DD150932A1 - Vorrichtung zur kristallisation von armorphem polyestergranulat - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Kristallisation amorphem Polyestergranulats, die bei der Herstellung von Chemiefasern eingesetzt ist, auf eine wesentliche Senkung des spezifischen Energieaufwandes beim Trocknungsprozesz in Verbindung mit der Abluftnutzung eines Schachttrockners hinzielt und die Aufgabe stellt, bei Durchsaetzen von mehr als 50 kg/h in weniger als 10 min rieselfaehiges Polyestergranulat der Endtrocknung zuzufuehren. Die Aufgabe wurde erfindungsgemaesz geloest durch ein dem Schachttrockner direkt aufgesetztes teilweise auszenbeheiztes Kristallisationsrohr mit einer langsam drehenden Ruehrerwelle und Ruehrerarmen, an denen Ruehrschaufeln wandparallel so angesetzt sind, dasz eine stetige Spielfolge von Waermeaufnahme durch wandnahe Granulatkoerper und Waermeabgabe dieser Waermetraeger zum aufgelockerten Zentrum hin erfolgt.

Description

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Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Kristallisation von amorphem Polyestergranulat

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird, vorzugsweise in d.er Chemiefaserindustrie zur Trocknung von Polymergranulaten, die in der Erwärmungsphase zum Verkleben neigen, angewendet·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

PUr die Herstellung von Chemiefasern bestimmte Hochpolymere nüssen vor der S_chmelzextrusion zur Verhinderung d.es hydrolytischen Abbaus einen Trocknungsprozeß durchlaufen· Während. des Erwärmens zeigen insbesondere Polyestergranulate ab 360 K durch Verkleben der Oberflächen eine starke Neigung zur Aggloaeratbild.ung, die erst nach einer Teilkristallisation dieser Flächen zurückgeht« Im Bestreben, diesen Kristallisationszustand, möglichst schnell zu erreichen und d.er

erforderlichen Endtrocknung eine notwendige größere Zeitspanne einzuräumen, haben sich zweistufige Vorrichtungen mit einem Kristallisator (zur Teilkristallisation) und anschließendem Endtrockner, meist in der Bauart eines Schachttrockners, bewährt,

So wurde in der DE 23 17 651 vorgeschlagen, das erste Wärmebehandlungsaggregat als feststehendes, im v/esentlichen waagerecht liegendes, zylindrisches Rohr mit beheizter Wandfläche auszubilden, in dem koaxial eine schnell rotierende Welle mit mehreren bis an die Rohrwandung reichenden Paddeln angeordnet ist, die das amorphe Polyestergranulat in dünner Schicht zur Teilkristallisation an der gesamten beheizten Wandung entlang treiben* In beispielsweise 5 Minuten soll hier ein Teilkristallisationsgrad, erreicht sein, d.er das anschließende End.trocknen in einem nachgeschalteten Schachttrockner ohne jegliche Agglomerationsneigung gewährleistet«

Der vorteilhaften Hutzung des Wärmeübergangs von der beheizten Wandung an das Granulat stehen hier die sich aus der Anordnung ergebenden Nachteile eines überhöhten Energieaufwandes zum Schleudern des Granulates und der sich d.araus zwangsläufig ergebenden staubförinigen Abriebmengen entgegen« Der Vorschlag weist deshalb auch darauf hin, daß zweckmäßig eine Entstaubungsleitung auch direkt aus dem Kristallisationsraum zum Entstaubungszyklon geführt werden sollte· In US 3 547 890 wird ein Trockenapparat für Polyester-Granulate vorgeschlagen, dessen Trockenschacht eine Granulatzuführung und eine Kristallisationszone aufgesetzt oder letztere in den Oberteil des Schachtes eingeschoben ist« In der Kristallisationszone wird, eine schraubenförmige oder mit horizontalen Schaufeln besetzte Rührerwelle so bewegt, daß die im Rührerbereich befindlichen Granulatteilchen während der Abwärtsbewegung etwas aufgelockert werden, um einer Agglomeration entgegenzuwirken und dem Heißgas eine vergleichmäßigte Umspülung der Granulatteilchen zu ermöglichen. Pur den Pail, d.aß sich Agglomerate in der Kristallisationszone bilden, ist an ihrem Ausgang ein mit Nocken besetztes Brechwerk vorgesehen·

Bei.Eingangsfeuchten des Granulats von 0,5 Gew·-^ und BO kg/h Durchsatz werden hier in Durchführung eines gegebenen Verfahrens 0,8 h zur Kristallisation und v/eitere 8 h für die End-

μ 3 -.

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ρ- 3 —

trocknung auf 0,01 Gew.-?6 (nach der Fischer-Methode ermit- telt), benötigt.

