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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Trocknen von Kunststoffpellets in einem Trockner mit kontinuierlichem Fluß unter
Verwendung einer Gaszirkulation von trockener komprimierter Luft.
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Das
Verfahren bzw. der Prozeß eines
Trocknens von körnigen
Feststoffen in einem kontinuierlichen Fluß wird in einer konventionellen
Weise unter Verwendung eines Kessels mit trichterförmigem Boden
durchgeführt,
in welchem das zu trocknende Material in die Oberseite durch Schwerkraft
eingebracht wird und von dem Boden des Behälters bzw. Kessels ausgetragen
wird. Während
der Zeit, in der sich das Material durch den Kessel bzw. Behälter bewegt,
wird ein Gegenstrom eines trocknenden bzw. Trocknungsgases in den
Boden des Behälters
eingebracht und dispergiert bzw. verteilt sich gleichmäßig durch das
körnige
Material, um Wasser und andere flüchtige Substanzen zu entfernen,
welche in dem zugeführten
Material vorhanden sind. Alternativ zu diesem Gegenstromverfahren
kann ein Gleichstromverfahren eines Trocknungsgases verwendet werden,
in welchem das Trocknungsgas durch den Behälter in derselben Richtung
wie die körnigen
Feststoffe zugeführt
wird, die durch den Behälter
zugeführt
werden. Das Trocknungsmedium kann Luft oder andere gewählte Gase
sein, in Abhängigkeit
von der gewünschten
Wechselwirkung des Materials und des Trocknungsmediums.
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Es
ist typisch in dem Bearbeiten von körnigen Kunststoffpellets, sehr
trockene Luft oder Inertgase zu verwenden, um das Wasser oder andere flüchtige Bestandteile
(z.B. Substanzen in der Dampfphase, die durch den Kunststoff emittiert
werden) von dem Material zu entfernen. Der Gasstrom bzw. Gasfluß kann aus
verschiedenen Zufuhrverfahren stammen. Eine der einfachsten ist
es, eine kontinuierliche Quelle von sauberem, reinem Gas zu verwenden.
Dies ist insbesondere wünschenswert, wenn
das zu trocknende Material flüchtige
Fraktionen abgibt, welche nicht in das Verfahren retourniert werden
und welche ohne Berücksichtigung
ihres Einflusses auf den Prozeß entfernt
oder entsorgt werden können,
wenn sie wieder eingebracht werden. Da das Trocknungsverfahren kontinuierlich
ist, ist ein kontinuierlicher Strom von trockenem oder Trockengas
erforderlich, um das zu trocknende Material zu bearbeiten. Das übliche Verfahren,
um trockenes Gas zu dem Trocknungsbehälter bzw. -kessel zuzuführen, ist
ein Verfahrensentfeuchter, welcher typischerweise eine physikalisch
große
Vorrichtung ist, oder den vollständigen
erforderlichen Fluß von
trockenem komprimiertem Gas zu verwenden, das auf Atmosphärendruck
reduziert ist, und das Gas nach einer Verwendung zu verwerfen bzw.
zu entsorgen. Jedoch wird die Verwendung von "neuen" Gasen in den meisten Fällen die Ökonomie
bzw. Wirtschaftlichkeit des Verfahrens unzufriedenstellend machen.
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In
der normalen Konstruktion dieser Vorrichtungen wird das Gas durch
einen Ventilator, ein Gebläse
bzw. einen Verdichter oder eine Pumpe zu dem Trocknungsbehälter bewegt,
um das Wasser oder andere flüssige
Bestandteile aus dem Prozeßmaterial
zu entfernen. Das von der Oberseite des Behälters rückgewonnene Gas wird gesammelt,
da die Menge an Wasser/Feuchtigkeit, die vorhanden ist, bedeutend
niedriger als die Niveaus von Wasser/Feuchtigkeit ist, die in der üblichen
atmosphärischen
Bedingung gefunden sind bzw. werden. Diese Luft mit niedrigen Taupunkt
wird dann weiter getrocknet, um den Gehalt an Wasser/Feuchtigkeit
auf ein absolutes Minimum zu reduzieren. Sie kann dann neuerlich
zu dem Trocknungsbehälter
zurückgesandt
werden, um neuerlich Wasser oder andere flüssige Bestandteile aus dem
zu bearbeitenden bzw. zu behandelnden Material zu absorbieren.
