DE2725252A1

DE2725252A1 - Anordnung zur loesungsmittelrueckgewinnung an einem trockenkanal

Info

Publication number: DE2725252A1
Application number: DE19772725252
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl Ing Hutzenlaub
Original assignee: Erwin Kampf GmbH and Co Maschinenfabrik
Current assignee: Lohmann GmbH and Co KG
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2725252B2; DE2725252C3; US4185397A

Description

Beschreibung

Anordnung zur Lösungsmittelrückgewinnung an einem Trockenkanal

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lösungsmittelrückgewinnung an einem Trockenkanal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Trockenkanal wird in ßandbehandlungsanlagen der verschiedensten Art benötigt, nämlich Lackieranlagen, BeSchichtungsanlagen, Auftragsanlapen für Metallbänder und Kunststoffbänder. Im Trockenkanal werden bei der Trocknung des Bandes Lösungsmittel für das Auftragsmedium frei. Diese Lösungsmittel sind normalerweise umweltfeindlich, so daß sie nicht unmittelbar in die Atmosphäre abgeblasen werden können. Außerdem sind die Lösungsmittel im allgemeinen teure Stoffe, so daß aus wirtschaftlichen Gründen eine Rückgewinnung erstrebenswert ist.

Es ist bereits bekannt, mit einem geschlossenen Kreislauf eines Inertgases wie Stickstoff zu arbeiten, da dann höhere Konzentrationen des Lösungsmitteldampfes zulässig sind. Es ist eine Abkühlung des Stickstoffes unter den Taupunkt des Lösungsmittels mithilfe einer Kälteanlage möglich. Allerdings bringt dieser Prozeß eine schlechte Wärmeausnutzung, insbesondere, weil die in der Kälteanlage freiwerdende Wärmemenge auf einem Temperaturniveau anfällt, das kaum eine Verwertung gestattet.

In verschiedenen Behandlungsanlagen gebräuchliche Lösungsmittel sind folgende: Methyl-äthyl-keton, Äthylalkohol, Iso-propylalkoho] Aceton, Äthylacetat, Toluol, Benzin.

Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung einer Anordnung der genannten Art, daß ein wirtschaftlicher Betrieb, insbesondere im Hinblick auf den Energieeinsatz im Trockenkanal möglich ist.

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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Mit dieser Anordnung ist im geschlossenen Kreislauf eine vollständige Rückgewinnung des Lösungsmittels möglich. Außerdem entfällt eine zusätzliche Kanalheizung. Denn allein durch die genannten Wärmeaustauscher kann man den Stickstoff für den Trockenkanal innerhalb einer buitungL-.üchleif e auf die erforderliche Kanaltemperatur aufheizen. Die Energie wird ausschließlich im Kompressionsteil als mechanische Energie für den Antrieb des Kompressors oder der Kompressoren zugeführt. Damit ergibt sich ein außerordentlich wirtschaftlicher Betrieb eines Trockenkanals für eine Bandbehandlungsanlage. Der Trockenkanal kann zu einer Lackieranlage für Metallbänder, zu einer Beschichtungsaniage für Metallbänder oder Kunststoffbänder, zu einer Anlage für Klebebänder, zu einer Emaillieranlage oder dergleichen gehören.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert, die ein Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung zeigt.

Dort ist schematisch ein Trockenkanal 1 dargestellt, durch den ein zu trocknendes Band 2 läuft. Der Trockenkanal enthält Stickstoff Np als Trägermedium. Die Temperatur des in den Trockenkanal eingeführten Stickstoffs beträgt etwa 130°C. Der Trockenkanal 1 hat Wärmeverluste, insbesondere durch die Wärmekapazität des Bandes 2, durch Strahlung und durch die Verdampfung des Lösungsmittels, so daß sich innerhalb des Trockenkanals eine Arbeitstemperatur von ca. 100°C einstellt. Bei dieser Temperatur erfolgt die Trocknung des Bandes 2, insbesondere die Trocknung der Beschichtung, wobei das für die vorhergehende Behandlung des Bandes benutzte Lösungsmittel als Lösungsmitteldampf frei wird. Der Lösungsmitteldampf soll durch Kondensation wiedergewonnen werden.

