Die
Herstellung von Kunststoffen, beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen,
geschieht üblicherweise
in einem Reaktor, aus dem der Kunststoff feinpulvrig oder als Schmelze
ausgetragen wird. Der Kunststoff wird dann im allgemeinen in einem
Extruder oder Mischer/Kneter mittels einer entsprechenden Lochplatte
und Abschlagvorrichtung in ein Granulat umgeformt. Nebenkomponenten
aus der Reaktion oder aus der Verarbeitung im Extruder oder Mischer
machen in vielen Fällen
eine weitere Arbeitsstufe notwendig, in der beispielsweise möglichst
heißes
Granulat mit einem Gas, wie Stickstoff sowie mit Wasserdampf behandelt
wird.
Das
diese Arbeitsstufe verlassende Granulat besitzt meist Temperaturen
zwischen 60 und 120°C. Die
hohe Temperatur des Granulates bereitet Schwierigkeiten bei weiteren
Verarbeitungsschritten, beispielsweise bei der pneumatischen Förderung, der
Absackung usw., und muß daher
gekühlt
werden, im allgemeinen auf Temperaturen unter 60°C. Die Kühlung erfolgt üblicherweise
durch konvektiven Wärmeaustausch
mit einem Luft- oder Inertgasstrom und/oder durch Kontaktkühlung an
gekühlten
Einbauten oder Wänden.
Dazu werden Apparate unterschiedlicher Konstruktion eingesetzt,
beispielsweise Wirbelbettkühler,
Kühltrommeln
oder Riesel-Festbettkühler.
Aus
DE 21 55 240 C3 ist
eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung, durch Trocknung
oder Kühlung
von staub-, pulver- oder granulatförmigem Material mittels Wärmetausch
mit einem Gasstrom, der gleichzeitig Gutträger ist, bekannt, die durch
eine besondere strömungstechnische
Ausgestaltung einen kompakteren Aufbau und einen erhöhten Wirkungsgrad
erreicht. Zur Kühlung
wird das mit Granulat beladene Trägergas in den Einlaß einer
rotationssymmetrischen Kammer gepreßt, wobei der Gasstrom in eine
Ringströmung
umgelenkt wird. Die größeren Granulat-Teilchen
verbleiben während
längerer
Zeit in ihrer wirbelnden Kreisbahn, da sie eine größere Massenträgheit besitzen.
Die kleineren Teilchen, die auch schneller abgekühlt sind, werden zu einem früheren Zeitpunkt
vom Sog der im Zentrum der Kammer angeordneten Wirbelsenke erfaßt, da sie
ihre Bewegungsenergie verlieren. In dieser Weise ergeben sich vorteilhafte
Verhältnisse
für die
Verweilzeit in der Vorrichtung, indem die Teilchen, die eine längere Behandlung
benötigen,
auch tatsächlich
länger
in der Wirbelkammer verbleiben. Nachteilig ist, daß ein relativ
hoher Gasstrom zur konvektiven Kühlung
notwendig ist, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt.
Ein
Wirbelbettkühler
ist beispielsweise in DD 121 889 beschrieben. Danach erfolgt die
Granulatkühlung
durch Wärmeaustausch
mit der Trägerluft und
ggf. zusätzlich
durch Kontakt mit der gekühlten Wand
des Wirbelbettkühlers.
Der Kühler
hat die Form eines waagerecht liegenden, stirnseitig verschlossenen
Rohrs, das schwingend gelagert und aus der waagerechten Lage herausgeneigt
werden kann, mit an den gegenüberliegenden
Stirnseiten angeordneten Einfüll-
bzw. Ablaßstutzen
für das
Granulat sowie an der unteren Seite des Rohrmantels angeordneten Lufteintrittsöffnungen
und an der Oberseite des Kühlrohres
angeordneten Luftaustrittsöffnungen,
die eine größere Querschnittsfläche aufweisen
als die Lufteintrittsöffnungen,
sowie mit einem an der Innenseite des Kühlrohrs an der Kante der Luftaustrittsöffnungen
durchgehend angeordneten Prallblech, welches radial in den Kühlraum ragt.
Durch diese besondere strömungstechnische
Gestaltung des Kühlraumes und
der Luftleiteinrichtung sollen ein verbesserter Kühleffekt
und damit eine kürzere
Verweilzeit des Granulats sowie ein verringerter Platzbedarf der
Einrichtung erreicht werden.
Bei
den bekannten Kühlern
besteht jedoch immer noch der Nachteil eines relativ großen Platzbedarfs,
vielfach weisen sie schlechte Wärmeübergangszahlen
auf, und vor allem Wirbelbettkühler
sind energieintensiv; hierbei fällt
zudem im allgemeinen ein großer
Abluftstrom an, der mit Hilfe von Zyklonen, Filtern usw. gereinigt
werden muß.
