EP1801527A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen eines Faserprodukt-Massenstroms - Google Patents

Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines Faserprodukt-Massenstromes, umfassend Führen des Produktmassenstroms durch einen Trockner (13) und Messen der Trocknungstemperatur in dem Trockner (13), und zeichnet sich dadurch aus, dass der durch den Trockner (13) geführte Produktmassenstrom in Abhängigkeit von der gemessenen Trocknungstemperatur gesteuert wird. Die Anmeldung betrifft weiterhin eine entsprechende Trocknungsvorrichtung.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines Faserprodukt-Massenstromes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, und eine entsprechende Trocknungsvorrichtung.
• Ein solches Verfahren ist aus der EP 1 516 544 A bekannt. Beim Anfahren des Stromtrockners wird das Prozessgas auf eine vorbestimmte Trocknungstemperatur vorgeheizt, die dem Sollwert für den regulären Trocknungsbetrieb entspricht. Beim Eintritt des ersten Produkts in den Stromtrockner sinkt die Prozessgastemperatur durch den mit der Verdampfung verbundenen Wärmeentzug merklich ab. Durch die Trägheit des Systems und die endliche Heizleistung dauert es einige Zeit, bis die Solltemperatur wieder erreicht wird. Während dieser Zeitspanne weicht daher die Ausgangsfeuchte des Faserprodukts von dem gewünschten Sollwert ab, was die Produktqualität beeinträchtigen und gegebenenfalls zu Produktausschuss führen kann.
• Aus der DE 33 05 670 C ist es bekannt, einem Abweichen der Prozessgastemperatur von der gewünschten Betriebstemperatur durch Regelung der Ballastluft für den Brenner entgegenzuwirken. Auch hier führen die Trägheit des Systems und die endliche Heizleistung zu den oben geschilderten Beeinträchtigungen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Trocknungsverfahren und eine Trocknungsvorrichtung bereitzustellen, bei denen eine Beeinträchtigung der Produktqualität und Produktausschuss reduziert bzw. vermieden werden können, wenn die Trocknungstemperatur von der Solltemperatur abweicht.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10. Wenn die Trocknungstemperatur absinkt, wird infolge der Erfindung der durch den Trockner geführte Produktmassenstrom und damit auch der durch den Trockner geführte Wassermengenstrom verringert. Durch die verringerte Last kann der Trockner auch mit verringerter Trocknungstemperatur einem unerwünschten Absinken der Ausgangsfeuchte in kurzer Zeit entgegenwirken.
• "Messen der Trocknungstemperatur" umfasst eine direkte Messung mittels eines Temperatursensors, oder eine indirekte Messung, wenn die Messgröße in eindeutiger Weise mit der Trocknungstemperatur zusammenhängt. Der Begriff "Massenstrom" bezeichnet die pro Zeiteinheit transportierte Masse, die beispielsweise in kg/h angegeben wird. Steuerung ist keinesfalls auf ungeregelte Steuerung beschränkt, sondern kann insbesondere auch Regelung umfassen. Steuerung umfasst daher im Rahmen dieser Anmeldung Steuerung und/oder Regelung.
• Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich wesentlich vom Stand der Technik gemäß EP 1 516 544 A . Zwar ist dort eine Steuerung des Produktmassenstroms vorgesehen, jedoch unter der entgegengesetzten Annahme einer konstanten Prozessgastemperatur. Die Steuerung gemäß diesem Stand der Technik kann das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem nicht lösen, da eine Kompensation einer abweichenden Trocknungstemperatur bei konstanter Eingangsfeuchte nicht möglich ist. Es ist aber vorteilhaft, das Verfahren gemäß EP 1 516 544 A mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kombinieren, um schwankende Eingangsfeuchten in kurzer Zeit kompensieren zu können.
