DE3936008C2 - Verfahren zum Trocknen von Gut, insbesondere von Kunststoff, und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von Gut, insbesondere von Kunststoff, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 5.

Es ist bekannt, daß thermoplastische Kunststoffe mehr oder weniger hygroskopisch sind. Die aufgenommene Feuchtigkeit, meistens aus der Atmosphäre, kann bei der plastifizierenden Verarbeitung von Kunststoffgranulaten große verarbeitungstechnische oder qualitative Probleme durch Wasserdampfeinschlüsse ergeben. Aus diesem Grund wird ein Großteil der Granulate mit mehr oder weniger großem Energieaufwand mit Trockenluft getrocknet. Der Bedarf an Trocknerleistung ist abhängig von Anfangs- und Endfeuchte sowie vom Verbrauch bzw. Durchsatz durch den Trocknungstrichter. Nicht jedes Kunststoffgranulat läßt sich problemlos trocknen. In zunehmendem Maße kommen neue sogenannte "Hoch-Technische-Kunststoffe" auf den Markt. Bei ihnen gelangt man sehr schnell in den Grenzbereich zwischen optimal getrocknetem und beschädigtem/verändertem Material. Diese Beschädigungen bzw. Veränderungen sind eine Folge von zu langen Trocknungszeiten und/oder zu hohen Trocknungstemperaturen. Sichtbar wird dies durch die Ausscheidung von Additiven oder gar das Aufbrechen gewisser Vernetzungen im Molekülkettenbereich, wodurch das Granulat unbrauchbar wird. Die Güte und der Zeitaufwand des Trocknungsvorganges sind eine Funktion des Taupunktes, der Luftmenge, der Trocknungszeit und der Trocknungstemperatur.

Beim gattungsgemäßen Verfahren und der gattungsgemäßen Vorrichtung (DE-OS 25 20 749) wird die Brennstoffmenge für die Heizeinrichtung stetig so geregelt, daß die Trocknungstemperatur entsprechend der Durchsatzmenge erhöht bzw. erniedrigt wird. Die Trocknungsluft wird nach dem Durchgang durch das zu trocknende Gut abgeführt. Darum muß ständig neue Trocknungsluft auf die entsprechende Temperatur gebracht werden. Dadurch ist dieses Verfahren trotz der Regelung energieaufwendig und teuer. Die Regelung der Temperatur erfordert einen erheblichen konstruktiven Aufwand und eine komplizierte Regelungseinrichtung.

