DE2840899C3 - Stromtrockner zum Trocknen dielektrischer Granulate - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromtrockner zum Trocknen dielektrischer Granulate, die mittels eines Heißluftstromes durch ein gebogenes Trocknungsrohr bewegt werden, welches Zuführungen und Abführungen für Heiz-Trocknungsluft und Granulat aufweist Ein solcher Stromtrockner ist aus der US-PS 40 55 001 bekannt.

Stromtrockner dieser Art dienen z. B. zur Trocknung von Kunststoffgranulaten, und zwar zur Fertigtrocknung bis zur vollständigen Entwässerung oder auch zum Vortrocknen nach der Lagerung unmittelbar vor der Verarbeitung zu Kunststofferzeugnissen im Gießverfahren. Außerdem können Stromtrockner dieser Art zur Trocknung von hochwertigen Getreidekulturen und Ölfrüchten und bei der Schädlingsbekämpfung Verwendung finden.

Der Trocknungsvorgang von thermoplastischen polymeren und kopolymeren Granulaten läßt sich in zwei Stadien einteilen: zuerst die Vortrocknung der 10 bis 20 Gewichtsprozent vorwiegend ungebundener Feuchte enthaltenden Granulate, wobei der Vorgang proportional zur Menge der eingeleiteten Wärmeenergie und ihrer Einwirkzeit verläuft, und danach die Fertigtrocknung der weniger als 1% Kapillar- und Absorptionsfeuchte (gebundene Feuchte) enthaltenden Granulate, wobei dieser Vorgang einen ausgeprägten Exponentialcharakter aufweist.

Im ersten Stadium des Trocknungsvorganges ist ein hoher Leistungspegel der UHF-Schwingungen notwendig, wobei aber diese erhebliche Energieeinleitung nur eine relativ kurze Zeit von einigen Sekunden bis einigen Minuten dauert und praktisch ohne Risiko einer Zerstörung oder eines Anschmelzens der Granulatteilchen verläuft. Während des zweiten Stadiums, der Fertigtrocknung, ist keine große Menge an UHF-Schwingungsenergie erforderlich, weil die Wärmekapazität des Materials beinahe unabhängig von der Feuchte ist und die Aufnahmefähigkeit hauptsächlich durch den Stoff selbst gegeben ist. Die Erwärmungsteimperatur ist vom Verlauf des dielektrischen Verlustfaktors tg δ und von der Schmelztemperatur abhängig. Die Trockenzeit in diesem Stadium beträgt einige Dutzende von Minuten.

In dem bekannten Stromtrockner ist der Trocknungsvorgang dadurch in zwei Stadien unterteilt daß zwei getrennte UHF-Einrichtungen vorgesehen sind und das Trocknungsrohr durch das Durchströmen der Trocknungsluft mit dem Granulat nicht behindernde UHF-Energieunterdrücker in zwei Abschnitte unterteilt ist in denen verschiedene UHF-Energiepegel wirksam sind.

ίο Das Granulat wird mittels eines Heißluftstroms in das Trocknungsrohr eingeblasen und die Vortrocknung verläuft während einer Zeit die zur Abnahme des Feuchtegehalts auf 5% ausreicht, mit einer Frequenz von 915MHz. Danach wird das Granulat mit einer Frequenz von 2450 MHz während einer Zeit erwärmt die zur Abnahme des Feuchtegehalts bis auf 5000 ppm, d. h. bis auf 0,5% ausreicht Nach der Trocknung werden die Luft und das Granulat mit Hilfe einer Trennvorrichtung vom Zyklontyp getrennt

Die Luft und das von ihr mitgenommene Granulat durchströmen kontinuierlich die gesamte Länge des Trocknungsrohrs, wobei die Länge der Abschnitte so gewähli ist, daß die Verweilzeit während der Vortrocknung 1 bis 10 Sekunden und während der Fertigtrocknung 1 bis 3 Sekunden beträgt Da die Strömungsgeschwindigkeit der Granulate einige Dutzend Meter pro Sekunde beträgt ist zur Erreichung der erforderlichen Temperatur innerhalb einiger Sekunden die Zuführung eines hohen Leistungspegels der UHF-Schwingungen und eine hohe Temperatur der Förderluft notwendig.

