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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
der konventionellen Fabrikation von textilem Beschickungsgut, insbesondere
von in Ballen gepresster Baumwolle, treten oft zahlreiche Probleme
gesundheitlicher, technischer und wirtschaftlicher Art auf.
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In
der EP -A1- 0 275 812 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Konditionieren von in Ballen verpackten Materialien vorgeschlagen.
Die Hauptaufgabe der dort beschriebenen Erfindung besteht in der
Vereinfachung der weiteren Verarbeitung von Wollfasern in einem
Set zum Lagern und/oder für
den Transport. Die vorgeschlagene spezielle Vorrichtung presst mindestens
zwei Sonden auf gegenüberliegenden
Seiten in den Ballen und lässt über eine
Vielzahl von Öffnungen
in den Sonden trockenen Dampf einströmen. Der Dampf strömt unter
Druck in den Ballen hinein. Die Temperatur des Dampfes beträgt 105°C, der Druck
beträgt
45 kPa und die Prozesszeit ist 180 Sekunden. Ein zweiter Schritt
sieht vor, komprimierte gesättigte
Luft mit einer Temperatur von 50° bis
65° C in
den Ballen einzuführen,
bei einem Druck von bis zu 300 kPa mit Mitteln eines fiktiven Flüssig Ring
Kompressors („nicht
bekannt" sic!).
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Dieser
spezielle Vorschlag weist verschiedene Nachteile auf. Ein in freier
Umgebung ablaufender Prozess, der Gas in ein Set einströmen lässt, verursacht
einen grossen Energieverlust und erreicht nie einen homogenen Effekt
im Ballen. Die hohen Drücke
auf das Set erfordert die Entwicklung kostspieliger Kompressoren und
einen teuren Unterhalt. Die Vorrichtung vermag keine hygienischen
Probleme zu lösen,
die in anschliessenden Prozessen zur Herstellung von Textilien auftreten.
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Diese
Probleme beinhalten die Entstehung von gesundheitsbedrohenden Pilzen,
insbesondere Aflatoxinen in den Blättern (Tragblätter von
Blüten);
ungenügende
Feuchtigkeit für
nachfolgende Behandlungsschritte; und ein nicht kontrollierbares
Verhalten des gelieferten Materials in der Bearbeitungsvorrichtung
oder Entkörnungsmaschine
vor der anschliessenden Bearbeitung in Abhängigkeit von der Qualität der Baumwollentkörnung, von
den früheren
Lagerbedingungen, von den Pressbedingungen und dem Feuchtigkeitsgehalt.
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Versuche
zur Vorbehandlung des Beschickungsguts blieben aus technischen und/oder
wirtschaftlichen Gründen
erfolglos.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zu schaffen, das gesundheitliche und technische Probleme löst, die
bei bekannten Verfahren zur Fabrikation von textilem Beschickungsgut aufgetreten
sind.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben,
das eine Qualitätsverbesserung von
gesponnenem Garn und damit eine höhere Ausbeute erlaubt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Aufbereitung von textilem Beschickungsgut anzugeben, das reproduzierbar
und effizient ist und das ein Beschickungsgut erzeugt, das in seinen
biologischen Aktivitäten
eingeschränkt
ist, insbesondere in der Weise, dass sich nur beschränkt Schimmelpilz
bilden kann, sogar dann, wenn eine neue Kontamination von sich in
der Luft befindlichen Sporen auftritt.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Die
erwähnten
und andere Ziele der Erfindung werden erreicht durch eine Wärmebehandlung
des Beschickungsguts in gepresstem Zustand, zum Beispiel im Ballen.
Mit einer speziellen kontinuierlichen Wärmebehandlung des Ballens wird
gleichzeitig eine mindestens partielle Sterilisation und eine Konditionierung
des Beschickungsguts erreicht.
