DE2240524A1 - Verfahren und vorrichtung zum trocknen von pulverteilchen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum trocknen von pulverteilchen

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Shigeru Saito
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Description

DIPL.-CHEM. DR. ELISABETH JUNG
DIPL.-PHYS. DR. JÜRGEN SCHIRDEWAHN
PATENTANWÄLTE
3 MÖNCHEN 40, CLEMENSSTRASSE 30 TELEFON 34 50 67
TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/MDNCHEN TELEX 5-29 686
u.Z.: H 090 M (My/Dr.S/ge) 7670
17.8.72
KUREHA KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISPIA
Tokio, Japan
Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Pulverteilchen
Priorität: 18. August 1971 / Japan
Anmelde-Nr.: 62314/1971
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen nasser Pulverteilchen hochpolymerer Kunststoffe.
Wichtige Gesichtspunkte beim Trocknen nasser Pulver-, teilchen bestehen in einem ausreichenden Aufbrechen zusammengeballter oder klumpiger Massen nasser Pulverteilchen in einzelne feine Partikel, um die Trqcknungswirkung zu fördern, undin der Dispergierung dieser einzelnen feinen Partikel in einem heißen Gasstrom zum Trocknen. Um beiden Anforderungen zu genügen, sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht und in die Praxis umgesetzt
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worden. Jedoch bestehen alle bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen praktisch nur aus einer Kombination einer Vorrichtung zum Trocknen und einer besonderen Vorrichtung zum Zerkleinern der massigen oder schweren nassen Pulverteilchen und zum Dispergieren zerkleinerter einzelner feiner Pulverteilchen in einen Gasstrom.
Beispielsweise ist bisher eine Vorrichtung zum Trocknen verwendet worden, bei der ein Trockner mit einer mechanischen Einrichtung zum Zerkleinern der schweren nassen Pulverpartikel, beispielsweise mit einer Pendelmühle . und anderen mit einem Drehkörper versehenen mechanischen Vorrichtungen kombiniert war. Zwar kann mit dieser Art Vorrichtung eine bedeutende Zerkleinerungswirkung erzielt werden,"wenn die zu zerkleinernde Masse stark zum Zusammenballen oder zur Klumpenbildung neigt, aber es treten unweigerlich verschiedene Schwierigkeiten dabei auf, zum Beispiel haften die nassen schweren Pulverteilchen am Hauptkörper des Zerkleinerers oder an dessen Umfangsbereich. Besonders beim Trocknen hochpolymerer Kunststoffe vermischt sich derartiges anhaftendes Material später mit dem Endprodukt.und verringert dessen Qualität; es erzeugt aber auch Entzündungs- und Feuergefahr, wenn nämlich das anhaftende Material über längere Zeitspannen hinweg hohen Temperaturen ausgesetzt ist, was für den Betrieb und die Instandhaltung der Anlage ernsthafte Probleme aufwirft.
