CN100587376C - 用于塑料材料颗粒的吸附干燥器 - Google Patents

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Abstract

用于颗粒材料的干燥设备提供有压缩空气源、控制由所述空气源供应的压缩空气的流速的控制装置(3)、一个与流速控制装置(3)连通的压缩空气加热室(G)、一个待干燥颗粒材料的容器(16)、处于容器(16)内部的压缩热空气的扩散装置(18)、设置来检测离开容器(16)的空气温度的温度传感器装置(15)、一个可编程控制单元(24、25)。所述干燥设备包含位于流速控制装置(3)下游的一个压缩空气干燥组(21)和位于加热室(G)上游的用于来自干燥组(21)的干燥空气的一个流速调节组(22)。

Description

用于塑料材料颗粒的吸附干燥器
技术领域
本发明涉及用于塑料材料颗粒的吸附干燥器。
在塑料材料颗粒转变领域，非常重要的处理是在其转变或聚合之前，例如在其被成型为异型物体之前对颗粒进行的干燥工艺。在该干燥阶段，尤其是当处理所谓“吸湿”塑料材料的颗粒即其中吸附水分的颗粒时，颗粒中的水分将被除去。
背景技术
必须从塑料材料颗粒中除去水分是因为在转变或聚合过程中颗粒将在较高温度下熔融，并且其中的任何水分均成为聚合物分子链中的组分，导致聚合物链断裂以及在聚合材料中产生气泡、气孔和表面缺陷，从而影响其机械性能。
迄今已经提出了很多用于塑料材料颗粒的干燥方法。大多数所采用的干燥方法提出使用干燥空气，即：使干燥的空气流经颗粒物料以从中除去所有水分(水)。
塑料材料颗粒的干燥设备通常包括安排来容纳待干燥塑料材料颗粒的料斗和常称作“干燥器”、设计来供给热干空气的干燥机器。对于小型生产工厂，并因此涉及低空气流速时，使用热压缩空气作为干燥流体。
在给定温度和压力下的饱和湿度空气具有比低压下的饱和空气更高的水分含量。当压缩空气膨胀时，其水分含量稀释在其膨胀的体积中，因而其相对湿度急剧下降至-15℃--25℃的露点值。湿度的实际值取决于压缩压力和由压缩空气生产厂提供的冷凝水分离装置的性能。否则冷凝水将沿管道流动。
当压缩器工作时，其从环境中吸入空气并产生预定压力，同时通过压缩将其加热。当空气在环境温度下冷却时，其产生超过所达到温度容许的湿度，由此产生冷凝水。为了防止冷凝水到达空气进料管，必须在进料管中提供过滤器和汽水闸。某些情况下，使用其它的水分衰减***，包括冷却管组或吸附干燥器。
已经开发了用于塑料材料的传统小型干燥器，其中使用压缩空气作为加热和从中除去水分的手段。使用压缩空气在超出给定机器尺寸时并不合宜，因为压缩空气在消耗能量方面是非常昂贵的，因此除某些相当严格的限制之外，其它技术方案，如基于其内具有鼓风机的传统干燥器的技术方案变得更加合宜。事实上，容量大于30升的压缩空气干燥器相对于传统***不再具有竞争力。
图1示出传统压缩空气干燥器。利用由干燥器起动时开启的主电阀B控制的管道A来供应压力为6-8巴的压缩空气。减压阀C控制压缩空气的压力以获得所需流速。空气流速可以分成回路的两个平行分支：一个分支被流量调节器E所截断，另一分支被电阀D所截断。大部分流量穿过电阀D并到达设计来避免过高流速的固定狭缩F。部分膨胀之后，空气到达加热室G，其中空气加热至所需温度并随后通过位于装有待干燥颗粒材料的料斗H下方区域的扩散锥体(diffuser cone)I来供给。来自于扩散锥体I的热空气从料斗H底部流至顶部，遍及位于料斗H中的颗粒材料L。位于料斗上部或空气排放管中的温度传感器M检测从料斗排出的空气的温度。当检测到空气温度高于预定温度值时，电阀D工作以降低流向加热室G的流速。这样，颗粒材料一旦被加热至预定温度，干燥空气就会仅保持最小的流速通过该颗粒材料，从而确保整个干燥过程中合适的干燥和温度水平。