Der vorgeschlagene Apparat weist gegenüber der in DE 23 17 beschriebenen Vorrichtung durch die ungenügende Nutzung des günstigeren Warme Übergangs von der Wandung des Kristallisationsgefäßes an das Granulat wesentlich längere Verweilzeiten bis zur Teilkristallisation auf« Der spezifische Energieaufwand, pro kg Granulat liegt höher, zumal auch zusätzlich ein Brechwerk noch angetrieben werden muß, d.as auch erfahrungsgemäß den Staubanteil ansteigen läßt»

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung liegt in einer Vorrichtung, die in Verbindung mit einem an sich bekannten Schachttrockner in einer ihm vorangestellten Kristallisationszone Polyestergranulat bei Durchsätzen größer als 50 kg/h bei günstigsterEnergieausnutzung (Energieaufwand. 0,103 kWh/kg) teilkristallisiert und auf weniger als 0,005 % Feuchtegehalt endtrocknet.·

Darlegung d.es Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zweckmäßige Vorrichtungsteile am und im Kristallisationsteil so anzuordnen, daß amorphes Polyestergranulat bei üblichen Durchsatzmengen unter Ausnutzung günstiger Wärmeübergänge in weniger als 10 Minuten Verweilzeit teilkristallisiert und agglomeratfrei dem direkt nachgeschalteten Schachttrockner zugeführt wird.

Erfindungsgemäß wird, die Aufgabe dad.urch gelöst, daß auf einem Schachttrockner ein vertikales, auf 1/2 bis 2/3 seiner Länge mit einem Heizmantel umgebenes Kristallisationsrohr

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mit zentrischer Rührerwelle angeordnet ist, die in Höhe des Granulateinlaufs mit einer einem Verdrängerkörper ähnlichen Verdickung ausgebildet ist und Rührerarme besitzt, die endseitig wandparallel ausgerichtete Schaufeln tragen, die in der Bewegungsrichtung einen definierten positiven Anstellwinkel und. einen Abstand von der inneren Rohrwandung besitzen, der das zwei- bis fünffache des kleinsten Granulatabmaßes beträgt, wobei vorteilhaft das Kristallisationsrohr innen im Bereich der beheizten Fläche mit 3 bis 6 Längsrippen versehen ist« Dabei wird die vertikale Höhe H des Kristallisationsrohres im Verhältnis zum Innendurchmesser D mit 4 bis 7 gewählt und im Einzelfall so festgesetzt, daß die aus dem Schachttrockner durch das Kristallisationsrohr strömende Gas eine Geschwindigkeit gleich oder kleiner als die Wirbelpunktgeschwind.igkeit erreicht. Die Rührerarme sind. in einer oder zwei schraubenförmig um die Rührerwelle verlaufenden Ebenen angeordnet, flach geformt und an die Rührerwelle mit einer der gedachten Schraubenform conformen Neigung angesetzt, so daß während, der Drehbewegung der Rührerwelle das granulierte Trockengut beim Durchgleiten des einzelnen Armes partiell angehoben wird.« Die Schaufeln an den Enden der Rührerarme sind wandungsparallel an ihnen mit einem Abstand h von der Rührerwand.ung befestigt. Dabei bezieht sich h auf die vordere, äußere Schaufelkante, während., in Drehrichtung gesehen, die hintere Schaufelkante aufgrund eines Anstellwinkels der Schaufel von 15° bis 30° einen größeren Abstand als h aufweisen muß. Der Abstand h wird in Abhängigkeit von der größten durchschnittlichen Abmessung des Granulatkorns gewählt und soll den 2- bis 5fachen, vorzugsweise den 3fachen Granulatkorndurchmesser betragen* Die Schaufellänge b wurde mit 0,2 bis 0,3» vorrangig 0,26 der Steigung s der oben genannten gedachten Schraubenlinie um die Rührerwelle gefunden. Die Anzahl der Rührerarme und die Drehzahl der Rührerwelle werden festgelegt durch die Abmessungen des Granulatkorns

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und. seine Wärmeaufnahraegeschwindigkeit bei der Lage in der Schicht an der Wärme abgebenden Wandung· Sobald die Wärme- Sättigung des Granulatkorns erreicht ist, muß es durch eine dex genannten Schaufeln von der Wandung getrennt und in Richtung des Zentrums des Kristallisators gefördert werden« Unterschiedliche Pormen (Kugeln, rechteckige Plättchen, Röllchen) bedingen entsprechende Ablöserhythmen. Für den Verlauf der Teilkristallisation hat es sich als notwendig erwiesen, den Zulauf des amorphen Granulats sehr gleichmäßig zu gestalten und. Belastungen des Teilkristallisstionsvorganges durch oftmals unregelmäßig und mit verschiedener Intensität auftretenden Abrieb oder Staub zu verhindern« Wird im allgemeinen der Granulatzulauf über einen schrägen Granulat-Zulaufstutzen am Kopf des Kristallisationsrohres unter Nutzung der Schwerkraft vorgenommen und. an der entgegengesetzten Seite des Zulaufs der Abluftstutzen, mir etwas höher angeordnet, weiterhin im oberen Bereich der Rilhrerwelle ein Verdrängerkörper angeordnet, der den Strömtingsquerschnitt oberhalb der Granulatschüttung einengt, so sinkt die Staubbelastung am Kristallisatoreingang auf ein normales Haß. Eine Möglichkeit zum Auswechseln unterschiedlich geformter Verdrängerkörper für die entsprechenden Granula tkornformeη und -durchmesser sollte vorteilhafterweise vorgesehen sein«

