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Title:
METHOD FOR DRYING A PRODUCT TREATED WITH A SUBSTANCE CONTAINING A SOLVENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/117637
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for drying a product (2) in a drying system, the product (2) having been treated with a substance containing an organic solvent, said method comprising the steps: a) heating the product (2) by means of infrared radiation (21) and evaporating the solvent, forming a solvent vapour; b) discharging the solvent vapour from the drying system; c) supplying at least a part of the solvent vapour to a burner (3) and burning the solvent vapour with the burner (3); and d) using the infrared radiation arising during the combustion of the solvent vapour (21) to heat the product (2) in step a).

Inventors:
TRIMIS DIMOSTHENIS (DE)
ANGER STEPHAN (DE)
FRENZEL ISABEL (DE)
SCHNEIDER HEIKO (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/052423
Publication Date:
August 15, 2013
Filing Date:
February 07, 2013
Export Citation:
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Assignee:
UNIV FREIBERG TECH BERGAKAD (DE)
GOGAS GOCH GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
F26B3/30
Foreign References:
EP0869323A21998-10-07
EP0582077A11994-02-09
DE102007025760A12008-11-27
EP0203377A11986-12-03
DE69604311T22000-02-24
DE3635833A11988-05-05
Attorney, Agent or Firm:
GASSNER, Wolfgang et al. (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zur Trocknung eines Erzeugnisses (2) in einer Trocknungsanlage, wobei das Erzeugnis (2) von mit einem ein organisches Lösemittel enthalten- den Stoff behandelt ist mit folgenden Schritten: a) Erwärmen des Erzeugnisses (2) mittels Infrarotstrahlung (21 ) und Verdampfen des Lösemittels unter Ausbildung eines Lösemitteldampfs, b) Abführen des Lösemitteldampfs aus der Trocknungsanlage, c) Zuführen zumindest eines Teils des Lösemitteldampfs zu einem Brenner (3) und Verbrennen des Lösemitteldampfs mit dem Brenner (3), und d) Verwenden der beim Verbrennen des Lösemitteldampfs entstehenden Infrarotstrahlung (21 ) zum Erwärmen des Erzeugnisses (2) im Schritt a).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei beim Schritt a) eine Konzentration des Lösemittels in einer Trockenkammer (1 ) der Trocknungsanlage oberhalb der obe- ren Explosionsgrenze gehalten wird..

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein weiterer Teil des Lösemitteldampfs in Trockenkammer (1 ) ohne Fremdgaseintrag rezirkuliert wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Abführen Lösemitteldampfs beim Schritt b) durch Zuführen von Verbrennungsabgas (13) und/oder das Rezirkulieren des Lösemitteldampfs unterstützt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trocknungsanlage bei Unterdruck betrieben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Trocknungsanlage bei Überdruck betrieben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei im Bereich eines Ein- und Auslasses der Trockenkammer (1 ) austretender Lösemitteldampf mittels einer Absaugvorrichtung abgesaugt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Brenner (3) ein Porenbrenner verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brenner (3) in einem Brennerraum aufgenommen ist und die Infrarotstrahlung (21 ) durch ein den Brennerraum vom Trocknungsraum (1 ) trennendes infrarotdurchlässiges Glasmodul (6) in die Trocknungskammer (1 ) eingekoppelt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Anfahren der Trocknungsanlage die Trockenkammer (1 ) mit Inertgas beladen wird und anschließend das Inertgas kontinuierlich durch Lösemitteldampf substituiert wird. 1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein überschüssiger Teil des Lösemitteldampfs aus der Trocknungsanlage abgeführt wird..