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Die
Wärmebehandlung
gemäss
der vorliegenden Erfindung sieht vor, das Beschickungsgut in einer Behandlungskammer
zu platzieren und das Beschickungsgut einer Vielzahl von Behandlungszyklen
zu unterziehen, mit Evakuation der Kammer durch Druckreduzierung,
mit Einwirkung von Dampf auf das Beschickungsgut während einer
Behandlungsperiode, damit der Dampf in das Innere des Ballens eindringen
kann. Es werden mindestens 4, vorzugsweise 5 Behandlungszyklen durchgeführt.
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Die
Wärmebehandlung
kann mit einer Art teilweiser Konditionierung (abwechslungsweise
Evakuation und Dampfzuführung
mit Haltezeiten) durchgeführt
werden, wofür
konventionelle Behandlungssysteme eingesetzt werden können, wie
sie von der Firma Xorella AG, CH-5430 Wettingen (Schweiz) unter
der Marke CONTEXXOR vertrieben werden.
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Überraschend
wurde festgestellt, dass die vorliegende Erfindung es ermöglicht,
einen stark gepressten Baumwollballen in wirtschaftlich vernünftiger
Zeit und mit einem wirtschaftlich vernünftigen Energieaufwand erfolgreich
zu be handeln. Die Behandlungsvorrichtung wird vorzugsweise gemäss WO 98121390
und US-Patent No. 6,094,840 betrieben.
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Es
wurde festgestellt, dass ein fünfstufiger
Prozess schliesslich eine Temperatur von in etwa 80° im Inneren
des Ballen liefert. Höhere
Ballentemperaturen können
wünschbar
sein oder angewendet werden, wenn eine Sterilisation oder Zerstörung von
biologischem Material erforderlich ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Ein
besseres Verständnis
der Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung der Erfindung
in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen erreicht:
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1a–c zeigen
die Struktur und die Platzierung von Temperaturproben für Testzwecke
in einem Baumwollballen
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Es
ist bekannt, dass die Konditionierung von textilem Beschickungsgut,
und insbesondere beim Konditionieren durch Dampfbehandlung, die
Prozessfähigkeit
und die Qualität
der resultierenden Erzeugnisse verbessert. Konditionierte Strickgarne
weisen eine geringere ungewickelte Spannung auf und haben eine weichere
Qualität
als unbehandelte Garne, was die Nadelabnutzung reduziert. Ferner
wird die Konsistenz der fertigen Produkte verbessert, was zu einer
Reduktion von herumfliegenden Fusseln und Fasern führt. Webprozesse mit
derart konditionierten Garnen haben weniger Unterbrüche, eine
bessere Qualität
bezüglich
Stärke
und Dehnbarkeit und liefern weichere Stoffe. Ebenso erfahren die Stoffe
eine Verbesserung der Effizienz der Näharbeit, indem weniger Nadeln
brechen und deren Abnutzung reduziert wird. Während konventionelle Konditionierungsbehandlungen
bei Garnen und Fäden
angewendet werden, liefert die vorliegende Erfindung eine verbesserte
Methode für
solche generellen Wärmebehandlungen
und ist von besonderem Vorteil im Zusammenhang mit Baumwolle, die
gemäss
der Erfindung im Ballen behandelt werden kann, und weniger in Form von
Garn oder fertigen Stoffen, was die Effizienz der Behandlung erhöht. Durch
die Anwendung einer wiederholten Prozedur mit Evakuation und Dampfzuführung auf
den ganzen Ballen kann die Behandlung in wirtschaftlicher Weise
erfolgen.
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Generell
sieht die vorliegende Prozedur vor, den Baumwollballen in einem
geschlossenen Behälter
zu behandeln und den Behälter
auf einen reduzierten Druck im Bereich von ca. 50 bis 200 mbar zu
evakuieren. Dann wird Dampf eingebracht, wobei der Dampf den Ballen
für eine
typische Behandlungsdauer zwischen 5 und 15 Minuten durchdringt
und wobei während
dieser Zeit der Dampf die Innentemperatur des Ballens auf ungefähr 60° bis 80° C bringt.
