DE2725252B2

DE2725252B2 - Anlage zur Lösungsmittelrückgewinnung aus einem Lösungsmittel-Trägermedium an einem Trocknungskanal

Info

Publication number: DE2725252B2
Application number: DE2725252A
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl.-Ing. 5276 Wiehl Hutzenlaub
Original assignee: Erwin Kampf Gmbh & Co Maschinenfabrik, 5276 Wiehl
Current assignee: Lohmann GmbH and Co KG
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1979-08-16
Also published as: US4185397A; DE2725252A1; DE2725252C3

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anlage zur Lösungsmittelrückgewinnung an einem Trocknungskanal aus einem Lösungsmittel-Trägermedium, mit Kompression des Lösungsmittel-Trägermedium-Gemisches, Kondensation des Lösungsmittels, Expansion,Temperaturabsenkung des Trägermediums und dessen Einsatz als Kühlmittel.

Ein Trocknungskanal wird in Bandbehandlungsanlagen der verschiedensten Art benötigt, nämlich Lackieranlagen, Beschichtungsanlagen, Auftragsanlagen für Metallbänder und Kunststoffbänder. Im Trocknungskanal werden bei der Trocknung des Bandes Lösungsmittel für das Auftrasmedium 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. Gebräuchliche Lösungsmittel sind folgende: Methyl-äthyl-keton, Äthylalkohol, Iso-propylalkohül, Aceton, Äthylacetat, Toluol,

Benzin.

Die DE-OS 17 29 224 beschreibt eine Anlage, bei der die Kondensationswärme durch kaltes Lösungsmittel abeführt wird. Die notwendige Kühlung des Lösungs-T mittels erfordert eine Energiefzufuhr. Außerdem muß das abgekühlte Trägermedium aufgeheizt werden. Es ist also eine erhebliche Energiezufuhr erforderlich.

Die Anlage nach der GB-PS 8 38 222 sieht eine Auswaschung des Lösungsmittels aus dem Lösungsmittel-Trägermedium-Gemisch vor. Der Energiehaushalt dieser Anlage ist ebenfalls ungünstig.

Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung einer Anlage der genannten Art, daß der Energieeinsatz im Trocknungskanal möglichst wirtschaftlich erfolgt und die Zusatzbeheizung möglichst klein ist Neben der Rückgewinnung des Lösungsmittels soll auch die freie Energie desselben inneralb der Anlage ausgenutzt werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Verwendung der Anlage an einem Trocknungskanal, der mit heißem Stickstoff als Lösungsmittel-Trägermedium arbeitet, einem Kompressionsteil für den Trocknungskanal entnommenen lösungsmitteldampfhaltigen Stickstoff ein Wärmetauscher nachgeschaltet ist, den ein dem Trocknungskanal entnommener, eine Leitungsschleife passierender .Stickstoffstrom durchfließt, daß ein dem Wärmetauscher nachgeschalteter Kondensator für den Lösungsmitteldampf die Expansionsstufe mit Stickstoff speist, der in dieser abgekühlt, anschließend

«ι durch die die Wärmetauscher verlassenden Stickstoffströme auf die Kanaltemperatur aufgeheizt und in den Kanal eingespeist wird.

Mit dieser Anlage ist im geschlossenen Kreislauf eine vollständige Rückgewinnung des Lösungsmittels mög-

r> Hch. Außerdem entfällt eine zusätzliche Kanalheizung. Denn allein durch die genannten Wärmetauscher kann man den Stickstoff für den Trocknungskanal innerhalb einer Leitungsschleife auf die erfcrderliche 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 Trocknungskanals für eine Bandbehandlungsanlage. Der Trocknungskanal

r> kann zu einer Lackieranlage für Metallbänder, zu einer Beschichtungsanlage für Metallbänder oder Kunststoffbänder, zu einer Anlage für Klebebänder, zu einer Emaillieranlage oder dergleichen gehören.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im

ι» folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung zeigt.

Dort ist schematisch ein Trocknungskanal 1 dargestellt, durch den ein zu trockendes Band 2 läuft. Der

>■> Trocknungskanal arbeitet auf Stickstoff N2 als Lösungsmittel-Trägermedium. Die Temperatur des in den Trocknungskanal eingeführten Stickstoffs beträgt etwa 130°C. Der Trocknungskanal 1 hat Wärmeverluste, insbesondere durch die Wräemkapazität des Bandes 2,