Um Zerstörungen der Granulatteilchen durch intensive Dampfbildung zu vermeiden, muß in diesen der vom Inneren zur Oberfläche hin gemessene Temperaturgradient positiv sein, d. h. die Innentemperatur der Teilchen muß wenigstens um einige Grad tiefer liegen als die Temperatur an der Oberfläche. Bei einem solchen positiven Temperaturgradienten wird jedoch die Feuchte lediglich von der Außenfläche schnell entfernt.
Zur Beschleunigung des Vorganges der Entfeuchtung der Granulatteilchen von innen ist mindestens eine homogene Temperatur erforderlich oder, besser noch, eine Temperaturverteilung, die gekennzeichnet ist durch einen negativen Temperaturgradienten, bei dem die Innentemperatur einen größeren Wert hat als die Temperatur der Außenflächen. Bei dem bekannten Stromtrockner werden solche Bedingungen nicht gewährleistet.

Im bekannten Stromtrockner geschieht die Trocknung der Granulate solange, wie sie imstande sind, eine

so große Menge an UHF-Schwingungsenergie und Wärmeenergie des Luftstromes aufzunehmen, d. h. bis die Dielektrizitätskonstante ε' und der dielektrische Verlustfaktor tg ö große Werte annehmen. Die Fertigtrocknung verläuft dann wesentlich langsamer, wozu die

Verweilzeit nicht ausreicht.

Die Länge des ersten Abschnitts des Trocknungsrohrs, in dem die Vortrocknung bei 915 MHz erfolgt, beträgt beim bekannten Stromtrockner 6 bis 30 m, und die Länge des zweiten Abschnitts, in den Schwingungs-

eo energie von 2450MHz eingeleitet wird, beträgt 15 bis 24 m, wobei die Granulatteilchen diese Strecken in 3 bis 5 see durchströmen und in den Zyklonabscheider gelangen, wo die feuchte Abluft entfernt wird. Danach ist das Granulat verarbeitbar.

Durch den bekannten Stromtrockner wird nur die Entfernung der ungebundenen Feuchtigkeit aus den Granulatteilchen gewährleistet, d. h. er ermöglicht nur die Vortrocknung. Die Wechselwirkung der Teilchen

mit dem UHF-Feld dauert nur einige Sekunden, während zur Fertigtrocknung eine Zeit erforderlich ist, die sich auf Minuten und in einigen Fällen auf Dutzende von Minuten belauft

Während des Trocknungsvorgangs wird der Förderluftstrom feucht und es kommt zu einer Temperaturangleichung, nachdem zunächst auf dem ersten Abschnitt die Lufttemperatur über der Granulattemperatur gelegen hatte. Da der Luftstrom die gesamte Wegstrekke vom Anfang bis zum Ende des Trocknungsrohrs zusammen mit dem Granulat zurücklegt, kommt es auf dem zweiten Abschnitt gegen Ende der Verweilzeit zu einer Rückwirkung der Luftfeuchtigkeit auf die Granulatteilchen, wodurch der Trocknungsvorgang verlangsamt und der Wirkungsgrad der Nutzung der UHF-Schwingungsenergie herabgesetzt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Stromtrockners zum Trocknen verschiedener dielektrischer Granulate, die sich bezüglich ihrer Kapillarität, Porosität und Absorptionseigenschaften wesentlich unterscheiden, mit niedrigem Energieaufwand, wobei insbesondere auch die Fertigtrocknung bis zur vollständigen Entwässerung in kurzer Zeit möglich sein soll.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Trocknungsrohr aus je einem lotrechten Ein- und Ausgangshohlleiter besteht, die über ein Hohlleiterbogenstuck miteinander verbunden sind, wobei die Heiz-Trocknungsluft- und Granulateinführungen in den Eingang des Eingangshohlieiters münden, am Eingang des Ausgangshohlleiters ein Luftabscheider eingesetzt und an dessen Ausgang ein Resonator-Granulatbunker eingesetzt ist

Bei einer solchen Ausbildung wird es möglich, die Granulatteilchen mit veränderlicher Geschwindigkeit durch das Trocknungsrohr zu bewegen und insbesondere ihre Verweilzeit zur Fertigtrocknung im Ausgangshohlleiter wesentlich zu vergrößern. Dies geschieht dadurch, daß durch die Luftentnahme mittels des Luftabscheiders an der Übergangsstelle zwischen den Trockenrohrabschnitten die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Ausgangshohlleiter wesentlich niedriger sein kann oder sogar ihre Richtung umkehren kann, was eine entsprechende Verzögerung der Bewegung der Granulatteilchen zur Folge hat. Diese Wirkung kann vorteilhafterweise unterstützt werden durch einen entsprechenden Querschnittsverlauf der Strömungskanals, insbesondere also eine QuerschnittserWeiterung an der Übergangsstelle zum zweiten Abschnitt

Hinzu kommt, daß die feuchte Luft vor Beginn der Fertigtrocknung kontinuierlich entfernt wird, so daß diese unter der Wirkung frischer Heiz-Trocknungsluft verlaufen kann.

