CH703150B1 - Vorrichtung und Verfahren zur raschen thermischen Behandlung von Schüttgutmaterialien. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur raschen thermischen Behandlung von Schüttgutmaterialien wie z.B. Granulate aus Kunststoffen. Eine hierzu entwickelte Vorrichtung weist einen Behandlungsraum (12) zur Aufnahme des Schüttgutmaterials mindestens eine Einfüllöffnung (13), durch die Schüttgutmaterial in den Behandlungsraum (12) beschickbar ist, mindestens eine Austragsöffnung (14), durch die Schüttgutmaterial aus dem Behandlungsraum (12) austragbar ist, mindestens eine Zufuhreinrichtung (15) für ein Behandlungsgas im Bodenbereich (16) des Behandlungsraumes (12), mindestens eine Wegführeinrichtung (17) für ein Behandlungsgas im Deckenbereich (18) des Behandlungsraumes (12), auf.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur raschen thermischen Behandlung nach Anspruch 1 und Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 30.

[0002] Verschiedene Verfahren zur thermischen Behandlung, insbesondere Erwärmung oder Abkühlung, aber auch Kristallisation, von Schüttgutmaterialien unter Einwirkung eines Behandlungsgases sind im Stand der Technik bekannt. Dabei spielen die Durchsatzmenge an Schüttgutmaterial im Vergleich zur Behandlungsgasmenge sowie die Gasgeschwindigkeit, mit der das Schüttgutmaterial durchströmt wird, eine entscheidende Rolle. So kann zum Beispiel in einem kontinuierlich durchflossenen Festbettreaktor die Gasmenge so gewählt werden, dass ein vollständiger Wärmeaustausch zwischen Schüttgutmaterial und Behandlungsgas stattfindet. Dazu muss die Gasgeschwindigkeit so gewählt werden, dass sie unter dem Lockerungspunkt der Schüttgutmaterials liegt und so eine Rückmischung im Festbettreaktor verhindert wird. Bei dem daraus resultierenden, geringen Wärmeübergangskoeffizienten ist die Verweilzeit, um den Wärmeaustausch im Reaktor zu gewährleisten, aber sehr hoch. Es ist bekannt in Festbettreaktoren Stauelemente einzusetzen, um den Produktdruck zu reduzieren und eine Relativbewegung zwischen den Granulaten zu erzeugen. Dies wird zum Beispiel in DE 2 723 549, Gey, oder in US 6 010 667, Meyer, beschrieben. Die geringe Gasgeschwindigkeit, der langsame Wärmeübergang sowie die lange Verweilzeit bleiben aber bestehen.

[0003] Demgegenüber kann in einem Wirbelbett- oder Sprudelbettreaktor eine hohe Gasgeschwindigkeit eingesetzt werden, was zu einem hohen Wärmeübergangskoeffizienten und somit kürzeren Verweilzeiten führt. Der Nachteil ist aber, dass sich eine durchschnittliche Betttemperatur bildet, an die sich das Schüttgutmaterial und das Behandlungsgas angleichen, und somit ein vollständiger Wärmeaustausch nicht möglich ist. Etwas besser ist die Situation, wenn ein Wirbelbett- oder Sprudelbettreaktor in mehrere hintereinanderliegende Bereiche unterteilt wird, womit sich eine gute Angleichung der Schüttgutaustrittstemperatur an die Gaseintrittstemperatur erreichen lässt. Nachteilig bleibt aber, dass das Behandlungsgas aus den verschiedenen Bereichen unterschiedliche Austrittstemperaturen aufweist und sich somit nur teilweise an die Schüttguteintrittstemperatur angleicht. Ebenso nachteilig ist die insgesamt hohe Behandlungsgasmenge im Vergleich zur Durchsatzmenge an Schüttgutmaterial.

[0004] Die oben beschriebenen Nachteile werden im Stand der Technik gelöst, indem eine Vielzahl an Wirbelbett- oder Sprudelbettreaktoren oder Reaktorbereiche so angeordnet werden, insbesondere übereinander, dass das Behandlungsgas im Gegenstrom zum Schüttgutmaterial durch alle Reaktorbereiche fliesst (R. Perry, Chemical Engineers Handbook, Fifth Edition, Abbildung 20-87; McGraw-Hill). Dazu sind Trennböden notwendig, die den Produktdurchtritt nach unten verhindern, den Behandlungsgasdurchtritt nach oben aber erlauben. Gleichzeitig sind die Reaktorbereiche über Produktdurchtritte miteinander verbunden. Nachteilig sind bei dieser Anordnung der komplexe und teure Aufbau der Apparate, die ungenutzte Behandlungsgasmenge, die durch die Produktdurchtritte anstatt durch die Trennböden von einem Reaktorbereich in den nächsten fliesst, oder die notwendigen Sperrvorrichtungen, um dies zu verhindern, sowie die Gefahr, dass die Öffnungen für den Behandlungsgasdurchtritt, insbesondere mit Staub aus dem Schüttgutmaterial, verstopfen.

[0005] Aus der Anmeldung PCT/CH2007/000 505 ist bekannt einen Festbettreaktor mit einem Gasfluss über dem Lockerungspunkt zu betreiben, wobei Stauelementschichten benötigt werden, um eine starke Rückmischung der Schüttgutpartikel zu verhindern. Eine Ausführung sieht vor, dass die Lockerungsgeschwindigkeit nur im Bereich dieser Stauelementschichten überschritten wird. Der Einbau von Stauelementschichten kann aber nachteilig sein, besonders wenn die Kosten für die Stauelemente und deren Befestigung sowie die Risiken von Produktanhaftung berücksichtigt werden.

[0006] Demgegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, womit die oben genannten Nachteile vermieden werden können, und die es erlauben, ein Schüttgutmaterial in einem Gasstrom mit einer minimalen Menge an Behandlungsgas in kurzer Zeit zu erwärmen oder abzukühlen.

[0007] Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es erlaubt, einen möglichst vollständigen Temperaturausgleich zwischen Schüttgutmaterial und Behandlungsgas in kurzer Zeit zu erreichen.

[0008] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung gemäss Patentanspruch 1 zur Behandlung eines Schütt-gutmaterials zur Verfügung gestellt wird, wobei die Vorrichtung, zumindest einen Behandlungsraum mit geringem Höhe-zu-Querschnitts-Verhältnis, eine Einfüllöffnung und eine Austragsöffnung für das Schüttgutmaterial sowie eine Zufuhreinrichtung und eine Wegführeinrichtung für ein Behandlungsgas aufweist und die Zufuhreinrichtung für das Behandlungsgas aus einer oder mehreren Leitungen mit einer Vielzahl an Austrittsöffnungen besteht.

[0009] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren gemäss Patentanspruch 13 zur Behandlung eines Schüttgutmaterials in einer Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird, wobei die Vorrichtung, zumindest einen Behandlungsraum mit geringem Höhe-zu-Querschnitts-Verhältnis, eine Einfüllöffnung und eine Austragsöffnung für das Schüttgutmaterial sowie eine Zufuhreinrichtung und eine Wegführeinrichtung für ein Behandlungsgas aufweist und das Schüttgutmaterial von einem Behandlungsgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Lockerungspunktes oder leicht unter dem Lockerungspunkt durchströmt wird.

[0010] Der Behandlungsraum der Vorrichtung wird von einem Gehäuse umgeben. Der horizontale Querschnitt des Behandlungsraumes kann eine beliebige Form aufweisen, ist bevorzugterweise aber rund oder rechteckig.

[0011] Der Behandlungsraum ist im Wesentlichen vertikal angeordnet, so dass das Schüttgutmaterial die Vorrichtung von oben nach unten durchfliessen kann. Wichtig ist dabei, dass ein gleichmässiger Produktfluss erreicht werden kann. Der Behandlungsraum wird seitlich durch einen Mantel begrenzt. Die Mantelwand kann dabei aus zylindrischen, konischen oder aus einer Kombination aus konischen und zylindrischen Segmenten bestehen, wodurch sich die Gasgeschwindigkeitsverteilung über die Höhe der Vorrichtung beeinflussen lässt. Eine Aufweitung im Deckenbereich erlaubt dabei eine Reduktion der Gasgeschwindigkeit, was den Austrag von Schüttgutmaterial verhindert.

[0012] Eine Verengung im Deckenbereich erlaubt eine Erhöhung der Gasgeschwindigkeit, was zu einer stärkeren Verwirbelung führt, wodurch sich allfällige Verklebungen verhindern lassen.