Description:
Verfahren zur Trocknung eines mit einem ein Lösungsmittel enthaltenden Stoff behandelten Erzeugnisses

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung eines Erzeugnisses in einer Trocknungsanlage, wobei das Erzeugnis mit einem ein organisches Lösungsmittel enthaltenden Stoff behandelt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen Bereichen angewendet werden, wo mit organisch-lösemittelhaltigen und brennbaren Stoffen kontaktierte Erzeugnisse getrocknet werden müssen. Die Erzeugnisse sollten geometrisch so beschaffen sein, dass sie über schmale Ein- und Auslassbereiche der Trockenkammer zu- bzw. abgeführt werden können, um zu verhindern, dass Lösemitteldampf unkontrolliert nach außen, bzw. Luft in größeren Mengen von außen ins Anlagen- innere dringen kann. Anwendungen für die vorliegende Erfindung sind u. a. die Bandbeschichtung (Coil Coating) sowie die Trocknung von Erzeugnissen, die aufgrund ihrer geringen Höhe mittels Förderband durch die schmalen Ein- und Auslassbereiche der Trockenkammer zugeführt werden können. Allgemein wird unter Trocknen das Entfernen bzw. Verringern des Flüssigkeitsanteils (Feuchte) in einem Feststoff durch thermische Behandlung verstanden, wobei die Flüssigkeit in die Dampfphase überführt und mit einem zwangszugeführten Gas, z. B. ein Fremdgas, abtransportiert wird. Bisherige Trocknungsanlagen werden so betrieben, dass die bei der Trocknung entstehende Zusammensetzung des Lösemitteldampf-Luft-Gemischs in der Trockenkammer unterhalb der unteren Explosionsgrenze gehalten wird, so dass im gesamten System zu keiner Zeit ein zündfähiges Gemisch entsteht. Die EP 0 869 323 A2 beschreibt einen Trockner für Materialbahnen mit Abgasre- zirkulation, bei dem erhitztes Gas mit einer Brennereinheit erzeugt und mit mindestens einem Ventilator im Trockner verteilt wird, um die Materialbahnen zu trocknen. Ein Großteil des im Trockner entstehenden Abgases wird als Prozessgas für die Brennereinheit (Prozessluftbrenner) genutzt und nur der Rest wird thermisch nachverbrannt. Der Prozessluftbrenner ist gegen die Atmosphäre im Trockner abgeschirmt und das Verbrennungsgemisch wird für eine ausreichende Verweilzeit auf einem für die vollständige Verbrennung flüchtiger Lösungsmittel ausreichendem Temperaturniveau gehalten, bevor das so entstandene verbrannte Gas dem Inneren des Trockners wieder zugeführt wird.

Aus der EP 0 582 077 A1 ist eine Trocknungsanlage für durchlaufende Waren- bahnen bekannt, die während des Trocknungsprozesses flüchtige Lösemittel freisetzen. Die Trocknungsluft in dem Trockner muss auf einer Temperatur von etwa 200°C gehalten werden, damit sich die Lösemittel verflüchtigen. Weiterhin darf die Konzentration der Lösemitteldämpfe in der Trockneratmosphäre einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten. Deswegen muss aus dem Trockner Abgas abge- saugt und durch eine entsprechende Menge Frischluft ersetzt werden. Das lösemittelenthaltende Abgas wird thermisch nachverbrannt und die dabei freiwerdende erhebliche Wärmemenge wird teilweise zurückgewonnen, indem das so entstandene, heiße Reingas teilweise in den Trockner zurückgeführt wird und/oder zur Erhitzung eines Wärmeträgers benutzt wird.

Ein Trockner mit Infrarotheizung wird in DE 10 2007 025 760 A1 beschrieben. Die Werkstücke werden in der Trockenkammer zunächst durch eine Infrarot-Heizeinrichtung aufgeheizt und anschließend innerhalb der Trockenkammer mit Ventilatorunterstützung getrocknet. Die Infrarot-Heizeinrichtung ist mittels eines Brenners beheizt, dessen Rauchgase in einen Rauchgaskanal strömen, der mit mindestens einer Wandfläche in Verbindung steht, um das Werkstück durch Infrarotstrahlung zu erwärmen.

