Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung von Kunststoffgranulat nach dem Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat nach dem Patentanspruch 5.
Vor der Verarbeitung von Kunststoffgranulat ist es zwingend erforderlich, dieses zu trocknen. Dieses betrifft insbesondere hygroskopische Kunststoffe, wie beispielsweise PA oder PBT, welche Wassermoleküle vergleichbar einem Schwamm speichern. Durch Feuchtigkeit des eingesetzten Grundstoffgranulates werden minderwertige Formteil verursacht, welche den gestellten Anforderungen nicht entsprechen. Typische Fehlerbilder reichen von den so genannten Feuchtigkeitsschlieren bis hin zu einem Molekularkettenabbau mit entsprechendem Festigkeitsverlust
Zum Trocknen von Kunststoffgranulaten kommen unterschiedliche Trocknungsverfahren zum Einsatz. Bei Trockenlufttrocknern erfolgt die Trockenlufterzeugung in einer Luft-Trockenpatrone im Trockner. Die zu entfeuchtende Luft wird in der Trockenpatrone an einem so genannten Molekularsieb vorbeigeströmt, welches das in der Luft enthaltene Wasser aufnimmt. Das Molekularsieb besteht aus einem porösen Granulat (beispielsweise einem Silikatgel), welches eine hohe Aufnahmefähigkeit für Wasser besitzt. Dieses Verfahren erweist sich jedoch als sehr energieintensiv, da zur jeweils erforderlichen Reaktivierung des Molekularsiebes eine Erhitzung auf 250 °C bis 350 °C erforderlich ist.
Aufgrund des einfachen Aufbaus werden zur Trocknung von Grundstoffgranulat unter anderem Drucklufttrockner eingesetzt. Dabei wird an einen regelmäßig vorhandenen Druckluftanschluss ein Ventil zur Druck- und Durchflussmengenreduzierung angeschlossen, an das sich eine Prozessheizung anschließt, welche Luft auf Trocknungstemperatur erwärmt, bevor sie den Materialbehälter durchströmt. Dabei macht man sich folgenden Effekt zu Nutze: Mit steigendem Druck nimmt die Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasser ab. Bei der Verdichtung von Luft wird bereits ein Großteil des Wassers abgeschieden. Wird diese verdichtete Luft auf den Umgebungsdruck entspannt, hat die entspannte Luft einen Taupunkt von ca. -25 °C. Dabei ist der Taupunkt die Temperatur, bei der die in der Luft gebundene Feuchtigkeit an einem Objekt kondensiert. Je niedriger der Taupunkt der Luft, desto höher ist ihre Wasseraufnahmekapazität.
Der Einsatz derartiger Drucklufttrockner hat sich bewährt. Nachteilig erweist sich jedoch, dass die Erzeugung der erforderlichen Druckluft, die durch das Granulat hindurchgeblasen wird, sehr aufwendig und kostenintensiv ist, wobei große Mengen Druckluft für die Trocknung des Kunststoffgranulats erforderlich sind.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Trocknen von Kunststoffgranulaten auf Grundlage des Prinzips eines Drucklufttrockners zu schaffen, das einen kostengünstigeren Trocknungsprozess ermöglicht. Gemäß der Erfindung für diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit der Erfindung ist ein Verfahren zum Trocknen von Kunststoffgranulaten geschaffen, welches einen kostengünstigeren Trocknungsprozess ermöglicht. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zu Grunde, dass die in einem Drucklufttrockner nach dem Stand der Technik durch das Kunststoffgranulat geblasene expandierte Druckluft (Pressluft) immer noch einen sehr niedrigen Taupunkt bzw. eine erhebliche Wasseraufnahmekapazität aufweist. Dadurch, dass zunächst eine Menge expandierter Pressluft als Trocknungsluft dem Kunststoffgranulat zugeführt wird, diese Trocknungsluft sodann durch das Kunststoffgranulat so lange im Kreislauf geführt wird, bis dessen Taupunkt einen vorgegebenen Taupunktschwellwert, beispielsweise -5 °C erreicht hat, wonach fortlaufend wiederholt dem Kreislauf gesättigte Luft entzogen sowie weitere expandierte Pressluft zugeführt wird, bis ein gewünschter Taupunkt der im Kreislauf befindlichen Trocknungsluft eingestellt ist und diese anschließend wiederum solange im Kreislauf geführt wird, bis sie den Taupunktschwellwert erreicht hat, wird die Wasseraufnahmekapazität des dem Kunststoffgranulat zugeführten Luftvolumens maximal ausgeschöpft, bevor diese aus dem Kreislauf entfernt und diesem neue expandierte Pressluft zugeführt wird. Hierdurch ist eine Reduzierung des zur Trocknung des Kunststoffgranulats erforderlichen Pressluftvolumens um bis zu 90 % ermöglicht. Im Folgenden wird unter dem Begriff "gesättigte Luft" Luft mit einem Taupunkt bezeichnet, die einen Taupunkt ≤ dem vorgegebenen Taupunktschwellwert aufweist. Dieser Taupunktschwellwert wird nachfolgend als " Sättigungstaupunkt" bezeichnet. In dem Kreislauf geführte Luft wird nachfolgend ungeachtet ihres jeweiligen Taupunkts als Trocknungsluft bezeichnet, solange diese den Sättigungstaupunkt nicht erreicht hat.