Zu diesem Zweck wird über eine Entnahmeleitung 5 kontinuierlich Stickstoff entnommen, der Lösungsmitteldampf enthält. Der

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losungsmitteldampfhaltige Stickstoff strömt durch einen Kühler 4, der an einen Wasserkreislauf 5 angeschlossen ist. Über eine Regelung 6 und ein Regelventil 7 wird der Kühler 4 so geregelt, daß der lösungsmitteldampfhaltige Stickstoff im Leitungsabschnitt 8 eine Maximaltemperatur von ca. 80 C hat, die durch die Konstruktionsdaten eines Kompressors 9 festgelegt ist. Der Kompressor 9 bewirkt eine Verdichtung irn Verhältnis 1:2,7? so daß man im Leitungsabschnitt 10 eine Temperatur von ca. 23O°C erzielt. Der losungsmitteldampfhaltige Stickstoff strömt durch einen Wärmeaustauscher 11, dessen Kreislauf weiter unten im einzelnen erläutert wird. Auf der Austrittsseite des Wärmeaustauschers 11 erreicht man eine Temperatur von ungefähr 100°C in dem Leitungsabschnitt 12. Der lösungsraitteldampfhaltige Stickstoff strömt durch einen weiteren Kühler 4', der dem Kühler entspricht und eine Maximal temperatur von ca. 80°C in dem Leitungsabschnitt 13 sicherstellt. Es folgt ein zweiter Kompressor 9¹, der dem Kompressor 9 entspricht, so daß man im Leitungsabschnitt 14 eine Temperatur von ca. 23O°C hat. In einem nachgeschalteten Wärmeaustauscher 11' erfolgt eine Abkühlung auf etwa 100°C für den Leitungsabschnitt I5.

Der losungsmitteldampfhaltige Stickstoff gelangt in einen Kondensator 16, der eine stationäre Inneritemperatur von etwa -40 C hat, so daß der Lösungsmitteldampf unter seinen Taupunkt abgekühlt wird und als Flüssigkeit I7 kondensiert. An den Kondensator 16 schließt sich über einen Leitungsabschnitt 18 eine Expansionsturbine 19 an, in der der Stickstoff durch adiabatische Expansion auf eine Temperatur von ca. -120°C abgekühlt wird. Dieser abgekühlte Stickstoff strömt durch Kühlleitungen des Kondensators 16 und stellt innerhalb des Kondensators 16 die genannte stationäre Temperatur von -40°C sicher. Der als Kühlmittel dienende Stickstoff erwärmt sich dabei auf eine Tem peratur von etwa 130°C, so daß der Stickstoff die Kühlleitung

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mit dieser Temperatur von 130 C im Leitungsabschnitt 21 verläßt. Der Leitungsabschnitt 21 führt zu einer Speiseleitung 22, die in den Trockenkanal mündet.

Neben diesen an die Entnahmeleitung 3 angeschlossenen Arbeitsstufen ist eine L<_ itungsschleif e 23 vorhanden, die aus einem Leitungsanschluß 24 lösungsmitteldampfhaltigen Stickstoff aus dem Trockenkanal 1 entnimmt. Für diese Leitungsschleife ist eine Umwälzpumpe 25 vorgesehen. Die Leitungsschleife 23 besitzt zwei parallele Leitungszweige 26, 26', die jeweils an die Kühlleitungen der Wärmeaustauscher 11 bis 11' angeschlossen sind und das über die Leitungsabschnitte 10 bzw. 14 in die Wärmeaustauscher 11 bzw. 11' einströmende Medium von der Temperatur von 23O⁰C auf eine Temperatur von ca. 100 C abkühLen. Das Kühlmittel kühlt sich dabei in den Leitungnabschnitten 27 bzw. 27' auf eine Temperatur von ca. 130°C ab. Zur Steuerung des Durchflusses des Kühlmittels sind Schieber 28 bzw. 28' vorgesehen. Außerdem ist eine Nebenschlußleitung 29 vorhanden. Die Leitungsabnchnitte 27 und 27' sowie der Leitungsabschnitt 21 münden beide in die Speiseleitung 22 dieser Leitungsschleife.

Die Wärmeaustauscher 11 bzw. 11' ermöglichen damit eine Heizung des Trägermediums, so daß dadurch eine konstante Temperatur im Trockenkanal erzielbar ist. Außerdem wird der abgekühlte Stickstoff durch die im Kondensator 16 freiwerdende Kondensationswärme aufgeheizt. Der Durchfluß durch die Leitungsabschnitte 26, 27 bzw. 26", 27* wird mithilfe der Schieber 28, 28' so geregelt, daß die Temperatur in der Leitung 21 im wesentlichen konstant gehalten wird. Dieses ist vor allem für den Anfahrbetrieb wichtig, da in der Anfahrphase zunächst keine nennenswerte Kondensation im Kondensator 16 erfolgt. Durch diese Regelung kann während der Anfahrphase das Strömungsmittel über den Leitungsabschnitt 15 mit Temperaturen bis zu 230⁰C in den Kondensator 16 einströmen, so daß dadurch eine zu starke Abkühlung der Temperatur in der. Leitung 21 unterdrückt wird.