In der EP 0 203 377 A1 ist ein Blastunnel zur Trocknung von lackierten Werkstü- cken beschrieben. Im Blastunnel ist eine Vielzahl von Strahlern (Infrarotstrahler) und Blasdüsen an den Tunnelwänden und/oder -decken angeordnet, welche an ein Luftfördersystem angeschlossen sind und Luft auf die zu trocknenden Werk- stücke blasen. Werden zum Lackieren Lacke mit schwer verdunstenden Lösungsmitteln verwendet, so ist gegenüber konventionellen Lacken entweder eine längere Verdunstungsstrecke oder eine längere Verweilzeit im Blastunnel erforderlich. Die DE 696 04 31 1 T2 offenbart ein Verfahren zum Trocknen einer sich bewegenden Materialbahn, die eine flüchtige Substanzen enthaltende Beschichtung aufweist. Dabei wird Lösungsmittel enthaltende Luft abgestuft erwärmt, welche in einem Trocknungsgehäuse rezirkuliert. Ferner wird ein Verfahren zur optimalen Steuerung und Lenkung der Lösungsmittel enthaltenden Luft offenbart. Dabei werden Kondensation und Absetzen von Feuchtigkeit aus Lösungsmittel- und lösungsmittelbasierten Nebenprodukten wirksam verringert oder eliminiert. Zusätzlich zu der Reduzierung des Kondensates wird ein besseres und gleichmäßigeres Mischen der Atmosphäre in dem Trocknungsgehäuse erreicht, dadurch die Sicherheit erhöht und das Trocknungsverfahren verbessert, da Taschen mit hoher Konzentration der Lösungsmitteldämpfe verringert werden.

Die DE 36 35 833 A1 betrifft einen Durchlauftrockner für Materialbahnen, bei dem jede mit Gas und Umluft des Trockners gespeiste Heizeinrichtung und Nachverbrennungseinrichtung zu einer Einheit zusammengefasst sind und bei dem eine geschlossene Brennkammer im Trocknergehäuse integriert ist. Es wird die Gefahr der Verkrackung der beim Trocknen flüchtig gewordenen und in der Trockneratmosphäre befindlichen Lösemittel beseitigt, weil die Trockneratmosphäre nicht unmittelbar mit sehr heißen Elementen, insbesondere nicht mit einer offen in den Trockner hinein brennenden Flamme, in Berührung kommt.

In konventionellen Verfahren zur Trocknung von mit organisch-lösemittelhaltigen Stoffen behandelten Erzeugnissen werden die entstehenden Lösemitteldämpfe mit vorgewärmter Luft unterhalb der unteren Explosionsgrenze ausgetragen, was nur durch einen enorm hohen Luftvolumenstrom realisiert werden kann. Die aufzu- bringenden Luftvolumenströme bedingen einen signifikanten energetischen Aufwand, der über entsprechende Verdichterleistungen und Wärmeinträge kontinuierlich aufgebracht werden muss. Das durch den Trocknungsprozess entstehende Lösemitteldampf-Luft-Gennisch kann unterhalb der unteren Explosionsgrenze nicht unmittelbar verbrannt werden, sondern muss über eine thermische Nachverbrennung umgesetzt werden, wobei ein zusätzlicher Brenngaseintrag notwendig ist. Wärme, die hierbei frei wird, muss zur Energieeinsparung mit hohem baulichem Aufwand über Wärmeübertragersysteme in das System zurückgeführt werden. Ein weiterer Nachteil ist der sich durch den hohen eingetragenen Luftvolumenstrom einstellende signifikant hohe Abgasvolumenstrom. Des Weiteren können nur durch geeignete verfahrenstechnische Maßnahmen lokale zündfähige Gemische und somit eine Explosionsgefahr in der Trockenkammer vermieden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Trocknungsprozess von mit organisch-lösemittel- haltigen Stoffen behandelten Erzeugnissen so gestaltet werden, dass die Lösemitteldämpfe ohne hohe Volumenströme an Trocknungsluft ausgetragen werden können. Die aufzubringenden Volumenströme sollen mit minimalem energetischem Aufwand aufrechterhalten und dabei die Bildung von zündfähigen Gemischen in der Trockenstrecke vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 1 1 .