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In
der Konstruktion von einigen kleinen Vorrichtungen dieser Art wird
die Verwendung einer Versorgung einer Anlage für trockene komprimierte Luft in
einer Herstellungsanlage durchgeführt, um es dem Benutzer zu
ermöglichen,
mit einem Behälter
mit nur minimaler Größe in der
nächsten
Stufe der Materialbearbeitung zu arbeiten, und nicht die rezirkulierende Gasvorrichtung
aufgrund von Größen- und
Platz- bzw. Raumbeschränkungen
zu verwenden.
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WO-A-97
45687 offenbart eine Konditioniereinrichtung, um Kunststoffpellets
vor einem Durchleiten der Pellets zu einer Kunststofformmaschine
zu konditionieren, wobei die Konditioniereinrichtung eine Heizeinrichtung
umfaßt,
welche gleichmäßig Grate
bzw. Rippen erhitzt, von welchen Wärme auf die Pellets übertragen
wird, und wobei der Druck in der Vorrichtung auf einen subatmosphärischen
Druck abgesenkt ist, um ein Trocknen zu verbessern bzw. zu steigern.
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JP-A-63
041 107 offenbart eine Harztrockenvorrichtung, die verwendet wird,
um im wesentlichen gleichmäßig Harz
durch eine Verwendung von zirkulierter trockener Luft zu trocknen,
wobei die Luft durch Heizelemente der Heizeinrichtung getrocknet und
zirkuliert wird, um das Harz zu trocknen.
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US-A-5
172 489 offenbart eine Vorrichtung zum Trocknen von Kunststoffharzteilchen,
umfassend einen Behälter,
um die Harzteilchen zu halten bzw. aufzunehmen, und eine geschlossene
Luftstromschleife, die mit dem Behälter kommuniziert bzw. in Verbindung
steht, um erhitzte Luft durch den Behälter hindurchzuleiten, um die
Kunststoffharzteilchen zu trocknen, wobei nasse Luft in dem Luftstrom wenigstens
teilweise durch trockene Luft von einem alternativen Luftstrom getrocknet
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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In
Hinblick auf das Obige besteht ein Erfordernis für ein verbessertes Verfahren
und eine Vorrichtung zum Trocknen von Kunststoffpellets, welche(s)
eine allgemein bestehende Anlage zur Zufuhr von komprimierter Luft
verwendet.
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Zusätzlich besteht
ein Erfordernis für
ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von
Kunststoffpellets, welche(s) relativ niedrige Betriebskosten besitzt.
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Weiters
besteht ein Erfordernis für
ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen für Kunststoffpellets,
welche relativ niedrige Betriebskosten besitzt.
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Darüber hinaus
besteht ein Erfordernis für ein
verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum effektiven Trocknen
von Kunststoffpellets, welche(s) eine kompakte Konstruktion aufweist.
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Diese
und andere Erfordernisse wurden gemäß der vorliegenden Erfindung
erfüllt,
wie sie in Anspruch 1 bzw. in Anspruch 6 definiert ist.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet in vorteilhafter Weise eine bereits
bestehende Anlage zur Versorgung mit komprimierter Luft als eine
Trocknungsgasquelle. Statt den vollständigen Luftstrom zu verbrauchen
(d.h. das gesamte nasse Gas in die umgebende Atmosphäre zu belüften bzw.
abzulassen), wie dies nach dem Stand der Technik gemacht wird, um
das körnige
Material zu trocknen, ist bzw. wird ein Venturi in eine Rezirkulationsschleife
aufgenommen bzw. inkorporiert, um die Versorgung mit trockener Luft
zu konservieren und um die Bewegungsleistung für die Rezirkulation des Trocknungsgases
ohne irgendeine andere mechanische Vorrichtung (z.B. Ventilator,
Gebläse,
Pumpe usw.) zur Verfügung
zu stellen. Da eine existierende Zufuhr für Druckluft verwendet wird,
sind die Kosten zum Konstruieren bzw. Aufbauen der Erfindung relativ
niedrig.