Der Behälter
wird anschliessend wieder evakuiert, der verbleibende Dampf gleichzeitig
abgezogen und ausserhalb des Behälters
kondensiert, und dann die Prozedur wiederholt. Vorzugsweise wird
das Material mindestens 4 Dampfzyklen unterzogen. Nach Abschluss
der Behandlung wird der Baumwollballen aus dem Behälter entnommen.
Nach einer angemessenen Abkühlungsperiode,
während
der ein kleiner Teil der verbleibenden Feuchtigkeit verdampft, kann
der Ballen für
den Versand eingewickelt werden.
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Jeder
Schritt der Behandlung mit Dampf kann eine gewählte Dauer in der Grössenordnung
von 5 Minuten umfassen, in wel cher die Innentemperatur des Ballens
typischerweise zwischen 60° und
80° C erreicht, wobei
die Ballentemperatur mit jedem Dampfzyklus ansteigt. Eine abschliessende
Innentemperatur von 80° C wird
bevorzugt, um die Vernichtung oder Elimination von Bakterien und/oder
Schimmelpilzen zu gewährleisten. Die Überwachung
der Ballentemperatur kann mit Temperatursensor-Proben erfolgen,
unter Berücksichtigung der
Dauer der Behandlungsschritte, welche durch die Innentemperatur
des Ballens bestimmt wird. Ebenso muss das verwendete Vakuum im
Bereich von ca. 50 bis 200 mbar liegen, wobei der höchste Wert
typischerweise beim ersten Behandlungsschritt auftritt. Vakuums
von 50, 200, 2000 und 200 mbar für
einen Prozess mit 5 Zyklen sind akzeptabel, wobei das Vakuum in
erster Linie das tiefe Eindringen des Dampfes in den Ballen erleichtert
und so den Wärmetransfer
zwischen dem Dampf und dem Ballen fördert. Die gesamte Prozessdauer,
umfassend die Zeit für
die Behandlungsschritte und die Zeit zur Re-Evakuation des Behälters zwischen
den Behandlungsschritten, liegt bei weniger als 2 Stunden.
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Das
Verfahren kann in einer an sich bekannten Vakuum-Dampfkammer durchgeführt werden, welche ein im Inneren
angeordnetes Wasserbad aufweist, das zur Erzeugung des Dampfes aufgeheizt
wird. Alternativ kann der Dampf auch ausserhalb der Kammer erzeugt
und der evakuierten Kammer über
eine geeignete Rohrleitung mit Ventil zugeführt werden. An sich bekannte
Vakuumpumpen und Kondensatoren erzeugen das Vakuum und saugen am
Ende eines Dampfzyklus den verbleibenden Wasserdampf ab. Wenn statt
einem geheizten Wasserbad eine externe Dampfquelle verwendet wird,
kann es vorteilhaft sein, eine Ableitung vorzusehen, um das Kondensat
abzuführen,
bevor oder während
das Vakuum erzeugt wird.
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Die
folgenden Angaben zeigen eine Serie von Tests, die gemäss der Erfindung
durchgeführt
wurden und die beispielhaft für
die in diesem Zusammenhang zu verwendenden Parameter sind.
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Ein
Ballen mit den Abmessungen 1380 × 530 × 900 mm, einem Volumen V =
660 cm3, einem Gewicht G von ca. 250 kg
und einer Dichte von y = 0.38 kg/dm3 wurde
einer Behandlung gemäss
der vorliegenden Erfindung unterzogen. Temperaturproben wurden an
verschiedenen Stellen innerhalb des Ballens gemäss 1a–1c eingesetzt.
Für den
Behandlungsprozess wurde eine Xorella CONTEXXOR Einheit mit einem Volumen
von 10.2 m3 verwendet.
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Der
Ballen wurde einem Dampf/Evakuations-Programm mit vier Vakuumzyklen
wie folgt unterzogen: Dampf-Programm
| 1.
Vakuum: | 050
mbar = 95 % |
| 1.
Zyklus: | T1
= 600°C – 5 min. |
Start 1. Zyklus mit leerem Verdampfer, oder mit
kaltem Wasserbad.
| 2.