Es ist auch bekannt, die Trocknung von Kunststoffgranulat mittels der Luftmenge einzustellen. Ein einmal aufgeheiztes Kunststoffgranulat behält auch bei verringerter Luftmenge die Trocknungstemperatur so lange bei, wie die Verluste nicht größer sind als die zugeführte Energie der reduzierten Luftmenge. Ein natürlich erkaltendes Granulat ist nicht gewünscht, weil aus energietechnischen Überlegungen die Trocknungstrichter möglichst gut isoliert sein sollen. Da die Trocknungstemperatur trotz verminderter Luftmenge konstant gehalten wird, ist eine Schädigung des Kunststoffgranulates voraussehbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß die Trocknung des Gutes ohne Gefahr einer Schädigung energiesparend und damit kostengünstig sowie zuverlässig durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungs­ gemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 5 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Trocknungsluft während des Trocknungsvorganges im Kreislauf durch das Gut und die Heizeinrichtung geführt. Dadurch kann der Energieverbrauch sehr gering gehalten werden. Es muß nicht ständig neue Trocknungsluft herangeführt werden, die zunächst auf die gewünschte Trocknungstemperatur erwärmt werden muß. Mit der Gutentnahme bzw. einem Nachfüllvorgang wird die Regelzeit gestartet, die abhängig von der Art des Gutes, vom Durchsatz der Trocknungsluft durch das Behältnis sowie vom Durchsatz des Gutes ist. Wird innerhalb dieser vorgegebenen Regelzeit kein neues Gut entnommen, dann wird nach Ablauf der Regelzeit die Trocknungstemperatur auf den niedrigeren Wert eingestellt bzw. bei dieser niedrigeren Temperatur gehalten. Erfolgt innerhalb der Regelzeit eine erneute Gutaufnahme, dann wird die Regelzeit erneut gestartet. Hierbei wird die Trocknungstemperatur auf den höheren Wert eingestellt, da nunmehr ein größerer Gutdurchsatz erfolgt, d. h. eine entsprechend große Menge neues Gut wird in das Behältnis nachgefüllt. Aus diesem Grunde wird bei der erneuten Gutentnahme bzw. dem erneuten Nachfüllvorgang die Trocknungstemperatur erhöht, da infolge des nachgefüllten Gutes die höhere Trocknungstemperatur nicht zu einer Schädigung des Gutes führt. Ist die erneut gestartete Regelzeit abgelaufen, ohne daß wiederum Gut entnommen worden ist, wird die Trocknungstemperatur wieder auf den niedrigeren Wert eingestellt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Trocknungstemperatur als Regelgröße verwendet, da bei gleichbleibendem Taupunkt, gleichbleibender Füllung des Behältnisses (Trocknungstrichter) und gleichbleibender Luftmenge entsprechend dem momentanen Verbrauch die Temperatur sehr einfach geregelt werden kann. Thermische Schädigungen des Gutes bei den sich ergebenden Durchlaufzeiten durch das Behältnis kann dadurch sehr einfach vorgebeugt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht nur eine Energieeinsparung, sondern auch eine Kosteneinsparung erreicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen konstruktiv einfachen Aufbau aus. Das Gutbehältnis ist über die Trocknungsleitung und die Rückführleitung mit der Heizeinrichtung verbunden. Dadurch kann die Trocknungsluft im Kreislauf durch das zu trocknende Gut geführt werden. Das Fördergerät ist mit dem Ventil verbunden, das an die Regeleinheit angeschlossen ist. Sobald das Ventil geöffnet wird, erfolgt eine Gutentnahme. Dann erhält die Regeleinheit ein entsprechendes Signal und startet die Regelzeit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist problemlos im Einsatz und infolge ihrer konstruktiv einfachen Ausbildung auch kostengünstig in der Herstellung.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine er­ findungsgemäße Vorrichtung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 in einem Funktionsdiagramm zwei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Trocknungs­ vorrichtung, die zum Trocknen von Stückgut, insbesondere von Granulat, geeignet ist. Mit dieser Vorrichtung lassen sich bei­ spielsweise thermoplastische Kunststoffe einwandfrei trocknen. Das Granulat ist in zwei Silos 1 gelagert, deren Auslässe 2 über Auslaßleitungen 3 und 4 mit (nicht dargestellten) Ver­ arbeitungsmaschinen verbunden sind, deren Saugfördergeräte 15 in Fig. 1 dargestellt sind. Sie sind beispielsweise Plastifi­ ziermaschinen, mit denen das Kunststoffgranulat plastifiziert wird. Auf den Silos 1 befindet sich jeweils ein Fördergerät 5, 6, im Ausführungsbeispiel ein Saugfördergerät. Beide Fördergeräte 5, 6 sind über eine Gebläseleitung 7 unter Zwischenschaltung mindestens eines Filters 8 an ein Gebläse 9 angeschlossen.

Die Trocknungsvorrichtung hat ferner eine Trocknungseinrichtung 10, in der mindestens eine Heizung, mindestens eine Trocknungs­ patrone und ein Gebläse in bekannter Weise angeordnet sind. Das Gebläse, die Trocknungspatrone und die Heizung liegen in einem Trocknungskreislauf 11. Er hat eine Trocknungsleitung 12, in welcher die Heizpatrone und die Heizung liegen und die in beiden Silos 1 jeweils eine Auslaßöffnung hat, durch welche die Trocknungsluft von unten in den Siloinnenraum eintritt. Die Trocknungsluft steigt dann im zu trocknenden Gut der Silos 1 nach oben und tritt durch eine Rückführleitung 13 wieder aus den Silos aus. In der Rückführleitung 13 wird die mit Feuchtigkeit beladene Trocknungsluft zur Trocknungseinrichtung 10 zurückgeführt. Zweckmäßig liegt in der Rückführleitung 13 innerhalb der Trocknungseinrichtung 10 das Gebläse. Mit ihm wird die Trocknungsluft in die Silos 1 geblasen und über die Rück­ führleitung 13 angesaugt. Die Trocknungsleitung 12 und die Rückführleitung 13 können so ausgebildet sein, daß die einzel­ nen Silos unabhängig voneinander getrocknet werden können. In diesem Falle sitzen entsprechende Schaltventile in der Trocknungs- und in der Rückführleitung.

