DE102016106305A1

DE102016106305A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung eines Prozessgases von Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen

Info

Publication number: DE102016106305A1
Application number: DE102016106305.3A
Authority: DE
Inventors: Martin KÖHLER; Norbert Mollekopf; Andrea Ohle; Konrad Treppe
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines Prozessgases von Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen, insbesondere für Rollenoffsetdruckmaschinen, wobei das Prozessgas aus einer Trocknerkammer (2) der Trocknungsvorrichtung (1) als Prozessabgasstrom austritt, der Prozessabgasstrom oder ein Teil davon in einem ersten Wärmeübertrager (11) unter Erhalt eines ersten Fluidstromes abgekühlt wird, aus dem ersten Fluidstrom in einer Trenneinrichtung (13) nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt eines abgereicherten Gasstromes abgetrennt, der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon unter Erhalt eines erwärmten Prozessgasstroms erwärmt wird und der erwärmte Prozessgasstrom der Trocknerkammer (2) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Prozessgases von Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen. Sie betrifft ferner eine Trocknungsvorrichtung, die für eine Druckmaschine bestimmt ist und mit der Vorrichtung zur Aufbereitung eines Prozessgases ausgestattet ist. Sie betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Trocknung einer Papierbahn mittels einer solchen Trocknungsvorrichtung.
Druckmaschinen, insbesondere Rollenoffsetdruckmaschinen, die das Heatset-Verfahren nutzen, benötigen eine Trocknungsvorrichtung, in der die bedruckten Papierbahnen mittels eines Prozessgases, in der Regel Heißluft, getrocknet werden. Dabei werden Lösungsmittel, die in den Druckfarben und im Papier enthalten sind, aus dem bedruckten Papier unter Einwirkung von Wärme ausgetrieben. Bei den Lösungsmitteln, die auch als Heatset-Öle oder VOCs („Volatile Organic Compounds“) bezeichnet werden, handelt es sich insbesondere um Mineralöle. Eine Definition des Begriffes „Heatset-Öl“ ist in der VDI-Richtlinie 2587, Blatt 1, „Emissionsminderung, Rollenoffsetdruckanlagen mit Heißlufttrocknung", Ausgabe November 2001, zu finden. Die Abluft der Trocknungsvorrichtung enthält folglich dampfförmiges Mineralöl.
Nach dem Stand der Technik wird die Abluft vor ihrer Emission durch Nachverbrennung gereinigt. Vorrichtungen und Verfahren, die eine Nachverbrennung der Abluft vorsehen, sind beispielsweise in DE 33 12 704 C2 und DE 10 2006 001 995 B4 beschrieben. Diese Vernichtung des Mineralöls ist allerdings mit einem erheblichen Einsatz an Fremdenergie verbunden. Um die mit dieser Verfahrensführung verbundenen Nachteile zu vermeiden und das in den Druckfarben enthaltene Mineralöl rückzugewinnen, ist erwogen worden, die Nachverbrennung jüngst in zwei Fällen durch Kondensationsanlagen zu ersetzen. Derartige Kondensationsanlagen werden auch als Mineralöl-Rückgewinnungsanlagen („MOR-Anlagen“) bezeichnet. Allerdings ist der Einsatz der MOR-Anlagen auch mit Problemen verbunden. Insbesondere erreichen MOR-Anlagen als dem Druckprozess nachgeschaltete Anlagen den in der 31. BIm-SchV gesetzlich für Anlagen mit dem Heatset-Rollenoffset-Druckverfahren vorgegebenen Grenzwert von 20 mg C_ges/Nm³ Abluft nicht, so dass trotz des Einsatzes einer MOR-Anlage nicht auf die Nachreinigung der Abluft durch Nachverbrennung verzichtet werden kann. Der mit der Nachverbrennung verbundene hohe Energiebedarf besteht also weiterhin. Ferner wäre zur Kondensation der Mineralöle eine hohe Mineralöl-Konzentration in der Abluft dienlich. Eine hohe Mineralöl-Konzentration in der Abluft kann bei einer konventionellen Fahrweise wegen der nach dem Stand der Technik in die Trocknungsvorrichtung integrierten Nachverbrennung nur in unbefriedigender Höhe erreicht werden. Gemäß DIN-EN 1539:2016-02 darf die zweckdienliche Mineralöl-Konzentration auch nicht erreicht werden. Außerdem beeinträchtigt die bei der Kondensation auftretende Aerosolbildung die Mineralölabscheidung. Im Ergebnis kann das Mineralöl tatsächlich nur zu einem geringen Teil aus der Abluft abgeschieden und somit rückgewonnen werden. Schließlich sind MOR-Anlagen aufgrund ihres hohen Kältebedarfs gegenüber der bisherigen Nachverbrennung energetisch wenig vorteilhaft.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Führung eines Prozessgases an Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen angegeben werden, die eine bessere Abtrennung von Mineralölen und anderen flüchtigen Bestandteilen aus dem Prozessgas bei einem geringeren Energieaufwand ermöglichen, ohne zugleich höhere Sicherheitsanforderungen, insbesondere gemäß DIN-EN 1539:2016-02, erfüllen zu müssen. Ferner sollen eine Trocknungsvorrichtung, die für eine Druckmaschine bestimmt ist und mit der Vorrichtung zur Führung eines Prozessgases ausgestattet ist, und ein Verfahren zur Trocknung einer Papierbahn mittels einer solchen Trocknungsvorrichtung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7, 12 und 15 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung eines Prozessgases von Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen, insbesondere für Rollenoffsetdruckmaschinen, vorgesehen, wobei das Prozessgas aus einer Trocknerkammer der Trocknungsvorrichtung als Prozessabgasstrom austritt, der Prozessabgasstrom oder ein Teil davon in einem ersten Wärmeübertrager unter Erhalt eines ersten Fluidstromes abgekühlt wird, aus dem ersten Fluidstrom in einer Trenneinrichtung nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt eines abgereicherten Gasstromes abgetrennt werden, der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon unter Erhalt eines erwärmten Prozessgasstroms erwärmt wird und der erwärmte Prozessgasstrom der Trocknerkammer zugeführt wird. Dieses Verfahren wird im Folgenden auch als erstes erfindungsgemäßes Verfahren bezeichnet.
Im ersten Wärmeübertrager kondensieren Mineralöle, die in dem Prozessabgas enthalten sind. Die Mineralöle werden aus dem Fluidstrom abgetrennt, wodurch der abgereicherte Gasstrom erhalten wird. Der abgereicherte Gasstrom oder der Teil des abgereicherten Gasstroms, der in die Trocknerkammer zurückgeführt wird, werden erwärmt, bevor sie in die Trocknerkammer eintreten. Diese Wiederaufheizung kann mittels beliebiger Mittel vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Wiederaufheizung mittels eines Heizmediums vorgenommen werden. Dazu kann ein weiterer Wärmeübertrager vorgesehen sein, bei dem es sich beispielsweise um den nachstehend beschriebenen zweiten Wärmeübertrager handeln kann. Der abgereicherte Gasstrom oder der Teil des abgereicherten Gasstroms, der in die Trocknerkammer zurückgeführt wird, durchlaufen den weiteren Wärmeübertrager und werden dort erwärmt. Dabei kann das Heizmedium im Gegenstrom zum abgereicherten Gasstrom oder dem Teil des abgereicherten Gasstroms, der in die Trocknerkammer zurückgeführt wird, geführt werden. In einem anderen Beispiel kann die Wiederaufheizung mittels eines Brenners realisiert werden. Ein solcher Brenner kann in der Trocknungsvorrichtung integriert sein. Das ist insbesondere bei bestehenden Trocknungsvorrichtung vorteilhaft. Im Vergleich zu der Wiederaufheizung in einem Wärmeübertrager ist die Wiederaufheizung mittels eines Brenners zwar aufgrund der höherem sicherheitstechnischen Anforderungen weniger effizient, sie ist aber noch immer vorteilhaft gegenüber der Fahrweise nach dem Stand der Technik, so dass der Einsatz eines in die Trocknungsvorrichtung integrierten Brenners zumindest für die Nachrüstung bestehender Trocknungsvorrichtung denkbar ist. Abgesehen davon ist die Wiederaufheizung mit einem Heizmedium bevorzugt. In Deutschland ist es vorteilhaft, wenn das Heizmedium aus einer Anlage der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) stammt.
In einer ersten Variante des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gesamte Prozessabgasstrom zum ersten Wärmeübertrager und von dort zu der Trenneinrichtung geführt. In dieser ersten Variante weist das erfindungsgemäße Verfahren die höchste Effizienz auf, und zwar aufgrund der geringsten Entropieerhöhung. Allerdings ist die Auslegung der erforderlichen Einrichtungen, insbesondere des ersten Wärmeübertragers und der Trenneinrichtung, am größten, weil der gesamte Prozessabgasstrom durch diese Einrichtungen geführt werden muss.
Es kann daher vorgesehen sein, dass der Prozessabgasstrom in einen ersten Abgas-Teilstrom und einen zweiten Abgas-Teilstrom geteilt wird. In dieser zweiten Variante des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass

– der erste Abgas-Teilstrom oder ein Teil davon in dem ersten Wärmeübertrager unter Erhalt des ersten Fluidstromes abgekühlt und aus dem ersten Fluidstrom in der Trenneinrichtung nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt eines abgereicherten Gasstromes abgetrennt werden; und
– der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon mit dem zweiten Abgas-Teilstrom unter Erhalt eines aufbereiteten Prozessgases vereinigt, das aufbereitete Prozessgas als Prozessgasstrom in einem zweiten Wärmeübertrager erwärmt und der so erhaltene erwärmte Prozessgasstrom der Trocknerkammer zugeführt wird.

