1. April 2008

Vorrichtung und Verfahren zum Entwässern und Trocknen eines Gemisches aus

Kunststoffgranulat und Wasser

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entwässern und Trocknen eines Gemisches aus Kunststoffgranulat und Wasser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entwässern und Trocknen eines Gemisches aus Kunststoffgranulat und Wasser.

Polymerrohstoffe werden üblicherweise in Granulatform verpackt und an die Abnehmer geliefert. Um beispielsweise in einem Polymerreaktor oder in einer Compoundieranlage hergestellten Polymerrohstoff in Granulatform zu bringen, werden Granulieranlagen eingesetzt. In diesen Granulieranlagen wird das Kunststoffgranulat üblicherweise mit Wasser gekühlt. Vor der Weiterverarbeitung des Kunststoffgranulats muss das Kühlwasser dann wieder vom Kunststoffgranulat getrennt werden, wofür gattungsgemäße Vorrichtungen und Verfahren eingesetzt werden können. Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Entwässern und Trocknen eines Gemisches aus Kunststoffgranulat und Wasser ist beispielsweise aus der US 6438866 B l bekannt.

BESTATIGUNGSKOPIE

Die DE 10 2004 01 1 325 Al beschreibt eine Anlage zur Trocknung von Kunststoffgranulat. Dabei wird zunächst in einem Zentrifugal- Entwässerer Wasser abgetrennt und anschließend in einem nachgeordne- ten Oberflächen-Trockner das Granulat in einem Luftstrom getrocknet.

Bei der Entwässerung und Trocknung des Kunststoffgranulats stellt sich ein komplexes thermodynamisches Gleichgewicht ein. Denn nach der Trennung des Wassers vom Granulat haften bis zu 10 Gewichtsprozent Wasser an den Granulatkörnern an. Dieses Wasser verdunstet in der Trocknungsstrecke durch die im Granulat vorhandene Wärme, wodurch das Kunststoffgranulat weiter abgekühlt wird. Zudem gibt der in der Vorrichtung entstehende Wassernebel seine Wärme an das Gehäuse der Vorrichtung ab und kondensiert dabei, wodurch ebenfalls eine Kühlwirkung entsteht. Die Eigenschaftsparameter des Kunststoffgranulats, insbesondere die Temperatur und die Restfeuchte des Kunststoffgranu- lats, hängen bei den bekannten Vorrichtungen also von einem komplexen thermodynamischen Gleichgewicht ab. Vorgegebene Zielparameter, beispielsweise eine vorbestimmte Endtemperatur des Granulats, können deshalb vielfach nur schwer eingehalten werden. Bei bestimmten Polymerrohstoffen ist diese Nichteinhaltung von bestimmten Zielparametern jedoch von großem Nachteil. Wird das Granulat beispielsweise auf eine zu tiefe Temperatur im Trockner heruntergekühlt, können dadurch nachgeordnete Prozessschritte, beispielsweise die Kristallisation des Kunststoffgranulats, gestört werden. Ist die Endtemperatur dagegen zu hoch, neigen manche Kunststoffe dazu, dass das Kunststoffgranulat verklebt und dadurch zu Störungen im Förderstrom führt oder Verklumpungen bei der Lagerung des Granulats verursacht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Vorrichtung zum Entwässern und Trocknen eines Gemisches aus Kunststoffgranulat und Wasser vorzu- schlagen, die eine gezielte überwachung und Führung von bestimmten

Eigenschaftsparametern erlaubt. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Trocknungsverfahren vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren nach der Lehre der beiden unabhängigen Hauptansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass in der Vorrichtung ein Sensor vorgesehen ist, mit dem zumindest ein Eigenschaftsparameter des Granulats, insbesondere die Temperatur und/oder die Restfeuchte des getrockneten Granulats oder der Trocknungsluft, direkt oder indirekt gemessen werden kann. Dieser gemessene Eigenschaftsparameter ist dann Führungsgröße, in deren Abhängigkeit eine in der Vorrichtung vorgesehene Stelleinrichtung eingestellt wird. Die Stelleinrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass der mit dem Sensor überwachte Eigen- Schaftsparameter, beispielsweise die Temperatur oder Restfeuchte des getrockneten Granulats, in Abhängigkeit von den gemessenen Ist-Werten beeinflusst werden kann. Im Ergebnis wird dadurch ein Stellmechanismus realisiert, mit dem zumindest ein Eigenschaftsparameter des Granulats hinsichtlich der Einhaltung bestimmter Vorgaben überwacht werden kann. Bei unzulässigen Abweichungen des Eigenschaftsparameters von gewünschten Vorgaben, beispielsweise wenn die Temperatur des getrockneten Granulats zu hoch oder zu niedrig ist, kann der Eigenschaftsparameter durch einen Stelleingriff der Stelleinrichtung so beeinflusst werden, dass die Abweichung verringert wird.