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Ein
anderer vorteilhafter Aspekt, der durch die vorliegende Erfindung
erreicht wird, ist jener, daß die
Rezirkulation eines Teils des nassen Gases in vorteilhafter Weise
die Betriebskosten reduziert (z.B. die Energieverbrauchskosten der
Anlage bzw. Versorgung für
komprimierte Luft), jedoch immer noch eine relativ trockene Zusammensetzung
des Trocknungsgases aufrecht erhält,
um effektiv und effizient das Wasser und andere flüssige Bestandteile
aus dem zugeführten
Material zu entfernen. Fall das erforderlich ist, um eine gewünschte Qualität von trockenem
bzw. Trocknungsgas zu erreichen, das zu dem Verfahren zugeführt wird,
kann die Versorgung bzw. Anlage für komprimierte Luft durch ein
konventionelles Trocknungsmittel auf einen Taupunkt indem Bereich
von –40° bis –62°C von (–40° bis –80°F) getrocknet
werden. Jedoch kann die komprimierte Luft selbst ohne jegliches
zusätzliche
Trocknen trocken genug sein. In dem Verfahren zum Trocknen von Kunststoffpellet-Materialien
ist insbesondere das Erfordernis für ein Trocknungsgas in diesem
Bereich nicht für
das ordnungsgemäße bzw.
geeignete Entfernen von Wasser oder anderen flüchtigen Bestandteile von den
Pellets erforderlich. Durch experimentelle und Versuchsdaten ist
es möglich,
die meisten Kunststoffharze mit Luft zu trocknen, die einen Taupunkt
von –17
bis –29°C (0° bis –20°F) besitzt.
Die vorliegende Erfindung zieht dies in Betracht, indem nur ein
Teil der feuchten Luft, die den Trocknungstrichter verläßt, zu der
Umgebungsatmosphäre
ausgebracht und der verbleibende nicht-abgelassene Teil der feuchten
Luft in eine Rezirkulationsschleife rezirkuliert wird. Die Rezirkulation
wird in vorteilhafter Weise ausschließlich durch eine Venturi-Luftbewegungseinrichtung
erreicht, die durch die getrocknete komprimierte Luft angetrieben
wird, die von einer Zufuhr für
komprimierte Luft einer existierenden Anlage stammt, wobei die trockene
komprimierte Luft mit einer Flußgeschwindigkeit
bzw. -rate zugefügt
wird, um den Anteil an feuchter Luft zu ersetzen, die zu der Umgebung
abgelassen wird, um einen "verdünnten" Trocknungsluftstrom
zu erreichen, der eine Gesamtqualität besitzt, die sehr gut für die oben
erwähnten Verfahrensanforderungen
geeignet ist, während
in gleicher Weise Energieerfordernisse minimiert werden.
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Die
vorliegende Erfindung konserviert die Menge an komprimiertem Gas,
die verwendet wird, indem eine nominale Verdünnung des Gases zur Verfügung gestellt
wird, das in der geschlossenen Schleife rezirkuliert. Das Verhältnis von
feuchtem Gas, das zu der Umgebungsatmosphäre abgelassen wird und durch
getrocknete komprimierte Luft ersetzt wird, hängt von den erforderlichen
Designparametern der speziellen Anwendung ab, beinhaltend, jedoch
nicht beschränkt
auf die zu trocknende Materialart, den Feuchtigkeitsgehalt des zu
trocknenden Materials, die Flußgeschwindigkeit
bzw. Strömungsrate
des zu trocknenden Materials durch den Trocknungstrichter, die Größe und Konfiguration
des Trocknungstrichters, den Taupunkt der getrockneten komprimierten
Luft, die Flußgeschwindigkeit
des Trocknungsgases, das zu dem Trocknungstrichter zugeführt ist,
usw. Beispielsweise kann das Verhältnis bzw. der Anteil an feuchtem
Gas, das den Trocknungstrichter verläßt, welcher zu der Umgebungsatmosphäre abgelassen
bzw. belüftet
wird (und durch getrocknete komprimierte Luft ersetzt wird) innerhalb des
Bereichs von 5% bis 50% liegen. Bevorzugter liegt in den meisten
Anwendungen zum Trocknen von Kunststoffharzpellets der Anteil an
feuchter Luft, die abgelassen wird und durch getrocknete komprimierte
Luft ersetzt wird, innerhalb des Bereichs von 10% bis 33%.
