DE2403844A1

DE2403844A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbrennen brennbarer loesungsmittel

Info

Publication number: DE2403844A1
Application number: DE2403844A
Authority: DE
Inventors: Floyd L Schauermann; Jun Charles R Wilt
Original assignee: Salem Corp
Current assignee: Salem Corp
Priority date: 1973-09-13
Filing date: 1974-01-28
Publication date: 1975-04-03
Also published as: CA992396A; GB1465952A; US3868779A; DE2403844C3; FR2244135B3; AU6580074A; DE2403844B2; FR2244135A1; JPS5072249A; ES430032A1

Description

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BhRKENhELD, Pctert-anwälte, Köln

IXbavo. 24. Januar 1974 my// Z^Z. SALEM CORPORATION

S 88/5

Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen brennbarer Lösungsmittel

Die Erfindung bezieht sichauf eine Vorrichtung zum Verbrennen brennbarer Lösungsmittel, welche in einem Ofen eines Farbentrocknungsfördersystems verdampft werden, um dadurch den Austritt schädlicher Verunreinigungen in die Atmosphäre wirksam zu eliminieren, sowie auf eine Verdünnungsregel vorrichtung zur Regelung der Lösungsmittelkonzentration in dem Ofen auf einen si cheren Wert.

Zum Schutz gegen eine Explosion in der Lösungsmittelverdampfungszone eines Ofens, die in Farbentrocknungsofensystemen enthalten ist, empfiehlt die National Fire Protective Association die Verdünnung des Lösungsmitteldampfes auf 25% des unteren Explosionsgrenzwerts (L.E. L.), das heisst, auf 25% der volumetrischen Konzentration des Lösungsmittels, bei welcher eine gasförmige Mischung explodiert.

Gewöhnlich wird die Lösungsmittel Verdünnung in einem Ofen durch einen Ventilator oder ein Gebläse erzielt, das frische Luft in den Ofen saugt. Wegen der Wärme, die erforderlich ist, um die in den Ofen gesaugte frische Luft auf die Ofentemperatur zu erhitzen, ist es vorzuziehen, aus dem Verbrennungsofen abgeführte Gase für Verdünnungszwecke wieder zurück in den Ofen in Umlauf zu setzen, zum Teil, weil diese Gase bereits erhitzt sind und der Brennstoffbedarf relativ zu jenem zum Erhitzen frischer Luft daher verringert wird, und zum Teil, weil die wieder in Umlauf gesetzten Gase außer Luft Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf enthalten, und diese Gase bessere Verdünnungsmittel zum Verhindern einer Explosion sind, als Luft allein.

Ein Ofen ist für eine festgesetzte maximale Menge des brennbaren Lösungsmittels ausgebildet und um die Lösungsmittelkonzentration innerhalb des Ofens auf ungefähr 25% des unteren Explosionsgrenzwerts zu begrenzen, ist ein Ventilator oder ein Gebläse von entsprechender Leistungsfähigkeit (!erforderlich, um sicherzustellen,

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dass die richtige Menge des Verdünnungsmittels in den Ofen gesaugt wird. Als eine sichere Regel werden 283,2 m³ Luft für je 3,785 1 des Lösungsmittels vorgesehen oder bei einer Luftdichte von 0,0012 g/cm 0,00339 m³ Luft für je 3,785 1 des Lösungsmittels. Wenn ein maximaler Gehalt des Lösungsmittels von 378,5 l/h angenommen wird, ergibt sich, dass 339 m Luft oder Verdünnungsmittel pro Stunde erforderlich sind. Da das Gewicht des Lösungsmittels durchschnittlich mit 3,39 kg pro 3,785 1 angenommen werden kann, wiegen 378,5 1 des Lösungsmittels 339 kg. Da das Gewicht des Lösungsmittels somit nur 1 % des gesamten Gewichts der Luft oder des Verdünnungsmittels pro Stunde ausmacht, kann das Gewicht des Lösungsmittels vernachlässigt werden, ohne die Genauigkeit der Berechnungen ernstlich zu beeinflussen. Unter den angenommenen Bedingungen des maximalen Lösungsmittel gehalts beträgt demgemäss die angemessene Leistungsfhigkeit des Ventilators, die erforderlich ist, um einen sicheren Prozentsatz der Konzentration des Lösungsmittels aufrechterhalten, 339 m³/h geteilt durch 0,0012 g/cm³ oder 283 200 m³/h.

Wenn der Ofen mit einer Lösungsmitteldzuführungsgeschwindigkeit betrieben wird, die geringer ist als die festgesetzte maximale Geschwindigkeit, ist das Volumen des Verdünnungsmittels, das durch einen Ofen bei der maximalen Leistungsfähigkeit des Ventilators hinduRhgeht, grosser als jenes, das erforderlich ist, um die 25% des unteren Explosionsgrenzwerts aufrechtzuerhalten. Wenn die Menge des in den Ofen angesaugten Verdünnungsmittels, welche der maximalen Leistungsfähigkeit des Ventilators entspricht, aufrechterhalten wird, wird demgemäss der Brennstoffbedarf zum Erhitzen dieser in den Ofen angesaugten maximalen Menge des Verdünnungsmittels vergrössert bei Verringerung der Konzentration des Lösungsmittels.