[0013] Im Inneren des Behandlungsraumes kann ein Verdrängerkörper angeordnet sein, der nicht vom Schüttgutmaterial durchflossen wird und somit den Behandlungsraum verkleinert. Solche Verdrängerkörper können zum Beispiel zur Durchführung von Behandlungsgas, zur Anpassung der freien Querschnittsfläche oder zur Verbesserung des Schüttgutmaterialflusses eingesetzt werden.

[0014] Eine Vorrichtung kann durch den Einsatz von Trennwänden in mehrere Kammern unterteilt werden, wobei eine Produktverteilung auf mehrere Kammern gleichzeitig oder eine Produktführung von einer Kammer zur nächsten denkbar ist. Zumindest eine Kammer bildet dabei einen Behandlungsraum mit den kennzeichnenden Merkmalen der vorliegenden Erfindung. Die Trennung in Kammern kann sich über die ganze Höhe der Vorrichtung, über die von Schüttgutmaterial bedeckte Höhe der Vorrichtung oder über nur einen Teil der von Schüttgutmaterial bedeckten Höhe der Vorrichtung erstrecken. Wird die Vorrichtung in mehrere Kammern unterteilt, oder werden mehrere Vorrichtungen parallel kombiniert, so können einzelne Funktionen wie zum Beispiel die Wegführeinrichtung für Behandlungsgas, oder eine Austragsvorrichtung oder zumindest deren Antrieb für mehrere Behandlungsräume zusammengefasst werden. Insbesondere gilt dies auch für Peripheriegeräte, wie zum Beispiel Erhitzer, Ventilatoren, Rohrleitungen, Gasreinigungsvorrichtungen und/oder Messeinrichtungen.

[0015] Zumindest eine Einfüllöffnung mündet in den Behandlungsraum, so dass zu behandelndes Schüttgutmaterial in den Behandlungsraum eingeführt werden kann. Bei der Einfüllöffnung kann es sich zum Beispiel um eine Öffnung im Gehäuse oder um den Austritt aus einem Rohr, das in das Gehäuse geführt wird, handeln. Die Einfüllöffnung kann in mehrere Segmente unterteilt sein, was eine Verteilung des Schüttgutes im Behandlungsraum erlaubt. Üblicherweise befindet sich die Einfüllöffnung im Deckenbereich des Behandlungsraumes. Durch eine Vielzahl an Einfüllöffnungen lässt sich eine Verteilung des Schüttgutmaterials auf eine grosse Fläche verbessern. Dazu muss das Schüttgutmaterial aufgeteilt werden und den einzelnen Einfüllöffnungen zugeführt werden.

[0016] Eine gleichmässige Verteilung auf alle Einfüllöffnungen ist bevorzugt. Die Aufteilung kann zum Beispiel durch ein Verteilstück erfolgen, das in mehrere, bevorzugt flächengleiche Segmente unterteilt ist, wobei jedes Segment mit einer Einfüllöffnung für das Schüttgutmaterial verbunden ist. Dabei soll gewährleistet sein, dass die Zufuhr des Schüttgutmaterials zum Verteilstück gleichmässig erfolgt. Befindet sich zum Beispiel über einem Verteilstück eine Zellradschleuse, so umfasst das Verteilstück bevorzugt eine Vielzahl an Segmenten, die sich über die gesamte Breite des Verteilstücks erstrecken und rechtwinklig zur Drehachse der Zellradschleuse angeordnet sind.

[0017] Bevorzugterweise weisen der Auslauf aus der Zellradschleuse, ein allfälliges Übergangsstück sowie das Verteilstück einen rechteckigen Querschnitt auf.

[0018] Der Behandlungsraum ist nach unten durch einen Boden begrenzt. Der Boden kann flach oder als Auslaufkonus ausgebildet sein. Zumindest eine Austragsöffnung mündet in den Behandlungsraum, so dass behandeltes Schüttgutmaterial aus dem Behandlungsraum ausgetragen werden kann. Bei der Austragsöffnung kann es sich zum Beispiel um eine Öffnung im Gehäuse oder um den Eintritt in ein Rohr, das aus dem Gehäuse herausgeführt wird, handeln. Üblicherweise befindet sich die Austragsöffnung im Bodenbereich des Behandlungsraumes, wobei das Schüttgutmaterial bevorzugterweise durch einen konischen Bereich der Austragsöffnung zugeführt wird. Der Winkel des Auslaufkonus beträgt zur Horizontalen bevorzugterweise 50–80° wenn das Schüttgutmaterial im Auslaufkonus nicht fluidisiert oder vibriert wird, und 15–60°, insbesondere 30–50°, wenn das Schüttgutmaterial im Auslaufkonus fluidisiert oder vibriert wird.

[0019] Alternativ kann das Schüttgutmaterial auch mittels einer mechanischen Austragsvorrichtung, wie zum Beispiel einer Schnecke, der Austragsöffnung zugeführt werden. Unterhalb der Austragsöffnung kann sich ein Sperrelement, wie zum Beispiel eine Zellradschleuse, eine horizontal angeordnete Austragswalze, ein Austragsboden oder ein automatischer Schieber befinden, mit dessen Hilfe der Schüttgutabfluss aus dem Behandlungsraum geregelt wird.

[0020] Als Austragswalze gilt dabei ein rotierbares Element, das so in einer Austragsöffnung angeordnet ist, dass ein Spalt entsteht, durch den Produkt austritt, sobald es in Rotation versetzt wird. Die austretende Produktmenge kann durch die Rotationsgeschwindigkeit der Austragswalze geregelt werden.

[0021] Als Austragsboden gilt dabei ein bewegliches Element, das so in einer Austragsöffnung angeordnet ist, dass ein Spalt entsteht, durch den Produkt austritt, sobald es in Schwingung versetzt wird. Beispiele für Austragsböden sind Vibrationsaustragsböden oder Spaltaustragsböden. Die austretende Produktmenge kann durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Austragsbodens geregelt werden.

[0022] Als Regelgrösse kann dabei zum Beispiel die Füllhöhe des Schüttgutmaterials im Behandlungsraum oder das Gewicht des Schüttgutes in der Vorrichtung dienen. Auch eine Regelung über die Austrittstemperatur des Schüttgutmaterials oder dessen Temperaturangleichung an das Behandlungsgas kann zur Regelung verwendet werden.

[0023] Sind mehrere Austrittsöffnungen vorhanden, so sollen diese so angeordnet sein, dass ein gleichmässiger Produktfluss gewährleistet ist. Bevorzugterweise sind die Austragsöffnungen in einer horizontalen Ebene angeordnet. Weiterhin bevorzugt ist, wenn sich in jeder Austragsöffnung ein eigenes Sperrelement befindet und die Sperrelemente so geregelt werden, dass ein gleichmässiger Produktfluss aus allen Austragsöffnungen gewährleistet ist. Weisen die Austragsöffnungen alle eine vergleichbare Geometrie auf, so können die Sperrelemente synchron betrieben werden, insbesondere kann ein Antrieb für mehrere Sperrelemente verwendet werden.

[0024] Im Bodenbereich des Behandlungsraumes befindet sich zumindest eine Zufuhreinrichtung für ein Behandlungsgas. Die Zufuhreinrichtung weist Austrittsöffnungen auf, durch die Behandlungsgas in den Behandlungsraum strömt.

[0025] Die Zufuhreinrichtung für ein Behandlungsgas kann Vorrichtungen, wie zum Beispiel Dächer, Leitungen oder Bleche mit Austrittsöffnungen, umfassen. Durch die Zufuhreinrichtung muss eine ausreichend gleichmässige Verteilung des Behandlungsgases erfolgen.

[0026] Die Zufuhreinrichtung kann aus einer oder einer Vielzahl an Leitungen mit Austrittsöffnungen bestehen, über die das Behandlungsgas über den Querschnitt des Behandlungsraumes verteilt wird. Der Boden unter dem Behandlungsraum kann dabei gasundurchlässig ausgebildet sein.

