DE4321142A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Granulat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von Granulat und insbesondere zum Trocknen und/oder Kristallisieren von Kunststoffgranulat mit Hilfe von Mikrowellen, wozu das Granulat in einen Trocknungsbe­ hälter gefüllt, dort den Mikrowellen ausgesetzt, gegebe­ nenfalls bewegt und schließlich wieder aus dem Trocknungs­ behälter entleert wird und wobei ferner die Feuchtigkeit aus dem Trocknungsbehälter abgesaugt wird.

Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art sind seit langem bekannt. Sie erfüllen aber die in sie gesetzten Erwartungen nicht. Beim Trocknen und/oder Kristallisie­ ren von Kunststoffgranulat treten Probleme auf, die sich bisher nicht beherrschen ließen, so daß zufriedenstel­ lend arbeitende Geräte immer noch fehlen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, sicher und zuverlässig Kunststoffgranulat mit Hilfe von Mikrowellen zu trocknen und/oder zu kristal­ lisieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß im Inneren des Trocknungsbehälters ein Betriebsdruck er­ zeugt wird, der in einer Größenordnung von 0,02 bar bis 0,05 bar (absolut) liegt und daß Wärme während des Trocknungsvorganges gezielt abgezogen wird.

Mit Hilfe der genannten Merkmale ist es möglich, den Trocknungsvorgang und/oder den Kristallisationsvorgang in der gewünschten Weise zu steuern und einwandfreies trockenes Kunststoffgranulat zu erzeugen. Dies geschieht ferner schnell und mit einem nur relativ geringen Energie­ aufwand.

Zweckmäßig ist es dabei schließlich, wenn eine Wand des Trocknungsbehälters in Weiterbildung der Erfindung un­ mittelbar als Wärmetauscher mit der Umgebungsluft und / oder einem anderen Temperiermedium verwendet wird. Hierbei wird ein notwendiges Temperaturgefälle erzeugt, so daß die Feuchtigkeit aus dem Inneren des Granulates rasch an dessen Oberfläche gelangt und sodann von dort abgesaugt werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung und der Zeichnung hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher be­ schrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung und

Fig. 2 in kleinerem Maßstab eine schematische Darstel­ lung wie in Fig. 1 mit einem nachgeschalteten, zum Abkühlen des Granulats dienenden Behälter.

Ein Mikrowellentrockner 1 für Kunststoffgranulat umfaßt gemäß Fig. 1 einen dort nur schematisch dargestellten Trocknungsbehälter 2 mit einer Einfüllöffnung 3 und einer Einrichtung 4 zum Befüllen und mit einer Einrichtung 5 zum Entleeren des zu trocknenden Gutes. Die Einrichtungen 4 und 5 sind vorzugsweise mikrowellendichte Ventile wie z. B. Kugelhähne und werden mit Hilfe von Stellmotoren an­ gesteuert.

Die Einfüllöffnung 3 befindet sich gemäß Ausführungsbei­ spiel in einem Behälterdeckel 6, der zugleich als Träger für weitere Komponenten des Mikrowellentrockners 1 dient. So befindet sich ein vakuumdichtes Quarzfenster 7 in dem Behälterdeckel 6 für die in das Innere 8 des Trocknungsbe­ hälters 2 einzukoppelnden Mikrowellen, die in einem Mik­ rowellengenerator 9 erzeugt und über einen Hohlleiter 10 zum Quarzfenster 7 und von dort somit in das Innere 8 des Trocknungsbehälters 2 gelenkt werden.

Der Trocknungsbehälter 2 ist gemäß Ausführungsbeispiel ein Trockentrichter mit einem Rührwerk 11, das am Be­ hälterdeckel 6 gelagert ist und über eine mikrowellen­ dichte Wellendichtung mit einem Getriebemotor 12 verbun­ den ist. Zur thermischen Trennung (Isolierung) zwischen Rührwerk 11 und Getriebemotor 12 ist ein wassergekühltes Kühlstück 13 vorgesehen.

Zur Erzeugung eines Unterdruckes im Inneren 8 des Trock­ nungsbehälters 2 ist ein Unterdruckerzeuger 14 vorgesehen und über eine Rohrleitung 15 an den Trocknungsbehälter 2 angeschlossen.

