DE2112706A1

DE2112706A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Materialbahnen

Info

Publication number: DE2112706A1
Application number: DE19712112706
Authority: DE
Inventors: Martin Patrick Douglas
Original assignee: Wiggins Teape Research and Development Ltd
Current assignee: Arjo Wiggins Ltd
Priority date: 1970-03-19
Filing date: 1971-03-12
Publication date: 1971-09-30
Also published as: ZA711340B; CA950188A; GB1337980A; US3720002A; BE764577A; AU2630571A

Description

Patentanwalt

D!pl.-Ing. K. V/alther

1 BERLIN 19 BolivaraÜee 9 TeU 3044285 .

Wiggins Teape Research & Development Limited, Gateway House, 1, WatIiag Street, London E.C. 4 /England

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen "

von Materialbahnen

Sie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum

j !Trocknen von Materialbahnen, bei dem beim Durchlauf durch eine

Trocknungszone auf die Materialbahn Strahlungswärme und Heissgas gerichtet werden.

Wird beispielsweise Papier mit einem wässrigen Überzug beschichtet, der aus in Wasser suspendierten feststoffen besteht, so ist bekannt, da· Papier dadurch zu trocknen, dass die Papierbahn durch eine Trocknungezone gefördert wird und in dieser heisse Luft geringer Feuchtigkeit auf die beschichtete Seite der Papierbahn mit hoher Geschwindigkeit geleitet wird. Bei dieser Art des Trocknens steigt die Trocknungegeschwindigkeit anfänglich schnell an während sich die

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Papierbahn erwärmt. Hierauf folgt eine Troeknungsperiode, in der die Verdampfungsgeschwindigkeit im wesentlichen konstant bleibt. Gegen Ende des Trocknungsvorganges fällt die Geschwindigkeit der Verdampfung der Feuchtigkeit in zunehmendem Masse. Während dieser letzten Periode kann die zuvor getrocknete Oberflächenschicht ein Trocknen der darunter liegenden feuchten Schichten erschweren, so dass der Heissgasstroe weniger wirksam ist. Ferner kann während dieser Trocknungsperiode die Feuchtigkeit von der Unterseite der Beschichtung in die Gewebebahn einwandern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so weiter auszugestalten, dass verbesserte Trocknungeergebnisse insbesondere in dem erwähnten letzten T_eil der Trocknungsperiode erzielt werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgeaäss dadurch gelöst, dass der Anteil der Strahlungswärme «ur Menge des Heissgases längs des Förderweges durch die Trocknungszone derart veränderlich eingestellt wird, dass an deta Ende des Förderweges ein grösseres Verhältnis Strahlungswärme zu Heissgas besteht als an dessen Beginn.

Hierbei ist es zweckmässlg, wenn die Henge des zugeleiteten Heissgases zum Ende des Förderweges zu herabgesetzt wird.

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Sei einer Terfahrensführung ist vorgesehen, daae Strahlungwärme und Heissgas nur auf die eine Fläche der Materialbahn zugeleitet werden, während gegen deren andere Fläche lediglich Strahlungswärme gerichtet wird.

Torzugsweise wird als Heissgas Luft von mindestens 9O⁰C Temperatur verwendet und sit hoher Geschwindigkeit an über die Länge des Förderweges mit Abstand voneinander aufweisenden Stellen gegen die Materialbahn gerichtet.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Strahlungswärme durch Infrarotstrahler einer Wellenlänge von 3-5 Mikron erzeugt wird.

Sie Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit einer Fördereinrichtung zur Förderung der Materialbahn durch eine Trocknungszone, in der längs des Förderweges eine Mehrzahl von auf die Materialbabn gerichteten Heissgasauslässen und mehrere auf die Materialbahn gerichtete Strahlungskörper angeordnet sind.

Eine derartige Torrichtung kennzeichnet sich erfindungsgemäss durch Steuereinrichtungen zum Steuern des Verhältnisses der Strahlungswärme zur Menge des zugeleiteten Heissgas es über die Länge des Förderweges.

Bei einer JLusführungeform der Erfindung ist vorgesehen, dass über der einen Fläche der Materialbahn Strahlungsheizer und Heilgasauslässe und neben der anderen Fläche der

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Materialbahn lediglich Strahlungsheizer angeordnet sind. , Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorge- ! sehen, dass die Heissgasauslässe von den Strahlungsheizern einen solchen Abstand haben, dass im wesentlichen das zugelei- . tete Heissgas die Materialbahn erreicht, ohne über die Strahlungsheizer zu strömen.

