DE1191299B

DE1191299B - Verfahren zur kontinuierlichen Trocknung von Schnitzelgut aus organischen Hochpolymeren

Info

Publication number: DE1191299B
Application number: DEV19046A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ernst Foeller; Dipl-Ing Richard Gerlach; Dipl-Chem Dr Hans-Martin Koepp; Dipl-Chem Dr Fritz Wiloth
Original assignee: Glanzstoff AG
Current assignee: Glanzstoff AG
Priority date: 1960-07-23
Filing date: 1960-07-23
Publication date: 1965-04-15
Also published as: GB954311A; BE605649A; US3241248A; CH385744A; AT248343B

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Trocknung von Schnitzelgut aus organischen Hochpolymeren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen von Schnitzelgut aus organischen Hochpolymeren in einem mehrstufigen Schachttrockner, bei dem das Gut in der ersten Stufe direkt und in der zweiten Stufe indirekt durch einen heißen Gastrom beheizt und in der dritten Stufe einem Kühlgasstrom ausgesetzt ist. Das Trocknen von solchem Schnitzelgut ist außerordentlich zeitraubend und kostspielig, vor allem, wenn der Endfeuchtegehalt sehr niedrig liegen soll, z. B. zum Verspinnen um 0,0511/o, und außerdem nur sehr geringfügig schwanken darf, zumal da die Temperaturempfindlichkeit des zu trocknenden Gutes bezüglich der verwertbaren Temperaturbereiche enge Grenzen zieht.
Heute allgemein üblich zum Trocknen solcher Schnitzel sind Taumeltrockner. Infolge der Anordnung der Drehachse im Winkel zur Behälterachse entsteht beim Drehen eine zum Durchmischen körnigen Gutes geeignete Taumelbewegung, mit deren Hilfe eine gleichmäßige Aufheizung des im Trockner unter Vakuum gesetzten Gutes erreicht wird, wobei das enthaltene Wasser verdampft. Dabei bedingt die Art der Trocknung, daß sie chargenweise erfolgen muß. Der apparative Aufwand bei dieser Trocknung ist sehr groß und steht einem relativ ungünstigen energetischen Wirkungsgrad gegenüber. Die Rufheizung des Gutes erfolgt durch die Behälterwand, was infolge der geringen Wärmeleitfähigkeit des Trocknungsgutes zusammen mit der geringen Berührungsfläche beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt, zumal infolge der Temperaturempfindlichkeit des zu trocknenden Gutes die Temperatur des Heizmediums nicht wesentlich über der Endtemperatur des Trockengutes liegen darf.
Auch kontinuierliche Trocknungsverfahren sind bekannt. So wurde beispielsweise ein Schachttrockner für Körnerfrüchte und ähnliche Güter beschrieben, bei dem das Trocknungsgut in einer ersten Stufe direkt und in einer zweiten Stufe indirekt beheizt, darauf in einer dritten Stufe gekühlt wurde. Die indirekte Beheizung erfolgte dadurch, daß das zu trocknende Gut zwischen den von heißer Luft durchströmten Rohren eines Wärmetauschers hindurchgeleitet wurde, während die Abkühlung in der dritten Stufe vermittels eines Kühlgasstromes erfolgte. Auch dieser Trockner war zum Trocknen hochpolymeren körnigen Schnitzelgutes nicht geeignet.
Bei der Trocknung solchen Gutes müssen außer einer wirtschaftlich vertretbaren Lösung als Grundforderung gelten: Möglichst enges Verweilzeitspektrum, am besten vollständig gleiche Verweilzeit; in engen Grenzen gleicher Trocknungsgrad des Gutes auch bei Schwankungen in der Anfangsfeuchtigkeit; möglichst geringer Abrieb, da Staub beim Spinnprozeß stört und deshalb entfernt werden muß, und möglichst kurze Aufheizzeit zum Erreichen kürzester Trocknungszeiten und zur Vermeidung störender Nachpolymerisation.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht danach darin, organische Hochpolymere kontinuierlich so zu trocknen, daß ein sehr niedriger Endfeuchtegehalt mit großer Gleichmäßigkeit erreicht wird, und zwar sowohl bezüglich der Abweichungen von dem mittleren Feuchtegehalt als auch bezüglich des zeitlichen Verlaufs.
