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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von im erwärmten Zustand klebrige Eigenschaften aufweisenden von pulver- und/oder granulatförmigem Schüttgut, etwa heißem PVC-Pulver. Ferner betrifft die Erfindung eine Kühleinrichtung zum Kühlen von im erwärmten Zustand klebrige Eigenschaften aufweisenden Partikeln, etwa heißem PVC-Pulver.
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Bei der Herstellung von Kunststoffpulvern für die PVC-Herstellung werden die hierfür verwendeten Komponenten einem Mischprozess unterworfen. Um die dem Mischprozess unterworfenen Partikel oder Teile derselben aufzuschließen, wird der Mischprozess mit Energieeintrag in das Mischgut durchgeführt mit dem Zweck, dass sich das Mischgut erwärmt. Derartige Kunststoffpulver bzw. die das Pulver bildenden Partikel neigen bei einem hinreichenden Temperatureintrag dazu, zu erweichen und eine klebrige Oberfläche auszubilden. In vielen Fällen ist es erforderlich, den Mischprozess auch zum Aufschließen von bestimmten Komponenten mit einem Temperatureintrag auszuführen, dass die Kunststoffpartikel eine klebrige Oberfläche ausbilden. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, dem Mischprozess einen Kühlprozess nachzuschalten, damit das gemischte Kunststoffpartikel, ohne ein Verkleben der einzelnen Partikel in Kauf nehmen zu müssen, weiterverarbeitet werden kann. Diese Weiterverarbeitung beinhaltet beispielsweise ein Abfüllen und Abpacken des gemischten Kunststoffpartikels. Zum Kühlen des warmen Kunststoffpartikels werden Kühlmischer eingesetzt, in die die warmen Kunststoffpartikel chargenweise eingegeben werden. Bei Kühlmischern wird die zu kühlende Mischgutcharge in einer Trommel des Prozesses des Kühlens in Bewegung gehalten. Aus
DE 20 2009 004 866 U1 ist ein solcher Kühlmischer bekannt. Um das zu kühlende Mischgut in Bewegung zu halten und dadurch ein Verkleben der einzelnen Partikel untereinander zu vermeiden, wird die Mischtrommel dieses Kühlmischers in Drehbewegung versetzt. Zum Abführen der Wärme kann die Behälterwand aktiv gekühlt sein. Zur Vergrößerung der Kühloberfläche sind in dem Mischraum in radialer Richtung hineinragende Kühlelemente vorgesehen. Die Dauer des Verbleibs des zu kühlenden Mischgutes in einem solchen Kühlmischer ist an die Taktzeit des diesem vorgeschalteten Heizmischers angepasst. Die Konzeption derartiger Kühlmischer bedarf eines gewissen Aufwandes.
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Zum Kühlen von Schüttgut, deren Partikel keine klebrigen Eigenschaften aufweisen, werden Durchlaufkühler eingesetzt. Diese verfügen über einen Kühlraum, in dem den Kühlraum querend, mehrere Kühlelemente angeordnet sind. Zu kühlendes Schüttgut wird in einer Charge in den Kühlraum eingebraucht. Schwerkraftbedingt oder gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Vibrationsantriebes rutschen die einzelnen Partikel durch den Kühlraum. Wenn diese im Zuge des Massenstroms eher zufällig kontaktierend an einem Kühlelement vorbei bewegt werden, wird einem solchen Mischgutpartikel Wärme entzogen. Ein solcher Durchlaufkühler ist beispielsweise aus
DD 062347 A1 bekannt. Dieses Kühlkonzept eignet sich jedoch nicht zum Kühlen von Mischgut, dessen einzelne Partikel zu einem gewissen Ausmaß klebrige Eigenschaften aufweisen, wie dieses bei hochenergetisch gemischten Kunststoffpartikel wie PVC-Pulver der Fall ist.
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Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Kühleinrichtung vorzuschlagen, mit dem bzw. mit der auch Mischgut, dessen Partikel ganz oder teilweise in erwärmten Zustand klebrige Eigenschaften aufweisen, gekühlt werden können, ohne den Aufwand des Einsatzes eines Kühlmischers in Kauf nehmen zu müssen.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes Verfahren, bei dem
- – die Partikel dosiert und sukzessive einer Kühlstrecke zugeführt wird,
- – die Partikel infolge der Dosierung schwerkraftbedingt durch die Kühlstrecke rieselt und
- – innerhalb der Kühlstrecke die Partikel in mehrfachem Wechsel gekühlt und einer mechanischen Beanspruchung unterworfen wird, bevor die gekühlten Partikel aus der Kühlstrecke ausgegeben werden.
