DE2922513A1 - Verfahren und einrichtung zur energierueckgewinnung aus loesungsmittelhaltigen abgasen - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur energierueckgewinnung aus loesungsmittelhaltigen abgasenInfo
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmanm, uii'-L.-THYs. Dr. K. Fincke
Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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CH-1001 Lausanne
Verfahren und Einrichtung zur Energierückgewinnung aus lösungs-
mittelhaltigen Abgasen
909849/0916
ORIGINAL INSPECTED
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens. Die Erfindung .kann insbesondere in Verbindung mit einer Druckerpresse oder ähnlichen Maschine
eingesetzt werden, insbesondere mit einem System, bei dem die aus der Oxidationskammer austretende Wärme ohne Wärmetauscher
oder ein Wärmeübertragungsmedium ausgenutzt wird, um die Lösungsmittelverdampfung in den Trocknungsabschnitten
der Druckerpresse in wirtschaftlicher und sicherer Weise zu erleichtern.
Tiefdruckverpackungs- und Druckmaschinen werden weitläufig für Verpackungs- und Druckzwecke eingesetzt. Die Vorschriften
zur Reinhaltung der Luft fordern, daß die in den Abgasen derartiger Maschinen vorhandenen Lösungsmittel vor der
Einführung der Abgase in die Umwelt ausgesondert werden.
Die aus Farblösungen in den Trocknungsabschnitten einer Druckerpresse verdunstenden Lösungsmittel können in harmloses
Kohlendioxid und Wasserdampf umgesetzt werden, indem die Abgase der Trocknungsabschnitte für eine vorgegebene
Zeit auf eine Temperatur oberhalb der Oxidationstemperatur der Lösungsmittel erhitzt werden.
Die zur Aufrechterhaltung des Oxidationsprozesses erforderliche Energie kann wesentlich durch Voraufheizung der lösungsmittelhaltigen
Abgase verringert werden, indem ein Wärmegenerator mit einem Teilchenbett oder ein anderer Voraufheizer
verwendet wird. Die Vorheizung erfolgt auf die Entzündungstemperatur des Lösungsmittels, bevor die Abgase in
die Oxidationskammer eingeführt werden. Wenn die Abgase eine relativ hohe Lösungsmittelkonzentration aufweisen und über
die genannte Entzündungstemperatur erhitzt werden, so liefert
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das Lösungsmittel selbst ausreichende Verbrennungswärme, um den Oxidationsprozeß aufrecht zu erhalten.
Mit diesem Grad der Vorwärmung ist bei relativ hohen Lösungsmittelkonzentrationen
kein zusätzlicher Kraftstoff erforderlich, und es wird überschüssige Wärme während des Oxidationsprozesses
erzeugt. Um das System auf minimalem Kraftstoffverbrauch zu halten und die maximale erzeugte Temperatur
zu Vermeidung von Schaden der Oxidationskammer und einer Verkürzung ihrer Einsatzfähigkeit zu begrenzen, kann ein
Teil des Vorwärmabschnitts, je nach Erfordernis, mit einer geregelten Menge von Abgasen umgangen werden, wodurch die
Temperatur in der Oxidationskammer auf diese Weise gesteuert und auf einem zulässigen Wert gehalten wird.
Alternativ kann die Lösungsmittelkonzentration der Abgase durch Vermischung mit am Boden des Maschinenraums vorhandenen
Abgasen geringerer Lösungsmittelkonzentration in geregelten Anteilen verringert werden, wodurch gleichfalls eine Steuerung
der Verbrennungswärme der Lösungsmittel und damit der Oxidationskammertemperatur
möglich ist. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß ohne zusätzliche Kosten der Bodenbereich gelüftet
wird. Ferner kann die Steuerung der Lösungsmittelkonzentration in den Trocknungsabschnitten die Genauigkeit der
Einhaltung des Lösungsmittelanteils am Eintritt der Oxidationseinrichtung verbessern, und die Größe der Oxidationskammer
kann wesentlich verringert werden, indem das Volumen der zu verarbeitenden Abgase verringert wird.
Die Abgase der Oxidationskammer werden bei einem bereits vorgeschlagenen
Verfahren direkt der Atmosphäre zugeführt. Die Abgase haben dabei eine Temperatur zwischen 92 und 2040C und
enthalten deshalb eine große Menge nutzbarer Wärme. Die
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Abgase können jedoch nicht in einer Weise genutzt werden, daß ihnen das Arbeitspersonal des Maschinenraums ausgesetzt
ist, da sie noch ausreichende .Konzentrationen verdampfter Lösungsmittel enthalten, die insbesondere in geschlossenen Räumen zu Gesundheitsschäden führen können.
In jedem Trocknungsabschnitt der Maschine wird die Luftzuführung erwärmt, um die Verdampfung der Lösungsmittel aus
dem durch die Trocknungsabschnitte geführten Material zu
erleichtern. Die Erwärmung der Luftzuführung für die Trocknungsabschnitte erfordert zusätzliche Einrichtungen und
einen beachtlichen Energieaufwand. Die normalerweise zur Aufwärmung der Luftzuführung erforderliche Energie könnte
durch die Abgase der Oxidationskammer geliefert werden. In praktischer Hinsicht ist dies jedoch schwierig zu erreichen,
ohne das Arbeitspersonal den Abgasen der Oxidationskammer auszusetzen.