[0027] Eine besondere Ausführung sieht jedoch vor, dass der Behandlungsraum nach unten durch einen zumindest teilweise gasdurchlässigen Boden, insbesondere durch ein konisches Lochblech mit einer Vielzahl an Austrittsöffnungen, begrenzt wird. Unterhalb des Bodens kann sich ein Verteilerraum befinden, durch den Behandlungsgas zu den Austrittsöffnungen geführt wird. Als Teil der Zufuhreinrichtung mündet zumindest eine Zufuhröffnung für Behandlungsgas in den Verteilerraum. Weiterhin können Vorrichtungen zur Verteilung des Prozessgases, wie Staubleche, Ventile oder Klappen, wie auch getrennte Kanäle zur individuellen Prozessgaszufuhr angeordnet sein.

[0028] Üblicherweise ist die Zufuhreinrichtung für das Behandlungsgas direkt oder indirekt mit Leitungen oder Kanälen verbunden, durch die eine Verbindung zu Einrichtungen zur Vorbehandlung des Prozessgases, wie zum Beispiel Verdichtungseinrichtungen (z.B. Ventilatoren, Gebläsen oder Kompressoren), Wärmetauschern oder Reinigungseinrichtungen (z.B. Filter, Zyklone, Gaswäscher oder katalytische Verbrennungseinrichtungen), hergestellt wird.

[0029] Je nach Art der Zufuhreinrichtung kann das Behandlungsgas der Zufuhreinrichtung von aussen oder durch einen Verdrängerkörper in der Vorrichtung von innen zugeführt werden.

[0030] Die Austrittsöffnungen aus der Zufuhreinrichtung können von Prozessgas, nicht aber vom Schüttgut durchströmt werden. Dazu sind die Öffnungen kleiner als der Durchmesser der Schüttgutpartikel. Bevorzugt sind Öffnungen zwischen 20 und 90%, insbesondere zwischen 30 und 80% des Durchmessers der Schüttgutpartikel. Die Anzahl und Grösse der Öffnungen kann dabei gleichmässig oder ungleichmässig sein.

[0031] Eine besondere Ausführung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass zusätzlich zur zumindest einen Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas im Bodenbereich des Behandlungsraumes zumindest eine weitere Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas in den Behandlungsraum mündet, wodurch sich eine mehrstufige Wärmezufuhr oder Wärmewegfuhr, sowie ein mehrstufiges Gasgeschwindigkeitsprofil erreichen lässt.

[0032] Im Deckenbereich des Behandlungsraumes befindet sich zumindest eine Wegführeinrichtung für das Behandlungsgas. Bei der Wegführeinrichtung kann es sich zum Beispiel um eine Öffnung im Gehäuse oder um den Eintritt in ein Rohr, das aus dem Gehäuse herausgeführt wird, handeln. Die Wegführeinrichtung kann sich dabei im Mantel oder der Decke des Behandlungsraumes befinden.

[0033] In oder unterhalb der Wegführeinrichtung können sich Vorrichtungen befinden, die den Durchtritt von Prozessgas erlauben, den Durchtritt von Schüttgut aber behindern. Dies kann zum Beispiel durch einen gebogenen oder umgelenkten Durchflusskanal oder mit Hilfe von ablenkenden Einbauten, wie zum Beispiel einem Zick-Zack Abscheider, erfolgen. Üblicherweise ist die Wegführeinrichtung für das Behandlungsgas direkt oder indirekt mit Rohrleitungen oder Kanälen verbunden, durch die eine Verbindung zu Einrichtungen zur Nachbehandlung des Prozessgases, wie zum Beispiel Verdichtungseinrichtungen (z.B. Ventilatoren, Gebläsen oder Kompressoren), Wärmetauschern oder Reinigungseinrichtungen (z.B. Filter, Zyklone, Gaswäscher oder katalytische Verbrennungseinrichtungen), hergestellt wird. Zwischen der Wegführeinrichtung und Zufuhreinrichtung für das Behandlungsgas kann ein geschlossener oder teilweise geschlossener Kreislauf bestehen.

[0034] Die Höhe (H) des Behandlungsraumes und die Querschnittsfläche A im Bodenbereich des Behandlungsraumes bilden ein Verhältnis V1 = Hˆ2/A. Erfindungsgemäss ist V1 kleiner als 4, insbesondere kleiner als 2 und bevorzugt kleiner als 1. Durch die daraus resultierende flache Bauweise ist es möglich, für den Wärmeaustausch ausreichend hohe Mengen an Behandlungsgas im Gegenstrom durch das Schüttgutmaterial fliessen zu lassen und gleichzeitig eine Verwirbelung des Schüttgutmaterials zu verhindern. Weiterhin lässt sich der Druckabfall des Behandlungsgases beim Durchfliessen des Schüttgutmaterials gering halten. Bevorzugt sind Druckabfallwerte kleiner als 150 mbar, insbesondere kleiner als 100 mbar. Die Druckabfallwerte beziehen sich dabei lediglich auf den Druckabfall über das Schüttgutmaterial. Der Druckabfall über die Zufuhreinrichtung ist nicht berücksichtigt, da er je nach Anwendung stark unterschiedlich sein kann. Die Höhe (H) entspricht der vertikalen Distanz zwischen der Oberkante der Zufuhreinrichtung für das Behandlungsgas und der Unterkante der Einfüllöffnung für das Schüttgutmaterial. Sind mehrere Zufuhreinrichtungen vorhanden, so ist die Zufuhreinrichtung im Bodenbereich des Behandlungsraumes massgebend. Weist der Behandlungsraum eine definierte maximale Füllhöhe auf, was zum Beispiel durch eine Niveauregeleinrichtung gegeben sein kann, so entspricht die Höhe (H) der vertikalen Distanz zwischen der Oberkante der Zufuhreinrichtung für das Behandlungsgas und der maximalen Füllhöhe.

[0035] Eine besondere Ausführung der Vorrichtung sieht vor, dass die Querschnittsfläche A eine maximale Länge (L) und eine rechtwinklig dazu gemessene maximale Breite (B) aufweist, die ein Verhältnis V2 = L / B bilden und V2 grösser als 1.5, insbesondere grösser als 2 ist. Diese im Wesentlichen rechteckige Ausführung ist dann vorteilhaft, wenn die Austragsöffnung einer grossen Länge (1) zu Breite (b) Verhältnis aufweist. Der Auslaufkonus kann dann konische Längsseiten und konische oder senkrechte Stirnseiten aufweisen. Die Austragsöffnung mit grossem I:b-Verhältnis wird dann durch eine Austragsvorrichtung, die einen gleichmässigen Produktfluss über ihre Länge erzeugt, bevorzugterweise durch eine Austragswalze oder einen Austragsboden verschlossen. Die Austragsöffnung weist dabei ein I:b-Verhältnis von grösser als 5, insbesondere von grösser als 10 auf. Die Austragsvorrichtung befindet sich in einem nach oben und unten offenen Gehäuse und fördert dabei definierte Mengen an Schüttgutmaterial in eine darunterliegende Sammelleitung oder einen Sammelbehälter. Befinden sich mehrere Austrittsöffnungen für Schüttgutmaterial nebeneinander, so können die einzelnen Materialströme über Sammelleitungen oder Sammelbehälter zusammengeführt werden. Es kann eine Verbindungsleitung von der Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas zur Sammelleitung oder zum Sammelbehälter angeordnet sein. Dadurch lässt sich vermeiden, dass aufgrund von Druckdifferenzen ein starker Gasstrom durch die Austragsvorrichtung fliesst. Die Toleranz zwischen der Gehäusewand der Austragswalze und der Walze ist bevorzugterweise gleich gross oder etwas grösser als die mittlere Partikelgrösse. Insbesondere beträgt die Toleranz zwischen 1 bis 3 mittlere Partikelgrössen. Als mittlere Partikelgrösse gilt der statistische Mittelwert des mittleren Partikeldurchmessers, der sich aus dem Durchschnitt aus Partikelhöhe, -länge und -breite ergibt. Eine bevorzugte Ausführung sieht zur variablen Einstellung der Toleranz zwischen der Gehäusewand der Austragswalze und der Walze vor, dass die Drehachse der Walze horizontal verschiebbar angeordnet ist.

[0036] Im Betrieb bilden die Schichthöhe (HS) des Schüttgutmaterials im Behandlungsraum und die Querschnittsfläche A im Bodenbereich des Behandlungsraumes ein Verhältnis V3 = HSˆ2/A. Erfindungsgemäss ist V3 kleiner als 2.5, insbesondere kleiner als 1 und bevorzugt kleiner als 0.7. Die Höhe (HS) entspricht der Schichthöhe (HS) des Schüttgutmaterials über der Oberkante der Zufuhreinrichtung für das Behandlungsgas.