上述回路存在许多变体，有时是为了相同的目的，有时是为了改进的目的，虽然具有各种组件的不同构造，但是以与上述设备相同的方式工作。更具体而言，在EP-0995959中公开了令人感兴趣的方案，其中使用5个电阀的单元来替代电阀D和流量调节器E。各电阀具有不同规格的通过光，因而通过选择不同的阀可以得到不同的流速。分步控制装置因而是回路，因而可设计来控制作为待加工材料特征函数的流速。
发明内容
本发明的主要目的是提供用于塑料材料颗粒的压缩空气干燥设备，其设计来生产比传统干燥设备生产的干燥空气质量更高的干燥空气，甚至提供有汽水闸或过滤器用来处理冷凝水。
本发明的另一目的是提供适合于以简单快捷的方式获得该类待加工材料所需要的特定空气流速的干燥设备。
本发明的另一目的是提供极其紧凑的干燥设备，该设备可以直接安装在设计来容纳待加工材料的料斗上。
本发明的另一目的是提供可以容易地制造和低成本工作的组合式压缩空气干燥设备。
根据本发明的第一方面，提供压缩空气干燥设备，其包含至少一个可以根据压降原理再生的分子筛筒。
有利的是，根据本发明的压缩空气干燥设备包含控制***，所述控制***包括手动阀和流量计，以调节压缩空气流速至所需值。
在根据本发明的压缩空气干燥设备中，其各种组件优选构成模块，所述模块可以方便地组装和相互拆卸，并且相对于传统设备具有很小的尺寸，从而所述设备可以方便快捷地安装和运转。
附图说明
根据以下对作为实施本发明的非限制性实施例给出的一个目前优选实施方案的详细说明并参照附图，将更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：
图1示出传统压缩空气干燥器；
图2是根据本发明提供有用来容纳待加工材料的料斗的压缩空气干燥设备的示意图；
图3是图2干燥设备切开部分的透视图；
图4是包含两个分子筛筒、两个电阀和单向流动控制阀的集成模块的透视图；
图5是图4的集成模块的分解透视图；
图6是可位于颗粒加工料斗中的锥体扩散装置的平面图；和
图7是图6的锥体扩散装置的正视图。
具体实施方式
在附图中，相同或相似的部分或组件以相同的附图标记表示。
首先参照上述图2-7，可以看出根据本发明的压缩空气干燥设备包含多个组件，其中一些可以归类成极小尺寸模块，例如用21和22表示的那些模块。将由任意合适类型的压缩空气源(未在附图中示出)供应的压缩空气通过进口管O输送到干燥设备中。通过管道O输送的压缩空气优选具有6-10巴的压力并且可以优选在被输送到第一控制电阀2之前利用油分离过滤器1过滤，所述第一控制电阀2在干燥设备起动时允许压缩空气通过，而当切断电流供给时停止。
控制电阀2直接由干燥器的起动/停止开关31控制，从而当干燥器起动时，空气可流经阀2，而当干燥器停止时，气流被切断。
压力开关3控制在控制电阀2的下游管道O中存在足够的压力，以避免由于缺少空气导致加热室G内的电阻或一组电阻损坏。来自控制电阀2的空气被输送到分配阀4，所述分配阀4选择性地设计来将空气供应至相互平行连接的两个分子筛筒5L和5R。
图2示出分配阀4，其一方面允许压缩空气到达筒5L或5R，而在另一方面使得筒5R或5L通过排放管20与大气连通。
模块21包含两个流动控制单元6L和6R，各自具有一个进口和一个出口，分别平行连接至各自的止回阀6La和6Ra与流量调节器6Lb和6Rb。
在图2模块21的工作条件下，空气经过筒5L之后，流经流动控制单元6L，即部分通过止回阀6La且部分通过流量调节器6Lb。
单元6L的下游空气流通过管道LR供应至5路和2位的电阀7，以及供应至流动控制单元6R。单元6R由于允许空气从筒5R流至管道LR的单向阀6Ra的存在，导致可以使空气只流经流量调节器5Rb而到达筒5R，这导致空气流至筒5R的巨大压降。筒5R内的压力因而约为大气压力，因为筒5R通过分配阀4与大气循环连通。
由于所述压降，筒5R内空气的露点急剧下降，例如，对于约8巴的空气压降露点可以达到约-70℃。这意味着筒5R的再生，即从其中的分子筛中除去水分，可以在十分有利的压力和温度条件下发生，因为在低露点下，水分可以方便快捷被室温和流经筒5R的压力下的干燥空气从分子筛中带走。
