DE19914551A1 - Anlage und Verfahren zur kontrollierten Emissionsreduzierung von Durchlauftrocknern in Druck- oder Beschichtungsanlagen - Google Patents

Abstract

Im Hinblick auf die Reinhaltung der Luft steigen die Anforderungen, die Emissionen von Durchlauftrocknern in Druck- oder Beschichtungsanlagen zu verringern. Aufgabe der Erfindung ist es, den Abluftvolumenstrom von Durchlauftrocknern in Druck- oder Beschichtungsanlagen in Abhängigkeit von produktionsbedingten Prozeßparametern so zu regeln, daß die Emissionsmengen im Vergleich zu denen, die dem theoretischen Auslegungspunkt der Durchlauftrockner entsprechen, verringert werden. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Anlage zur kontrollierten Emissionsreduzierung von Durchlauftrocknern in Druck- oder Beschichtungsanlagen besteht aus Meß-, Regel- und Steuereinrichtungen sowie aus mechanischen und elektrischen Vorrichtungen zum Einstellen des aus Durchlauftrocknern abgeführten Abluftvolumenstromes. DOLLAR A Die Erfindung kann eingesetzt werden für Durchlauftrockner in Druck- oder Beschichtungsanlagen, für mit in die Durchlauftrockner integrierten oder externen Lüftungseinrichtungen sowie für Durchlauftrockner mit integrierter oder externer Abluftreinigungsanlage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur kontrollierten Emissionsreduzierung von Durchlauftrocknern in Druck- oder Beschichtungsanlagen, mit Meß-, Regel- und Steuereinrichtungen zum Einstellen des aus den Durchlauftrocknern ab­ geführten Abluftvolumenstromes. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur kontrollierten Emissionsreduzierung von Durchlauftrocknern in Druck- oder Be­ schichtungsanlagen, bei welcher der Abluftvolumenstrom der Durchlauftrockner entsprechend der Breite, der Geschwindigkeit und dem Druck- oder Beschich­ tungsauftrag des dem Durchlauftrockner zugeführten Stoffes eingestellt wird. Druckanlagen sind Anlagen, in denen Bedruckstoffe als bogenförmiges oder als von Rollen ablaufendes Trägermaterial in einem oder mehreren Druckwer­ ken bedruckt und das Druckgut in einem oder mehreren Durchlauftrocknern getrocknet wird, einschließlich der zu dieser Einrichtung gehörenden Aggrega­ te.

Beschichtungsanlagen sind Anlagen, in denen bogenförmig oder als von Rollen ablaufendes Trägermaterial in einem oder mehreren Auftragewerken beschichtet wird und das Beschichtungsgut in einem oder mehreren Durchlauf­ trocknern getrocknet wird, einschließlich der zu dieser Einrichtung gehörenden Aggregate.

Durchlauftrockner werden in Beschichtungsanlagen sowie in Druck- und Pa­ pierverarbeitungsanlagen zum Trocknen von Druck- oder Beschichtungsgut eingesetzt. Durchlauftrockner sind Anlagen, in denen das bedruckte oder be­ schichtete Gut bei durchlaufender Beschickung getrocknet wird, einschließlich der hierzu erforderlichen Beheizungs- und Lüftungseinrichtungen. Die Druck- oder Beschichtungsgüter können bogenförmig oder als von Rollen ablaufendes Material, wie Papier, Pappe, Kunststoff, Gewebe oder Folien vorliegen.

Im Hinblick auf die zu trocknenden Medien und im Hinblick auf die zum Trocknen eingesetzten physikalischen Prinzipien unterscheidet man zwischen Lösemitteldurchlauftrocknern, wie Konvektionsdurchlauftrocknern, direkt be­ heizten Durchlauftrocknern und 1R-(Infrarot)-Durchlauftrocknern sowie Polyme­ risationsdurchlauftrockern, wie UV-(Ultraviolett)-Polymerisationsdurchlauf­ trocknern und ESH-(Elektronenstrahl)-Polymerisationsdurchlauftrocknern. Des­ weiteren werden in kombinierten Lösemittel- und Polymerisationsdurchlauf­ trocknern sowohl lösemittelhaltige als auch nicht lösemittelhaltige Stoffe ge­ trocknet oder gehärtet.