Nun wurde gefunden, daß diese Aufgabe durch ein Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen von Schnitzelgut aus organischen Hochpolymeren der eingangs beschriebenen Art gelöst werden kann, das dadurch gegenüber dem Bekannten ausgezeichnet ist, das von dem im Kreis durch die zweite und erste Stufe geführten Heißgasstrom ein kleinerer Teil abgezweigt, regeneriert, als Kühlgas verwendet, in der zweiten Stufe das Gut direkt trocknend, beim Eintritt in die erste Stufe mit dem Heißgastrom vermischt wird. Die zu regenerierende Abzweigmenge kann dabei erfindungsgemäß vom Druck im Trockner abhängen und/oder von der Abgastemperatur gesteuert werden. Bei der Art des Trocknungsgutes hat sich die Rufheizung als das Hauptproblem erwiesen. Die Erfindung löst es durch zwei getrennte Kreisläufe, die an einen Schachttrockner in unten beschriebener Weise angeschlossen sind.
Dort, wo in der unteren Trocknungszone das Gut aus dem Trockner in den Kühler übertritt, wird reiner Stickstoff mit einer Temperatur von beispielsweise 20° C, d. h. nicht erwärmt, zugeführt. Er streicht durch das in der oberen Zone angewärmte Gut, erwärmt sich dabei und nimmt gleichzeitig Feuchtigkeit auf. Beim Eintritt in die obere Zone vermischt sich der beispielsweise inzwischen auf etwa 150° C erwärmte Stickstoff mit dem Gas des zweiten Kreislaufes, der am unteren Ende der oberen Zone feuchten Stickstoff mit einer Temperatur von etwa l60° C einspeist und dessen Beschaffenheit und Herkunft im weiteren näher erläutert werden.
Die beiden sich beim Eintritt in die obere Zone vermischenden Ströme durchstreichen zusammen nun das Trocknungsgut im Gegenstrom und erwärmen dieses dabei auf beispielsweise eine Temperatur von 150° C. Am oberen Ende des Trockners wird der Gasstrom nach seiner Entnahme aus diesem wieder in zwei Kreisläufe aufgeteilt: Der eine, die kleinere Menge führende und im folgenden als »kleiner Teilstrom« bezeichnete, wird regeneriert, d. h., zuerst wird der mitgeführte Dampf kondensiert und ausgeschieden und dann der getrocknete Stickstoff von dem Sauerstoff befreit, welcher aus der an der Oberfläche des Gutes haftenden oder im Wasser gelösten Luft stammt. Dieser kleine Teilstrom wird nun wieder am unteren Ende der unteren Zone in kaltem Zustand zugeführt. Der zweite Teilstrom, im folgenden als »großer Teilstrom« bezeichnet, wird durch einen Durchlauferhitzer geleitet, in welchem er auf die Anfangstemperatur von beispielsweise 160° C aufgeheizt und dann am unteren Ende der oberen Zone wieder zugeführt wird.
Dementsprechend ist die Aufteilung der Funktionen so, daß der ohne Regeneration zirkulierende große Teilstrom in der Hauptsache das Aufheizen des Gutes, der ständig regenerierte kleine Teilstrom in der Hauptsache die Trocknung übernimmt. Dabei ergibt die besondere erfindungsgemäße Wahl der Arbeitsbedingungen ein Gleichgewicht im Feuchtegehalt des Stickstoffes in der oberen Zone, wobei dadurch, daß beim Eintritt des großen Teilstromes die beiden Teilströme sich mischen, gewährleistet ist, daß aus dem kleinen Teilstrom, dessen Menge abhängig von der in ihm benötigten und rechnerisch oder durch Versuch bestimmten Stickstoffmenge geregelt wird, im Kondensator die gleiche Menge Wasser je Zeiteinheit niedergeschlagen wird, welche beim Trocknen des Gutes aufgenommen wurde. Dabei wird gleichzeitig, infolge der ständigen Durchmischung, eine Anreicherung an schädlichen Beimengungen, wie etwa Sauerstoff, in dem ohne Regeneration zirkulierenden großen Teilstrom vermieden.
