DE10118762A1 - Verfahren zur Regeneration feuchtigkeitsbeladener Prozessluft und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Regeneration mit Feuchtigkeit beladener Trocknungspatronen beschrieben, bei dem die atmosphärische Luft auf ca. 220 bis 300 DEG C aufgeheizt und der zu regenerierenden Trocknungspatrone (24a, 24b) zugeführt wird. Die anschließende Rückkühlung der Trocknungspatrone (24a, 24b) erfolgt mit einem aus der getrockneten Prozessluft abgezweigten Teilluftstrom. Weier wird eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anordnung beschrieben (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regeneration feuchtigkeitsbeladener Prozessluft gemäss Oberbegriff des An­ spruchs 1 sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Ver­ fahrens.

In zahlreichen Fertigungsprozessen, insbesondere in der Kunststoffverarbeitung, müssen die Ausgangs- und/oder Zwi­ schenprodukte vor einer Weiterverarbeitung getrocknet werden. Dabei reichert sich die für den Trocknungsvorgang verwendete Prozessluft mit Feuchtigkeit an, die den Ausgangs- und/oder Zwischenprodukten entzogen wurde. Grundsätzlich könnte die so entstehende feuchtigkeitsbeladene warme Prozessluft zwar unbehandelt in die Umgebung abgegeben und durch Frischluft ersetzt werden. Im Hinblick auf den Energiehaushalt und damit auch aus Kostengründen scheidet eine solche Lösung jedoch aus.

Bei der Verarbeitung von Kunststoffgranulaten ist es - wie oben bereits erwähnt - erforderlich, das Kunststoffgranulat vor einer Verarbeitung oder Weiterverarbeitung zu trocknen. Dies geschieht mittels das Kunststoffgranulat in einem dafür vorgesehenen Behälter durchströmender trockener Warmluft (Prozessluft), die die Feuchtigkeit zunächst aufnimmt und dann anschließend wieder von der aufgenommenen Feuchtigkeit befreit werden muss.

Hierzu wird die mit Feuchtigkeit angereicherte Prozessluft zur Entfeuchtung einem Regenerationsprozess unterworfen. Die Entfeuchtung erfolgt dabei in mit Molekularsieben versehenen Trocknungspatronen, in denen die mitgeführte Feuchtigkeit der Prozessluft adsorbiert wird.

Grundsätzlich werden mehrere solcher Trocknungspatronen ver­ wendet parallel geschaltet. Während zumindest eine Trock­ nungspatrone in der Trocknungsphase arbeitet, werden gleich­ zeitig eine oder mehrere parallel geschaltete Trocknungs­ patronen von der in ihnen adsorbierten Feuchtigkeit befreit und damit für eine neue Trocknungsphase aufbereitet.

Nach dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, die Regeneration der Trocknungspatronen im sogenannten Gleich­ strom-Prinzip zu betreiben, d. h. die Strömungsrichtung in den Trocknungspatronen ist in der Trocknungsphase für die Pro­ zessluft und in der Regenerationsphase der Trocknungspatrone stets gleichgerichtet.

Beim sogenannten Gegenstrom-Prinzip ist die Strömungsrichtung in den Trocknungspatronen während der Regeneration der Trock­ nungspatronen der Strömungsrichtung während des Trocknungs­ prozesses entgegengesetzt.

Der Vorteil des Gegenstrom-Prinzips liegt in einem deutlich geringerem Energieverbrauch während der Regeneration. Während die Trocknungspatrone während des Trocknungsprozesses Feuch­ tigkeit aus der Prozessluft aufnimmt, wird sie in Strömungs­ richtung kontinuierlich fortschreitend befeuchtet. Es entsteht eine in Strömungsrichtung wandernde Trennfront "feucht/trocken". Rechtzeitig bevor die so entstehende, durch die Trocknungspatrone wandernde Trennfront "feucht/trocken" das Ende der Trocknungspatrone erreicht, muss der Strom der zu trocknenden Prozessluft unter Wahrung einer Sicherheits- bzw. Pufferzone auf die andere Trocknungspatrone umgeschaltet werden. So ist sichergestellt, dass ohne zeitliche Unterbre­ chung eine trockene Zone zur Verfügung steht und somit ein kontinuierlicher, unterbrechungsloser Trockungsprozess ablau­ fen kann.