Im Druck- oder im Beschichtungsprozeß aufgetragene, brennbare Medien wie Druckfarben, Lacke, Beschichtungsstoffe, Wasch- und Reinigungsflüssig­ keiten, Mineralöle oder Lösemittel können beim Trocknungsprozeß durch das Verdampfen von Lösemitteln Lösemitteldampf-Luft-Gemische bilden. Die zum Verdampfen erforderliche Energie wird entsprechend den unterschiedlichen physikalischen Prinzipien der Trocknung als Wärmeenergie oder Strahlungse­ nergie zugeführt.

Lösemittel sind Stoffe, die in Druckfarben, Lacken, Beschichtungsstoffen, Wasch- und Reinigungsflüssigkeiten sowie in Mineralölen vorhanden und brennbar sind. Die Konzentration von Lösemitteln in einem Lösemittel-Luft- Gemisch bestimmt die Brennbarkeit und die Explosionsfähigkeit des Lösemittel- Luft-Gemisches. Die untere Explosionsgrenze (UEG) ist der untere Grenzwert der Konzentration eines brennbaren Stoffes in einem Gemisch von Gasen und Dämpfen, in dem sich nach dem Zünden eine von der Zündquelle unabhängige Flamme gerade nicht mehr selbständig fortpflanzen kann.

Beim Betrieb von Durchlauftrocknern wird durch Zugabe von Frischluft, die durch Lüftungseinrichtungen des Durchlauftrockners in die Trocknungszone geführt wird, die Konzentration der Lösemittel so eingestellt, daß der Anteil der Lösemittel im Lösemittel-Luft-Gemisch stets unterhalb der unteren Explosions­ grenze (UEG) bleibt.

Hierzu werden die Lüftungseinrichtungen der Durchlauftrockner bei der kon­ struktiven Auslegung rechnerisch so bemessen, daß die zugeführte Menge der Frischluft bzw. die abgeführte Menge der Abluft einen Minimalwert nicht unter­ schreitet. Die rechnerische, minimale Abluftmenge ist dabei abhängig von der maximalen Geschwindigkeit des Druck- oder Beschichtungsgutes im Durch­ lauftrockner, von der maximalen Breite des Druck- oder Beschichtungsgutes und von der Art und der maximalen Menge des aufgetragenen Mediums. Hier­ bei wird aus der maximalen Breite des Druck- oder Beschichtungsgutes und dessen maximaler Geschwindigkeit im Durchlauftrockner die maximal be­ druckte bzw. beschichtete Fläche berechnet, die pro Zeiteinheit durch den Durchlauftrockner geführt wird. Zusätzlich werden das Verdampfungsverhalten des aufgetragenen Mediums und dessen maximale Menge in empirisch ermit­ telten Formeln zur Bestimmung des rechnerischen, minimal erforderlichen Ab­ luftvolumenstromes herangezogen. Diese Vorgehensweise hat den Zweck, die Konzentration der Lösemittel im Durchlauftrockner so einzustellen, daß der Anteil der Lösemittel im Lösemittel-Luft-Gemisch stets unterhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG) bleibt.