Um diese Mängel und Nachteile bekannter Vorrichtungen auszuschalten, sind gemäß der Erfindung lange Untersuchungen und Testreihen vorgenommen und als deren Ergebnis ein Trockner gebaut
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worden, der diese Nachteile nicht hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zum Trocknen nasser Pulverteilchen hochpolymerer Kunststoffe geeignetes Verfahren und eine zum Ausführen dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, die das Zerkleinern klumpiger nasser Pulverteilchen hochpolymerer Kunststoffe ebenso wie das Trocknen zerkleinerter einzelner nasser Pulverteilchen in einer einzigen Stufe unter Verwendung eines schnellströmenden heißen Gasstroms ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß nasse Pulverteilchen, die klumpige Massen der nassen Pulverteilchen enthalten, einem umgrenzten Trocknungsbereich kontinuierlich zugeführt werden, daß zum Aufwirbeln der Pulverteilchen innerhalb des umgrenzten Trocknungsbereichs ein schnellströmender heißer Gasstrom mit einer Temperatur von 700C bis 2000C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 m/sec bis 150 m/sec zum Aufbrechen der klumpigen Massen in einzelne feine Partikel, Dispergieren und ausreichenden Trocknen der feinen Partikel innerhalb des Trocknungsbereichs eingeblasen wird, und daß eine durchschnittliche Geschwindigkeit des schnellströmenden heißen Gasstroms innerhalb des umgrenzten Trocknungsbereichs von 1,5 m/sec bis 5,0 m/sec beibehalten wird.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist bei einer Vorrichtung vorgesehen, daß ein vertikaler Zylinder, dessen Gesamtlänge so bemessen ist, daß die ihm zugeführten nassen Pulverteilchen ausreichend fein verteilt, dispergiert
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und getrocknet werden, mit seinem oberen Ende an einen Sammler für ein Endprodukt angeschlossen ist und ein Unterteil in Form eines umgekehrt konischen Teils hat, daß ein Einlaß zur Zufuhr der nassen Pulverteilchen in der Umfangswand im unteren Bereich des Zylinders vorgesehen ist, und daß ein Einlaß für einen schneiIströmenden heißen Gasstrom unten in der Mitte des umgekehrt kegelförmigen Teils vorgesehen ist, und daß die Querschnittsfläche des Zylinders zehnmal bis hundertmal so groß ist wie der Einlaß für den schnellströmenden heißen Gasstrom, daß der Kegelwinkel des umgekehrt kegelförmigen Teils im Bereich von 60 ± lü° liegt und daß die Gesamtlänge des vertikalen Zylinders mindestens 0,05 ν + 3(m) beträgt, wobei ν eine Strömungsgeschwindigkeit (m/sec) des schnellströmenden heißen Gasstromes ist.
Die Erfindung wird nachfolgend mit vorteilhaften Einzelheiten anhand einer schematischen Zeichnung, die ein Aufbauschema eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, näher erläutert.
Wie sich aus der Figur ergibt, hat der Trockner gemäß der Erfindung einen viel einfacheren Aufbau als bekannte Vorrichtungen. Der Hauptteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einem senkrecht angeordneten Zylinder 3, dessen Unterteil 1 von umgekehrt konischer Gestalt ist und der unten in der Mitte einen Einlaß 2 für einen sehne11strömenden heißen Gasstrom hat. An die Oberseite des Zylinders 1st ein Förderrohr 5 für das getrocknete Produkt angeschlossen, welches zu einem Zyklon 6 zum Sammeln des getrockneten Produkts und zu einem Gasabzugsrohr 7 führt. Der Zylinder 3 hat ferner an einer Stelle seiner Umfangswand in der Nähe des Unterteils 1 einen Einlaß 4 zur Zufuhr des zu trocknenden Gutes. 3QQgQQ/1Q27
Im einzelnen ist die Querschnittsfläche des Zylinders etwa zehnmal bis hundertmal so groß .wie der Einlaß 2 für den schnellstroraenden heißen-Gasstrom, und die Gesamtlänge (bzw. Höhe) des Zylinders 3 sollte mindestens zwischen 5 m und 10 m betragen. Der Zylinder 3 braucht im Inneren mit keinerlei besonderer Vorrichtung;wie einem Zerkleinerer für klumpige Massen nasser Pulverteilchen oder einem Sieb zum Aussieben zerkleinerter Pulverteilchen versehen zu sein.
Beim Betrieb des Trockners, der den hier beschriebenen Aufbau hat, wird Luft, die auf eine Temperatur im Bereich von 7O°C bis 200°C erhitzt worden und auf dieser Temperatur gehalten ist, durch den Einlaß 2 ;.am untersten Ende des Zylinders als ein schnellströraender heißer Gasstrom mit einer Geschwindigkeit von 40 m/sec bis 150 m/sec in den Zylinder 3 eingeblasen. Von diesem schnellströmenden heißen Gasstrom werden Klumpen aus nassen Pulverteilchen hochpolymerer Kunststoffe, die kontinuierlich durch den Einlaß 4 zur.Zufuhr des Guts eingegeben werden, zu einzelnen feinen Partikeln zerkleinert und diese feinen Partikel im Verlauf· ihrer Bewegung nach oben durch den Zylinder 3 zu dessen Oberseite hin vollkommen getrocknet. Die trockenen Pulverteilchen werden dann als Endprodukt durch das Förderrohr 5 an den Zyklon 6 weitergegeben.
