DE1930210A1

DE1930210A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung von Stoffen in Vakuumtrocknungsanlagen auf eine vorausbestimmbare Materialfeuchte

Info

Publication number: DE1930210A1
Application number: DE19691930210
Authority: DE
Inventors: Lotter Dr Hans-Georg; Hermann Dr Karl-Heinz; Stieler Dr Werner
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1969-06-13
Filing date: 1969-06-13
Publication date: 1971-01-07
Also published as: CH507493A; GB1275833A; BE751921A; NL7008457A; FR2052527A5

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

LEV ERKUS EN-Bayerwerk Pttent-Abteilunf Ki/Lo \ Q.

Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung von Stoffen in Vakuumtrocknungsanlagen auf eine vorausbestimmbare Materialfeuchte.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzielung einer vorausbestimmbaren Materialfeuchte bei der Trocknung in Vakuümtrocknungsanlagen. Das Verfahren ist anwendbar auf feste und flüssige Stoffe, die bei der Herstellung oder Verarbeitung in wasser- oder allgemein lösungsmittelfeuchtem Zustand anfallen, und ermöglicht durch ein in Abhängigkeit von dem sich einstellenden Gleichgewichts-Dampfdruck des Lösungmittels gesteuertes Abpumpen das Erzielen einer im voraus zu bestimmenden, homogenen Materialfeuchte, die das Produkt bei seiner Weiterverarbeitung haben soll oder die vom Abnehmer bzw. Verbraucher verlangt wird.

Der Trocknungsvorgang in Vakuumtrocknern, die im allgemeinen beheizt werden, soll möglichst wenig Zeit beanspruchen. Zu diesem Zweck wird eine Vakuumpumpe mit genügend hoher Sauggeschwindigkeit verwendet und die Temperatur möglichst hoch gewählt, ohne jedoch das Produkt zu schädigen. Es erweist sich oft als vorteilhaft, das Produkt umzurühren oder umzuwälzen, wenn es nicht in geringer Schütthöhe oder Standhöhe vorliegt.

Solche Trockner und Trocknungsverfahren sind bekannt. Die für eine Beeinflussung des Ablaufs der Trocknung unerläßliche

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Materialfeüchtebestimmung ist jedoch meist sehr schwierig oder überhaupt nicht durchführbar, da örtliche Schwankungen der Meßgröße oder die geometrische Anordnung des Gutes (bei Peststoffen z.B. die Schüttdichte) die Meßwerte verfälschen. Erschwert wird eine kontinuierliche Messung oft noch dadurch, daß der Trockner (z.B. Taumeltrockner) oder das Trockengut bewegt werden. Die meist angewandte Probenentnahme von Hand ' und anschließende Bestimmung des Lösungsmittelgehaltes im Labor ist zeitraubend und führt leicht zu Fehlern. Fehlerhafte Meßwerte oder in zu großen Zeitabständen anfallende Werte führen dann häufig dazu, daß das Gut übertrocknet, oder die Trocknung zu früh abgebrochen wird.

fc Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Meßverfahren zur Bestimmung der Materialfeuchte in Vakuumtrocknern zu entwickeln, so daß eine Trocknung bis zu einem bestimmten Trockenzustand des Materials ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im vorübergehen abgeschlossenen Trockenraum die Geschwindigkeit J der Druckzunahme als Meßgröße für die Materialfeuchte verwendet wird.

Dabei wird im vorübergehend abgeschlossenen Trockenraum entweder die bis zum Aufbau einer vorgegebenen Druckzunahme ^pverstreichende Zeit At oder alternativ die während einer " vorgegebenen Zeit At auftretende Druckzunahme ^p als Meßgröße für die Materialfeuchte herangezogen.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird im vorübergehend abgeschlossenen Trockenraum zusätzlich die Temperatur T gemessen und mit Hilfe einer an sich bekannten Rechenschaltung aus der Temperatur T und der zeitlichen Druckzunahme -^t- eine der relativen Feuchtigkeit proportionale Größe ψ gebildet.

