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Verfahren zur Erzielung einer konstanten Lösungsmittelkonzentration
in der Abluft bzw. den Abgasströmen von Anlagen Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Erzielung einer konstanten Lösungsmittelkonzentration in der Abluft bzw. den
Abgasströmen von Anlagen, wobei durch Regelung der Absaugung die Lösungsmittelkonzentration
beeinflußt und die Abluft bzw. das Abgas zur Reinigung durch eine Reaktionskammer
geführt wird.
Bei solchen Anlagen, insbesondere Trocknern, bei denen
die Lösungsmittelkonzentration im Trockner nicht geregelt ist, entstehen bei einer
gewissen Konzentrationsüberschreitung Kondensationsprobleme, vor allem kann die
Lackaushärtung gestört werden.
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Besteht die Möglichkeit, mit hohen Lösungsmittelkonzentrationen, die
nahe bei der unteren Explosionsgrenze liegen, zu arbeiten, so ist eine Konzentrationsüberwachung
erforderlich, damit die untere Explosionsgrenze nicht überschritten wird. Bei niedrigen
Durchsätzen von lackierten Gegenständen sinkt die Lösungsmittelkonzentration stark
ab, wobei bei gleichbleibender Abluftmenge viel Energie unnötig verlorengeht. Aus
diesen Gründen werden Lösungsmittelkonzentrationsüberwachungsgeräte, beispielsweise
Flammenionisationsdedektoren oder Ex-Meter eingesetzt.
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Diese Geräte sind sehr teuer, erfordern eine dauernde Überwachung
und Wartung und es sind auch Hilfsstoffe wie Heizgas, synthetische Luft zur Eichung
usw. nötig.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das mit geringem Aufwand an Meßgeräten
und Wartung ohne besondere Hilfsstoffe eine sichere Regelung der Lösungsmittelkonzentration
in der Abluft oder den Abgasen erfolgt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor daß nach einem Anfahrprogramm
nach welchem die Reaktionskammer betriebsbereit ist, zur Erzielung einer konstanten
Lösungsmittelkonzentration (m = V.
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konstant) in der Abluft oder den Abgasen die Temperaturerhöhung dieser
Abluft bzw. der Abgase in der Reaktionskammer dient. Durch diese Maßnahme sind keine
in Beschaffung, Wartung und Betrieb teuren Geräte zur direkten Ermittlung der Lösungsmittelkonzentration
erforderlich, sondern es genügt der Einsatz von billigen Geräten zur Messung von
Temperatur und Durchsatz, die störungssicher arbeiten und praktisch keiner Wartung
bedürfen. In vorteilhafter Weise wird#nindestens eine der beeinflußbaren Größen,
die Abluftmenge pro Zeiteinheit (V ) und/oder- die der Reaktionskammer zugeführte
Wärmemenge pro Zeiteinheit (ph) in Abhängigkeit von der Temperaturerhöhung der Abluft
in der Reaktionskammer entsprechend der Gleichung
geregelt, wobei die einzelnen Größen folgendes bedeuten: At Temperaturerhöhung der
Abluft in der Reaktionskammer tl Eintrittstemperatur der Abluft in der Reaktionskammer
t2 Austrittstemperatur der Abluft aus der Reaktionskammer c spezifische Wärme der
Luft bei konstantem Luftp druck
unterer Heizwert des verdampften
Lösungsu mittels m Lösungsmittelkonzentration in der Reaktionskammer und in der
Ab luft die der Reaktionskammer zugeführte Wärmemenge pro Zeiteinheit (Zusatzenergie)
V aus dem Trockner abgesaugte Abluftmenge pro Zeiteinheit.
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Zusätzlich kann die minimale Abluftmenge, welche sich aus der unteren
Explosionsgrenze ergibt, als unterer Grenzwert fest gegeben sein. Bei einem Verfahren,
bei dem der Reaktionskammer eine zeitlich konstante Wärmemenge (Q; = konstant) zur
Reinigung der Abluft (V = Abluftvolumen pro Zeiteinheit) zugeführt wird, kann in
vorteilhafter Weise zur Erzielung der konstanten Lösungsmittelkonzentration (m.
= konstant) v.