• Besonders vielversprechend ist die Anwendung der Erfindung im Falle eines Stromtrockners, der von einem heißen Prozessgas kreislaufförmig durchströmt wird, weil hier die Trocknungstemperatur, nämlich die Prozessgastemperatur, durch Laständerungen unmittelbar beeinträchtigt wird, so dass es insbesondere beim Anfahren des Stromtrockners zu einem Einbruch der Prozessgastemperatur kommen kann. Vorzugsweise wird daher das erfindungsgemäße Verfahren während des Anfahrens des Trockners durchgeführt. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern ist auch dann anwendbar, wenn die Trocknungstemperatur aus einem anderen Grund von dem Sollwert abweicht. Als Beispiel sei eine Situation genannt, in der eine Heizeinrichtung des Trockners aus irgendeinem, beispielsweise bedienerseitigen Grund nicht die betriebsgemäß erforderliche Heizleistung erbringt. Auch in diesem Fall kann mittels der Erfindung einem unerwünschten Abweichen der Ausgangsfeuchte von dem Sollwert in kurzer Zeit entgegengewirkt und somit Produktausschuss verhindert werden. Die Erfindung ist weiterhin nicht auf das Absinken der Trocknungstemperatur beschränkt; wenn die Trocknungstemperatur aus irgendeinem Grund den Sollwert überschreitet, kann erfindungsgemäß der durch den Trockner geführte Produktmassenstrom gesteigert werden.
• Die Steuerung kann vorzugsweise durch Steuerung des der Trocknungsvorrichtung zugeführten Gutsmassenstroms erfolgen. Die Steuerung des durch die Trocknungsvorrichtung geführten Gutsmassenstroms kann auf einfache Weise beispielsweise durch die Steuerung eines Förderbandantriebs erfolgen.
• Nach einem unabhängigen Aspekt der Erfindung wird der Trockner mit einer konstant gehaltenen oder geregelten Heizleistung betrieben, solange die Trocknungstemperatur von einem vorbestimmten Sollwert bzw. von einem vorbestimmten Sollwertebereich abweicht. Zweckmäßigerweise wird daher in diesem Zustand eine vorgesehene Steuerung oder Regelung der Heizleistung des Trockners deaktiviert. Gemäß diesem Aspekt wird - im Falle eines ursächlichen Absinkens der Trocknungstemperatur - ein Überschwingen der Trocknungstemperatur über den Sollwert vermieden, das ansonsten bei hochgeregelter Heizleistung eintreten könnte, da bereits die erfindungsgemäße Reduzierung des Produktmassenstroms auf eine Erhöhung der Trocknungstemperatur hinwirkt. Entsprechendes gilt im Falle einer Zunahme der Trocknungstemperatur.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1

zeigt eine schematische Darstellung einer Trocknungsvorrichtung; und

Fig. 2

zeigt eine schematische Darstellung einer Trocknungsvorrichtung mit einem Stromtrockner.

• Das zu trocknende Tabakprodukt 11 wird mittels einer Transporteinrichtung 10, hier beispielsweise einem Förderband, in Pfeilrichtung dem Trockner 13 zugeführt. In dem Trockner 13 bewirken in Fig. 1 nicht gezeigte Heizmittel eine Erhitzung des durch den Trockner 13 geführten Produkts 11, um eine Trocknung durch Verdampfung von in dem Produkt 11 enthaltenem Wasser zu bewirken. Bei dem Trockner 13 kann es sich beispielsweise um einen Stromtrockner, einen Trommeltrockner, einen Wirbelschichttrockner oder einen anderen dem Fachmann geläufigen Trockner handeln. Das getrocknete Produkt wird nach Verlassen des Trockners 13 mittels einer weiteren Transporteinrichtung 18, hier ebenfalls einem Förderband, abtransportiert.