In welcher Weise die Verstellung der Stelleinrichtung zur Beeinflussung des überwachten Eigenschaftsparameters in Abhängigkeit der mit dem Sensor erfassten Messwerte erfolgt, ist grundsätzlich beliebig. Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist dazu in der Vorrichtung eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, um auf diese Weise eine Steuer- strecke aufzubauen. In der Steuerstrecke wird der gemessene Ist-Wert

des überwachten Eigenschaftsparameters von der Steuerungseinrichtung mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen. Abhängig von der Steuerdifferenz zwischen dem Ist-Wert und dem vorgegebenen Soll-Wert generiert die Steuerungseinrichtung dann ein Steuersignal entsprechend der in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Steuerstrategie. Mit diesem Steuersignal wird die Stelleinrichtung angesteuert und auf diese Weise der überwachte Eigenschaftsparameter durch die Stelleinrichtung in der Weise beeinflusst, dass die Steuerdifferenz verkleinert wird.

Alternativ zur Realisierung einer Steuerstrecke in der Vorrichtung kann die Vorrichtung auch mit einer Regelungseinrichtung ausgestattet werden, um auf diese Weise einen Regelkreis zur Regelung des überwachten Eigenschaftsparameters zu realisieren. In diesem Regelkreis wird der mit dem Sensor gemessene Ist-Wert mit einem in der Regelungseinrichtung hinterlegten Soll-Wert verglichen und abhängig von der dabei sich ergebenden Regeldifferenz ein Regelsignal zur Ansteuerung der Stelleinrichtung erzeugt. Dieses Regelsignal ist dabei entsprechend der vorgegebenen Regelungsstrategie dazu geeignet, die Regeldifferenz zu verringern und den Ist-Wert in Richtung des Soll-Wertes zu beeinflussen.

Eine weitere Form zur Realisierung der Stelleinrichtung zur Beeinflus- sung des überwachten Eigenschaftsparameters liegt darin, in der Vorrichtung ein Heiz- oder Kühlelement vorzusehen, mit dem das getrocknete Granulat direkt oder indirekt erwärmt und/oder gekühlt werden kann. Auf diese Weise kann dem getrockneten Granulat Wärmeenergie zugeführt oder entzogen werden, wodurch insbesondere die Temperatur und/oder die Restfeuchte des getrockneten Granulats beeinflussbar ist.

Zur konstruktiven Umsetzung des Heiz- oder Kühlelements kann in der Vorrichtung ein Wärmetauscher vorgesehen werden. Dieser Wärmetauscher wird dabei von flüssigem oder gasförmigem Heiz- oder Kühlmedium durchströmt, beispielsweise von temperierter Luft oder temperiertem Wasser oder temperiertem öl, um auf diese Weise den Umgebungsbe-

reich des Wärmetauschers, an dem beispielsweise das Kunststoffgranulat vorbeiströmt, entsprechend zu temperieren.

Besonders einfach und kostengünstig und dabei effektiv kann der Wärmetauscher dadurch realisiert werden, dass ein Gehäuseteil der Vorrich- tung einen doppelwandigen Abschnitt aufweist. Insbesondere die Außenwandung der Trocknungsstrecke und/oder die Wandung des Granulatauslaufs können derartig als doppelwandiger Wärmetauscher ausgebildet sein.

Zur Erhöhung des effektiven Wärmeübergangs zwischen dem Wärmetau- scher einerseits und dem zu temperierenden Bereich andererseits kann der Wärmetauscher zusätzlich mit aufgesetzten Elementen, beispielsweise Lamellen, zur Vergrößerung der Wärmetauscheroberfläche ausgestattet werden.

Alternativ bzw. additiv zur Verwendung von Wärmetauschern können auch Heiz- oder Kühlelemente zum Einsatz kommen, die elektrisch beheizt bzw. gekühlt werden.