Die Erfindung sieht somit zwei Kreisläufe zur Aufbereitung des Prozessabgases vor. Im ersten Kreislauf, dem Hauptkreislauf, wird ein erster Teil des Prozessabgases als erster Abgas-Teilstrom geführt. Dieser erste Teil stammt aus dem ersten Abgas-Teilstrom. Im zweiten Kreislauf, dem Nebenkreislauf, wird ein zweiter Teil des Prozessabgases geführt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ein kontinuierliches Verfahren sein, mit dem kontinuierlich Prozessabgas aus einer Trocknungsvorrichtung aufbereitet und aufgearbeitetes Prozessgas in die Trocknungsvorrichtung zurückgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit ein Verfahren zur kontinuierlichen Aufbereitung eines Prozessgases von Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen sein.
Der Nebenkreislauf weist den zweiten Wärmeübertrager auf, in dem das aufbereitete Prozessgas erwärmt wird. Dabei liegt die Ausgangstemperatur T_E2-A, mit der der erwärmte Prozessgasstrom aus dem zweiten Wärmeübertrager austritt, über der Ausgangstemperatur T_T-A, mit der das Prozessabgas aus der Trocknerkammer austritt.
Im Hauptkreislauf wird der erste Abgas-Teilstrom oder ein Teil davon in dem ersten Wärmeübertrager abgekühlt. Dabei sollte die Ausgangstemperatur T_E1-A, mit der der erste Fluidstrom aus dem ersten Wärmeübertrager austritt, unter der Ausgangstemperatur T_T-A, mit der das Prozessabgas aus der Trocknerkammer austritt, liegen. Der erste Abgas-Teilstrom oder ein Teil davon werden in dem ersten Wärmeübertrager auf eine Austrittstemperatur T_E1-A gekühlt, so dass der erste Abgas-Teilstrom oder der Teil des ersten Abgas-Teilstromes, der in den ersten Wärmeübertrager eintritt, in eine Zweiphasenströmung überführt wird. Daher wird die Strömung, die aus dem ersten Wärmeübertrager austritt, als Fluidstrom bezeichnet, weil sie eine gemischte Gas-Flüssigkeits-Strömung sein sollte. Mit anderen Worten, der erste Abgas-Teilstrom oder der Teil des ersten Abgas-Teilstromes, der in den ersten Wärmeübertrager gelangt, tritt als gasförmige Strömung in den ersten Wärmeübertrager ein und verlässt diesen als zweiphasige Strömung, die aus einer gasförmigen Phase, d. h., dem eigentlichen Prozessgas, und einer flüssigen Phase besteht. Die flüssige Phase enthält dabei Mineralöle, die das Prozessgas in der Trocknungsvorrichtung bei der Trocknung des Papiers, das die Druckmaschine verlässt und durch die Trocknungsvorrichtung geführt wird, aufnimmt. Die flüssige Phase kann ferner Wasser enthalten. Es ist allerdings bevorzugt, dass die flüssige Phase kein Wasser enthält.
Im Hauptkreislauf wird der erste Fluidstrom nach dem Verlassen des ersten Wärmeübertragers zu einer Trenneinrichtung geführt. In der Trenneinrichtung werden die nicht-gasförmigen Bestandteile aus dem ersten Fluidstrom unter Erhalt des abgereicherten Gasstromes abgetrennt. Verlässt der erste Fluidstrom den ersten Wärmeübertrager als Zweiphasenströmung, werden somit die gasförmige Phase und die flüssige Phase voneinander getrennt. Die gasförmige Phase verlässt als abgereicherter Gasstrom die Trenneinrichtung. Der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon werden dem Nebenkreislauf zugeführt. Sie werden dazu mit dem zweiten Abgas-Teilstrom unter Erhalt des aufbereiteten Prozessgases vereinigt, und zwar bevor der zweite Abgas-Teilstrom in den zweiten Wärmeübertrager eintritt. Das Gemisch aus (i) dem zweiten Abgas-Teilstrom einerseits und (ii) dem abgereicherten Gasstrom oder einem Teil des abgereicherten Gasstromes anderseits werden als aufbereitetes Prozessgas bezeichnet, weil das Gemisch aufgrund der Abtrennung der flüssigen Phase aus Mineralölen und, falls vorhanden, Wasser in der Trenneinrichtung im Vergleich zum Prozessabgas weniger Mineralöle und Wasser enthält. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Wasserdampf das im Prozessabgas immer vorhanden ist. Ob der Wasserdampf kondensiert, hängt vom Wasser-Taupunkt und der Temperatur im ersten Wärmeübertrager ab, die wiederum vom Mineralöl-Taupunkt abhängt. Der Mineralöl-Taupunkt wird dabei von der Zusammensetzung des Mineralöls bestimmt, das in der Druckfarbe enthalten ist.
In dem aufbereiteten Prozessgas sind Mineralöle in geringerer Konzentration als im Prozessabgas enthalten. Das ist darauf zurückzuführen, dass aus dem zweiten Abgas-Teilstrom keine Mineralöle abgetrennt worden sind und dass auch der abgereicherte Gasstrom, der die Trenneinrichtung verlässt, noch immer Mineralöle enthalten kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass der abgereicherte Gasstrom Mineralöle in hoher Konzentration enthält, d. h. in einer Konzentration, die nur in einem geringen Maße unter der Konzentration der Mineralöle in dem Prozessabgasstrom liegt. Eine hohe Konzentration an Mineralölen in dem abgereicherten Gasstrom bedeutet, dass nur eine geringe Abreicherung der Mineralöle erfolgt ist. Einerseits ist zwar eine nur geringe Abreicherung energetisch erstrebenswert, denn dann muss im ersten Wärmeübertrager kaum gekühlt werden, wodurch die Mineralöle kondensieren, und – beispielsweise im zweiten Wärmeübertrager – kaum wiedererhitzt werden. Andererseits kann das nur gering abgereicherte Prozessgas in der Trocknerkammer nur wenig Mineralöle neu aufnehmen, denn trotz seiner Vorbeladung darf das Prozessabgas am Austritt aus der Trocknerkammer nicht mehr Mineralöle enthalten, als DIN-EN 1539:2016-02 gestattet. Wählt man hingegen eine hohe Abreicherung, so nähert man sich – insbesondere unter energetischen Aspekten und in Bezug auf die Menge an Abluft – der aus dem Stand der Technik bekannten, energetisch ungünstigen Fahrweise mit Frischluft, an. Beispielsweise kann die Konzentration an Mineralölen in dem abgereicherten Gasstrom in einem Bereich von 50 bis 95 %, bevorzugt 70 bis 90 %, stärker bevorzugt 75 bis 85 % und besonders bevorzugt 80 % der Konzentration an Mineralölen in dem Prozessabgasstrom liegen, jeweils bezogen auf die Masse des Mineralöls pro Normvolumen des Gases. Die Konzentration der Mineralöle in dem abgereicherten Gasstrom kann, wenn die Zusammensetzung der in den Druckfarben enthaltenen Mineralöle bekannt wäre, über die Austrittstemperatur T_E1-A bestimmt werden. Ist diese Temperatur hoch, so ist auch die Konzentration an Mineralölen in der Gasphase des ersten Fluidstroms und damit auch in dem abgereicherten Gasstrom, der die Trenneinrichtung verlässt, hoch.
Auf diese Weise wird eine energetisch bestmögliche Aufbereitung des Prozessabgases erreicht.
Im Nebenkreislauf wird das aufbereitete Prozessgas als Prozessgasstrom in dem zweiten Wärmeübertrager erwärmt, so dass der erwärmte Prozessgasstrom mit einer Austrittstemperatur T_E2-A aus dem ersten Wärmeübertrager austritt. Mit dieser Erwärmung wird die Aufnahmekapazität des aufbereiteten Prozessgases erhöht. Der erwärmte Prozessgasstrom wird dann in die Trocknerkammer zurückgeführt, wobei der erwärmte Prozessgasstrom mit einer Eintrittstemperatur T_T-E-H in die Trocknerkammer eintreten sollte, die zumindest annähernd der Austrittstemperatur T_E2-A des erwärmten Prozessgasstromes aus dem ersten Wärmeübertrager gleicht.
Zur Erwärmung des Prozessgasstromes im zweiten Wärmeübertrager wird vorzugsweise ein Heizmedium eingesetzt, beispielsweise Wasserdampf, Rauchgas oder Heißluft. Das Heizmedium wird im zweiten Wärmeübertrager zweckmäßigerweise im Gegenstrom zum Prozessgasstrom geführt. Zur Abkühlung des ersten Abgas-Teilstromes oder eines Teils davon in dem ersten Wärmeübertrager wird vorzugsweise ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser oder – z. B. als Frostschutz im Winter – ein Wasser/Glykol-Gemisch, eingesetzt. Das Kühlmedium wird im ersten Wärmeübertrager zweckmäßigerweise im Gegenstrom zum ersten Abgas-Teilstrom oder, sofern nur ein Teil des ersten Abgas-Teilstromes zum ersten Wärmeübertrager geführt wird, dieses Teils des ersten Abgas-Teilstromes geführt.
Der erste Abgas-Teilstrom des Prozessabgases und der zweite Abgas-Teilstrom des Prozessabgases sind Gasströme. Das Prozessabgas tritt als Gasstrom aus der Trocknerkammer aus. Ebenso tritt das erwärmte aufbereitete Prozessgas als Gasstrom in die Trocknerkammer ein. Zweckmäßigerweise tritt das Prozessabgas als kontinuierlicher Gasstrom, dem Prozessabgasstrom, aus der Trocknerkammer aus, so dass das erfindungsgemäße Verfahren als kontinuierliches Verfahren ausgeführt werden kann.
Der Prozessabgasstrom wird in der zweiten Variante in einen ersten Abgas-Teilstrom und einen zweiten Abgas-Teilstrom getrennt. Dabei kann der zweite Abgas-Teilstrom beliebig klein oder – was der ersten Variante entspricht – sogar null sein. Bei einem kleinen zweiten Abgas-Teilstrom wird der erste Abgas-Teilstrom groß, weil der Prozessabgasstrom, der die Trocknerkammer verlässt, konstant ist. Ein kleiner und ganz fehlender zweiter Abgas-Teilstrom ist zwar mit hohen Investitionskosten für den ersten Wärmeübertrager, die Trenneinrichtung und, falls vorgesehen, den vierten Wärmeübertrager verbunden. Je größer der erste Abgas-Teilstrom ist, desto höher ist die energetische Effizienz des Verfahrens. Das ist auf die entropisch günstigerer Fahrweise und die damit sinkenden Betriebskosten zurückzuführen. In einer Ausführungsform der zweiten Variante wird der Prozessabgasstrom in einen kleineren ersten Abgas-Teilstrom und einen größeren zweiten Abgas-Teilstrom geteilt, beispielsweise im Verhältnis von 40 bis 49 Vol.-% erster Abgas-Teilstrom zu 60 bis 51 Vol.-% zweiter Abgas-Teilstrom oder in einem Verhältnis von 45 Vol.-% erster Abgas-Teilstrom zu 55 Vol.-% zweiter Abgas-Teilstrom.
Die Art des Prozessgases wird durch die Auslegung der Trocknungsvorrichtung bestimmt. Bei dem Prozessgas handelt es sich daher in aller Regel um Luft. Wird Luft als Prozessgas eingesetzt, so wird das Prozessabgas im Folgenden auch als Prozessabluft bezeichnet. Die Prozessabluft enthält Mineralöle, die die Luft bei der Trocknung des Papiers in der Trocknungsvorrichtung aufgenommen hat. Die Prozessabluft kann auch Wasser enthalten, auch wenn das nicht erwünscht ist. Der Begriff „Mineralöl“ bezeichnet nicht nur die eigentlichen Mineralöle, wie sie beispielsweise aus Erdöl gewonnen werden können, sondern auch andere flüchtige organische Verbindungen, wenn sie im Papier oder in den Druckfarben enthalten sind, mit denen das Papier, das durch die Trocknungsvorrichtung geführt wird, bedruckt ist. Diese anderen flüchtigen organischen Verbindungen und die eigentlichen Mineralöle können gemeinsam unter dem Begriff „flüchtige organische Verbindungen“ zusammengefasst werden. In der vorliegenden Erfindung wird anstelle des Begriffes „flüchtige organische Verbindungen“, der Mineralöle und andere flüchtige organischen Verbindungen umfasst, der Begriff „Mineralöle“ verwendet, weil die Mineralöle als Lösungsmittel für die Farbstoffe eingesetzt werden und somit einen sehr großen Teil der organischen Verbindungen ausmachen, die sich in der Atmosphäre innerhalb der Trocknungsvorrichtung befinden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keine Nachverbrennung. Allerdings kann eine Nachverbrennungsanlage für den – nachstehend beschriebenen – Restgasstrom genutzt werden, beispielsweise wenn die Druckmaschine oder eine benachbarte industrielle Einrichtung eine solche Anlage für andere Prozesse aufweist. In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Nachverbrennung von Prozessabgas oder eines Teils davon nicht vorgesehen und findet nicht statt. In die Trocknungsvorrichtung ist kein Brenner integriert. Stattdessen ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, dass das Prozessgas, in der Regel Luft, in der Trocknungsvorrichtung ohne integrierte Nachverbrennung den gesamten Wärmebedarf der Trocknung deckt. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Energiebedarf beim Drucken im Heatset-Verfahren verringert sich der Energiebedarf näherungsweise auf die Hälfte, wenn das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird. Der verbliebene, wesentlich reduzierte Energiebedarf kann dann beispielsweise über eine Anlage der Kraft-Wärme-Kopplung gedeckt werden. Die Erfindung ermöglicht es somit, Druckmaschinen, insbesondere Rotationsoffsetdruckmaschinen, mit Heißlufttrocknung bereitzustellen, die Passfähigkeit zur KWKförderfähigen Energiebereitstellung besitzen.
Die Erfindung erlaubt außerdem die Integration der vorbekannten MOR-Anlage in die bei Heatset-Trocknern sowieso vorhandene interne Umluft-Fahrweise. Dabei kann zusätzlich eine gleichzeitige Erweiterung des internen Umluft-Kreislaufes um eine aus dem Trockner ausgelagerte MOR-Anlage vorgesehen sein.
Weil das erfindungsgemäße Verfahren ohne Nachverbrennung von Prozessabgasen auskommt und somit kein Brenner, insbesondere kein in die Trocknungsvorrichtung integrierter Brenner, erforderlich ist, erlaubt das Verfahren höhere Konzentrationen an Mineralölen in der Trocknungsvorrichtung, ohne Sicherheitsanforderungen, wie sie beispielsweise in DIN-EN 1539:2016-02 beschrieben werden, zu verletzen. Die Mineralöle in der Druckfarbe sind eine Mischung der Aliphate C₁₃ bis C₁₇. In dem – industriell häufigsten – Fall, dass die Trocknungsvorrichtung im Betriebsbereich 1 gemäß DIN-EN 1539:2016-02 gefahren wird, ist die zulässige Konzentration für die „mittlere“ Komponente C₁₅ 11,27 g/Nm³ bei 220 °C und 11,09 g/Nm³ bei 315 °C (Nm³ = Normkubikmeter). Selbst wenn die zulässigen Konzentrationen gleich wären (in den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind sie fast gleich), ergibt sich ein markanter Vorteil: Im Unterschied zum Stand der Technik schafft es das erfindungsgemäße Verfahren trotzdem, die Mineralöle fast vollständig zu kondensieren und die gesetzlichen Grenzwerte der 31. BImSchV in Verbindung mit der TA Luft drastisch zu unterschreiten.
Außerdem kann das in der Trocknungsvorrichtung befindliche Prozessgas, die sogenannte Trockner-Atmosphäre, eine hohe Feuchte – im Falle der Verwendung von Luft als Prozessgas ist das die Luftfeuchte – aufweisen, beispielsweise eine Feuchte von etwa 50 bis 100 g/Nm³, in den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen 80 g/Nm³ im Vergleich zu 10 g/Nm³ bei bisheriger Fahrweise. Eine weitere Feuchteerhöhung in beliebiger Höhe, die durch den Wasser-Taupunkt in der Trocknerkammer begrenzt ist, ist erreichbar durch Einsatz eines Dampfstrahlventilators statt eines konventionellen Gebläses. Damit kann die Produktqualität der Druckerzeugnisse, die die Trocknungsvorrichtung durchlaufen, erhöht werden.
Die Erfindung erlaubt eine vergleichsweise niedrige Temperatur und eine hohe Luftfeuchte in der Trocknungsvorrichtung, wodurch Einbußen bei der Produktqualität des bedruckten Papiers vermindert werden können. Es kann insbesondere die Welligkeit der getrockneten bedruckten Papierbahn vermindert oder ganz beseitigt werden. Beispielsweise kann die Temperatur in der Trocknungsvorrichtung unter 280 °C, bevorzugt unter 250 °C, stärker bevorzugt in dem Bereich von 200 bis 250 °C, besonders bevorzugt bei etwa 220 °C liegen. Nach dem Stand der Technik sind 315 °C erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt eine Kondensation der im Prozessabgas enthaltenen Mineralöle, und zwar signifikant oberhalb des Stockpunkts der Mineralöle. Eine Kondensation von Mineralölen findet erfindungsgemäß im ersten Wärmeübertrager statt. Ist ein dritter Wärmeübertrager vorgesehen, so findet eine Kondensation von Mineralölen in großem Umfang im dritten Wärmeübertrager statt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, im Prozessabgas enthaltene Mineralöle weitgehend zurückzugewinnen.
Es kann vorgesehen sein, dass nicht-gasförmige Bestandteile, die in der Trenneinrichtung abgetrennt werden, weiter in eine wässerige Phase und eine Ölphase getrennt werden. In der Trenneinrichtung wird aus dem Zweiphasenstrom der Gasstrom abgetrennt, wobei die flüssige Phase zurückbleibt. Diese flüssige Phase wird in der Regel ein Gemisch aus Mineralölen und Wasser sein. Mittels einer geeigneten Einrichtung, beispielsweise eines Dekanters, kann die flüssige Phase in Wasser und Mineralöle getrennt werden. Das Wasser kann dann als Abwasser aus dem erfindungsgemäßen Verfahren entfernt werden. Die Mineralöle können gesondert vom Wasser aus dem erfindungsgemäßen Verfahren entfernt werden. Die Einrichtung zur Trennung von wässeriger Phase und Ölphase, beispielsweise also der Dekanter, kann in die Trenneinrichtung zur Abtrennung der nicht-gasförmigen Bestandteile integriert sein. Dabei sollte die Trennung von gasförmiger Phase und flüssiger Phase in der Trenneinrichtung vor der Trennung der flüssigen Phase in wässerige Phase und Ölphase erfolgen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass aus dem abgereicherten Gasstrom ein dritter Teilgasstrom abgeteilt wird, wodurch ein verminderter abgereicherter Gasstrom erhalten wird. Der dritte Teilgasstrom kann als kühler Gasstrom der Trocknerkammer zugeführt werden. Die Bezeichnung „kühler Gasstrom“ beschreibt den Umstand, dass der Gasstrom eine niedrigere Temperatur als der erwärmte Prozessgasstrom besitzt.
Der dritte Teilgasstrom kann aus dem abgereicherten Gasstrom abgeteilt werden, nachdem der abgereicherte Gasstrom aus der Trenneinrichtung ausgetreten ist. Der dritte Teilgasstrom wird hingegen der Trocknerkammer der Trocknungsvorrichtung mit einer Eintrittstemperatur T_T-E-K zugeführt. Da die Austrittstemperatur T_D1-A-1 des abgereicherten Gasstroms an der Trenneinrichtung unter der Austrittstemperatur T_T-A des Prozessabgases liegt, die wiederum geringer als die Eintrittstemperatur T_T-E-H des erwärmten Prozessgasstromes in die Trocknerkammer ist, kann der dritte Teilgasstrom genutzt werden, um eine Kühlzone mit – im Vergleich zu dem aus der Trocknerkammer austretenden Prozessabgas – abgekühltem Prozessabgas zu beaufschlagen. Auf diese Weise können in der Trocknerkammer der Trocknungsvorrichtung eine Heißzone und eine Kühlzone geschaffen werden. In die Heißzone wird der erwärmte Prozessgasstrom geführt, der mit der Eintrittstemperatur T_T-E-H in die Trocknerkammer eintritt, die über der Austrittstemperatur T_T-A des Prozessabgases liegt. In die Kühlzone wird der dritte Teilgasstrom geführt, der mit der Eintrittstemperatur T_T-E-K in die Trocknerkammer eintritt, die unter der Austrittstemperatur T_T-A des Prozessabgases liegt. Der dritte Teilgasstrom ist ein Gasstrom.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon, bei dem es sich beispielsweise um den verminderten abgereicherten Gasstrom handeln kann, in einen ersten Teilgasstrom und einen zweiten Teilgasstrom geteilt wird, wobei