Theoretisch wäre es möglich, Wärmetauscher und Wärmezwischenübertrager
wie beispielsweise öl zur Übertragung der Wärme von der Oxidationskammer zur Luftzuführung der Trocknungsabschnitte einzusetzen. Ein solches System würde das Problem
der Gesundheitsschäden lösen. Es ist jedoch unwirtschaftlich, kostspielig aufzubauen und zu warten und kann andere Sicherheitsprobleme
verursachen. Wärmetauscher, ölpumpen und isolierte Leitungen zur Führung des heißen Öls unter Druck
sind kostspielig und erfordern laufende Wartung und Reparatur. Ferner kann ein Leck in einer Heißölleitung nicht zugelassen
werden, da dies die Sicherheit beeinträchtigt. Ferner treten bei jeder Wärmeübertragung von einem Medium auf das
andere beachtliche Energieverluste auf. Somit können der geringe Wirkungsgrad und die Kosten eines solchen ölsystems
die Kosten der zur Aufwärmung der Luftzuführung für die
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Trocknungsabschnitte erforderlichen Energie überschreiten, so daß das System in wirtschaftlicher Hinsicht unpraktisch
ist.
Ferner ist nicht die gesamte Wärme der Abgase der Oxidationskammer zur Temperaturerhöhung der Luftzuführung für die Trocknungsabschnitte
erforderlich. Es ist deshalb möglich, einen Teil der verbleibenden Wärme aus den Abgasen der Oxidationskammer mit einem einzelnen Wärmetauscher und Frischluft
als Übertragungsmedium zur Heizung des Maschinenraums zu nutzen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System zur Energierückgewinnung in Verbindung mit einer Druckmaschine, o.a. anzugeben,
bei dem die Wärme der Abgase der Oxidationseinrichtung direkt und wirtschaftlich in den Trocknungsabschnitten
der Maschine zur Erleichterung der dort auftretenden Lösungsmittel
verdampfung ausgenutzt wird. Diese Nutzung soll mit
größtmöglicher Sicherheit durchgeführt werden, wobei besondere Wärmetauscher und Wärmeübertragungsmedien zur Wärmeübertragung
von der Oxidationseinrichtung aus überflüssig sind. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Verfahren nach der Erfindung werden die Abgase der Oxidationseinrichtung in einem vollständig geschlossenen System
den Trocknungsabschnitten der Maschine im Sinne einer Rezirkulation zugeführt. Das Arbeitspersonal wird diesen Abgasen deshalb
nicht ausgesetzt, so daß Gesundheitsschäden nicht zu befürchten sind. Die rezirkulierten Abgase der Oxidationskammer werden direkt auf die Oberfläche eines in der Maschine
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geführten Materialbandes geleitet, um den Dampfdruck an der Bandoberfläche zu verringern und dadurch die Verdampfung
des Lösungsmittels zu verbessern.
Bei einem System nach der Erfindung kann ein einziger Wärmetauscher
vorgesehen sein, um den Wärmeanteil der nicht rezirkulierten Abgase der Oxidationsvorrichtung auf einen Frischluftstrom
zu übertragen, der danach zur Heizung des Maschinenraums ausgenutzt wird.
Die Erfindung eignet sich also sehr gut zur Energierückgewinnung in einem Lösungsmittelverdampfungssystem einer
Druckpresse oder ähnlichen Maschine, bei der geschlossene Trocknungsabschnitte vorgesehen sind, in denen erhitzte
Luft zur Verdampfung der Lösungsmittel auf einem durch sie hindurchgeführten Materialband verwendet wird.
Eine Lösungsmitteloxidationsvorrichtung, vorzugsweise in Form eines Teilchenbett-Wärmegenerators, dient in Kombination
mit einer Oxidationskammer zur Aussonderung der verdampften Lösungsmittel aus den mit Lösungsmittel angereicherten
Abgasen der Trocknungsabschnitte· Ferner ist eine Vorrichtung zum Abführen der Abgase aus den Trocknungsabschnitten
und zur Zuführung in die Oxidationsvorrichtung vorgesehen. Ein geregelter Anteil der Abgase der Oxidationsvorrichtung
wird in die Luftzuführung der Trocknungsgehäuse rezirkuliert, so daß ein Teil der während des Oxidationsprozesses
erzeugten Wärme zur Beschleunigung der Lösungsmittelverdampfung innerhalb der Trocknungsabschnitte
genutzt wird. Dadurch sind zusätzliche Vorrichtungen und Energiebedarf zur Aufwärmung der den Trocknungsgehäusen zugeführten
Frischluft überflüssig. Da die Oxidationsabgase als wärmeübertragendes Medium genutzt werden, sind keine
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Wärmetauscher oder Wärmezwischenträger erforderlich.
Die rezirkulierten Abgase aus der Oxidationskammer werden
in einem vollständig geschlossenen System geführt. Somit wird die Möglichkeit gesundheitlicher Schaden für das Bedienungspersonal
beseitigt. Bei der Temperaturerhöhung der Frischluft für die Trocknungsabschnitte tritt kein Wärmeverlust
auf, da die Abgase der Oxidationsvorrichtung direkt ausgenutzt werden, ohne daß eine Umsetzung zwischen unterschiedlichen
Medien stattfindet.
Vorzugsweise ist eine Vorrichtung zur Auswertung der Temperatur innerhalb der Trocknungsabschnitte und zur Regelung
der Abgasströmung aus der Oxidationsvorrichtung zu den
Trocknungsabschnitten entsprechend der jeweils ausgewerteten Temperatur vorgesehen. Der Teil der Abgase der Oxidationsvorrichtung,
der nicht rezirkuliert wird, wird in die Atmosphäre abgeführt. Vor der Abführung der nicht rezirkulierten
Abgase aus der Oxidationskammer wird dieser Anteil durch einen-Wärmetauscher geleitet, in dem die Wärme auf eine Frischluftströmung
übertragen wird, die nachfolgend zur Heizung des Maschinenraums dient.