•ίο durch Strahlung und durch die Verdampfung des Lösungsmittels, so daß sich innerhalb des Trocknungskanals eine Arbeitstemperatur von ca. IOO°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 Ober eine Entnahmeleitung 3 kontinuierlich Stickstoff entnommen, der lösungsmitteldampfbeladen ist. Der lösungsmitteldampfhaltige Stickstoff strömt durch einen Kühler 4, der an einen Wasserkreislauf 5 angeschlossen ist. Ober 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 eine Kompressionsstufe 9 festgelegt ist Kompressionsstufe 9 bewirkt eine Verdichtung im Verhältnis 1 :2,7, so daß man im Leitungsabschnitt 10 eine Temperatur von ca. 230° C erzielt Der lösungsmitteldampfhaltige Stickstoff strömt durch einen Wärmetauscher 11, dessen Kreislauf weiter unten im einzelnen erläutert wird. Auf der Austrittsseite des Wärmetauschers i 1 erreicht man eine Temperatur von ungefähr 100° C in dem Leitungsabschnitt 12. Der lösungsmitteldampfhaltige Stickstoff strömt durch einen weiteren Kühler 4', der dem Kühler 4 entspricht und eine Maximaltemperatur von ca. 80° C in dem Leitungsabschnitt i3 sicherstellt Es folgt eine zweite Kompressionsstufe 9', die der Kompressicinsstufe 9 entspricht so daß man im Leitungsabschnitt 14 eine Temperatur von ca. 230° C hat In einem nachgeschalteten Wärmetauscher 11' erfolgt eine Abkühlung auf etwa 140°C für den Leitungsabschnitt 15.

Der lösungsmitteldampfhaltige Stickstoff gelangt in einen Kondensator 16, der eine stationäre Innentemperatur von etwa —40° C hat, so daß der Lösungsmitteldampf unter seinen Taupunkt abgekühlt wird und als Flüssigkeit 17 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 20 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 Temperatur von etwa 130° C, so daß der Stickstoff die Kühlleitung 20 mit dieser Temperatur von 130°C im Leitungsabschnitt 21 verläßt. Der Leitungsabschnitt 21 führt zu einer Speiseleitung 22, die in den Trocknungskanal mündet

Neben diesen an die Entnahmeleitung3 angeschlossenen Arbeitsstufen ist eine Leitungsschleife 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 Wärmetauscher 11 bis ii' angeschlossen sind und das über die Leitungsabschnitte 10 bzw. 14 in die Wärmetauscher 11 bzw. 11' einströmende Medium von der Temperatur von 230°C auf eine Temperatur von ca. 100°C bzw. 140°C abkühlen. Das Kühlmittel erwärmt sich dabei in den Leitungsabschnitten 27 bzw. 27' auf eine Temperatur von ca. 130°C. Zur Steuerung des Durchflusses des Kühlmittels sind Schieber 28 bzw. 28' vorgesehen. Außerdem ist eine Nebenschlußleitung 29 vorhanden. Die Leitungsabschnitte 27 und 27' sowie der Leitungsabschnitt 21 münden beide in die Speiseleitung 22 dieser Leitungsschleifc.

Die Wärmetauscher ti bzw. 11' ermöglichen damit eine Heizung des Trägermediums, so daß dadurch eine konstante Temperatur im Trocknungskanal er/ielbar 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 mit Hilfe 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

in über den Leitungsabschnitt 15 mit Temperaturen bis zu 230^eC in den Kondensator 16 einströmen, so daß dadurch eine zu starke Abkühlung der Temperatur in der Leitung 21 unterdrückt wird.

Erforderlichenfalls kann die in der Expansionsturbine freiwerdende Arbeit zurückgewonnen werden. Ein vernachlässigbarer Energieeinsatz ist für die Kühlung 4 und 4' erforderlich, um den lösungsmittddampfhaltigen Stickstoff auf die konstruktiv vorgegebene Eingangstemperatur der Kompressionsstufen 9 bzw. 9' abzuküh-

2i) len.

Die Erfindung wird anhand eines Ausiegungsbeispiels für eine technische Anlage erläutert Die Rechnung ist unter der Annahme adiabatischer Zustandsänderungen durchgeführt Der Durchsatz des Trocknungskanal 1

2i beträgt V = 1000 NmVh 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 Tempera-

iii tür innerhalb der Speiseleitung 22 beträgt ca. 120°C, die Temperatur in der Entnahmeleitung 3 ca. 100° C.

Jede Kompressionsstufe ist für eine Eintrittstemperatur

f, =80°Cs353K
und eine Austrittstemperatur

?₃ = 230°C = 503K

ausgelegt und hat einen Wirkungsgrad η — 0,8. Die in Enthalpiedifferenz der Kompressionsstufe errechnet sich ηε .h der bekannten Formel zu

Ai = 47 085,89 kcal/h.