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Die kühleinrichtungsbezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine solche gelöst, bei der die Kühleinrichtung als Freifalldurchlaufkühler ausgeführt ist und einen Kühlraum mit einer Anordnung aus den freien Fall des Granulats nach Art von Einbauten lenkenden Kühlelementen mit jeweils einer geneigten oberen Kühlfläche umfasst, auf die die in den Kühlraum eingebrachten Partikel bei seinem Fall durch den Kühlraum auftrifft, und die Kühlelemente dergestalt in Fallrichtung der Partikel überlappend zueinander angeordnet sind, so dass sich die von der Kühlfläche eines oberen Kühlelementes herunterbewegenden Partikel auf die Kühlfläche eines in Fallrichtung darunter liegenden Kühlelements auftreffen, wodurch eine Kühlstrecke gebildet ist, in der die Partikel sukzessive auf die Kühlflächen mehrerer in Fallrichtung untereinander liegender Kühlelemente auftreffen.
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Bei dem vorbeschriebenen Konzept – dieses gilt gleichermaßen für das beanspruchte Verfahren sowie für die beanspruchte Kühleinrichtung – erfolgt ein Kühlen der warmen Partikel, also beispielsweise des heißen PVC-Pulver, indem dieses schwerkraftbedingt durch einen Freifallkühler geleitet wird. Mithin handelt es sich bei einer solchen Kühleinrichtung um einen Durchlaufkühler. Bei dem Prozess des Kühlens wird Sorge dafür getragen, dass die Partikel dosiert und sukzessive einer Kühlstrecke zugeführt wird, und zwar derart, dass diese schwerkraftbedingt durch die Kühlstrecke rieseln kann. Unter dem Begriff des Rieselns ist im Zusammenhang mit diesen Ausführungen ein Partikelstrom zu verstehen, bei dem die einzelnen Partikel frei der Schwerkraft folgen können, und zwar ohne dass auf die Partikel aufeinander zugerichtete Querkräfte in Bezug auf die Bewegungsrichtung einwirken. Dieses bedeutet, dass in einer Kühlstrecke die Partikel ständig oder quasi ständig frei in Bewegung ist. Ausgenutzt wird bei dem beschriebenen Konzept, dass das zu kühlende Mischgut bzw. die darin enthaltenen Partikel, wenn diese klebrige Eigenschaften aufweisen, eine gewisse Zeit lang mit einem anderen Partikel des Mischgutes in Kontakt sein müssen, damit diese miteinander verkleben. Diesem wird aufgrund der vorgesehenen Bewegung der Partikel in einer solchen Mischstrecke entgegengewirkt. Da sich die Partikel rieselnd durch den Freifallkühler bewegen, bedeutet dieses, dass aufgrund fehlender Seitenpressung ein ein Verkleben unterstützendes Moment bei dem beschriebenen Konzept nicht gegeben ist. Gekühlt werden die Partikel durch Wärmeentzug an der Kühloberfläche mehrerer, in Bewegungsrichtung der Partikel hintereinander liegender Kühlelemente. An diesen bewegen sich die Partikel schwerkraftbedingt entlang, wodurch diesen Wärme entzogen wird. Die Kühlelemente sind typischerweise aktiv gekühlt, so dass die von den Kühlelementen aufgenommene Wärme durch ein die Kühlelemente durchströmendes Fluid abgeführt wird. Konzipiert ist eine solche Kühlstrecke dergestalt, dass die zu kühlenden Partikel mehrere Kühlphasen durchlaufen, zwischen denen jeweils eine mechanische Beanspruchungsphase liegt. Die mechanische Beanspruchung dient zum Trennen von unter Umständen ein einer Kühlphase oder bereits vorher doch zu lange miteinander in Kontakt gebliebenen Partikeln. Typischerweise wird die mechanische Beanspruchung im Wege des Herbeiführens eines Aufpralls durchgeführt. Bei einer solchen Ausgestaltung fallen die Partikel von einem ersten Kühlelement auf ein darunter befindliches. Besonders wirkungsvoll ist ein solcher Aufprall, wenn die Kühlflächen im Kühlelement gegensinnig geneigt sind und mit dem Auftreffen von Partikeln auf ein unteres Kühlelement zudem eine Bewegungsrichtungslenkung in die entgegengesetzte Richtung erfolgt. Besonders zweckmäßig ist eine Ausgestaltung, bei der ein solches Auftreffen der Partikel auf eine derartige Oberfläche orthogonal oder etwa orthogonal erfolgt.