– der erste Teilgasstrom mit dem zweiten Abgas-Teilstrom unter Erhalt des aufbereiteten Prozessgases vereinigt wird; und
– der zweite Teilgasstrom in einem dritten Wärmeübertrager unter Erhalt eines zweiten Fluidstromes abgekühlt, aus dem zweiten Fluidstrom nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt eines Restgasstromes abgetrennt werden und die nicht-gasförmigen Bestandteile der Trenneinrichtung zugeführt werden.

Die Teilung in den ersten und zweiten Gasstrom sollte nach dem Austritt des abgereicherten Gasstroms aus der Trenneinrichtung oder, wenn ein dritter Gasstrom aus dem abgereicherten Gasstrom abgezweigt wird, nach der Abzweigung des dritten Gasstrom erfolgen.
Der erste Teilgasstrom bildet somit den Teil des abgereicherten Gasstromes, der mit dem zweiten Abgas-Teilstrom vereinigt wird, wodurch das aufbereitete Prozessgas erhalten wird. Der zweite Teilgasstrom wird in dem dritten Wärmeübertrager auf eine Temperatur T_E3-A abgekühlt, die unter der Austrittstemperatur T_E1-A liegt, mit der der erste Fluidstrom, vorzugsweise als Zweiphasenströmung, den ersten Wärmeübertrager verlässt. Im dritten Wärmeübertrager wird der zweite Teilgasstrom durch die Abkühlung in den zweiten Fluidstrom überführt, der eine gasförmige Phase und eine flüssige Phase aufweist. Die gasförmige Phase und die flüssige Phase können dann voneinander getrennt werden. Das kann noch im dritten Wärmeübertrager erfolgen. Die Trennung kann automatisch erfolgen, beispielsweise wenn eine Leitung für die flüssige Phase vorgesehen ist, die als Siphon ausgeführt ist. Die im Siphon stehende Flüssigkeit versperrt die Leitung für eine Gasströmung. Die flüssige Phase, die hauptsächlich aus Mineralöl und, falls vorhanden, Wasser besteht, kann anschließend in eine wässerige Phase und eine Ölphase getrennt werden. Dazu kann die flüssige Phase – beispielsweise über die als Siphon ausgestaltete Leitung – in die Trenneinrichtung geführt werden, zweckmäßigerweise in deren Einrichtung zur Trennung von wässeriger Phase und Ölphase, beispielsweise also den Dekanter. Alternativ kann die flüssige Phase in eine gesonderte Einrichtung zur Trennung von wässeriger Phase und Ölphase geführt werden. In beiden Fällen können nach der Trennung Wasser als Abwasser und separat davon die Mineralöle aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeschieden werden. Die gasförmige Phase, die aus dem dritten Wärmeübertrager austritt, kann hingegen als Restgasstrom aus dem Verfahren ausgeschieden werden. Dazu kann der Restgasstrom zu einer Abscheidungseinrichtung geführt werden. Die Abscheidungseinrichtung soll insbesondere die Abscheidung von Mineralölen, die molekulardispers in dem Restgasstrom gelöst sind, ermöglichen. Bei der Abscheidungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Adsorber handeln. Als Adsorptionsmittel kann beispielsweise Aktivkohle vorgesehen sein. Die Abscheidungseinrichtung soll eine Abtrennung von Mineralöl-Teilchen, die sich möglicherweise noch im Restgasstrom befinden, sicherstellen. Der so behandelte Restgasstrom kann nach Verlassen der Abscheidungseinrichtung als Abluft an die Umgebung abgegeben werden. Ist das Prozessgas nicht Luft, so handelt es sich bei der Abluft nicht um Luft im eigentlichen Sinne, sondern um ein Abgas. Es kann jedoch alternativ vorgesehen sein, dass der Restgasstrom nicht zu einer Abscheidungseinrichtung geführt wird, sondern – beispielsweise wenn die Druckmaschine für andere Prozesse eine Nachverbrennungsanlage aufweist oder wenn eine solche Anlage unabhängig von der Druchmaschine vorhanden ist – zu dieser Nachverbrennungsanlage geführt werden.
Die Abgabe der Abluft an die Umgebung sorgt für einen Ausgleich zu der Luft, die als Falschluft in die Trocknerkammer gelangt, beispielsweise indem Falschluft mittels eines Gebläses über eine Eintrittsöffnung, die an der Stirnseite der Trocknerkammer für den Eintritt des Papiers ausgebildet ist, in die Trocknerkammer gesaugt wird. Das Gebläse kann beispielweise in dem Führungsmittel für das Prozessabgas angeordnet sein, durch das der Prozessabgasstrom aus der Trocknerkammer austritt. Das Gebläse sorgt für einen Unterdruck in der Trocknerkammer und damit für das Ansaugen von Falschluft in die Trocknerkammer. Es können erfindungsgemäß ein oder mehrere Gebläse vorgesehen sein, um die Strömungen herzustellen und/oder aufrechtzuerhalten.. Anstelle oder zusätzlich zu einem Gebläse kann ein Dampfstrahlventilator vorgesehen sein. Der Dampfstrahlventilator kann beispielsweise in dem Führungsmittel für das Prozessabgas angeordnet sein, durch das der Prozessabgasstrom aus der Trocknerkammer austritt.
Die Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Abluftmenge auf einen im Vergleich zum Stand der Technik geringen Wert. Die Abluftmenge ist zwar mindestens so groß wie die über die stirnseitige Eintrittsöffnung für den Papierbahndurchlauf in die Trocknungsvorrichtung eingesogene Falschluft. Die Abluft kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch auf eine Menge reduziert werden, die nicht wesentlich größer ist. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Abtrennung von Mineralölen in der Trenneinrichtung und, falls vorgesehen, dem dritten Wärmeübertrager und/oder der Abscheidungseinrichtung weist die Abluft nur noch einen derart geringen Mineralölgehalt auf, dass sogar die Bagatellgrenze der TA Luft von 500 g C_ges/h unterschritten werden kann.
Zur Abkühlung des zweiten Teilgasstromes in dem dritten Wärmeübertrager wird vorzugsweise ein Kältemedium, beispielsweise ein Wasser/Glykol-Gemisch, eingesetzt. Das Kältemedium wird im dritten Wärmeübertrager zweckmäßigerweise im Gegenstrom zum zweiten Teilgasstrom geführt.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der erste Abgas-Teilstrom des Prozessabgases in einem vierten Wärmeübertrager vorabgekühlt wird, bevor er oder ein Teil davon in den ersten Wärmeübertrager eintritt. Dazu wird der erste Abgas-Teilstrom in den vierten Wärmeübertrager geführt und dort abgekühlt, wodurch der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom erhalten wird. Die Austrittstemperatur T_E4-A-1 des vorabgekühlten ersten Abgas-Teilstromes sollte unter der Austrittstemperatur T_T-A des Prozessabgases aus der Trocknerkammer liegen, aber höher als die Austrittstemperatur T_E1-A des ersten Fluidstromes am ersten Wärmeübertrager sein. Insbesondere sollte die Austrittstemperatur T_E4-A-1 so hoch sein, dass sich der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom nicht in eine gasförmige und eine flüssige Phase trennt, sondern gasförmig bleibt.
Der vierte Wärmeübertrager soll eine energetische Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirken. Es kann daher vorgesehen sein, dass der abgereicherte Gasstrom, der mit einer Austrittstemperatur T_D1-A aus der Trenneinrichtung austritt, oder ein Teil davon, bei dem es sich um den verminderten abgereicherten Gasstrom oder den ersten Teilgasstrom handeln kann, in den vierten Wärmeübertrager geführt und dort genutzt wird, um den ersten Abgas-Teilstrom in dem vierten Wärmeübertrager abzukühlen. Dabei erwärmt sich der abgereicherte Gasstrom oder der Teil davon, der zu dem vierten Wärmeübertrager geführt wird, auf eine Austrittstemperatur T_E4-A-2, die über der Austrittstemperatur T_D1-A liegt, mit der der abgereicherte Gasstrom aus der Trenneinrichtung austritt. Die Temperaturdifferenz zwischen dem zweiten Abgas-Teilstrom einerseits und dem abgereicherten Gasstrom oder dem Teil davon, der zu dem vierten Wärmeübertrager geführt wird, andererseits ist bei der Vereinigung dieser Strömungen zum aufbereiteten Prozessgas damit geringer, so dass sich die Energie, die erforderlich ist, um das aufbereitete Prozessgas im ersten Wärmeübertrager auf die Austrittstemperatur T_E2-A zu erwärmen, verringert.
Es kann alternativ oder zusätzlich zur Abzweigung des dritten Teilgasstroms vorgesehen sein, dass der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom in einen dritten Abgas-Teilstrom und einen vierten Abgas-Teilstrom geteilt wird. Der dritte Abgas-Teilstrom ist der Teil des ersten Abgas-Teilstromes, der zu dem ersten Wärmeübertrager geführt, dort weiter abgekühlt und als erster Fluidstrom zur Trenneinrichtung geführt wird. Der vierte Abgas-Teilstrom wird hingegen als kühler Gasstrom der Trocknerkammer der Trocknungsvorrichtung mit einer Eintrittstemperatur T_T-E-K zugeführt. Da die Austrittstemperatur T_E4-A-1 des ersten Abgas-Teilstromes am vierten Wärmeübertrager unter der Austrittstemperatur T_T-A des Prozessabgases liegt, die wiederum geringer als die Eintrittstemperatur T_T-E-H des erwärmten Prozessgasstromes in die Trockerkammer ist, kann der vierte Abgas-Teilstrom genutzt werden, um eine Kühlzone mit – im Vergleich zu dem aus der Trocknerkammer austretenden Prozessabgas – abgekühltem Prozessabgas zu beaufschlagen. Auf diese Weise können in der Trocknerkammer der Trocknungsvorrichtung eine Heißzone und eine Kühlzone geschaffen werden. In die Heißzone wird der erwärmte Prozessgasstrom geführt, der mit der Eintrittstemperatur T_T-E-H in die Trocknerkammer eintritt, die über der Austrittstemperatur T_T-A des Prozessabgases liegt. In die Kühlzone wird das abgekühlte Prozessabgas, d. h. der vierte Abgas-Teilstrom, geführt, das mit der Eintrittstemperatur T_T-E-K in die Trocknerkammer eintritt, die unter der Austrittstemperatur T_T-A des Prozessabgases liegt.
Der dritte und vierte Abgas-Teilstrom sind Gasströme. In Abhängigkeit von der eingesetzten Trocknungsvorrichtung kann der zweite Abgas-Teilstrom in einem Verhältnis zwischen 80:20 und 20:80 in den dritten Abgas-Teilstrom und den vierten Abgas-Teilstrom geteilt werden. Vorzugsweise wird der zweite Abgas-Teilstrom in einen größeren dritten Abgas-Teilstrom und einen kleineren vierten Abgas-Teilstrom geteilt. Das bedeutet mit anderen Worten, dass der Volumenstrom des dritten Abgas-Teilstromes vorzugsweise größer als der Volumenstrom des vierten Abgas-Teilstromes ist.
Werden sowohl ein dritter Teilgasstrom abgezweigt als auch ein vierter Abgas-Teilstrom abgetrennt, so können der dritte Teilgasstrom und der vierte Abgas-Teilstrom unter Erhalt des kühlen Gasstromes miteinander vereinigt und gemeinsam der Trocknerkammer der Trocknungsvorrichtung mit einer Eintrittstemperatur T_T-E-K zugeführt werden. Zur Vereinigung der beiden Gasströme zum kühlen Gasstrom kann ein zweites Vereinigungsmittel vorgesehen sein. Eine Mischung des dritten Teilgasstromes mit dem vierten Abgas-Teilstrom kann vorteilhaft sein, um die gewünschte Temperatur in der Kühlzone einstellen zu können.
Es kann vorgesehen sein, dass die Eintrittstemperatur T_T-E-K zwischen 85 und 100 °C, bevorzugt zwischen 90 und 100 °C liegt. Soll beispielsweise eine Eintrittstemperatur T_T-E-K von ca. 90 °C erreicht werden, so sollte der kühle Gasstrom eine Temperatur von knapp 100 °C aufweisen. Diese Temperatur kann erreicht werden, indem der dritte Teilgasstrom und der vierte Abgas-Teilstrom miteinander vermischt werden.
Theoretisch günstiger als eine Mischung des kühlen Gasstroms aus dem dritten Teilgasstrom und dem vierten Abgas-Teilstrom, aber aufwendiger wäre es, den ersten Wärmeübertrager oder den vierten Wärmeübertrager durch zwei Wärmeübertrager zu ersetzen und den kühlen Gasstrom zwischen den beiden letztgenannten Wärmeübertragern abzuzweigen. Dadurch kann eine geringstmögliche Mineralöl-Konzentration des kühlen Gasstromes erreicht werden. Die Temperatur dieses kühlen Gasstroms läge im Fall des ersten Wärmeübertragers zwischen der Eintrittstemperatur T_E1-E und der Austrittstemperatur T_E1-A des ersten Abgas-Teilstroms im ersten Wärmeübertrager, im Fall des vierten Wärmeübertragers zwischen der Eintrittstemperatur T_E4-E-2 und der Austrittstemperatur T_E4-A-2 des abgereicherten Gasstroms oder des ersten Teilgasstroms. Ob der erste Wärmeübertrager oder der vierte Wärmeübertrager durch zwei Wärmeübertrager ersetzt werden, hängt von der Art der Mineralöle ab, die in der Druckfarbe enthalten sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Behandlung von Prozessabgasen aus Trocknerkammern von Rollenoffsetdruckanlagen mit Heißlufttrocknung geeignet.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Führung eines Prozessgases an Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen, insbesondere für Rollenoffsetdruckmaschinen, vorgesehen, wobei das Prozessgas aus einer Trocknerkammer der Trocknungsvorrichtung als Prozessabgasstrom austritt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Sie weist erfindungsgemäß auf:

– einen ersten Wärmeübertrager zum Abkühlen des Prozessabgasstromes oder eines Teils davon unter Erhalt eines ersten Fluidstromes;
– eine Trenneinrichtung zum Abtrennen nicht-gasförmiger Bestandteile aus dem ersten Fluidstrom unter Erhalt eines abgereicherten Gasstromes;
– eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des abgereicherten Gasstromes oder eines Teils davon unter Erhalt eines erwärmten Prozessgasstroms; und
– Führungsmittel zum Führen des erwärmten Prozessgasstromes zur Trocknerkammer.

In der Heizeinrichtung kann der abgereicherte Gasstrom oder der Teil davon, der der Trocknerkammer zugeführt wird, aufgeheizt werden. Es kann eine beliebige Heizeinrichtung vorgesehen sein. Bei der Heizeinrichtung kann es sich beispielsweise um einen weiteren Wärmeübertrager handeln, in dem der abgereicherte Gasstrom oder der Teil davon, der der Trocknerkammer zugeführt wird, mittels eines Heizmediums erwärmt wird. Bei diesem Wärmeübertrager kann es sich um den nachstehend beschriebenen zweiten Wärmeübertrager handeln. Alternativ kann vorgesehen sein, dass es sich bei der Heizeinrichtung um einen Brenner handelt, insbesondere um einen Brenner, der in die Trocknungsvorrichtung integriert ist.
In einer Variante weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf:

– ein erstes Teilungsmittel zum Teilen eines aus der Trocknerkammer austretenden Prozessabgasstromes in einen ersten Abgas-Teilstrom und einen zweiten Abgas-Teilstrom;
– den ersten Wärmeübertrager zur Abkühlung des ersten Abgas-Teilstromes oder eines Teiles davon unter Erhalt des ersten Fluidstroms;
– die Trenneinrichtung zum Abtrennen nicht-gasförmiger Bestandteile aus dem ersten Fluidstrom unter Erhalt des abgereicherten Gasstromes;
– ein erstes Vereinigungsmittel zum Vereinigen des zweiten Abgas-Teilstromes mit dem abgereicherten Gasstrom oder einem Teil davon unter Erhalt eines aufbereiteten Prozessgases;
– einen zweiten Wärmeübertrager zum Erwärmen des aufbereiteten Prozessgases; und
– Führungsmittel zum Führen des aufbereiteten Prozessgases als Prozessgasstrom zum zweiten Wärmeübertrager und zur Rückführung des erwärmten Prozessgasstromes in die Trocknerkammer.

Das aus der Trocknerkammer austretende Prozessabgas kann mit Hilfe eines Führungsmittels als Prozessabgasstrom zu dem ersten Teilungsmittel geführt werden. Bei dem ersten Teilungsmittel kann es sich um einen Gassplitter handeln. Im ersten Teilungsmittel wird der Prozessabgasstrom in einen ersten Abgas-Teilstrom und einen zweiten Abgas-Teilstrom geteilt. Der erste Abgas-Teilstrom oder ein Teil davon kann mit Hilfe von Führungsmitteln zu dem ersten Wärmeübertrager geführt werden. Dort wird der erste Abgas-Teilstrom, oder der Teil davon, der zu dem ersten Wärmeübertrager geführt wird, unter Erhalt des ersten Fluidstroms abgekühlt. Der erste Fluidstrom tritt dann mit einer Austrittstemperatur T_E1-A aus dem ersten Wärmeübertrager aus. Bei dem ersten Fluidstrom kann es sich um einen Zweiphasenstrom handeln, der aus einer gasförmigen Phase und einer wässerigen Phase besteht.
Der erste Wärmeübertrager und die Trenneinrichtung sind Teil des Hauptkreislaufes. Der Hauptkreislauf dient zur Abtrennung der Mineralöle aus dem Prozessabgas. Das erste Teilungsmittel, das erste Vereinigungsmittel und der zweite Wärmeübertrager sind Teil des Nebenkreislaufes. Der Nebenkreislauf dient zur Erwärmung eines Teiles des Prozessabgasstromes, nämlich des zweiten Abgas-Teilstromes.
Es kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner aufweist:

– ein zweites Teilungsmittel zum Teilen des abgereicherten Gasstromes oder eines Teils davon in einen ersten Teilgasstrom und einen zweiten Teilgasstrom, wobei der erste Teilgasstrom mit dem zweiten Abgas-Teilstrom unter Erhalt des aufbereiteten Prozessgases in dem ersten Vereinigungsmittel vereinigt wird;
– einen dritten Wärmeübertrager zum Abkühlen des zweiten Teilgasstromes und zum Abtrennen von nicht-gasförmigen Bestandteilen aus dem zweiten Fluidstrom unter Erhalt eines Restgasstromes; und
– Führungsmittel zum Führen der nicht-gasförmigen Bestandteile aus dem zweiten Fluidstrom zu der Trenneinrichtung.

Bei dem zweiten Teilungsmittel kann es sich um einen Gassplitter handeln.
Es kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner aufweist:

– ein viertes Teilungsmittel zum Abzweigen eines dritten Teilgasstromes aus dem abgereicherten Gasstrom; und
– Führungsmittel zum Führen des dritten Teilgasstromes zur Trocknerkammer.

Der dritte Teilgasstrom ermöglicht die Ausbildung einer Kühlzone in der Trocknerkammer.
Das zweite Teilungsmittel zum Teilen des abgereicherten Teilstroms oder eines Teils davon, bei dem es sich um den verminderten angereicherten Gasstrom handeln kann, in den ersten und zweiten Gasstrom sollte nach dem Austritt des abgereicherten Gasstroms aus der Trenneinrichtung oder, wenn ein dritter Gasstrom aus dem abgereicherten Gasstrom abgezweigt wird, nach dem vierten Teilungsmittel angeordnet sein. Das vierte Teilungsmittel sollte nach dem Austritt des abgereicherten Gasstroms aus der Trenneinrichtung angeordnet sein. Bei dem vierten Teilungsmittel kann es sich um einen Gassplitter handeln.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner einen vierten Wärmeübertrager zum Vorabkühlen des ersten Abgas-Teilstromes, bevor dieser oder ein Teil davon in den zweiten Wärmeübertrager eintritt, und zum Erwärmen des abgereicherten Gasstromes oder des ersten Teilgasstromes aufweisen. Der vierte Wärmeübertrager ermöglicht damit eine energetische Optimierung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann darüber hinaus alternativ oder zusätzlich zum vierten Teilungsmittel ein drittes Teilungsmittel zum Teilen des ersten Abgas-Teilstromes in einen dritten Abgas-Teilstrom und einen vierten Abgas-Teilstrom aufweisen. Bei dem dritten Teilungsmittel kann es sich um einen Gassplitter handeln. Der dritte Abgas-Teilstrom kann mit Hilfe von Führungsmitteln in den ersten Wärmeübertrager geführt werden. Der vierte Abgas-Teilstrom kann mit Hilfe von Führungsmitteln in die Trocknerkammer geführt werden. Der vierte Abgas-Teilstrom ermöglicht die Ausbildung einer Kühlzone in der Trocknerkammer.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein zweites Vereinigungsmittel zur Vereinigung des dritten Teilgasstromes und des vierten Abgas-Teilstromes aufweisen, wenn sowohl ein dritter Teilgasstrom abgezweigt als auch ein vierter Abgas-Teilstrom abgetrennt werden. Die Führungsmittel zum Führen des dritten Teilgasstromes zur Trocknerkammer umfassen dann Führungsmittel zum Führen des dritten Teilgasstromes zum zweiten Vereinigungsmittel und gemeinsame Führungsmittel zum Führen des dritten Teilgasstromes gemeinsam mit dem vierten Abgas-Teilstrom vom zweiten Vereinigungsmittel zur Kühlzone der Trocknerkammer. Ebenso umfassen die Führungsmittel zum Führen des vierten Abgas-Teilstroms zur Trocknerkammer dann Führungsmittel zum Führen des vierten Abgas-Teilstroms zum zweiten Vereinigungsmittel und die gemeinsamen Führungsmittel zum Führen des dritten Teilgasstromes gemeinsam mit dem vierten Abgas-Teilstrom vom zweiten Vereinigungsmittel zur Kühlzone der Trocknerkammer.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann schließlich eine Abscheidungseinrichtung aufweisen, die der Restgasstrom passiert. Die Abscheidungseinrichtung kann beispielsweise ein Adsorber. Als Adsorptionsmittel kann Aktivkohle verwendet werden. Die Abscheidungseinrichtung soll eine Abtrennung von Mineralöl-Teilchen, die sich möglicherweise noch im Restgasstrom befinden, sicherstellen. Der so behandelte Restgasstrom kann nach Verlassen der Abscheidungseinrichtung als Abluft an die Umgebung abgegeben werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zusätzlich zu den genannten Führungsmitteln zum Führen der Ströme weitere Führungsmittel auf, mit deren Hilfe der jeweilige Strom von seiner Austrittsstelle zu seiner Eintrittsstelle geführt wird.
Das zweite Teilungsmittel, das dritte Teilungsmittel, das vierte Teilungsmittel und der vierte Wärmeübertrager sind Teil des Hauptkreislaufes.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung können der Beschreibung des erfindungsgemäßen ersten Verfahrens entnommen werden.
Nach Maßgabe der Erfindung ist außerdem eine Trocknungsvorrichtung für eine Druckmaschine vorgesehen, die die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist. Die erfindungsgemäße Trocknungsvorrichtung kann eine Trocknerkammer aufweisen, in der eine Heißzone und eine Kühlzone ausgebildet sind. Der Prozessgasstrom, insbesondere der erwärmte Prozessgasstrom wird dabei der Heißzone zugeführt. Ist erfindungsgemäß die Bildung eines dritten Teilgasstromes und/oder eines vierten Abgas-Teilstromes vorgesehen, so können dieser dritte Teilgasstrom und/oder vierte Abgas-Teilstrom der Kühlzone zugeführt werden. In die Trocknerkammer kann Falschluft über eine Eintrittsöffnung eintreten. Bei dieser Eintrittsöffnung handelt es sich typischerweise um die stirnseitige Eintrittsöffnung für den Papierbahndurchlauf. Neben der stirnseitigen Eintrittsöffnung für den Papierbahndurchlauf sollte die Trocknerkammer zweckmäßigerweise eine Austrittsöffnung für den Papierbahndurchlauf aufweisen. Die Austrittsöffnung kann in der Stirnseite der Trocknerkammer ausgebildet sein, die der Eintrittsöffnung gegenüberliegt. Über die Eintrittsöffnung kann die Papierbahn in die Trocknerkammer geführt werden. Über die Austrittsöffnung kann die Papierbahn aus der Trocknerkammer geführt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Trocknungsvorrichtung zur Deckung des Energiebedarfes eine Anlage der Kraft-Wärme-Kopplung aufweist. Die Anlage der Kraft-Wärme-Kopplung kann dabei auch die Druckmaschine mit Energie versorgen. Bei der Druckmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine Rollenoffsetdruckmaschine, insbesondere um eine Rollenoffsetdruckmaschine, die im Heatset-Verfahren betrieben wird.
Die Temperatur in der Trocknungsvorrichtung kann unter 280 °C, bevorzugt unter 250 °C, stärker bevorzugt in einem Bereich von 200 bis 250 °C, noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 210 bis 230 °C, besonders bevorzugt bei etwa 220 °C liegen. Die Angabe „Temperatur in der Trocknungsvorrichtung“ bezieht sich dabei auf die reale Temperatur in der Trocknerkammer der Trocknungsvorrichtung, nicht auf die Trocknungstemperatur gemäß DIN-EN 1539:2016-02.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung können der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung entnommen werden.
Nach Maßgabe der Erfindung ist schließlich ein Verfahren zur Trocknung einer Papierbahn mittels einer erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung vorgesehen. Bei diesem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren tritt das Prozessabgas, das in der Trocknungsvorrichtung zum Trocknen der Papierbahn eingesetzt wird, als Prozessabgas aus der Trocknerkammer der Trocknungsvorrichtung aus. Dabei ist vorgesehen, dass der Prozessabgasstrom oder ein Teil davon in einem ersten Wärmeübertrager unter Erhalt eines ersten Fluidstromes abgekühlt, aus dem ersten Fluidstrom in einer Trenneinrichtung nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt eines abgereicherten Gasstromes abgetrennt werden, der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon unter Erhalt eines erwärmten Prozessgasstroms erwärmt wird und der erwärmte Prozessgasstrom der Trocknerkammer (2) zugeführt wird.
Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass

– der Prozessabgasstrom in einen ersten Abgas-Teilstrom und einen zweiten Abgas-Teilstrom geteilt wird;
– der erste Abgas-Teilstrom oder ein Teil davon in dem ersten Wärmeübertrager unter Erhalt des ersten Fluidstromes abgekühlt und aus dem ersten Fluidstrom nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt des abgereicherten Gasstromes abgetrennt werden; und
– der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon mit dem zweiten Abgas-Teilstrom unter Erhalt des aufbereiteten Prozessgases vereinigt, das aufbereitete Prozessgas als Prozessgasstrom in einem zweiten Wärmeübertrager erwärmt und der so erhaltene erwärmte aufbereitete Prozessgasstrom der Trocknerkammer zugeführt wird.