Der erfindungsgemäße Stromtrockner ist überaus wirtschaftlich; der Verbrauch an UHF-Schwingungsenergie beträgt durchschnittlich 50 bis 60 W · h pro kg polymerer und kopolymerer Granulate. Seine Bauweise ist kompakt und seine Abmessungen klein. Die Trocknung des Einsatzgutes erfolgt mit hoher Gleichmäßigkeit. Außer Kunststoffgranulaten können auch verschiedene landwirtschaftliche Getreidekulturen und Ölfrüchte getrocknet werden, was gleichzeitig einige Schädlingsarten dieser Kulturen bekämpft sowie diese zur Saat aufbereitet.

Wenn eine kleine Menge Granulat stark unterschiedlicher Teilchengröße zu trocknen ist, ist zweckmäßigerweise die Granulateinführung des Eingangshohlleiters mit einer Zweiwegeklappe versehen, die den wechselweisen Anschluß an einen Granulatbeschicker oder an den Resonator-Granulatbunker erlaubt In dieser letzteren Schaltstellung entsteht ein geschlossener Kreislauf des Granulats und man kann dieses bis zur vollständigen Trocknung auch der großen Teilchen zirkulieren lassen.

Es kann schließlich zweckmäßig sein, mehrere Stromtrockner der erfindungsgemäßtn Art hintereinanderzuschalten, so daß das Granulat diese kontinuierlich nacheinander durchläuft wobei die Energiezufuhr in jedem Trockner individuell einstellbar ist

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch den Stromtrockner zum Trocknen dielektrischer Granulate;

F i g. 2 eine Ausbildung des Stromtrockners, die ein Trocknen im geschlossenen Kreislauf ermöglicht;
F i g. 3 die Hintereinanderschaltung mehrerer Stromtrockner.

Der Stromtrockner zum Trocknen dielektrischer Granulate besteht aus einem UHF-Generator 1 und einem Trocknungsrohr, welches sich zusammensetzt aus einem senkrechten Eingangshohlleiter 2 und einem

2'i senkrechten Ausgangshohlleiter 3, die über ein Hohlleiterbogenstuck 4 verbunden sind. Am Anfang des Ausgangshohlleiters 3 ist ein Luftabscheider 5 und an seinem Ende ein Resonator-Granulatbunker 6 angeordnet Am Anfang des Eingangshohlleiters 2 ist ein pneumatischer Injektorförderer 7 mit einer Heiz-Trocknungslufteinführung 8 und einer Granulateinführung 9 sowie ein Anschluß 10 zur Einleitung von UHF-Schwingungsenergie angeordnet Der Resonator-Granulatbunker 6 weist Lufteinführungen 11, einen Abluftstutzen 12

JS und einen Granulatentnahmestutzen 13 auf.

Im Eingangshohlleiter 2 und im Hohlleiterbogenstuck 4 verläuft eine dielektrische Röhre 14 aus UHF-Schwingungsenergie schwach aufnehmendem Material, die den Anschluß 10 gegen Eindringen von Staub und Granulat schützt sowie zur Begrenzung des Granulatströmungskanals und Luftverbrauchseinsparung bestimmt ist.

Der mit Hilfe eines Stutzens 15 an eine Unterdrucklüftung angeschlossene Luftabscheider 5 hat in der Kanalwand liegende Abluftstutzen 16.

Zur Trocknung der Granulate während längerer Zeiträume hat der Resonator-Granulatbunker 6 gemäß F i g. 2 einen Auslauf 17, der über einen Schlauch 18 an eine Zweiwegeklappe 19 angeschlossen ist, die die Granulateinführung 9 wahlweise mit einem Granulatbeschickungsstutzen 20 oder unter Ausbildung eines geschlossenen Granulatkreislaufs mit dem Auslauf 17 verbindet. Zur Entnahme des fertig getrockneten Granulats hat der Resonator-Granulatbunker 6 eine Entnahmeklappe 21.