In der Trocknungspatrone wird der Trocknungsluft die Feuchtig­ keit wieder entzogen. Mit der nachfolgenden Heizung wird die so getrocknete Luft auf die zum Trocknen des in den Silos 1 befindlichen Gutes optimale Temperatur erwärmt.

Den Silos 1 wird das getrocknete Gut über den jeweiligen Aus­ laß 2 entnommen und der Verarbeitungsmaschine zugeführt. In dem Maße, in dem am Auslaß 2 das Gut entnommen wird, wird mit den Fördergeräten 5 bzw. 6 neues Gut nachgefüllt. Dadurch haben die Silos 1 stets einen gleichbleibenden Füllungsgrad. Um eine übermäßige Erwärmung des Gutes zu verhindern, wird die Trocknungstemperatur als Funktion des Durchsatzes des Gutes geregelt. Dies soll anhand der Fig. 2 an zwei Ausführungs­ beispielen erläutert werden. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Taupunkt, der Füllgrad der Silos 1 und die Luftmengen gleich­ bleiben. Die Trocknungstemperatur, die als Regelgröße ver­ wendet wird, kann dann entsprechend dem momentanen Verbrauch des Gutes geregelt werden. Dadurch können thermische Schädi­ gungen des Gutes bei den sich ergebenden Durchlaufzeiten durch den Silo 1 vorgebeugt werden. Wenn der Taupunkt und der Durchsatz der Trocknungsluft durch den Silo 1 konstant ange­ nommen werden, dann ergibt sich eine kurze Trockungszeit dann, wenn die maximal mögliche Trocknungstemperatur für das zu trocknende Gut gewählt wird. Umgekehrt erfordern tiefere Trock­ nungstemperaturen eine längere Trocknungszeit. Durch die Ist- Wert-Erfassung des Durchsatzes des Gutes wird die Trock­ nungstemperatur geregelt. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß jedes Kunststoffgranulat eine maximal zulässige Trocknungs­ temperatur bzw. eine minimale Trocknungszeit haben muß.

Im folgenden wird für die Leistungserfassung als einfachste Variante ein Saugfördergerät angenommen. Im Bereich I wird das Gut vorgetrocknet. Beim Starten des Trocknungsvorganges wird das Gut während der Vortrocknungszeit t₁ bei der Trock­ nungstemperatur T₁ vorgetrocknet. Nach Ablauf der Vortrock­ nungszeit t₁ beginnt der eigentliche Regelvorgang (Bereich II). Sobald die Vortrocknungszeit t₁ abgelaufen ist, wird die Regelzeit t₂ gestartet. Wird innerhalb dieser Regelzeit t₂ das Vakuumventil im Fördergerät 5, 6 nicht aktiv, d.h. wird kein Gut in den Silo 1 nachgefüllt, so wird am Ende der Regelzeit t₂ die Trocknungstemperatur von T1 auf T2 er­ niedrigt. Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß im Be­ reich II kein solcher Saugvorgang stattgefunden hat. Dement­ sprechend ist die Trocknungstemperatur auf den niedrigen Wert T2 abgesenkt worden. Das Vakuumventil nimmt hierbei die Stel­ lung 0 ein. Die Trocknungsluft kann nun mit der niedrigeren Trocknungstemperatur getrocknet werden, weil im Silo 1 kein neues Gut nachgefüllt worden ist.

Im Bereich III in Fig. 2 ist angenommen, daß das Vakuumventil des Saugfördergerätes 5 bzw. 6 zweimal geöffnet worden ist (Stellung I), um neues Gut in den Silo 1 nachzufüllen. Sobald das Vakuumventil geöffnet wird (Stellung I), wird die Regel­ zeit t₂ erneut gestartet. Wird innerhalb dieser Regelzeit t₂ das Vakuumventil erneut aktiv, wie im angegebenen Aus­ führungsbeispiel, dann wird die Regelzeit t₂ beim erneuten Öffnen des Vakuumventiles erneut gestartet. Gleichzeitig wird die Trocknungstemperatur vom niedrigen Wert T2 wieder auf den höheren Wert T2 angehoben. Dies ist notwendig, weil nun inner­ halb der vorgegebenen Regelzeit t₂ so viel Gut in den Silo 1 nachgefüllt worden ist, daß ohne Gefahr einer Schädigung des Gutes die Trocknungstemperatur zur optimalen Trocknung des Gutes erhöht werden kann. Wird innerhalb der vorgegebenen Regelzeit t₂ das Vakuumventil nur einmal geöffnet, dann braucht die Trocknungstemperatur nicht auf den Wert T1 erhöht zu werden. In diesem Falle reicht es für eine optimale Trocknung des Gutes im Silo 1 aus, wenn die Trocknungstemperatur den geringeren Wert T2 hat. Im Bereich III erfolgt dann innerhalb der neu gestarteten Regelzeit t₂ kein erneuter Füllvorgang, d. h. das Vakuumventil wird nicht erneut geöffnet. Darum wird nach Ablauf dieser Regelzeit t₂ die Trocknungstemperatur wieder auf den geringeren Wert T2 herabgesetzt.