[0037] Besteht die Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas aus Leitungen, so muss durch deren Anordnung gewährleistet sein, dass sich eine gleichmässige Gasverteilung über den gesamten Querschnitt des Behandlungsraumes ergibt. Bevorzugterweise sind die Leitungen dazu horizontal angeordnet. Die Leitungen können beliebig durch den Querschnitt verlaufen. Bevorzugt ist es jedoch, die Leitungen gerade durch den Querschnitt zu führen oder besonders bei runden Querschnitten die Leitungen in konzentrischen Ringen anzuordnen. Bei rechteckigen Querschnitten sind die Leitungen bevorzugt entweder parallel zur Längsseite oder parallel zur Breitseite angeordnet. Bei den Leitungen muss deren Querschnitt ausreichend gross gewählt werden, um von einer ausreichend grossen Menge an Behandlungsgas durchflossen werden zu können. Üblicherweise soll dazu das Behandlungsgas eine Gasgeschwindigkeit von 40 m/s, insbesondere von 30 m/s, nicht überschreiten. Um die Gasgeschwindigkeit in den Leitungen zu reduzieren oder deren respektiven Querschnitt zu reduzieren, kann das Behandlungsgas von mehr als einer Seite zugeführt werden.

[0038] Die Leitungen können eine beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind aber runde, ovale oder dachförmige Leitungen, bei denen Produktablagerungen vermieden werden können. Die dachförmigen Leitungen können dabei lediglich aus einem nach oben spitz zulaufenden Teil oder aus einem nach oben spitz zulaufenden Teil mit einem darunterliegenden Teil bestehen. Der darunterliegende Teil kann einen rechteckigen Teil umfassen und nach unten flach abgeschlossen sein und/oder nach unten spitz zulaufen.

[0039] Die Zufuhreinrichtungen für Behandlungsgas befinden sich oberhalb der Austragsöffnung für das Schüttgutmaterial. Dies ist im Gegensatz zu Wirbelschichtvorrichtungen, in denen sich die Austragsöffnungen jeweils auf gleicher Höhe oder über die Zufuhreinrichtungen für Behandlungsgas befinden. Dementsprechend muss das Schüttgutmaterial die Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas passieren.

[0040] Besteht die Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas aus Leitungen, so reduziert sich die Querschnittsfläche für Schüttgutmaterial im Behandlungsraum im Bereich der Leitungen um deren projizierte Fläche (Summe aus Länge mal Breite aller Leitungen).

[0041] Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass diese Durchlassfläche im Bereich der Zufuhreinrichtung für das Behandlungsgas zwischen 10% und 80%, insbesondere zwischen 30% und 70%, der Querschnittsfläche A beträgt.

[0042] Der Abstand zwischen den jeweiligen Leitungen (Durchlassbreite LD) soll so gewählt werden, dass der Fluss des Schüttgutmaterials gleichmässig bleibt und sich keine Blockaden ergeben. Bevorzugterweise ist der Abstand zwischen den Leitungen grösser als 10, insbesondere grösser als 20 Mal die mittlere Partikelgrösse.

[0043] Üblicherweise beträgt die Durchlassbreite mehr als 20 mm, insbesondere mehr als 40 mm.

[0044] Gleichzeitig soll die Durchlassbreite so gewählt werden, dass der Abstand der Gaseintrittsöffnungen nicht zu gross wird für eine gleichmässige Gasverteilung über die relativ geringe Höhe des Behandlungsraums. Üblicherweise beträgt die Durchlassbreite weniger als 400 mm, insbesondere weniger als 200 mm.

[0045] Üblicherweise beträgt die Gesamtfläche der Austrittsöffnungen aus den Leitungen zwischen 0.5% und 30%, insbesondere zwischen 1% und 10% der Querschnittsfläche A.

[0046] Bevorzugterweise sind die Austrittsöffnungen aus den Leitungen im oberen Bereich der Leitungen angeordnet. Dadurch wird verhindert, dass grosse Mengen an Behandlungsgas durch die reduzierte Durchlassfläche strömen müssen. Dabei sind die Austrittsöffnungen üblicherweise im rechten Winkel im Mantel der Leitung angeordnet, wobei eine nach oben gerichtet oder seitliche Austrittsrichtung bevorzugt ist.

[0047] Wird der Behandlungsraum nach unten mit einem flachen Boden abgeschlossen, dann befinden sich die Leitungen im zylindrischen oder leicht konischen Teil des Behandlungsraumes. Wird der Behandlungsraum nach unten mit einem Auslaufkonus abgeschlossen, dann befinden sich die Leitungen bevorzugterweise ganz oder teilweise im Auslaufkonus. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass sich das Volumen im Auslaufkonus reduziert. Dies ist besonders von Bedeutung, wenn sich die Zeit, in der ein Schüttgutmaterial ohne Durchströmung von Behandlungsgas vorliegt, negativ auf dessen Eigenschaften auswirkt.

[0048] Dementsprechend kann es von Vorteil sein, einen Verdrängerkörper im Auslaufkonus vorzusehen, um diese «tote» Verweilzeit weiter zu reduzieren. Ebenso lässt sich die «tote» Verweilzeit reduzieren, wenn eine zusätzliche Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas im Auslaufkonus vorgesehen wird. Auch hier kann die Zufuhr von Behandlungsgas über den Mantel des Auslaufkonus oder über weitere Leitungen erfolgen. Die Gasmengenverteilung zwischen erster und zusätzlicher Zufuhreinrichtung muss dabei so gewählt werden, dass die Gasgeschwindigkeit in der reduzierten Durchlassfläche im Bereich der ersten Zufuhreinrichtung den Lockerungspunkt nicht überschreitet.

[0049] Eine besondere Ausführung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung für ein Aufheizen eines Schüttgutmaterials verwendet wird, wobei die Temperatur des Behandlungsgases beim Eintritt in die erste Zufuhreinrichtung um mehr als 3 °C höher liegt als die Produkttemperatur im Bereich der ersten Zufuhreinrichtung und die Temperatur des Behandlungsgases beim Eintritt in die zusätzliche Zufuhreinrichtung um weniger als 3 °C von der Produkttemperatur im Bereich der ersten Zufuhreinrichtung abweicht. Dadurch wird der Behandlungsraum für ein rasches Aufheizen und der Konus für eine Homogenisierung verwendet. Die Abweichung der beiden Gastemperaturen liegt dabei im Bereich von 2 °C–20 °C.

[0050] Gemäss einer besonderen Ausführung können sich im oberen Bereich des Behandlungsraumes eine, zwei oder maximal drei Stauelementschichten befinden. Die Position der obersten Stauelementschichten soll so gewählt werden, dass sie sich am oberen Ende der Schichthöhe des Schüttgutmaterials befinden und im Betrieb zumindest teilweise von Schüttgutmaterial bedeckt sind. Bei einer ausreichenden Reduktion der Durchlassfläche in der Stauelementschicht erhöht sich die Gasgeschwindigkeit über den Lockerungspunkt des Schüttgutmaterials, was zu einer Verwirbelung und somit zu einer gleichmässigen Produktverteilung führt. Art und Aufbau geeigneter Stauelementschichten lassen sich aus der Anmeldeschrift PCT/CH2007/000 505 entnehmen. Da sich die Stauelementschichten nur im oberen Bereich des Behandlungsraumes befinden, bleibt darunter eine Behandlungshöhe (HV), in der die Gasgeschwindigkeit unter dem Lockerungspunkt liegt. Bevorzugterweise beträgt das Verhältnis HV / HS mehr als 0.5, insbesondere mehr als 0.7, besonders bevorzugt mehr als 0.8.

[0051] Im Gehäuse der Vorrichtung können weiter Öffnungen vorgesehen sein, wie zum Beispiel Schaugläser, Reinigungsöffnungen, Zugangsöffnungen oder Öffnungen für Messfühler. Weiterhin vorteilhaft ist, wenn sich die Vorrichtung im Deckenbereich zum Beispiel durch eine Flanschverbindung öffnen lässt und/oder wenn sich die Vorrichtung im Bodenbereich zum Beispiel durch eine Flanschverbindung öffnen lässt.

[0052] Obwohl sich die erfindungsgemässe Vorrichtung auch im Batch-Betrieb verwenden lässt, beziehen sich die erfindungsgemässen Verfahren auf den kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung.