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die aus dem Trockner abgesaugte L#uftmenge pro Zeiteinheit entsprechend
der Gleichung # t = t2 - t1 = A + ## geregelt werden, wobei A = 7 = konstant und
B = ffi = konstant sind cp Eine Vereinfachung der Regelung kann noch dadurch erzielt
werden, daß diese Gleichung im Arbeitspunkt linearisiert wird und dann die Form
annimmt #t = t2 - t1 = a - c . V , wobei a = konstant und
c = konstant
ist und die Werte von a und c durch den Arbeitspunkt bestimmte Konstanten zur Linearisierung
der Gleichung sind.
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Eine andere Möglichkeit der Regelung zur Erzielung einer konstanten
Lösungsmittelkonzentration besteht darin, daß die der Reaktionskammer zugeführte
Wärmemenge pro Zeiteinheit und die aus dem Trockner abgesaugte Abluftmenge pro Zeiteinheit
der Art im Verhältnis zueinander geregelt und gesteuert werden, daß der Quotient
QH = konstant ist. Damit bleibt auch die Temperaturerhöhung in der Reaktionskammer
durch die zugeführte Zusatzenergie konstant.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die durch das Heizmedium
erbrachte Temperaturerhöhung, welche z.B. über das Abluftvolumen und die zugeführte
Eneryiemenge bestimmt werden kann, von der Temperaturdifferenz a t zu subtrahieren
und die Differenz zur Voluinenregelung zu verwenden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung. Es zeigt: Fig. 1 die schematische Darstellung anhand eines Trockners
mit den Regelkreisen und Fig. 2 die grafische Darstellung der Abahängigkeit der
Erwärmung der Abluft in der Reaktionskammer bei konstanter
Zusatzenergiezuführung
in Abhängigkeit von V r dem abgesaugten Abluftvolumen pro Zeiteinheit.
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Die Erfindung soll am Beispiel eines Trockners beschrieben werden.
Durch einen Trockner 1 werden kontinuierlich lackierte Gegenstände 2 hindurchgeführt.
Im Trockner 1 selbst ist eine nicht näher dargestellte Luftumwälzung vorgesehen,
durch die im beheizten Innenraum 3 eine möglichst gleichmäßige Lösungsmittelkonzentration
des verdampfenden Lösungsmittels angestrebt wird. Zur Begrenzung der Lösungsmittelkonzentration
wird ein Teil der umgewälzten Luft durch eine Abluftabsa-ugung 4 abgesaugt. Der
Volumenstrom pro Zeiteinheit V wird dabei beispielsweise durch eine Meßblende 5
gemessen und durch eine Drosselklappe 6 oder einen drehzahlgeregelten Ventilator
7 über eine Regeleinrichtung 8 gesteuert.
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Zur Abluftreinigung wird die Abluft mit den enthaltenen Lösungsmitteldämpfen
durch eine Reaktionskammer 9 geführt, in der die brennbaren Lösungsmittelbestandteile
oxydiert werden, z.B. durch Katalyse oder Verbrennung. Die Eintrittstemperatur tl
der Abgase in die Reaktionskammer 9 werden durch ein Thermometer 10 und die Austrittstemperatur
t2 durch ein Thermometer 11 gemessen. Zur Beeinflussung der Eintrittstemperatur
tl kann die Abluft durch einen Wärmetauscher
12 geführt werden,
wobei der Wärmetauscher 12 durch eine Bypassklappe 13 umgangen werden kann.
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Die Bypassklappe 13 wird ebenfalls durch die Regeleinrichtung 8 gesteuert.
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Der Reaktionskammer 9 wird Wärmeenergie, beispielsweise in Form einer
Gasflamme zugeführt. Die zugeführte Energie wird an einer Meßstelle 14 gemessen
und kann durch das Stellorgan 15 über die Regeleinrichtung 8 geregelt werden Die
aus der Reaktionskammer 9 austretenden Abgase werden durch den Wärmetauscher 12
hindurch zur Beheizung des Trockners 1 in diesen zurückgeführt. Die Beheizung kann
dabei direkt oder über einen Wärmetauscher indirekt erfolgen.
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Zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Trocknung und Lackgüte
wird angestrebt, eine möglichst konstante Lösungsmittelkonzentration im Innenraum
3 zu erzielen.