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Zur Erzielung einer bestimmten Endfeuchte wird die Trockenanlage vorteilhaft mit einem an eich bekannten Regelkreis versehen, der aus Meßfühlern zur Messung von Druck und Temperatur im Trockenraum, Meßumformern, einer Reohenschaltung zur Quotientenbildung, einem Regler und einem Ventil als Stellglied besteht. _ "

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Beziehung zwischen Materialfeuchte γ und Lösungsmittel- bzw. Wasserdampf gleichgewichtsdruck ρ zugrundegelegt. Figur 1 zeigt den mit Desorptioneisotherme (a) bezeichneten funktioneilen Zusammenhang, der für eine konstante Trocknertemperatur gilt. P_M ist der zur gewünschten Materialfeuchte f_M gehörige Gleich -gewichtedruck. Der durch die Desorptionsisotherme gegebene Zusammenhang besagt« daß eich die Materialfeuchtemessung auf eine Druckmessung zurückführen läßt* Dies kann dadurch geschehen, daß in zeitlichen Abständen innerhalb einer Meßphase das Trocknungesystem z.B. mit einem Plattenventil von der Pumpe abgetrennt und der sich einstellende Gleichgewichtsdruck gemessen und registriert wird« Es wäre nun zu zeitraubend, wenn man jeweils die Einstellung des Gleichgewichtsdruckes abwarten würde· Es hat sich als sehr zweckmäßig erwiesen, daß bereite bei Überschreiten eines vorgewählten Druckes p^ bzw· einer vorgewählten Zeit At die Absaugung die freigewordenen Dampfes fortzusetzen.

Anhand von Zeichnungen soll die Wirkungsweise dee Verfahrene beschrieben werden. Es zeigen:

figur 2 die' Abnahme dee Druckse in Trockner als Funkt Ion der ZeIt₉ wobei die Schwellenwerte py und Py-Ap* das öffnen und Schließen dee Trocknerrauees veranlassen.

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Figur 3. die Abnahme des Druckes im Trockner als Funktion der Zeit, wobei das öffnen und Schließen des Trockenraumes in konstanten Zeitabschnitten Δt erfolgt.

Figur 4 ein Blockschaltbild für einen Regelkreis zur

Erzielung einer gewünschten Endfeuchte, wenn die Temperatur im Trockner nicht konstant gehalten werden kann.

In Figur 2 ist der zeitliche Verlauf des Druckes ρ von einem Anfangswert p^ (Beginn der Trocknung) in Abhängigkeit von der Zeit t aufetragen. Beim ersten Unterschreiten des Druckniveaus p_w -Ap (Zeitpunkt a) wird die Pumpphase durch eine Meßphase (a - b) abgelöst. Es folgen je nach den eingestellten Niveaus p^ und p_w -Δρ und dem Trocknungsgrad Pumpphasenb-c und Meßphasen a-b zeitlich aufeinander. Im Anfang erfolgt der Druckanstieg während einer Meßphase und damit das Überschreiten des Niveaus p^ schnell, da die Materialfeuchte noch sehr hoch ist. Nähert sich gegen Ende der Trocknung die Materialfeuchte *f dem gewünschten Sollwert Ψ_ν, so erfolgt der Druckanstieg während der Meßphasen immer langsamer. Die zeitliche Länge der Meßphasen ist also ein Maß für den Trocknungszustand des Gutes. Es hat sich nun als vorteilhaft erwiesen, die Trocknung dann zu beenden (Zeitpunkt d), wenn die Meßphase länger als eine voreingestellte Zeit At dauert.

Durch entsprechende Wahl von At„,__ läßt sich der gewünschte k Enddruck beliebig genau approximieren. Das Druckniveau p^ wird so gewählt, daß die durch die Desorptionsisotherme gegebene Materialfeuchte f_v =^(ρ^) erreicht wird. Daa untere Niveau p^ -Δρ sollte int Hinblick auf eine möglichst kurze Trockenzeit eingestellt werden.

. In Figur 3 ist ebenfalls der Verlauf des Druckes in AbhängigA 12 308 - 4 -

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keit der Zeit aufgetragen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt a wird die Pumphase durch eine erste Meßphase (a-b) abgelöst. ; Es folgen nun weitere zeitlich konstante Pump- und Meßphasen. Die zu einem Zeitabschnitt At gehörenden Druckdif- ! ferenzen werden mit zunehmender Trocknung immer kleiner. I Sie sind ein Maß für den Trockenzustand des Gutes. Analog I zu dem entsprechend Figur 2 beschriebenen Verfahren wird die Trocknung dann beendet, wenn z.B. während einer Meßphase die auftretende Druckdifferenz kleiner bleibt, als ein voreingestellter Wert ,Δρ . . Durch entsprechende Wahl von Δρ_^ und At läßt sich auch hier der gewünschte Enddruck und damit die gewünschte Endfeuchte beliebig genau approximieren.

