IN ZWEI STUFEN

Die Erfindung betrifft eine Wirbel- und Sprudelschichtkammer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Kammer ist aus der DE-PS 1 667 058 bekannt geworden. Wie in allen Sprudelschicht¬ apparaten ist dabei eine Schrägfläche, und zwar in Form eines zentralen, ein Rohr umfassenden Konus, vorgesehen, der einen Be¬ reich geringerer Strömungsgeschwindigkeit schaffen soll, um so das in die Kammer eingebrachte Produkt dazu zu veranlassen, unter der Einwirkung des aufwärtsströmenden Fluides aufwärts zu spru¬ deln, jedoch in den Bereichen geringerer Strömungsgeschwindigkeit wieder abwärts zu sinken. Zweck dieser Massnahme ist eine gute Durchmischung und damit eine gleichmässige Behandlung des einge¬ brachten Gutes.

Wenn hier von einer Behandlung des eingebrachten Produktes die Rede ist, so versteht es sich, dass auch umgekehrt das einge¬ brachte Produkt (Feststoff) auch dazu dienen kann, das hindurch- fliessende Fluid entsprechend zu beeinflussen, etwa unerwünschte Gasbestandteile zu adsorbieren.

Herkömmliche Sprudelschichtkammern besitzen den Nachteil, nur für einen Chargenbetrieb geeignet zu sein. Soweit man bisher versucht hat, das Produkt innerhalb der Kammer in einen Umlauf um den zen¬ tralen Verdrängerkörper zu bringen, geschah dies im wesentlichen zur Verbesserung der Mischwirkung.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Vorteile einer bekannten Sprudelkammer beizubehalten, eine solche Kammer jedoch so auszugestalten, dass ein kontinuierlicher Betrieb möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An¬ spruches 1 gelöst.

Unabhängig davon, ob die Wirbεlschichtkammer als Sprudelschicht¬ kammer ausgebildet ist (und daher die erwähnte Schrägfläche be¬ sitzt) ganz besonders aber im Zusammenhang mit dieser, ist es von Vorteil, wenn die Merkmale des Anspruches 4 verwirklicht sind. Zwar wurde bereits in der US-PS 3 360 867 vorgeschlagen, den Transport durch eine Druckdifferenz zwischen einzelnen Kam¬ mern eines Wirbelbettes vorzunehmen, d.h. es sollte das einge¬ brachte Produkt durch eine Energiedifferenz zwischen den einzel¬ nen Kammern weiterbefördert werden. Nun ist der Aufwand zur Er¬ zielung und Einhaltung einer vorbestiirrmten Druckdifferenz rela¬ tiv gross, da mehrere, voneinander an sich getrennte Kammern vor¬ zusehen sind, denen jeweils gesonderte Ventile und Regelschal¬ tungen zuzuordnen sind. Darüber hinaus fällt der Druck selbst¬ verständlich gerade in der ersten Kammer dann ab, wenn Material zugeführt werden soll, so dass der Betrieb hier nicht völlig gleichmässig erfolgen kann, mithin nur "quasi kontinuierlich" ist.

Um nun das Prinzip des Transportes mit pneumatischen Mitteln auf¬ grund einer Energiedifferenz auf einfache Art zu verwirklichen, sind zweckmässig die Merkmale des Anspruches 4 vorzusehen. Dabei wird es herstellungsmässig am einfachsten sein, wenn das Merkmal a) des Anspruches 5 verwirklicht ist. auch das Merkmal b) dieses Anspruches dient der Vereinfachung der Herstellung. Es hat sich gezeigt, dass eine Ausbildung nach Merkmal c) des Anspruches 5 besonders günstig ist, wobei die Verteilung der Lochflächen von der Zufuhrvorrichtung zum Auslauf hin zweckmässig entsprechend einer zykloiden-Charakteristik erfolgt.

Es ist beispielsweise auch bekannt, dass amorphe Polyestergra¬ nulate vor dem Aufschmelzen im Extruder möglichst gleichmässig tief und sorgfältig getrocknet werden müssen, um die Beständig¬ keit und die gewünschten Eigenschaften von Polyesterfäden zu ge-

währleisten. Verschiedene Verfahren und Vorrichtungen erlauben, diese Trocknung durchzuführen. Diskontinuierliche Verfahren unter Verwendung von bekannten Taumeltrocknern haben den Nach¬ teil, dass die Trocknungszeiten zwischen 10 bis 50 Stunden zu lang sind und sich die Eigenschaften des Granulats während der Zwischenlagerung nach dem Trocknen ändern können.