• Ein zweckmäßigerweise in dem Trockner 13 montierter Sensor 20 ist zur Messung einer Messgröße vorgesehen, die mit der Trocknungstemperatur in einer eindeutigen Beziehung steht. Insbesondere kann es sich um einen Temperatursensor zur Messung der Trocknungstemperatur handeln. Das entsprechende Trocknungstemperatur-Meßsignal wird an die Steuerungseinrichtung 15 übermittelt. Die Steuerungseinrichtung 15 ist zur Steuerung des durch den Trockner 13 geführten Produktsmassenstroms in Abhängigkeit des von dem Sensor 20 übermittelten Trocknungstemperatur-Meßsignals eingerichtet. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 15 zu diesem Zweck programmtechnisch eingerichtet, d.h. in der Steuerung 15 ist ein Computerprogramm zur Durchführung des Steuerungsablaufs gespeichert.
• Die Steuerungseinrichtung 15 führt die Steuerung des durch den Trockner 13 geführten Produktsmassenstroms in Abhängigkeit des Trocknungstemperatur-Meßsignals so durch, dass bei einer Trocknungstemperatur T, die von einer Solltemperatur T* abweicht, der durch den Trockner 13 geführten Produktsmassenstrom geändert wird, mit dem Ziel, die Produktsausgangsfeuchte f_a konstant zu halten. Zweckmäßigerweise wird daher bei einem Absinken der Trocknungstemperatur unter die Solltemperatur der Produktmassenstrom reduziert und bei einem Ansteigen der Trocknungstemperatur über die Solltemperatur der Produktmassenstrom erhöht. Die Steuerungsfunktion verläuft zweckmäßigerweise monoton, d.h. der Produktmassenstrom wird um so mehr reduziert bzw. erhöht, je mehr die Trocknungstemperatur von dem Sollwert T* abweicht. Es kann sich beispielsweise um eine lineare Funktion handeln; dies ist jedoch keineswegs zwingend der Fall. Der einzustellende Produktmassenstrom, um die Produktsausgangsfeuchte f_a konstant zu halten, kann in Abhängigkeit der gemessenen Trocknungstemperatur T und der Eingangsfeuchte f_e des Produkts berechnet werden. Zweckmäßigerweise wird diese Berechnung mittels eines in der Steuerungseinrichtung 15 gespeicherten Computerprogramms durchgeführt und der berechnete Produktmassenstrom eingestellt, beispielsweise über die Steuerung der Transportgeschwindigkeit der Transporteinrichtung 10 über die Steuerleitung 21.
• Vorzugsweise kann der Produktmassenstrom in Abhängigkeit weiterer Messgrößen gesteuert und/oder geregelt werden, insbesondere in Abhängigkeit der gemessenen Eingangsfeuchte f_e, sowie der Ausgangsfeuchte f_a und/oder der Produktmasse m_e. Es wird insoweit auf die EP 1 516 544 A verwiesen. Beispielsweise wird die Eingangsfeuchte f_e des Produkts 11 mittels des Eingangsfeuchtesensors 14 bestimmt und ein entsprechendes Eingangsfeuchtesignal an die Steuerungseinrichtung 15 übermittelt. Mittels des Ausgangsfeuchtesensors 16 kann die Ausgangsfeuchte f_a des Produkts 11 bestimmt und ein entsprechendes Ausgangsfeuchtesignal an die Steuerungseinrichtung 15 übermittelt werden und mittels der Waage 17 kann die Eingangsmasse m_e des Produkts 11 bestimmt und ein entsprechendes Eingangsmassesignal an die Steuerungseinrichtung 15 übermittelt werden. Der in Abhängigkeit der Trocknungstemperatur T einzustellende, durch den Trockner 13 zu führende Massenstrom m/Δt (T) kann beispielsweise durch folgende Beziehung ermittelt werden: $$\mathrm{m}\mathrm{/}\mathrm{\Delta t}\left(\mathrm{T}\right)\mathrm{=}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{v}}}^{\mathrm{H}\mathrm{2}\mathrm{O}}\mathrm{/}\mathrm{\Delta t}\left(\mathrm{T}\right)\mathrm{\cdot }\left[\left(\mathrm{1}\mathrm{-}{{\mathrm{f}}_{\mathrm{a}}}^{\mathrm{*}}\right)\mathrm{/}\mathrm{(}{\mathrm{f}}_{\mathrm{e}}\mathrm{-}{{\mathrm{f}}_{\mathrm{a}}}^{\mathrm{*}}\mathrm{)}\right]\mathrm{.}$$

  
• Dabei bezeichnet m_v ^H2O/Δt (T) die pro Zeiteinheit in der Trocknungsvorrichtung 13 verdampfte Wassermenge und f_a ^* die gewünschte Ausgangsfeuchte (Sollwert). Im Gegensatz zu der Steuerung gemäß EP 1 516 544 A wird im vorliegenden Fall kein fester (Soll-)Wert für die pro Zeiteinheit verdampfte Wassermenge m_v ^H2O/Δt zugrundegelegt, sondern eine in Abhängigkeit der gemessenen Trocknungstemperatur T variable verdampfte Wassermenge m_v ^H2O/Δt (T) berechnet.