[0053] Erfindungsgemäss durchströmt das Behandlungsgas den Behandlungsraum im Wesentlichen von unten nach oben. Die Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases soll im Behandlungsraum im Bereich des Lockerungspunkts des Schüttgutmaterials, bevorzugt unter dem Lockerungspunkt des Schüttgutmaterials, liegen. Bevorzugterweise soll die Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases im Behandlungsraum zwischen 1% und 50%, insbesondere zwischen 2% und 30%, unter dem Lockerungspunkt des Schüttgutmaterials liegen. Besonders bevorzugt ist eine Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases im Behandlungsraum zwischen 3% und 20% unter dem Lockerungspunkt des Schüttgutmaterials.

[0054] Bevorzugt sind Gasgeschwindigkeiten im Bereich von 0.5–2 m/s, insbesondere grösser als 0.7 m/s und/oder insbesondere kleiner 1.5 m/s.

[0055] Als Lockerungspunkt wird die Strömungsgeschwindigkeit bezeichnet, bei der sich die Schüttung im losesten Zustand befindet. Die Bestimmung des Lockerungspunktes aus einer Messung eines Druckverlustverlaufs ist im VDI Wärmeatlas 5. Auflage 1988, im Kapitel Lf, Bild 4, dargestellt. Eine näherungsweise Berechnung kann aus «Wärme und Stoffübertragung in der Wirbelschicht; H. Martin; Chem. Ing. Tech 52 (1980) Nr. 3, S.199–209» entnommen werden. Für nicht kugelförmige Schüttgutpartikel kann der Durchmesser der volumengleichen Kugel eingesetzt werden. Für die Porosität P wird eine Berechnung aus der Partikelgeometrie angewandt, wobei für P = (1/14/Os)ˆ(1/3) und Os = Oberfläche der Kugel gleichen Volumens/Partikeloberfläche gilt.

[0056] Alternativ lässt sich die Porosität auch aus dem Schüttgewicht im Lockerungspunkt und der Produktdichte berechnen P = 1– Schüttdichte/Produktdichte.

[0057] Treten starke Abweichungen der Porositätswerte nach den beiden Berechnungsarten auf, so muss auf jeden Fall eine Messung durchgeführt werden.

[0058] Handelt es sich bei dem Schüttgutmaterial um Granulate, insbesondere mit einem mittleren Durchmesser von 1.4 bis 5 mm und einer Temperatur zwischen 0 °C und 300 °C, so wird der Lockerungspunkt bei einer Gasgeschwindigkeit von ca. 0.6 bis 2 m/s erreicht.

[0059] Der mittlere Durchmesser entspricht dabei dem durchschnittlichen Durchmesser der volumengleichen Kugeln der Granulate.

[0060] Die Gasgeschwindigkeit entspricht dabei der Leerrohrgeschwindigkeit, also der Gasmenge pro Zeit geteilt durch den Querschnitt des Behandlungsraumes.

[0061] Durch den Wärmeaustausch zwischen Schüttgutpartikeln und Behandlungsgas kann sich die Temperatur des Behandlungsgases und damit auch dessen Strömungsgeschwindigkeit von unten nach oben im Behandlungsraum verändern. Um diese Veränderung auszugleichen, kann entweder der Mantel um den Behandlungsraum zumindest stellenweise konisch ausgebildet sein oder im Behandlungsraum können Verdrängungskörper angeordnet sein, die die Querschnittsfläche des Behandlungsraumes im Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit verkleinern.

[0062] Ein ausreichender Ausgleich wird erreicht, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases im unteren Bereich des Behandlungsraumes einen Wert VU beträgt und die Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases im oberen Bereich des Behandlungsraumes einen Wert VO beträgt und die Beziehung VU/(VU+VO) = 0.33 bis 0.67, insbesondere, VU/(VU+VO) = 0.39 bis 0.61, ergibt.

[0063] Eine Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens sieht vor, dass das Schüttgutmaterial den Behandlungsraum von oben nach unten durchströmt. Wird dabei ein heisses Schüttgutmaterial abgekühlt, so erwärmt sich das Behandlungsgas von unten nach oben. Um die daraus resultierende Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases zu kompensieren, soll die Querschnittsfläche im oberen Teil des Behandlungsraumes grösser sein als im unteren Bereich des Behandlungsraumes. Umgekehrt kühlt das Behandlungsgas bei einem Verfahren zum Erwärmen eines Schüttgutmaterials von unten nach oben ab. Um die daraus resultierende Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases zu kompensieren kann die Querschnittsfläche im oberen Teil des Behandlungsraumes kleiner sein als im unteren Bereich des Behandlungsraumes. Eine weitere Möglichkeit die nach oben hin abnehmende Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases zu kompensieren, oder sogar eine höhere Geschwindigkeit in den oberen Behandlungsschichten zu erzielen, lässt sich durch eine starke Reduktion der Querschnittsfläche oder durch eine zusätzliche Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas erreichen, was besonders bei der Kristallisation amorpher Granulate von Vorteil ist, da dadurch ein Verkleben der Granulate verhindert werden kann.

[0064] Eine besondere Ausführung sieht dazu vor, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases im Bodenbereich des Behandlungsraumes zwischen 0,5 und 2 m/s beträgt und die Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases im oberen Bereich des Behandlungsraumes zwischen 1.5 und 4 m/s Leerrohrgeschwindigkeit beträgt. Mit dieser Ausführung lässt sich im oberen Bereich des Behandlungsraumes eine stärkere Rückvermischung erreichen, was vor allem zur Behandlung von kristallisierbaren Schüttgütern und insbesondere deren Kristallisation vorteilhaft ist.

[0065] Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführung erfolgt die Behandlung des Schüttgutmaterials derart, dass eine möglichst gute Angleichung der Schüttguttemperatur und die Eintrittstemperatur des Behandlungsgases und der Behandlungsgastemperatur an die Eintrittstemperatur des Schüttgutes erfolgt.

[0066] Insbesondere erfolgt die thermische Behandlung bevorzugterweise derart, dass das Behandlungsgas eine Eintrittstemperatur TiG und eine Austrittstemperatur TaG aufweist, dass das Schüttgutmaterial eine Eintrittstemperatur TiP und eine Austrittstemperatur TaP aufweist und dass sich TaP im Wesentlichen an TiG angleicht und dass sich TaG im Wesentlichen an TiP angleicht, was sich durch die Temperaturangleichung (TiP + TaP–TiG–TaG)/(TiP–TiG) kleiner als 0.4, insbesondere kleiner als 0.3, berechnen lässt. Bei optimaler Prozessführung können sogar Werte unter 0.2 erreicht werden. Ein derart guter Wärmeaustausch lässt sich mit herkömmlichen Wirbelbett- oder Fliessbettreaktoren nicht erreichen, sondern bedarf eines Festbettreaktors. Durch den raschen Temperaturaustausch in der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es aber möglich, ein Schüttgutmaterial mit deutlich kürzeren Behandlungszeiten, wie in einem Festbettreaktor thermisch zu behandeln. Behandlungszeiten in der erfindungsgemässen Vorrichtung sind üblicherweise unter 1 Stunde. Bevorzugt sind Behandlungszeiten zwischen 5 und 45 Minuten. Besonders bevorzugt sind Behandlungszeiten über 15 Minuten.

[0067] Bei der Behandlungszeit ist die Zeit, in der sich das Schüttgutmaterial ohne oder nur mit geringer Behandlungsgasdurchströmung im Auslaufbereich, zum Beispiel einem Auslaufkonus, befindet, nicht berücksichtigt.

[0068] Die Temperaturangleichung hängt wesentlich vom Gasmenge- zu Produktmenge-Verhältnis ab. Eine zu hohe Gasmenge führt zu einer guten Angleichung zwischen Produktaustrittstemperatur und Gaseintrittstemperatur, dafür entsteht aber ein grosser Unterschied zwischen Produkteintrittstemperatur und Gasaustrittstemperatur. Eine zu niedrige Gasmenge führt zu einer guten Angleichung zwischen Produkteintrittstemperatur und Gasaustrittstemperatur, dafür entsteht aber ein grosser Unterschied zwischen Produktaustrittstemperatur und Gaseintrittstemperatur.

[0069] Je nach Anforderung an die Prozessstufe kann die Gasmenge so angepasst werden, dass sich eine optimale Temperaturangleichung bezüglich Produktaustrittstemperatur oder Gasaustrittstemperatur ergibt. Üblicherweise liegt das Verhältnis Gasmenge zu Produktmenge zwischen 0.7 und 2 Nm<3>/h pro kg/h.