Da die Temperatur der Abgase, die aus der Oxidationskammer austreten,im Bereich von etwa 100 bis 200°C variabel ist,
wird vorzugsweise eine Ausgleichsvorrichtung wie beispielweise eine einzelne Teilchenbettkammer o.a. vorgesehen,
durch die die Abgase der Oxidationskammer hindurchgeleitet werden, bevor sie in das Rezirkulationssystem eintreten.
Eine solche Vorrichtung dient zur Stabilisierung der Temperatur der rezirkulierten Abgase. Diese Ausgleichsvorrichtung
ist vorzugsweise am Austritt der Oxidationskammer vorgesehen.
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Die Geschwindigkeit der Lösungsmittelverdampfung von dem Materialband innerhalb der Trocknungsabschnitte ist eine
Funktion der Temperatur und des Dampfdrucks an der Oberfläche des Materialbandes. Die Temperatur an dieser Oberfläche
wird durch einen Temperaturfühler der vorstehend genannten Art geregelt, der den Teil der Abgase aus der Oxidationskammer
beeinflußt, der rezirkuliert wird. Der Dampfdruck in dem Bereich unmittelbar neben der Oberfläche des
Materialbandes wird auf vertretbar niedrigen Werten gehalten, indem die erwärmte Frischluft für die Trocknungsabschnitte,
die größtenteils die rezirkulierten Abgase aus der Oxidationsvorrichtung umfaßt, an einer Stelle innerhalb
des Trocknungsgehäuses eingeführt wird, die unmittelbar neben der Oberfläche des Bandmaterials liegt. Die starke
Strömung erhitzter Luft an dieser Stelle verringert den Dampfdruck an der Oberfläche des Bandmaterials beachtlich,
wodurch die Verdampfung erleichtert wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Oxidationssystems in Verbindung mit den Trocknungsabschnitten
einer Druckpresse,
Fig. 2 eine deutlichere schematische Seitenstellung bestimmter Teile des Rezirkulationssystems nach
der Erfindung, wobei einige konstruktive Merkmale eines Trocknungsabschnitts einer Druckpresse dargestellt
sind, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausgleichsvorrichtung, eines Wärmetauschers und einer Temperatursteuerung
für das Heizsystem des Maschinenraums,
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Fig. 1 zeigt schematisch den Maschinenraum A, in dem eine mehrstufige Mehrfarben-Tiefdruck-Verpackungspresse installiert
ist. Es sind nur drei Trocknungsabschnitte B1, B2 und B3 dargestellt. Die Erfindung kann in gleicher Weise
jedoch auf Maschinen angewendet werden, die jede gewünschte Anzahl Einzelstationen haben. Wie noch zu beschreiben ist,
wird in jedem Abschnitt der Druckpresse Farbe auf ein kontinuierliches Materialband, beispielsweise auf Zeitungspapier
oder dünnen Karton, aufgebracht, Die Farbe enthält ein oder mehr organische Lösungsmittel, die von dem Materialband zu
entfernen sind, um dieses zu trocknen. Dies erfolgt in jeder Stufe der Presse in einem Trocknungsabschnitt, durch
den hindurch das Materialband unmittelbar nach der Einfärbung geführt wird. Jeder Trocknungsabschnitt bildet einen
vollkommen geschlossenen Bereich, in dem die Verdampfung der organischen Lösungsmittel stattfindet. Die Trocknungsgehäuse sind so aufgebaut, daß die mit Lösungsmittel angereicherte
Luft nicht in den Maschinenraum gelangen kann, so daß das Bedienungspersonal dadurch nicht beeinträchtigt
wird.-
Eine regulierte Abgasmenge aus jedem Trocknungsabschnitt B1,
B2 und B3 wird aus den Trocknungsgehäusen mit einem Gebläse (in Fig. 1 nicht dargestellt) abgeführt, das in einem Abgasleitungssystem
C angeordnet ist. Dieses Gebläse dient auch zum Fördern von Luft durch ein Bodenventilationssystem
D des Maschinenraums zur laufenden Entfernung verdampfter Lösungsmittel aus dem Bodenbereich des Maschinenraums, ggf.
auch nur während der Raumreinigung, nachdem die Maschine abgeschaltet wurde. Die Luftströmung durch das Bodenventilationssystem
D wird mit einem Schieber (nicht dargestellt) geregelt, der in der Hauptleitung dieses Systems angeordnet
ist.
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Die mit Lösungsmittel angereicherte Luft aus dem Abgassystem C und dem Bodenventilationssystem D wird dem Eintritt
einer thermischen Oxidationsvorrichtung E zugeführt. Die Vorrichtung E enthält vorzugsweise eine Vorwärmstufe
und eine Oxidationsstufe. Ein nichtmetallischer Vorwärmer dient zur Vorwärmung der zugeführten, mit Lösungsmittel angereicherten
Luft auf die Entzündungstemperatur des Lösungsmittels, so daß dieses seine Verbrennungswärme erzeugt.
Die vorgewärmten Abgase werden dann in die Oxidationskammer eingeführt. Durch Regelung der Verbrennungswärme kann die
Kammertemperatur so eingestellt werden, daß ein minimaler Kraftstoffverbrauch auftritt und Beeinträchtigungen der
Kammer mimimal gehalten werden. Die Regulierung der erzeugten Verbrennungswärme erfolgt durch Steuerung der Vorwärmung
oder der Lösungsmittelkonzentration in der zugeführten Luft. Ein Teil der Wärme aus den Abgasen der Oxidationskammer wird
zurückgewonnen und zur Vorwärmung ausgenutzt.