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Verfügung
zu stellen, die weniger aufwendig sind, sowohl im Hinblick auf die
apparativen Erfordernisse als auch bezüglich des Energiebedarfs.
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
1 und durch die Vorrichtungen mit den Merkmalen der Ansprüche 6, 7,
8 und 9 gelöst.
Das Verfahren und die Vorrichtung finden bei der Kühlung von
Polyethylen und/oder Polypropylen Verwendung. Vorteilhaft Ausgestaltungen des
Verfahrens werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Kühlung von Granulat, vorzugsweise
aus thermoplastischen Kunststoffen, in einem Luft- oder Inertgasstrom
in einer Kühleinrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß Wasser
in die Kühleinrichtung
in direktem Kontakt mit dem Granulat eingebracht wird und unter
Unterstützung
durch den Luft- oder Inertgasstrom vollständig oder nahezu vollständig verdampft
oder verdunstet.
Es
wurde gefunden, daß durch
zusätzliches Einbringen
von Wasser in direktem Kontakt mit dem Granulat bei einem Verfahren
zur Kühlung
von Granulat in einem Luft- oder Inertgasstrom Synergieeffekte erreicht
werden, wobei die Verdunstungskühlung
die konvektive Wärmeübertragung
bzw. Wärmeübertragung
durch Kontakt unterstützt.
Dadurch wird die Kühlung
effektiver, der apparative Aufwand und der Energieaufwand werden
reduziert.
Zur
Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren
sind Granulate im Partikelgrößenbereich von
0,1 mm bis 10 mm, bevorzugt 2 mm bis 5 mm geeignet.
Kunststoffgranulate
haben im allgemeinen eine dichte, d.h. im wesentlichen porenfreie
Oberfläche,
sind praktisch in Wasser unlöslich
und kennzeichnen sich durch eine sehr geringe bis vernachlässigbare
Wasseraufnahme.
Als
ein erstes Medium zur Kühlung
wird ein Gasstrom eingesetzt, der im einfachsten Fall Luft sein
kann; es können
aber auch Stickstoff oder andere Inertgase eingesetzt werden. Der
Luft- oder Inertgasstrom kann in vorteilhafter Weise mehr oder weniger
vorgetrocknet werden, es kann Umgebungsluft, Luft und/oder Inertgas
aus einer Kreisgasführung oder
aus einer sonstigen Quelle verwendet werden.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht vor, daß als
ein weiteres Medium zur Kühlung
Wasser in direktem Kontakt mit dem Granulat eingebracht wird. Das
Kühlwasser
ist vorzugsweise destilliert oder voll entsalzt. Trifft Wasser auf
die Oberfläche
eines heißen
Granulatkorns, so verdampft es zunächst, wobei sich das Granulatkorn
auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunkts von Wasser abkühlt. Durch
Verdunsten wird das Granulatkorn weiter abgekühlt. Die eingebrachte Wassermenge
wird unter Berücksichtigung
der Verfahrensparameter, insbesondere der Temperatur des zu kühlenden
Granulats, dessen Massenstrom und spezifische Wärme sowie Volumenstrom und
Temperatur des Luft- und/oder Inertgasstroms so gewählt, daß das Granulat
beim Verlassen der Kühleinrichtung
vollständig
oder nahezu vollständig
wasserfrei ist, d.h. eine von der weiterverarbeitenden Industrie
tolerierte Restfeuchte aufweist, die im allgemeinen unterhalb von
ca. 1 Promille Gew.-Anteile Wasser liegt, für Polyethylen-Granulat beispielsweise
unterhalb von 500 ppm Gew.-Anteile Wasser. Das Granulat hat beim
Verlassen der Kühleinrichtung
im allgemeinen eine Temperatur unterhalb von 60°C.
Das
Wasser kann an jedem Ort der Kühleinrichtung
eingebracht werden, in bevorzugter Weise jedoch in einem dem Granulateinlaß benachbarten Bereich
der Kühleinrichtung.
Dadurch wird der Kühleffekt
durch Verdunstungskühlung
verbessert, die Vorrichtung in ihrer Größe reduziert und somit die Wirtschaftlichkeit
erhöht.
Die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann in Kühlern
unterschiedlichster Bauart erfolgen:
Mit gutem Erfolg können Wirbelbettkühler eingesetzt werden,
die ein- oder mehrstufig, vibriert oder nichtvibriert sein können, die
die Granulatpartikel ständig oder
zeitweilig in der Schwebe halten und auch zusätzliche Wärmeaustauschflächen aufweisen
können.