Vakuum: | 100
mbar = 90 % |
| 2.
Zyklus: | T2
= 70°C – 5 min. |
| | |
| 3.
Vakuum: | 100
mbar = 90% |
| 3.
Zyklus: | T3
= 80°C – 10 min |
| | |
| 4.
Vakuum: | 200
mbar = 80% |
| 4.
Zyklus: | T4
= 80°C – 15 min. |
| | |
| Gesamtzeit: | approx.
100 Minuten |
Gewichtszunahme
eines Ballen mit 4 Messproben und Palette:
| Vor
Konditionierung: | 258.60
kg = 100% Gewicht |
| 5 Minuten
nach Konditionierung: | 268.90
kg = + 3.98% Gewichtszunahme. |
| 90
Minuten nach Konditionierung: | 267.40
kg = + 3.40% Gewichtszunahme. |
| Gewicht
der Messproben | 1.25kg. |
| Gewicht
der Palette: | 14.35
kg. |
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Nach
einer Abkühlungszeit
von 90 Minuten wurden die Messproben entfernt und der Ballen mit
einem Paletten-Binder
in eine Folie eingewickelt. In der Praxis dauert es ca. 1 bis 1½ Stunden,
bis die Ballen verpackt werden können.
Eine Gewichtszunahme von 3.0% bis maximal ca. 3.2% kann daher erwartet
werden.
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Bemerkungen
zum Testverfahren
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Der
Test wurde irrtümlicherweise
in 2 Phasen aufgeteilt, weil nach dem Start und nach dem ersten
Zyklus der Prozessor (CPU) nach einer Software Intervention ausfiel.
Nach dem ersten Zyklus (96%, 60° C – 5 min.)
und nach Erreichen des ersten zwischenzeitlichen Vakuums stoppte
das Programm, als die Heizung eingeschaltet wurde; und der Verdampfer
wurde geöffnet.
Hierauf wurde der Prozess erneut gestartet.
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Der
Prozess wurde nach Behebung der obengenannten Fehler gestartet.
Das Programm lief gemäss den
vorgewählten
Prozessschritten ab. Im Allgemeinen hatte die Phase 1 keinen Einfluss
auf die Testparameter. Dieser Test kann als normales Dampfprogramm
mit 4 Zyklen mit einem Vorwärm-Programm
bewertet werden.
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Vakuum
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Das
Vakuum zu Beginn betrug 50 mbar = 95% des normalen Vakuums und wurde
mit einem Gasstrahl über
eine Düse
an der Vakuumpumpe erzeugt. Der Gasstrahl wurde nicht eingeschaltet
bevor das Vakuum 90% erreicht hatte.
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Das
Zwischenvakuum bis zu 100 mbar wurde mit einem Tube Bank Kondensator
an der Vakuumpumpe erzeugt.
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Messpunkt
MP1 erreichte die Einstelltemperatur T1 = 60° C nach dem ersten Zyklus und
folgte in den anschliessenden Zyklen den voreingestellten Temperaturen.
Nach dem ersten Zyklus war der Dampf bis zu einer Tiefe von 100
mm eingedrungen.
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Die
Temperaturen in Tiefen von 150 und 200 mm für die Messpunkte MP 2 bzw.
MP 3 begannen während
der Aufwärm-Phase
des zweiten Vakuum-Zyklus bedeutend anzusteigen bis zur Einstelltemperatur
T2 = 70° C,
obwohl die eingestellten Temperaturen noch nicht erreicht waren.
Die Einstelltemperatur T = 80° C
von Messpunkt MP 2 wurde bei einer Tiefe von 150 mm bis zur Haltephase
des dritten Vakuumzyklus nicht erreicht.
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Die
eingestellte Temperatur T = 80° C
des Messpunktes MP 3 in 200 mm Tiefe wurde während des vierten Vakuum-Zyklus
erreicht. In diesem Zeitpunkt war der Dampf bis in eine Tiefe von
ca. 200 mm eingedrungen.