Wenn es möglich wäre, die Menge des in dem Ofen verdampften Lösungsmittels direkt zu messen, wäre es denkbar, die Drehzahl des Ventilators zu verringern, der das Verdünnungsmittel in den Ofen saugt, um dadurch das Volumen des durch den Ofen hindurchgehenden Verdünnungsmittels zu verringern mit einer entsprechenden Ersparnis an Brennstoff zum Erhitzen des Verdünnungsmittels im Vergleich zu

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jenem, der sonst erforderlich wäre. Mit den derzeitigen Vorrichtungen ist es jedoch praktisch nicht ausführbar, die Menge des Lösungsmittels direkt zu messen, das in einem Ofen verdampft wird, überdies sind die derzeitigen Vorrichtungen zum Messen der Konzentrationen von Lösungsmitteldampf in einem Gas oder einer Gasmischung nicht genügend zuverlässig , um in wirksamer Weise für Regelzwecke verwendet zu werden.

Als Stand der Technik sind die amerikanischen Patentschriften 3 472 498 und 3.706 445 bekannt, welche sich auf Regelsysteme für Verbrennungsofen beziehen. Diese Patentschriften beschreiben eine Vorrichtung zum Wiederinumlaufsetzen der Auspuffgase eines Verbrennungsofens zu einem Ofen, wie zum Beispiel einem Farbentrocknungsofen, um den Brennstoffbed%f des Ofens zu verringern. Sie beschreiben jedoch nicht irgendeine Einrichtung zum Messen oder Regeln der Konzentration des in dem Ofen verdampften Lösungsmittels.

Es ist schwierig, den Lösungsmittelgehalt in einem Farbentrocknungsfördersystem konstant zu halten wegen der Veränderung der Fördergeschwindigkeit, des Oberflächenbereichs oder der Dicke des · Überzuges. Die Konzentration des in einem Farbentrocknungsofen verdampften Lösungsmittels kann daher während eines längeren Zeitraumes wesentlich abrehmen, woraus sich ein erhöhter Brennstoffbedarf zum Erhitzen des überschüssigen Volumens des Verdünnungsmittels in dem Ofen ergibt.

Wenn die Lösungsmittelkonzentration in der Gasmischung, die aus einem Trocknungsofen abgeführt und einem Verbrennungsofen zugeführt wird, abnimmt, ergibt sich überdies daraus, dass bei weniger in den Verbrennungsofen ν freigegebener Wärem (infolge der Verbrennung eines verringerten Gewichts oder Volumens des Lösungsmittels) dem Verbrennungsofen zusätzlicher Brennstoff zugeführt werden muss, um innerhalb des Verbrennungsofens die entsprechende Temperatur für eine wirksame Verbrennung aufrechtzuerhalten. Das dem Verbrennungsofen zugeführte verdampfte Lösungsmittel weist einen sehr hohen chemischen Wärmeinhalt in der Grössenordnung von 25 200 kg Kalorie» pro 3,785 1 auf. Der Verlust dieser Wärme, der durch ein dem Ver-

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brennungsofen zugeführtes verringertes Volumen des Lösungsmittels verursacht wird, muss infolgedessen durch Wärme kompensiert werden, welche durch dem Verbrennungsofen direkt zugeführten zusatzlichen Brennstoff geliefert wird. Die Kosten dieses zusätzlichen Brennstoffs sind über einen längeren Zeitraum beträchtlich.

Wenn die Kosten des zusätzlichen Brennstoffs unberücksichtigt blieben, wäre es möglich, die Zuführung des Brennstoffs zum Verbrennungsofen einfach automatisch in direkter Beziehung zu Veränderungen der Temperatur der gasförmigen Verbrennungsprodukte zu regeln, die am Auslass des Verbrennungsofens austreten. Wenn zuverlässige Lösungsmittelanalysatoren verfügbar wären, wäre es überdies denkbar, dass ein solcher Analysator angeordnet werden könnte, um die Drehzahl des Ventilators automatisch zu regeln, welcher das Verdünnungsmittel in den Ofen saugt, so/dass das Volumen des in den Ofen gesaugten Verdünnungsmittels bei Verringerung des Prozentsatzes der Konzentration des Lösungsmittels verringert wird. Infolge des Fehlens zuverlässiger Analysatoren für die Lösungsmittelkonzentration ist jedoch die automatische Regelung des Volumens des Verdünnungsmittels auf diese Weise nicht ausführbar.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Ausbildung eines neuartigen Verfahrens und einer Vorrichtung zur automatischen Regelung der Lösungsmittelkonzentration in der Gasmischung innerhalb eines Farbentrocknungsofens auf einem zw4s sicheren Prozentsatz des unteren Explosionsgrenzwerts durch Regelung des Gewichts der Strömung der Gasmischung aus dem Ofen in einen Verbrennungsofen als eine Funktion der Temperatur der Gasmischung, die aus den Verbrennungsprodukten besteht, welche an einem Auslass aus dem Verbrennungsofen austreten.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines neuartigen Verfahrens und einer Vorrichtung zur Regelung der Wirkungsweise eines Verbrennungsofens zur Verbrennung schädlicher Lösungsmitteldämpfe, die aus änem Farbentrocknungsofen oder einer anderen Quelle abgeleitet werden, um die Gleichmässigkeit der Be-