Als weitere Alternative zur Beeinflussung des überwachten Eigenschaftsparameters können auch Stelleinrichtungen zum Einsatz kommen, die in der Art von Befeuchtungseinrichtungen ausgebildet sind. Mit der Befeuchtungseinrichtung kann dabei entweder dem getrockneten Granulat oder dem vom Granulat abgegebenen Wasserdampf oder einem Bauteil der Vorrichtung ein Medium, insbesondere Wasser, zum Befeuchten und/oder zum Temperieren zugeführt werden. Bei der Befeuchtung des Granulats wird durch die Erhöhung des Feuchtigkeitsgrades eine stärkere Verdunstungskühlung bewirkt und damit Restfeuchte und die Temperatur des Granulats in der gewünschten Weise beeinflusst. Bei Befeuchtung des vom Granulat abgegebenen Wasserdampfes kann erreicht werden, dass der Wasserdampf stärker kondensiert und dadurch eine entsprechend geänderte Kühlwirkung auf das Gehäuse der Vorrichtung ausübt. Bei manchen Kunststoffen, beispielsweise bei PET oder Polyamiden, kann

durch eine kontrollierte Wasserdampfatmosphäre das Kristallisationsverhalten gezielt beeinflusst werden. Außerdem ist durch direktes Befeuchten eines Bauteils der Vorrichtung, insbesondere des Granulatauslaufs, eine direkte Kühlung bzw. Erwärmung dieses Bauteils möglich, um auf diese Weise das Bauteil in der gewünschten Weise zu temperieren.

Zur konstruktiven Umsetzung einer Befeuchtungseinrichtung kann in der Vorrichtung eine Sprühdüse vorgesehen sein. Nach einer ersten Verwendungsart dieser Sprühdüse wird damit Wasser zur Nebelabscheidung in die Vorrichtung eingesprüht.

Alternativ zur Einsprühung von Wasser zur Nebelabscheidung kann mit der Sprühdüse auch Wasser zur Kühlung von außen auf den Granulatauslauf aufgesprüht werden, um Anhaftungen von heißem Granulat an der Innenoberfläche des Granulatauslaufs und damit einhergehende Verstopfungen desselben vorzubeugen.

Um die Temperierungswirkung an dem mit der Befeuchtungseinrichtung zu temperierenden Bauteil zu verbessern, insbesondere im Bereich des Granulatauslaufs, können an diesem Bauteil aufgesetzte Elemente, beispielsweise Lamellen zur Vergrößerung der Oberfläche vorgesehen werden.

An welcher Stelle der überwachte Eigenschaftsparameter mit dem Sensor gemessen wird, ist grundsätzlich beliebig. Um eine besonders hohe Prozesssicherheit, insbesondere für nachgelagerte Prozessschritte zu erhalten, ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn der Sensor entweder entlang der Trocknungsstrecke oder am Ende oder hinter der Trock- nungsstrecke, insbesondere im Granulatauslauf, angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Eigenschaftsparameter, beispielsweise die Granulattemperatur, gerade kurz vor oder beim Verlassen des Granulats aus der Vorrichtung gemessen werden. Die Messung der Temperatur und/oder Restfeuchte der Trocknungsluft erfolgt bevorzugt an einer Stelle vor

oder nach einem Ventilator und/oder vor oder nach einem Kondensationsabscheider.

Auch die Anordnung der Stelleinrichtung in der Vorrichtung ist grundsätzlich beliebig. Zur Vermeidung allzu langer Reaktionszeiten zwischen Stelleingriff und gewünschter änderung des Eigenschaftsparameters ist es auch hier bevorzugt, dass die Stelleinrichtung entlang der Trocknungsstrecke oder am Ende der Trocknungsstrecke oder hinter der Trocknungsstrecke, insbesondere im Bereich des Granulatauslaufs, angeordnet ist.

Um die Trocknung des Granulats in der Trocknungsstrecke durch Verdunsten des an dem Kunststoffgranulat anhaftenden Wassers zu unterstützen, kann die Vorrichtung eine zusätzliche Zuführung trockener Luft entlang der Trocknungsstrecke aufweisen. Dazu weist die Trocknungsstrecke zumindest einen Lufteinlass, durch den Trocknungsluft zur Trocknung des Granulats eingeblasen werden kann, und zumindest einen Luftauslass, durch den die Trocknungsluft wieder ausströmen kann, auf. Beim Vorbeiströmen der Trocknungsluft an den Granulatkörnern wird daran anhaftendes Wasser verdunstet. Das Kunststoffgranulat wird auf diese Weise zusätzlich gekühlt und getrocknet.