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Die
Verwendung der vorliegenden Erfindung für das Kunststoffharztrocknungsverfahren
ist eine bemerkenswerte Verbesserung gegenüber dem konventionellen Entfeuchter
für die
kleineren Anwendungen dahingehend, daß die einzigen Vorrichtungen, die
an dem Benutzungspunkt für
das Kunststoffharz erforderlich sind, ein Trocknungskessel, ein
Gaserhitzer und eine Venturi sind.
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Indem
die komprimierte Luft und die Venturi verwendet wird, um die Rezirkulationsschleife
unter Ausschluß von
anderen mechanischen Mitteln anzutreiben, erreicht die vorliegende
Erfindung eine relativ kompakte Größe.
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Andere
Ziele bzw. Gegenstände
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung offensichtlich werden,
wenn sie in Zu sammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Die
einzige Zeichnung zeigt eine schematisch Ansicht eines Venturi-angetriebenen
Trocknungssystems gemäß einer
bevorzugten Ausbildung der vorliegen Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung von bevorzugten Ausbildungen Bezugnehmend auf die Zeichnungsfigur
erhält
ein Trocknungskessel in der Form eines Trichters 10 ein
körniges
festes Material (beispielsweise Kunststoffpellets), die zu trocknen
sind, über einen
Schwerkraftfluß bzw.
-strom durch den Einlaß 12 für nasses
Material an einem oberen Ende. Die Kunststoffpellets fließen nach
unten durch den Trocknungstrichter 10 mittels Schwerkraftfluß gegen
einen Strom eines Trocknungsgases, das durch oben durch den Trocknungstrichter
hindurchtritt, wobei das Trocknungsgas Feuchtigkeit mitreißt, um die
Kunststoffpellets zu trocknen. Die getrockneten Kunststoffpellets
verlassen den Trocknungstrichter durch den Auslaß 14 für getrocknetes
Material.
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Obwohl
die oben beschriebene bevorzugte Ausbildung einen Gegenstrom von
Trocknungsgas entgegen der Richtung eines Flusses des körnigen festen
Materials verwendet, kann ein gleichlaufender Strom eines Trocknungsgases
verwendet werden, in welchem das Trocknungsgas durch den Behälter in derselben
Richtung wie die körnigen
Feststoffe, die durch den Kessel zugeführt werden, zugeführt wird.
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Der
Fluß des
Trocknungsgases ist von einer Druckluftzufuhr 16 einer
konventionellen Anlage zugeführt,
beispielsweise mit einem Druck von 5,5–8,3 bar (80–120 p.s.i.).
Konventionelle Druckluft ist typischerweise zu naß bzw. zu
feucht (d.h. sie hat einen zu hohen Taupunkt), um direkt verwendet
zu werden, so daß die
Druckluft in jeglicher konventionellen Weise die in der Technik
bekannt ist, getrocknet werden kann, beispielsweise über einen
Drucklufttrockner 18. Ein derartiger konventioneller Drucklufttrockner kann
beispielsweise Druckwechselentfeuchter oder wärmedesorbierender Trocknungsmitteltrockner sein,
wie sie der Technik bekannt sind. Selbstverständlich ist, wenn die Druckluft
trocken genug ist, kein zusätzlicher
Trockner erforderlich.
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Die
getrocknete komprimierte Luft bzw. Druckluft wird zu einer Venturi-Luftbewegungseinrichtung 20 zugeführt. Wie
dies in der Technik bekannt ist, definiert eine Venturi einen Strömungs- bzw.
Flußquerschnitt,
welcher sich zu dem Auslaß verjüngt, was
die Fluidfluß-
bzw. -strömungsgeschwindigkeit
erhöht
und dadurch einen Druck an dem Einlaß verringert, um Fluid durchzuziehen.
Die getrocknete komprimierte Luft, die zu der Venturi-Luftbewegungseinheit 20 zugeführt ist
bzw. wird, wirkt dadurch ausschließlich als die bewegende Leistung
zum Bewegen des Trocknungsgases durch die Rezirkulationsschleife,
beinhaltend ein Mitziehen bzw. Mitreißen eines Teils der feuchten
Luft, die nicht zu der umgebenden Atmosphäre durch eine Leitung 30 abgelassen
wird, um ein verdünntes
Trocknungsgas auszubilden, das dem Trocknungstrichter zuzuführen ist.