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triebstemperaturen desselben zu gewährleisten, ohne Veränderung der normalen Zuführung von Brennstoff zu demselben und ungeachtet der Veränderung der Konzentration der demselben zugeflihrten Lösungmitteldämpfe.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend erwähnten Verfahren und Vorrichtungen vorzusehen, während die Schwierigkeiten und nicht einwandfreien Merkmale der bisher bekannten Regelungen von Verbrennungsöfen vermieden werden.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration des verdampften Lösungsmittels in Gasen, die aus einem Trocknungsofen austreten und einem Verbrennungsofen zugeführt werden, durch'einfache Messung der Temperatur der Gase, welche die aus dem Verbrennungsofen austretenden Verbrennungsprodukte bilden. Indem die Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen und auch die Temperatur der in den Verbrennungsofen eintretenden Gase konstant gehalten wird, zeigt die Veränderung der Temperatur der aus dem Verbrennungsofen austretenden Verbrennungsprodukte relativ zu einem η Normalwert die Veränderung der Konzentration der dem Verbrennungsofen zugeführten verdampften Lösungsmittel an. Ein Ventil, welches entsprechend der Temperatur der aus dem Verbrennungsofen austretenden Verbrennungsprodukte gesteuert wird, bewirkt die Regelung der Zuführung eines Verdünnungsmittels, wie zum Beispiel Luft, in den Ofen, wodurch die Konzentration des verdampften Lösungsmittels auf einen im wesentlichen konstanten und sicheren Wert geregelt und die Regelung einer gleichmassigen Temperatur der gasförmigen Verbrennungsprodukte am Auslass des Verbrennungsofen bewirkt wird.

Die Erfindung basiert auf dem Prinzip, dass unter der Annahme einer konstanten Brennstoffzuführung zu einem Verbrennungsofen und einer konstanten Temperatur der in den Verbrennungsofen eintretenden Auspuffgase Veränderungen in der Temperatur der aus dem Verbrennungsofen austretenden Verbrennungsprodukte Veränderung^des Prozentsatzes der Lösungsmittelkonzentration in der Gasmischung.anzeigen, welche dem Verbrennungsofen aus einem Ofen zugeführt wird. Umgekehrt kann die Temperatur der aus dem Verbrennungsofen austre-

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tenden Verbrennungsprodukte auf einen konstanten Wert geregelt werden durch Regelung des Prozentsatzes der Konzentration des Lösungsmittels in der dem Verbrennungsofen zugeführten Gasmischung auf einen konstanten Wert, infolge einer Veränderung des Gewichts des Verdünnungsmittels in der Gasmischung, welche dem Verbrennungsofen zugeführt wird. Dieses Prinzip kann mathematisch wie folgt veranschaulicht werden.

Die folgenden fünf Veränderlichen beeinflussen die Leistung eines Verbrennungsofens:

1. die chemische Wärme (kg Kalorien) im Lösungsmittel der gemischten Strömung (m), welche dem Verbrennungsofen zugeführt wird,

2. das Gewicht des Verdünnungsmittels in/der Strömung (m),

3. die Temperatur der Strömung (m),

4. die Temperatur der Strömung ■(m(c) der Verbrennungsprodukte, welche aus dem Verbrennungsofen austreten, und

5. die Menge des Brennstoffs, welche durch die Strömung (f) direkt dem Verbrennungsofen zugeführt wird.

Unter Verwendung der folgenden Mengen können der Wärmeausgleich und der Gewichtsausgleich mathematisch ausgedrückt werden:

Q = Wärmeinhalt = kg Kalorien/ h oberhalb 0° Rankine W = fliessendes Gewicht = kg/h Cp= spezifische Wärme = kg Kalorien/ kg.°Rankine T = Temperatur = ° Rankine H = chemischer Wärmeinhalt = kg Kalorien/kg

d = Verdünnungsmittel

s = Lösungsmittel·

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Wärmeausgleich
(Die Indizes bezeichnen die in Betracht kommende Strömung)

(D Q_m + Qf = a_c

Q hat aber zwei Komponenten, nämlich die fühlbare Wärme infolge der Temperatur der Strömung und die durch das Lösungsmittel gelieferte chemische Wärme. Durch Umschreiben der Gleichung (I) erhält man

(II) W₅ H₅ ♦ W_n, Cp_n, T_n, ₊ Q_f = Q_c
(III) W₅H₅ ♦ W_n, Cp_1n T_m ♦ W_fH_f = W_c Cp T_c

Die folgenden sind jedoch Konstanten (oder im wesentlichen Konstanten) und beeinflussen nicht die Genauigkeit der Berechnungen. K bedeutet eine Konstante.

^Hs	^{= K}m	♦v	und Umschreiben	der
	■ ^Kf	Gewi	mm W ^ι\χ ⁼ π_	^Kc^Tc
^Hf	" ^Kc	^wf ■	chtsausgleich
CP_C	Ersetzen		"ο
	w_sk_s

U -t

Durch Ersetzen der Gleichung (V) in i Gleichung (IV) erhält man (^VI> ^Ws^Ks ^{+ W}A^Tm ^{+ W}f^Kf = (^Wm ^{+ W}f) ^Kc^Tc

Nach der Gleichung (VI), sind die verbleibenden Veränderlichen:

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W = Gewicht des Lösungsmittels, da es die Wärmezuführung bewirkt,
Gewich-Annahme ist das Gewicht des Lösungsmittels eliminiert)

W = Gewicht des Verdünnungsmittels (nach der vorhergehenden

T = Temperatur der gemischten Strömung (m)

W_f = Gewicht des Brennstoffs.