Bei der Gegenstrom-Regeneration wird der noch verbliebene trockene Bereich der Trocknungspatrone nunmehr als Ausgangs­ punkt benutzt, von dem aus auch die sich anschließenden durchfeuchteten Bereiche der Trocknungspatrone kontinuierlich durchlaufend in Gegenrichtung zur vorangegangenen Befeuchtung der Trocknungspatrone wieder getrocknet werden. Die Trenn­ front "feucht/trocken" wandert nunmehr entgegen ihrer ur­ sprünglichen Bewegungsrichtung zurück.

Bei der Gleichstrom-Regeneration wird der zunächst verblie­ bene trockene Bereich der Trocknungspatrone dagegen von der Trennfront "feucht/ trocken" überrollt.

Schließlich kommt teilweise auch das "By-Pass-Verfahren" zur Anwendung, bei dem die Regeneration der Trockungspatrone über die gesamte Zeit mit einer Teilmenge der Prozessluft erfolgt. Dabei werden etwa 15 bis 20% der Prozeßluft aus dem Haupt­ strom abgezweigt, auf etwa 220 bis 300°C aufgeheizt und der zu regenerierenden Trocknungspatrone zugeführt. Nach Ab­ schluss des Trocknungsprozesses wird die der zu regenerie­ renden Trocknungspatrone zugeordnete Heizung abgeschaltet und mit dem abgezweigten Luftstrom der Prozessluft die regene­ rierte Trocknungspatrone bis auf ca. 60°C abgekühlt. Erst bei einer so weit erniedrigten Temperatur ist das Molekular­ sieb in der zu regenerierenden Trocknungspatrone wieder voll wirksam. Dabei muss allerdings eine ständig abströmende Teil­ menge der Prozessluft als Frischluft in den Kreislauf auf­ genommen werden, so dass die Prozessluft in einem gewissen Umfang zusätzlich mit Feuchtigkeit beladen wird und die im Trocknungsprozess stehende Trocknungspatrone schneller mit Feuchtigkeit gesättigt wird.

Wie der Stand der Technik erkennen lässt, gibt es zahlreiche Bemühungen, die Funktionalität und den Wirkungsgrad der Rege­ neration zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regenerations­ verfahren für Trocknungspatronen zu schaffen, das bei mög­ lichst geringem apparativen Aufwand und relativ geringem Energieaufwand eine optimierte Regeneration der Trocknungs­ patronen ermöglicht.

Die Lösung erfolgt mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachfol­ genden Unteransprücen.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich aus Anspruch . . sowie den zugeordneten Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzip-Darstellung einer Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat und zur Regeneration der beim Trocknungsprozess des Kunststoffgranulats befeuchteten Prozessluft mit Hilfe eines Molekularsiebs,

Fig. 2 eine Adsorptionsisotherme des Molekularsiebs und

Fig. 3 eine grafische Darstellung des Temperaturver­ laufs während der Regeneration.

In Fig. 1 zeigt der umrandete rechte Bereich 10 einen Trock­ nungsbehälter 12, dem in seinem unteren Bereich von einer Heizung 11 kommende Prozessluft zugeführt wird. Die Prozess­ luft durchströmt das zu trocknende Granulat und tritt im oberen Bereich des Trocknungsbehälters 12 aus diesem wieder aus. Über ein Filter 13 gelangt die Prozessluft dann zu einem Gebläse 14, von wo die Prozessluft in den Trocknungsbereich 20 weitergeleitet wird.

In diesem Trocknungsbereich 20 für die Prozessluft sind zu­ mindest zwei Trocknungspatronen 24a und 24b angeordnet, de­ nen über Ventile 22a bzw. 22b die zu trocknende Prozessluft zugeführt werden kann. In einer ersten Phase wird einer Trocknungspatrone 24b wird über ein Ventil 22b die zu trock­ nende bzw. zu entfeuchtende Prozessluft zugeführt. Während des Durchströmens des in der Trocknungspatrone 24b angeordneten Molekularsiebs wird die in der Prozessluft enthaltene Feuch­ tigkeit in dem Molekularsieb adsorbiert. Im Molekularsieb bildet sich ein durchfeuchteter Eingangsbereich und ein sich anschließender trockener Bereich.