Die einem, konstruktiv so wie vorstehend beschrieben ausgelegten Durch­ lauftrockner zugeführte Frischluftmenge wird zusammen mit dem in den Durchlauftrockner eingeführten Druck- oder Beschichtungsgut und Druck- oder Beschichtungsmedium durch die dem Durchlauftrockner zugeführten Energie erwärmt. Die erwärmte Luft wird durch Lüftungseinrichtungen des Durchlauf­ trockners oder durch extern angeordnete, nicht in den Durchlauftrockner inte­ grierte Lüftungseinrichtungen zusammen mit den verdampften Lösemitteln ent­ weder als Abluft aus dem Durchlauftrockner entsorgt oder in einer in den Durchlauftrockner integrierten oder ihm nachgeschalteten Abluftreinigungsanla­ ge gereinigt und anschließend in die Umwelt geführt. Je mehr Frischluft dem Durchlauftrockner zugeführt wird, desto größer ist der Energiebedarf zur Er­ wärmung des zu trocknenden Druck- oder Beschichtungsgutes, zur Erwärmung der zugeführten Frischluft und zur anschließenden verfahrenstechnischen Rei­ nigung des Lösemittel-Luft-Gemisches in einer Abluftreinigungsanlage.

Die Lüftungseinrichtungen von Durchlauftrocknern werden anhand votge­ schriebener Regeln bzw. Vorgehensweisen der lüftungstechnischen Berech­ nung von Durchlauftrocknern für denjenigen Betriebspunkt bemessen, für den bei maximaler Produktionsleistung der höchstmögliche Anteil von Lösemitteln im Trocknungsprozeß entsteht, bei der die Untere Explosionsgrenze (UEG) ge­ rade nicht erreicht wird. Als besonders nachteilig erweist sich dabei, daß im Betrieb von Druck- oder Beschichtungsanlagen die maximalen Produktionsbe­ dingungen oft nicht erreicht werden oder deutlich unterschritten werden. Die Konzentration von Lösemitteln im Lösemittel-Luft-Gemisch liegt dann im tat­ sächlichen Betriebspunkt der Durchlauftrockner unterhalb derjenigen im Ausle­ gungspunkt. Hiermit verbunden ist eine im Verhältnis zur tatsächlich benötigten Frischluftmenge bzw. Abluftmenge zu große Frischluftzufuhr bzw. Abluftmenge und damit ebenfalls eine zu hohe Energiezufuhr zum Durchlauftrockner sowie zu den integrierten oder nachgeschalteten Abluftreinigungsanlagen. Dadurch wird zum einen die Umwelt durch die zuviel verbrauchte Energie und durch die hohen Emissionsmengen unnötig belastet und zum anderen werden die Pro­ zeßkosten erhöht. Bisherige Verfahren zur Steuerung der Abluftmenge im Be­ trieb von Durchlauftrocknern berücksichtigen die Abhängigkeit des minimal be­ nötigten Abluftvolumenstromes von der Bahngeschwindigkeit des durch den Trockner geführten Druck- oder Beschichtungsgutes.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahin weiterzuentwickeln, daß die vorstehenden Nachteile vermieden werden, indem der Abluftvolumenstrom des Trockners zusätzlich zur Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Druck- oder Beschichtungsgutes außerdem in Abhängigkeit von der Breite des Druck- oder Beschichtungsgutes und der Menge des im Druck- oder Beschichtungs­ prozeß aufgetragenen Mediums so gesteuert wird, daß nur diejenige, minimale Abluftmenge eingestellt wird, die dem tatsächlichen Betriebspunkt des Durch­ lauftrockners entspricht. Die Erfindung kann eingesetzt werden für Durchlauf­ trockner mit integrierten oder externen Lüftungseinrichtungen sowie für Durch­ lauftrockner mit integrierter oder externer Abluftreinigungsanlage.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen An­ sprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Abluftmenge des Durchlauf­ trockners in Abhängigkeit der eingangs genannten Prozeßparameter zu regeln und dadurch die Emissionen des Durchlauftrockners sowie die dem Prozeß zu­ geführte Energiemenge zu verringern. Um dies zu ermöglichen, wird zusätzlich zur Erfassung der Geschwindigkeit des Druck- oder Beschichtungsgutes im Durchlauftrockner die Breite des dem Durchlauftrockner zugeführten Druck- oder Beschichtungsgutes mit einer geeigneten Vorrichtung gemessen und fer­ ner die Menge des im Druck- oder Beschichtungsprozeß auf das Druck- oder Beschichtungsgut aufgetragenen Mediums erfaßt. Die ermittelten Größen wer­ den in einer elektronischen Steuereinheit verarbeitet, um die minimal erforderli­ che Abluftmenge des Durchlauftrockners für den jeweiligen Betriebszustand zu berechnen und diesen Wert als Sollwert für die Steuerung der Lüftungseinrich­ tungen des Durchlauftrockners vorzugeben.