In den Fällen, In_n denen die Temperatur sich während der Trocknung nicht .onstant hai ten läßt, ist vorgesehen, den Temperatureinfluß auf den sich einstellenden Gleichgewichtsdruck zu berücksichtigen und zu kompensieren. Dazu v/ird im Trockenraum die Temperatur gemessen und mit Hilfe dieses Viertes und dem sich daraus ergebenden Sättigungsdruck p« des Lösungsmittels eine der

An 1 relativen Feuchte proportionale Größe*f = ■ · -χ gebildet.

ist dabei der während einer Meßphase auftretende zeitliche Druckanstieg des Lösungsmitteldampfes in der Trocknungsanlage. Da -=4r und Pg näherungsweise in einem nicht zu großen Temperaturbereich das gleiche Temperaturverhalten zeigen, ist die der relativen Feuchte proportionale Größe als Quotient aus ■£?■ und pg bei gegebener Materialfeuchte Ψ weitgehend unabhängig von der Temperatur und kann daher zur Steuerung des in den Figuren 2 und 3 beschriebenen Pumpvorganges anstelle des Druckes ρ benutzt werden. Derartige Meßgeräte oder Rechenschaltungen sind an sich bekannt.

Das Verfahren soll an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.

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Figur 4 zeigt eine Trocknungsanlage mit den zugehörigen Regel- iind Schalt einrichtungen. _r

Das zu trocknende körnige Produkt 1 befindet eich in einem beheizten Vakuum-Taumeltrockner 2, der über ein Ventil 3 und einen Kondensator 4 mit einer Vakuumpumpe 5 in Verbindung steht. Im gestrichelten Bereich 8 sei die Temperatur durch Beheizung oder entsprechende Isolierung örtlich konstant. Die Produkttemperatur T wird durch den Meßfühler 6 gemessen und über den Meßumformer 6a einer Rechenschaltung 10 zugeleitet. Der Druck ρ bzw. der zeitliche Anstieg -^?· im Trockner wird an der Stelle 7 gemessen und der in 7a umgeformte Meßwert ebenfalls auf die Rechenschaltung 10 gegeben. Diese bildet aus den Meßgrößen ρ ψ bzw. und T eine der relativen Feuchte im Dampfraum proportionale SrBSe «f, die dem Regler 11 zugeleitet wird. In die Regeleinrichtung 11 werden über die Sollwerteinsteller 12 und 13 die beiden Schwellenwerte fy und ψ^ -&f eingegeben. Dabei bedeutet ^^ eine der gewünschten Endfeuchte proportionale Sröße und*P_w -Af eine kleine Abweichung von*P^. Die Regeleinrichtung 11 formt nun alle Signale in geeignete Steuergrößen für das Ventil 3 um. Grundsätzlich soll für γ> f_¥ das Ventil geöffnet und fürf< f_w-Af das Ventil geschlossen sein.

Erreicht die Materialfeuchte während des Trockenvorganges den unteren Schwellenwert *f ^ -^*f, dann schließt das Ventil und bleibt solange geschlossen, bis die Materialfeuchte auf den oberen Schwellenwert ψy angestiegen ist (Meßphase). Zu diesem Zeitpunkt öffnet das Ventil und bleibt geöffnet, bis die Feuchte im Dampfraum wieder den unteren Schwellenwert 'fw ~ΔΫ erreicht (Pumphase). Die Regeleinrichtung arbeitet also nach dem Prinzip der Zweipunktregelung. Auf diese Weise kommt der Trockenvorgang bei Erzielung der gewünschten Materialfeuchte praktisch zum Stillstand, so daß eine Obertrocknung des Materials vermieden wird.

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Claims

Patentansprüche;

Verfahren zur Erzielung einer vorausbestimmbaren Materialfeuchte bei der Trocknung in Vakuumtrocknungeanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß im vorübergehend abgeschlossenen Trocknerraum die Geschwindigkeit -^?- der Druckzunahme als Meßgröße · für die Materialfeuchte verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß im vorübergehend abgeschlossenen Trocknerraum die bis zum Aufbau einer vorgegebenen Druckzunahme Ap verstreichende Zeit At als Meßgröße für die Materialfeuchts verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im vorübergehend abgeschlossenen Trocknerraum die während einer vorgegebenen Zeit Ot auftretende Drückzunahme Δρ als Meßgröße für die Materialfeuchte verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch .1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im vorübergehend abgeschlossenen Trocknerraum zusätzlich die Temperatur T gemessen wird und daß mit Hilfe einer bekannten Rechenschaltung aus der Temperatur T und der zeitlichen Druckzunahme -4^- eine der relativen Feuchtigkeit proportionale GrÖSef gebildet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenanlage zur Erzielung der gewünschten Bndfeuchte mit eiiasa ais sich bekannten Regelkreis versehen ist, der aus den Me@fühlem (6,7)* den Meßumformern (6a, ?a)_tder Rechenschaltung (10), dem Regler (11) und den Stellglied (3) besteht.

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