T = Temperatur der Strömung (c) der Verbrennungsprodukte

Wenn nun angenommen wird, dass die Wärmezuführung zum Verbrennungs· ofen ein konstanter Wert ist, dann ist

^Wf ^{= K}fuel

Da auch der Lösungsmittelgehalt durch das Verfahren fixiert ist, ist

^Ws ^{= K}sol

Durch Einsetzen in die Gleichung (VI), erhält man

'^VII> ^Ksol ^Ks ⁺ W. ⁺ ^Kfuel^Kf " '^Wn, ^{+ K}fuel> ^Kc ^Tc Demgemäss verbleiben drei Veränderliche, nämlich:

W_m fliessendes Gewicht in der gemischten Strömung (m) T Temperatur der Gase in der gemischten Strömung (m) T Temperatur der Strömung (c) der Verbrennungsprodukte.

Wenn angenommen wird, dass die Temperatur T_m auf einen konstanten Wert geregelt werden kann, ergibt sich aus der Gleichung (VII), dass die Temperatur T_c geregelt werden kann durch Veränderung der Menge W_m, des Gewichts der gemischten Strömung (m). Wenn die Menge T_m sich zwischen Grenzwerten verändern kann, können diese Grenzwerte in ähnlicher Weise auch die Veränderung von T bestimmen. Wenn der Wert von K₅₀^(Lösungsmittel gehalt) die Menge W_m, das

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heisst, das fliessende Gewicht in der gemischten Strömung (m) verändert, kann derselbe entsprechend verändert werden, um die Menge T (Temperatur der Strömung (c) der Verbrennungsprodukte) ,konstant oder im wesentlichen konstant zu halten.

Zur Ausführung der obigen Aufgaben sind fe vorgesehen: eine Einrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf einen konstanten Wert, eine Einrichtung zur Regelung der Wiederinumlaufsetzung der Gase, um am Einlass des Verbrennungsofens eine konstante Temperatur der Gasmischung aufrechtzuerhalten, und eine Einrichtung zur Regelung des Gewichts der Gasmischung am Ofenauslass entsprechend der Temperatur der Auspuffgase am Auslass des Verbrennungsofens.

Eine bevorzugte Anordnung zur Regelung des Gewichts der dem Verbrennungsofen zugeflihrten Gasmischung und dadurch zur Begrenzung der Konzentration des Lösungsmittels in dem Ofen auf einen sicheren Wert wird nachstehend beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen zeigt:

Figur 1: schematisch ein Farbentrocknungsfördersystem mit einer strahlenden Lösungsmittel Verdampfungszone und

Figur 2: eine abgeänderte Anordnung hinsichtlich der Wiederinumlaufsetzung der gasförmigen Verbrennungsprodukte.

Gemss Figur 1 umfasst die das Farbentrocknungsfördersystem bildende Vorrichtung ein Gehäuse, welches eine Reihe von in Abstand liegenden Lösungsmittelverdampfungs- und Behandlungsofenzonen umschliesst, die mit Zone 1, Zone 2 und Zone 3 bezeichnet sind. Der Kürze halber sind zusätzliche Ofenzonen weggelassen und lediglich durch die zur Zone parallele unterbrochene Linie dargestellt. Die Ofenzone 1 weist einen Einlass 10 für einen Förderer auf, der ein zu trocknendes lackiertes Produkt trägt. Schematisch sind auch ein Einlass 11 für Lösungsmittel und ein Einlass 12 für Luft dargestellt. Tatsächlich tritt die Luft in den Ofen/durch den Einlass mit dem Produkt ein und das Lösungsmittel tritt als Teil des Überzuges des Produkts ein.

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Mit der Ofenzone 1 ist ein Verbrennungsofen 13 vereinigt, der mit der Ofenzone 1 über die Leitung 14 in Verbindung steht, in welcher ein'Gebläse oder Ventilator 15 angeordnet ist, der die Auspuffgasmischung aus der Lösungsmittel Verdampfungszone 1 dss Ofens dem Verbrennungsofen 13 zuführt. Mit dem Verbrennungsofen 13 ist eine Brennstoffleitung 16 verbunden, die mit einem Ventil 17 versehen ist, welches automatisch gesteuert wird, um die Geschwindigkeit der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf einen konstanten Wert zu regeln.

Mit dem Verbrennungsofen 13 ist auch eine Auspuffgasauslassleitung 18 verbunden, welche sich in zwei Abzweigungen teilt. Die eine Abzweigung, welche mit 19 bezeichnet ist, führt zu einer strahlenden Ablenkplatte 21, welche das Werkstück in der Zone 1 physikalisch umschliesst und Hitze auf das Werkstück ausstrahlt. Die zweite Abzweigung der Leitung 18 ist mit e4 21 bezeichnet und bildet einen Durchlass für die Auspuffgase des Verb-rennungsofens λμ zu nachfolgenden Ofenzonen 2, 3 usw. Dieselbe ist durch eine Rücklaufleitung 22, welche ein Gebläse oder einen Ventilator 23 enthält, mit der Ofenzone 1 verbunden.

Von der Abzweigung 19 gehen drei Zweigleitungen aus, weiche mit 24, 25 und 29 bezeichnet sind. Die Zweigleitung 25 führt einen Teil der gasförmigen Verbrennungsprodukte des Verbrennungsofens in die Ofenzone 1 zurück oder setzt diese in derselben wieder in Umlauf unter der Steuerung eines Ventils 26, welches in Abhängigkeit von der Temperatur in der Einlassleitung 14 des Verbrennungsofens durch eine W wärmeabhängige Vorrichtung 27 gesteuert wird, um die Temperatur der Gase in der Leitung 14 konstant zu halten.