Hierbei ist es ferner vorteilhaft, wenn die Heiss- . gasauslässe so zu den Strahlungsheizern angeordnet sind, dass das von der Materialbahn abströmende Heissgas durch Aus- _: lasse abgezogen wird, ohne über die Strahlungsheizer zu strömend

Schliesslich ist es zweckmässig, wenn wenigstens einige der Strahlungeheizer mehrere Heizelemente aufweisen,

die jedes für sich steuerbar sind.

In der Zeichnung ist eine schematische Darstellung ' einer Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung ist:

Pig. 1 ein scheiaatiecher Teillängeschnitt durch eine Torrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine echematische Ansicht in Richtung der Pfeile H-II in Pig. I gesehen und

Pig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung für die Anlagen nach Fig· I und 2.

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Die in der Zeichnung dargestellte Torrichtung kann zum Trocknen von Materialbahnen, beispielsweise einer Papierbahn, verwendet werden, die mit einem wässrigen Überzug beschichtet ist.

Die Torrichtung enthält eine Fördereinrichtung aus Pörderwalzen 11, um die Papierbahn längs eines Pörderweges 12 durch eine Troeknungszone 13 zu bewegen, in der mehrere Heissgaseinlässe 14 vorgesehen sind, um Heissgas in Richtung auf den Förderweg 12 zuzuleiten. Ferner sind längs des Pörderweges 12 Strahlungsheizer 15 angeordnet, die Strahlungswärme gegen den Förderweg 12 richten· Zur Steuerung des Anteils der Strahlungswärme zur Menge des zugeleiteten Heissgases sind Steuereinrichtungen 16 vorgesehen, durch die ein höheres Terhältnis Strahlungswärme zum Heissgas am Ende 17 des Pörderweges 12 gegenüber dessen Anfang 18 eingestellt werden kann.

Die Torrichtung enthält ein oberes Gehäuse 19 und ein unteres Gehäuse 20 sowie eine Heissgasquelle 10, die mit einer Hagptkammer 21 inerbalb des oberen Gehäuses verbunden ist· Im oberen Gehäuse ist ferner eine Anzahl von Zweigkammern 22 vorgesehen, die mit der Hauptkammer durch öffnungen 23 verbunden sind. Die öffnungen 23 sind durch die Steuereinrichtungen 16 einstellbar, die bei der Aueführungeform nach Pig. I aus fentilklappen 16 bestehen, die durch verschiebliche Stangen einstellbar sind. Ss ist jedem Heissgaseinlass 14 eine derartige Zweigkammer 22 zugeordnet, so dass jeder Heissgaseinlass 14

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einzeln eingestellt werden kann_e Die Heissgaseinlässe 14 haben die Form von engen Sehlitzen, die sich über die Breite des Förderwegea 12 erstrecken (Fig* 2). Sie Schlitze 14 liegen zwischen benachbarten tunnelförmigen Zwischenstücken 25, die sich ebenfalls über die ganze Breite des Förderweges l£ erstrecken. Ia jedem Zwischenstück 25 sind unter einem halbzylindrischen Reflektor 26 stangenförmig® Strahlungsheizer 15 angeordnet, so dass verhältnismässig grosse Flächen des Förderweges 12 gleiofaaässig Strahlungswärme erhalten· Die Reflektoren 26 sind über Stützen 27 as den Zwischenstücken 25 befestigt.

Ein ähnlicher Satz von Strahlungsheizern 15 mit Heflektoren 26 ist mit Abstand voneinander auch unterhalb des Pöräerweges 12 vorgesehen, so dass Strahlungswärme auch auf die untere Fläche der Papierbahn gerichtet wird·