[0070] Eine weitere besondere Ausführung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Schüttgutmaterial um Partikel, insbesondere Granulate, eines oder mehrerer Polymere handelt. Bei den Polymeren kann es sich um ein Neumaterial oder um ein Rezyklat handeln. Die Polymere können weitere Substanzen als Additive enthalten.

[0071] Besonders bevorzugt sind Polykondensate, wie zum Beispiel, Polyamid, Polyester, Polykarbonat, Polylactid, Polyhydroxyalkanoate oder deren Copolymere, insbesondere Polyethylenterephthalat oder eines seiner Copolymere, wobei auch Mischungen verschiedener Polykondensate verwendet werden können.

[0072] Um die Füllhöhe des Schüttgutmaterials in der erfindungsgemässen Vorrichtung auch bei ändernder Gasgeschwindigkeit und somit auch änderndem Schüttgewicht des Schüttgutmaterials im Wesentlichen konstant zu halten, kann sich die Vorrichtung auf einer Wägezelle befinden oder es kann eine Sonde zur Messung der Füllhöhe eingesetzt werden.

[0073] Die erfindungsgemässe Vorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren kann einen eigenständigen Verfahrensschritt zur thermischen Behandlung, wie zum Beispiel Erwärmen, Kühlen, Trocknen, Konditionieren, Kristallisieren, Entgasen, von Schüttgutmaterialien darstellen, oder in Kombination mit weiteren Verfahrensschritten verwendet werden. So ist zum Beispiel eine Verwendung in Anlagen zur Kristallisation, zur Festphasen-Polykondensation, zur Trocknung oder zur Monomerentgasung möglich.

[0074] Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann dazu unabhängig von weiteren Prozessapparaten aufgestellt sein oder in einen komplexen Prozessapparat integriert sein. So kann die erfindungsgemässe Vorrichtung zum Beispiel als Aufheizstufe vor einem Schachtreaktor oder als Kühlstufe nach einem Schachtreaktor angeordnet sein. Eine andere Kombination nutzt die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Homogenisierung nach einem Wirbelschichtapparat.

[0075] Die in den verschiedenen Apparaten oder Apparateteilen verwendeten Prozessgase können dabei unabhängig voneinander oder miteinander gekoppelt eingesetzt werden.

[0076] Eine besondere Anwendung sieht vor, die erfindungsgemässe Vorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren im direkten Anschluss an eine Vorrichtung oder ein Verfahren zur Granulierung von Kunststoffen, insbesondere von Polykondensaten, zu verwenden. Eine solche Kombination ist in PCT/CH2007/000 612 beschrieben. Die Ausführungen aus PCT/CH2007/000 612 über Polykondensate, die Herstellung einer Schmelze, die Herstellung von Granulaten, das Abtrennen der Granulate vom flüssigen Kühlmedium sowie die geeigneten Bedingungen für eine Kristallisation können aus dieser Schrift übernommen werden und werden in die vorliegende Erfindung eingeschlossen. Im Gegensatz zur PCT/CH2007/000 612 soll in der vorliegenden Erfindung die Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases in zumindest einem Teil des Behandlungsraums im Bereich des Lockerungspunktes oder leicht unter dem Lockerungspunkt der Granulate liegen. Um eine anfängliche Klebrigkeit der Granulate zu überwinden, ist es bevorzugt, in einem oberen Bereich des Behandlungsraums die Granulate mit einem Behandlungsgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit über dem Lockerungspunkt zu behandeln. Diese Erhöhung der Gasgeschwindigkeit lässt sich durch eine Verengung der Querschnittsfläche oder durch eine zusätzliche Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas erreichen.

[0077] Weitere Einzelheiten können den nachfolgend beschriebenen Figuren entnommen werden, wobei <tb>Fig. 1<sep>eine schematische Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung entlang einer vertikalen Schnittebene zeigt; <tb>Fig. 2<sep>eine Aufsicht auf einem Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung ist; und <tb>Fig. 3a, 3b<sep>weitere Einzelheiten der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigen.

[0078] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem Behandlungsraum (12), der nach oben von einem Gehäusedeckel (10) und nach unten von einem konischen Boden (19) abgeschlossen ist sowie von einem Gehäusemantel (11) umgeben wird. Im Deckenbereich (18) befindet sich eine Einfüllöffnung (13) für Schüttgutmaterial und eine Wegführeinrichtung (17) für Behandlungsgas. Im Boden (19) befindet sich eine Austragsöffnung (14) für Schüttgutmaterial. Die Austragsöffnung (14) wird nach unten von einer Austragswalze (24) begrenzt.

[0079] Die Zufuhreinrichtung für das Behandlungsgas (15) beinhaltet einen Gaseinlass (23), einen Verteilerraum (22) und eine Vielzahl an dachförmigen Leitungen (20a–n), wovon nur das vorderste Dach sichtbar ist (20a). Das Behandlungsgas fliesst durch eine Vielzahl an Austrittsöffnungen (21a–n), die in den schrägen Oberseiten in jedem Dach (20a–n) angeordnet sind, in den Behandlungsraum (12). Die Austragsöffnung (14) wird nach unten durch eine Austragswalze (24) abgesperrt. Die Austragswalze (24) ist im rechten Winkel zu den Dächern (20a–n) angeordnet.

[0080] Im Behandlungsraum (12) befinden sich zwei Stauelementschichten (29a–b).

[0081] Im konischen Boden (19) befinden sich eine zusätzliche Zufuhreinrichtung (25) für Behandlungsgas, bestehend aus Austrittsöffnungen (26) für Behandlungsgas, die über Verteilerraum (27) mit einer Zufuhröffnung (28) für Behandlungsgas verbunden sind. Im Deckenbereich (18) verbindet ein Flansch (30) den Gehäusemantel (12) und den Gehäusedeckel (10). Eine Niveausonde (31) ist so angebracht, dass die Stauelementschichten (29a–b) im Wesentlichen mit Schüttgutmaterial bedeckt sind. Durch die Niveausonde (31) und die Austrittsöffnungen (21a–n) für das Behandlungsgas ist die Höhe (H) definiert.

[0082] Durch die Oberkante des Schüttgutmaterials und die Austrittsöffnungen (21a–n) für das Behandlungsgas ist die Höhe (HS) definiert, wobei in diesem Fall H und HS gleich sind.

[0083] Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Auslaufkonus (19) der gleichen Vorrichtung wie Fig. 1. Im Zentrum ist die Austragswalze (24) angeordnet. Ersichtlich ist auch die Länge (I) und Breite (b) der Austragsöffnung. Ebenfalls sichtbar sind die Vielzahl einzelner dachförmiger Leitungen (20a–n), wobei jede Leitung eine Vielzahl an Austrittsöffnungen (21a–n) aufweist. Die rechteckige Ausführung weist eine Länge (L) und eine Breite (B) auf. Aus L * B ergibt sich die Querschnittsfläche A des Behandlungsraumes. Die Durchlassfläche ergibt sich aus der Summe aller Durchlassbreiten (LD) mal der Breite (B).

[0084] Fig. 3a und 3b zeigen zwei mögliche Ausführungen der Leitungen (20). Fig. 3azeigt eine dachförmige Leitung (20a) mit spitz zulaufendem Oberteil, einem rechteckigen, nach unten abgeschlossenen Unterteil und Austrittsöffnungen (21a–n) sowohl an den beiden Oberseiten wie auch im oberen Teil der Seitenwände. Fig. 3b zeigt eine ovale Leitung (20a) mit nach oben gerichteten Austrittsöffnungen (21a–n).

Beispiel 1

[0085] In einem rechteckigen Schacht mit einer Querschnittsfläche A von 1.05 m<2> und einem konischen Boden (mit 68° Neigung zur Horizontalen) sind im unteren Teil des Schachtes 8 Leitungen mit einer Vielzahl an Gasaustrittsöffnungen zur Gaszufuhr angeordnet. Der Behandlungsraum im Schacht ist leicht konisch mit einer Querschnittsfläche von 1.7 m<2>am oberen Ende der Schichthöhe. Die Durchlassfläche im Bereich der Leitungen beträgt 48%. Der konische Boden besteht teilweise aus einem Lochblech, durch das ebenfalls Behandlungsgas zugeführt werden kann. Unter der Austragsöffnung ist eine Austragswalze angeordnet. Im Deckenbereich ist ein Eintrittsrohr mit 20 cm Durchmesser angeordnet. Der Behandlungsraum hat eine Höhe (H) von 150 cm.