Das zu trocknende Granulat 16 wird mit Hilfe einer Förder­ einrichtung 17 durch die zum Befüllen dienende Einrichtung 4 in den Trocknungsbehälter 2 transportiert und nach dem Trocknen z. B. in einen Auffangtrichter 18 über die zum Entleeren dienende Einrichtung 5 abgegeben.

Eine Füllstandssonde 19 und ein Temperatursonde 20 sind am Trocknungsbehälter 2 angeordnet und tragen zur automa­ tischen Steuerung des Mikrowellentrockners 1 bei.

Der Mikrowellentrockner 1 arbeitet gemäß folgendem Ver­ fahren.

Nach Abschluß der Förderung sind die Einrichtungen 4 und 5 zum Befüllen bzw. zum Entleeren jeweils geschlossen und der Unterdruckerzeuger 14 evakuiert den Trocknungsbehälter 2 bis zu einem Unterdruck von 0,05 bar. Wenn ein derarti­ ger Betriebsdruck erreicht ist, kann der Mikrowellengene­ rator 9 gefahrlos zugeschaltet werden, so daß Mikrowel­ len in das Innere 8 des Trocknungsbehälters 2 gelangen. Die eingeleitete Mikrowellenenergie erwärmt das Granulat 16 bis zu einer mit Hilfe des Temperaturfühlers 19 vor­ einstellbaren Temperatur. Diese Temperatur entspricht in etwa der für das Granulat üblichen Trocknungstemperatur.

Aufgrund von zusätzlichen Materialbewegungen durch das Rührwerk 11 wird eine gleichmäßiger Erwärmung des Granu­ lates 16 erzielt. Nach Erreichen der voreingestellten Tem­ peratur wird der Mikrowellengenerator 9 abgeschaltet. Das bis zu diesem Zeitpunkt auf 0,05 bar begrenzte Vakuum wird noch weiter bis zur vollen Leistung des Unterdruckerzeu­ gers 14 abgesenkt. In der Praxis stellt sich dann ein Be­ triebsdruck von 0,02 bar ein. Der Unterdruckerzeuger 14 saugt außer der im Inneren 8 des Trocknungsbehälters 2 befindlichen Luft auch die aus dem Granulat 16 austretende Feuchtigkeit ab.

Im Gegensatz zu konventionellen Granulattrocknern, die eine geringfügig höhere Temperatur im Bereich der Granu­ latoberfläche erzeugen als im Granulatinneren, ist das im Mikrowellentrockner 1 erwärmte Granulat 16 innen etwas wärmer als an seiner Oberfläche. Dadurch entsteht im Granulatinneren ein erhöhter Wasserdampf-Partialdruck, der die Feuchtigkeit aus dem Granulat herausdrückt. Dieser Temperaturunterschied von innen nach außen gleicht sich aber nach einer gewissen Zeit wieder aus und es stellt sich dann eine Trocknungsgeschwindigkeit wie bei konventionellen Granulattrocknern ein.

Um eine erhöhte Trocknungsgeschwindigkeit über die gesam­ te Trocknungszeit zu erreichen, wird Wärme gezielt gemäß Pfeil 33 (Fig. 1) vom Trocknungsbehälter 2 abgezogen. Dies geschieht gemäß Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Trocknungsbehälter 2 nicht isoliert wird, so daß ein erwünschter Wärmeabfluß vom Granulat 16 hin her möglich ist. Die Behälterwand 21 des Trocknungsbehälters 2 wirkt dabei wie ein Wärmetauscher mit einem Temperiermedium bzw. mit der Umgebungsluft, an die die Wärme abgegeben wird.

Um den Wärmeabfluß dann jedoch wieder zu ersetzen, wird erneut Mikrowellenenergie impulsweise in das Granulat 16 eingeleitet. Dadurch ist gewährleistet, daß immer wieder ein Temperaturgefälle zwischen dem Inneren des Granulates 16 und der Granulatoberfläche besteht. Die impulsweise erfolgende Mikrowelleneinleitung wird dabei von der Tem­ peratursonde 20 gesteuert.

Nach Ablauf einer voreingestellten Trocknungszeit wird schließlich der Mikrowellengenerator 9 abgeschaltet, wo­ raufhin das Granulat 16 auch unter Beibehaltung des Unter­ druckes je nach Bedarfsfall bis zu einer unbedenklichen
Temperatur gekühlt wird. So erfolgt z. B. die Trocknung von Polyamidgranulat im Vakuum bei 120°C, während die Abgabe an die Atmosphärenluft erst bei 80°C erfolgen kann, da sonst eine thermische Schädigung des Granulates erfolgen würde.