Zum Aufrechterhalten einer konstanten Luftgeschwindigkeit kann die Innenwand des Kristallisators konisch ausgebildet werden·

In jedem Pail ist das Kristallisationsrohr mit einem Heizmantel umgeben, wobei dessen Höhe nur 0,6 bis 0,8, vorzugsweise 0,7 der Kristallisationsrohrhöhe H, gemessen von der Mitte der ZulaufÖffnung bis zum Puß des Kristallisators, beträgt .

Im kontinuierlichen Betrieb gelangt amorphes Hochpolymer, das beim Erwärmen zum Verkleben neigt, über den Granulat-Zulauf stutzen in das Kristallisationsrohr, Mit eingetragener

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Staub wird im oberen Kristallisationsrohrbereioh, der durch, den Verdrängerkörper verengte Kanäle aufweist und. höhere Strömungsgeschwindigkeiten bewirkt, mit der Abluft ausgeblasen. Das eingetragene Granulat wird, erwärmt, einerseits durch die entgegenströmende heiße Abluft, andererseits durch den intensiven Wärmeaustausch an der v/armen Kristallisationsrohr-Wandung und. dem wandfernen Granulat, Während, sich das Granulat schwerkraftbedingt abwärts bewegt, ist die Gesamtschüttung durch den heißen Gegenstrom leicht aufgelockert und wird außerdem durch die unterschnittig eingestellten Rührerarme zeitweilig angehoben, so daß eine Agglomeratbildung unterbleibt. An der Wandung des Kristallisationsrohres und. in ihrer unmittelbaren Nähe anliegendes Granulat wird bei Wa ndtemperaturen von 443 K bis 493 K unter vorteilhaftem Wärmeübergang schnell aufgeheizt, nach wenigen Sekunden von der Wandung abgestreift und in Richtung des Zentrums bei gleichzeitiger Einwirkung der Schwerkraftkomponente gefördert, während, eine neue Belegung der Wandungsbereiche zum erneuten Aufheizen erfolgt. In der insgesamt aufgelockerten Granulatschüttung bewegen sich demnach einzelne Granulatkörner zickzackförmig und. in zusätzlich steiler Spiralform von oben nach unten, durchlaufen das Kristallisationsrohr in ca, 4 bis sechs Minuten und. verlassen es mit einem Teilkristallisationsgrad von 40 % bis 48 %, der im nachgeschalteten Schachttrockner eine Endtrocknung ohne Jegliches Agglomerieren gewährleistet* Die dem Schachttrockner für diese Teilkristallisation entnommene heiße Abluft wird in der Vorrichtung weitgehend, zur Vorwärmung des Granulats verwertet· Am Abluftstutzen des Kristallisators liegt die Temperatur unter 310 K, Daraus leitet sich der Hauptvorteil dieser erfindungsgemäßen. Lösung ab, der in der günstigen Energieausbeute liegt. Der direkte Wärmeübergang von der nur teilweise beheizten Kristallisatwand.ung in Verbindung mit der kontinuierlichen Granulatkornablösung einerseits und, die geringen Antriebskräfte an der Rührerwelle aufgrund, der Bewegung der Rührarme und.

Schaufeln in aufgelockerter Granulatschüttung andererseits ermöglichen die restlose Ausnutzung des Heißgasstromes aus dem Schachttrockner, so daß am Abluftstutzen eine technisch kaum noch nutzbare Wärmemenge an die Umgebung abgegeben wird«

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert v/erden.

Dabei zeigt

Pig, 1 - einen Längsschnitt durch d.as auf den Schachttrockner aufgesetzte Kristallisationsrohr mit der Rührvorrichtung

Pig«, 2 - einen Querschnitt durch das Kristallisationsrohr in der Schnittebene A-A.