Im Bereich IV wird das Vakuumventil dreimal geöffnet, wobei aber die Zeitabstände zwischen den einzelnen Öffnungsvorgängen größer als die Regelzeit t₂ sind. Darum bleibt die Trocknungs­ temperatur auf dem geringeren Wert T2, braucht also nicht auf den höheren Wert T1 umgestellt zu werden. Bei jedem Öffnen des Vakuumventiles wird die Regelzeit t₂ gestartet, wie die Darstellung in Fig. 2 zeigt.

Zusammenfassend ergibt sich, daß die Regelzeit t₂ durch das Vakuumventil des Fördergerätes 5, 6 gestartet wird. Die Länge der Regelzeit t₂ ist abhängig von der Art des Gutes, vom Durchsatz der Trocknungsluft durch den Silo 1 sowie vom Durch­ satz des Gutes. Über die Regelzeit t₂ läßt sich eine opti­ male Trocknung des Gutes erreichen. Wird innerhalb der Regel­ zeit t₂ das Vakuumventil nicht erneut geöffnet, dann wird nach Ablauf dieser Regelzeit die Trocknungstemperatur auf den niedrigeren Wert T2 eingestellt. Wird jedoch innerhalb der Regelzeit t₂ das Vakuumventil erneut geöffnet, dann wird die Regelzeit t₂ erneut gestartet und hierbei die Trocknungstem­ peratur auf den höheren Wert T1 eingestellt.

In der unteren Hälfte der Fig. 2 ist eine zweite Ausführungs­ form der Trocknungstemperatur-Regelung dargestellt. Zunächst wird das Gut wiederum bei der Trocknungstemperatur T1 während der Zeit t₁ vorgetrocknet. Das Vakuumventil ist hierbei, wie beim vorigen Ausführungsbeispiel, geschlossen (Stellung 0). Nach Ablauf der Vortrocknungszeit t₁ wird die Trocknungstem­ peratur T1 beibehalten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dann das Vakuumventil des Saugfördergerätes 5 bzw. 6 in kleinen Zeitabständen dreimal geöffnet. Dies bedeutet, daß dem jeweiligen Silo verhältnismäßig viel Gut innerhalb einer vorgegebenen Zeit entnommen wird. Die Leistung ist in diesem Fall hoch und die Verweilzeit des Gutes im Silo 1 entsprechend kurz. Darum wird in diesem Fall die Trocknungstemperatur nicht abgesenkt, so daß das Gut trotz der kurzen Verweilzeit im Silo ausreichend getrocknet wird.

Erfolgt nun über einen längeren Zeitraum keine Gutentnahme mehr, dann wird die Trocknungstemperatur auf den niedrigeren Wert T2 abgesenkt. Im Gegensatz zum vorigen Ausführungsbei­ spiel erfolgt die Temperaturabsenkung kontinuierlich. Die Trocknungstemperatur kann abgesenkt werden, weil die Leistung des Saugfördergerätes klein und die Verweilzeit des Gutes im Silo 1 entsprechend lang ist. Das Gut wird darum aus­ reichend getrocknet, und eine Schädigung ist wegen der ge­ ringen Trocknungstemperatur T2 nicht zu befürchten.

So lange nur wenig Gut dem Silo 1 entnommen und dement­ sprechend auch nur geringe Mengen an Gut in den Silo nach­ gefüllt werden, bleibt die Trocknungstemperatur abgesenkt. Wird das Vakuumventil des Fördergerätes 5 bzw. 6 wieder länger und/oder in kürzeren Zeitabständen geöffnet, wird die Trocknungs­ temperatur wieder auf den Wert T1 erhöht. Diese Temperatur­ erhöhung erfolgt wieder kontinuierlich, im Gegensatz zum vorigen Ausführungsbeispiel, bei dem die Trocknungstemperatur an­ nähernd diskontinuierlich abgesenkt oder erhöht wird.