Die von der Abzweigung 19 ausgehende Zweigleitung 29 führt einen Till der gasförmigen Verbrennungsprodukte aus dem Verbrennungsofen der strahlenden Ablenkplatte 20_szu, von der die Strömung sich in eine Leitung 30 fortsetzt, die zu einem Wärmetauscher 31 führt. Ein Teil der Wärme des Wärmetauschers 31 kann aus dem System über eine Leitung 33 wiedergewonnen oder über eine Leitung 32 in die Atmosphäre zurückgeführt werden.

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Zur Reglung des Volumens oder Gewichts der Gase, welche der strahlenden Ablenkplatte 20 zugeführt werden, ist ein Ventil 34 vorgesehen, welches zwei entgegengesetzt betätigbare Ventil elemente und 36 aufweist. Das Ventil 34 wird entsprechend der Temperatur der strahlenden Ablenkplatte 20 durch eine wärmeabhängige Vorrichtung 37 gesteuert. Das Ventilelement 35 wird geöffnet, um die Strömung der Gasmischung durch die Leitung 24 dz zur Leitung 30 zu verstärken, wenn die Temperatur der strahlenden Ablenkplatte 20 zunimmt, während sich das Ventilelement 36 schliesst, um die Proportion der Gase, welche der strahlenden Ablenkplatte 20 zugeführt werden, entsprechend zu verringern. Bei einer Verringerung der Temperatur der strahlenden Ablenkplatte wird umgekehrt das Ventilelement 35 betätigt, so dass die an demselben vorbeigehende Strömung verringert wird, um die direkte Strömung durch die Leitung 29 zu der Ablenkplatte 20 zu verstärken, während das Ventilelement 36 geöffnet wird, um sich der erhöhten Proportion der Gasströmung von der strahlenden Ablenkplatte 20 zum Wärmetauscher 31 anzupassen. Die Temperatur der strahlenden Ablenkplatte 20 wird daher auf eine im wesentlichen konstante Temperatur geregelt.

Die Zonen 1, 2 und die Zonen 2, 3 werden durch die Leitungen 38 beziehungsweise 39 verbunden, obwohl die übliche/Anordnung für die geregelten Zonen darin besteht, dass dieselben an inneren Trennwänden enden und durch dieselben getrennt werden. Teile der durch die Leitung 21 fliessenden Gesamtmenge der gasförmigen Verbrennungs· produkte des Verbrennungsofens 13 werden unter dem Einfluss des Ventilators 15 desselben durch die Zweigleitungen 40 und 41 in die Zonen 2 beziehungsweise 3 abgelenkt. Die Leitung 40 ist mit dem Einlass eines Ventilators 42 verbunden, ebenso wie eine aus der Zone 2 herausführende Leitung 44. Eine Rücklaufleitung 45 verbindet den Auslass des Ventilators 42 mit der Zone 2. Die Proportion des Gases, das aus der Zone 2 wieder in Umlauf gesetzt wird, relativ zu jenem, das aus der Leitung 40 zugeführt wird, wird durch ein Ventil 46 bestimmt, das durch eine wärmeabhängige Vorrichtung 47 gesteuert wird, welche die Temperatur des über die Leitung 45 in die Zone 2 zurückgeführten Gases überwacht. Bei einer Zunahme der Temperatur in der Rücklaufleitung 45schliesst sich daher das Ventil 46, um die Gasströmung aus der Leitung 40

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in die Zone 2 zu verringern. Bei einer Abnahme der Temperatur des Gases in der Rücklaufleitung 45 öffnet sich umgekehrt das Ventil 46, um die Gasströmung aus der Leitung 40 in die^one 2 zu verstärken.

In ähnlicher Weise führt ein Ventilator 43 Gas proportional aus einer mit der Zone 3 verbundenen Leitung 48 und aus der Leitung über eine Rücklaufleitung 49 der Zone 3 zu. Ein Ventil 50 in der Leitung 41 wird durch eine wärmeabhängige Vorrichtung 51 gesteuert, welche die Temperatur des Gases in der Rücklaufleitung 49 überwacht.

Wie vorstehend beschrieben, strömen die in die Zonen 2 und 3 wieder in Umlauf gesetzten Gase aus den einzelnen Zonen über die Zweigleitungen 52 beziehungsweise 53 in die Rücklaufleitung 22, aus welcher sie durch den Ventilator 23 in die Zone 1 zurückgeführt werden. Obwohl der grösste Teil des Lösungsmittels in der Zone 1 verdampftwird, werden kleinere Mengen in den Zonen 2 und 3 verdampft und diese müssen über die Zone 1 in den Verbrennungsofen zurückgeführt werden.

Entsprechnd den Zielen der Erfindung ist ferner ein Ventil 55 in der Leitung 14 zwischen dem Ventilator 15 und dem Verbrennungsofen 13 vorgesehen, sowie eine wärmeabhängige Vorrichtung 56, welche die Temperatur in der Leitung 18 am Auslass des Verbrennungsofens 13 überwacht, um das Ventil 55 zu steuern. Die W wärmeabhängige Vorrichtung 56 ist wirksam bei einer Zunahme der Temperatur der Gase in der Leitung 18 am Auslass des Verbrennungsofens 13 über eine vorherbestimmte Temperatur, um das Ventil 55 in die Offenstellung zu bewegen, wodurch die über den Durchlass 12 in die Zone 1 gesaugte Luftströmung verstärkt wird. Umgekehrtfist die wärmeabhängige Vorrichtung 56 wirksam bei einer Abnahme der Temperatur der Gase in der Leitung 18 am Auslass des Verbrennungsofens 13 unter die vorherbestimmte Temperatur, um das Ventil 55 in die Schließstellung zu bewegen, wodurch die über den Durchlass 12 in die Zone 1 gesaugte Luftströmung verringert wird.