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Erforderlichenfalls kann die in der Expansionsturbine freiwerdende Arbeit zurückgewonnen werden. Ein vernachlässigbarer Energieeinsatz ist für die Kühler 4 und Ί' erforderlich, um den lösungsmitteldampfhaltigen Stickstoff auf die konstruktiv vorgegebene Eingangstemperatur der Kompressoren 9 bzw. 9' abzukühlen.

Die Anordnung nach der Erfindung arbeitet in einem geschlossenen Kreislauf und ermöglicht einen Betrieb mit nur geringer Energiezufuhr. Eine Zusatzbeheizung ist überhaupt nicht erforderlich.

Die Erfindung wird anhand eines Auslegungsbeispiels für eine technische Anlage erläutert.

Der Durchsatz des Trockenkanals 1 beträgt V = 1 000 Nm /h Stickstoff. Das Lösungsmittel Aceton fällt in einer Menge von D = 100 bis 120 kp/h an. Für die Rechnung wird D = 100 kp/h ^ 38,5 NmVh Lösungsmitteldampf angenommen. Die Verdampfungswärme von Aceton beträgt 132,7 kcal/kp. Die Temperatur innerhalb der Speiseleitung 22 beträgt ca. 120 C, die Temperatur in der Entnahmeleitung 3 ca. 100⁰C.

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Jeder Kompressor ist für eine Eintrittstemperatur

t₁ = 8O⁰C 2

und eine Austrittstemperatur t₂ = 230⁰C

ausgelegt und hat einen Wirkungsgrad 49 = 0,8. Die Enthalpie differenz des Kompressors errechnet sich zu

i = R

mit R als der universellen Gaskonstanten und "t. als dem Verhältnis der spezifischen Wärmen bei konstantem Druck und konstantem Volumen. Durch Einsetzen der Zahlenwerte erhält man

Γ i^-t

. 3,5 [2,6957 . ¹^ - 1J ÖT8 '

_Δ± = 0,08865 · 553 4 i = 47 085,89 kcal/h. Das Verdichtungsverhältnis jedes Kompressors ergibt sich zu

P₂ T₂ ^^ ,503 0 »3571 = -

P₀ ^d = 2,6957 = 2,7.

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- 9 Die Antriebsleistung jedes Kompressors errechnet sich zu

^Peff = -S^ - ^T =⁶⁸'^{4 kW}

Unter Berücksichtigung der mechanischen Verluste bemißt man den Antriebsmotor mit einer Leistung von 80 kW.

Da beide Kompressoren gleich ausgelegt sind, ergibt sich eine Gesamtverdichtung

P P
P P λ

τ£ · p^ = 7,2668 = 7,3.

Die Enthaitpiedifferenz der Expansionsturbine beträgt

- 0 J"?'V

Durch Einsetzen der Zahlenwerte erhält man Δ i = 24- 556,86 kcal/h.

Das Temperaturverhältnis an der Turbine beträgt

_φ ρ 0,22857 ² r ²Ϊ

mit einer Eintrittstemperatur

T₁ = 233°K = -40⁰C errechnet sich die Austrittstemperatur = 149,73°K = -123,27°C.

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Für die Kühler 4 bzw. 4* errechnet sich bei einer Temperaturdifferenz von 10⁰C ein Kühlwasserbedarf von 0,65 i/h. Der Energiebedarf dieser Wärmeaustauscher kann infolgedessen vernachlässigt werden.

Jeder Wärmeaustauscher 11 bzw. 11' muß eine Wärmemenge

Q= (V₊ D). c_p. A t abführen. Durch Einsetzen der Zahlenwerte erhält man

Q = 1 050 . 0,311 ' (230 - 100) Q = 42 451,5 kcal/h.

Für das Kühlmedium des Stickstoff-Dampf-Gemischs ist eine Tem peraturdifferenz von 30 C vorgegeben, so daß sich hieraus ein Kühlmittelbedarf

V₁₅ = 4 550 Nm⁵/h ergibt.

Die in dem Kondensator abzuführende Wärmemenge setzt sich aus 3 Anteilen zusammen:

a) Abkühlung des Stickstoff-Dampf-Gemischs

Q = (V + D) · c * Δ t a ρ

Q_a = 1 050 · 0,311 " (140 + 40) Q= 58 779 kcal/h

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b) Kondensationswärme des Lösungsmitteldampfes.