Wie bereits an anderer Stelle eingehend beschrieben, umfaßt der Vorwärmabschnitt der Vorrichtung E eine erste und eine
zweite Wärmeregenerationskammer, die jeweils ein Bett aus Wärmetauscherelementen bzw. -teilchen enthält. Die Abgase
der Oxidationskammer werden durch eines dieser Teilchenbette geführt, so daß ein Teil der vorhandenen Wärmeenergie von
den Wärmetauscherteilchen absorbiert wird. Danach wird die Strömung durch den Vorwärmabschnitt der Vorrichtung E umgekehrt,
wobei die ankommende, mit Lösungsmittel angereicherte Luft durch das zuvor aufgeheizte Teilchenbett und danach
in die Oxidationskammer geleitet wird. Die Abgase der Oxidationskammer werden durch die Kammer mit dem zweiten Teilchenbett
geleitet, ion dieses aufzuheizen. Nach einer bestimmten
Zeit ist die in dem ersten Teilchenbett gespeicherte Wärme
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durch die Vorwärmung der zugeführten Luft verbraucht, und die Wärmetauscherelemente in dem zweiten Teilchenbett haben
möglichst viel Wärme aus den Abgasen der Oxidationskammer übernommen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Strömung
durch den Vorwärmabschnitt wiederum umgekehrt, so daß das zweite, nun erwärmte Teilchenbett die Vorwärmung der zugeführten
Luft übernimmt und das erste Teilchenbett die Abgaswärme sammelt. Somit werden die Teilchenbette abwechselnd
zur Vorwärmung und zur Wärmegewinnung verwendet, und ihre Funktionen werden in geeigneten Zeitabständen umgekehrt,
um die zugeführte Luft kontinuierlich ohne jede zusätzliche externe Wärmequelle vorzuwärmen.
Wie bereits ausgeführt, wird bei Ausnutzung der Verbrennungswärme der Lösungsmittel in der Oxidationskammer mehr Wärme
erzeugt, als zum Aufrechterhalten des Oxidationsprozesses erforderlich ist, solange die Lösungsmittelkonzentration
ausreichend hoch ist. Obwohl ein Teil der Wärme der Abgase aus der Oxidationskammer durch die Teilchenbetten verbraucht
wird, um die zugeführte, mit Lösungsmittel angereicherte Luft vorzuwärmen, haben die austretenden Abgase doch noch eine
Temperatur im Bereich von 100 bis 2000C. Diese Abgase
werden normalerweise direkt der Atmosphäre zugeführt, weshalb in bisher üblichen System diese Wärmeenergie verlustig
ging.
Bei einem System nach der Erfindung wird jedoch die Wärmeenergie der Abgase der Oxidationsvorrichtung E zur Heizung
der Frischluft für die Trocknungsabschnitte ausgenutzt, um die Lösungsmittelverdampfung in den Trocknungsgehäusen B1,
B2 und B3 zu beschleunigen. Dadurch sind zusätzliche, individuelle Heizvorrichtungen, wie sie normalerweise mit
jedem Trocknungsabschnitt zur Aufheizung der zugeführten
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Luft verbunden sind, nicht erforderlich. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, strömen die Abgase aus der Oxidationsvorrichtung
E durch eine Temperaturaus^gleichsvorrichtung F,
und danach wird ein geregelter Anteil der Abgase in eine Rezirkulationsleitung G geführt, die wiederum jeden Trocknungsabschnitt
B1, B2 und B3 speist, um die diesen zugeführte Luft aufzuheizen. Die Temperaturausgleichsvorrichtung
F dient zur Beseitigung von Temperaturschwankungen, die in den Abgasen der Oxidationsvorrichtung auftreten können,
so daß an ihrem Ausgang eine relativ konstante Temperatur von beispielsweise 1500C erreicht wird.
Nur ein Teil der von der Temperaturausgleichsvorrichtung F abgegebenen Abgase wird durch die Rezirkulationsleitung G
geführt, da nur ein Teil der darin vorhandenen Wärme zur Vorwärmung der den Trocknungsabschnitten zugeführten Luft
erforderlich ist. Der restliche, nicht rezirkulierte Teil der von der Temperaturausgleichsvorrichtung F abgegebenen
Abgase wird vorzugsweise über einen Wärmetauscher H geleitet und danach der Atmosphäre zugeführt. Eine Frischluftströmung
wird über den Wärmetauscher H geleitet und übernimmt die darin vorhandene Wärme. Die vorgewärmte Frischluft
wird in geregelten Anteilen mit nicht vorgewärmter Frischluft in einer Mischvorrichtung I gemischt. Die von
der Mischvorrichtung I abgegebene Luft wird über eine Leitungssystem J dem Maschinenraum zugeführt, um diesen zu
heizen.
Jeder Trocknungsabschnitt B1, B2 und B3 hat ferner einen
Frischlufteintritt vom Maschinenraum her. Dieser Eintritt muß der Luftzuführung zusätzliche Frischluft zuführen, um
denjenigen Teil der Abgase der Trocknungsabschnitte zu
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ersetzen, der von den Trocknungsabschnitten durch das Abgassystem C abgeführt und nicht der Rezirkulationsleitung G
wieder zugeführt wird. Die Luftströmung durch die Trocknungsabschnitte
wird immer so gesteuert, daß etwas mehr Luft über das Abgassystem C aus ihnen entfernt wird als durch die
Rezirkulationsleitung G zugeführt wird. Somit werden den Trocknungsabschnitten kleine Frischluftmengen laufend durch
den Frischlufteintritt zugeführt. Da der Druck innerhalb der Trocknungsabschnitte immer etwas niedriger als der Druck im
Maschinenraum ist, kann die mit Lösungsmittel angereicherte Luft aus dem Inneren der Trocknungsabschnitte nicht in den
Maschinenraum austreten.