Eine besonders hohe Kühl- und Trocknungswirkung ergibt sich dabei, wenn die Trocknungsluft dem Granulat in der Trocknungsstrecke entgegen der Förderrichtung des Granulats entgegenströmt.

Eine Ausführungsform zur konkreten Realisierung einer Stelleinrichtung, mit der ein Eigenschaftsparameter des Kunststoffgranulats, nämlich die Temperatur und/oder die Restfeuchte des Kunststoffgranulats, beein- flusst werden kann, besteht darin, dass die Trocknungsluft geheizt und/oder gekühlt und/oder entfeuchtet und/oder befeuchtet werden kann. Denn je nach Temperatur bzw. Feuchtigkeit der Trocknungsluft wird der Effekt der Verdunstungskühlung verstärkt oder abgeschwächt, was

direkten Einfluss auf die Temperatur bzw. die Restfeuchte des getrockneten Granulats hat.

Bei den gattungsgemäßen Vorrichtungen ist eine Entwässerungsstrecke vorgesehen, entlang der nach Einführung des Gemisches aus Kunststoff- granulat und Wasser zunächst das Wasser, beispielsweise durch Querstromfiltration, abgetrennt wird. Für die konstruktive Ausbildung derartiger Entwässerungsstrecken gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die Entwässerungsstrecke zwei Abschnitte auf. Im ersten Abschnitt der Entwässerungsstrecke wird das Granulat zunächst durch Schwerkraftwirkung vom Wasser getrennt. Im sich daran anschließenden zweiten Abschnitt der Entwässerungsstrecke erfolgt die Trennung von Wasser und Granulat dann durch Fliehkraftwirkung.

Um die Trennung von Wasser und Granulat im ersten Abschnitt der Entwässerungsstrecke realisieren zu können, kann ein erstes Rückhalteelement, beispielsweise ein Lochblech oder ein Sieb oder ein Spaltsieb, eingesetzt werden. Das Rückhalteelement ist dabei derart angeordnet, dass das durch die Schwerkraft beschleunigte Gemisch aus Wasser und Granulat auf das Rückhalteelement fällt, wobei die Granulatteilchen zurückgehalten werden, wohingegen das flüssige Wasser durch die Schwerkraft durch das Rückhalteelement durchtreten kann. Auf diese Weise wird eine erste Grobtrennung von Wasser und Granulat realisiert und bereits ein großer Anteil des im Gemisch enthaltenen Wassers entfernt.

Im zweiten Abschnitt der Entwässerungsstrecke kann dann ebenfalls ein Rückhalteelement, das wiederum in der Art eines Lochblechs oder in der Art eines Siebes oder Spaltsiebes ausgebildet sein kann, vorgesehen sein. Die Trennung von Wasser und Granulat folgt hierbei durch Fliehkraftbeschleunigung. Das durch die Fliehkraft beschleunigte Gemisch aus Wasser und Granulat wird gegen das Rückhalteelement geschleudert, wobei die Granulatteilchen zurückgehalten werden, wohingegen das

Wasser durch das Rückhalteelement durchtritt. Durch diese Zentrifugalentwässerung kann das Wasser so weit abgetrennt werden, dass nur noch Restfeuchtigkeit an den Granulatteilchen anhaftet. Diese Restfeuchtigkeit wird dann in der anschließenden Trocknungsstrecke der Vorrichtung entfernt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im zweiten Abschnitt der Entwässerungsstrecke und/oder in der Trocknungsstrecke eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Rotor mit Rotorschaufeln, vorgesehen, mit der das Granulat in Richtung des Granulatauslaufs gefördert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Schritt der zu überwachende Eigenschaftsparameter mit einem Sensor direkt oder indirekt gemessen wird und anschließend in Abhängigkeit des gemessenen Messwertes mit der Stelleinrichtung der Eigenschaftsparameter in Abhängigkeit des gemessenen Messwertes beeinflusst wird.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, wenn der überwachte Eigenschaftsparameter in einer Steuerstrecke gesteuert oder mit einem Regelkreis geregelt wird.

Welche Art von Material mit dem erfindungsgemäßen Verfahren entwässert und getrocknet wird, ist grundsätzlich beliebig. Von besonders großer Bedeutung ist das erfindungsgemäße Verfahren bei PET-Material, da dieses insbesondere bei zu hohen Temperaturen zum Verkleben neigt und bei zu niedrigen Temperaturen nachgeordnete Prozessschritte, insbesondere die Kristallisation des PET-Granulats, gestört werden können.