Diese kann aus der Temperaturdifferenz in der Kühlleitung berechnet werden und ergibt sich zu 18 500 kcal/h.

c) Abkühlung der kondensierten Flüssigkeit.

Dieser Anteil ist gering und kann mit 500 kcal/h angenommen werden.

Damit ergibt sich die gesamte abzuführende Wärmemenge Q = 77 750 kcal/h. Die Anlage kann die angenommende Lösungsmittel menge verarbeiten. Für die Expansionsturbine ergibt sich mit T₁ = -40⁰C und T₂ = -120⁰C eine theoretisch mögliche Abtriebsleistung von 28,55 kW. Erforderlichenfalls kann diese Abtriebsleistung an der Ausgangswelle der Turbine abgenommen und einer Verwendung zugeführt werden.

In die Speiseleitung 22 wird an drei Stellen eingespeist. Falls geringe Temperaturdifferenzen an den Einspeisestellen vorhanden sind, stellt sich eine Mischungstemperatur ein. Durch die Schieber 28 und 28' kann sowohl die Temperatur in den Leitungsabschnitten 27 und 27' als auch die Temperatur in der Leitung 21 so geregelt werden, daß alle drei Temperaturen im wesentlichen konstant sind. Dieses ermöglicht ein Anfahren der Anlage, wie oben bereits beschrieben. Im stationären betrieb ist damit eine Regelung auf konstante Betriebswerte möglich.

Für den Trockenkanal ergibt sich folgender Wärmebedarf:

a) Erwärmung des Träberbandes mit einer Dicke s = 25 jam, einer Breite b =1 500 mm, einer Geschwindigkeit ν = 130 m/min, Q = 13 200 kcal/h.

b) Verdampfungswärme des Lösungsmittels 18 500 kcal = 140 kp/h Aceton.

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c) Oberflächenverluste am Kanal. Dieser Wert kann durch bauliche Maßnahmen, insbesondere durch Isolierung beeinflußt werden. Es stehen hierfür nach der vorstehenden Rechnung 4-9 4-71 kcal/h zur Verfügung. Dieser Wert ist nach Betriebserfahrungen völlig ausreichend.

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Claims

272b252

^L: · ' '--!er Lüdenscheid, den 2. Juni 1977 - 6

I . . i^:. Schrumpf

ι.,.-. . -34 ^A?^7

5JJj Lüdenscheid

Anmelderin: Firma Erwin Kampf Maschinenfabrik Mühlener Straße 36
5276 Wiehl-2, Mühlen

Anordnung zur Lösungsmittelrückgewinnung an einem Trockenkanal

Patentansprüche

1 .\ Anordnung zur Lösungsmittelrückgewinnung an einem Trocken- ^fcanal mit Stickstoff als Trägermedium und unter Anwendung von Kompression und adiabatischer Expansion, dadurch gekennzeichnet, daß einem Kompressionsteil (9, 9¹) für den dem Trockenkanal entnommenen lösungsmitteldarapfhaltigen Stickstoff ein Wärmeaustauscher (11, 11") nachgeschaltet ist, der in eine an den Trockenkanal angeschlossene Leitungsschleife (24, 22) eingefügt ist, daß ein dem Kompressionsteil nachgeschalteter Kondensator (16) zur Kondensation des Lösungsmitteldampfes einerseits die Expansionsstufe (19) speist und andererseits von dem in der Expansionsstufe abgekühlten Stickstoff gekühlt wird, wobei derselbe auf die Kanaltemperatur aufgeheizt wird, und daß der aufgeheizte Stickstoff in den Trockenkanal eingespeist wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsteil zwei Kompressionsstufen (9, 9') umfaßt, denen jeweils ein Wärmeaustauscher (11, 11') nachgeschaltet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wärmeaustauscher in parallele Leitungszweige (26, 26') der Leitungsschleife (24, 22) eingefügt sind.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Turbine (19) als Expansionsstufe vorgesehen ist.
5· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eintrittsseite jeder Kompressionsstufe
ein Kühler (4, 4¹) mit einem gesonderten Kreislauf eines Kühlmittels angeordnet ist, der die Eintrittstemperatur an der Kompressionsstufe auf einen Maximalwert begrenzt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsschleife (24, 22) eine Umwälzpumpe (25) enthält und daß der in den Trockenkanal zurückführende Zweig (22) der Leitungsschleife die Austrittsleitung (21) des Kondensators aufnimmt.

7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Volumenstrom in den Abschnitten (26, 27 sowie 26', 27') derart geregelt wird, daß die Temperatur in der Leitung (21) im wesentlichen konstant gehalten wird.

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