Nach der Abschaltung des Unterdruckes wird schließlich das getrocknete Granulat über die Einrichtung 5 abgege­ ben.

Der Mikrowellentrockner 1 gemäß Fig. 1 ist ein diskonti­ nuierlich arbeitendes Gerät. Der Gesamttrocknungszyklus erfolgt in einem einzigen Trocknungsbehälter, der gemäß Ausführungsbeispiel ein Trockentrichter ist. Eine Lei­ stungssteigerung in Form einer annähernd kontinuierlichen Arbeitsweise ist mit Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung möglich.

Der Grundaufbau der Vorrichtung 22 gemäß Fig. 2 ist zu­ nächst identisch gleich wie bei dem in Fig. 1 dargestell­ ten Mikrowellentrockner 1. Bezüglich des Mikrowellentrock­ ners 1 bestehen also keine Unterschiede. Zur Erzielung eines annähernd kontinuierlichen Trocknungsprozesses weist die Vorrichtung 22 jedoch zusätzlich noch einen weiteren, zum Abkühlen des Granulates 16 dienenden Behälter 23 auf. Dieser Behälter 23 ist unmittelbar dem Trocknungsbehälter 2 an dessen zum Entleeren dienenden Einrichtung 5 nachge­ schaltet und in seinem Inneren 24 herrscht vorzugsweise ebenfalls ein Unterdruck wie in dem Trocknungsbehälter 2. Jeweils eine Rohrleitung 25 bzw. 26 führt zu diesem Zweck von dem Unterdruckerzeuger 14 zu dem Trocknungsbe­ hälter 2 bzw. zu dem zum Abkühlen dienenden Behälter 23.

Der zum Abkühlen dienende Behälter 23 ist zweckmäßigerweise ebenfalls mit einem Rührwerk 27 versehen, das von einem Getriebemotor 28 in Drehung versetzt wird. Der Getriebe­ motor 28 ist auf einem Behälterdeckel 29 angeflanscht, durch das sowohl eine Antriebswelle 30 für das Rührwerk 27 als auch ein Einfüllrohr 31 greifen, das die Einrich­ tung 5 zum Entleeren des Trocknungsbehälters 2 mit dem Inneren 24 des zum Abkühlen dienenden Behälters 23 ver­ bindet.

Der Behälter 23 zum Abkühlen weist schließlich an seinem bodenseitigen Ende noch eine eigene, zum Entleeren die­ nende Einrichtung 32 auf, von der in Fig. 2 weitere, hier jedoch nicht interessierende Details dargestellt sind.

Sowohl der Trocknungsbehälter 2 als auch der zum Abküh­ len dienende Behälter 23 sind teils zylindrisch und teils konisch und besitzen vorzugsweise auch dasselbe Volumen.

Sobald der zum Abkühlen dienende Behälter 23 mit dem heißen Granulat aus dem Trocknungsbehälter 2 gefüllt ist, wird das Ventil bzw. die Einrichtung 5 geschlossen, so daß der Trocknungsbehälter 2 erneut befüllt werden kann.

Daraufhin wird auch wieder ein Unterdruck in dem Trock­ nungsbehälter 2 erzeugt, so daß der nächste Trocknungsvor­ gang bereits eingeleitet werden kann, noch bevor das Gra­ nulat in dem zum Abkühlen dienenden Behälter 23 vollstän­ dig abgekühlt ist. Durch die Verwendung eines Trocknungs­ behälters 2 und eines zum Abkühlen dienenden Behälters 23 lassen sich dadurch gleichsam kontinuierliche Arbeits­ abläufe erzielen.

Das erfindungsgemäße Trocknungsverfahren ist materialscho­ nend und zeitsparend. Das Kunststoffgranulat trocknet sehr schnell, da es gelungen ist, ein Temperaturgefälle zwi­ schen dem Inneren und der Oberfläche des Granulats auf­ rechtzuerhalten, weil der Trocknungsbehälter selbst küh­ ler ist als das Granulat in seinem Inneren und daher ein eindeutiger Temperaturgradient gegeben ist. Mikrowellen­ energie kann allerdings jeweils nur kurzfristig und somit pulsierend zugeführt werden. Anderenfalls würde sehr rasch der Schmelzpunkt oder Schmelzbereich des Kunststoffgranu­ lates erreicht oder es würde zu einer thermischen Schädi­ gung der Moleküle kommen. Sowohl die maximal erzielbare Temperatur als auch die Dauer sind jeweils produktabhän­ gig.