Dem Kreislauf wird bei Erreichen des Sättigungstaupunkts zunächst expandierte Pressluft zugeführt, wodurch der Druck in dem Kreislauf erhöht wird, wobei bedingt durch die Druckerhöhung ein angeordnetes Auslassventil geöffnet wird, durch das gesättigte Luft aus dem Kreislauf herausgeführt wird, bis der anfängliche Prozessdruck wieder eingestellt ist. Hierdurch ist eine druckgeführte Steuerung des Auslassventils ermöglicht. Bevorzugt ist das Auslassventil ein Druckbegrenzungsventil. Hierdurch ist ein druckgesteuertes Öffnen ohne das Erfordernis einer separaten Steuerungseinrichtung ermöglicht. In einer alternativen, einfacheren Ausführung kann an Stelle des Auslassventils auch lediglich eine Auslassöffnung mit definierten Durchmesser angeordnet sein. Dabei ist der Durchmesser so klein gewählt, dass durch die Öffnung keine nennenswerte Durchmischung der Trocknungsluft mit der Außenluft erfolgt.
In Weiterbildung der Erfindung wird der Trocknungsluft während der Kreislauführung Wärme zugeführt, wobei die Trocknungsluft bevorzugt an Heizelementen, Wärmetauschern oder sonstigen Wärmequellen entlanggeführt wird. Hierdurch wird der Trocknungsluft permanent Wärmeenergie zugeführt, welche diese an das Kunststoffgranulat abgibt. Hierdurch wird das Kunststoffgranulat kontinuierlich erwärmt, wodurch die Wasserabgabe des Kunststoffgranulats maximiert wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Taupunkt der im Kreislauf geführten Trocknungsluft über wenigstens einen Sensor erfasst und bei Erreichen des Sättigungstaupunktes wird ein Expansionsventil angesteuert, über das zusätzliche entspannte Pressluft in den Kreislauf gegeben wird. Hierdurch ist eine taupunktgeführte Pressluftzufuhr erzielt, wodurch eine maximale Nutzung der Wasseraufnahmekapazität der eingetragenen expandierten Pressluft ermöglicht ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Trocknen von Kunststoffgranulaten auf Grundlage des Prinzips eines Drucklufttrockners zu schaffen, die einen kostengünstigeren Trocknungsprozess ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 6 gelöst.
Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Trocknen von Kunststoffgranulaten geschaffen, welche einen kostengünstigeren Trocknungsprozess ermöglicht. Dadurch, dass der Trocknungsbehälter in einen geschlossenen Trocknungsluftkreislauf eingebunden ist, der über ein Expansionsventil mit einer Pressluftquelle verbunden ist, wobei wenigstens ein Sensor zur Messung des Taupunktes der im Trocknungsluftkreislauf geführten Luft angeordnet ist, der mit einer Steuer- und Regelungseinrichtung verbunden ist, die zur Ansteuerung des Expansionsventils mit diesem verbunden und zu dessen Öffnung bei Erreichen eines definierten Sättigungstaupunktes eingerichtet ist, ist eine Kreislaufführung eines in den Trocknungsbehälter eingebrachten expandierten Pressluftvolumens zur maximalen Nutzung der vorhandenen Wasseraufnahmekapazität ermöglicht.
In dem Trocknungsluftkreislauf ist ein Auslassventil zur Abfuhr von Luft bei Überschreiten eines definierten Luftdrucks und/oder eines definierten Sättigungstaupunkts innerhalb des Trocknungsluftkreislaufs angeordnet. Hierdurch ist ein Druck- und / oder Taupunkt gesteuerter Auslass gesättigter Trocknungsluft ermöglicht. Bevorzugt ist das Auslassventil durch ein Druckbegrenzungsventil gebildet, das bei Erreichen eines definierten Grenzdrucks öffnet, bis der Grenzdruck wieder unterschritten ist. In einer alternativen, einfacheren Ausführung kann an Stelle des Auslassventils auch lediglich eine Auslassöffnung mit definierten Durchmesser angeordnet sein. Dabei ist der Durchmesser so klein gewählt, dass durch die Öffnung keine nennenswerte Durchmischung der Trocknungsluft mit der Außenluft erfolgt. Der durch die Auslassöffnung heraustransportierte Luftvolumenstrom ändert sich dabei in Abhängigkeit von dem in dem Trocknungskreislauf anliegenden Druck. (Eine direkte Taupunktsteuerung der Auslassöffnung ist nicht möglich, jedoch kann dies indirekt erzielt werden, indem in Abhängigkeit von dem Taupunkt der Trocknungsluft das Expansionsventil geöffnet wird, wodurch der Druck im Kreislauf erhöht wird, wodurch wiederum der aus der Auslassöffnung austretende Luftvolumenstrom erhöht ist.)