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Bei zu niedriger Lösungsmittelkonzentration wird uhnötig viel Abluft
abgesaugt und es entstehen dadurch entsprechend große Energieverluste. Bei einer
gewissen Konzentrationsüberschreitung ergeben sich Kondensationsprobleme,- die zu
einer Beeinträchtigung der Lackierung führen und es kann bei katalytischen Anlagen
zur Versottung des Katalysators führen, unter Umständen kann dabei durch eine schlagartige
Oxydation im Katalysator die Reaktionskammer 9 unbrauchbar werden,
Für
die Erwärmung der Abluft in der Reaktionskammer gilt folgende Beziehung:
(Gleichung 16).
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Dabei bedeuten die einzelnen Größen: Temperaturerhöhung der Abluft
in der Reaktionskammer tl Eintrittstemperatur der Abluft in der Reaktionskammer
t2 Austrittstemperatur der Abluft aus der Reaktionskammer H unterer Heizwert des
verdampften Lösungsu mittels m Lösungsmittelkonzentration in der Reaktions-V kammer
und in der Abluft QH die der Reaktionskammer zugeführte Wärmemenge pro Zeiteinheit
(Zusatzenergie) V aus dem Trockner abgesagte Abluftmenge pro Zeiteinheit cp spezifische
Wärme der Luft bei konstantem Luftdruck.
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Entsprechend der Gleichung 16 können die einzelnen variierbaren Größen
so gesteuert bzw. geregelt werden, daß eine konstante Lösungsmittelkonzentration
m im Innenraum 3 erzielt wird.
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Eine konstante Lösungsmittelkonzentration bei einem Reaktionskammerbetrieb
mit zeitlich konstanter zugeführter
Wärmemenge zur Reinigung der
Abluft kann dadurch erzielt werden, daß die aus dem Trockner 1 abgesagute Abluftmenge
pro Zeiteinheit entsprechend der Gleichung B # t = t2 - t1 = A + B (Gleichung 17)
V erreicht wird, wobei A = HU m = konstant und cp . V.
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B = QH = konstant ist.
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cp Aus Gleichung 17 kann die abzusaugende Abluftmenge V direkt in
Abhängigkeit der Ablufttemperaturerhöhung At bestimmt und damit so geregelt werden,
daß die Lösungsmittelkonzentration im Innenraum 3 konstant bleibt.
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Eine Vereinfachung der Regelung kann noch dadurch erfolgen, daß im
Arbeitspunkt eine Linearisierung der Gleichung 17 erfolgt. Eine Linearisierung am
Arbeitspunkt ergibt folgende Gleichung a t = t2 - tl = a - c . V (Gleichung 18).
Dabei sind a und c im Arbeitspunkt zu bestimmende konstante Werde, die beispielsweise
leicht durch eine regelungstechnische Berechnung bestimmbar sind In der schematischen
Darstellung der Fig. 1 sind die einzelnen Rückführungen zur Regeleinrichtung 8 gestrichelt
gezeic
hnet, aber nicht durch Bezugszeichen nähert erläutert. Die Ausbildung der Regeleinrichtung
ist, nachdem das Regelprinzip bekannt ist, für den Fachmann nicht schwierig. Auf
eine diesbezügliche Beschreibung wird daher verzichtet.
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In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Ablufttemperaturerhöhung A t in
Abhängigkeit vom abgesaugten Abluft volumen pro Zeiteinheit eingetragen. Strichpunktiert
sind die Zusammenhänge entsprechend der-Gleichung 17 und ausgezogen die Zusammenhänge
bei einer Regelung mit Verwendung der linearisierten Gleichung 18 eingezeichnet.
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Aus Sicherheitsgründen muß eine minimale Abluft absaugung eingehalten
werden, damit die untere Explosionsgrenze, z.B. . = m. = 0,8 Vol.% Lösungsmittel
nicht überschritten wird, um beim Ausfall der Regelung eine unmittelbare Explosionsgefahr
zu verhindern.
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Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung einer konstanten Lösungsmittelkonzentration
im Innenraum 3 kann dadurch erfolgen, daß die der Reaktionskammer zugeführte Wärmemenge
pro Zeiteinheit und die aus dem Trockner abgesaugte Abluftmenge pro Zeiteinheit
derart geregelt,oder gesteuert sind, daß der Quotient
konstant
ist. Damit bleibt auch die Temperaturerhöhung in der Reaktionskammer durch die zugeführte
Zusatzenergie konstant. Je nachdem, ob eine katalytische Reinigung oder eine thermische
Reinigung der Abluft erfolgt, wird die Eintrittstemperatur t oder die Abgasaustrittstemperatur
t2 z.B. über die Bypassklappe 13 konstant gehalten.