Vorteilhafter Weise werden in der Steuereinheit der Anlage Informationen verarbeitet, die teilweise bereits in der Steuereinheit der Druck- oder Beschich­ tungsanlage oder deren Komponenten vorhanden sind. Hierzu wird aus der Steuereinheit der Druck- oder Beschichtungsanlage die aktuelle Geschwindig­ keit des dem Durchlauftrockner zugeführten Druck- oder Beschichtungsgutes von der Steuerung der Anlage abgefragt. Dadurch kann die Emissionsmenge des Durchlauftrockners in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des dem Durchlauftrockner zugeführten Druck- oder Beschichtungsgutes auf einen mi­ nimalen, geschwindigkeitsabhängigen Wert eingestellt und gegenüber dem theoretischen Auslegungspunkt des Durchlauftrockners verringert werden. Vorteilhafterweise wird der aktuelle Verbrauchswert des Druck- bzw. Be­ schichtungsmediums aus der Steuerung der Medienversorgungseinheit der Druck- bzw. Beschichtungsanlage von der Steuereinheit der Anlage eingele­ sen. Dadurch kann die Abluftmenge des Durchlauftrockners in Abhängigkeit von der tatsächlichen Menge des dem Durchlauftrockner zugeführten Druck- oder Beschichtungsmediums gegenüber dem theoretischen Auslegungs­ punkt des Durchlauftrockners zusätzlich verringert werden.

Weiter ist es von Vorteil, wenn über eine geeignete, an die Steuerung der Anlage angeschlossene Vorrichtung, die Breite des dem Durchlauftrockner zu­ geführten Druck- oder Beschichtungsgutes gemessen wird. Dadurch kann die Abluftmenge des Durchlauftrockners in Abhängigkeit von der tatsächlichen Breite des dem Durchlauftrockner zugeführten Druck- oder Beschichtungsgutes gegenüber dem theoretischen Auslegungspunkt des Durchlauftrockners zusätz­ lich verringert werden.

Vorteilhafterweise berechnet die Steuereinheit der Anlage aus den einge­ henden Informationen den minimal erforderlichen Abluftvolumenstrom für den jeweiligen Betriebszustand des Durchlauftrockners. Dieses Ergebnis wird an die Steuerung des Durchlauftrockners als Sollwert übertragen. Die Steuerung des Durchlauftrockners verwendet einen Meßwert aus dem Durchlauftrockner, um den Istwert des Abluftvolumenstromes zu bestimmen und vergleicht diesen mit dem Sollwert. Aus der Abweichung zwischen Istwert und Sollwert berechnet die Steuerung des Durchlauftrockners Stellgrößen der Lüftungseinrichtungen, mit Hilfe derer der Abluftvolumenstrom des Durchlauftrockners auf den Sollwert eingestellt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schemati­ scher Weise dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt dazu Fig. 1 ein Schema einer Anlage zur kontrollierten Emissionsreduzierung von Durchlauftrocknern in Druck- oder Beschichtungsanlagen.