Zum Zerkleinern und Dispergieren der Klumpen enthaltenden nassen Pulverteilchen hochpolyraerer Kunststoffe innerhalb des Zylinders muß der schnellströmende heiße Gasstrom eine so große Geschwindigkeit haben, daß die Klumpen nach oben geblasen
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werden, mit anderen Worten, die Geschwindigkeit des heißen Gasstroras muß größer sein als die Endgeschwindigkeit der Klumpen.
Γη der Praxis wird die Größe der Klumpen schon innerhalb der Fördervorrichtung vor dem Trockner in gewissem Maß verringert, und ein durchschnittlicher Durchmesser der Klumpen beträgt ca. 5 cm oder weniger. Um Klumpen dieser Größe hochblasen zu können, muß die nötige Geschwindigkeit des heißen Gasstroras mindestens 30 m/sec betragen.
Es ist zwar wünschenswert, daß der schnellströmende heiße Gasstrom die größtmögliche Geschwindigkeit haben sollte, um eine stärkere Aufbrechkraft auf die Klumpen der nassen Pulverteilchen ausüben zu können, aber die meisten schweren Pulverteilchen hochpolymerer Kunststoffe können bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 150 m/sec in ausreichendem Maß in einzelne Teilchen aufgebrochen werden. Ein Gasstrom von außerordentlich hoher Strömungsgeschwindigkeit würde nämlich nur einen Erhöhten Auslaßdruck für ein Gebläse erfordern und es schwierig machen, innerhalb des Zylinders eine konstante Strömungsgeschwindigkeit beizubehalten. Deshalb liegt eine bevorzugte Geschwindigkeit des heißen Gasstromes im Bereich von 30 m/sec bis 150 m/sec.
Ferner wird die durchschnittliche Geschwindigkeit des heißen Gasstroms innerhalb des Zylinders von der Teilchengröße, dem spezifischen Gewicht und der Gestalt des zu trocknenden Guts bestimmt. Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit muß jedoch in einem Bereich innerhalb der Endgeschwindigkeit der
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größten Pulverteilchen des zu trocknenden Guts und der Endgeschwindigkeit plus 2 m/sec liegen. Wird nämlich eine Strömungsgeschwindigkeit" unterhalb dieses Bereichs gewählt, so bleiben die Pulverteilchen, die eine höhere Endgeschwindigkeit als die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Zylinders haben, im Zylinder zurück und werden nicht aus ihm abgegeben» Wenn dagegen eine Strömungsgeschwindigkeit über diesem Bereich gewählt wird, werden die Pulverteilchen in einem Zustand unzureichender Trocknung aus dem Zylinder abgegeben, wobei die schweren Pulverteilchen auch nicht vollkommen zerkleinert sind. Im allgemeinen kann bei hochpolymeieu Kunststoffen. ein wirksames Zerkleinern und Trocknen der Pulverteilchen im gewählten Strömungsgeschwindigkeitsbereich von 1,5 m/sec bis 5 ra/sec erreicht werden.
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt beim Ausführen der Erfindung besteht darin, daß der Zylinder eine deutliche Rauraausweitung im Bereich des Kegelwinkels, des umgekehrt kegelförmigen Unterteils haben sollte, welches den Einlaß für den •schnellströmenden heißen Gasstrom in den Hauptkörper des Zylinders bildet und wo.die Strömungsgeschwindigkeit sich etwas verlangsamt, wodurch eine heftige Turbulenz in deirysich ausweitenden Bereich des Zylinders auftritt, um die Innenfläche des umgekehrt kegelförmigen Teils zu spülen, so daß sich daran keine nassen Pulverteilchen absetzen können.