Die Funktionsweise wird deutlich beim Betrachten der Situation beim Anfahren. Der Trockner wird nach dem Füllen mit trockenem Gut mit Stickstoff gespült, bis die Luft entfernt ist. Darauf wird der Stickstoff im großen Teilstrom umgewälzt und dabei so lange erhitzt, bis annähernd die Betriebstemperatur erreicht ist, worauf die Zulieferung des feuchten Gutes beginnt. Der Stickstoff reichert sich nun immer mehr mit Feuchtigkeit an, und es entsteht zuletzt ein den herrschenden Bedingungen entsprechendes Gleichgewicht im Feuchtegehalt des Stickstoffes, welches mit Hilfe des kleinen Teilstromes eingehalten werden kann. Es ist dabei

Stickstoff _ Stickstoff im kleinen Teilstrom

mitgeschleppter Wasserdampf verdampfte Wassermenge

Die Maßnahmen zur Einhaltung der Arbeitsbedingungen werden bei der Beschreibung eines Schemas für eine beispielsweise Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher geschildert.
Wie oben bereits erwähnt, hat die obere Zone hauptsächlich die Aufgabe, das Trocknungsgut schnell auf die vorgesehene Trocknungstemperatur zu bringen. Daneben kann sie aber, je nach Feuchtegehalt des Gutes, dieses gleichzeitig konditionieren.
Das Verfahren ist nicht auf die Verwendung von Inertgas beschränkt. Unter entsprechenden Umständen, beispielsweise bei hohen Feuchtegehalten, kann das Verfahren auch da, wo heiße Luft zum Trocknen Verwendung finden kann, zu erheblichen Einsparungen führen. Man wird dann aber den kleinen Teilstrom ersetzen durch entsprechende Frischluftzufuhr unter gleichzeitigem Abblasen des dementsprechenden Anteils feuchter Luft am oberen Ende der oberen Zone.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren auf alle Desorptionsprozesse mit Inertgasen oder überhitzten Dämpfen anwendbar, wie beispielsweise bei der Regenerierung von Aktivkohle, Silicagel u. ä.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Beispiel 1 Bei einem Durchsatz von 11,5 tato (480 kg/h, bezogen auf trockene Schnitzel, Nylon-6, Korngröße etwa 3 mg) schwankte die Anfangsfeuchtigkeit der Schnitzel zwischen 7 und 15 Gewichtsprozent.
Die Einstellungen waren: Gasdurchsatz erste Zone 4000 m3/h bei 152°C Eintrittstemperatur; Gasdurchsatz zweite Zone weniger als 100 m3/h bei 25° C Eintrittstemperatur.
Der Wasserdampfgehalt in der ersten Zone wurde durch Regelung der der zweiten Zone zugegebenen Gasmenge eingestellt. (Siehe Erläuterungen im Erfindungstext.) Die Endfeuchtigkeit lag trotz der hohen Schwankungen in der Anfangsfeuchtigkeit dank der guten Konditionierung in der ersten Zone konstant bei 0,05 bis 0,06 Gewichtsprozent.
Beispiel 2 Verwendetes Material Nylon-66 mit einem mittleren Schnitzelgewicht von etwa 25 mg. Anfangsfeuchtigkeit 1 Gewichtsprozent und weniger. Durchsatz 0,77 tato.