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Der
Temperaturanstieg am Messpunkt MP 4 im Inneren des Ballens war langsam.
Die Temperatur stieg pro Minute um durchschnittlich 0.75° C. Der Temperaturanstieg
war jedoch am Ende eines jeden Vakuum-Zyklus steiler, weil die Dampfpenetration
durch das zwischenzeitliche Vakuum beschleunigt wird.
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Die
Einstelltemperatur am Messpunkt MP 4 wurde 10 Minuten nach Erreichen
der Temperatur des vierten Zyklus erreicht.
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Die
Dampfpenetration ist theoretisch vollständig, wenn die Einstelltemperatur
T4 = 80° C
im Inneren des Ballen erreicht wird. Eine Verlängerung der Dampfzuführung erhöht die Feuchtigkeit
nicht, weil dann der ganze Ballen auf eine Temperatur von 80° C aufgeheizt
ist.
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Gewichtsverlust
nach dem Verpacken
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Nach
einer Abkühlungszeit
von 90 Minuten wurden die Messproben entfernt und der Ballen zur
Lagerung mit einem Paletten-Binder in Folie eingewickelt. Zu diesem
Zeitpunkt war die Temperatur im Inneren des Ballens noch hoch, wie
folgende Ablesungen zeigen:
| Messpunkt
MP 1: | 70°C |
| Messpunkt
MP 2: | 76°C |
| Messpunkt
MP 3,4: | 78°C |
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Gewichtsverlust
des verpackten Ballens No. 1 inkl. Palette
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Der
Gewichtsverlust des verpackten Ballens betrug nach 2 Wochen Lagerung
0.3% gegenüber
dem ursprünglichen
Gewicht von 267.45 kg. In den folgenden Wochen gab es keine Gewichtsänderung
mehr.
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In
der Annahme, dass die Einwickelfolie luftundurchlässig ist,
werden keine weiteren Gewichtsverluste erwartet. Der obengenannte
Gewichtsverlust von 0.80 kg schliesst denjenigen der Holzpalette
mit einem Gewicht von ca. 15 kg ein. Der Dampf erhöhte das
Gewicht der Palette um ca. 4% = 0.60 kg zusätzlichen Wasseranteil, welcher
während
der Lagerung verdunstete.
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Wenn
dieser Gewichtsverlust der Palette von ca. 0.60 kg vom totalen Gewichtsverlust
abgezogen wird, ist der der Folie zuzuschreibende Gewichtsverlust
von nur 0.20 kg bzw. 0.075% praktisch vernachlässigbar Ansammlung Kondensat
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Nach
2 Stunden Abkühlungszeit
wird innerhalb der Verpackungsfolie ein Kondensatfilm gebildet,
welcher sich ca. 2 Tage später
zu Wassertropfen konsolidiert hat. Diese Wassertropfen waren noch
2 Tage später klar
sichtbar; sie waren aber 8 Tage nach dem Verpacken, als die Gewichtsmessung
vorgenommen wurde, nicht mehr sichtbar.
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Die
Baumwollballen kühlten
innerhalb von ungefähr
4 Tagen ab, als die Verdampfung beendet war und die Baumwollballen
die Kondensattropfen reabsorbierten. Baumwolle kann bis zu ungefähr 15% seines
eigenen Gewichtes an Feuchtigkeit absorbieren, bei einer Luftfeuchtigkeit
von 100.
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Die
Dampfpenetration kann beschleunigt werden, indem die Temperatur
so rasch wie möglich
auf den Einstellwert von 80° C
erhöht
wird, nachdem ein Vakuum von 100 mbar erreicht worden ist. Weil
Dampf einen Dampfsättigungsgrad
von ca. 450 mbar bei 80° C
hat, beträgt
das Druckdifferential dann 450 – 100
= 350 mbar; dies macht das Eindringen von Dampf in den Ballen effizienter
und beschleunigt diesen Vorgang.