Kontinuierliche Verfahren wie Schachttrockner aller Art mit ruhender Schüttung haben den Nachteil, dass der Apparat den Tem¬ peraturverlauf des Granulats nicht beeinflussen kann. Aus der DE-A-25 58 730 ist ein kontinuierliches Verfahren und eine Vor¬ richtung zum Kristallisieren und Trocknen von Polyethylentereph- thalat in einer Stufe bekannt. Bei dem Verfahren befindet sich das Granulat in relativer Ruhe. Es wird bewusst eine Agglomera¬ tion in Kauf genommen, die später wieder zerstört werden muss. Die Vorrichtung besteht aus eingebauten mechanischen Teilen, die zur Zerstörung von Agglomeraten dienen, die aber eine zusätz¬ liche Staubbildung verursachen.

Das FR-Patent 2 355 863 betrifft ein Gerät zur kontinuierlichen Behandlung von Polyestergranulaten, bestehend aus einer Kristalli¬ sationszone, die auf dem Wirbelschichtprinzip beruht und einer Trocknungszone, die mehrere übereinander angeordnete Böden ent¬ hält. Jeder Boden besteht aus rotierenden Lamellen, die gemein¬ sam betätigt werden. Mit dieser Vorrichtung ist aber die Kri¬ stallisationszeit relativ lang, die Aufenthaltsspektren des Granulates sind breit, die Entstaubung des Polymers ist nicht zufriedenstellend, und schliesslich enthält sie auch mechanische Teile, die zu einer komplizierten und teuren Anordnung führt.

Ganz gleich, welche Behandlung aber verwirklicht werden soll, können die genannten Nachteile durch einen Behandlungsturm ver¬ mieden werden, wie er im Anspruch 6 umrissen ist.

Unter Verwendung einer solchen Vorrichtung kann ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 8 verwirklicht werden, das nun

eine kostengünstige und zuverflässige Reproduzierbarkeit der Trocknung erlaubt. Das erfindungsgemässe Verfahren hat sich be¬ sonders zur Trocknung von Polyester als geeignet erwiesen.

Unter Polyester versteht man in der vorliegenden Beschreibung lineare polykondensierte Ester, hergestellt durch die Reaktion eines oder mehrerer Diole der Serie HO (CH 2_) n in OH mit K—n<—10 mit einer Dicarbonsaure, vorzugsweise Terephthalsäure, oder einem entsprechenden Diester wie Di ethylterephthalat. Die Polyester können auch mit organischen oder anorganischen Zusätzen modofi- ziert sein.

Es ist überraschend, dass die Kristallisation in weniger als 3 Minuten erfolgt. Durch diese kurze Verweilzeit kann keine Hy¬ drolyser erfolgen. Das bedeutet eine mehr als zehnmal raschere Kristallisationszeit gegenüber der bekannten Technik. Hierdurch können kleinere Apparaturen für den gleichen Massedurchsatz ver¬ wendet werden, wodurch eine wirtschaftlichere und materialspa¬ rende Herstellung von Polyester erzielt wird.

Es ist auch zweckmässig mit vorgetrockneter Luft oder einem Inert¬ gas die Sprudelschicht zu erzeugen. Hierbei ist es vorteilhaft mit hoher Geschwindigkeit strömende heisse Gase über eine Ring¬ scheibe zu führen und in den Sprudelraum zu führen, wobei es zweckmässig ist, das Heiεsgas über den Heizmantel des Trockners zu führen»

Zur Kristallisation .in der Sprudelschicht bringen Temperaturen von 150 bis 180°C, die besten Resultate.

In der Schüttung erfolgt die Trocknung vorteilhaft unter isother¬ men Bedingungen bei ca. 150 bis 180°C und konstanter Feuchtigkeit, Die Wahl der Temperatur ist abhängig von der Art des zu trocknen¬ den Granulats, wie dessen Form und Grδsse, des Durchsatzes, der gewünschten Endfeuchte usw. Die isotherme Trocknung hat den Vor-

teil, dass ein gleichmässig getrocknetes Granulat für das an- schliessende Aufschmelzen bereit steht.