Zur Trocknung eines mit einem organischen Lösemittel enthaltenden Stoff behandelten Erzeugnisses wird eine Trocknungsanlage vorteilhafterweise oberhalb der oberen Explosionsgrenze betrieben wird. Ein Lösemitteldampf, der während des Trocknungsprozesses entsteht, wird in einem Brennersystem bzw. Brenner verbrannt. Eine dabei erzeugte Infrarotstrahlung wird in den Trocken prozess eingekoppelt und direkt thermisch genutzt werden. Gemische aus brennbaren organischen Lösemitteln sind mit dem in Luft enthaltenden Sauerstoff bei bestimmten Mischungsverhältnissen explosionsfähig. Ein Bereich, der alle explosiven Mischungsverhältnisse zusammenfasst, wird von zwei Explosionsgrenzen, der oberen und der unteren Explosionsgrenze, beschrieben. Unterhalb der unteren Explosionsgrenze ist die Konzentration des brennbaren Stoffs so gering, dass das Gemisch nicht zündfähig ist. Oberhalb der oberen Explosionsgrenze ist die Konzentration des brennbaren Stoffs im Gemisch so hoch, dass das Gemisch ebenfalls nicht zündfähig ist. Die untere und die obere Explosionsgrenze sind abhängig von der Art des brennbaren Stoffs sowie von dessen Konzentration im Sauerstoff enthaltenden Gas, beispielsweise in Luft.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnun- gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Verfahrensvariante,

Fig. 2 schematisch eine zweite Verfahrensvariante,

Fig. 3 schematisch ein erstes Energiestrommodell und

Fig. 4 schematisch ein zweites Energiestrommodell. Nach der Erfindung sind zwei bevorzugte Verfahrensvarianten möglich, welche in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind. Bei beiden Verfahrensvarianten erfolgt der Abtransport des Lösemitteldampfs vollständig ohne den Eintrag von Trockenluft in eine Trockenkammer 1 der Trocknungsanlage. Bei der in Fig. 1 gezeigten ersten Verfahrensvariante befindet sich die Zusammensetzung des reinen rezirkulierenden Lösemitteldampfes in der Trocknungsanlage weit oberhalb der oberen Explosionsgrenze. Im Dauerbetrieb wird das Trockengut 2 bei der erforderlichen Betriebstemperatur kontinuierlich durch die Trockenkammer 1 geführt, wobei das Lösemittel vollständig verdampft. Um dies zu gewährleisten, wird die Betriebstemperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur des Lösemittels gehalten. Das Lösemittel wird über einen Rezirkulationsstrang 10, der nur Lösemitteldämpfe beinhaltet, abgeführt. Der Transport erfolgt über ein Verdichtermodul 4. Die thermische Energie zur Verdampfung des Lösemittels wird über den vom Brennersystem 3 generierten Infrarotstrahlungsenergiestrom 21 eingekoppelt, wobei ein Verbrennungsraum und Trockenstrecke bzw. die Trocknungskammer 1 durch zumindest ein infrarotdurchlässiges Glasmodul 6 voneinander getrennt sind. Die Trocknungskammer 1 kann in zwei Zonen unterteilt sein, wobei eine erste Zone abwechselnd Infrarotstrahler und Blasdüsen und die zweite Zone nur Blasdüsen aufweist.