分配阀4通过任意合适类型的定时器30循环开关，从而改变筒5L和5R中的作用、空气流和压力。当在筒5L和5R之一中存在最大压力(6-10巴)时，从流经所述筒的空气中吸附水分，而当筒处于大气压力下时，其部分释放出分子筛中所吸附的水分，从而得以再生。该工作模式称作“压力开关”并且其压力、时间和尺寸变化取决于所使用的吸附剂和空气参数。
在本应用中，优选使用沸石类分子筛。压降约等于干燥器的工作压力，即6-8巴。利用该工作条件，分子筛所释放的水分取决于所再生的筒释放的空气的露点(可以低至-70℃)。
在电阀7的第一或开启操作位置处，电阀7允许空气流自由通过，而转换至第二或关闭位置时，空气流被输送到流量调节器8以使流速降低。这样，得到两个空气流速，即一是电阀7开启时的流速，另一是电阀7关闭时的流速。
在电阀7的下游歧管7a上，安置有减压装置9，所述装置9引起第一压降以避免流速过快。减压装置9的出口与相互平行连接的两个流量调节器10和11流体连通。流量调节器10是预置的并且适合于确保流经其中的最小空气流，而流量调节器11可以由用户手动调节，例如通过旋钮11a(图3)，以便根据待干燥材料的特性来设置流经其中的空气流速。
流量计，包含压力计12和颈状部分13，提供来检测由流量调节器10和11所供应的空气量。将压力机12的量程有利地转换为空气流的测量单位，以使用户更方便地读取。
来自颈状部分13的空气被输送到加热室G的进口，其中使用电阻或电阻组23作为热源。温度可以通过位于加热室G出口处且设计来传送控制信号至第一可编程温度调节器24的温度传感器26来调节至所需值。
连接管14连接干燥设备的电动气动部分，即由模块22形成的设备部分，至包含待干燥材料17的料斗16。进入的空气通过位于料斗下部区域的扩散锥体18分布到材料17中，使得从扩散锥体18中逸出的压缩空气从底部向顶部流经颗粒材料。在料斗16的上部，温度传感器15检测通过充满水分的排气管道(附图中未示出)排入大气的空气温度。温度传感器15电连接至第二温度调节器25，第二温度调节器25反过来控制电阀7，因而当料斗16中的颗粒材料达到所需温度时，流经料斗16的压缩空气流速下降，从而确保低能耗，并且还防止待干燥颗粒材料受到过高的热应力。
锥体扩散器18优选成型为具有三个尖端的星型(图6和7)，具有增加的中央面积，并由有孔、弯曲和焊接的金属板制得。这样，终止在扩散锥体18下方的输送管14通过流经金属板各孔以及流经扩散锥体和料斗内壁之间的外周间隙来供应干热空气，所述空气由扩散锥体18分散。扩散锥体18还被设计来控制和优化料斗中颗粒材料的向下流动。
料斗16优选在其顶部具有多个空气出口，所述出口优选将空气排入将装载水分的空气排放至大气的公共管道中。
上述设备适合实现所有上述目的，并且容易在由权利要求书所限定的本发明范围内进行大量更改和变化。
因此，例如，模块21实际上可以包含(图4和5)一对头盖铸件(head casting)：下头盖铸件50和上头盖铸件51，其各自具有接收座52和53，优选为环形。各座52和53设计来收容各筒5L和5R的下部，优选***孔盘54。头盖对50、51、钻孔盘以及筒5L和5R在使用时由任意合适装置装配在一起，如多个(4个)连接杆，标记为55。
在下头盖50的下表面处，安装具有两个入口/出口孔4a和4b的下部阀组4，优选通过条带(未示出)固定，以使出口/入口孔面对下头盖。下头盖50具有合适的管道，以使入口/出口孔4a与形成在座52底部的通孔56流体连通，并且使入口/出口孔4b与形成在座53底部的通孔57连通。
类似地，上头盖51与***有孔盘55的筒5L、5R的上端连接。更具体而言，筒5L上端处的接收座(图中未示出)与内部管道(图中同样未示出)流体连通，所述内部管道终止于头盖上部，头盖上部通过孔58与出口连通，并且被单向流量调节器单元6L所截断，而筒5R上端的接收座(图中未示出)与内部管道(图中同样未示出)流体连通，所述内部管道在其顶部与出口孔59连接并且被单向流量调节器单元6R所截断。
具有两个出口孔60和61且其中之一例如孔61被流量调节器8所截断的阀单元7，可以例如利用条带固定至头盖51上。