Das zweite erfindungsgemäße Verfahren kann ein kontinuierliches Verfahren sein, mit dem kontinuierlich Prozessabgas aus der Trocknerkammer einer Trocknungsvorrichtung aufbereitet und aufgearbeitetes Prozessgas in die Trocknerkammer zurückgeführt wird.
Weitere Merkmale des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die die Erfindung nicht einschränken sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
1 ein Fließdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Führung eines Prozessgases an Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen;
2 ein Fließdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Führung eines Prozessgases an Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen; und
3 das in 2 gezeigte Fließdiagramm mit beispielhaften Verfahrensparametern.
In 1 ist eine als Trockner 1 bezeichnete Trocknungsvorrichtung gezeigt. Der Trockner 1 weist eine Trocknerkammer 2 mit einer stirnseitigen Eintrittsöffnung für eine Papierbahn 3 und einer Austrittsöffnung für die Papierbahn 3 auf. Die Austrittsöffnung ist dabei an der der Eintrittsöffnung gegenüber liegenden Stirnseite der Trocknerkammer 2 angeordnet. In der Trocknerkammer 2 wird die Papierbahn 3 unter Einwirkung eines Prozessgases getrocknet. Das Prozessgas ist in diesem Beispiel Luft. Das Prozessgas weist in der Heißzone 2a der Trocknerkammer 2 eine Trocknertemperatur T_T, die die reale Temperatur in der Trocknerkammer ist und nicht die Trocknungstemperatur nach DIN-EN 1539:2016-02 bezeichnet, von 220 °C auf. Die Papierbahn 3 wird in kontinuierlicher Weise durch die Trocknerkammer 2 in Richtung des Pfeils A geführt. Mit der Papierbahn 3, also über die stirnseitige Eintrittsöffnung für die Papierbahn, gelangen flüchtige organische Verbindungen („VOCs“), im Wesentlichen Mineralöle, in die Trocknerkammer 2. Gleichzeitig gelangt Falschluft über die Eintrittsöffnung in die Trocknerkammer 2. Unter Einwirkung des Prozessgases treten die flüchtigen organischen Verbindungen, d. h. vor allem die Mineralöle, und in der Papierbahn 3 enthaltenes Wasser in die Trockner-Atmosphäre ein. Aus diesem Grund ist es erforderlich, das Prozessgas aufzubereiten, indem die flüchtigen organischen Verbindungen zumindest teilweise aus dem Prozessgas abgetrennt werden. Dazu werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt. Ein Brenner ist nicht erforderlich und ist daher weder in den Trockner 1 integriert, noch wird das Prozessgas an anderer Stelle einer Nachverbrennung unterzogen.
Zur Abtrennung der Mineralöle, einschließlich anderer flüchtiger organischer Verbindungen, aus der Trockner-Atmosphäre tritt Prozessabgas, in diesem Beispiel Prozessabluft, aus der Trocknerkammer 2 als kontinuierlicher Prozessabgasstrom aus und in eine erste Leitung 4 ein. Um einen Austritt des Prozessabgasstromes aus der Trocknerkammer zu bewirken, kann ein Gebläse (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Das Gebläse kann beispielsweise in der ersten Leitung 4 angeordnet sein. Das Gebläse sorgt für Unterdruck in der Trocknerkammer 2. Der Prozessabgasstrom tritt mit einer Austrittstemperatur T_T-A aus der Trocknerkammer aus, die annähernd der Trocknertemperatur T_T entspricht.
Über die erste Leitung 4 wird der Prozessabgasstrom zum ersten Teilungsmittel 5, einem Gassplitter, geführt. Dort wird der Prozessabgasstrom in einen ersten Abgas-Teilstrom und einen zweiten Abgas-Teilstrom geteilt. Der erste Abgas-Teilstrom wird in einer zweiten Leitung 6 zum vierten Wärmeübertrager 7 geführt. Der erste Abgas-Teilstrom tritt in den vierten Wärmeübertrager 7 mit einer Eintrittstemperatur T_E4-E-1 ein, wird dort auf eine Temperatur T_E4-A-1 abgekühlt und verlässt mit dieser Temperatur als vorabgekühlter erster Abgas-Teilstrom den vierten Wärmeübertrager 7. Die Abkühlung im vierten Wärmeübertrager 7 wird als Vorabkühlung bezeichnet, weil anschließend ein Teil des ersten Abgas-Teilstromes, nämlich der dritte Abgas-Teilstrom, einer zweiten Abkühlung unterzogen wird. Die Austrittstemperatur T_E4-A-1 ist so eingestellt, dass der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom ein Gasstrom bleibt.
Der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom wird über eine dritte Leitung 8 vom vierten Wärmeübertrager 7 zu einem dritten Teilungsmittel 9, einem Gassplitter, geführt. Dort wird der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom in einen dritten Abgas-Teilstrom und einen vierten Abgas-Teilstrom geteilt. Der dritte Abgas-Teilstrom wird in einer vierten Leitung 10 zum ersten Wärmeübertrager 11 geführt. Der dritte Abgas-Teilstrom tritt in den ersten Wärmeübertrager 11 mit einer Eintrittstemperatur T_E1-E ein, wird dort auf eine Temperatur T_E1-A abgekühlt und verlässt mit dieser Temperatur als erster Fluidstrom den ersten Wärmeübertrager 11. Die Austrittstemperatur T_E1-A ist so eingestellt, dass der erste Fluidstrom als Zweiphasenströmung, die aus einer Gasphase und einer flüssigen Phase besteht, erhalten wird. Die Austrittstemperatur T_E1-A ist somit niedriger als die Austrittstemperatur T_E4-A-1. Die Kühlung des dritten Abgas-Teilstromes im ersten Wärmeübertrager 11 wird mittels eines Kühlmediums bewirkt, das im Gegenstrom zum dritten Abgas-Teilstrom geführt wird.
Der erste Fluidstrom wird über eine fünfte Leitung 12 vom ersten Wärmeübertrager 11 zu einer Trenneinrichtung 13 geführt. In der Trenneinrichtung 13 wird zunächst die Gasphase von der flüssigen Phase getrennt. Die Gasphase verlässt die Trenneinrichtung 13 als abgereicherter Gasstrom mit einer Austrittstemperatur T_D1-A über die sechste Leitung 14. Die Austrittstemperatur T_D1-A entspricht dabei annähernd der Austrittstemperatur T_E1-A des ersten Fluidstromes am ersten Wärmeübertrager 11. In der Trenneinrichtung 13 wird darüberhinaus die flüssige Phase des ersten Fluidstromes in eine wässerige Phase und eine Ölphase getrennt. Dazu kann ein Dekanter in die Trenneinrichtung 13 integriert sein. Die wässerige Phase wird über die siebente Leitung 15 als Abwasser aus dem Verfahren ausgeschieden. Die Ölphase, die im Wesentlichen aus den Mineralölen besteht, die in der Trocknerkammer 2 in die Trockner-Atmosphäre eingetreten sind, wird über die achte Leitung 16 aus dem Verfahren ausgeschieden.
Der abgereicherte Gasstrom wird über die sechste Leitung 14 von der Trenneinrichtung 13 zu einem zweiten Teilungsmittel 17, einem Gassplitter, geführt. Dort wird der abgereicherte Gasstrom in einen ersten Teilgasstrom und einen zweiten Teilgasstrom geteilt. Der erste Teilgasstrom wird in einer neunten Leitung 18 zum vierten Wärmeübertrager 7 geführt. Der erste Teilgasstrom tritt in den vierten Wärmeübertrager 7 mit einer Eintrittstemperatur T_E4-E-2 ein, wird dort auf eine Temperatur T_E4-A-2 erwärmt und verlässt mit dieser Temperatur als erwärmter erster Teilgasstrom den vierten Wärmeübertrager 7. Der erste Teilgasstrom wird im vierten Wärmeübertrager 7 im Gegenstrom zum ersten Abgas-Teilstrom geführt. Die Eintrittstemperatur T_E4-E-2 des ersten Teilgasstromes liegt unter der Eintrittstemperatur T_E4-E-1 des ersten Abgas-Teilstromes. Die Austrittstemperatur T_E4-A-2 des ersten Teilgasstromes nähert sich der Eintrittstemperatur T_E4-E-1 des ersten Abgas-Teilstromes an, so dass die Austrittstemperatur T_E4-A-2 des ersten Teilgasstromes zwischen seiner Eintrittstemperatur T_E4-E-2 und der Eintrittstemperatur T_E4-E-1 des ersten Abgas-Teilstromes liegt.
Der erwärmte erste Teilgasstrom wird über die zehnte Leitung 19 vom vierten Wärmeübertrager 7 zu einem ersten Vereinigungsmittel 20 geführt. Außerdem wird der zweite Abgas-Teilstrom über eine elfte Leitung 21 vom ersten Teilungsmittel 5 zu dem ersten Vereinigungsmittel 20 geführt. Im ersten Vereinigungsmittel 20 werden der zweite Abgas-Teilstrom und erwärmte erste Teilgasstrom miteinander zu einem aufbereiteten Prozessgas vereinigt. Aufgrund der Abtrennung von Mineralölen und Wasser in der Trenneinrichtung 13 enthält das aufbereitete Prozessgas weniger Mineralöle und Wasser als das Prozessabgas, das über die erste Leitung 4 aus der Trocknerkammer 2 austritt.
Das aufbereitete Prozessgas wird als Prozessgasstrom über die zwölfte Leitung 22 von dem ersten Vereinigungsmittel 20 zum zweiten Wärmeübertrager 23 geführt. Der Prozessgasstrom tritt in den zweiten Wärmeübertrager 23 mit einer Eintrittstemperatur T_E2-E ein, wird dort auf eine Temperatur T_E2-A erwärmt und verlässt mit dieser Temperatur als erwärmter Prozessgasstrom den zweiten Wärmeübertrager 23. Die Eintrittstemperatur T_E2-E des Prozessgasstromes liegt unter der Temperatur T_T-A, mit der das Prozessabgas die Trocknerkammer 2 verlassen hat, weil der Prozessgasstrom ein Gemisch aus dem zweiten Abgas-Teilstrom, dessen Temperatur annähernd der Temperatur T_T-A entspricht, und dem erwärmten ersten Teilgasstrom, dessen Temperatur annähernd seiner Austrittstemperatur T_E4-A-2 aus dem vierten Wärmeübertrager 7 entspricht, ist. Die Austrittstemperatur T_E2-A des erwärmten Prozessgasstromes liegt über der Austrittstemperatur T_T-A, mit der der Prozessabgasstrom aus der Trocknerkammer 2 austritt. Die Erwärmung des Prozessgasstromes im zweiten Wärmeübertrager 23 wird mittels eines Heizmediums bewirkt, das im Gegenstrom zum Prozessgasstrom geführt wird.
Der erwärmte Prozessgasstrom wird über die dreizehnte Leitung 24 in die Trocknerkammer 2 geführt. Dabei tritt der erwärmte Prozessgasstrom mit einer Eintrittstemperatur T_T-E-H in die Trockner-Atmosphäre ein, die annähernd seiner Austrittstemperatur T_E2-A aus dem zweiten Wärmeübertrager 23 entspricht.
Die Führung des zweiten Abgas-Teilstromes, zunächst als Teil des Prozessabgasstromes aus der Trocknerkammer 2 über die erste Leitung 4 zum ersten Teilungsmittel 5; ab hier als zweiter Abgas-Teilstrom über die elfte Leitung 21 und das erste Vereinigungsmittel 20; sodann als Prozessgasstrom gemeinsam mit dem ersten Teilgasstrom über die zwölfte Leitung 22, den zweiten Wärmeübertrager 23 und die dreizehnte Leitung 24 zurück in die Trocknerkammer 2 stellt den Nebenkreislauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
Die Führung des ersten Abgas-Teilstromes, zunächst als Teil des Prozessabgasstromes aus der Trocknerkammer 2 über die erste Leitung 4 zum ersten Teilungsmittel 5; ab hier als erster Abgas-Teilstrom über die zweite Leitung 6, den vierten Wärmeübertrager 7 und die dritte Leitung 8 zum dritten Teilungsmittel 9; von dort vermindert um den vierten Abgas-Teilstrom als dritter Abgas-Teilstrom über die vierte Leitung 10, den ersten Wärmeübertrager 11 und die fünfte Leitung 12 zur Trenneinrichtung 13; von dort vermindert um die flüssige Phase als abgereicherter Gasstrom über die sechste Leitung 14 zum zweiten Teilungsmittel 17; von dort vermindert um den zweiten Teilgasstrom als erster Teilgasstrom über die neunte Leitung 18, den vierten Wärmeübertrager 7, die zehnte Leitung 19 zum ersten Vereinigungsmittel 20, in dem der erwärmte erste Teilgasstrom mit dem zweiten Abgas-Teilstrom vereinigt wird, stellt den Hauptkreislauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
Der vierte Abgas-Teilstrom wird in einer vierzehnten Leitung 25 als kühler Gasstrom vom dritten Teilungsmittel in die Trocknerkammer 2 geführt. Dabei tritt der vierte Abgas-Teilstrom mit einer Eintrittstemperatur T_T-E-K in die Trockner-Atmosphäre ein, die annähernd seiner Austrittstemperatur T_E4-A aus dem vierten Wärmeübertrager 7 entspricht. Die Eintrittstemperatur T_T-E-K des vierten Abgas-Teilstromes liegt unter der Austrittstemperatur T_T-A, mit der das Prozessabgas aus der Trocknerkammer austritt, und damit auch unter der Eintrittstemperatur T_T-E-H des erwärmten Prozessgasstromes in die Trocknerkammer 2. Weil die Eintrittstemperatur T_T-E-H des erwärmten Prozessgasstromes über der Eintrittstemperatur T_T-E-K des vierten Abgas-Teilstromes liegt, können in der Trocknerkammer 2 eine Heißzone 2a und eine Kühlzone 2b ausgebildet werden. Dabei liegt die Kühlzone 2b, bezogen auf die Bewegungsrichtung der Papierbahn 3, hinter der Heißzone 2a, so dass die Papierbahn 3 zunächst die Heißzone 2a und dann die Kühlzone 2b passiert. Die Eintrittsöffnung des erwärmten Prozessgasstromes ist so an der Trocknerkammer 2 angeordnet, dass der erwärmte Prozessgasstrom aus der dreizehnten Leitung in die Heißzone 2a gelangt. Die Eintrittsöffnung des vierten Abgas-Teilstromes ist so an der Trocknerkammer 2 angeordnet, dass der vierte Abgas-Teilstrom aus der vierzehnten Leitung 25 in die Kühlzone 2b gelangt. Die Temperatur der Heißzone 2a ist gleich der Trocknertemperatur T_K und entspricht annähernd der Eintrittstemperatur T_T-E-H des erwärmten Prozessgasstromes. Die Temperatur der Kühlzone 2b entspricht annähernd der Eintrittstemperatur T_T-E-K des vierten Abgas-Teilstroms.
Der zweite Teilgasstrom wird in einer fünfzehnten Leitung 26 zum dritten Wärmeübertrager 27 geführt. Der zweite Teilgasstrom tritt in den dritten Wärmeübertrager 27 mit einer Eintrittstemperatur T_E3-E ein und wird dort auf eine Temperatur T_E3-A unter Erhalt eines zweiten Fluidstromes abgekühlt. Die Temperatur T_E3-A ist so eingestellt, dass der zweite Fluidstrom als Zweiphasenströmung, die aus einer Gasphase und einer flüssigen Phase besteht, erhalten wird. Die Temperatur T_E3-A ist somit niedriger als die Eintrittstemperatur T_E3-E. Der zweite Fluidstrom wird in dem dritten Wärmeübertrager in die Gasphase und die flüssige Phase getrennt. Dazu kann eine weitere Trenneinrichtung in den dritten Wärmeübertrager integriert sein oder die nachstehend beschriebene siebzehnte Leitung 129 als Siphon ausgeführt sein. Die Gasphase verlässt den dritten Wärmeübertrager 27 als Restgasstrom mit der Austrittstemperatur T_E3-A über eine sechzehnte Leitung 28. Die flüssige Phase verlässt den dritten Wärmeübertrager 27 mit der Austrittstemperatur T_E3-A über eine siebzehnte Leitung 29. Die Kühlung des zweiten Teilgasstromes im dritten Wärmeübertrager 27 wird mittels eines Kältemediums bewirkt, das im Gegenstrom zum zweiten Teilgasstrom geführt wird. Im dritten Wärmeübertrager 27 wird der zweite Teilgasstrom auf eine Temperatur T_E3-A abgekühlt, die unter der Austrittstemperatur des T_E1-A des ersten Fluidstromes aus dem ersten Wärmeübertrager 11 liegt, um eine möglichst vollständige Ausscheidung von Mineralölen zu bewirken, die in dem zweiten Teilgasstrom enthalten sind, obwohl der erste Fluidstrom bereits die Trenneinrichtung 13 passiert hat.
Die flüssige Phase des zweiten Fluidstromes wird über die siebzehnte Leitung 29 aus dem dritten Wärmeübertrager 27 zur Trenneinrichtung 13, und zwar zu dem Dekanter, der in die Trenneinrichtung 13 integriert ist, geführt. Dazu kann die flüssige Phase des zweiten Fluidstromes mit der flüssigen Phase des ersten Fluidstromes vereinigt werden. Im Dekanter wird die flüssige Phase des zweiten Fluidstromes in eine wässerige Phase und eine Ölphase getrennt. Die wässerige Phase des zweiten Fluidstromes wird gemeinsam mit der des ersten Fluidstromes über die siebente Leitung 15 als Abwasser aus dem Verfahren ausgeschieden. Die Ölphase, die im Wesentlichen aus den Mineralölen besteht, die in der Trocknerkammer 2 in die Trockner-Atmosphäre eingetreten sind, wird gemeinsam mit der Ölphase des ersten Fluidstromes über die achte Leitung 16 aus dem Verfahren ausgeschieden.
Die Gasphase wird als Restgasstrom über die sechzehnte Leitung 28 aus dem dritten Wärmeübertrager 27 zu einer Abscheidungseinrichtung 30 geführt. Die Abscheidungseinrichtung 30 weist ein Adsorptionsmittel wie beispielsweise Aktivkohle auf. Sollten noch Mineralöle im Restgasstrom enthalten sein, so werden diese Mineralöle nun aus dem Restgasstrom entfernt. Der so behandelte Restgasstrom kann dann die Abscheidungseinrichtung 30 über die achtzehnte Leitung 31 als Abluft verlassen, wodurch er aus dem Verfahren entfernt wird. Die Abluftmenge gleicht der Menge an Falschluft, die in die Trocknerkammer 2 eingetreten ist, oder ist größer als die Menge an Falschluft.
Bei den Leitungen kann es sich jeweils um Leitungsrohre handeln. Die Leitungen bilden die erfindungsgemäßen Führungsmittel.
Die in 2 gezeigte zweite Ausführungsform entspricht der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform, außer dass aus dem abgereicherte Gasstrom, vor dessen Teilung in den ersten und zweiten Teilgasstrom, ein dritter Teilgasstrom abgezweigt werden kann, der zu der Kühlzone 2b der Trocknerkammer 2 geführt wird. Der dritte Teilgasstrom kann mit dem vierten Abgas-Teilstrom zum kühlen Gasstrom vereinigt werden. Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Abtrennung des vierten Abgas-Teilstroms aus dem ersten Abgas-Teilstrom auf, nämlich das dritte Teilungsmittel 109. Sie weist ferner eine Einrichtung zur Abzweigung des dritten Teilgasstroms aus dem abgereicherten Gasstrom auf, nämlich das vierte Teilungsmittel 117. Ob jedoch tatsächlich ein vierter Abgas-Teilstrom abgetrennt und ein dritter Teilgasstrom abgezweigt wird, hängt von der Zusammensetzung der Mineralöle in der Druckfarbe zusammen. Es kann aus diesem Grund vorkommen, dass kein vierter Abgasstrom abgetrennt wird – obwohl die apparative Möglichkeit dazu besteht –, sondern nur ein dritter Teilgasstrom abgezweigt wird. In diesem Fall ist das Verhältnis des vierten Abgas-Teilstroms zum dritten Teilgasstrom nach deren Vereinigung 0:100.
In 3 sind zusätzlich die Verfahrensparameter für diese zweite Ausführungsform angegeben. Die Verfahrensparameter weisen dabei folgende Form auf: Gasstrom [Nm³/h] – Mineralölkonzentration im Gas [g/Nm³] – Temperatur des Gases [°C]
Der Verfahrensparameter „29150-11, 27-160“ beschreibt somit, dass der Prozessabgasstrom 29150 Nm³/h (Normkubikmeter/Stunde) beträgt, die Mineralölkonzentration im Prozessabgas 11,27 g/Nm³ beträgt und das Prozessabgas eine Temperatur von 160 °C aufweist. Es ist in 3 zu erkennen, dass das Verhältnis des vierten Abgas-Teilstroms zum dritten Teilgasstrom nach deren Vereinigung im zweiten Vereinigungsmittel 0:100 beträgt. Das ist darauf zurückzuführen, dass der Berechnung der Verfahrensparameter in diesem Beispiel die Annahme zugrunde liegt, dass die Druckfarbe als Mineralöl das Mineralöl C₁₅H₃₂ enthält. Enthielte die Druckfarbe ein anderes Mineralöl, beispielweise das Mineral C₁₃H₂₈, oder ein Gemisch von Mineralölen, so ergäbe sich ein anderes Verhältnis des vierten Abgas-Teilstroms zum dritten Teilgasstrom.
In 2 ist eine als Trockner 1 bezeichnete Trocknungsvorrichtung gezeigt. Der Trockner 1 weist eine Trocknerkammer 2 mit einer stirnseitigen Eintrittsöffnung für eine Papierbahn 3 und einer Austrittsöffnung für die Papierbahn 3 auf. Die Austrittsöffnung ist dabei an der der Eintrittsöffnung gegenüber liegenden Stirnseite der Trocknerkammer 2 angeordnet. In der Trocknerkammer 2 wird die Papierbahn 3 unter Einwirkung eines Prozessgases getrocknet. Mit der Papierbahn 3 gelangen 35 kg/h Mineralöle, in 100 kg/h Druckfarbe enthalten sind, in die Trocknerkammer 2. Die Angabe 35 kg/h bezieht sich dabei auf das Mineralöl C₁₅H₃₂.