Insbesondere mehrstufige Wirbelbettkühler sind in vorteilhafter
Weise in Draufsicht rechteckig ausgebildet, weil sich dadurch eine
Annäherung
an die Pfopfenströmung
erzielen läßt. Das
Wasser wird bevorzugt in der Nähe
der Granulateinlaßöffnung,
insbesondere über
eine oder mehrere Düsen
eingebracht. Die Einrichtungen zum Einbringen von Wasser können bevorzugt
im oberen/mittleren Bereich des Wirbelbetts, grundsätzlich jedoch
an jeder beliebigen Stelle des Wirbelbettkühlers angeordnet sein.
Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind ebenso Drehtrommelkühler
geeignet, die vorzugsweise um eine horizontale oder leicht zur Horizontalen
geneigte Achse rotieren. Die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen
für das
Granulat sind an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten angeordnet,
und die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen für einen Luft- oder Inertgasstrom
sind dem Granulatstrom entgegengesetzt angeordnet. Im Bereich der Granulateintrittsöffnung,
bevorzugt in der Nähe
der Trommelachse, sind Einrichtungen, insbesondere eine oder mehrere
Düsen zum
Einbringen von Wasser angeordnet. Die Drehtrommel kann einen äußeren Kühlmantel
aufweisen.
Eine
weitere apparative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in Form eines Granulatschachts möglich, in dessen oberen Teil
das Granulat über
ein Förder- und Mischelement
eingebracht wird. Im Gegenstrom zum Granulat wird durch den Granulatschacht
von unten nach oben ein Luft- oder Inertgasstrom geführt. Im
Förder- und Mischelement,
bevorzugt in der Nähe
des Granulateinlasses, und/oder in den Granulatschacht, bevorzugt
in dessen oberen Bereich in der Nähe des Granulateinlasses, sind
Einrichtungen zum Einbringen von Wasser vorgesehen, insbesondere
eine oder mehrere Düsen.
Zum Einbringen von Wasser in das Förder- und Mischelement ist das Auftropfen
besonders geeignet. Der Granulatschacht kann gekühlte Wärmeaustauschflächen aufweisen.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann weiterhin in Form eines Kontaktkühlers O ausgestattet sein,
in dessen oberen Teil das Granulat über ein Misch- und Zuteilorgan
eingebracht wird. Durch den Kontaktkühler wird ein Luft- oder Inertgasstrom
geführt.
Im Misch- und Zuteilorgan und/oder im Kontaktkühler, bevorzugt in der Nähe des Granulateinlasses, sind
Einrichtungen zum Einbringen von Wasser vorgesehen, beispielsweise
eine oder mehrere Düsen oder
eine Zutropfvorrichtung.
Der
in 1 dargestellte Wirbelbettkühler hat einen in Draufsicht
rechteckigen Querschnitt. Im oberen Bereich des Kühlers ist
nach einer Schleuse S eine Einlaßöffnung 1 für das Granulat
angeordnet und im unteren, etwa gegenüberliegenden Bereich eine Auslaßöffnung 2 für das Granulat.
Im unteren etwa zentralen Bereich des Wirbelbettkühlers ist, nach
einem Filter F, eine Lufteintrittsöffnung 3 und im oberen,
etwa zentralen Bereich, eine Luftaustrittsöffnung 4 angeordnet,
mit nachgeordnetem Zyklon Z und Gebläse G, dergestalt, daß Granulat
und Luft im Kreuzstrom geführt
werden. Im Bereich der Granulateinlaßöffnung 1 sind Düsen 5 zum
Einbringen von Wasser angeordnet, wobei eine oder mehrere Düsen im mittleren
Bereich des Wirbelbetts, im oberen Bereich des Wirbelbetts und/oder
oberhalb des Wirbelbetts angeordnet sein können. Vorzugsweise wird destilliertes
oder vollentsalztes Wasser eingedüst. Im Wirbelbettkühler nach 1 wurde
eine Polyethylenstrom von 7 t/h mit einer Ausgangstemperatur von 80°C mit einem
Luftstrom von 2270 kg/h und 25°C unter
zusätzlicher
Eindüsung
von 105 kg/h Wasser auf 60°C
abgekühlt.
Bei einer Wirbelgeschwindigkeit von 1,5 m/s betrug die dazu benötigte Bodenfläche des
rechteckigen Kühlers
0,42 qm. Demgegenüber wurde
bei konventioneller Kühlung
desselben Polyethylenstroms von 7 t/h von 80°C auf 60°C und einer Wirbelgeschwindigkeit
von 1,5 m/sec mit einem Luftstrom von 7500 kg/h und 25°C eine Bodenfläche des rechteckigen
Kühlers
von 1,39 qm benötigt.
Dieser Vergleich zeigt, daß der
für die
Kühlerabmessung maßgebliche
Wert, die Bodenfläche,
wesentlich geringer ist als beim bekannten Verfahren. Die Restfeuchte
des bei 2 abgezogenen Granulats liegt unterhalb von 500 ppm.