Es sei angenommen, dass sich das System in Betrieb befindet mit

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einem Förderer, der lackierte Produkte trägt,welche sich progressiv durch die Zonen 1, 2 und 3 bewegen. Es sei auch angenommen, dass das Ventil 17 die Geschwindigkeit der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf einen konstanten Wert regelt und dass die wärmeabhängige Vorrichtung 27 die Regelung einer konstanten Temperatur in der Leitung 14 bewirkt. Es sei ausserdem angenommen, daß die Lösungsmittelkonzentration in den Gasen, welche die Zone 1 verlassen und in den Verbrennungsofen 13 eintreten, einen sicheren Prozentsatz des unteren Explosionsgrenzwerts beträgt, und dass die resultierende Temperatur der Gase, welche den Verbrennungsofen verlassen, durch die wärmeabhängige Vorrichtung 56 gerelgelt wird.

Wenn nunmehr die Temperatur der Gase in der Leitung 18 am Auslass des Verbrennungsofens über die vorherbestimmte Temperatur ansteigt, zeigt dies an, dass die Konzentration des Lösungsmittels in der Zone 1 zunimmt. Demgemäss wird das Ventil 55 geöffnet, um die Luftströmung in die Zone über den Durchlass 12 zu verstärken, woraus sich eine Abnahme der Temperatur der Gase in der Leitung 18 auf die vorherbestimmte Temperatur ergibt.

Wenn die Temperatur der Gase in der Leitung 18 am Auslass/des Verbrennungsofens unter die vorherbestimmte Temperatur absinkt, zeigt dies an, dass die Konzentration des Lösungsmittels in der Zone 1 abnimmt. Demgemäss wird das Ventil 55 in die Schließstellung bewegt, wodurch die Luftströmung in die Zone 1 über den Durchlass 12 verringert wird. Infolgedessen nimmt die Konzentration des Lösungsmittels in der Zone 1 zu mit dem Ergebnis, dass die Temperatur in der Leitung 18 am Auslass des Verbrennungsofens wieder auf die vorherbestimmte Temperatur zurückgeführt wird.

In Figur 2 ist eine abgeänderte Anordnung dargestellt, in welcher entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in'Figur 1 bezeichnet sind. Die Anordnung in Figur 2 unterscheidet sich von Figur 1 dadurch, dass anstelle der Leitung 25 eine Leitung 25' vorgesehen ist, welche die Zone 1 umgeht und mit der Leitung 14 angrenzend an den Einlass zum Ventilator 15 verbunden ist.. Auch die wärmeabhängige Vorrichtung 27 ist mit der J Leitung 14 verbunden, um die Temperatur der Gase in der Leitung 14 angrenzend an

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den Einlass zum Verbrennungsofen zu überwachen, und steuert ein Ventil 26 in der Leitung 25'.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäss Figur 2 ist im wesentlichen mit jener identisch, die vorstehend für die Figur 1 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass eine genauere Regelung der Temperatur der Gase unmittelbar angrenzend an den Einlass zum Verbrennungsofen erfolgt.

Die Erfindung sieht ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung vor zur Bestimmung und Regelung der Konzentration des V verdampften Lösungsmittels in einem Farbentrocknungsofen oder einer anderen Quelle, sowie zur Regelung der Wirkungsweise eines Verbrennungsofens, um eine gleichmässige Temperatur der gasförmigenVerbrennungsprodukte am Auslass des Verbrennungsofens zu gewährleisten, ungeachtet von Veränderungen des Lösungsmittelgehalts oder des Grades der Konzentration des verdampften Lösungsmittels. Die Erfindung sieht ferner eine Regelanordnung für den Verbrennungsofen vor, welche einen wirtschaftlichen Betrieb im Hinblick auf den Brennstoffbedarf ermöglicht und welche auch eine im wesentliche gleichmässige und wirksame Betriebstemperatur aufrechterhält, ungeachtet von Veränderungen der bei der Verbrennung von Lösungsmitteln freigegebenen chemischen Wärme.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem Trocknungsofen beschrieben wurde, der strahlende Wärmeübertragung verwendet, jf 1st die Erfindung selbstverständlich in gleicher Weise auf einen Ofen anwendbar, der konvektive Wärmeübertragung in der Lösungsmittel verdampfungszone verwendet, oder auf t andere Quellen von schädlichen Lösungsmitte!dämpfen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen beispielsveisen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmender Erfindung zu verlassen.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims

Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD. Patentanwälte, Köln

^AnlT „ £ο'ΓΓα1 SALEM CORPORATION

zur Eingabe vom Name d. Anm.

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PATENTANSPRÜCHE

1.!Verfahren zur Bestimmung von Veränderungen eines vorherbestimmten Normalwerts der Konzentration verdampfter Lösungsmittel, die in einer Ofentrocknungszone mit Auspuffgasen gemischt werden, welche einem Verbrennungsofen zuströmen, gekennz ei chne t durch die folgenden/Schritte:

a) die Regelung der Temperatur der Auspuffgase am Auslass der Ofentrocknungszone auf einen konstanten Wert,

b) die Regelung der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf eine konstante Geschwindigkeit und

c) die Messung von Veränderungen der Temperatur der Gase, welche die aus dem Verbrennungsofen abgeführten Verbrennungsprodukte bilden, als ein Maß der Veränderung der Konzentration des Lösungsmittels in dem Ofen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Temperatur der Auspuffgase am Auslass der Ofentrocknungs· zone durch Regelung des Zuflusses von Verdünnungsmitteln in die Ofentrocknungszone erzielt wird.