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuer- und Regelungseinrichtung angeordnet, die mit einem innerhalb des Trocknungsluftkreislaufs angeordneten Taupunktsensor und/oder Drucksensor verbunden ist und zur Ansteuerung des Auslassventils mit diesem verbunden und zu dessen Öffnung bei Überschreiten eines definierten Sättigungstaupunkts oder eines definierten Druckgrenzwerts eingerichtet ist.
Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Die einzige
Die als Ausführungsbeispiel gewählte Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulat besteht im Wesentlichen aus einem Behälter 1, der an einen geschlossenen Trocknungsluftkreislauf 2 angeschlossen ist, in dem eine Pumpe 21 sowie eine Heizung 22 angeordnet ist. Über ein Expansionsventil 3 ist an den Kreislauf 2 eine Pressluftquelle 4 angeschlossen. Das Expansionsventil 3 ist mit einer Steuer- und Regelungseinrichtung 8 verbunden, über die das Expansionsventil 3 ansteuerbar ist. An einem Luftauslass 5 des Behälters 1 ist ein Auslassventil 6 angeordnet, das ebenfalls mit der Steuer- und Regelungseinrichtung 8 verbunden ist, über welche das Auslassventil 6 ansteuerbar ist. Weiterhin ist als Eingangsgröße der Steuer- und Regelungseinrichtung 8 ein mit dieser verbundener Sensor 7 zur Messung des Taupunkts der in dem Behälter 1 befindlichen Trocknungsluft angeordnet. In
Die Steuer- und Regelungseinrichtung 8 ist derart ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von der Abweichung des von dem Sensor 7 ermittelten Taupunkts von einem in der Steuer- und Regelungseinrichtung 8 hinterlegten Sättigungstaupunkt das Expansionsventil 3 sowie das Auslassventil 6 ansteuert. Ist der von dem Sensor 7 ermittelte Taupunkt der Trocknungsluft höher als der hinterlegte Sättigungstaupunkt, der im Ausführungsbeispiel -5 C° beträgt, so wird über die Steuer- und Regelungseinrichtung 8 das Auslassventil 6 geöffnet, durch welches gesättigte Luft entweicht. Weiterhin wird von der Steuer- und Regelungseinrichtung 8 das Expansionsventil 3 geöffnet, wodurch Pressluft aus der Pressluftquelle 4 in den Trocknungsluftkreislauf 2 eingespeist wird. Ist ein in der Steuer- und Regelungseinrichtung hinterlegter Soll-Taupunkt, der im Ausführungsbeispiel -15 °C beträgt, erreicht, so werden über die Steuer- und Regelungseinrichtung 8 das Expansionsventil 3 sowie das Auslassventil 6 geschlossen. Vorzugsweise erfolgt zunächst ein Verschließen des Expansionsventils 3 und nachfolgend des Auslassventils 6. Hierdurch wird in dem Behälter 1 ein Druck erreicht, der lediglich geringfügig höher als der Umgebungsdruck ist. Anschließend wird die nun in dem Kreislauf befindliche Trocknungsluft wiederum solange unter fortwährender Wärmezufuhr über die Heizung 22 in dem Kreislauf 2 geführt, bis der hinterlegte Sättigungstaupunkt von dem Sensor 7 gemessen und an die Steuer- und Regelungseinrichtung 8 gemeldet wird. Sodann werden das Auslassventil 6 sowie das Expansionsventil 3 über die Steuer- und Regelungseinrichtung 8 geöffnet, und der zuvor beschriebene Prozess beginnt von neuem.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen ein erhebliches Energieeinsparungspotenzial gegenüber dem Stand der Technik. Die zum Einsatz kommende Trockenluft hat zwei Aufgaben: Zum einen dient sie der Wärmezufuhr an das zu trocknende Granulat, um die erforderliche Wasserabgabe zu bewirken. Zum anderen dient die Trocknungsluft der Aufnahme und des Abtransports des von dem Kunststoffgranulat abgegebenen Wassers. Beispielsweise ist zur Trocknung von 20 kg Granulat, beispielsweise Polyamid mit einer spezifischen Wärmekapazität von 1,7 kJ/kgK auf 333° K (gleich 60 °C) eine Energie von 11.300 kJ erforderlich. 1 kg Luft hat eine Wärmekapazität von 1 kJ/kgK. Bei einer Dichte der Luft von 1,2 kg/m3 ergibt sich zum Transport dieser Energiemenge ein erforderliches Volumen von etwa 30 m3 (Luftvolumina sind vorstehend jeweils in Norm-m3 angegeben).
Polyamid hat eine Anfangsfeuchte von etwa 0,2 %, die zur Weiterverarbeitung auf etwa 0,04 % zu reduzieren ist. Durch die Trocknungsluft muss folglich eine Gesamtwassermenge von etwa 32 g aufgenommen werden. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass für die Abfuhr dieser Wassermenge nur ein Bruchteil des für die Wärmezufuhr erforderlichen Luftvolumens erforderlich ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trocknung von Kunststoffgranulaten wird die zur Trocknung des Granulats erforderliche Pressluftmenge nunmehr auf das für die Wasseraufnahme und dessen Abtransport erforderliche Luftvolumen reduziert.
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