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Theoretische
Betrachtungen
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Die
Gewichtszunahme nach der Dampfphase betrug 3.98. Diese Tatsache
allein begründet,
dass 100% der Ballenmasse durch den Dampf aufgeheizt wurden.
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Die
theoretische Gewichtszunahme wird auf Basis der gegebenen Daten
wie folgt berechnet:
| Nettogewicht
des Ballens: | G
= 250.00 kg |
| Spezifische
Wärmekapazität von Baumwolle: | c
= 1.3 kJ/kg°C |
| Temperaturdifferential: | ΔT = 80° – 20° = 60°C |
| Verdampfungswärme von
Dampf: | r
= 2350 kJ/kg steam |
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Notwendige
thermische Energie Q, um Baumwollballen auf 80° C aufzuheizen: Q
= c × G × ΔT Q = 1.3×250×60 = 19,500
kJ
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Der
Ballen wird mit gesättigtem
Dampf aufgeheizt. Der Dampf überträgt seine
Verdampfungswärme durch
Kondensation auf die Baumwolle. Baumwolle ist hygroskopisch und
kann bei 20° C
bis zu 18% ihres Gewichts an Feuchtigkeit aufnehmen. Weil die Baumwolle
das Kondensat absorbiert, nimmt ihr Gewicht entsprechend der Menge
des erforderlichen Dampfes zu.
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Mit
einer Verdampfungswärme
von r = 2309 kJ pro Kilogramm Dampf ist die folgende Menge D an Dampf
erforderlich: D = Q/r D
= 19,500/2350 = 8.29 kg Dampf
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Somit
sind 8.29 kg Dampf notwendig, um den Baumwollballen auf 80° C zu erwärmen. Der
Dampf kondensiert dann in 8.29 kg Wasser, welches von der Baumwolle
absorbiert wird. Diese Gewichtszunahme von 8.29 kg entspricht einer
Zunahme von 3.32%.
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Weil
die obige Rechnung den ursprünglichen
Feuchtigkeitsgehalt von ca. 6% nicht berücksichtigt, ist die tatsächliche
Gewichtszunahme um ca. 13% höher
als berechnet, das heisst ca. 3.75%. Die Differenz zwischen diesem
Wert und der gemessenen Gewichtszunahme von 3.93% – welche
grösser
ist als theoretisch berechnet wurde – ist der Genauigkeit der Gewichtsmessung
mit einer Toleranz von +/– 0.2
kg und den physikalischen Daten zuzuschreiben.
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In
einem zweiten Test in Übereinstimmung
mit der Erfindung wurde ein Ballen einer 5 Zyklen umfassenden Prozedur
mit den folgenden Bedingungen unterworfen: Dampf
- Programm:
| 1.
Zyklus: | T1
= 80°C – 2 min |
Start 1. Zyklus mit leerem Verdampfer, oder mit
kaltem Wasserbad.
| 2.
Vakuum: | 200
mbar = 80% |
| 2.
Zyklus: | T2
= 80°C – 5 min |
| | |
| 3.
Vakuum: | 200
mbar = 80 % |
| 3.
Zyklus: | T3
= 80°C – 5min |
| | |
| 4.
Vakuum: | 200
mbar = 80% |
| 4.
Zyklus: | T4
= 80° C – 7 min |
| | |
| 5.
Vakuum: | 200
mbar = 80% |
| 5.
Zyklus: | T5
= 80° C – 9 min |
| | |
| Gesamtzeit: | ca.
100 min. |
Gewichtszunahme
eines Ballen mit Messproben und Palette:
| Vor
Konditionierung: | 260.80
kg = 100 % Gewicht |
| 5 Minuten
nach Konditionierung: | 270.15
kg = 3.58 Gewichtszunahme. |
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Nach
ca. 10 Minuten wurde der Ballen mit den Proben und der Palette in
eine Folie eingewickelt.
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Abkühlung des
eingewickelten Ballens
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1c zeigt
eine Anordnung der Temperaturproben an den einzelnen Messpunkten.