3. Verfahren zur automatischen Steuerung und Regelung der Konzentration der in einer Ofentrocknungszone verdampften Lösungsmittel auf einen bestimmten Prozentsatz, welche mit den aus der Ofentrocknungszone abgeführten Gasen zu einem Verbrennungsofen strömen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) die Regelung des Zuflusses von Verdünnungsmitteln in die Ofentrocknungszone, um eine konstante Temperatur der Auspuffgase am Auslass der Ofentrocknungszone aufrechtzuerhalten,

b) die Regelung der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf eine konstante Geschwindigkeit und

c) die Regelung des Zuflusses von Luft in die Lösungsmittelver-

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dampfungszone des Ofens in Übereinstimmung mit Veränderungen dy Temperatur der Gase, welche die aus dem Verbrennungsofen abgeführten Verbrennungsprodukte bilden.

4. Verfahren zur automatischen Steuerung und Regelung der Konzentration der in einer Ofentrocknungszone verdampften Lösungsmittel auf einen bestimmten Prozentsatz, welche mit den aus der Ofentrocknungszone abgeführten Gasen zu einem Verbrennungsofen strömen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) die Regelung des Zuflusses von Verdünnungsmitteln in die Ofentrocknungszone, um eine konstante Temperatur der Auspuffgase am Auslass der Ofentrocknungszone aufrechtzuerhalten,

b) die Regelung der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf eine konstante Geschwindigkeit und

c) die Regelung des Zuflusses von Luft in die Lösungsmittelverdampfungszone des Ofens, um eine konstante Temperatur der Verbrennungsprodukte am Auslass des Verbrennungsofens aufrechtzuerhalten.

5. Verfahren zur automatischen Steuerung und Regelung der Konzentration der in einer Ofentrocknungszone verdampften Lösungsmittel auf einen bestimmten Prozentsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnt, dass der Zufluss von Luft und andren Verdünnungsmitteln in die Ofentrocknungszone

a) bei einer Zunahme der Temperatur der Gase am Auslass des Verbrennungsofens relativ zu einer bestimmten Temperatur zunimmt und

b)¹ bei einer Abnahme der Temperatur der Gase am Auslass des Verbrennungsofens relativ zu der bestimmten Temperatur abnimmt.

6. Trocknungsofen von der Art, welcher mindestens eine Zone aufweist, in der Lösungsmittel während des TrocknungsjJvorganges verdampft und mit anderen Gasen zu einem Verbrennungsofen/zwecks Verbrennung abgeführt werden, gekennzeichnet

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a) durch eine Einrichtung, welche die Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf eine konstante Geschwindigkeit regelt,

b) durch eine Einrichtung, welche die Temperatur der aus dem Ofen während des Trocknungsvorganges abgeführten Gase auf einen konstanten Wert regelt, und

c) durch eine Einrichtung, welche die dem Ofen als ein Verdün-

n- nungsmittel für die Lösungsmittel zugeführte Luftmenge regelti in Obereinstimmung mit der Veränderung der Temperatur der Gase, welche die aus dem Verbrennungsofen abgeführten Verbrennungsprodukte bilden.

7. Trocknungsofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung vorgehen ist, um einen Teil der Verbrennungsprodukte des Verbrennungsofens wieder zurück in den Ofen in Umlauf zu setzen, und dass die Temperaturregeleinrichtung des Merkmals (b) ein Ventil in der Leitung und eine den aus dem Ofen austretenden Gasen ausgesetzte wärmeabhängige Einrichtung umfasst, welche die Wirkungsweise des Ventils steuert, so dass die Menge der Verbrennungsprodukte des Verbrennungsofens geregelt wird, welche dem Ofen als Verdünnungsmittel des Lösungsmittels zugeführt wird, um die Temperatur der aus dem Ofen austretenden Gase auf einen im wesentlichen konstanten Wert zu regeln.

8. Trocknungsofen nach i Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen eine strahlende Ablenkplatte enthält, der Gase zugeführt werden, welche die Verbrennungsprodukte des Verbrennungsofens bilden, und dass eine temperaturabhängige Einrichtung auf die Strahlungstemperatur der Ablenkplatte anspricht, um die Zuführung der die Verbrennungsprodukte des Verbrennungsofens bildenden Gase zu der Ablenkplatte zu regeln, so dass eine im wesentlichen konstante Strahlungstemperatur aufrechterhalten wird.

9. Trocknungsofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen eine Vielzahl von Trocknungszonen enthält und dass ein Teil der Verbrennungsprodukte des Verbrennungsofens durch aufeinanderfolgende Zonen zurück zu einer ersten Zone wieder in Umlauf gesetzt wird.

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24038Λ4

-Ιδ-

10. Trocknungsofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen einen Wärmetauscher enthält und dass die temperaturabhängige Einrichtung ein Ventil umfasst, welches die Zuführung der Verbrennungsprodukte des Verbrennungsofens zum Wärmetauscher regelt. '

11. Trocknungsofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturabhängige Ventil vorgesehen ist, um die Proportionen der Verbrennungsprodukte des Verbrennungsofens zu regeln, welche den betreffenden aufeinanderfolgenden Zonen zugeführt werden.

12. Trocknungsofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für jede aufeinanderfolgende Zone ein Gebläse vorgesehen ist, um eine Mischung der wieder in Umlauf gesetzten Verbrennungsprodukte des Verbrennungsofens und Gase aus der entsprechenden Zone zurück in die gleiche Zone zuzuführen, dass das Ventil die Strömung der Verbrennungsprodukte zu dem Gebläse regelt und dass die temperaturabhängige Einrichtung, welche auf die Temperatur der durch das Gebläse in die Zone zurückgeführten Gasmischung anspricht, das Ventil steuert, um die Proportion der Verbrennungsprodukte relativ zu den in die Zone zurückgeführten Zonengasen zu regeln.

13. Verfahren zur Regelung der Temperatur der gasförmigen Strömung der Verbrennungsprodukte am Auslass eines Verbrennungsofens auf einen im wesentlichen/konstanten Wert zwecks Verbrennung der Lösungsmitteldämpfe, gekennzeichnet, durch die folgenden Schritte:

a) die Regelung der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf eine im wesentlichen konstante Geschwindigkeit,

b) die Regelung der Temperatur der in den Verbrennungsofen eintretenden gasförmigen Strömung auf einen im wesentlichen konstanten Wert und

c) die Regelung des Gewichts der in den Verbrennungsofen eintretenden gasförmigen Strömung als eine Funktionder Temperatur der gasförmigen Strömung der Verbrennungsprodukte am Auslass des Verbrennungsofens.

14. Verfahren zur Regelung innerhalb vorherbestimmter Grenzwerte

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der Veränderungen der Temperatur der gasförmigen Strömung der Verbrennungsprodukte am Auslass eines Verbrennungsofens zwecks Verbrennung der Lösurgsmi tteldämpfe, gekennzeichnet durch die folgencen Schritte:

a) die Regelung der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf eine im wesentlichen konstante Geschwindigkeit,

b) die Regelung innerhalb vorherbestimmter Grenzwerte der Temperatur der in den Verbrennungsofen eintretenden gasförmigen Strömung und

c) die Regelung innerhalb vorherbestimmter Grenzwerte des Gewichts der in den Verbrennungsofen eintretenden gasförmigen Strömung als eine Funktion der Temperatur der gasförmigen Strömung der Verbrennungsprodukte am Auslass des Verbrennungsofens,

15. Verfahren, welches die Temperatur der gasförmigen Strömung der Verbrennungsprodukte am Auslass eines Verbrennungsofens im wesentlichen konstant hält zweks Verbrennung der Lösungsmitteldämpfe, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) die Regelung der Brennstoffzuführung, zum Verbrennungsofen auf eine konstante Geschwindigkeit,

b) die Regelung von zwei der drei Veränderlichen auf einen im wesentlichen konstanten Wert: Gewicht des Lösungsmittels, Gewicht des Verdünnungsmittels und Einlasstemperatur des Verbrennungsofens, und

c) die Regelung der verbleibenden Veränderlichen im Merkmal (b) als eine Funktion der Temperatur der gasförmigen Strömung am Auslass des Verbrennungsofens.

16. Verfahren zur Regelung der Temperatur der gasförmigen Strömung der Verbrennungsprodukte am Auslass eines Verbrennungsofens auf einen im wesentlichen konstanten Wert zwecks Verbrennung der Lösungsmitteldämpfe, welche demselben aus der Lösungsmittelverdampfungszone eines Ofens zugeführt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

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a) die Regelung der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf eine im wesentlichen konstante Geschwindigkeit,

b) die Regelung der Temperatur der gasförmigen Strömung am Auslass der Verdampfungszone des Ofens auf einen im wesentlichen konstanten Wert und

c) die Regelung des Gewichts der in den Verbrennungsofen eintretenden gasförmigen Strömung als eine Funktion der Temperatur der gasförmigen Strömung am Auslass des Verbrennungsofens.

17. Verfahren zur Regelung innerhalb vorherbestimmter Grenzwerte der Veränderungen der Temperatur der gasförmigen Strömung der Verbrennungsprodukte am Auslass eines Verbrennungsofens zwecks Verbrennung der Lösungsmitteldämpfe, welche demselben aus der Lösungsmittelverdampfungszone eines Ofens zugeführt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) die Regelung der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen ef auf eine im wesentlichen konstante Geschwindigkeit,

b) die Regelung innerhalb vorherbestimmter Grenzwerte der Temperatur der gasförmigen Strömung am Auslass der Verdampfungszone des Ofens und

c) die Regelung innerhalb vorherbestimmter Grenzwerte des Gewichts der in den Verbrennungsofen eintretenden gasförmigen Strömung als eine Funktion der Temperatur der gasförmigen Strömung der Verbrennungsprodukte am Auslass des Verbrennungsofens.

18. Verfahren, welches s die Temperatur der gasförmigen Strömung der Verbrennungsprodukte am Auslass eines Verbrennungsofens im wesentlichen konstant hält zwecks Verbrennung der Lösungsmitteldämpfe, die demselben aus der Lösungsmittelverdampfungszone eines Ofens zugeführt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) die Regelung der Brennstoffzuführung zum Verbrennungsofen auf eine konstante Geschwindigkeit,

b) die Regelung von zwei der drei Veränderlichen auf einen im wesentlichen konstanten Wert: das Gewicht des Lösungsmittels in der Verdampfungszone, das Gewicht des der Verdampfungszone zugeführten Verdünnungsmittels und die Temperatur der gasförmigen Strömung am Auslass der Verdampfungszone, und

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c) die Regelung der verbleibenden Veränderlichen im Merkmal b) als eine Funktion der Temperatur der gasförmigen Strömung am Auslass des Verbrennungsofens.

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