Es ist nun leicht zu erkennen, daß das Trocknungsgehäuse D, das Abgassystem C, die Oxidationsvorrichtung E, die Temperaturausgleichsvorrichtung
F und das Rezirkulationssystem G ein Luftzirkulationssystem bilden, das gegenüber dem Maschinenraum
vollständig abgeschlossen ist. Möglicherweise schädliche Lösungsmitteldämpfe können nicht in den Maschinenraum
austreten, so daß keine gesundheitlichen Schaden zu befürchten sind. Da ferner die verdampften Lösungsmittel
schwerer als Luft sind und sich deshalb theoretisch am Boden des Maschinenraums ansammeln, kann im Falle einer Undichtigkeit
das Bodenventilationssystem D vorteilhaft zur Abführung eventuell ausgetretener verdampfter Lösungsmittel aus dem
Maschinenraum dienen, wodurch eine vollständig sichere Atmosphäre für das Bedienungspersonal gewährleistet ist.
In der vorstehend beschriebenen Weise wird sonst ungenutzte Wärmeenergie der Oxidationsvorrichtung wirksam und sicher
zur Erwärmung der Frischluftzuführung ausgenutzt, ohne daß Wärmetauscher oder Wärmezwischenträger nötig sind, wobei individuelle
Heizvorrichtungen in jedem Trocknungsabschnitt
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sowie eine Bereithaltung der zu ihrer Speisung normalerweise erforderlichen Energie überflüssig sind. Dies wird
auf relativ einfache und billige We.ise und unter Beibehaltung einer vollständig sicheren Umgebung für das Bedienungspersonal
erreicht.
Wahlweise kann ein einziger Wärmetauscher zur Übertragung
von Wärme aus dem nicht rezirkulierten Anteil der Abgase der Oxidationsvorrichtung auf eine Frischluftströmung
dienen, die danach in einem mit Heißluft arbeitenden Heizsystem für den Maschinenraum ausgenutzt wird. In diesem
Fall ist ein Wärmetauscher erforderlich, da die Luft in den Maschinenraum eingeleitet wird und die Abgase der
Oxidationsvorrichtung noch Lösungsmittelanteile enthalten könnten, die gesundheitsschädlich sind.
Fig. 2 zeigt einen Abschnitt der Druckmaschine in mehr Einzelheiten.
Die Druckmaschine kann jede Zahl verschiedener Stufen enthalten, und die in Fig. 2 gezeigte Stufe ist lediglich
als Beispiel zu verstehen. Ein Materialband 10, beispielsweise Zeitungspapier oder flexibler Karton, wird
zwischen einer Einfärberolle 12 und einer Andruckrolle
hindurchgeführt. Der untere Abschnitt der Einfärberolle ist in ein Farbband 16 eingetaucht. Die Oberfläche der Einfärberolle
12 ist mit mehreren Vertiefungen versehen, die bei Drehung der Rolle 12 durch das Farbbad 16 geführt werden
und eine geringe Farbmenge aufnehmen. Bei Weiterdrehung der Einfärbungsrolle 12 kommen die Vertiefungen in Kontakt
mit der Oberfläche des Materialbandes 10, wenn dieses zwischen
der Einfärberolle 12 und der Andruckrolle 14 hindurchgeführt
wird. Die Farblösung wird dabei von den Vertiefungen auf die Oberfläche des Materialbandes 10 übertragen.
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Nach der Einfärbung wird das Materialband in die Abdeckung 18 eines Trocknungsabschnitts B eingeführt. Das Materialband
10 läuft an einer Leerlaufrolle 20 vorbei aufwärts über Leerlaufrollen 22 zu einer Leerlaufrolle 24. Das Materialband
ist um diese Leerlaufrolle 24 herumgeführt und läuft dann abwärts längs einer zweiten Gruppe von Leerlaufrollen
26. Nach Passieren der letzten Rolle 26 tritt das Materialband aus dem Trocknungsabschnitt aus und wird der
nächsten Druckstation zugeführt.
Über der Abdeckung 18 ist das Haupttrocknungsgehäuse 28
angeordnet, in dem der Trocknungsprozeß des Lösungsmittels stattfindet. Zwei Luftkanäle 30 und 32 sind unter geringem
Abstand zu den Leerlaufrollengruppen 22 und 26 angeordnet, so daß das Materialband durch diesen Abstandsraum hindurchgeführt
werden kann. Jeder Kanal 30, 32 ist mit mehreren öffnungen versehen, die unmittelbar der Oberfläche des Materialbandes
zugewandt sind. Die Kanäle 30 und 32 sind mit einem Speisekanal 34 verbunden, durch den erwärmte Luft
zugeführt wird. Die erwärmte Luft läuft durch die Kanäle und 32 und tritt dann durch die öffnungen aus, so daß sie
unmittelbar auf die Oberfläche des Materialbandes geleitet wird. Auf diese Weise wird die Luftströmung an der Oberfläche
des Materialbandes mit relativ schneller Geschwindigkeit geführt, wodurch der Dampfdruck in diesem Bereich
verringert wird. Die Verringerung des Dampfdrucks an der Oberfläche des Bandmaterials trägt wesentlich zu Verdampfungsprozeß
bei. Der Dampfdruck wird weiter dadurch verringert, daß der Eintritt der Abgasleitung 38, 60 nahe
dem Materialband an der Eintrittsstelle des Trocknungsabschnitts angeordnet ist, wo die höchste Lösungskonzentration
auftritt. Wird das Lösungsmittel nicht an der Bandoberfläche entfernt, so steigt der Lösungsmitteldampfdruck
an, wodurch die Verdampfungsgeschwindigkeit abfällt.