Das zur Trocknung der Papierbahn 3 eingesetzte Prozessgas ist in diesem Beispiel Luft. Das Prozessgas weist in der Heißzone 2a der Trocknerkammer 2 eine Trocknertemperatur T_T, die die reale Temperatur in der Trocknerkammer ist und nicht die Trocknungstemperatur nach DIN-EN 1539:2016-02 bezeichnet, von 220 °C auf. Die Papierbahn 3 wird in kontinuierlicher Weise durch die Trocknerkammer 2 in Richtung des Pfeils A geführt. Mit der Papierbahn 3, also über die stirnseitige Eintrittsöffnung für die Papierbahn, gelangen flüchtige organische Verbindungen („VOCs“), im Wesentlichen Mineralöle, in die Trocknerkammer 2. Gleichzeitig gelangt Falschluft über die Eintrittsöffnung in die Trocknerkammer 2. Unter Einwirkung des Prozessgases treten die flüchtigen organischen Verbindungen, d. h. vor allem die Mineralöle, und in der Papierbahn 3 enthaltenes Wasser in die Trockner-Atmosphäre ein. Aus diesem Grund ist es erforderlich, das Prozessgas aufzubereiten, indem die flüchtigen organischen Verbindungen zumindest teilweise aus dem Prozessgas abgetrennt werden. Dazu werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt. Ein Brenner ist nicht erforderlich und ist daher weder in den Trockner 1 integriert, noch wird das Prozessgas an anderer Stelle einer Nachverbrennung unterzogen.
Zur Abtrennung der Mineralöle, einschließlich anderer flüchtiger organischer Verbindungen, aus der Trockner-Atmosphäre tritt Prozessabgas, in diesem Beispiel Prozessabluft, aus der Trocknerkammer 2 als kontinuierlicher Prozessabgasstrom aus und in eine erste Leitung 104 ein. Um einen Austritt des Prozessabgasstromes aus der Trocknerkammer zu bewirken, kann ein Gebläse (nicht gezeigt) vorgesehen sein. Das Gebläse kann beispielsweise in der ersten Leitung 104 angeordnet sein. Das Gebläse sorgt für Unterdruck in der Trocknerkammer 2. Der Prozessabgasstrom tritt mit einer Austrittstemperatur T_T-A aus der Trocknerkammer 2 aus, die annähernd der Trocknertemperatur T_T entspricht. Die Verfahrensparameter des Prozessgasstromes sind 29150-11, 27-160.
Über die erste Leitung 104 wird der Prozessabgasstrom zum ersten Teilungsmittel 105, einem Gassplitter, geführt. Dort wird der Prozessabgasstrom in einen ersten Abgas-Teilstrom und einen zweiten Abgas-Teilstrom geteilt. Der erste Abgas-Teilstrom wird in einer zweiten Leitung 106 zum vierten Wärmeübertrager 107 geführt. Die Verfahrensparameter des ersten Abgasteil-Stroms sind 13000-11, 27-160, die Verfahrensparameter des zweiten Abgasteil-Stroms sind 16150-11, 27-160.
Der erste Abgas-Teilstrom tritt in den vierten Wärmeübertrager 107 mit einer Eintrittstemperatur T_E4-E-1 ein, wird dort auf eine Temperatur T_E4-A-1 abgekühlt und verlässt mit dieser Temperatur als vorabgekühlter erster Abgas-Teilstrom den vierten Wärmeübertrager 107. Die Abkühlung im vierten Wärmeübertrager 107 wird als Vorabkühlung bezeichnet, weil der erste Abgas-Teilstrom anschließend einer zweiten Abkühlung unterzogen wird. Die Austrittstemperatur T_E4-A-1 ist so eingestellt, dass der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom ein Gasstrom bleibt. Die Verfahrensparameter des vorabgekühlten ersten Abgas-Teilstroms sind 13000-11, 27-126.
Der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom wird über eine dritte Leitung 108 vom vierten Wärmeübertrager 107 zu einem dritten Teilungsmittel 109, einem Gassplitter, geführt. Dort kann der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom in einen dritten Abgas-Teilstrom und einen vierten Abgas-Teilstrom geteilt werden. Der dritte Abgas-Teilstrom wird in einer vierten Leitung 110 zum ersten Wärmeübertrager 111 geführt. Der dritte Abgas-Teilstrom tritt in den ersten Wärmeübertrager 111 mit einer Eintrittstemperatur T_E1-E ein, wird dort auf eine Temperatur T_E1-A abgekühlt und verlässt mit dieser Temperatur als erster Fluidstrom den ersten Wärmeübertrager 111. Die Austrittstemperatur T_E1-A ist so eingestellt, dass der erste Fluidstrom als Zweiphasenströmung, die aus einer Gasphase und einer flüssigen Phase besteht, erhalten wird. Die Austrittstemperatur T_E1-A ist somit niedriger als die Austrittstemperatur T_E4-A-1. Die Kühlung des dritten Abgas-Teilstromes im ersten Wärmeübertrager 111 wird mittels eines Kühlmediums bewirkt, das im Gegenstrom zum dritten Abgas-Teilstrom geführt wird. Die Verfahrensparameter des ersten Fluidstroms sind 13000-8, 93-88.
Der erste Fluidstrom wird über eine fünfte Leitung 112 vom ersten Wärmeübertrager 111 zu einer Trenneinrichtung 113 geführt. In der Trenneinrichtung 113 wird zunächst die Gasphase von der flüssigen Phase getrennt. Die Gasphase verlässt die Trenneinrichtung 113 als abgereicherter Gasstrom mit einer Austrittstemperatur T_D1-A über die sechste Leitung 114. Die Austrittstemperatur T_D1-A entspricht dabei annähernd der Austrittstemperatur T_E1-A des ersten Fluidstromes am ersten Wärmeübertrager 111.
In der Trenneinrichtung 113 wird darüberhinaus die flüssige Phase des ersten Fluidstromes in eine wässerige Phase und eine Ölphase getrennt. Dazu kann ein Dekanter in die Trenneinrichtung 113 integriert sein. Die wässerige Phase wird über die siebente Leitung 115 als Abwasser aus dem Verfahren ausgeschieden. Im vorliegenden Beispiel enthält die flüssige Phase jedoch kaum oder kein Wasser, so dass 0 kg/h Abwasser anfallen. Die Ölphase, die im Wesentlichen aus den Mineralölen besteht, die in der Trocknerkammer 2 in die Trockner-Atmosphäre eingetreten sind, wird über die achte Leitung 116 aus dem Verfahren ausgeschieden. Dabei werden im vorliegenden Beispiel 34,9 kg/h Mineralöle ausgeschieden.
Der abgereicherte Gasstrom wird über die sechste Leitung 114 von der Trenneinrichtung 113 zu einem vierten Teilungsmittel 132, einem Gassplitter, geführt. Dort wird aus dem abgereicherten Gasstrom ein dritter Teilgasstrom abgezweigt. Der um den dritten Teilgasstrom verminderte abgereicherte Gasstrom wird über die neunzehnte Leitung 133 von dem vierten Teilungsmittel 132 zu einem zweiten Teilungsmittel 117 geführt. Die Verfahrensparameter des verminderten abgereicherten Gasstroms sind 7150-8, 93-88.
Im zweiten Teilungsmittel 117, einem Gassplitter wird der verminderte abgereicherte Gasstrom in einen ersten Teilgasstrom und einen zweiten Teilgasstrom geteilt. Der erste Teilgasstrom wird in einer neunten Leitung 118 zum vierten Wärmeübertrager 107 geführt. Der erste Teilgasstrom tritt in den vierten Wärmeübertrager 107 mit einer Eintrittstemperatur T_E4-E-2 ein, wird dort auf eine Temperatur T_E4-A-2 erwärmt und verlässt mit dieser Temperatur als erwärmter erster Teilgasstrom den vierten Wärmeübertrager 107. Der erste Teilgasstrom wird im vierten Wärmeübertrager 107 im Gegenstrom zum ersten Abgas-Teilstrom geführt. Die Eintrittstemperatur T_E4-E-2 des ersten Teilgasstromes liegt unter der Eintrittstemperatur T_E4-E-1 des ersten Abgas-Teilstromes. Die Austrittstemperatur T_E4-A-2 des ersten Teilgasstromes nähert sich der Eintrittstemperatur T_E4-E-1 des ersten Abgas-Teilstromes an, so dass die Austrittstemperatur T_E4-A-2 des ersten Teilgasstromes zwischen seiner Eintrittstemperatur T_E4-E-2 und der Eintrittstemperatur T_E4-E-1 des ersten Abgas-Teilstromes liegt. Die Verfahrensparameter des erwärmten ersten Teilgasstroms sind 6650-8, 93-150.
Der erwärmte erste Teilgasstrom wird über die zehnte Leitung 119 vom vierten Wärmeübertrager 107 zu einem ersten Vereinigungsmittel 120 geführt. Außerdem wird der zweite Abgas-Teilstrom über eine elfte Leitung 121 vom ersten Teilungsmittel 105 zu dem ersten Vereinigungsmittel 120 geführt. Im ersten Vereinigungsmittel 120 werden der zweite Abgas-Teilstrom und der erwärmte erste Teilgasstrom miteinander zu einem aufbereiteten Prozessgas vereinigt. Aufgrund der Abtrennung von Mineralölen und Wasser in der Trenneinrichtung 113 enthält das aufbereitete Prozessgas weniger Mineralöle und Wasser als das Prozessabgas, das über die erste Leitung 104 aus der Trocknerkammer 2 austritt.
Das aufbereitete Prozessgas wird als Prozessgasstrom über die zwölfte Leitung 122 von dem ersten Vereinigungsmittel 120 zum zweiten Wärmeübertrager 123 geführt. Der Prozessgasstrom tritt in den zweiten Wärmeübertrager 123 mit einer Eintrittstemperatur T_E2-E ein, wird dort auf eine Temperatur T_E2-A erwärmt und verlässt mit dieser Temperatur als erwärmter Prozessgasstrom den zweiten Wärmeübertrager 123. Die Eintrittstemperatur T_E2-E des Prozessgasstromes liegt unter der Temperatur T_T-A, mit der das Prozessabgas die Trocknerkammer 2 verlassen hat, weil der Prozessgasstrom ein Gemisch aus dem zweiten Abgas-Teilstrom, dessen Temperatur annähernd der Temperatur T_T-A entspricht, und dem erwärmten ersten Teilgasstrom, dessen Temperatur annähernd seiner Austrittstemperatur T_E4-A-2 aus dem vierten Wärmeübertrager 107 entspricht, ist. Die Austrittstemperatur T_E2-A des erwärmten Prozessgasstromes liegt über der Austrittstemperatur T_T-A, mit der der Prozessabgasstrom aus der Trocknerkammer 2 austritt. Die Erwärmung des Prozessgasstromes im zweiten Wärmeübertrager 123 wird mittels eines Heizmediums bewirkt, das im Gegenstrom zum Prozessgasstrom geführt wird.
Der erwärmte Prozessgasstrom wird über die dreizehnte Leitung 124 in die Trocknerkammer 2 geführt. Dabei tritt der erwärmte Prozessgasstrom mit einer Eintrittstemperatur T_T-E-H in die Trockner-Atmosphäre ein, die annähernd seiner Austrittstemperatur T_E2-A aus dem zweiten Wärmeübertrager 123 entspricht. Die Verfahrensparameter des erwärmten Prozessgasstrom sind 22800-10, 59-220.
Die Führung des zweiten Abgas-Teilstromes, zunächst als Teil des Prozessabgasstromes aus der Trocknerkammer 2 über die erste Leitung 104 zum ersten Teilungsmittel 105; ab hier als zweiter Abgas-Teilstrom über die elfte Leitung 121 und das erste Vereinigungsmittel 120; sodann als Prozessgasstrom gemeinsam mit dem ersten Teilgasstrom über die zwölfte Leitung 122, den zweiten Wärmeübertrager 123 und die dreizehnte Leitung 124 zurück in die Trocknerkammer 2 stellt den Nebenkreislauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
Die Führung des ersten Abgas-Teilstromes, zunächst als Teil des Prozessabgasstromes aus der Trocknerkammer 2 über die erste Leitung 104 zum ersten Teilungsmittel 105; ab hier als erster Abgas-Teilstrom über die zweite Leitung 106, den vierten Wärmeübertrager 107, die dritte Leitung 108, das dritte Teilungsmittel 109, die vierte Leitung 110, den ersten Wärmeübertrager 111 und die fünfte Leitung 112 zur Trenneinrichtung 113; von dort vermindert um die flüssige Phase als abgereicherter Gasstrom über die sechste Leitung 114 zum vierten Teilungsmittel 132; von dort vermindert um den dritten Teilgasstrom als verminderter abgereicherter Gasstrom über die neunzehnte Leitung 133 zum zweiten Teilungsmittel 117; von dort vermindert um den zweiten Teilgasstrom als erster Teilgasstrom über die neunte Leitung 118, den vierten Wärmeübertrager 107, die zehnte Leitung 119 zum ersten Vereinigungsmittel 120, in dem der erwärmte erste Teilgasstrom mit dem zweiten Abgas-Teilstrom vereinigt wird, stellt den Hauptkreislauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
Der dritte Teilgasstrom wird in einer zwanzigsten Leitung 134 vom vierten Teilungsmittel 132 zu einem zweiten Vereinigungsmittel 135 geführt. Dort kann der dritte Teilgasstrom mit dem vierten Abgas-Teilstrom unter Erhalt eines kühlen Gasstroms vereinigt werden. Der vierte Abgas-Teilstrom wird in der vierzehnten Leitung 125 vom dritten Teilungsmittel 109 zum zweiten Vereinigungsmittel 135 geführt. Der kühle Gasstrom kann ein Gemisch aus dem dritten Teilgasstrom und dem vierten Abgas-Teilstrom sein. Wird am dritten Teilungsmittel 109 jedoch kein vierter Abgasteilstrom abgetrennt, so entspricht der kühle Gasstrom dem dritten Teilgasstrom.
Der kühle Gasstrom wird über die einundzwanzigste Leitung 136 in die Trocknerkammer 2 geführt. Dabei tritt der kühle Gasstrom mit einer Eintrittstemperatur T_T-E-K in die Trockner-Atmosphäre ein, die annähernd seiner Austrittstemperatur T_E1-A aus dem ersten Wärmeübertrager 111 entspricht. Die Eintrittstemperatur T_T-E-K des kühlen Gasstroms liegt unter der Austrittstemperatur T_T-A, mit der das Prozessabgas aus der Trocknerkammer austritt, und damit auch unter der Eintrittstemperatur T_T-E-H des erwärmten Prozessgasstromes in die Trocknerkammer 2. Weil die Eintrittstemperatur T_T-E-H des erwärmten Prozessgasstromes über der Eintrittstemperatur T_T-E-K des kühlen Gasstromes liegt, können in der Trocknerkammer 2 eine Heißzone 2a und eine Kühlzone 2b ausgebildet werden. Dabei liegt die Kühlzone 2b, bezogen auf die Bewegungsrichtung der Papierbahn 3, hinter der Heißzone 2a, so dass die Papierbahn 3 zunächst die Heißzone 2a und dann die Kühlzone 2b passiert. Die Eintrittsöffnung des erwärmten Prozessgasstromes ist so an der Trocknerkammer 2 angeordnet, dass der erwärmte Prozessgasstrom aus der dreizehnten Leitung 124 in die Heißzone 2a gelangt. Die Eintrittsöffnung des kühlen Gasstromes ist so an der Trocknerkammer 2 angeordnet, dass der kühle Gasstrom aus der einzwanzigsten Leitung 136 in die Kühlzone 2b gelangt. Die Temperatur der Heißzone 2a ist gleich der Trocknertemperatur T_K und entspricht annähernd der Eintrittstemperatur T_T-E-H des erwärmten Prozessgasstromes. Die Temperatur der Kühlzone 2b entspricht annähernd der Eintrittstemperatur T_T-E-K des kühlen Gasstromes. Die Verfahrensparameter des kühlen Gasstromes sind 5850-8, 93-88.
Es in 3 zu erkennen, dass der kühle Gasstrom in der einundzwanzigsten Leitung 136 eine Temperatur von 88 °C besitzt. Diese Temperatur ist ausreichend, um eine gewünschte Temperatur T_T-E-K zu erreichen, die zwischen 85 und 100 °C liegt. Aus diesem Grund besteht der kühle Gasstrom nur aus dem dritten Teilgasstrom. Wäre die Berechnung in diesem Beispiel nicht anhand des Mineralöles C₁₅H₃₂ vorgenommen worden, sondern am Beispiel des Mineralöls C₁₃H₂₈, so wiese der kühle Gasstrom in der einundzwanzigsten Leitung eine Temperatur von nur 65 °C auf, sofern der kühle Gasstrom nur aus dem dritten Teilgasstrom bestünde. Um die gewünschte Temperatur in der Kühlzone 2b zu erreichen, ist es daher erforderlich, dem dritten Teilgasstrom, der mit einer Austrittstemperatur T_D1-A von 65 °C aus der Trenneinrichtung 113 austritt, den vierten Abgas-Teilstrom beizumischen, der mit einer Austrittstemperatur T_E1-A, die über 100 °C liegen sollte, aus dem ersten Wärmeübertrager 111 austritt. Durch die Mischung des dritten Teilgasstroms mit einer Temperatur von 65 °C und des vierten Abgas-Teilstroms mit einer Temperatur über 100 °C kann dann ein kühler Gasstrom erhalten werden, mit dem die gewünschte Temperatur T_T-E-K erreicht werden kann. Das Mischungsverhältnis des dritten Teilgasstroms und des vierten Abgas-Teilstroms hängt dabei von der Zusammensetzung der Mineralöle, die in den Druckfarben enthalten sind, ab. Diese Zusammensetzung ist in der Regel nicht bekannt, sondern ein Geschäftsgeheimnis der Druckfarben-Hersteller. Aus diesem Grund muss der Anlagenführer das Mischungsverhältnis so einstellen, dass die gewünschte Temperatur T_T-E-K erreicht wird.
Der zweite Teilgasstrom wird in einer fünfzehnten Leitung 126 zum dritten Wärmeübertrager 127 geführt. Die Verfahrensparameter des zweiten Teilgasstromes sind 500-8, 93-88. Der zweite Teilgasstrom tritt in den dritten Wärmeübertrager 127 mit einer Eintrittstemperatur T_E3-E ein und wird dort auf eine Temperatur T_E3-A unter Erhalt eines zweiten Fluidstromes abgekühlt. Die Temperatur T_E3-A ist so eingestellt, dass der zweite Fluidstrom als Zweiphasenströmung, die aus einer Gasphase und einer flüssigen Phase besteht, erhalten wird. Die Temperatur T_E3-A ist somit niedriger als die Eintrittstemperatur T_E3-E. Der zweite Fluidstrom wird in dem dritten Wärmeübertrager 127 in die Gasphase und die flüssige Phase getrennt. Dazu kann eine weitere Trenneinrichtung in den dritten Wärmeübertrager integriert sein oder die nachstehend beschriebene siebzehnte Leitung 129 als Siphon ausgeführt sein. Die Gasphase verlässt den dritten Wärmeübertrager 127 als Restgasstrom mit der Austrittstemperatur T_E3-A über eine sechzehnte Leitung 128. Die Verfahrensparameter des Restgasstromes sind 500-0, 2-40.
Die flüssige Phase verlässt den dritten Wärmeübertrager 127 mit der Austrittstemperatur T_E3-A über eine siebzehnte Leitung 129. Die Kühlung des zweiten Teilgasstromes im dritten Wärmeübertrager 127 wird mittels eines Kältemediums bewirkt, das im Gegenstrom zum zweiten Teilgasstrom geführt wird. Im dritten Wärmeübertrager 127 wird der zweite Teilgasstrom auf eine Temperatur T_E3-A abgekühlt, die unter der Austrittstemperatur des T_E1-A des ersten Fluidstromes aus dem ersten Wärmeübertrager 111 liegt, um eine möglichst vollständige Ausscheidung von Mineralölen zu bewirken, die in dem zweiten Teilgasstrom enthalten sind, obwohl der erste Fluidstrom bereits die Trenneinrichtung 113 passiert hat.
Die flüssige Phase des zweiten Fluidstromes wird über die siebzehnte Leitung 129 aus dem dritten Wärmeübertrager 127 zur Trenneinrichtung 113, und zwar zu dem Dekanter, der in die Trenneinrichtung 113 integriert ist, geführt. Dazu kann die flüssige Phase des zweiten Fluidstromes mit der flüssigen Phase des ersten Fluidstromes vereinigt werden. Im Dekanter wird die flüssige Phase des zweiten Fluidstromes in eine wässerige Phase und eine Ölphase getrennt. Die wässerige Phase des zweiten Fluidstromes wird gemeinsam mit der des ersten Fluidstromes über die siebente Leitung 115 als Abwasser aus dem Verfahren ausgeschieden. Die Ölphase, die im Wesentlichen aus den Mineralölen besteht, die in der Trocknerkammer 2 in die Trockner-Atmosphäre eingetreten sind, wird gemeinsam mit der Ölphase des ersten Fluidstromes über die achte Leitung 116 aus dem Verfahren ausgeschieden.
Die Gasphase wird als Restgasstrom über die sechzehnte Leitung 128 aus dem dritten Wärmeübertrager 127 zu einer Abscheidungseinrichtung 130 geführt. Die Abscheidungseinrichtung 130 weist ein Adsorptionsmittel wie beispielsweise Aktivkohle auf. Sollten noch Mineralöle im Restgasstrom enthalten sein, so werden diese Mineralöle nun aus dem Restgasstrom entfernt. Der so behandelte Restgasstrom kann dann die Abscheidungseinrichtung 130 über die achtzehnte Leitung 131 als Abluft verlassen, wodurch er aus dem Verfahren entfernt wird. Die Verfahrensparameter der Abluft sind 500-0, 01-40. Die Abluftmenge gleicht der Menge an Falschluft, die in die Trocknerkammer 2 eingetreten ist, oder ist größer als die Menge an Falschluft. Die Verfahrensparameter der Falschluft in diesem Beispiel sind 500-0-20.
Bei den Leitungen kann es sich jeweils um Leitungsrohre handeln. Die Leitungen bilden die erfindungsgemäßen Führungsmittel.
Bezugszeichenliste