Die Verwendung des Vakuums stellt einen Verfahrensvorteil dar, weil die Trockenlufttrocknung entfällt. Es sind so­ mit keine zusätzlichen Trockenluftaggregate erforderlich. Auch kann bei Vakuum mit höheren Temperaturen gearbeitet werden, ohne daß eine Oxydation eintritt. Auch ist es mög­ lich, staubhaltige oder starke staubhaltige Produkte zu trocknen. Grundsätzlich Gleiches gilt auch für Pulver.

Die Vakuumdichtheit des Mikrowellentrockners ist schließ­ lich ein Indiz für seine Mikrowellendichtheit. Wenn der Betriebsdruck im Trocknungsbehälter daher eine Größenord­ nung von 0,05 bar überschreitet, schaltet der Mikrowellen­ generator 9 aus Sicherheitsgründen ab.

Die Verwendung von Mikrowellen dient schließlich nicht nur zum Trocknen von Kunststoffgranulat, sondern auch zum Kristallisieren.

Claims (11)

1. Verfahren zum Trocknen von Granulat und insbesondere zum Trocknen und/oder Kristallisieren von Kunststoff­ granulat mit Hilfe von Mikrowellen, wozu das Granu­ lat (16) in einen Trocknungsbehälter (2) gefüllt, dort den Mikrowellen ausgesetzt, gegebenenfalls be­ wegt und schließlich wieder aus dem Trocknungsbehäl­ ter (2) entleert wird und wobei ferner die Feuchtig­ keit aus dem Trocknungsbehälter (2) abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ein Unterdruck im Inneren (8) des Trocknungsbe­ hälters (2) erzeugt wird, und daß
• b) Wärme gezielt abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme von dem Trocknungsbehälter (2) abge­ zogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betriebsdruck im Inneren (8) des Trocknungs­ behälters (2) erzeugt wird, der in einer Größenord­ nung von 0,02 bar bis 0,05 bar liegt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand/ Behälterwand (21) des Trocknungsbehälters (2) als Wärmetauscher mit einem Temperiermedium verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand/Be­ hälterwand (21) des Trocknungsbehälters (2) als Wärmetauscher mit der Umgebungsluft verwendet wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung und Einkopplung (Einspeisung) der Mikrowellen bei einem Betriebsdruck von 0,02 bar bis 0,05 bar er­ folgt und bei einem Betriebsdruck von mehr als 0,05 bar unterbrochen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mikrowellen­ energie zur Erhaltung eines Temperaturgefälles zwi­ schen Granulatmitte und Granulatoberfläche nach dem Erreichen der maximalen Heiztemperatur impulsweise eingeleitet wird.

8. Mikrowellentrockner zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Trocknungsbehälter (2) sowie eine Einrich­ tung (4) zum Befüllen und eine Einrichtung (5) zum Entleeren des zu trocknenden Gutes vorgesehen sind und ferner mindestens je ein Mikrowellengenerator (9) und eine Vorrichtung zum Entfernen von Luftfeuchtig­ keit aus dem Trocknungsbehälter (2) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterdruckerzeuger (14) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe ein Betriebs­ druck in der Größenordnung von 0,02 bar erzielbar ist und daß der Trocknungsbehälter (2) derart vorgesehen ist, daß er zugleich als Wärmetauscher zwischen dem in seinem Inneren (8) befindlichen Granulat (16) und der Umgebungsluft dient.

9. Mikrowellentrockner nach Anspruch 8, dadurch- gekenn­ zeichnet, daß dem Trocknungsbehälter (2) ein zum Ab­ kühlen des Granulates (16) dienender Behälter (23) nachgeordnet ist.

10. Mikrowellentrockner nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgeordnete Behälter (23) an den Unterdrucker­ zeuger (14) angeschlossen ist.

11. Mikrowellentrockner nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgeordnete Behälter (23) ein Rührwerk (27) auf­ weist.