Die Kühlungstemperaturen
liessen sich wie folgt herauslesen:
| Nach
1 Tag: | MP
2, 3, 4 im Inneren 50°C |
| | MP
1 ausserhalb 45°C |
| Nach
2 Tagen: | MP
2, 3, 4 im Inneren 35°C |
| | MP
1 ausserhalb 32°C |
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Bemerkungen zur Testprozedur
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Kontrollsystem
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Unter
OP 5 wurde ein 1-Zyklus Programm mit T = 80° C für 99 Minuten programmiert.
Während
der Haltezeit von 99 Minuten wurde die Vakuumpumpe von Hand ein-
und ausgeschaltet. Jeder Zyklus wurde solange aufrechterhalten,
bis eindeutig festgestellt wurde, dass die Temperatur an den Messpunkten
1 bis 4 sich veränderte
oder unverändert
blieb.
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Vakuum
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Startup Vakuum - 50 mbar
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Das
Startup Vakuum von 50 mbar = 95% wurde mit einem Gasstrahl über eine
Düse an
der Vakuumpumpe erzeugt. Der Gasstrahl wurde nicht eingeschaltet,
bevor das Vakuum 90% erreicht hatte. Die Zeit zum Erreichen des
richtigen Vakuums mit einem kalten Wasserbad war mit 15 Minuten
ziemlich lang. Entsprechend der Berechnung (t = 60 × V/S × In p1/p2
= 60 × 10,2/400 × 3 = 5)
sollte das Vakuum innerhalb von ca. 5 Minuten erreicht werden. Mit
einer Wasserkühltemperatur
von 15° C
und Trockenluft-Extraktion waren die Betriebsbedingungen für die Vakuumpumpe
optimal. Die benötigte
lange Zeit dürfte
auf Lecks im Verdampfer oder auf ungenügende Leistung der Vakuumpumpe
zurückzuführen sein.
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Zwischenvakumm - 200 mbar
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Das
Zwischenvakuum bis zu 200 mbar wurde mit einem Tube Bank Kondensator
an der Vakuumpumpe erzeugt. Die ersten zwei Vakuen nach dem 1. und
dem 2. Zyklus dauerten 7 Minuten und 8 – 9 Minuten nach dem 3. und
dem 4. Zyklus. Der Grund für
die längere
Vakuumzeit nach dem 3. und dem 4. Zyklus lag darin, dass Teile der
Ballenmasse schon nach dem 3. Zyklus aufgeheizt waren und während der
Vakuumphase wieder abgekühlt
werden mussten.
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Messpunkt Temperatur
Sequenz
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Die
Temperaturen an den 4 Messpunkten wurden während dem Prozess aufgezeichnet.
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Messpunkt MP 1: Tiefe 100
mm (schwarz)
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Die
Temperatur an diesem Punkt begann nicht vor dem 2. Heizzyklus und
der Haltephase anzusteigen. Sie erreichte den Einstellwert (Setpoint)
zu Beginn des 3. Zyklus.
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Messpunkt MP 2: Tiefe 150
mm (grün)
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Die
Temperatur an diesem Punkt begann nicht vor dem 3. Heizzyklus und
der Haltephase anzusteigen. Sie stieg dann parallel mit der Dampftemperatur,
erreichte aber die Einstelltemperatur erst zu Beginn der Heizphase
im 5. Zyklus. Während
der Haltephase im 4. Zyklus stieg die Temperatur nicht mehr an und
blieb konstant. Eine Verlängerung
der Haltezeit blieb daher nutzlos, weil die Temperatur nicht mehr
weiter anstieg.
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Messpunkt MP 3: Tiefe 200
mm (blau)
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Dieser
Temperaturverlauf war gleich wie am Messpunkt MP 2, aber bei einem
ziemlich tieferen Temperaturpegel. Die Einstelltemperatur wurde
zusammen mit Messpunkt MP 2 zu Beginn der Heizphase im 5. Zyklus
erreicht.