Beiderseits der Reflekteoren 26 sind in den

Zwischenstücken 25 durchlochte Platten 28 vorgesehen (Fig. 2)· Diese Löcher in den Platten 28 bilden Auslassöffnungen für das Heissgas aus dsr ÜDrocknungszone, wenn dieses von dem zu trocknenden Material abströmt. Die abgesaugten Heissgase treten durch die Platten 28 in eis® Kammer 51 der Zwischenstücke 25 und werden gegebenenfalls bm beiden Enden neben dem-Förderweg durch Pumpea abgesaugt· Das abgesaagte Heisegas kaaa der Heissgasquelle zur Wiederaufwärmung unä Trocknung zugeleitet werden. Zweckmässig wird mit Eeissluft gearbeitet«

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Die Förderwalzen 11 der Fördereinrichtung

liegen zwischen je zwei Strahlungsbeizern 15 unmittelbar unter den Heissgaseinläseen, so dass durcb das austretende Heissgas keine Verformung der Papierbahn eintreten kann. Sie Förderwagen 11 berühren hierbei nur die untere Fläche der Papierbahn, ■o dass die beschichtete obere Fläche unberührt bleibt*

Da die Heiasgaseinlässe 14 zwischen je zwei Strahlungsheizern 15 liegen und dem Förderweg 12 näher liegen als die Strahlungsheizer 15, kann im wesentlichen kein zugeleitetes Heissgas über die Strahlungsheizer 15 strömen und diese abkühlen. Da ferner die Auslassöffnungen in den Platten 28 zwischen den Einlaßschiitzen 14 und den Strahlungsheizern 15 liegen, wird im wesentlichen alles abströmende Heissgas abgesaugt, ohne über die Strahlungsheizer 15 zu strömen.

Ia Ausführungsbeispiel sind die Strahlungsheizer als elektrische Strahlungsheizer ausgebildet, die eine Strahlung einer Wellenlänge zwischen 3 und 5 Mikron bewirken. In Pig· 3 dargestellte Steuereinrichtungen 29 mit zugeordneten Steuerknöpfen 30 gestatten,die Temperatur der Strahlungsheizer 15 einzeln einzustellen, wodurch die Wellenlänge der Strahlung bestimmt wird. Es können auch andere Arten von Strahlungsheizern, beispieleweise gasbefeuerte, verwendet werden.

Zum Trocknen wird das zu trocknende Material längs des Förderweges 12 durch die Trocknungszone 13 bewegt

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and der vereinigten Wirkung der Strahlungswärme und des Heissgases ausgesetzt, wobei das Verhältnis der Strahlungswärme zur Menge de® Heissgaees längs des Förderweges so eingestellt wird, dase ein grösserea? Verhältnis Strahlungswärme zu Heisegas am Ende 17 des Törderweges 12 gegenüber dem Anfang 18 des Förderwege® 12 besteht. Eine zu trocknende Papierbahn wird beispielsweise der Vorrichtung von der rechten Seite in Pig. I zugeführt und Heiseluft in die Hauptkammer 21 auf der rechten Seite ssugespeisto Die Temperatur der Heieeluft beträgt mindestene 9O°C und ihre Austrittsgeschwindigkeit beiFägt zwischen j 600 bis 5.500 m/Min am Beginn dee Pörderweges 12. Die Ye α tilklappen 16 sind so eingestellt, dass die öffnungen 23 längs des Förderweges fortschreitend verringert werden, so dass Geschwindigkeit und temperatur der zugeleiteten Heiseluft dem Ende 17 des Pörderweges 12 zu fortlaufend geringer werden. Auf diese Weise wird der Anteil der Strahlungswärme zur Heiseluft zum Ende 17 des Pörderweges 12 hin vergrössert. Die gtrahlungsbeizer 15 oberhalb der Papierbahn können durch entsprechende Einstellung der Steuereinrichtung 29 auf unterschiedliche Strahlungswärmen eingestellt werden. In gleicher Weise können die unterhalb der Papierbahn angeordneten Strahlungsh^zer 15 durch die Steuereinrichtung 29 auf unterschiedliche Wärmestrahlung eingestellt werä©a. Es können auf diese Weise unterschiedliche Trocknungsbedingungen für verschiedene Arten von Material-

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bahnen beherrscht werden« Sie insgesamt der Materialbahn an Ende 17 des Förderweges zugeführte Wärmemenge kann geringer «ein als an deren Beginn 18, jedoch ist in allen Fällen das Verhältnis Strahlungswärme zum Heissgas am Ende 17 des Förderweges 12 grosser als an dessen Anfang.