Einstellungen: Gasdurchsatz erste Zone etwa 280 m3/h bei 1.450 C Eintrittstemperatur und weniger als 1.1 VolumprozentFeuchtigkeitsgehalt. Gasdurchsatz zweite Zone 2,8 m3,/h bei etwa 25° C Eintrittstemperatur. Zusatzstickstoff etwa 1 m3/h. Verweilzeit erste Zone etwa 1 Stunde. Verweilzeit zweite Zone etwa 1,3 Stunden. Endfeuchtigkeit etwa 0,08 Gewichtsprozent. Endtemperatur etwa 20° C. Beispiel 3 Verwendetes Material Polyäthylenterephthalat mit einem Schnitzelgewicht von etwa 30 mg. Anfangsfeuchtigkeit etwa 0,5 Gewichtsprozent. Gasdurchsatz erste Zone etwa 450 m3/h bei 185° C Eintrittstemperatur und weniger als 10 Volumprozent Feuchtigkeit. Gasdurchsatz zweite Zone etwa 5 m3/h bei etwa 25° C Eintrittstemperatur. Zusatzgas 0,75 m3/h.
Verweilzeit erste Zone etwa 0,7 Stunden. Verweilzeit zweite Zone etwa 0,9 Stunden. Mittlere Feuchtigkeit beim Verlassen des Trockners etwa 0,0095 Gewichtsprozent. Temperatur etwa 20° C. Dabei hat sich als zweckmäßig herausgestellt, bei den verwendeten sehr hohen Temperaturen auch für das Polyäthylenterephthalat besser ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, als Luft zu verwenden.
Die Erfindung betrifft auch eine Ausführungsform eines Schachttrockners zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche an Hand der Zeichnung näher beschrieben und das Verfahren gleichzeitig erläutert wird. Das zu trocknende Gut wird bei Pfeil A in das Hosenrohr 1 eingeführt und bei seinem Austritt aus den Öffnungen 2 mit dem Rührer 3 über den gesamten Trocknerquerschnitt verteilt. Ein honigwabenartiger Lochboden 5 schließt in Höhe des Flansches 4 den oberen Raum des Trockners nach unten ab. Der Lochboden 5 wird von Trichtern 6 gebildet, welche oben sechseckig sind, untereinander zusammenhängen und nach unten in ein zylindrisches Rohrstück 7 übergehen, welches durch den Zwischenboden 8 hindurchgeht und mit diesem gasdicht verbunden ist. Durch die Wände der Trichter 6, der Rohrstücke 7 und den Zwischenboden 8 wird ein Hohlraum 21 gebildet, in welchem bei 20 der aufgeheizte große Teilstrom eintritt. Aus dem Hohlraum 21 führen, von den Öffnungen 9 aus, rechtwinklig gebogene Rohre 10 durch die zylindrischen Rohrstücke 7 nach oben bis dicht über den Lochboden 5. Die Rohre 10 sind durch Kappen 11 abgedeckt, welche einem durch das Rohr 10 strömenden Gas zwar freien Durchtritt geben, es jedoch nach unten ablenken. In dem Raum unter den Rohrstücken 7 ist eine Kühlschlange 12 angeordnet, welche das herabfallende getrocknete Gut abkühlt. Das Trockengut sammelt sich in den Trichtern 13 mit Öffnungen 14, wird durch einen Verteilerrechen 15 durch die Öffnungen 16 in den Konus 17 geschoben und bei B über eine geeignete, genügend gasdichte Vorrichtung, beispielsweise ein Zellenrad, abgezogen.
Der Durchmesser des Trockners kann so gewählt werden, daß bei gegebener Strömungsgeschwindigkeit des Gases diese in der oberen Zone genügend klein ist, um Wirbelbettbildung zu verhindern, während der wesentlich kleinere Querschnitt der durch die Teile 6 und 7 gebildeten unteren Zone einen kontrollierbaren Strömungswiderstand hat. Dabei sorgt der Hohlraum 21 in Verbindung mit den Kappen 11 für eine gleichmäßige Verteilung des bei 20 einströmenden Gases, während sich in dem zwischen den Rohrstücken gebildeten hohlen Raum 19 der bei 18 eintretende kalte Stickstoff verteilen kann. Dieser steigt dann infolge eines leichten Überdruckes durch die Rohrstücke 7 nach oben. Dabei durchströmt er in diesen und in den Trichtern 6 das aufgeheizte Trocknungsgut und trocknet es bis zu dem gewünschten Endfeuchtegehalt.