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Die
Temperaturverläufe
an MP 2 und MP 3 zeigten deutlich, dass 4 Zyklen nicht genügend sind:
Der 5. Zyklus ist wesentlich. Die Haltezeit im 4. Zyklus kann jedoch
von 7 auf 5 oder sogar auf 3 Minuten verkürzt werden.
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Messpunkt MP 4: Tiefe 250
mm (braun)
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Wie
im Test No. 1 stieg die Temperatur an MP 4 im Inneren des Ballens
nur langsam um ca. 0.75° C pro
Minute an. Die Einstelltemperatur wurde nicht vor der Haltephase
im 5. Zyklus erreicht. Hier war der Temperaturanstieg am Ende von
jedem Zyklus wiederum steiler.
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Gewichtsverlust
nach dem Verpacken
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Nach
einer kurzen Abkühlungszeit
von nur 10 Minuten wurde der Ballen mit den 4 Proben eingewickelt,
um den Temperaturverlauf beim Abkühlen aufzuzeichnen. Siehe dazu
Bemerkungen unter A Ballen Gewichtszunahme.
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Das
Gesamtgewicht des eingewickelten Ballens einschliesslich Proben
und Palette betrug am Tag der Dampfbehandlung 271.35 kg. Die Proben
(Gewicht 1.25 kg) wurden nach Messung der Temperatur 6 Tage später entfernt.
Das Startgewicht (100 % Referenz für Messungen des Gewichtsverlusts)
betrug 271.35 kg – 1.25
kg = 270.10 kg.
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Gewichtsverlust
des eingewickelten Ballens No. 3 einschliesslich Palette
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Der
prozentuale Gewichtsverlust von 0.37% nach 12 Tagen war um 0.07
höher,
oder um 20% höher als
im Test No. 1. Somit betrug nach 12 Tagen der prozentuale Gewichtsverlust
noch ca. 0.3%. Diese grosse Differenz dürfte auf eine geringere Qualität bei der
Verpackung mit Stretchfolie oder auf Ungenauigkeiten beim Wägen zurückzuführen sein.
Sie kann aber auch einer grösseren
Dampfdiffusion durch die Folie hindurch mit ausgesprochen warmer
Verpackung im Fall von Ballen No. 3 zugeschrieben werden.
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Wenn
die 0.60 kg Palettengewicht wie in Test No. 1 abgezogen wird, beträgt der Gewichtsverlust
nach 12 Tagen 0.40 kg oder 0.15.
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Kondensation
im Inneren der Verpackungsfolie
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Das
im Inneren der Folie sich bildende Kondensat wurde durch die Baumwollfasern
innerhalb von 5 bis 6 Tagen reabsorbiert.
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Um
die Dampftemperatur möglichst
rasch zu erreichen, ist eine direkte Dampfinjektion zu bevorzugen. Bei
T = 80° C
beträgt
der Dampfdruck ca. 500 mbar, so dass der Dampf mit einem Druckdifferential
von ca. 300 mbar über
den vorherigen 200 mbar Vakuum einströmt.
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Eine
direkte Dampfinjektion kann das Problem der Wassermegen Kontamination
durch die Baumwollfasern eliminieren.
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Es
sind mindestens 4 Zyklen erforderlich. Mit adäquater Heizleistung sollte
es möglich
sein, den Prozess in weniger als 2 Stunden durchzuführen.
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Energieverbrauch pro Tonne
Baumwollfasern - ca. 45 kWh
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Der
theoretische Energieverbrauch pro Tonne Garn mit einem Temperaturanstieg
von ΔT =
60° C beträgt 1.3 × 1000 × 60 = 78,000
kJ = 22 kWh. Unter Berücksichtigung
des vier- bis fünfmaligen
Aufheizens nach den Zwischenzyklen bei jeweils ca. 20 ° C, und unter
Berücksichtigung
von weiteren Verlusten, ist ca. 100 zusätzliche Energie erforderlich.
Generell kann hier ein optimistischer Energieverbrauch von ca. 45
kWh pro Tonne Garn erwartet werden.