2 zeigt
einen Drehtrommelkühler
in Form eines Zylinders mit horizontaler Längsachse. Das 80°C heiße Granulat
tritt durch die Schütte 11 in eine
Drehtrommel T, die vorzugsweise Einbauten zur Gutsbewegung aufweist,
und die um ihre Achse rotiert. Im Bereich des Granulateinlasses
wird über
eine oder mehrere Düsen 15,
die bevorzugt in der Nähe der
Längsachse
der Drehtrommel T angeordnet sind, vorzugsweise vollentsalztes Wasser
eingedüst.
In diesem dem Granulateinlaß benachbarten
Bereich besitzt die Drehtrommel Bohrungen, durch die überschüssiges Wasser
in die Auffangschale L läuft.
Das Granulat wird mittels Einbauten und/oder durch die Neigung der
Trommelachse in Richtung des starren Auslauftrichters A bewegt,
den es bei 12 verläßt. Im Gegenstrom
wird Luft, vorzugsweise Umgebungsluft, mit Hilfe des Gebläses G, Lufteintritt
bei 13, durch die Drehtrommel T geblasen, die bei 14 den
starren Kopfteil K der Vorrichtung verläßt. Der durch die Drehtrommel
streichende Luftstrom bewirkt eine zusätzliche Abkühlung durch Verdunstung von
Restwasser, welches das Granulat beim Verlassen der Besprühzone besitzt.
Zusätzlich
erfolgt auch eine Abkühlung
durch Konvektion. Überschüssiges Wasser wird
im Kopfteil K bei L gesammelt und das Wasser im Kreis über die
Pumpe P gepumpt. Der Wärmetauscher
W sorgt gegebenenfalls zur Aufrechterhaltung der Wärmebilanz.
Die Wasserbilanz wird durch Frischwasserzufuhr bei 16 aufrechterhalten.
Zum Anfahren kann eine Dampfeinspeisung 17 dienen.
4 zeigt
als weitere Ausführungsform
einen Kontaktkühler
O. Das heiße
Granulat tritt bei 36 über
eine Zellradschleuse S in das Misch- und Zuteilorgan E, beispielsweise
eine Schnecke oder eine Vibrationsrinne, um dort mit Wasser, Eintritt
bei 35, in Kontakt gebracht zu werden. Die Wasserzuführung bei 35 kann,
abhängig
von den Mengenströmen,
der Granulattemperatur und der Ausführung des Misch- und Zuteilorgans
E mittels einer oder mehrerer Düsen,
einer Zutropfvorrichtung oder anderer geeigneter Einrichtungen erfolgen.
Das angefeuchtete Granulat wird anschließend in den Kontaktkühler O gefördert. Der
Apparat O ist ein konventioneller Kontaktkühler, dessen Wände beispielsweise
einen kühlwasserdurchströmten (KW)
Mantel M aufweisen und durch den das Granulat mittels einer Vorrichtung,
wie etwa einer rotierenden Welle, an der Förderorgane P, beispielsweise
Pflugscharen, offene Bandschnecken usw. sitzen, bewegt wird. Diese
Förderorgane
können
auch selbst gekühlt
sein, indem beispielsweise Kühlwasser
durch die Welle zu- und abgeführt
wird und/oder indem diese Förderorgane
als kühlwasserdurchflossene
Wendel aufgebaut sind. Im Kontaktkühler O wird das angefeuchtete
Granulat sowohl durch den Kontakt mit der gekühlten Wand bzw. den oben genannten
Förderorganen
als auch durch die Verdunstung des aufgebrachten Wassers gekühlt. Wasser
kann zusätzlich
auch direkt in den Kontaktkühler
O bei 35 eingebracht werden. Das Granulat verläßt den Apparat
bei 32 und passiert anschließend eine Zellradschleuse S.
Um die Verdunstungskühlung
effektiv zu gestalten, wird Luft, insbesondere Umgebungsluft, über das
Gebläse
G bei 33 dem Kontaktkühler
O zugeführt.
Dieser Luftstrom verläßt bei 34 den
Kontaktkühler
O und tritt über
eine Abscheide- und Reinigungsvorrichtung, beispielsweise über einen
Zyklon oder einen Filter, in die Atmosphäre. Feingut, beispielsweise
Abrieb, wird am Boden der Abscheide- und Reinigungsvorrichtung Z
ausgetragen. Handelt es sich bei dem Granulat um ein feinkörnigeres
Granulat, so kann am Boden der Abscheide- und Reinigungsvorrichtung
Z nicht nur Feinkorn, d.h. aus Abrieb, sondern auch Granulat selbst,
abgeschieden und ausgetragen werden.