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Das
Trocknungsgas (d.h. eine Kombination von getrockneter komprimierter
Luft, die zu der Venturi-Luftbewegungsein richtung 20 zugeführt wird, und
eines Teils an feuchter Luft, die durch die Leitung 30 abgezogen
ist) wird einem Prozeßlufterhitzer 22, welcher
von jeder von verschiedenen, in der Technik bekannten Arten sein
kann, über
eine Leitung 32 zugeführt.
Das erhitzte getrocknete Gas fließt bzw. strömt nach oben durch die Kunststoffpellets
in dem Trocknungstrichter 10, wobei Feuchtigkeit von den Kunststoffteilchen
bzw. -pellets mitgerissen und entfernt diese. Das feuchte Gas tritt
aus dem Trocknungstrichter 10 über eine Leitung 34 aus
und wird einem Prozeßluftfilter 24 zugeführt, welches
Verunreinigungen entfernt. Ein Teil des feuchten Gases wird zu der
Umgebungsatmosphäre,
beispielsweise an dem Prozeßluftfilter 24 über eine
Leitung 36, über jegliche
in der Technik bekannte Mittel, wie verschiedene Ventile, ausgetragen,
obwohl dieses Belüften bzw.
Ablassen auch irgendwo stromabwärts
von dem Trocknungstrichter 10 und stromaufwärts von
der Venturi-Luftbewegungseinrichtung 20 ausgeführt werden
könnte.
Das Verhältnis
bzw. der Anteil von feuchtem Gas, das zu der Umgebungsatmosphäre abgelassen
wird, kann innerhalb des Bereichs von 5% bis 50% liegen, und bevorzugter
kann es innerhalb des Bereichs von 10% bis 33%, insbesondere in den
meisten Kunststoffpellet-Trocknungsanwendungen liegen. Wie oben
erwähnt,
hängt das
Verhältnis an
feuchtem Gas, das in die Umgebungsatmosphäre abgelassen wird und durch
getrocknete komprimierte Luft ersetzt wird, von den erforderlichen
Designparametern der speziellen Anwendung ab.
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Der
verbleibende Anteil des feuchten Gases, welches nicht zu der Umgebungsatmosphäre abgelassen
wird, wird durch die Leitung 30 zu der Venturi-Luftbewegungseinrichtung 20 gezogen,
wo ein Fluß der
getrockneten komprimierten Luft hinzugefügt wird, welcher äquivalent
dem Fluß an
feuchter Luft ist, die zu der Umgebungsatmosphäre über die Leitung 36 ausgetragen
wurde.
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Beispiel
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Eine
typische Anwendung der vorliegenden Erfindung zum Trocknen von Kunststoffpellets
würde 142
l/m (5 SCFM) trockenes komprimiertes Gas zu dem Venturi abgeben,
um einen totalen Rezirkulationsfluß von 15 SCFM auszubilden.
Mit anderen Worten, würde
das Verhältnis
von "rezirkuliertem
feuchtem Gas zu trockener komprimierter Luft" 2:1 sein. Dies resultiert in einem
ungefähren
Energieverbrauch von 1 kWh für
142 l/m (5 SCFM) statt 3 kWh, welche für einen Gasstrom von 425 l/m
(15 SCFM) erforderlich wären,
wo das feuchte Gas vollständig
zu der Umgebungsatmosphäre
abgelassen wird. In der Verdünnung
des Gases wird das komprimierte gelieferte Gas getrocknet, um in
dem Bereich eines Taupunkts von –40° bis –46°C (–40° bis –50°F) zu liegen, was darin resultiert,
daß das
rezirkulierte verdünnte Gas
einen Taupunkt von etwa –29°C (–20°F) aufweist,
beinhaltend die Last, die an das Material, das bearbeitet wird,
aufgebracht wird. Der Taupunkt von –29°C (–20°F) ist für ein Trocken der meisten bearbeiteten
Kunststoffharze, die ein Trocknen erfordern, zufriedenstellend bzw.
ausreichend.