• Die Steuerung erfolgt in den Beispielen der Fig. 1 und 2 durch Veränderung der Zufördergeschwindigkeit des Zuförderbandes 10, bis das mittels der Waage 17 gemessene Eingangsmassensignal m_e für das von der Waage erfasste Transportintervall At mit dem mittels der obigen Formel bestimmten Sollwert übereinstimmt. In Fig. 1 und 2 wird daher der Massenstrom m/Δt durch den Trockner 13 durch Veränderung des dem Trockner 13 zugeführten Produktmassenstroms m_e/Δt verändert. Grundsätzlich kann stattdessen oder zusätzlich auch der Produktmassenstrom in dem Trockner 13 verändert werden.
• Bei der Waage 17 zur Messung des Eingangsmassesignals kann es sich beispielsweise um eine Bandwaage, beispielsweise als Einheit mit dem Zuförderband 10, handeln. Andere Ausführungsformen, beispielsweise eine Prallplattenwaage, sind möglich.
• Vorzugsweise wird die Ausgangsfeuchte f_a (Istwert) gemessen, um eine Korrektur bzw. einen Abgleich dieser Zielgröße mit der Sollgröße f_a ^* vornehmen zu können. Dies kann beispielsweise durch Einfügung eines Korrekturfaktors f_a ^*/f_a in die obige Formel erreicht werden.
• Bei der in Fig. 2 dargestellten vorteilhaften Ausführungsform ist der Trockner als Stromstrockner 13 mit einem Heißgaskreislauf ausgebildet. Das Prozessgas wird mittels eines Wärmetauschers 22 erhitzt und strömt in Pfeilrichtung durch Transportrohre 23. Ein Tabakmassenstrom 11 wird über eine Bandwaage 10 mit Gewichtsmesseinrichtung 17 zugeführt und über eine Tabakeinlassöffnung 24 in das Transportrohr 23 eingeschleust. Der von dem heißen Gasstrom getrocknete Tabak 25 wird mittels des Abscheiders 26 von dem Gasstrom getrennt, einem gegebenenfalls vorgesehenen Kühler 27 zugeführt und abtransportiert. Der vom Tabak getrennte Gasstrom wird über ein weiteres Transportrohr 23 mit einem Verdichter 28 zu dem Wärmetauscher 22 zurückgeleitet.
• Der Temperatursensor 20 ist zur Messung der Prozesstemperatur des in dem Transportrohr 23 strömenden Prozessgases vorgesehen. Die Steuerung des Produktmassenstroms in Abhängigkeit der mittels des Temperatursensors 20 gemessenen Prozessgastemperatur erfolgt beispielsweise durch Ansteuerung eines Antriebs für das Förderband der Bandwaage 10 über die Steuerleitung 21. Die erfindungsgemäße Steuerung des Produktmassenstroms in Abhängigkeit der mittels des Temperatursensors 20 gemessenen Prozessgastemperatur wird insbesondere beim Anfahren des Stromtrockners 13 durchgeführt, da es beim ersten Eintreten des Tabaks in das Transportrohr 23 zu einem signifikanten Absinken der zuvor auf den Betriebs-Sollwert aufgeheizten Prozessgastemperatur kommen kann. Nach dem Abschluss des Anfahrvorgangs, d.h. wenn die Prozessgastemperatur wieder den Sollwert erreicht hat, oder wenn der Tabakmassenstrom einen entsprechenden Sollwert erreicht hat, kann die Steuerung des Produktmassenstroms in Abhängigkeit der gemessenen Prozessgastemperatur deaktiviert werden.