Das Brennerabgas 13 wird separat abgeführt und kann weiterhin thermisch genutzt werden. Die notwendige Energie für das Brennersystem 3 wird direkt aus der chemisch gebundenen Energie des Lösungsmitteldampfs gewonnen, welche über eine erste Strömungsteilereinrichtung 15 zugeführt, in einem Mischer 5 mit der notwendigen Verbrennungsluft 9 vermischt und unmittelbar verbrannt werden. Die für den Trocknungsprozess notwendige Strömungsgeschwindigkeit in der Trockenkammer 1 wird über das Verdichtermodul 4 eingestellt. Im kontinuierlich laufenden Prozess wird dem System permanent eine Menge an Lösemitteldampf über die Brennereinrichtung entzogen, welche der erforderlichen Brennerleistung entspricht. Da in der Regel mehr Lösemittel verdampft wird als für den Betrieb der Brennereinrichtung notwendig ist und um den Betriebsdruck des Systems zu regeln, wird überschüssiger Lösemitteldampf über eine dritte Strömungsteilereinrichtung 17 aus der Trocknungsanlage abgeführt. Die dritte Strömungsteilereinrich- tung 17 wird bei den An- und Abfahrvorgängen genutzt um zuvor eingebrachtes Inertgas aus der Trocknungsanlage abzuführen. Überschüssiger Lösemitteldampf kann nach Bedarf über ein separates Brennersystem (hier nicht gezeigt) thermisch umgesetzt werden, die Wärmeenergie kann auf hohem Temperaturniveau an anderen Wärmesenken im Prozess ausgekoppelt werden (Beispiel: Bandvorwär- mung). Alternativ kann der überschüssige Lösemitteldampf auskondensiert und zurückgewonnen werden. Um einen unkontrollierten Austritt des Lösemitteldampfs aus dem System zu vermeiden, wird der Trockenprozess mit einem leichten Unterdruck (ca. 5 Pa unterhalb des Umgebungsdrucks) betrieben. Dabei gelangt nur ein minimaler Sauerstoffanteil mit der Umgebungsluft in das System, wobei die Zusammensetzung des entstehenden Lösemitteldampfgemisches dennoch weit oberhalb der oberen Zündgrenze gehalten wird. Zur Überwachung des minimalen O2-Eintrages kann eine Sauerstoffmessung im System verwendet werden. Alter- nativ kann das System mit einem leichten Überdruck gefahren werden, hierbei wird an keinem Punkt des Systems Sauerstoff eingetragen, die Betrachtung des Systems erfolgt dann jenseits einer Betrachtung der Explosionsgrenzen. An sämtlichen Ein- und Auslässen des Systems sind entsprechende Absaugeinrichtungen vorzusehen, durch welche geringe Mengen an austretenden Lösemitteldämpfen durch Leckagen abgeführt werden. Das Verdichtermodul 4 muss dann im Rezirku- lationsstrang vor dem Trockenkammereintritt 7 positioniert werden, um einen leichten Überdruck zu realisieren. Eine mögliche Vorgehensweise zum Anfahren der Prozessstrecke ist die Folgende: Der Rezirkulationsstrang 10 wird am Trockenkammereintritt 7 und am Trockenkammerausaustritt 8 zunächst geschlossen und inertisiert. Das Inertgas (Stickstoff, Kohlendioxid o.ä.) wird über die Zuleitung 12 und die zweite Strömungsteilereinrichtung 16 eingespeist und zirkuliert über das Verdichtermodul 4. Das System wird zunächst mit konventionellem Brennstoff (Erdgas, Propangas) 14 und Verbrennungsluft 9 in einem Mischer 5 vorgemischt und über das Brennersystem 3 verbrannt. Die hierbei freigesetzte Wärmeenergie wird direkt im Prozess eingetragen. Das Brennersystem 3 koppelt einen großen Teil der Verbrennungsenergie in Form von IR-Strahlung 21 aus. Diese wird über ein infrarotdurchlässi- ges Glasmodul 6 in die Trockenkammer 1 eingetragen. Ab Erreichen der