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Der Zuführungskanal 34 beginnt an der Oberseite des Gehäuses 28 und enthält ein Gebläse 36. Das Gebläse 36 bewirkt eine
Zirkulation der Luft in dem Gehäuse'28 über eine innere
Zirkulationsschleife, die durch den Kanal 34, die Kanäle 30 und 32 und den.Innenraum des Gehäuses 28 gebildet ist.
Ein Abgaskanal 38, der einen Teil der Abgassystems D bildet, beginnt im Gehäuse 28 und dient zur Abführung eines geregelten
Anteils der mit Lösungsmittel angereicherten Luft aus dem Gehäuse 28. In dem Abgaskanal 38 ist ein Abgasschieber
40 angeordnet, der die Menge mit Lösungsmittel"angereicherter Luft regelt, die mit einem Gebläse 42 in das Abgassystem
C eingeführt wird. Das Gebläse 42 ist vorzugsweise eine Anordnung mit konstanter Saugkraft und variabler Ausgangsströmung.
Der Abgasschieber 40 ist mit einer Steuerung 44 handelsüblicher Art verbunden. Die Steuerung 44 ist mit
einem Lösungsmittelkonzentrationssensor 46 verbunden, der im Gehäuse 48 angeordnet ist.
Der Lösungsmittelkonzentrationssensor 46 stellt die Lösungsmittelkonzentration
im Gehäuse 28 fest und erzeugt ein elektrisches Signal, das dieser Konzentration proportional
ist. Die Steuerung 44 setzt dieses elektrische Signal in ein pneumatisches Ausgangssignal um, das den Abgasschieber
40 betätigt.
Die Temperatur in der Oxidationskammer der Oxidationsvorrichtung E wird entweder durch Vorbeiführung der Abgase an
einem Teil des Vorwärmabschnitts oder durch Regulierung der Lösungsmittelkonzentration gesteuert. Fig. 2 zeigt das
letztere Verfahren. Ein Temperatursensor (nicht dargestellt) ist in der Oxidationskammer angeordnet und erzeugt ein
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ORIGINAL INSPECTED
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elektrisches Signal, das proportional der Temperatur ist und einer Temperatursteuerung 48 zugeführt wird. Die Temperatursteuerung
48 ist mit einem pneumatisch betriebenen Schieber 50 verbunden, der die Anteile der Luft aus dem
Abgassystem C und aus dem Bodenventilationssystem D regelt, die in die Oxidationsvorrichtung E eingeführt werden.
Die Abgase aus der Oxidationsvorrichtung E werden in die Temperaturausgleichsvorrichtung F eingeführt, die vorzugsweise
ein Teilchenbett aus Wärmetauscherteilchen enthält, wie sie in dem Vorwärmabschnitt der Oxidationsvorrichtung E
vorgesehen sind. Die Temperaturausgleichsvorrichtung F liefert eine Ausgangsmenge relativ konstanter Temperatur, auch
wenn die Temperatur der Abgase aus der Oxidationsvorrichtung im Bereich von 100 bis 2000C schwankt.
Die Temperaturausgleichsvorrichtung F ist mit einem Kanal verbunden, der das Rezirkulationssystem G bildet. Der Kanal
ist wiederum mit einem Kanal 54 verbunden, der zum Gebläse und zum Gehäuse 28 des Trocknungsabschnitts B führt. In den
Kanälen 52 und 34 ist jeweils ein pneumatisch betätigter Schieber 56 bzw. 58 angeordnet. Die Schieber 56 und 58 arbeiten
gegensinnig, so daß bei der öffnung des einen der andere geschlossen wird, und zwar mit übereinstimmenden Beträgen.
Beide Schieber sind pneumatisch mit einer Temperatursteuerung 60 verbunden, die wiederum mit einem Temperatursensor
62 verbunden ist, der in dem Speisekanal 34 angeordnet ist.
Der Zweck der Temperatursteuerung 60 besteht darin, die Temperatur
der zugeführten Luft an der Oberfläche des Bandmaterials 10 zu steuern. Dies erfolgt durch Regulierung der
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Anteile der Abgase, die aus der Oxidationsvorrichtung E über den Schieber 56 in das Gehäuse 28 geführt werden, und
der Luft, die über den Schieber 58 als Speiseluft dem Trocknungsabschnitt zugeführt wird. Wenn die Temperatur der
Luftzuführung unter den erforderlichen Wert abfällt, öffnet die Temperatursteuerung 60 den Schieber 56 und schließt den
Schieber 58, so daß ein höherer Anteil Abgase aus der Oxidationsvorrichtung E in das Gehäuse 28 eingeleitet wird.