• Vorzugsweise wird der Trockner 13 beim Anfahren, bzw. allgemeiner wenn die mittels des Temperatursensors 20 gemessene Prozessgastemperatur von dem vorbestimmten Sollwert bzw. Sollwertebereich abweicht, mit konstanter Heizleistung beheizt. In dem Stromtrockner 13 gemäß Fig. 2 kann dies geschehen, indem ein Ventil 29 beispielsweise in der Brennstoffzufuhrleitung 30 für einen Brenner 31 mittels der Steuereinrichtung 15 gesteuert wird, wobei vorzugsweise eine Regelung der Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit der mittels eines Durchflussmessers 32 gemessenen Brennstoff Durchflussmenge erfolgt. Die einzustellende Brennstoffmenge wird zweckmäßigerweise mit einem Programm in der Steuerungseinrichtung 15 berechnet. Auf diese Weise wird ein Überschwingen der Temperatur über die Solltemperatur hinaus verhindert, das bei einer Regelung der Brennstoffzufuhr für der Brenner 31 in Abhängigkeit der Prozessgastemperatur bei einem Absinken der Prozessgastemperatur eintreten kann. Nach dem Abschluss des Anfahrvorgangs, d.h. wenn die Prozessgastemperatur wieder den Sollwert erreicht hat, oder wenn der Tabakmassenstrom einen entsprechenden Sollwert erreicht hat, der bei der jeweiligen Eingangsfeuchte die gewünschte Ausgangsfeuchte erzielt, kann die Steuerung des Trockners 13 auf eine konstante Heizleistung deaktiviert und beispielsweise eine Regelung der Brennstoffzufuhr für der Brenner 31 in Abhängigkeit der mittels des Temperatursensors 20 gemessenen Prozessgastemperatur aktiviert werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Trocknen eines Faserprodukt-Massenstromes, umfassend Führen des Produktmassenstroms durch einen Trockner und Messen der Trocknungstemperatur in dem Trockner, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Trockner geführte Produktmassenstrom in Abhängigkeit von der gemessenen Trocknungstemperatur gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Absinken der Trocknungstemperatur der Produktmassenstrom reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ansteigen der Trocknungstemperatur der Produktmassenstrom erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktmassenstrom variiert wird, wenn die Trocknungstemperatur von einem vorbestimmten Sollwert abweicht.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während der Anfahrphase des Trockners durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktmassenstrom um so mehr reduziert bzw. erhöht wird, je mehr die Trocknungstemperatur von einem vorbestimmten Sollwert abweicht.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Produktmassenstromwert berechnet wird, der bei der gemessenen Trocknungstemperatur die Soll-Ausgangsfeuchte erzielt, und der Produktmassenstrom auf den berechneten Produktmassenstromwert eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockner mit einer konstant gehaltenen oder geregelten Heizleistung betrieben wird, solange die Trocknungstemperatur von einem vorbestimmten Sollwert abweicht.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockner ein Stromtrockner ist.
10. Vorrichtung zum Trocknen eines Faserprodukt-Massenstromes mit einem von dem Produktmassenstrom durchlaufenen Trockner (13) und einer Messeinrichtung (20) zum Messen der Trocknungstemperatur in dem Trockner (13), Erzeugung eines entsprechenden Trocknungstemperatur-Meßsignals und Übermittlung des Trocknungstemperatur-Meßsignals an eine Steuerungseinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (20) zur Steuerung des durch den Trockner (13) geführten Produktmassenstroms in Abhängigkeit des Trocknungstemperatur-Meßsignals eingerichtet ist.

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