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Es ist vorteilhaft, zu kühlende Partikel in mehrere parallele Partikelteilströme zu teilen, die sodann parallel zueinander jeweils eine Kühlstrecke durchlaufen. Hierdurch kann bei erhöhtem Durchsatz gewährleistet werden, dass die zu kühlenden Partikel schwerkraftbedingt kontinuierlich durch jeweils eine Kühlstrecke riesen. Zu diesem Zweck sind gemäß einem Ausführungsbeispiel im Eingangsbereich eines solchermaßen konzipierten Durchlaufkühlers ein oder mehrere Leitelemente zum Verteilen der in den Eingang des Kühlraums des Durchlaufkühlers eingebrachten Partikel über die Querschnittsfläche des Kühlraums vorgesehen.
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Zum Dosieren der zu kühlenden Partikel in dem Durchlaufkühler dient gemäß einer Ausgestaltung eine Förderschnecke. Eine solche Förderschnecke gewährleistet nicht nur ein hinreichend präzises und nicht zu rasches kontinuierliches Zuführen von zu kühlenden Partikeln, sondern hält in dem Behälter, in dem die Schnecke angeordnet ist, die darin befindlichen Partikel in Bewegung. Dieses ist nicht unwesentlich, da die zu kühlenden Partikel typischerweise zumindest teilweise klebrige Eigenschaften aufweisen. Durch die Materialbewegung durch die Schnecke sind Verbackungen vermieden oder werden zumindest gering gehalten. Sollten einzelne Partikel miteinander verbacken, wird dieses durch den vorbeschriebenen Vorgang des Kühlens mit seinen zwischengeschalteten mechanischen Beanspruchungsphasen wieder aufgebrochen.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte 1 beschrieben. 1 zeigt in einer schematisierten Darstellung eine einem Heizmischer 1 nachgeschaltete Kühleinrichtung 2 zum Kühlen von in dem Heizmischer 1 gemischtem Mischgut. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient der Heizmischer 1 zum Mischen der für eine Extrusion von PVC notwendigen Komponenten. In dem Heizmischer 1 werden diese Komponenten chargenweise gemischt. Der Ausgang des Heizmischers 1 ist an den Einlauf 3 der Kühleinrichtung 2 angeschlossen. Der Anschluss ist in 1 lediglich schematisiert dargestellt und beinhaltet darin eingeschaltete Ventile oder dergleichen nicht. Die Kühleinrichtung 2 dient zum Kühlen von gemischten und durch den Mischprozess erwärmten PVC-Pulver. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Zuge der Erwärmung die das PVC-Pulver bildenden Partikel klebrige Eigenschaften haben. Der Einlauf 3 mündet in einen Pufferbehälter 4. In dem Pufferbehälter 4 ist eine Förderschnecke 5 angeordnet. Die Förderschnecke 5 dient zum In-Bewegung-Halten des über den Einlauf 3 chargenweise zugeführten PVC-Pulvers sowie zum dosierten Ausgeben von PVC-Pulver in die dem Pufferbehälter 4 nachgeschaltete Kühlanlage. Bei der Kühlanlage handelt es sich um einen Freifalldurchlaufkühler 6, durch den das mittels der Förderschnecke 5 sukzessive und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kontinuierlich zudosierte Partikel der Schwerkraft folgend hindurch rieseln, durch Wärmeabgabe abgekühlt werden und anschließend unterseitig aus dem Durchlaufkühler 6 austreten. Um die über die Förderschnecke 5 als Dosiereinrichtung zugeführten warmen, klebrigen Partikel über die Querschnittsfläche des Durchlaufkühlers 6 zu verteilen, sind im Eingangsbereich 7 des Durchlaufkühlers 6 Leitelemente 8 angeordnet. Die Leitelemente 8 teilen und lenken den dem Durchlaufkühler 6 zugeführten Partikelstrom 9 in einzelne Partikelteilströme 9.1. Zwischen dem Ausgang des Pufferbehälters 4 und den Leitelementen 8 ist eine gewisse Freifallstrecke vorgesehen. Dieses dient dem Zweck, dass die aus dem Pufferbehälter 4 ausgegebenen Partikel beim Auftreffen auf die Leitelemente 8 einer mechanischen Beanspruchung unterworfen ist, um unter Umständen Verbackungen zwischen einzelnen Partikeln aufzubrechen.