[0086] Der Reaktor wird kontinuierlich von oben mit 2800 kg/h an PET-Granulat (2.8 mm Länge 2.3 mm Durchmesser) mit 179 °C beschickt. Durch die Leitungen im unteren Teil des Behandlungsraumes und das Lochblech werden insgesamt 3520 Nm<3>/h Luft mit 54 °C und 100 mbar Überdruck zugeführt. Die Schichthöhe (HS) wird auf 110 cm konstant gehalten. Bei einem gelockertem Schüttgewicht von 745 kg/m<3> beträgt die Verweilzeit 24 Minuten.

[0087] Das Verhältnis V1 = Hˆ2/A beträgt 2.1. Das Verhältnis V2 = L/B beträgt 2.4. Das Verhältnis V3 = HSˆ2/A beträgt 1.1.

[0088] Das Produkt kühlt auf 65 °C ab, das Gas erwärmt sich auf 174 °C.

[0089] Die Gasgeschwindigkeit nimmt im Behandlungsraum von unten nach oben von 1.06 auf 0.97 m/s ab. Die Gasgeschwindigkeit in der Durchlassfläche beträgt 0.55 m/s.

[0090] Der berechnete Lockerungspunkt nimmt dabei von unten nach oben von 1.12 auf 1.29 m/s zu. Somit ist die Gasgeschwindigkeit im Schacht zwischen 5 und 25% unter dem Lockerungspunkt.

[0091] Das Geschwindigkeitsverhältnis VU/(VU+VO) beträgt 0.52.

[0092] Die Temperaturangleichung (TiP + TaP–TiG–TaG) / (TiP–TiG) beträgt 0.13.

Beispiel 2

[0093] In einem rechteckigen Schacht mit einer Querschnittsfläche A von 1.05 m<2> und einem konischen Boden (mit 68° Neigung zur Horizontalen) sind im unteren Teil des Schachtes 8 Leitungen mit einer Vielzahl an Gasaustrittsöffnungen zur Gaszufuhr angeordnet. Die Durchlassfläche im Bereich der Leitungen beträgt 48%. Der konische Boden besteht teilweise aus einem Lochblech durch das ebenfalls Behandlungsgas zugeführt werden kann. Unter der Austragsöffnung ist eine Austragswalze angeordnet. Im Deckenbereich ist ein Eintrittsrohr mit 20 cm Durchmesser angeordnet. Der Behandlungsraum hat eine Höhe (H) von 150 cm.

[0094] Der Reaktor wird kontinuierlich von oben mit 1400 kg/h an PET-Granulat (2.8 mm Länge, 2.3 mm Durchmesser) mit 146 °C beschickt. Durch die Leitungen im unteren Teil des Behandlungsraumes werden 1800 Nm<3>/h Luft mit 225 °C und 100 mbar Überdruck zugeführt. Durch das Lochblech werden insgesamt 480 Nm<3>/h Luft mit 220 °C und 100 mbar Überdruck zugeführt. Die Schichthöhe (HS) wird auf 110 cm konstant gehalten. Bei einem gelockerten Schüttgewicht von 745 kg/m<3>beträgt die Verweilzeit 37 Minuten.

[0095] Das Verhältnis V1 = Hˆ2/A beträgt 2.1. Das Verhältnis V2 = L/B beträgt 2.4. Das Verhältnis V3 = HSˆ2/A beträgt 1.1.

[0096] Das Produkt erwärmt sich auf 221 °C, das Gas kühlt sich auf 155 °C ab.

[0097] Die Gasgeschwindigkeit nimmt im Behandlungsraum von unten nach oben von 1.04 auf 0.99 m/s ab. Die Gasgeschwindigkeit in der Durchlassfläche beträgt 0.50 m/s.

[0098] Der berechnete Lockerungspunkt beträgt 1.27 m/s. Somit ist die Gasgeschwindigkeit im Schacht ungefähr 20% unter dem Lockerungspunkt.

[0099] Das Geschwindigkeitsverhältnis VU/(VU+VO) beträgt 0.51.

[0100] Die Temperaturangleichung (TiP + TaP–TiG–TaG) / (TiP–TiG) beträgt 0.16.

Vergleichsbeispiel 1

[0101] In Beispiel 1 der Patentschrift DE 2 723 549, Gey, sind in einem Schachtreaktor mit 0.07 m<2> Bodenfläche Siebe mit einer Maschenweite von 16 mm im Abstand von 10 cm angeordnet. Der Reaktor wird kontinuierlich mit 30 kg/h an PET-Granulat (3 mm Länge 2 mm Durchmesser) mit 220 °C beschickt.

[0102] Dem unteren Teil des Reaktors werden 46.5 Nm<3>/h Luft mit 240 °C zugeführt. Die Schichthöhe beträgt 300 cm.

[0103] Bei einem Schüttgewicht von 760 kg/m<3> beträgt die Verweilzeit 322 Minuten.

[0104] Die Verweilzeit zwischen den Sieben beträgt 11 Minuten.

[0105] Das Produkt erwärmt sich auf 238 °C, das Gas kühlt auf 220 °C ab.

[0106] Die Gasgeschwindigkeit beträgt dabei 0.32 m/s. Der berechnete Lockerungspunkt beträgt 1.3 m/s. Die Gasgeschwindigkeit im Reaktor ist also unter dem Lockerungspunkt.

[0107] Die Temperaturangleichung (TiP + TaP–TiG–TaG) / (TiP–TiG) beträgt 0.05.

Vergleichsbeispiel 2

[0108] Die Daten aus Beispiel 1 aus PCT/CH2007/000 505 werden übernommen. Hier handelt es sich um eine Vorrichtung, mit der sich eine rasche Temperaturangleichung erreichen lässt, die aber Gasgeschwindigkeiten über dem Lockerungspunkt benötigt und zur Beruhigung der Produktschicht 22 Stauelementschichten enthält. Zusätzlich wurde das Verhältnis V3 = HSˆ2 / A berechnet: V3 = 5.

Tabelle 1

[0109] <tb><sep>V Gas/ mProd<sep>V Gas<sep>V3<sep>Verweilzeit<sep>Temperatur- angleichung f(T)Nm<3> <tb><sep>/h / kg/h<sep>m/s<sep>–<sep>Min<sep> <tb>Bsp. 1<sep>1.3<sep>1.06<sep>1.1<sep>24<sep>0.13 <tb>Bsp. 2<sep>1.6<sep>1.04<sep>1.1<sep>37<sep>0.16 <tb>Vgl. Bsp. 1<sep>1.6<sep>0.3<sep>128<sep>322<sep>0.05 <tb>Vgl. Bsp. 2<sep>1.3<sep>1.4<sep>5.0<sep>19<sep>0.41

[0110] Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, dass sich bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren eine gute Temperaturangleichung entweder unter Verwendung geringer Gasgeschwindigkeiten erreichen lässt, was aber sehr lange Verweilzeiten und hohe, schlanke Vorrichtungen bedingt, oder sich unter Verwendung grösserer Gasgeschwindigkeiten (leicht über dem Lockerungspunkt) erreichen lässt, was aber den Einsatz einer Vielzahl an Stauelementschichten bedingt. Demgegenüber erreichen die erfindungsgemässen Beispiele eine rasche und gute Temperaturangleichung ohne die Konstruktiven Nachteile der Vergleichsbeispiele.