Betriebsbedingungen erfolgt die Öffnung der Trockenkammer 1 . Das Trockengut 2 wird über den Trockenkammereintritt 7 eingebracht, wobei die Verdampfung unmittelbar einsetzt. Die Abführung des Inertgas-Lösemitteldampfgemisches erfolgt über das Brennersystem 3, welches im Anfahrprozess durch den Stützbrennstoff 14 thermisch umgesetzt wird. Das Brennersystem 3 übernimmt hierdurch gleichzeitig die Aufgabe einer thermischen Nachverbrennung. Während dieses Vorgangs vermindert sich der Partialdruck des Inertgases im Rezirkulationsstrang 10. In Abhängigkeit vom noch vorhandenen Inertgasanteil und der einhergehenden Brennbarkeit des Gemischs wird der extern zugeführte konventionelle Brennstoff 14 allmählich durch den Lösungsmitteldampf substituiert bis das Brennersystem 3 komplett autark mit dem Lösemitteldampfgemisch betrieben wird. Die in Fig. 2 gezeigte zweite Verfahrensvanante beschreibt eine modifizierte Form der ersten Verfahrensvariante. Analog zu Verfahrensvariante 1 wird der Trocken- prozess in einem weiteren Rezirkulationsstrang 1 1 betrieben. Der Unterschied zu Verfahrensvariante 1 besteht darin, dass nicht nur reine Lösemitteldämpfe im wei- teren Rezirkulationsstrang 1 1 bewegt werden, sondern auch Brennerabgase. Diese Brennerabgase 13 werden dem rezirkulierenden Lösemitteldampf über die Verteilereinrichtungen 19 und 20 des Brennersystems 3 zugeführt. Die Brennerabgase 13 enthalten durch den Verbrennungsvorgang nur einen geringen Sauerstoffanteil, das System befindet sich oberhalb der oberen Explosionsgrenze. Der Sau- erstoffanteil im rezirkulierenden Lösemitteldampf-Brennerabgas-Gemisch kann über eine Sauerstoffmessung überwacht werden. Ziel der Brennerabgaszuführung ist eine gezielte Beeinflussung der Prozessparameter im weiteren Rezirkulationsstrang 1 1 zur Optimierung der Trocknung. Parameter, die hierdurch beeinflusst werden können, sind unter anderem der Partialdruck der Lösemitteldämpfe ein- hergehend mit einer Beeinflussung der Kondensationstemperatur und die Verbrennungscharakteristik im Brennersystem 3. Analog zu Verfahrensvariante 1 sind Brennraum und Trockenkammer 1 durch ein infrarotdurchlässiges Glasmodul 6 getrennt. Der Anfahrprozess erfolgt analog zur Verfahrensvariante 1 . Für die beiden beschriebenen Verfahrensvarianten gilt, dass das Brennersystem 3 einen großen Teil der Verbrennungsenergie vorzugsweise in Form von Infrarotstrahlung auskoppelt. Als Brenner kann ein Infrarot-Strahlungsbrenner oder Porenbrenner benutzt werden. Ein Porenbrennersystem ist hierbei in der Lage einen großen Teil der Verbrennungsenergie in Form von IR-Strahlung stabil in einem weiten Leistungsmodulati- onsbereich auszukoppeln. Der Porenbrenner ist insbesondere in der Lage ohne Stützbrennstoff auch niederkalorische Brenngase umzusetzen. Speziell bei der Verbrennung von Lösemitteldampf wird eine Abgasqualität erreicht, bei der keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe nachweisbar vorliegen. Für beide beschriebene Verfahrensvarianten gilt, dass sich das gesamte System weit oberhalb der oberen Explosionsgrenze befindet. Im gesamten System wird daher kein zündfähiges Gemisch gebildet. Der Lösungsmitteldampf kann ohne eine thermische Nachverbrennung direkt thermisch umgesetzt. Die dabei freige- setzte Wärmeenergie wird in Form der vom Brennersystem 3 erzeugten Infrarotstrahlung über das Glasmodul 6 direkt im Prozess der Trocknung eingesetzt.