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Der Freifalldurchlaufkühler 6 des dargestellten Ausführungsbeispiels weist eine viereckige, insbesondere quadratische oder rechteckige Querschnittsform auf. 1 zeigt den Freifalldurchlaufkühler 6 in einer Einsicht mit den an einer Seite abgenommenen Seitenteilen. In dem von den Partikeln durchströmten Kühlraum 10 des Durchlaufkühlers 6 sind eine Vielzahl von Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlelementen 11, 11.1 angeordnet. Jeweils in vertikaler Anordnung und damit in Fallrichtung der Partikel übereinander angeordnete Kühlelemente 11 und Kühlelemente 11.1 bilden eine Kühlstrecke. Die Kühlelemente 11, 11.1 einer Kühlstrecke sind in Fallrichtung wechselweise zueinander weisend geneigt.
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Der Kühlvorgang wird nachfolgend anhand eines der Teilströme 9.1 näher erläutert. Die Kühlelemente 11, 11.1 einer Kühlstrecke sind überlappend zueinander angeordnet mit dem Ziel, dass die auf die oberseitige Kühlfläche eines Kühlelementes 11 schwerkraftbedingt und der Neigung entsprechend sich herunterbewegende Partikel auf die oberseitige Kühlfläche eines versetzt darunter angeordneten Kühlelementes 11.1 auftreffen. Durch dieses Auftreffen werden die Partikel mechanisch beansprucht, ebenso wie dieses zuvor beim Auftreffen des Partikelstromes 9 auf die Leitbleche 8 beschrieben ist. Zum Erzielen eines maximalen Impact auf die Partikel trifft der Strom 9.1 beim Verlassen eines oberen Kühlelementes 11 bzw. 11.1 auf ein darunter liegendes Kühlelement 11.1. bzw. 11 vorzugsweise rechtwinklig auf die Oberfläche desselben auf. Nach Auftreffen der Partikel auf die Kühloberfläche eines Kühlelementes 11.1 bewegen sich diese der Neigung desselben entsprechend nach unten, verlassen das Kühlelement und fallen auf die Kühlfläche des nächsten Kühlelementes. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrfach, bis die gekühlten Partikel bzw. der gekühlte Partikelteilstrom 9.1 unterseitig aus dem Kühlraum 10 austritt. Der Strom 9.1 durchrieselt somit die durch eine Kühlelementanordnung 11, 11.1 gebildete Kühlstrecke entlang einer zick-zackförmigen Bahn, wie dieses in 1 angedeutet ist. Durch dieses Konzept der überlappenden Anordnung der Kühlelemente und des Ausbildens einer Kühlstrecke ist sichergestellt, dass keine Partikel auf direktem Wege durch den Kühlraum 10 fallen. Vielmehr bilden die Kühlelemente 11, 11.1 den Partikelteilstrom 9.1 lenkende Einbauten. Dabei sind die Kühlelemente 11, 11.1 innerhalb des Kühlraumes 10 so angeordnet, dass sich die auf der jeweiligen Kühloberfläche auftreffenden Partikel über eine möglichst lange Strecke entlang der Kühloberfläche kontaktierend bewegen, bevor diese auf das darunter befindliche Kühlelement fallen. Auf diese Weise ist eine lange und besonders effektive Kühlstrecke gebildet, die jedoch in einzelne Kühlabschnitte unterteilt ist. Die Zeitdauer und die Strecke, die sich jedes Partikel entlang der Oberfläche eines Kühlelementes bewegt, stellt eine solche Kühlteilstrecke bzw. eine Kühlphase dar. Unterbrochen ist jede Kühlphase durch eine Phase, in der die Partikel einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Hierbei handelt es sich um den Aufprall derselben infolge ihrer Fallbewegung auf das versetzt und gegensinnig zu einem ersten Kühlelement angeordnete darunter befindliche Kühlelement. Auf diese Weise sind die Partikel beim Durchlauf durch den Durchlaufkühler 6 ständig in Bewegung, und zwar in unterschiedlicher Bewegung. Dadurch ist gewährleistet, dass ein Verbacken von Partikeln wirksam entgegengewirkt ist. 1 zeigt bezüglich der Partikelteilströme 9.1, dass auf diese keine Seitenkräfte einwirken. Auch hierdurch ist einem Verbacken von zu kühlenden Partikeln vorgebeugt.