Eine Niveauregulierung des Granulats im Trocknerteil, beispiels¬ weise mit einer Sonde, erlaubt, je nach Granulatdurchsatz, durch geeignete Wahl der Höhe der Granulatschüttung die Aufenthalts¬ bzw. Trocknungszeit des Granulats konstant zu halten. Dazu wird die Drehzahl der Dosiereinrichtung über das Niveau des Granulats so geregelt, dass sich ein konstantes Granulatniveau ergibt.

Die Verwendung des oben beschriebenen Behandlungsturmes und ins¬ besondere in seiner Ausgestaltung gemäss Anspruch 7, führt dazu, dass frisch zugeführtes Produkt sofort erfasst und nach oben ge¬ rissen wird, wodurch Agglomerate verhindert werden. Gerade dann, wenn eine Wirbelschichtkammer mit den Merkmalen a) des Anspru¬ ches 5 verwendet wird, ist auch die Wärmezufuhr, beispielsweise im Falle von Polyester, zufuhrseitig möglichst intensiv, damit ein Verkleben zwischen 80 und 120°C nicht eintreten kann. Im Falle des Behandlungsturmes ist es zweckmässig, für den Auslauf¬ konus einen Neigungswinkel von 40 bis 60 Grad zu wählen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nach¬ folgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch darge¬ stellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Be¬ handlungsturm;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, der den Siebboden der Sprudelschichtkammer in Draufsicht zeigt;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform mit einer der Fig. 2 analogen Lochverteilung, jedoch in einer Wirbelschicht¬ kammer ohne Sprudelwirkung.

Gemäss Fig. 1 besteht die erfindungsgemässe Vorrichtung aus einem Sprudelschichtraum 1 als Kristallerteil und einer Ringkammer 2, welche zusammen mit der Kammer 3 den Trocknertεil bildet. Im Sprudelschichtraum 1 ist ein Verdrängungskörper 4 vorgesehen, welcher einen Auslauf 5 in seinem Sockel aufweist. Der Verdrän¬ gungskörper 4 schliesst den Innendurchmesser einer Belüftungs¬ fläche 6. Die Belüftungsfläche 6 weist pneumatische Mittel 7 mit unterschiedlicher Anzahl in den einzelnen Segmenten, jedoch gleichem Durchmesser auf. Auf der Unterseite der Belüftungsfläche 6 ist ein Einlauf richter 8 vorgesehen, welcher in die Kammer 2 führt in deren unterem Teil ein Konus 11 mit einer Austrittsöff- nung 12 für das trockene Produkt vorgesehen ist.

Der Kristallerteil, welcher auch als Aufheizteil bezeichnet wer¬ den kann und der Trocknerteil sind von einem zylindrischen Man¬ tel umgeben, der vorzugsweise aus einem Rohr besteht. Zur Ver¬ teilung der Luft ist in der Kammer 3 ein Kegel 10 vorgesehen, der mit einem Eintrittsstutzen 25 für Frischgas verbunden ist. Ein Vorlagesilo 13 ist über ein Dosiergerät 14 mit einem Eintritts¬ stutzen 15 verbunden, welcher in die Sprudelschichtkammer 1 mün¬ det. Im Kopf des Kristallers ist ein Austrittsstutzen 16 und ein Abluftkamin 17 vorgesehen.

Ein weiterer Stutzen 18 führt über eine Leitung 30 auf einen Zy¬ klon 19 und einen Behälter 20. Der Zyklon 19 führt über eine Leitung 31 auf einen Filter 21 und von hier über eine Leitung 32 auf einen Ventilator 22. Vom Ventilator 22 geht eine Leitung 33 zum Gaserhitzer 23, von welchem eine Leitung 34 auf den Stutzen 24 führt. Zur Frischgaszufuhr über den Stutzen 25 ist ein Er¬ hitzer 26, ein Ventilator 27 und eine Konditionierungseinrich- tung 28 vorgesehen.

In Fig. 2 ist die Anordnung und Verteilung der Bohrungen 7 in der Belüftungsfläche 6 gezeigt.

Im Bereich des Eintrittsstutzens 15 und des Verdrängungskörpers 4 ist eine Trennwand 29 vorgesehen, welche die Sprudelschichtkammer 1 abteilt. Die Anzahl der Bohrungen nimmt vom Sektor im Bereich des Eintrittsstutzens 15 zum Auslauf 5 ab.