In der unteren Hälfte der Fig. 2 ist noch die Möglichkeit dar­ gestellt, daß das Gut dem Silo 1 nicht diskontinuierlich, sondern kontinuierlich über einen längeren Zeitraum entnommen wird. Im Bereich t_k ist das Vakuumventil des Fördergerätes 5 bzw. 6 geöffnet, so daß stetig Gut dem Silo 1 entnommen und entsprechend neues Gut nachgefördert wird. Die Trocknungs­ temperatur bleibt während dieser Zeit t_k auf dem höheren Wert T1, damit das neue Gut ausreichend getrocknet wird.

Wird die Gutentnahme kontinuierlich oder diskontinuierlich auf Null verringert, wird die Trocknungstemperatur kontinuier­ lich auf den Wert T2 erniedrigt.

Diese Regelung der Trocknung des Gutes hat wesentliche Vor­ teile. Die Trocknungstemperatur wird bei geringerem Durchsatz des Gutes abgesenkt, so daß das zu trocknende Gut im Silo 1 nicht thermisch beschädigt wird. Würde bei geringem Durch­ satz des Gutes die für die anfängliche Trocknung durchaus geeignete höhere Trocknungstemperatur beibehalten, dann würde sie bei geringerem Gutdurchsatz, d. h. bei längerer Verweil­ dauer des Gutes im Silo 1, das Gut thermisch schädigen. Dies wird durch die beschriebene Regelung der Trocknungstemperatur zuverlässig vermieden. Durch die vorausberechnende stufen­ weise Temperaturabsenkung bei verringertem Durchsatz des Gutes, also bei längerer Trocknungszeit, kann erheblich Energie eingespart werden. Die beschriebene Trocknungsvorrichtung kann vollautomatisch betrieben und geregelt werden. Bei einem nach neuesten technischen Möglichkeiten gebauten Trocknungssystem mit Mikroprozessorsteuerung (rechnergestützte Steuerung) sind die notwendigen Zusatzinvestitionen verhältnismäßig gering. Sie lassen sich für die entsprechende Steuerung und Regelung je nach Anlagengröße allein durch die Energieeinsparung meist in weniger als einem Jahr amortisieren, wobei die Qualitäts­ verbesserung des getrockneten Gutes nicht einmal berücksichtigt ist.

Fig. 1 zeigt schematisch die Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 14.

Abweichend vom dargestellten und beschriebenen Ausführungsbei­ spiel kann der Durchsatz des Gutes auch in den Silos bzw. Trocknungstrichtern 1 vor- oder nachgeschalteten Einrichtungen ermittelt werden. An der beschriebenen Regelung ändert sich dadurch nichts.

Claims (8)

1. Verfahren zum Trocknen von Gut, insbesondere von Kunststoff, bei dem das in einem Behältnis befindliche Gut von Trocknungsluft durchströmt wird, deren Trocknungstemperatur in Abhängigkeit vom Durchsatz des Gutes geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsluft während des Trocknungsvorganges im Kreislauf durch das Gut und die Heizeinrichtung geführt wird, daß mit der Gutentnahme bzw. dem Nachfüllvorgang eine Regelzeit (t₂) gestartet wird, und daß bei einer erneuten Gutentnahme bzw. einem erneuten Nachfüllvorgang innerhalb dieser Regelzeit (t₂) die Regelzeit (t₂) erneut gestartet und die Trocknungstemperatur (T) erhöht wird, und daß bei keiner erneuten Gutentnahme bzw. Nachfüllvorgang innerhalb der zuerst gestarteten Regelzeit (t₂) die Trocknungstemperatur (T) auf einen niedrigeren Wert (T₂) eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungstemperatur bei längerer Trocknungszeit erniedrigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungstemperatur bei geringerem Durchsatz des Gutes herabgesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungstemperatur innerhalb einer Regelzeit (t₂) geregelt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die mindestens ein Gutbehältnis aufweist, in das eine Trocknungsleitung mündet, mit einer Heizeinrichtung und mit mindestens einem Fördergerät für das Gut, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung über die Trocknungsleitung (12) und eine Rückführleitung (13) für die Trockenluft an das Gutbehältnis (1) angeschlossen ist, und daß das Fördergerät (5, 6) ein Ventil aufweist, das zum Fördern des Gutes betätigbar und das an eine Regeleinheit (14) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal des Ventils ein Zeitglied der Regeleinheit (14) startet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Zeitgliedes einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Zeitgliedes einen Temperaturregler steuert.