Die Trennfront "feucht/trocken" wandert dabei kontinuierlich vom Eintrittsbereich zum Austrittsbereich der Trocknungspa­ trone 24b. Während dessen wird in einem ersten Verfahrens­ schritt der Trocknungspatrone 24a mit einem Gebläse 21 über ein Ventil 23a und eine Heizung 25a heiße atmosphärische Luft zugeführt. Die mit der Heizung 25a auf etwa 220 bis 300°C erwärmte Frischluft wird der zu regenerierenden Trocknungspa­ trone 24a in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung der Prozess­ luft so lange zugeführt, bis die Trennfront "trocken/feucht", die sich nun von unten nach oben bewegt, den oberen Bereich der Trocknungspatrone 24a erreicht. Wenn die Trennfront "trocken/feucht" den oberen Bereich der Trocknungspatrone 24a erreicht, wird der zweite Verfahrensschritt eingeleitet. Die Heizung 25a wird abgeschaltet und das Ventil 23a derart umge­ steuert, dass nunmehr getrocknete Prozessluft von ca. 60°C für die Nachtrocknung und Kühlung der Trocknungspatrone 24a in diese zu regenerierende Trocknungspatrone eingeleitet wird, und zwar entgegen der Richtung, die für die zu trocknende Prozessluft festgelegt ist.

Bei den oben geschilderten Abläufen ist wichtig, dass recht­ zeitig bevor die Trennfront "feucht/trocken" der im Trock­ nungsprozess für die Prozessluft stehenden Trocknungspatrone 24b deren Austrittsbereich erreicht, die Ventile 22a, 22b, 23a und 23b so gesteuert werden, dass die zu trocknende Prozessluft nicht mehr der Trocknungspatrone 24b, sondern der anderen Trocknungspatrone 24a zugeführt wird und nunmehr diese von oben nach unten durchströmt.

Die zuvor geschildereten Vorgänge laufen nunmehr mit zwischen Trocknungspatronen 24b und 24a vertauschten Rollen ab.

Anstelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten zwei Trocknungspatronen 24a und 24b können darüber hinaus auch weitere Trocknungspatronen vorgesehen sein. Bei unterschied­ licher Nutzungsdauer der Trocknungspatronen 24a und 24b für den Trocknungsprozess der Prozessluft einerseits und für den Regenerationsprozess der Trocknungspatronen 24a bzw. 24b andererseits kann dem durch entsprechende Wahl der Zahl der im Trocknungs- bzw. Regenerationszyklus stehenden Trocknungs­ patronen Rechnung getragen werden.

Nach der mit Heissluft von ca. 220 bis 300°C erfolgten Trocknung der Trocknungspatrone 24a bzw. 24b muss diese auf eine Temeparatur von ca. 60°C abgekühlt werden, da erst bei einer solchen, erniedrigten Temperatur das Molekularsieb der Trocknungspatronen 24a, 24b wieder seine volle Wirksamkeit erreicht.

Für den Rückkühlvorgang kann ein Wärmetauscher vorgesehen werden. Mit einem solchen Wärmetauscher kann die nicht ge­ nutzte Wärmeenergie aus der Regeneration der Trocknungs­ patronen 24a, 24b in den Trockenluftstrom für das Trockengut überführt werden. Insbesondere bei einem Trockengut mit ge­ ringen Trocknungstemperaturen kann dies jedoch zu Problemen führen. Eine Verringerung der Wärmeaustauscher-Leistung oder gar ein Kühler können erforderlich werden.

Bei der teilweisen oder ausschliesslichen Verwendung atmos­ phärischer Luft hängt die Qualtität der Regeneration - insbesondere während der Kühlphase - auch von der Luftfeuchte der atmosphärischen Luft ab. Dies wird durch die Adsorptions- Isothermen in Fig. 2 deutlich.

Die Prozessluft wird auf ca. 220 bis 300°, vorzugsweise je­ doch auf 250°C, erwärmt, bevor diese zum Zweck der Regenera­ tion der Trocknungspatrone 24a bzw. 24b durch diese hin­ durchgeleitet wird. Dadurch werden die Bindungskräfte des Wassers zum Molekularsieb in der Trocknungspatrone 24a, 24b aufgehoben. Das Wasser kann von der Regenerationsluft aufge­ nommen werden. Dabei wird Energie verbraucht. In der Fig. 2 befindet sich das Molekularsieb im Zustand A1. Der Zeitpunkt, zu dem die gesamte Trocknungspatrone 24a, 24b kein Wasser mehr abgibt, kann durch den Temperaturverlauf auf der Ab­ strömseite der Trocknungspatrone ermittelt werden. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Temperatur - wie die Fig. 3 erkennen lässt - deutlich schneller an.