Der Stromtrockner zum kontinuierlichen Trocknen dielektrischer Granulate gemäß Fig.3 hat eine Mehrzahl, im dargestellten Beispiel drei Trocknungsstufen der beschriebenen Bauart, welche mittels Rohren 22 hintereinandergeschaltet sind. Die UHF-Energie wird jeder der Stufen unabhängig von den anderen zugeführt. Der Betrieb der beschriebenen Stromtrockner verläuft wie folgt:

Bei der Luftzufuhr durch die Einführung 8 in den pneumatischen Injektorförderer 7 wird das Granulat durch die Einführung 9 in den senkrechten Eingangshohlleiter 2 eingesaugt und vom intensiven Luftstrom durch das weiche Hohlleiterbogenstuck 4 mitgenommen. Das Granulat ist bei seiner Bewegung der

Einwirkung von UHF-Schwingungsenergie und Luft ausgesetzt. Danach gelangen die Körnchen in den Luftabscheider 5, wo die Abscheidung der Förderluft und deren Ableitung durch die Stutzen 16 und 15 in die Unterdrucklüftung erfolgt. Die Körnchen setzen ihre Bewegung im Ausgangshohlleiter 3 mit einiger Geschwindigkeitsverminderung aufgrund eines Gegenluftstromes, der durch die Einführungen 11 dem Resonator-Granulatbunker 6 zugeführt wird, fort.

Wesentlich ist also, daß die veränderliche Geschwindigkeit der Teilchen auf ihrem Weg durch entsprechende Querschnittsgestaltung des Strömungskanals sowie durch die Geschwindigkeit des Förderluftstromes herbeigeführt wird, wobei der Luftstrom auf dem Abschnitt verlangsamter Teilchenbewegung dieser entgegengerichtet sein kann.

Die Größe des Gegenluftstromes kann mit Hilfe einer innerhalb des Abluftstutzens 12 angeordneten Klappe geregelt werden.

Im Ausgangshohlleiter3 werden die Körnchen weiter der Einwirkung der UHF-Schwingungsenergie ausgesetzt, wodurch sie sich bei Abkühlung der Außenflächen erhitzen. Im Resonator-Granulatbunker 6 sammelt sich das Granulat und wird weiter einer Erwärmung durch die UHF-Schwingungsenergie und die Wärmeenergie der Heißluft, die durch die Einführungen 11 einströmt, unterworfen. Die Abluft wird samt der Feuchtigkeit durch den Stutzen 12 abgeleitet

Nach der Füllung des Resonator-Granulatbunkers 6 spricht ein (nicht dargestellter) elektrischer Füllstandskontaktgeber an, der einen an den Granulatentnahmestutzen 13 angeschlossenen pneumatischen Förderer einschaltet und das getrocknete Granulat abführt Der Mengenstrom der Entnahme wird so eingestellt, daß er der zuströmenden Granulatmenge gleich ist und sich somit ein kontinuierlicher Trocknungsvorgang mit der erforderlichen Verweilzeit der Granulatteilchen einstellt

Die Regelung der Erwärmungstemperatur erfolgt durch von einem Wärmefühler gesteuertes Ab- und Einschalten des UHF-Generators 1 während des Trocknungsbetriebs.

Der mit dem Stromtrockner gemäß Fig.2 mögliche periodische Trocknungsbetrieb bei geschlossenem Kreislauf des Granulats verläuft wie folgt:

Zunächst wird das Granulat durch den Granulatbeschicker 20 bei entsprechender Stellung der Zweiwegeklappe 19 zugeführt und gelangt nach erstmaligem Durchströmen des Stromtrockners in den Resonator-Granulatbunker 6. Nach Abschluß der Beschickung wird die Zweiwegeklappe 19 umgestellt und so der Auslauf 17 des Resonaior-Granuiaibunkers 6 mii Hilfe des Schlauchs 18 und der Zweiwegeklappe 19 mit der Einführung 9 des Injektorförderers 7 verbunden, so daB sich ein geschlossener Kreislauf des Granulats bildet

Der UHF-Generator 1 wird eingeschaltet, und das Granulat tritt aus dem Resonator-Granulatbunker 6 in den senkrechten Eingangshohlleiter 2 ein, wo es der gleichzeitigen Einwirkung der UHF-Schwingungsenergie und Luft ausgesetzt wird Nach dem Durchgang durch das Hohlleiterbogenstück 4 wird die befeuchtete Abluft durch den Luftabscheider 5 und den Stutzen 15 in

die Unterdrucklüftung abgeleitet und das Granulat strömt weiter durch den Ausgangshohlleiter 3 in den Resonator-Granulatbunker 6. Hier ist das Granulat ebenfalls einer Einwirkung von UHF-Schwingungsenergie und Luft ausgesetzt, die bis auf eine Temperatur erhitzt wurde, die um 20 bis 5O⁰C tiefer als die zulässige Erhitzungstemperatur des Granulats liegt.