Wenn andererseits die Temperatur der zugeführten Luft oberhalb des erforderlichen Wertes liegt, schließt die Temperatursteuerung
60 den Schieber 56 und öffnet den Schieber 58, wodurch die Wärmequelle von dem Trocknungsabschnitt getrennt
wird. Es sei bemerkt, daß bei hohem Wärmebedarf, wenn der Schieber 56 weitgehend oder vollständig geschlossen und der
Schieber 58 weitgehend offen ist, ein positiver Betrieb des Trocknungsabschnitts möglich wäre. Dies wird durch Auswertung
des Drucks im Gehäuse 28 mit einer Drucksonde 59 verhindert, die automatisch die Entzündungsschwelle herabsetzt,
wodurch wiederum die Abgasgeschwindigkeit erhöht wird und ein Unterdruck im Trockner aufrechterhalten bleibt. Die
statische Drucksonde ist handelsüblich. Vorzugsweise wird die Entzündungsschwelle gesteuert. Der Abgasschieber kann
direkt von der Drucksonde 59 gesteuert werden und dabei die Entzündungsschwellensteuerung übersteuern, wenn der
Druck im Gehäuse 28 sich einem positiven Wert annähert.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist das Abgas- und Rezirkulationssystem vollständig geschlossen
mit Ausnahme des Frischlufteintritts in der Abdeckung 18
und eines Austritts 64 zur Atmosphäre, der mit dem Kanal 52 verbunden ist. Somit ist die in die Atmosphäre über den
Austritt 64 abgeführte Luftmenge ungefähr gleich der Frischluftmenge, die durch die Abdeckung 18 in das System eingeführt
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wird. Durch Aufrechterhaltung des Drucks im Gehäuse 28 auf einem Wert, der etwas niedriger als der Luftdruck im Maschinenraum
ist, kann die Luft aus dem Maschinenraum nur in die Abdeckung 18 eingeführt werden, jedoch kann die
mit Lösungsmittel angereicherte Luft innerhalb des Gehäuses 28 nicht in den Maschinenraum austreten, so daß eine Gesundheitsschädigung
für das Betriebspersonal nicht zu befürchten ist. Mit Lösungsmittel angereicherte Luft, die nicht in den
Maschinenraum austritt, sammelt sich theoretisch auf dem Boden des Maschinenraums und kann durch das Ventilationssystem D
abgeführt werden.
In vorstehend beschriebener Weise kann die Wärme aus den Abgasen der Oxidationsvorrichtung E direkt zur Erwärmung
der Luftzuführung für den Trocknungsabschnitt genutzt werden, um die Verdampfung des Lösungsmittels dort zu erleichtern.
Die Wärmerückgewinnung aus der Oxidationsvorrichtung wird in wirtschaftlicher und vollständig sicherer Weise mit '
hohem Wirkungsgrad erzielt, da keine Wärmetauscher oder Wärmezwischenträger erforderlich sind und die Luftströmung vollständig
abgeschlossen ist, so daß die mit Lösungsmittel angereicherte Luft nicht durch Bereiche geführt wird, wo Bedienungspersonen
tätig sind.
Da nur ein Teil der Abgase aus der Oxidationsvorrichtung E ausgenutzt wird, um die Luftzuführung für den Trocknungsabschnitt zu erhitzen, wird vorteilhaft die Wärme der nicht
zierkulierten Luft zur Heizung des Maschinenraums genutzt. Dieses System ist in Fig. 3 gezeigt. Anstelle einer direkten
Abführung der nicht rezirkulierten Abgase der Oxidationsvorrichtung über den Austritt 64 strömt der nicht rezirkulierte
Anteil der Abgase durch einen Wärmetauscher 66, bevor er über den Austritt 64 in die Atmosphäre geführt wird.
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Zwei Kanäle 68 und 70 führen Frischluft aus dem Umgebungsraum zu. Die Luft im Kanal 68 läuft durch den Wärmetauscher 66,
so daß die Wärme aus dem nicht rezirkulierten Anteil der Abgase aus der Oxidationsvorrichtung darauf übertragen wird.
An der Schnittstelle der Kanäle 68 und 70 ist ein pneumatisch betätigter Schieber 72 vorgesehen, der den Anteil erhitzter
Luft aus dem Kanal 68 und nicht erhitzter Luft aus dem Kanal 70 reguliert, wobei diese Anteile in eine Mischkammer
geführt werden. Der Schieber 72 ist mit einer Temperatursteuerung 76 verbunden, die wiederum mit einem Sensor 78 verbunden
ist, der in einem Kanal 80 angeordnet ist. Diener ist ein Teil des Maschinenraumheizsystems J.
Die Temperatursteuerung 76 steuert die Temperatur der in dem Heizsystem J strömenden Luft durch Regelung der Mengen erwärmter
und nicht erwärmter Frischluft, die in die Mischkammer 74 eingeführt werden. Die Mischkammer 74 umfaßt eine
Reihe von Leitblechen o.a., die eine Turbulenz der Luftströmung erzeugen und damit die Mischung hervorrufen.
Auf diese Weise kann die Wärme des nicht rezirkulierten Anteils der Abgase der Oxidationsvorrichtung zur Heizung
des Maschinenraums genutzt werden. In diesem Fall ist jedoch ein Wärmetauscher nötig, um zu gewährleisten, daß die Luft
in dem Heizsystem für den Maschinenraum vollständig frei von verdampften Lösungsmitteln ist, da diese sonst in Bereiche
geführt werden, wo Bedienungspersonal tätig ist.
Bei der Erfindung handelt es sich also um ein System, das die Wärme aus den Abgasen der Oxidationsvorrichtung ausnutzt,
ohne daß Wärmetauscher oder Wärmezwischenträger nötig sind, um die Luftzuführung zu den Trocknungsabschnitten vorzuwärmen,
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wodurch separate Keizvorrichtungen für die Trocknungsabschnitte überflüssig sind. Auf diese Weise wird der Gesamtenergieverbrauch
der Maschine in wirtschaftlicher Weise verringert. Dies erfolgt vollständig sicher, da das Rezirkulationssystem
gegenüber dem Maschinenraum völlig isoliert ist. Um den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen, kann die Wärme
aus dem nicht rezirkulierten Anteil der Abgase der Oxidationsvorrichtung mittels eines Wärmetauschers zur Erwärmung
des Maschinenraums ausgenutzt werden.