Diese Regelung ist deshalb zweokmässig, weil zu Beginn des Trocknungsvorganges die Materialbahn einen nassen Überzug an der Oberfläche aufweist und die zugeleitete Heiseluft ist besonders zu Beginn des Trocknungsvorganges wirksam, so dass der Anteil an Strahlungswärme geringer sein kann.

In dem Masse, wie die Materialbahn durch die Irocknungszone 13 fortschreitet, verringert sich der Feuchtigkeitsgehalt und i« Bereich der fallenden Trocknungsgeeohvindigkeit kann die verbliebene Feuchtigkeit in den Fasern der Bahn festgehalten werden· In diese· Bereich der Trecknmngszone wird jedoch die Strahlungswärme wirksamer, so dass ihr Anteil entsprechend erhöht wird, um eine erfolgreiche Trocknung in diesem Bereich zu erhalten· Bis zum Erreichen dieses letzten Trocknungsvorganges unterstützt die Strahlungswarme den Wärmeübergang zu dem Wasserfilm und bedingt auch die Bildung von Turbulenzen an der Grenzschicht mit der Papierbahn, so dass eine bessere Ableitung des Wasserdampfes von der Papierbahn erfolgt und der Wärmeübergang von der Heissluft zum Wasserfilm begünstigt ist.

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Durch geeignete Wahl der Wellenlängen der

Strahlung dringt die Strahlungsenergie in den Wasserfilm ein und bewirkt eine frühe Herabsetzung der Viskosität des Wassers neben der Gewebebahn, wodurch eine gewisse Steuerung der Einwanderung, des Wassers in die Gewebebahn, möglich ist. Diese Wirkung kann durch Einstellung der Strahlungsheizer abgestimmt werden· Ebenso können die Strahlungsheizer unterhalb der Materialbahn die Kappilarkräfte in der Materialbahn beeinflussen und damit das Einwandern des Wassers in diese steuern. Auch dies kann durch entsprechende Einstellung der unteren Strahlungen%zer gesteuert werden. Im letzten Bereich der Trocknung erfolgt der grösste Seil des Wärmeüberganges an die feuchtigkeit durch die Strahlungswärme und da die abzuführende Dampfmenge in diesem Bereich sehr Terringert ist, ist eine geringere Wärmezufuhr notwendig.

Durch die erfindungagemässe Anordnung τοη

Strahlungsheizern und Heissgaseinlässen werden höhere Trocknungsgeschwindigkeiten bei geringerem leiatungsaufwand erzielt. |

Wenn auch im Ausführungsbeiapiel nach ¥lg. 1

unterhalb der Materialbahn nur Strahlungsheizer vorgesehen sind* so wäre auch dort die zusätzliche Anordnung τοη Heissgasausläasen möglich, wenn es erwünscht oder notwendig ist, die zu trocknende Materialbahn an beiden Seiten in gleicher Weise zu ;

ί trocknen· I

- ii - ι

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j - 11 -

■ Wean auch das Ausführungsbeispiel im Zusammenhang ^; mit einer zu trocknenden Papierbahn beschrieben worden ist, ist

klar, dass auch andere Materialbahnen in gleicher Weise getrocknet werden können.

Werden Materialbahnen getrocknet, deren Über-

, zug empfindlich gegen chemische oder thermische Einflüsse sind, : so kann die Wellenlänge der Strahlung so abgestimmt werden, I dass sie vom Wasser absorbiert wird und den empfindlichen ÜbeΓι zug nicht erreicht. Es kann dann die feuchtigkeit verdampft

werden, wobei der Überzug während des Trocknungsvorganges auf ^! einer niedrigen Temperatur gebalten wird. Andererseits kann ; die Wellenlänge auch so eingestellt werden, dass der Überzug

i '

j auf eine höhere Temperatur als das Wasser erhitzt wird, falls 1 dies erwünscht ist.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemässe ¹ Verfahren auch zum Trocknen von unbeschichtetes Papier geeignet·

Die erwähnte Wärmestrahlung mit Wellenlängen zwischen 3 und ' Mikron hat sieb zum Trocknen von mit wässrigen überzügen be-

; schichteten Papieren als sweckaässig erwiesen. Zum Trocknen : anderer Materialien können aber andere Welleabereiche zweckmässif j sein. So kann mit Wellenlängen zwischen 3 und 8 Mikron gearbei-

! tet werden, wie auch mit Mikrowellen anstelle von Infrarot-

■ strahlung gearbeitet werden kann.