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Vor dem Hintergrund der zum Ausgang 12 des Durchlaufkühlers 6 kühler werdenden Partikel, besteht in den unteren Abschnitten des Durchlaufkühlers die Gefahr von Verbackungen nicht mehr. Gleichwohl dient auch in diesem Abschnitt das wiederholte Einbringen mechanischer Energie durch den Aufprall auf die Kühlflächen der Kühlelemente zum Trennen unter Umständen miteinander verbackener Partikel.
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Die Kühlelemente 11, 11.1 weisen jeweils einen nicht näher dargestellten Kühlmittelkanal auf. Die Kühlmittelkanäle sind mit Kühlmittel beaufschlagt und dienen zum Abführen der von den Partikeln entnommener Wärme. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kühlelemente 11, 11.1 lösbar in den Seitenteilen angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Kühlraum 10 hinsichtlich seiner Kühlleistung an das zu kühlende Mischgut angepasst werden, und zwar durch Einbau einer größeren oder einer kleineren Zahl von Kühlelementen und/oder durch Einbau von Kühlelementen unterschiedlicher Größe und/oder Geometrie. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die leistenförmigen Kühlelemente hinsichtlich ihrer Neigung einstellbar, sodass auch auf diese Weise die Neigung der oberen Kühlfläche und damit die Geschwindigkeit, mit der die Partikel sich an diesen herunterbewegen einstellbar ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden durch die Leitelemente 8, vier zu kühlende Partikelteilströme 9.1 gebildet, die jeweils durch eine eigene Kühlstrecke rieseln, wie dieses vorstehend beschrieben ist.
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Eine Dosierung der warmen Partikel in den Freifalldurchlaufkühler 6 erfolgt mit einer Förderrate der Förderschnecke 5, so dass sichergestellt ist, dass die Partikel durch den Kühlraum 10 frei rieseln können. Dieses bedeutet, dass die Ströme 9.1 so klein gehalten werden, dass ein Verstopfen zwischen den Kühlelementen verhindert ist.
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Im Bereich des Ausganges 12 des Durchlaufkühlers 6 befindet sich ein Füllstandssensor 13, angeordnet in einen zweiten Pufferbehälter 14. Eine Bevorratung der gekühlten Partikel in dem Pufferbehälter 14 ist unproblematisch, da aufgrund der zuvor erfolgten Kühlung die Partikel keine klebrigen Eigenschaften mehr aufweisen. Über eine Zellenradschleuse wird das PVC-Pulver ausgegeben und beispielsweise an eine pneumatische Förderung übergeben. Es versteht sich, dass an dieser Stelle ebenfalls eine Ausgabe zum Ausgeben von gekühltem PVC-Pulver zum Zwecke seiner Abfüllung und Verpackung vorgesehen sein kann.
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Der Füllstandssensor 13 dient zum Überwachen des Füllstandes in dem unteren Pufferbehälter 14, um zu verhindern, dass sich eine zu große Partikelmenge darin ansammelt und möglicherweise über einen Rückstau zu Verstopfungen in Kühlraum 8 des Durchlaufkühlers führt.
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Die Beschreibung der Erfindung macht deutlich, dass mit dem beschriebenen Durchlaufkühler und mit dem beschriebenen Kühlverfahren auf einfache Weise eine besonders effektive Kühlung von Partikeln erreicht werden kann, vor allem von solchen, die im Bereich des Einganges der Kühleinrichtung klebrige Eigenschaften haben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizmischer
- 2
- Kühleinrichtung
- 3
- Einlauf
- 4
- Pufferbehälter
- 5
- Förderschnecke
- 6
- Freifalldurchlaufkühler
- 7
- Eingangsbereich
- 8
- Leitelement
- 9
- Partikelstrom
- 9.1
- Partikelteilstrom
- 10
- Kühlraum
- 11, 11.1
- Kühlelement
- 12
- Ausgang
- 13
- Füllstandssensor
- 14
- Pufferbehälter
- 15
- Zellenradschleuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009004866 U1 [0002]
- DD 062347 A1 [0003]