Das Verrichtungsverhältnis jeder Kompressionsstufe 4-. ergibt sich zu

'; . 2.W57 = 2.7 .
' ι

Die Antriebsleistung jeder Kompressionsstufe errechiii net sich zu

l'cjl

I/

54.75

o.s

~ MUkVY

Unter Berücksichtigung der mechanischen Verluste bemißt man den Antriebsmotor mit einer Leistung von 8OkW.

Da beide Kompressionsstufen gleich ausgelegt sind, ergibt sich eine Gesar.itverdichtung

'I ' 1

)S i 7 J

Für die Enthalpiedifferenz der Expansionsturbine erhält man

Ai = 24 556,86 kcal/h
aus dem Tcmpcraturj/erhältnis an der Turbine und iJer

Eintrittsternperatur

Γ, = 233 K=

40⁰C

errechnet sich die Austrittstemperatur

T₂ = 149,73 /C = 123,27"C.

Für die Kühler 4 bzw. 4' errechnet sich bei einer Temperaturdifferenz von 10⁰C ein Kühlwasserbedarf von 0,65 mVh. Der Energiebedarf dieser Wärmetauscher kann infolgedessen vernachlässigt werden.

leder Wärmetauscher il bzw. W muß eine Wärmemenge

O= 42 451.5 kcal/h

abführen.

Für das Kühlmedium des Stickstoff -Dampf-Gemisches ist eine Temperaturdifferenz von JO C vorgegeben jCdsß sich hier2u^c **!π ^''hlrnitt^lbcdRrf

V_n = 4 550NmVh

ergibt.

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

a) Abkühlung des Stickstoff-Dampf-Gemisches

Qj = 58 779 kcal/h;

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 angenommene Lösungsmittelmenge verarbeiten. Für die Expansionsturbine ergibt sich mit 7Ϊ = —40° C und Tj = -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 "ingespeist. Falls geringe Temperaturdifferenzen an den Hinspeisestellen vorhanden sind, stellt sich emc Mischungstemperatur ein. Durch die Schieber 28 und 28' kann sowohl die Tmperatur in den l.eitungsabschnitten 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 ßetriebswerte möglich.

Für den Trockniiiigskanal ergibt sich folgender Wärmebedarf:

a) Erwärmung des Trägerbandes mit einer Dicke .5 = 25 μπι, einer Breite b = 1500 mm, einer Ge- st.-iiwiiidigK.eii ν = 130 ffi/min. ν = 13 200 kcal/h.

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

c) Oi-Ci'flächenverluste am Kanal. Dieser Wert kann durch bauliche Maßnahmen, insbesondere durch Isolierung beeinflußt werden. Es stehen hierfür nach der vorstehenden Rechnung 49 471 kcal/h zur Verfügung. Dieser Wert ist nach Betriebserfahrungen völlig ausreichend.

Hierzu 1 BhUt Zeichniinccn

Claims

Patentansprüche:

1. Anlage zur Lösungsmittelrückgewinnung aus einem Lösungsmittel-Trägermedium, mit Kompression des Lösungsmittel-Trägermedium-Gemisches, Kondensation des Lösungsmittels, Expansion, Temperaturabsenkung des Trägermediums und dessen Einsatz als Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Anlage an einem Trocknungskanal, der mit heißem Stickstoff als Lösungsmittel-Trägermedium arbeitet, einem Kompressionsteil (9JB') für den Trocknungskanal entnommenen lösungsmitteldampfhaltigen Stickstoff ein Wärmetauscher (11,11') nachgeschaltet ist, den ein dem Trocknungskanal entnommener, eine Leitungsschleife (24, 22) passierender Stickstoffstrom durchfließt, daß ein dem Wärmetauscher (H') nachgeschalteter Kondensator für den Lösungsmitteldampf die Enpansionsstufe mit Stickstoff speist, der in dieser abgekühlt, anschließend durch die die Wärmetauscher verlassenden Stickstoffströme auf die Kanaltemperatur aufgeheizt und in den Kanal eingespeist wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsteil zv ei Kompressionsstufen (9, 9') umfaßt, denen jeweils ein Wärmetauschern, 1Γ) nachgeschaltet ist

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wärmetauscher (11, 11') in parallele Leitur._bszweige (26, 26') der Leitungsschleife (24,22) eingefügt sind.

4. Anlage nach einem rfer Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf r'-.r Eintrittsseite jeder Kompressionsstufe ein Kühler (4,4') mit einem gesonderten Kühlmittel-Kreislauf angeordnet ist, der die Eintrittstemperatur am Kompressionsteil auf einen Maximalwert begrenzt.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom in den Leitungszweigen (26, 27 sowie 26', 27') derart geregelt wird, daß die Temperatur des Trägermediums in der Leitung (21) im wesentlichen konstant gehalten wird.