Prinzipiell könnte die Grosse der Lochfläche vom Zufuhrstutzen 15 bis zum Auslauf 5 hin mehr oder minder stetig abnehmen, doch ist es für die Herstellung günstiger, wenn dies in Stufen erfolgt, so dass in einem dem Zufuhrstutzen benachbarten Sektor A die Loch¬ fläche (in Vergleich z.u den anderen Sektoren) am grössten ist, an- schliessend in den Sektoren B kleiner und noch kleiner in den Sek¬ toren C. Dadurch wird ein Verlauf erreicht, der annähernd zyklo- iden-Charakteristik ^" besitzt, wobei das in der Behandlungskammer 1 befindliche Produkt in Sektor A soviel Energie zugeführt erhält, dass sich sein Fortbewegungsimpuls bis über den zweiten Sektor B hinaus noch fortsetzt, doch erhält das Material im Bereiche des Ueberganges vom zweiten Sektor B zum ersten Sektor C einen weite¬ ren Bewegungsimpuls durch den so geschaffenen Energiegradienten, der eine gleich äεsige Fortbewegung bis zum Auslauf 5 sichert. Dabei ist die Herstellung besonders einfach und mit einen einzi¬ gen Typ von Stanzwerkzeugen möglich, wenn die Lochungen der pneu¬ matischen Mittel 7 untereinander jeweils gleich gross sind.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, lässt sich dieses Prinzip des Mate¬ rialtransportes auch an herkömmlichen Wirbelschichtkammern ver¬ wirklichen, wobei sich im Bereiche des Sektors A eine relativ grosse Schichthöhe ergibt, die gegen die Sektoren B hin abnimmt, worauf sich eine Verminderung der Schichthöhe bis zum Auslauf 5' ergeben wird, so dass insgesamt ein Gefälle vom Zufuhrstutzen 15' bis zum Auslauf 5 ¹ entsteht. Dieses Gefälle kann noch in herkömm¬ licher Weise dadurch unterstützt werden, dass der Siebboden 9' selbst ebenfalls abfallend angeordnet wird.

Anstelle der abnehmenden Anzahl der Oeffnungen gleicher Durch¬ messer, können aber auch die Durchmesser der Oeffnungen in Rieh-

tung vom Stutzen 15 zum Auslauf 5 bei gleicher Anzahl von Bohrungen abnehmen. Wesentlich ist, dass dem eintretenden Granu¬ lat zu Beginn eine möglichst grosse Menge an Heissluft entgegen¬ geführt wird.

Im Betrieb der Vorrichtung wird beispielsweise feuchtes amorphes Polyestergranulat aus Polyethylenterephthalat aus dem Silo 13 über die Dosiereinrichtung 14 kontinuierlich über den Eintritts¬ stutzen 15 in den Spudelschichtraum 1 dosiert. Ein Gasstrom aus konditionierter Luft bzw. Umluft strömt in einer Menge von 5 bis 50 kg/Stunde Luft je kg Granulatdurchsatz/Stunde unter gleichem Druck mit einer Temperatur von 150 - 180°C, vorzugsweise bei ca. 170°C durch die pneumatischen Mittel 7 der Belüftungsfläche 6 in den Sprudelschichtraum 1 und erfasst die eintretenden Granulate. Da die Gasmenge eine Fluidisierung des Granulats bewirkt und lau¬ fend neues Granulat eingetragen wird, entsteht ein Fluss des Granulats in Richtung Ausgang. Die im ersten Sektor spezifisch grössere Luftmenge bewirkt aber auch eine intensive Entstaubung des Granulats und erwärmt es bis zum Austritt aus dem Sprudel¬ schichtraum 1 auf die vorgegebene Trocknertemperatur. Die mitt¬ lere Verweilzeit im Kristaller beträgt nicht mehr als 3 Minuten, vorzugsweise 1 - 3 Minuten. Das kristallisierte Granulat fliesst kontinuierlich durch die Oeffnung des Auslaufes 5 im Verdrängungs¬ körper 4, durch den Einlauftrichter 8 in die Kammer 3. In der Kammer 3 bewegt sich die Granulatschüttung unter isothermen Bedingungen und eventuell unter geringem Vakuum durch ihr Eigen¬ gewicht über den Konus 11 und durch den Austrittsstutzen 12 zur Weiterverarbeitung, beispielsweise zum Aufschmelzen im Extruder. Die Neigung des Verdrängungskörper ist an ein bestimmtes Produkt angepasst und sollte für Polyester 50 bis 85 Grad aufweisen.