Wenn, aber der .Kegelwinkel des umgekehrt kegelförmigen Teils zu groß gewählt ist, sammeln sich die durch den Einlaß für das zu trocknende Gut zugeführten nassen Pulverteilchen auf diesem geneigten Unterteil an und sind schwer von der Turbulenz wegzu-
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spülen, die der durch den mittleren Teil des Zylinders fließende, schnellströmende heiße Gasstrom verursacht. Die Folge hiervon ist, daß das beabsichtigte Zerkleinern der schwerenPulverteilchen schwierig wird und infolgedessen ein kontinuierlicher Betrieb unmöglich ist.
Wenn andererseits der Kegelwinkel des umgekehrt kegelförmigen Teils zu klein gewählt ist, kann zwar das Ansammeln des zu trocknenden Guts am geneigten Unterteil vermieden werden; aber es tritt statt dessen ein anderer Nachteil auf. Da das Ausweiten des zylindrischen Raums vom Kegelwinkel des umgekehrt kegelförmigen Teils her, das heißt die Neigung des umgekehrt, kegelförmigen Teils am Scheitelpunkt sanft ist, tritt keine Turbulenz auf mit dem Ergebnis, daß das stark anhaftende und Klumpen bildende Material an der geneigten Fläche des umgekehrt kegelförmigen Teils hängen bleibt.
In verschiedenen Untersuchungen und Tests hat sich gezeigt, daß der Kegelwinkel des umgekehrt kegelförmigen Teils vorzugsweise im Bereich von 60° (+ 10°) liegen sollte.
Wenn die nassen Pulverteilchen hochpolymere^ Kunststoffe von dem schnellströmenden heißen Gasstrom, der von unten in den Zylinder geblasen wird, wirksam verkleinert, dispergiert und getrocknet werden sollen, ist als dritter wichtiger Punkt die Gesamtlänge des Zylinders in Betracht zu ziehen.
Wenn die Pulverteilchen einschließlich schwerer
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Teilchen von dem schnellströmenden heißen Gasstrom hochgeblasen werden, so müssen völlig zerkleinerte und dispergierte Teilchen durch den Zylinder nach oben getragen werden, während die unzerkleinerten Massen an Geschwindigkeit verlieren und nach unten fallen. Wenn dabei die Gesamtlänge des Zylinders zu kurz ist, werden auch die schweren Pulverteilchen durch ihr eigenes Beharrungsvermögen, welches ihnen der schnellströmende heiße Gasstrom vermittelt hat, aus dem Zylinder abgegeben, ehe sie an Geschwindigkeit verloren haben, und mischen sich mit dem getrockneten Endprodukt.
Die Höhe, bei der die hochgeblasenen Stoffe an Geschwindigkeit verlieren ..und herunterfallen, hängt von der Strömungsgeschwindigkeit des heißen Gasstroms sowie von der Größe, der Gestalt und dem Gewicht der klumpigen Masse ab.. In Untersuchungen hat sich gezeigt, daß die Gesaratlänge des Zylinders, wenn keine klumpigen Massen nasser Pulverteilchen im getrockneten Produkt enthalten sein sollen, größer sein muß als ein Wert .in Metern, den folgende' Beziehung- J ausdrückt: O,O5v .+ 3 im) (worin ν eine Strömungsgeschwindigkeit (ra/sec) eines schnellströmenden heißen Gasstroms ist). . .
Wenn der Einlaß für die Zufuhr des zu trocknenden Guts an sehr hoher Stelle des.Zylinders angeordnet ist, so werden die Teilchen, deren Endgeschwindigkeit geringer ist als die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Zylinders bei ihrer Eingabe vom Einlaß her hochgeblasen, so daß der Raum unterhalb des Einlasses nicht zum Trocknen beiträgt und die Pulverteilchen aus den
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Zylinder in unvollständig getrocknetem Zustand abgegeben werden.