Der bei 24 abgeteilte nicht zu regenerierende größere Teilstrom strömt über die Drosselklappe 25 durch den Erhitzer 26, tritt bei 20 in den Hohlraum 21 ein und strömt durch die Öffnungen 9 und Rohre 10 nach oben. Die Kappen 11 lenken ihn nach unten ab, so daß das Gut gleichmäßig von dem aufgeheizten Gas durchströmt wird, welches sich außerdem mit dem durch die Rohrstücke 7 und die Trichter 6 aufsteigenden Stickstoff mischt. Bei 46 wird das mit Wasserdampf angereicherte Gas durch den Ventilator 23 abgesaugt, im Zyklon 22 von Schwebeteilchen gereinigt und dann bei 24 aufgeteilt. Der zu regenerierende kleinere Teilstrom wird im Kühler 28 gekühlt und im Abscheider 29 von dem mitgeführten Wasser getrennt, worauf in einem dazu geeigneten Gerät 34 der mitgeschleppte Sauerstoff mit Hilfe des aus 33 zuströmenden Wasserstoffs gebunden wird. Je nach den gewählten Betriebsbedingungen gelangt nun der abgekühlte und von Wasser und Sauerstoff befreite Stickstoff über die Leitung 44 zu dem Einlaß 18 oder wird im Kühler 37 tiefer gekühlt und im Abscheider 38 erneut getrocknet, worauf er dann durch das Ventil 40 dem Einlaß 18 zuströmt.
Die Drosselklappe 25 und die Ventile 27, 45 und 40 dienen der gewünschten Verteilung der Gasströme. Die Regelung kann abhängig vom Druck im Trockner oder von der Temperatur des den Trockner verlassenden Gases odex von der im kleinen Teilstrom durchgesetzten Menge oder von brauchbaren Kombinationen dieser Möglichkeiten erfolgen.
Die Leckverluste an Stickstoff werden vom Stickstoffspeicher 42 aus über ein abhängig von einem nicht gezeigten Durchlaufmeßapparat gesteuertes Ventil 43 ergänzt. Die Zuspeisung kann aber auch oberhalb des Entleerungsstutzens B erfolgen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen von Schnitzelgut aus organischen Hochpolymeren in einem mehrstufigen Schachttrockner, bei dem das Gut in der ersten Stufe direkt und in der zweiten Stufe indirekt durch einen heißen Gasstrom beheizt und in der dritten Stufe einem Kühlgasstrom ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß von dem im Kreis durch die zweite und erste Stufe geführten Heißgasstrom ein kleinerer Teil abgezweigt, regeneriert, als Kühlgas verwendet, in der zweiten Stufe das Gut direkt trocknend, beim Eintritt in die erste Stufe mit dem Heißgasstrom vermischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigmenge abhängig vom Druck im Trockner und/oder von der Abgastemperatur gesteuert wird.
3. Schachttrockner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit drei durch zwei Böden abgetrennten, übereinanderliegenden Stufen, gekennzeichnet durch die zwei ersten Stufen durchsetzende, das fallende Gut und das hochsteigende Kühlgas umfassende Trichter mit Kanälen, die den HeiBgasraum der Stufe 2 mit der Stufe 1 verbinden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 844 578, 935188; deutsche Auslegeschrift Nr. 1067 372; deutsche Patentanmeldungen M 1795 X/ 82 a (bekanntgemacht am 17. 12.1953),E 1516 X/ 82 a (bekanntgemacht am 5. 11. 1953); schweizerische Patentschrift Nr. 240 019; britische Patentschriften Nr. 231577, 510 046; Rud. H e i s s, Lebensmitteltechnologie, 1. Auflage, München, 1950, S. 49.