Die Umlaufgeschwindigkeit des Granulats wird durch Änderung des Luftdurchsatzes des Injektorförderers 7 geregelt Die Regelung der Erhitzungstemperatur des Granulats erfolgt mit Hilfe eines Wärmefühlers.

Nach Abschluß der Trocknung wird das Granulat mit Hilfe des Injektorförderers 7 durch den Entnahmestutzen 13 oder durch öffnen der Entnahmeklappe 21 ausgetragen, wonach der Trockner mit einer nächsten Charge beschickt und diese getrocknet werden kann.

Eine Trocknung mit periodischer Beschickung und Zirkulation des Granulats im geschlossenen Kreislauf ist dort zweckmäßig, wo eine kleine Granulatmenge mit unterschiedlicher Korngröße zu trocknen ist. Dabei ist auch eine gleichzeitige Trocknung von mehreren verschiedenen Stoffen möglich.

Bei der stufenweisen kontinuierlichen Trocknung von Granulaten in mehreren gemäß F i g. 3 hintereinandergeschalteten Trocknern verlaufen sämtliche Vorgänge ebenso wie in einer Stufe.

Nach der Beschickung des Resonator-Granulatbunkers 6 der ersten Stufe spricht der (nicht dargestellte) Füllstandsgeber an, der die gleichzeitige Einschaltung des UHF-Generators 1 und des Injektorförderers 7 der zweiten Heizstufe bewirkt Nach Abschluß der Beschikkung des Resonator-Granulatbunkers 6 der zweiten Heizstufe kommt es zum Ansprechen von dessen Füilstandsgeber, der die gleichzeitige Einschaltung des Generators 1 und des Injektorförderers 7 der dritten Heizstufe bewirkt Diese Vorgänge wiederholen sich bis zur Beschickung des Resonator-Granulatbunkers 6 der letzten Stufe, aus dem dann das getrocknete Granulat entnommen wird

Die Hintereinanderschaltung mehrerer Stromtrockner ist zur Trocknung von Stoffen mit einem hohen Gehalt an gebundener Feuchtigkeit zweckmäßig. In jeder Stufe kann der Trocknungsvorgang 3 bis 8 Minuten dauern.

Der Trocknungsvorgang der Granulatteilchen im vorgeschlagenen Stromtrockner ist gekennzeichnet durch eine veränderliche Geschwindigkeit die es erlaubt eine kurze Verweilzeit auf dem Abschnitt der Vortrocknung bei intensiver Energiezufuhr zu kombinieren mit einer auf der gleichen Förderstrecke im gleichen Trocknungsrohr anschließenden längeren VcrwciLccii im Abschniii der FcriigtFöCiCnüng, WGuEi diesem Luft zugeführt wird deren Temperatur um 20 bis 50⁰C tiefer als die Grenzerhitzungstemperatur des Granulats eingestellt wird Dadurch stellt sich ein negativer Temperaturgradient ein, d h. es kommt zu einer höheren Temperatur innerhalb der Teilchen als auf deren luftgekühlter Oberfläche. Die feuchte Abluft und sich entwickelnde Gase werden aus jedem Abschnitt abgeleitet, so daß auch die Fertigtrocknung mit frischer Heißluft geschieht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Stromtrockner zum Trocknen dielektrischer Granulate, die mittels eines Heißluftstromes durch ein gebogenes Trocknungsrohr bewegt werden, das Zuführungen und Abführungen für Heiz-Trocknungsluft und Granulat aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknungsrohr aus je einem lotrechten Ein- und Ausgangshohlleiter (2,3) besteht, die über ein Hohlleiterbogenstück (4) miteinander verbunden sind, wobei die Heiz-Trocknungslufi- und Granulateinführungen (8, 9) in den Eingang des Eingangshohlleiters (2) münden, am Eingang des Ausgangshohlleiters (3) ein Luftabscheider (5) eingesetzt und an dessen Ausgang ein Resonator-Granulatbunker (6) eingesetzt ist

2. Stromtrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator-Granulatbunker (6) über eine Zweiwegeklappe (19) und einen Schlauch (18) mit der Granulateinführung (9) des Eingangshohlleiters (2) verbunden ist, wobei der andere Eingang der Zweiwegeklappe an einen Granulatbeschicker (20) angeschlossen ist