Claims (23)

1、一种颗粒材料的干燥设备，提供有压缩空气源、控制由所述压缩空气源供应的压缩空气流速的控制装置(3)、至少一个与所述控制装置(3)流体连通的压缩空气加热室(G)、至少一个待干燥颗粒材料的容器(16)、处于所述至少一个待干燥颗粒材料的容器(16)内部的压缩热空气的扩散锥体装置(18)、设置来检测离开所述至少一个待干燥颗粒材料的容器(16)的空气温度的温度传感器装置(15)、至少一个温度调节器装置、位于所述控制装置(3)下游的至少一个压缩空气干燥组(21)、和来自所述至少一个压缩空气干燥组(21)的干燥空气的至少一个流速调节组(22)，所述流速调节组(22)位于所述至少一个压缩空气加热室(G)的上游；
每一个所述压缩空气干燥组(21)包括：
-至少一对分子筛筒单元(5L、5R)；
-具有与所述控制装置(3)连通的入口的阀分配装置(4)，和与所述至少一对分子筛筒单元(5L、5R)流体连通的两个出口以及与大气连通的出口(20)；和
-用于所述至少一对分子筛筒单元(5L、5R)的一对单向流量调节器单元(6L、6R)，相互通过连接管(LR)流体连通，每个单向流量调节器单元位于至少一个所述分子筛筒单元(5L、5R)的下游，每个单向流量调节器单元(6L、6R)包括各自的止回阀(6La、6Ra)和各自平行连接所述止回阀的流量调节器装置(6Lb、6Rb)；
其特征在于将每个所述止回阀(6La、6Ra)设置成允许空气从同时作为吸附单元的所述分子筛筒单元(5L、5R)可控流动至所述连接管(LR)，而通过所述流量调节器装置(6Lb、6Rb)可以发生空气从一个分子筛筒单元至另一分子筛筒单元的流动，从而导致空气流压降。
2、权利要求1的设备，特征在于所述至少一个压缩空气干燥组(21)的至少一对分子筛筒单元是一个空气干燥筛筒单元(5L、5R)和一个筛再生筒单元(5R、5L)。
3、权利要求2的设备，特征在于将所述至少一个空气干燥筛筒单元(5L、5R)设计为在高于所述至少一个筛再生筒单元(5R、5L)的解吸附或再生压力的吸附空气压力下工作。
4、权利要求3所述的设备，特征在于将所述至少一个空气干燥筛单元(5L、5R)设计为在约6-8巴的吸附空气压力下工作。
5、权利要求1～4中任一项的设备，特征在于所述至少一个压缩空气干燥组(21)可在大气压力下再生。
6、权利要求5的设备，特征在于所述至少一个筛再生筒单元(5R、5L)中的再生温度比流经所述至少一个筛再生筒单元(5R、5L)的再生空气的露点高出约100℃。
7、权利要求2的设备，特征在于每个压缩空气干燥组(21)包括上头盖铸件(51)和下头盖铸件(50)，所述上头盖铸件和下头盖铸件具有设计为收容各自的分子筛筒单元(5L、5R)一端的两个接收座(52、53)。
8、权利要求7的设备，特征在于每个单向流量调节器单元(6L、6R)位于所述上头盖铸件(51)中。
9、权利要求1～4和7～8中任一项的设备，特征在于每个流速调节组(22)依次包括减压装置(9)；平行连接所述减压装置(9)下游的第一和第二空气流量调节器(10、11)，所述第一空气流量调节器(10)设定为预定的空气流量值，而所述第二空气流量调节器(11)可调；和设置来测量来自所述第一和第二空气流量调节器(10、11)的空气流速的流量计装置。
10、权利要求5的设备，特征在于每个流速调节组(22)依次包括减压装置(9)；平行连接所述减压装置(9)下游的第一空气流量调节器(10)和第二空气流量调节器(11)，所述第一空气流量调节器(10)设定为预定的空气流量值，而所述第二空气流量调节器(11)可调；和设置来测量来自所述第一和第二空气流量调节器(10、11)的空气流速的流量计装置。
11、权利要求6的设备，特征在于每个流速调节组(22)依次包括减压装置(9)；平行连接所述减压装置(9)下游的第一空气流量调节器(10)和第二空气流量调节器(11)，所述第一空气流量调节器(10)设定为预定的空气流量值，而所述第二空气流量调节器(11)可调；和设置来测量来自所述第一和第二空气流量调节器(10、11)的空气流速的流量计装置。