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Unter bestimmten Bedingungen kann es erwünscht sein, die Stärke der Strahlungswärme in einem besonderen Teil der Trocknungszone ohne Änderung der Wellenlängen zu erhöhen. Da Leistung und Wellenlänge voneinander abhängig sind, kann dies durch die Anordnung von mehreren Heizelementen in jedem Strahlungsheizer erreicht werden, wobei dann je nach Bedarf eine bestimmte Anzahl der Heiselemente eingeschaltet wird.

Das Verhältnis Strahlungswärme zu Heissgas kann in jedem Teil der Trocknungszone dadurch eingestellt werden, dass mehrere Heizelemente in jedem Strahlungsheizer vorgesehen sind, die wahlweise eingeschaltet werden können. Hierzu können mehrere stangenförmige Heizelemente 15 nebeneinander vor dem Reflektor 26 angeordnet werden, wobei jedes Heizelement getrennt durch die Steuereinrichtung 29 einstellbar ist.

Es wurde bereits erwähnt, dass durch entsprechende Ausbildung der Strahlungsheizer in Richtung des Förderweges gewünschte Trocknungsbedingungen eingestellt werden können· In gleicher Weise ist dies auch quer zum Förderweg 12 möglich. In diesem Falle können die Zweigkammern 22 und die Strahlungsheizer 15 in Querrichtung zum Förderweg 12 unterteilt sein,so dass einzelne Abschnitte über die Breite der zu trocknenden Materialbahn getrennt eingestellt werden können, um jeweils gewünschte Trocknungsbedingungen einzustellen.

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Obwohl die Reflektoren 26 la den Zeichnungen mit zylindrischer Gestalt dargestellt sind, können in abgewandelter Weise selbstverständlich auch Reflektoren mit paranoischer Querschnittsform verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche :

1 1.) Verfahren zum Trocknen von Materialbahnen, bei dem beim Durchlauf durch eine Trocknungszone auf die Materialienη Strahlungswärme und Heisagas gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Strahlungswärme zur Menge des Heissgases längs des Ϊörderweges durch
die Trocknungszone derart veränderlich eingestellt wird,
dass am Ende des Förderweges ein grösseres Verhältnis
Strahlungswärme zu Heissgas besteht als an dessen Beginn.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des zugeleiteten Heissgases zum Ende des Förderweges zu herabgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungswärme und Heissgas nur auf die eine fläche der Materialbahn gerichtet werden, während gegen deren andere Fläche lediglich Strahlungswärme gerichtet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Heissgas Luft von etwa 9O°C Temperatur verwendet und mit hohrer Geschwindigkeit an über
die Länge des Förderweges mit Abstand voneinander aufweisenden Stellen gegen die Materialbahn gerichtet wird.

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5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungswärme durch Infrarotstrahler einer Wellenlänge von 3-5 Mikron erzeugt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Fördereinrichtung zur Förderung der Materialbahn durch eine Troeknungszone, in der längs des Förderweges eine Mehrzahl von auf die Materialbahn gerichteten Heissgasauslässen und mehrere auf die Materialbahn gerichtete Strahlungskörper angeordnet sind, gekennzeichnet durch Steuereinrichtungen (16,29) zum »Steuern des Verhältnisses der Strahlungswärme zur Menge des zugeleiteten Heisegases über die Länge des Förderweges.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über der einen Fläche der Materialbahn Strahlungsheizer (15) und Heissgasauslässe (14) und neben der anderen Fläche der Materialbahn lediglich Strahlungsheizer (15) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Ansprach 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heissgasauslässe (14) von den Strahlungsheizern (15) einen solchen Abstand haben, dass im wesentlichen das zugeleitete Heissgas die Materialbahn erreicht, ohne über ■ die Strahlungsheizer zu strömen.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heissgasauslässe (14). so zu den Strahlungsheizern (15) angeordnet sind, dass das von der Materialbahn abströmende Heissgas durch Auslässe abgezogen wird, ohne über die Strahlungsheizer zu strömen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Strahlungsheizer (15) mehrere Heizelemente aufweisen, die jedes für sich steuerbar sind.

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