Ausführungsbeispiel Die folgende Betrachtung zeigt anhand einer energetischen Betrachtung das Einsparpotenzial der Verfahrensvariante 1 der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage gegenüber der konventionellen Fahrweise einer Trocknungsanlage. Als Grundlage für den Vergleich dienen typische Anlagendaten einer Bandbeschichtungsan- lage, die von der European Coil Coating Association (ECCA) publiziert wurden, siehe Tabelle 1 .

Tabelle 1 : Charakteristika des Coil-Coating-Verfahrens [www.ecca.de]

Für die Berechnung werden folgende Anlagendaten angenommen:

• Bandanlage: Aluminiumband, Bandbreite 1500 mm, Banddicke 1 mm, Bandgeschwindigkeit 100 m/min, Dichte Aluminium 2,7 g/cm 3 , mittlere spez. Wärmekapazität 926 J/(kg K), Anlagentemperatur 270°C. · Lösemittel: Handelsübliches beim Coil-Coating verwendetes Lösemittel: Heizwert 34193 kJ/kg, Schichtdicke 160 μηη (Lösemittelanteil 34 Ma.-%), Dichte (liqu. Tu) 0,9 kg/l, Lösemitteleintrag 450 kg/h, Dichte (gas., T B =270°C) 0,6 kg/m 3 , Verdampfungsenthalpie 46,9 kJ/mol, Molmasse Lösemittel 139 g/mol, untere Explosionsgrenze 52 g/m 3 (20°C, 1013 hPa).

• Es werden keine Verlustwärmeströme betrachtet.

Fig. 3 zeigt ein vereinfachtes erstes Energiestrommodell (ohne Wärmeverluste) eines konventionellen Trocknungsprozesses. Mit dem beschichteten Band 2 wird ein chemisch gebundener Brennenergiestrom von 4274 kW zugeführt. In der Bandvorwärmung 22 wird das Band auf 270°C durch die Abgase 13 der thermischen Nachverbrennung 24 vorgewärmt, hierbei werden 1563 kW benötigt, der Energiebedarf der Lösemittelvorwärmung kann vernachlässigt werden. Des Weiteren wird vereinfacht angenommen, dass im Bereich der Bandvorwärmung 22 noch kein Lösemittel verdampft. In der Trockenkammer 1 werden zur Verdampfung des Lösemittels lediglich 42 kW benötigt. Zur Ermittlung des Luftvolumenstroms 23, der zur Verdampfung und zum Abtransport des Lösungsmitteldampfs aus der Trockenkammer 1 benötigt wird, wird unter Beachtung der DIN EN 1539 angenommen, dass das sich einstellende Lösemitteldampf-Luft-Gemisch 26 in der Tro- ckenkammer 10% unterhalb der unteren Explosionsgrenze gehalten wird. Dies entspricht einem erforderlichen Luftvolumenstrom von 43270 Nm 3 /h. Das getrocknete Band wird im Anschluss ohne Kühlung aus der Trockenkammer 1 ausgetragen, das finale Lösemitteldampf-Luft-Gemisch 26 wird der thermischen Nachverbrennung 24 zugeführt. Eine herkömmliche thermische Nachverbrennung arbeitet unter Beachtung einer ausreichenden Verweilzeit des Brennstoff-Luft-Gemisches im Brennraum bei ca. 900°C. Das gewährleistet eine vollständige Umsetzung der Kohlenwasserstoffe zu CO2 und H 2 O. Unter Berücksichtigung der chemisch gebundenen Energie im Lösemitteldampf-Luft-Gemisch 26 müssen 7102 kW als zusätzlicher Brenngasstrom 25 der thermischen Nachverbrennung 24 zugeführt werden, um diese Abgastemperatur zu erreichen. Hierbei werden keine Brennraumverluste berücksichtigt. Der im Brennerabgas 13 enthaltene Enthalpiestrom beträgt 15358 kW. 3982 kW werden im Anschluss über ein Wärmeübertragersys- tem 27 zur Vorwärmung der Trockenluft 23 übertragen und weitere 1563 kW zur Bandvorwärmung 22. Pro Meter zu trocknendes Band werden bei dieser konventionellen Variante 1 ,896 kJ ins System eingetragen. Durch die Abgase der thermischen Nachverbrennung 13 und das getrocknete Band werden 1 1376 kW ausge- tragen, die an anderen Wärmesenken ausgekoppelt werden müssen.