Auf einen Schachttrockner 1 wurde ein Kristallisationsrohr 2 mit einem Verhältnis von Durchmesser D zur Höhe H gleich 5 aufgesetzt. Ein Heizmantel 3 umgibt das Kristallisationsrohr 2 bis zu 0,6 H_e

In seinem Zentrum wurde eine vom Deckel 4 des Kristallisationsrohres 2 her durch d.en Getriebemotor 5 angetriebene Rührerwelle 6 mit vier Rührerarmen 7 aus Flachstahl, die in der Drehrichtung unter einem Winkel OC = 35° eingestellt waren, angeordnet· Die Plächen der Rührerarme 7 bilden d.abei Ausschnitte einer gedachten, schraubenförmig um die Rührerwelle 6 gelegten Spirale mit der Steigung s = 0,8 D* Rechtwinklig an den Rührerarmen 7 wurden Schaufeln 8 unter einem Winkel β = 15° so angesetzt, d.aß die Vorderkante, entsprechend, der Granulatabmessung 4 x 4 x 1,5 mm, einen Abstand, h von 10 Elin von d.er Innenwandung des Kristallisationsrohres 2 besaß«. Die Länge b der Schaufel 8 betrug 0,25 s,

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so daß die gesamte Innenwandung des Kristallisationsrohres Überstrichen, wurde· Am Kopf der Vorrichtung wurde der Granula tzulauf stutze η 9 angesetzt, ihm diametral zugeordnet der Abluftstutzen, 10, der zum Entstaubungszyklon (nicht gezeichnet) führte· Mit der Rührerwelle lösbar verbunden war ein topffb'rmiger Yerdrängerkörper 11, dessen Unterkante in Höhe der Mitte des Granulat-Einlaufstutzens 9 angeordnet war, dessen Durchmesser d. = 0,65 D betrug· Die beheizte Kristallisatorwandung war mit drei am Umfang gleichmäßig verteilten, achsparallel verlaufenden Längsrippen 12, deren Dicke 3 mm betrug, bestückt· Im kontinuierlichen Betrieb konnte bei 50 kg/h Durchsatz nach Zuführung amorphen Polyester-Granulats der genannten Abmessung mit einer Anfangsfeuchte von 0,12 % Gew· völlige Agglomeratfreiheit und eine Teilkristallinität des Granulats am Schachttrocknereingang von 43 % festgestellt v/erden· Die Staubbelastung lag bei - 0,2 % am Trocknerausgang bei einem Eingangswert von 0,6 % vor dem Trocknereingang, Bei einer Zulufttemperatur zum Schachttrockner von 473 K konnte eine Granulatrestfeuchte am Schachttrocknerausgang von 0,003 % erreicht werden· Die Ablufttemperatur stellte sich auf 318 K ein.

Claims (1)

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   Erfind.ungsanspru.cn

   1. Vorrichtung zur Kristallisation amorphen Polyestergranulats, die von einem Heizmantel umgeben einem Schachttrockner unmittelbar aufgesetzt ist und dessen heißes Abgas entnimmt, dad.urch gekennzeichnet, d.aß in einem vorzugsweise zylindrischen Kristallisationsrohr (2) mit einem D/H-Verhältnis von 4 bis 7, in das am Kopfteil ein Granulat-Einfüllstutze η (9) und. ihm diametral gegenüberliegend, ein Abluftstutzen (10) einmünd.et, zentrisch eine an ihrem oberen Ende mit einem topfartigen Verdrängerkörper (11) versehene, angetriebene Rührerwelle (6) mit am Umfang in gedachter Schraubenlinie gleichmäßig verteilten flachen, in Drehrichtung negativ eingestellten Rührerarmen (7), an deren Enden Schaufeln (8) wand.parallel mit positivem Anstellwinkel d.erart angeordnet sind., daß die vordere Kante (8a) der Schaufel (8) einen Abstand von zwei bis fünf Granulatkorndicken von der Wand des Kriatallisationsrohres hat.

   2« Vorrichtung gemäß Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Einatellwinkel (#) der Rührerarme (7), an der Armwurzel gemessen, - 15 bis - 45 , vorzugsweise 30°, der positive Einstellwinkel (/3) der Schaufeln (8) 8° bis 45°, vorzugsweise 15° beträgt.

   3· Vorrichtung gemäß Punkt 1, d.adurch gekennzeichnet, daß durch den topfartigen Verdrängerkörper (11) der Querschnitt des Kristallisationsrohres (2) im Bereich des Kopfteiles oberhalb des Granulateinlaufs um 40 % bis 60 %, vorzugsweise 50 %, vermindert ist,

   4· Vorrichtung gemäß Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der beheizten Innenwandung des Kpistallisators (2), zur Rührerwelle (6) achsparallel verlaufend, drei bis sechs am

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   Umfang gleichmäßig verteilte Längsrippen (12) angeordnet sind, deren Oberflächen einen Abstand von ein bis zwei Granulatdicken von der vorderen Schaufelkante (8a) besitzen.