Im einzelnen sollte die Länge des Zylinderfceils vom Einlaß des zu trocknenden Guts bis zum Auslaß an der Oberseite des Zylinders mindestens 3 ra betragen und die Lage des Einlasses für das zu trocknende Gut an der Umfangswand des Zylinders vorzugsweise in einem Abstand von 1/2 bis 1/20 des Zylinderdurchraessers, jedoch nicht über 1/10 der.Gesamtlänge des Zylinders über dem unteren Ei.5? des Zylinders liegen.
Nachfolgend werden Erläuterungen zum kontinuierlichen Trocknen nasser Pulverteilchen hochpolymerer Kunststoffe unter Verwendung eines Trockners gemäß der Erfindung gegeben.
Zunächst wird als schnellströmender heißer Gasstrom heiße Luft durch den Einlaß 2 für den heißen Gasstrom am unteren Ende des den Hauptkörper des Trockners bildenden Zylinders 3 mit einer Geschwindigkeit von 40 m/sec bis 150 m/sec eingeblasen, Gleichzeitig werden nasse Pulverteilchen eines hochpolymeren Kunststoffs kontinuierlich durch den Einlaß 4 für das zu trocknende Gut aufgegeben. Die auf diese Weise in den Zylinder 3 gelangenden Pulverteilchen werden im Zylinder von dem durch den Einlaß 2 eingeführten, schnellströmenden heißen Gasstrom dispergiert und getrocknet. Während des Trocknungsvorganges werden die klumpigen Massen der nassen Pulverteilchen auch von diesem schnellströmenden heißen Gasstrom in einzelne feine Partikel zerkleinert.
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Von den schweren Pulverteilchen, die einmal zerkleinert und von dem schnellströmenden heißen Gasstrom nach oben geblasen worden sind, fallen die unzureichend zerkleinerten und nicht vollkommen getrockneten Anteile wieder herab, um von dem heißen Gasstrom mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 1,5 m/sec bis 5 ra/sec innerhalb des Zylinders erneut zerkleinert und getrocknet zu werden, so daß nur die fein verteilten und getrockneten Eulverpartikel durch das Förderrohr 5 in den Zyklon 6 gelangen, in dem sie gesammelt werden und aus dem das getrocknete Produkt als Endprodukt entnommen werden kanu.
Die' Eingangsgeschwindigkeit des schnellströmenden heißen Gasstroms ebenso wie die durchschnittliche Geschwindigkeit desselben innerhalb des Zylinders kann unterschiedlich sein. Ein wirksames Trocknen von Pulverteilchen hochpolymerer Kunststoffe ist mit einer Geschwindigkeit des heißen Gasstroms von 40 m/sec bis 150 m/sec und einer .durchschnittlichen Geschwindigkeit innerhalb des Zylinders von 1,5 ra/sec bis 5 m/sec zu erreichen.
Um dem Fachmann die Anwendung der Erfindung in der Praxis zu erleichtern, werden die nachfolgenden, nicht ausschließlich zu verstehenden Beispiele beschrieben.
Beispiel 1
Methacrylnitril-Butadien-Styrol (MBS-Harz) mit einer Teilchengröße im Bereich von 44 u bis 1000 u und einem Feuchtigkeitsgehalt von 50% wurde mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 18 kg/Std. einem Trockner zugeführt, dessen zylindrischer
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Hauptkörper einen Durchmesser von 30 cm und eine Höhe von 800 cm hatte und dessen Unterteil in Form eines umgekehrt kegelförmigen Teils einen Kegelv/inkel von 60 hatte. Unten am umgekehrt kegelförmigen Unterteil war in der Mitte ein Einlaß für einen schnellströmenden heißen Gasstrom mit einem Durchmesser von 5,5 cm vorgesehen. Ein Einlaß für das zu trocknende Gut mit einem Durchmesser von 8 cm war an einer 10 cm vom unteren Ende des zylindrischen Hauptkörpers entfernt liegenden Stelle vorgesehen.