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Claims (23)
- 2322513Patentansprüche[1.j Verfahren zur Energierückgewinnung aus lösungsmittelhaltigen Abgasen, die aus einem geschlossenen Lösungsmittelverdampfungsbereich einer Oxidationsvorrichtung zur Aussonderung der Lösungsmittel zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase der Oxidationsvorrichtung dem Lösungsmittelverdampfungsbereich wieder zugeführt und als Teil der dort vorgesehenen Luftzuführung verwendet werden, so daß ihre Wärme die Lösungsmittelverdampfung beschleunigt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in dem Lösungsmittelverdampfungsbereich festgestellt und davon abhängig die Strömung der Abgase der Oxidationsvorrichtung in den Lösungsmittelverdampfungsbereich gesteuert wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichet, daß die nicht rezierkulierenden Abgase der Oxidationsvorrichtung in die Atmosphäre abgeführt werden.
- 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Abgase der Oxidationsvorrichtung auf einen mittleren Wert gesteuert wird, um rezirkulierte Luft praktisch konstanter Temperatur zu erhalten.
- 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der Abgase der Oxidationsvorrichtung zur Heizung des Raums verwendet wird, in dem der Lösungsmittelverdampfungsbereich angeordnet ist.909849/0916 ORIGINAL INSPECTED
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmenutzung in einer Wärmeübertragung von den Abgasen der Oxidationsvorrichtung ai.if Frischluft besteht, die zur Heizung des genannten Raums dient.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzung der Abgaswärme der Oxidationsvorrichtung ferner eine Mischung der erwärmten Frischluft mit nicht erwärmter Frischluft umfaßt, wobei die Temperatur der gemischten Luft festgestellt und die Mischungsanteile abhängig davon gesteuert werden.
- 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Wärme aus den Abgasen der Oxidationsvorrichtung vor der Abführung der nicht rezirkulierten Abgase zur Atmosphäre erfolgt.
- 9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Wärme aus den Abgasen der Oxidationsvorrichtung nach der Rezirkulation der Abgase der Oxidationsvorrichtung in den Lösungsmittelverdampfungsbereich erfolt.
- 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rezirkulierte Luft der Fläche zugeführt wird, wo die Lösungsmittelverdampfung stattfindet, um den Dampfdruck an dieser Fläche zu verringern.
- 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel von einem Materialband verdampft wird, welches durch den Lösungsmittelverdampfungsbereich geführt wird.909849/0916
- 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösungsmittelverdampfungsbereich der Trocknungsabschnitt einer Druckpresse oder ähnlichen Maschine ist.
- 13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einem geschlossenen Lösungsmittelverdampfungsbereich, in den erwärmte Luft einführbar ist, und einer Lösungsmitteloxidationsvorrichtung, der mit Lösungsmittel angereicherte Luft aus dem Lösungsmittelverdampfungsbereich zuführbar ist, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Rezirkulation der Abgase der Oxidationsvorrichtung (E) zur Bildung eines geregelten Anteils der Zuführung erwärmter Luft in den Lösungsmittelverdampfungsbereich (28) .
- 14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen in dem Lösungsmittelverdampfungsbereich (28) angeordneten Temperatursensor (46) und durch eine damit verbundene Vorrichtung (44) zur Steuerung der Strömung der Abgase aus der Oxidationsvorrichtung (E).
- 15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch einen Austritt (64) zur Abführung nicht rezirkulierter Abgase der Oxidationsvorrichtung (E) zur Atmosphäre.
- 16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch eine Temperaturausgleichsvorrichtung (F) für die Abgase der Oxidationsvorrichtung (E).
- 17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Nutzung der Wärme der Abgase der Oxidationsvorrichtung (E) zur Heizung des Raums, in dem der Lösungsmittelverdampfungsbereich angeordnet ist.909849/0916
- 18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Wärmenutzung einen Wärmetauscher (66) umfaßt, durch den Abgase und Frischluft hindurchgeleitet werden.
- 19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Frischluftquelle vorgesehen ist, die zusammen mit der erwärmten Luft aus dem Wärmetauscher (66) einer Mischvorrichtung (74) zugeführt wird und daß eine die Temperatur der gemischten Luft feststellende Vorrichtung (78) mit einer Steuervorrichtung (76) verbunden ist, die eine Reguliervorrichtung (72) zur Einstellung der Anteile erwärmter Luft und der Frischluft steuert.
- 20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (66) dem Austritt (64) für die Abgase vorgeordnet ist.
- 21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (66) dem Rezirkulationsweg für die Abgase nachgeordnet ist.
- 22. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch ein Gehäuse (28) eingeschlossene Lösungsmittelverdampfungsbereich eine Zuführung (34) mit mindestens einer Öffnung (22, 26) nahe der das Lösungsmittel abgebenden Fläche aufweist und daß der Rezirkulationsweg mit der Zuführung (34) verbunden ist.
- 23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösungsmittelverdampfungsbereich eine interne909849/09162322513Rezirkulationsschleife enthält, deren Austrittsseite die Zuführung (34) speist und daß der Austritt des Rezirkulationsweges nahe dem Eintritt der Rezirkulationsschleife angeordnet ist.909849/0916
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