1: Trockner
2: Trocknerkammer
2a: Heißzone
2b: Kühlzone
3: Papierbahn
4: erste Leitung
5: erstes Teilungsmittel
6: zweite Leitung
7: vierter Wärmeübertrager
8: dritte Leitung
9: drittes Teilungsmittel
10: vierte Leitung
11: erster Wärmeübertrager
12: fünfte Leitung
13: Trenneinrichtung
14: sechste Leitung
15: siebente Leitung
16: achte Leitung
17: zweites Teilungsmittel
18: neunte Leitung
19: zehnte Leitung
20: erstes Vereinigungsmittel
21: elfte Leitung
22: zwölfte Leitung
23: zweiter Wärmeübertrager
24: dreizehnte Leitung
25: vierzehnte Leitung
26: fünfzehnte Leitung
27: dritter Wärmeübertrager
28: sechszehnte Leitung
29: siebzehnte Leitung
30: Abscheidungseinrichtung
31: achtzehnte Leitung
104: erste Leitung
105: erstes Teilungsmittel
106: zweite Leitung
107: vierter Wärmeübertrager
108: dritte Leitung
109: drittes Teilungsmittel
110: vierte Leitung
111: erster Wärmeübertrager
112: fünfte Leitung
113: Trenneinrichtung
114: sechste Leitung
115: siebente Leitung
116: achte Leitung
117: zweites Teilungsmittel
118: neunte Leitung
119: zehnte Leitung
120: erstes Vereinigungsmittel
121: elfte Leitung
122: zwölfte Leitung
123: zweiter Wärmeübertrager
124: dreizehnte Leitung
125: vierzehnte Leitung
126: fünfzehnte Leitung
127: dritter Wärmeübertrager
128: sechszehnte Leitung
129: siebzehnte Leitung
130: Abscheidungseinrichtung
131: achtzehnte Leitung
132: viertes Teilungsmittel
133: neunzehnte Leitung
134: zwanzigste Leitung
135: zweites Vereinigungsmittel
136: einundzwanzigste Leitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3312704 C2 [0003]
DE 102006001995 B4 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