Das Trocknen geschah unter folgenden Bedingungen:
Luftfeuchtigkeit 0,025 kg - H2O/kg trockene Luft
schnellströmender heißer Geschwindigkeit 75 m/sec Gasstrom . Temperatur 135°C
durchschnittliche
Geschwindigkeit des
Gasstroms innerhalb des
Zylinders 3 m/sec
Beispiel 2
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS-Harz) mit einer Teilchengröße im Bereich von 44 ρ bis 500 ρ und einem Feuchtigkeitsgehalt von 40% wurde mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 40 kg/Std. einem Trockner zugeführt, dessen zylindrischer Hauptkörper einen Durchmesser von 30 cm und eine Höhe von 600 cm hatte und dessen Unterteil in Form eines umgekehrt konischen Teils mit einem Kegelwinkel von 60° ausgebildet war. In der Mitte war an der Unterseite des umgekehrt kegelförmigen Teils ein Einlaß für einen schnellströmenden heißen Gasstrom mit einem Durchmesser von 10 cm vorgesehen. Ein Einlaß für das zu trocknende Gut mit einem
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Durchmesser von 8 era war an einer Stelle IO cm vom unteren Ende des zylindrischen Hauptkörpers entfernt' vorgesehen.
Das Trocknen' geschah unter folgenden Bedingungen:
Luftfeuchtigkeit
schnellströmender heißer Gasstrom
durchschnittliche Geschwindigkeit des GasStroms innerhalb des Zylinders
0,018 kg - H2O/kg trockene Luft
Geschwindigkeit 45 m/sec Temperatur 150°C
3 m/sec
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Claims (2)

A η s ρ r ü c h e
1.' Verfahren zum Trocknen nasser Pulverteilchen hochpolymerer Kunststoffe, dadurch gekennzeichnet, daß nasse Pulverteilchen, die klumpige Massen der nassen Pulverteilchen enthalten, einem umgrenzten Trocknungsbereich kontinuierlich zugeführt v/erden, daß zum Aufwirbeln der Pulverteilchen innerhalb des umgrenzten Trocknungsbereichs ein schnellströmender heißer Gasstrom mit einer Temperatur von 70°C bis 2000C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 ra/sec bis 150 m/sec zum Aufbrechen der klumpigen Massen in einzelne feine Partikel, Dispergieren und ausreichenden Trocknen der feinen Partikel innerhalb des Trocknungsbereichs eingeblasen wird, und daß eine durchschnittliche Geschwindigkeit des schnellströmenden heißen Gasstroms innerhalb des umgrenzten Trocknungsbereichs von 1,5 m/sec bis 5,0 m/sec beibehalten wird.
2. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein vertikaler Zylinder (3), dessen Gesamtlänge so bemessen ist, daß die ihm zugeführten nassen Pulverteilchen ausreichend fein verteilt, dispergiert und getrocknet werden, mit seinem oberen Ende an einen Sammler (6) für ein Endprodukt angeschlossen ist und ein Unterteil in Form eines umgekehrt konischen Teils (1) hat, daß ein Einlaß (4) zur Zufuhr der nassen Pulverteilchen in der Umfangswand im unteren Bereich des Zylinders vorgesehen ist, und daß ein Einlaß (2) für einen schnellströmenden heißen Gasstrom unten in der Mitte des umgekehrt kegelförmigen Teils vorgesehen
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ist, und daß die Querschnittsfläche des Zylinders zehnmal bis hundertmal so groß ist wie der Einlaß für den schnellströmenden heißen Gasstrom, daß der■Kegelwinkel des umgekehrt kegelförmigen Teiles im Bereich von 60° + 10° liegt und daß die Gesamtlänge des vertikalen Zylinders mindestens 0,05 ν + 3(ra)· beträgt, wobei ν eine Strömungsgeschwindigkeit (m/sec) des schnellströmenden heißen Gasstroms ist.
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