12、权利要求9的设备，特征在于所述流量计装置包括压力计(12)和颈状部分(13)。
13、权利要求10的设备，特征在于所述流量计装置包括压力计(12)和颈状部分(13)。
14、权利要求11的设备，特征在于所述流量计装置包括压力计(12)和颈状部分(13)。
15、权利要求1～4和7～8中任一项的设备，特征在于所述扩散锥体装置(18)位于各待干燥颗粒材料的容器(16)内部并由具有凸起中央部分的有孔星型金属板制成。
16、权利要求5的设备，特征在于所述扩散锥体装置(18)位于各待干燥颗粒材料的容器(16)内部并由具有凸起中央部分的有孔星型金属板制成。
17、权利要求6的设备，特征在于所述扩散锥体装置(18)位于各待干燥颗粒材料的容器(16)内部并由具有凸起中央部分的有孔星型金属板制成。
18、权利要求9的设备，特征在于所述扩散锥体装置(18)位于各待干燥颗粒材料的容器(16)内部并由具有凸起中央部分的有孔星型金属板制成。
19、权利要求12的设备，特征在于所述扩散锥体装置(18)位于各待干燥颗粒材料的容器(16)内部并由具有凸起中央部分的有孔星型金属板制成。
20、一种颗粒材料的干燥设备，提供有压缩空气源、控制由所述压缩空气源供应的压缩空气流速的控制装置(3)、至少一个与所述控制装置(3)流体连通的压缩空气加热室(G)、至少一个待干燥颗粒材料的容器(16)、处于所述至少一个待干燥颗粒材料的容器(16)内部的压缩热空气的扩散锥体装置(18)、设置来检测离开所述至少一个待干燥颗粒材料的容器(16)的空气温度的温度传感器装置(15)、至少一个温度调节器装置、位于所述控制装置(3)下游的至少一个压缩空气干燥组(21)、和来自所述至少一个压缩空气干燥组(21)的干燥空气的至少一个流速调节组(22)，所述流速调节组(22)位于所述至少一个压缩空气加热室(G)的上游；
其特征在于每一个压缩空气干燥组(21)包括：
-至少一对分子筛筒单元(5L、5R)；
-具有与所述控制装置(3)连通的入口的阀分配装置(4)，和与所述至少一对分子筛筒单元(5L、5R)流体连通的两个出口以及与大气连通的出口(20)；
-用于至少一对所述分子筛筒单元的一对单向流量调节器单元(6L、6R)，相互通过连接管(LR)流体连通，每个单向流量调节器单元(6L、6R)位于至少一个分子筛筒单元(5L、5R)的下游并且包括各自的止回阀(6La、6Ra)和各自平行连接所述止回阀的流量调节器装置(6Lb、6Rb)；
-电阀装置(7)，所述电阀装置(7)具有与所述连接管(LR)流体连通的入口和与歧管(7a)流体连通的至少两个出口，所述电阀装置(7)的至少一个出口提供有流量调节器装置(8)；
并且其中每个流速调节组(22)依次包括：
-位于所述电阀装置(7)下游的减压装置(9)；
-平行连接所述减压装置(9)下游的第一和第二空气流量调节器(10、11)，所述第一空气流量调节器(10)设定为预定的空气流量值，而所述第二空气流量调节器(11)可调；和
-设置来测量所述至少一个空气流量调节器(10、11)所供应的空气量的流量计装置。
21、根据权利要求20的设备，特征在于所述流量计装置包括压力计(12)和颈状部分(13)。
22、根据权利要求20的设备，特征在于所述设备包括位于所述至少一个压缩空气加热室(G)下游的第二温度传感器装置(26)；和第一温度调节器装置(24)，所述第一温度调节器装置(24)由所述第二温度传感器装置(26)控制，以调节作为待加热空气流速和待干燥颗粒材料温度的函数的各压缩空气加热室(G)中的温度。
23、权利要求20的设备，特征在于所述设备包括第二温度调节器装置(25)，所述第二温度调节器装置(25)由所述温度传感器装置(15)控制并设置来控制所述电阀装置(7)。
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