Die in der Zeichnung dargestellte Anlage zur kontrollierten Emissionsreduzie­ rung eines Durchlauftrockners 16 in einer hier nicht näher dargestellten Druck- oder Beschichtungsanlage besteht im wesentlichen aus einer Steuereinheit 1, einer Bahnbreitenmeßvorrichtung 2 sowie einer Steuerleitung 3 zwischen der Steuereinheit 1 und der Bahnbreitenmeßvorrichtung 2. Ferner aus der Medien­ versorgung 5, die die Druck- oder Beschichtungsanlage mit dem Druck- oder Beschichtungsmedium versorgt, aus einer Steuerleitung 4 zwischen der Me­ dienversorgung 5 und der Steuereinheit 1 sowie aus der Steuereinheit 7 der Druck- oder Beschichtungsanlage und aus einer Steuerleitung 6 zwischen der Steuereinheit 7 der Druck- oder Beschichtungsanlage und der Steuereinheit 1. Außerdem aus der Frischluftzufuhr 21 des Durchlauftrockners 16, der Lüftungs­ einrichtung 12 des Durchlauftrockners 16, aus einer Steuerleitung 11 zwischen der Lüftungseinrichtung 12 des Durchlauftrockners 16 sowie aus einer Verbin­ dungsleitung 20 zwischen der Lüftungseinrichtung 12 des Durchlauftrockners 16 und der Regelklappenvorrichtung 14. Ferner aus der Steuereinheit 9 des Durchlauftrockners 16, sowie aus einer Regelklappenvorrichtung 14 und aus einer Steuerleitung 13 zwischen der Steuereinheit 9 des Durchlauftrockners 16 und der Regelklappenvorrichtung 14.

Das Druck- oder Beschichtungsgut 18 wird durch die Druck- oder Beschich­ tungsanlage in den Durchlauftrockner 16 eingeführt. Die in der Steuereinheit 7 der Druck- oder Beschichtungsanlage vorhandene Information über die Ge­ schwindigkeit des Druck- oder Beschichtungsgutes 18 wird über die Steuerlei­ tung 6 zur Steuereinheit 1 übermittelt. Die Breite des Druck- oder Beschich­ tungsgutes 18 wird in der Bahnbreitenmeßvorrichtung 2 gemessen und der Meßwert über die Steuerleitung 3 in die Steuereinheit 1 übertragen. Die Menge des auf das Druck- oder Beschichtungsgut 18 aufgetragenen Druck- oder Be­ schichtungsmediums wird in der Medienversorgung 5 gemessen und der Meß­ wert über die Steuerleitung 4 in die Steuereinheit 1 übertragen.

Aus den so vorliegenden Informationen über die Geschwindigkeit und die Breite des Druck- oder Beschichtungsgutes 18 sowie über die Menge des in der Druck- oder Beschichtungsanlage auf das Druck- oder Beschichtungsgut 18 aufgetragenen Druck oder Beschichtungsmediums, berechnet die Steuereinheit 1 denjenigen, den jeweiligen Produktionsbedingungen entsprechenden, mini­ malen Wert des Abluftvolumenstromes 19 als Sollwert für die Steuereinheit 9 des Durchlauftrockners 16. Über die Steuerleitung 8 wird der Sollwert an die Steuereinheit 9 des Durchlauftrockners 16 übertragen. Die Steuereinheit 9 des Durchlauftrockners 16 berechnet aus der Differenz zwischen dem, durch die Steuereinheit 1 berechneten Sollwert der Abluftmenge 19 und einem, durch die Steuerleitung 15 zwischen dem Durchlauftrockner 16 und der Steuereinheit 9 des Durchlauftrockners 16 übertragenen Meßwertes des Unterdruckes im Durchlauftrockner 16 die Stellgrößen für die Lüftungseinrichtungen 12 des Durchlauftrockners 16 sowie für die Regelklappenvorrichtung 14. Die Stellgrö­ ßen für die Lüftungseinrichtungen 12 des Durchlauftrockners 16 sowie für die Regelklappenvorrichtung 14 werden über die Steuerleitungen 11 und 13 von der Steuereinheit 9 des Durchlauftrockners 16 an die Lüftungseinrichtungen 12 des Durchlauftrockners 16 sowie an die Regelklappenvorrichtung 14 übertra­ gen. Die Position der Regelklappenvorrichtung 14 wird über die Steuerleitung 17 an die Steuereinheit 9 des Durchlauftrockners 16 übertragen. Die in der Steuereinheit 9 des Durchlauftrockners 16 erfaßten Prozeßdaten werden über die Steuerleitung 10 in die Steuereinheit 1 übertragen. Bei sich verändernden Produktionsbedingungen wird die jeweilige, minimale Abluft- bzw. Emissions­ menge durch die Steuereinheit 1 berechnet und durch die beschriebene Pro­ zeßkette eingestellt, wodurch sich gegenüber dem eingangs beschriebenen, theoretischen Auslegungspunkt des Durchlauftrockners 16 erhebliche Verringe­ rungen der Emissionen und des Energieverbrauchs des Durchlauftrockners 16 ergeben.