Zur Kristallisation des Granulats im Kristaller, bzw. im Aufheiz¬ teil, dient ein Luftstrom hoher Geschwindigkeit, der in der Regel aus entstaubter Umluft besteht, welche über das Filter 21, den Ventilator 22 in einem Erhitzer auf 150 - 180°C, vorzugsweise 170°C erhitzt wird. Der Luftstrom oder ein inertes Gas durch-

strömt die Ringkammer 2, welche gleichzeitig als Mantel des Trockners dient und so die isothermen Bedingungen im Innern ge¬ währleistet. Die Geschwindigkeit des Gases wird so gewählt, dass sich die Höhe der Sprudelschicht in etwa der mittleren Höhe des Verdrängungskörpers 4 einstellt. Damit wird gewährleistet, dass einerseits kein Granulat in den Austrittsstutzen 18 der Umluft gelangt und anderseits eine wirksame Entstaubung erreicht wird. Die Ueberschussluft wird über den Stutzen 16 und den Abluftkamin 17 abgeführt.

Der Hauptteil der heissen Abluft wird über die Leitung 30 einem Zyklonabscheider 19 zugeführt, von Staub und Abrieb befreit. Der Staub wird im Behälter 20 gesammelt und verworfen. Zur Si¬ cherheit ist ein Feinfilter 21 dem Zyklon 19 nachgeschaltet.

Zur Trocknung mit Luft wird diese über eine handelsübliche Ent- feuchtungs- und Konditionierungsanlage 28 für Frischluft geführt, über den Ventilator 27 verdichtet, im Erhitzer 26 auf Trocknungs¬ temperatur von gleichfalls 150 - 180°C, vorzugswiese 170°C, ge¬ bracht und über den Eintrittsstutzen 25 und den Konus 10 im Trocknungsgut verteilt. Die Gasmenge beträgt 0,5 bis 2 kg Luft/ Stunde je kg Granulatdurchsatz je Stunde. Nach Aufnahme von Feuchtigkeit tritt die Abluft mit geringer Strömungsgeschwindig¬ keit durch den Auslauf 5 dem kristallisierten Granulat entge¬ gen, durchströmt die Sprudelschicht und verlässt zusammen mit der Sprudelluft den Kristaller über den Stutzen 18.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist in seiner einfachen, wirtschaftlichen Betriebsweise zur Erreichung einer gleich ässi- gen Qualität zu sehen. Es findet eine vollständige Entstaubung des Granulats statt. In der nachfolgenden Schüttung des Trock¬ ners entsteht kein neuer Abrieb. Die Vorrichtung ist ohne me¬ chanisch bewegbare Einrichtungen, bevorzugt zur kontinuierlichen Trocknung von Polyestergranulat geeignet und wegen seiner Ein¬ fachheit wirtschaftlich herzustellen.

Die Vorrichtung ist jedoch auch zur Trocknung für ein Kunst¬ stoffgranulat ohne vorhergehende Kristallisation geeignet. In diesem Fall dient der als Kristaller bezeichnete Teil lediglich zur Aufheizung des Granulats. Soll ein beliebiges Kunststoff- granulat auf eine vorgeschriebene Endfeuchte getrocknet werden, muss das Trocknungsgas auf eine entsprechende Gleichgewichts¬ feuchte eingestellt werden.

Der nur wenige Minuten dauernde Aufenthalt des Granulates im Sprudelschichtraum verhindert Schädigungen durch Hydrolyse. Die intensive QuerStromerwärmung des Granulats bis zum Austritt aus dem Sprudelschichtraum ermöglicht den Eintritt des Granulats mit Trocknertemperatur in den Einlauf richter, womit gewährleistet ist, dass durch die isotherme Endtrocknung Schwankungen in der Endfeuchte durch einen nicht überblickbaren Temperaturverlauf vermieden werden.

Der erfindungsgemässe Behandlungstürm sowie das erfindungsgemässe Verfahren sind zur Trocknung von Kunststoffgranulaten aller Art besonders geeignet, insbesondere aber für Polyestergranulat. Weitere Anwendungen liegen vor allem im Nahrungsmittelbereich.