Bezugszeichen

[0111] <tb>10<sep>Gehäusedeckel <tb>11<sep>Gehäusemantel <tb>12<sep>Behandlungsraum <tb>13<sep>Einfüllöffnung für Schüttgutmaterial <tb>14<sep>Austragsöffnung für Schüttgutmaterial <tb>15<sep>Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas <tb>16<sep>Bodenbereich des Behandlungsraumes <tb>17<sep>Wegführeinrichtung für Behandlungsgas <tb>18<sep>Deckenbereich <tb>19<sep>Boden <tb>20a–n<sep>Leitungen der Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas <tb>21a–n<sep>Austrittsöffnungen aus Leitungen 20a–n <tb>22<sep>Verteilerraum für Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas <tb>23<sep>Gaseintritt für Behandlungsgas in Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas <tb>24<sep>Austragsvorrichtung (z.B. Austragswalze) <tb>25<sep>zusätzliche Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas <tb>26<sep>Austrittsöffnungen aus zusätzlicher Zufuhreinrichtung <tb>27<sep>Verteilerraum für zusätzliche Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas <tb>28<sep>Gaseintritt für Behandlungsgas in zusätzliche Zufuhreinrichtung für Behandlungsgas <tb>29a–b<sep>Stauelementschichten <tb>30<sep>Flansch im Deckenbereich <tb>31<sep>Niveausonde

Claims (30)

1. Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Schüttgutmaterials, welche aufweist: – einen Behandlungsraum (12) zur Aufnahme des Schüttgutmaterials – mindestens eine Einfüllöffnung (13), durch die Schüttgutmaterial in den Behandlungsraum (12) beschickbar ist, – mindestens eine Austragsöffnung (14), durch die Schüttgutmaterial aus dem Behandlungsraum (12) austragbar ist, – mindestens eine Zuführeinrichtung (15) für ein Behandlungsgas im Bodenbereich (16) des Behandlungsraumes (12), – mindestens eine Wegführeinrichtung (17) für ein Behandlungsgas im Deckenbereich (18) des Behandlungsraumes (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (15) für ein Behandlungsgas im Bodenbereich (16) aus einer oder mehreren Leitungen (20a–n) besteht, die eine Vielzahl an Austrittsöffnungen (21a–n) vorweisen, und dass die Höhe (H) des Behandlungsraumes (12) und die Querschnittsfläche A im Bodenbereich (16) des Behandlungsraumes (12) ein Verhältnis V1 = H<2>/A bilden und V1 kleiner als 4 ist.

2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass V1 kleiner als 2, insbesondere kleiner als 1 ist.

3. Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (20a–n) im oberen Teil eine Vielzahl an Austrittsöffnungen aufweisen.

4. Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (20a–n) im Wesentlichen horizontal im Bodenbereich (16) des Behandlungsraumes (12) angeordnet sind.

5. Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Leitungen (20a–n) im Bodenbereich (16) des Behandlungsraumes (12) eine Durchlassfläche befindet, die zwischen 10% und 80%, insbesondere zwischen 30% und 70% der Querschnittsfläche A beträgt.

6. Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsraum (12) im Wesentlichen vertikal angeordnet ist.

7. Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Austragsöffnung (14) unterhalb der Zuführeinrichtung (15) für das Behandlungsgas befindet.

8. Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bodenbereich (16) des Behandlungsraumes (12) ein konischer Auslaufbereich (19) befindet.

9. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche A eine maximale Länge L und eine rechtwinklig dazu gemessene maximale Breite B aufweist, die ein Verhältnis V2 = L/B bilden und V2 grösser als 1.5, insbesondere grösser als 2, ist.

10. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Auslaufbereich (19) in eine Austragsöffnung mit einem 1/b-Verhältnis grösser als 5, insbesondere grösser als 10 mündet und von einer Austragsvorrichtung (24), insbesondere einer Austragswalze verschlossen wird.

11. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich unterhalb der mindestens einen Zuführeinrichtung (15) für Behandlungsgas eine weitere Zuführeinrichtung (25) für ein Behandlungsgas befindet.

12. Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich oberhalb der mindestens einen Zuführeinrichtung (15) für Behandlungsgas eine weitere Zuführeinrichtung für ein Behandlungsgas im Behandlungsraum (12) befindet.

13. Verfahren zur kontinuierlichen, thermischen Behandlung eines Schüttgutmaterials in einer Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases im Behandlungsraum (12) im Bereich des Lockerungspunktes oder zwischen 1% und 60% unter dem Lockerungspunkt des Schüttgutmaterials liegt, und dass die Schichthöhen HS des Schüttgutmaterials im Behandlungsraum (12) und die Querschnittsfläche A im Bodenbereich (16) des Behandlungsraumes (12) ein Verhältnis V3 = HS<2>/A bilden und V3 kleiner als 2.5 ist.

14. Verfahren gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass V3 kleiner als 1, insbesondere kleiner als 0.7 ist.

15. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases im Behandlungsraum (12) über eine Höhe HV unter dem Lockerungspunkt des Schüttgutmaterials liegt, wobei das Verhältnis HV/HS grösser als 0.5, insbesondere grösser als 0.7 ist.

16. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases zwischen 1% und 50%, insbesondere zwischen 2% und 30% unter dem Lockerungspunkt des Schüttgutmaterials liegt.

17. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Verweilzeit im Behandlungsraum (12) zwischen 5 und 60 Minuten, insbesondere mehr als 15 Minuten und/oder weniger als 45 Minuten, beträgt.

18. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schüttgutmaterial um Partikel, insbesondere Granulate, eines Polykondensates, wie zum Beispiel Polyamid, Polyester, Polykarbonat, Polylactid, Polyhydroxyalkanoat oder deren Copolymere oder Mischungen, insbesondere Polyethylenterephthalat oder eines seiner Copolymere handelt.

19. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases zwischen 0.5 und 2 m/s, insbesondere mehr als 0.7 m/s und/oder weniger als 1.5 m/s Leerrohrgeschwindigkeit beträgt.

20. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schüttgutmaterial um Granulate mit einem mittleren Durchmesser von 1.4 mm bis 5 mm handelt.

21. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases im unteren Bereich des Behandlungsraumes einen Wert VU beträgt und dass die Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases im oberen Bereich des Behandlungsraumes einen Wert VO beträgt und dass sich VU und VO nicht wesentlich unterscheiden, was durch die Beziehung VU/(VU+VO) = 0.33 bis 0.67, insbesondere, VU/(VU+VO) = 0.39 bis 0.61, berechnet ist.

22. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgutmaterial den Behandlungsraum von oben nach unten durchströmt und das Behandlungsgas den Behandlungsraum von unten nach oben durchströmt.

23. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsgas eine Eintrittstemperatur TiG und eine Austrittstemperatur TaG aufweist, dass das Schüttgutmaterial eine Eintrittstemperatur TiP und eine Austrittstemperatur TaP aufweist und die thermische Behandlung derart erfolgt, dass sich TaP im Wesentlichen an TiG angleicht und dass sich TaG im Wesentlichen an TIP angleicht, was sich durch die Beziehung (TIP + TaP–TiG–TaG) / (TIP–TiG) kleiner als 0.4 insbesondere kleiner als 0.3, berechnen lässt.

24. Verfahren gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsgas der zumindest einen Zuführeinrichtung (15) mit einer Temperatur T1 sowie zumindest einer zusätzlichen Zuführeinrichtung (25), welche sich in einem im Bodenbereich (16) des Behandlungsraumes (12) angeordneten Auslaufkonus (19) befindet, mit einer Temperatur T2 zugeführt wird, und dass T1 um 2 bis 20 °C grösser ist als T2.

25. Verfahren gemäss Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichthöhe HS des Schüttgutmaterials im Behandlungsraum (12) und die Querschnittsfläche A im Bodenbereich (16) des Behandlungsraumes (12) ein Verhältnis V3 = HS<2>/A bilden und V3 kleiner als 2.5 ist.

26. Verfahren gemäss Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass V3 kleiner als 1, insbesondere kleiner als 0.7 ist.

27. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases im Behandlungsraum (12) über eine Höhe HV unter dem Lockerungspunkt des Schüttgutmaterials liegt, wobei das Verhältnis HV/HS grösser als 0.5, insbesondere grösser als 0.7 ist.

28. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsgases zwischen 1% und 50%, insbesondere zwischen 2% und 30% unter dem Lockerungspunkt des Schüttgutmaterials liegt.

29. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung gemäss zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgeführt ist.

30. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines teilkristallinen Polykondensatgranulates, unter Verwendung einer thermischen Behandlung, bestehend aus den Schritten: – Herstellen einer Polykondensatschmelze, – Formen von Polykondensatgranulaten und Verfestigen der Polykondensatschmelze in einem flüssigen Kühlmedium, wobei das Formen der Granulate vor oder nach dem Verfestigen erfolgen kann, –Trennen der Granulate von dem flüssigen Kühlmedium, sobald die Abkühlung der Polykondensatgranulate auf eine durchschnittliche Temperatur, die innerhalb des Kristallisationstemperaturbereiches des Polykondensates liegt, erfolgt ist, – Kristallisieren der Granulate in einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12.