In Fig. 4 ist ein vereinfachtes zweites Energiestrommodell der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage nach Verfahrensvariante 1 dargestellt. Analog zum konventionellen Trocknungsverfahren werden 4274 kW dem System als chemisch gebun- dener Brennenergiestrom mit dem beschichteten Band 2 zugeführt. 1563 kW werden für die Bandvorwärmung 22 und 42 kW für die Verdampfung des Lösemittels in der Trockenkammer 1 umgesetzt. Wie in der vorliegenden Erfindungsbeschreibung dargestellt, wird der zirkulierende Lösemitteldampf direkt einem Brennersystem 3 zugeführt. Im vorliegenden Energiestrommodell wird die Bandvorwärmung 22 über das gleiche Brennersystem 3 thermisch versorgt. In der erfindungsgemäßen Ausführung der Trocknungsanlage soll ein Porenbrennersystem verwendet werden, welches ca. 40% der Brennstoffenergie in Form von Infrarotstrahlung umsetzt. Unter Beachtung des Infrarotanteiles werden 1 18 kW zur Trocknung und 3908 kW für die Bandvorwärmung ausgekoppelt. Pro Meter zu trocknendes Band werden bei dieser Verfahrensvariante 0,712 kJ ins System eingetragen. Durch die Brennabgase 13 und das getrocknete Band werden 3984 kW ausgetragen, die an anderen Wärmesenken ausgekoppelt werden müssen. Zusätzlich werden 290 kW chemisch gebundene Energie als unverbrannter Lösemitteldampf ausgetragen. Dieser kann anschließend auskondensiert und zurückgewonnen werden.

Zusammenfassend wird festgestellt, dass mit den erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten im Vergleich zu konventionellen Trocknungsanlagen der Brennstoffeintrag durch die Stützfeuerung zu 100% eingespart wird. Die benötigte thermische Energie des Prozesses kann vollständig durch die chemisch gebundene Energie im Lösemittel gedeckt werden. Mit Hilfe der Porenbrennertechnologie ist eine rückstandsfreie Umsetzung der Lösemitteldämpfe möglich. Bezugszeichenliste

1 Trockenkammer

2 Trockengut

3 Brennersystem

4 Verdichtermodul

5 Mischer

6 Infrarotdurchlässiges Glasmodul

7 Trockenkammereintritt

8 Trockenkammeraustritt

9 Verbrennungsluft

10 Rezirkulationsstrang

1 1 weiterer Rezirkulationsstrang

12 Inertgaszuführung

13 Brennerabgas

14 Stützbrennstoff für Startprozesse

15 erste Strömungsteilereinrichtung

16 zweite Strömungsteilereinrichtung

17 dritte Strömungsteilereinrichtung

18 vierte Strömungsteilereinrichtung

19 fünfte Strömungsteilereinrichtung

20 sechste Strömungsteilereinrichtung

21 Infrarotstrahlung

22 Bandvorwärmung

23 Trockenluft konventionelle Verfahren

24 thermische Nachverbrennung

25 Stützbrennstoff für die thermische Nachverbrennung

26 Lösemittel-Luft-Gemisch unterhalb der unteren Explosionsgrenze

27 Wärmeübertragersystem