 4, characterized in that in the area of the sieve surfaces (13 to 15) and the baffle surfaces (16, 17) water-impermeable guide surfaces (18 to 21) are arranged such that a zigzag-shaped channel ( 12) is formed, with a guide surface (19) between the end point (22) of one screen surface (13) and the starting point (23) of the following screen surface (14) and another guide surface (20) transversely between the baffle surfaces (16, 17 ) lie.
6. Centrifuge according to claim II and the dependent claims 1 to 5, characterized in that seen in the direction of rotation (D) after the sieve surfaces (13 to 15) almost
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