Bei dem bekannten Verfahren erreicht das Molekularsieb den Wert A2 in der Darstellung gemäss Fig. 2. Dieser Zustand hängt aber auch von äußeren klimatischen Verhältnissen ab. Da bei ausschließlich mit atmosphärischer Luft arbeitenden Verfahren nur der Zustand A2 erericht wird, ist der Taupunkt des Trockners deutlich höher als beim patentgemäßen Verfah­ ren, für das der Zustand B2 erreicht wird. Ursache ist die Restfeuchte im Molekularsieb.

Für die Kühlung der Trocknungspatrone 24a, 24b wird ein aus der Prozessluft abgezweigter Teilluftstrom genutzt. Damit ergibt sich ein Ergebnis für die Regeneration, das nur noch vom Taupunkt der Prozessluft abhängt. da ein konstanter Tau­ punkt für die Prozessluft angestrebt und weitgehend erreicht wird, ist auch das Ergebnis der Regeneration praktisch kon­ stant.

Die eingesetzte Energie für die Regeneration ist durch die Wahl des weiter oben bereits erläuterten Gegenstrom-Prinzips optimiert.

Bei der Regeneration wird atmospärische Luft mit dem Rege­ neriergebläse 21 angesaugt, durch geeignete Ventilstellung 23a der Regenier-Heizung 25a zugeführt und dort erhitzt. Dabei erfolgt eine Erwärmung der Regenerierluft auf etwa 220 bis 300°C. Die s erhitzte Luft gelangt zur zu regenenie­ renden Trocknungspatrone 24a. Dort nimmt die ehitzte Luft Feuchtigkeit aus der Trocknungspatrone 24a auf. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass das Molekularsieb bei höheren Tem­ peraturen weniger Wasser aufnehmen kann. Die mit Wasser bela­ dene Luft wird durch geeignete Ventilstellung 22a an die Um­ gebung abgegeben. Im nächsten Verfahrensschritt wird dan die Regenerations-Heizung 25a abgeschaltet und die Luftströmung derart gesteuert, dass bereits getrocknete Prozessluft mit einer Temperatur von ca. 50 bis 60°C für die Rückkühlung der Trocknungspatrone 24a verwendet wird.

In Verbindung mit der im Molekularsieb gespeicherten Wärme findet eine Nachtrocknung der Trocknungspatrone 24a statt. Die nachtrocknung ist von äußerenm Klimabedingungen unab­ hängig. Das Molekularsieb strebt ein neues, in Bezug auf den Wassergehalt tieferes Niveau an. In der Fig. 2 befindet sich das Molekularsieb nunmehr im Zustand B1 bzw. - wenn die gesamte Wärme aufgebraucht ist - im Zustand B2.

Die Luftströmung kann mit en Ventilen 22a, 22b, 23a, 23b derart gesteuert werden, dass die regenerierte Trocknungs­ patrone 24a wieder für die Trocknung der Prozessluft ein­ gesetzt werden kann. Ganz entsprechend verläuft der Vorgang wechselweise mit der Trocknungspatrone 24b.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regeneration mit Feuchtigkeit beladener Trocknungspatronen dadurch gekennzeichnet, dass atmosphä­ rische Luft auf ca. 220 bis 300°C aufgeheizt und der Trocknungspatrone (24a, 24b) zugeführt und die anschlie­ ßende Rückkühlung der Trocknungspatrone (24a, 24b) mit einem aus der getrockneten Prozessluft abgezweigten Teil­ luftstrom erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die atmospahische Luft auf 260°C erwärmt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkühlung mit einem Teil­ luftstrom mit einer Temperatur von ca. 50 bis 60°C erfolgt.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Trocknungspatronen (24a, 24b) vorhanden sind, die einerseits mit ersten Vier-Weg-Ventilen (22a, 22b) mit einer zwischen diesen angeorneten Querverbindung und andererseits mit zweiten Vier-Weg-Ventilen (23a, 23b) mit einer zwischen diesen angeordneten Querverbindung versehen sind, wobei die zweiten Vier-Weg-Ventile (23a, 23b) nicht direkt, sondern über über jeweils eine Heizung (25a, 25b) mit der zugehörigen Trocknungspatrone (24a, 24b) verbunden sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse (21) vorhanden ist, über das atmosphärische Luft in die Verbindung zwischen den zweiten Vier-Weg- Ventilen (23a, 23b) einleitbar ist.