Claims (6)

1. Anlage zur kontrollierten Emissionsreduzierung eines Durchlauftrockners (16) in einer Druck- oder Beschichtungsanlage, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (1), eine Bahnbreitenmeßvorrichtung (2), eine Steuerleitung (3) zwischen der Steuereinheit (1) und der Bahnbreitenmeßvorrichtung (2), durch die ein Sollwert des Abluftvolumenstroms (19) des Durchlauftrockners (16) in Abhängigkeit von der Breite eines Druck- oder Beschichtungsgutes (18) be­ rechnet wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerein­ heit (7) einer Druck- oder Beschichtungsanlage über eine Steuerleitung (6) die Geschwindigkeit des Druck- oder Beschichtungsgutes (18) im Durchlauftrock­ ner (16) an die Steuereinheit (1) überträgt und die Steuereinheit (1) den Soll­ wert eines Abluftvolumenstromes (19) des Durchlauftrockners (16) in Abhän­ gigkeit von der Geschwindigkeit des Druck- oder Beschichtungsgutes (18) im Durchlauftrockner (16) berechnet.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerein­ heit (5) einer Medienversorgung einer Druck- oder Beschichtungsanlage die Menge des auf das Druck- oder Beschichtungsgut (18) aufgetragenen Druck- oder Beschichtungsmediums über eine Steuerleitung (4) an die Steuereinheit (1) überträgt und die Steuereinheit (1) den Sollwert des Abluftvolumenstromes (19) des Durchlauftrockners (16) in Abhängigkeit von der Menge des auf das Druck- oder Beschichtungsgut (18) aufgetragenen Druck- oder Beschichtungs­ mediums berechnet.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Steuereinheit (1) berechneter Sollwert des Abluftvolumenstromes (19) des Durchlauftrockners (16) über eine Steuerleitung (8) an eine Steuerein­ heit (9) des Durchlauftrockners (16) übertragen wird und die Steuereinheit (9) des Durchlauftrockners (16) aus der Differenz zwischen dem, durch die Steuer­ einheit (1) berechneten Sollwert des Abluftvolumenstromes (19) und einem durch eine Steuerleitung (15) zwischen dem Durchlauftrockner (16) und der Steuereinheit (9) des Durchlauftrockners (16) übertragenen Meßwertes für den Unterdruck im Durchlauftrockner (16) die Stellgrößen für Lüftungseinrichtungen (12) des Durchlauftrockners (16) berechnet und über eine Steuerleitung (11) einstellt.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Steuereinheit (1) berechneter Sollwert des Abluftvolumenstromes (19) des Durchlauftrockners (16) über die Steuerleitung (8) an die Steuereinheit (9) des Durchlauftrockners (16) übertragen wird, und die Steuereinheit (9) des Durchlauftrockners (16) aus der Differenz zwischen dem, durch die Steuerein­ heit (1) berechneten Sollwert der Abluftmenge (19) und einem, durch die Steu­ erleitung (15) zwischen dem Durchlauftrockner (16) und der Steuereinheit (9) des Durchlauftrockners (16) übertragenen Meßwertes für den Unterdruck im Durchlauftrockner (16) die Stellgrößen für eine Regelklappenvorrichtung (14) des Durchlauftrockners (16) berechnet und über eine Steuerleitung (13) ein­ stellt.

6. Anlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Steuerleitung (17), durch die die Position der Regelklappenvorrichtung (14) an die Steuereinheit (9) des Durchlauftrockners (16) gemeldet wird.