VDI-Richtlinie 2587, Blatt 1, „Emissionsminderung, Rollenoffsetdruckanlagen mit Heißlufttrocknung“, Ausgabe November 2001 [0002]
DIN-EN 1539:2016-02 [0003]
DIN-EN 1539:2016-02 [0004]
DIN-EN 1539:2016-02 [0014]
DIN-EN 1539:2016-02 [0023]
DIN-EN 1539:2016-02 [0023]
DIN-EN 1539:2016-02 [0063]
DIN-EN 1539:2016-02 [0073]
DIN-EN 1539:2016-02 [0093]

Claims

Verfahren zur Aufbereitung eines Prozessgases von Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen, insbesondere für Rollenoffsetdruckmaschinen, wobei das Prozessgas aus einer Trocknerkammer (2) der Trocknungsvorrichtung (1) als Prozessabgasstrom austritt, der Prozessabgasstrom oder ein Teil davon in einem ersten Wärmeübertrager (11) unter Erhalt eines ersten Fluidstromes abgekühlt wird, aus dem ersten Fluidstrom in einer Trenneinrichtung (13) nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt eines abgereicherten Gasstromes abgetrennt werden, der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon unter Erhalt eines erwärmten Prozessgasstroms erwärmt wird und der erwärmte Prozessgasstrom der Trocknerkammer (2) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessabgasstrom in einen ersten Abgas-Teilstrom und einen zweiten Abgas-Teilstrom geteilt wird, wobei – der erste Abgas-Teilstrom oder ein Teil davon in dem ersten Wärmeübertrager (11) unter Erhalt des ersten Fluidstromes abgekühlt und aus dem ersten Fluidstrom in der Trenneinrichtung (13) nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt des abgereicherten Gasstromes abgetrennt werden; und – der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon mit dem zweiten Abgas-Teilstrom unter Erhalt eines aufbereiteten Prozessgases vereinigt, das aufbereitete Prozessgas als Prozessgasstrom in einem zweiten Wärmeübertrager (23) erwärmt und der so erhaltene erwärmte Prozessgasstrom der Trocknerkammer (2) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon in einen ersten Teilgasstrom und einen zweiten Teilgasstrom geteilt wird, wobei – der erste Teilgasstrom mit dem zweiten Abgas-Teilstrom unter Erhalt des aufbereiteten Prozessgases vereinigt wird; und – der zweite Teilgasstrom in einem dritten Wärmeübertrager (27) unter Erhalt eines zweiten Fluidstromes abgekühlt, aus dem zweiten Fluidstrom nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt eines Restgasstromes abgetrennt werden und die nicht-gasförmigen Bestandteile der Trenneinrichtung (13) zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgas-Teilstrom vor dem Eintritt in den ersten Wärmeübertrager (11) in einem vierten Wärmeübertrager (7) vorabgekühlt und der vorabgekühlte erste Abgas-Teilstrom in einen dritten Abgas-Teilstrom und einen vierten Abgas-Teilstrom geteilt wird, wobei – der dritte Abgas-Teilstrom in dem ersten Wärmeübertrager (11) unter Erhalt des ersten Fluidstromes weiter abgekühlt und aus dem ersten Fluidstrom in der Trenneinrichtung (13) nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt des abgereicherten Gasstromes abgetrennt werden; und – der vierte Abgas-Teilstrom der Trocknerkammer (2) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem abgereicherten Gasstrom ein dritter Teilgasstrom abgeteilt wird, wobei der dritte Teilgasstrom der Trocknerkammer (2) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon in dem vierten Wärmeübertrager (7) erwärmt werden, bevor sie mit dem zweiten Abgas-Teilstrom vereinigt werden.
Vorrichtung zur Aufbereitung eines Prozessgases von Trocknungsvorrichtungen für Druckmaschinen, insbesondere für Rollenoffsetdruckmaschinen, wobei das Prozessgas aus einer Trocknerkammer (2) der Trocknungsvorrichtung (1) als Prozessabgasstrom austritt und die Vorrichtung aufweist: – einen ersten Wärmeübertrager (11) zum Abkühlen des Prozessabgasstromes oder eines Teils davon unter Erhalt eines ersten Fluidstromes; – eine Trenneinrichtung (13) zum Abtrennen nicht-gasförmiger Bestandteile aus dem ersten Fluidstrom unter Erhalt eines abgereicherten Gasstromes; – eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des abgereicherten Gasstromes oder eines Teiles davon unter Erhalt eines erwärmten Prozessgasstroms; und – Führungsmittel (24) zum Führen des erwärmten Prozessgasstromes zur Trocknungsvorrichtung (1).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: – ein erstes Teilungsmittel (5) zum Teilen eines aus der Trocknerkammer (2) austretenden Prozessabgasstromes in einen ersten Abgas-Teilstrom und einen zweiten Abgas-Teilstrom; – den ersten Wärmeübertrager (11) zur Abkühlung des erstem Abgas-Teilstromes oder eines Teiles davon unter Erhalt des ersten Fluidstromes; – die Trenneinrichtung (13) zum Abtrennen nicht-gasförmiger Bestandteile aus dem ersten Fluidstrom unter Erhalt des abgereicherten Gasstromes; – ein erstes Vereinigungsmittel (20) zum Vereinigen des zweiten Abgas-Teilstromes mit dem abgereicherten Gasstrom oder einem Teil davon unter Erhalt eines aufbereiteten Prozessgases; – einen zweiten Wärmeübertrager (23) zum Erwärmen des aufbereiteten Prozessgases; und – Führungsmittel (22) zum Führen des aufbereiteten Prozessgases als Prozessgasstrom zum zweiten Wärmeübertragerund zur Rückführung des erwärmten Prozessgasstromes in die Trocknerkammer (2).
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – ein zweites Teilungsmittel (17) zum Teilen des abgereicherten Gasstromes oder eines Teils davon in einen ersten Teilgasstrom und einen zweiten Teilgasstrom, wobei der erste Teilgasstrom mit dem zweiten Abgas-Teilstrom unter Erhalt des aufbereiteten Prozessgases in dem ersten Vereinigungsmittel (20) vereinigt wird; – einen dritten Wärmeübertrager (27) zum Abkühlen des zweiten Teilgasstromes unter Erhalt eines zweiten Fluidstromes und zum Abtrennen von nicht-gasförmigen Bestandteilen aus dem zweiten Fluidstrom unter Erhalt eines Restgasstromes; und – Führungsmittel (29) zum Führen der nicht-gasförmigen Bestandteile aus dem zweiten Fluidstrom zu der Trenneinrichtung (13).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen vierten Wärmeübertrager (7) zum Vorabkühlen des ersten Abgas-Teilstromes, bevor dieser oder ein Teil davon in den ersten Wärmeübertrager (11) eintritt, und zum Erwärmen des abgereicherten Gasstromes oder eines Teils davon aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein drittes Teilungsmittel (9) zum Teilen des ersten Abgas-Teilstromes in einen dritten Abgas-Teilstrom und einen vierten Abgas-Teilstrom aufweist, wobei sie ferner Führungsmittel (10) zum Führen des dritten Abgas-Teilstromes in den ersten Wärmeübertrager (11) und Führungsmittel (25) zum Führen des vierten Abgas-Teilstromes in die Trocknerkammer (2) aufweist.
Trocknungsvorrichtung für eine Druckmaschine, insbesondere für eine Rollenoffsetdruckmaschine, aufweisend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11.
Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Trocknerkammer (2) aufweist, in der eine Heißzone (2a) und eine Kühlzone (2b) ausgebildet sind, wobei der Prozessgasstrom der Heißzone (2a) zugeführt wird und wobei der vierte Abgas-Teilstrom und/oder der dritte Teilgasstrom der Kühlzone (2b) zugeführt wird.
Trocknungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Deckung des Energiebedarfes eine Anlage der Kraft-Wärme-Kopplung aufweist.
Verfahren zur Trocknung einer Papierbahn mittels einer Trocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Prozessabgas als Prozessabgasstrom aus der Trocknerkammer (2) der Trocknungsvorrichtung (1) austritt, wobei der Prozessabgasstrom oder ein Teil davon in einem ersten Wärmeübertrager (11) unter Erhalt eines ersten Fluidstromes abgekühlt wird, aus dem ersten Fluidstrom in einer Trenneinrichtung (13) nicht-gasförmige Bestandteile unter Erhalt eines abgereicherten Gasstromes abgetrennt werden, der abgereicherte Gasstrom oder ein Teil davon unter Erhalt eines erwärmten Prozessgasstroms erwärmt wird und der erwärmte Prozessgasstrom der Trocknerkammer (2) zugeführt wird.