Eine Sonderstellung nimmt das erfindungsgemäße Verfahren bei der Direktkristallisation von PET, insbesondere CC-PET, ein. Bevorzugt sollte das PET-Granulat dazu auf eine Temperatur zwischen 140° C bis

170° C, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 150° C bis 160° C, temperiert werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend beispielhaft erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Entwässern und Trocknen eines Gemisches aus Kunststoffgranulat und Wasser im schematisierten Querschnitt.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 01 zum Entwässern und Trocknen eines Gemischs aus Kunststoffgranulat und Wasser im Querschnitt. An einem Gemischeinlauf 02 wird das Gemisch aus Kunststoffgranulat und Wasser, wie es beispielsweise aus einer vorgelagerten Granulieranlage kommt, in die Vorrichtung 01 eingeführt. An einem Sieb 03 werden zunächst Agglomerate 04 abgesiebt und seitlich durch einen Agglomeratauslauf 05 aus der Vorrichtung 01 entfernt. Das nunmehr agglomeratfreie Gemisch aus Wasser und Kunststoffgranulat wird anschließend durch die Schwerkraft entlang eines ersten Abschnitts 06a einer Entwässerungsstrecke 06 beschleunigt und fällt auf ein Lochblech 07. Am Lochblech 07 werden die Kunststoffgranulatteilchen zurückgehalten und seitlich in einen zweiten Abschnitt 06b der Entwässerungsstrecke 06 gefördert. Das durch die Schwerkraft beschleunigte Wasser dagegen tritt zu einem großen Teil durch das Lochblech 07 und wird durch einen Wasserauslauf 08 aus der Vorrichtung 01 ausgeschieden.

Im zweiten Abschnitt 06b der Entwässerungsstrecke 06 wird das Kunst- stoffgranulat und das noch verbliebene Wasser mittels eines Rotors 09 und daran befestigter Rotorschaufeln 10 rotatorisch beschleunigt, so dass das Gemisch aus Kunststoffgranulat und verbliebenem Wasser durch die Fliehkraft nach außen beschleunigt wird. Der Rotor 09 mit den Rotorschaufeln 10 umfasst zylindrisch ein Lochblech 1 1 , an dem die durch die

Fliehkraft beschleunigten Granulatteilchen zurückgehalten werden. Das durch die Fliehkraft beschleunigte Wasser dagegen tritt durch das Lochblech 1 1 und fließt ebenfalls durch den Wasserablauf 08 nach unten hin ab.

An den zweiten Abschnitt 06b der Entwässerungsstrecke 06 schließt sich eine Trocknungsstrecke 12 an, entlang der das an den Kunststoffgranulatteilchen noch anhaftende Wasser durch Verdunstung abtrocknet. Zur Förderung der Kunststoffgranulatteilchen entlang der Trocknungsstrecke 12 in Richtung des Granulatauslaufs 13 dient wiederum der Rotor 09 mit den Rotorschaufeln 10, der die Granulatteilchen entlang der Innenseite des Lochblechs 1 1 nach oben fördert. Um die Trocknungswirkung auf die Granulatteilchen entlang der Trocknungsstrecke 12 zu erhöhen, wird Trocknungsluft durch den Granulatauslauf 13 und einen Lufteinlass 14 zugeführt, so dass die Trocknungsluft dem Kunststoffgranulat entlang der Trocknungsstrecke 12 entgegenströmt. Die Trocknungsluft wird am Ende der Trocknungsstrecke 12 durch einen Luftauslass 15 abgesaugt.

Am Granulatauslauf 13 ist ein Sensor 16 vorgesehen, mit dem zwei Eigenschaftsparameter des in der Vorrichtung 01 getrockneten Granulats, nämlich die Temperatur und/oder die Restfeuchte des getrockneten Granulats, bestimmt werden können. über nicht dargestellte Datenleitungen werden die Messwerte des Sensors 16 zur Steuerung der Vorrichtung 01 übermittelt. In der Steuerung ist dabei eine Regeleinrichtung integriert, die die Mess-Ist-Werte des Sensors 16 mit vorgegebenen Soll- Werten vergleicht. Stellt die Regelung eine Regeldifferenz fest, so wird der Temperaturvorlauf eines Wärmetauschers 17, der von temperiertem Wasser durchströmt wird, so angesteuert, dass die Temperatur bzw. die Restfeuchte des Granulats entlang des Endabschnitts der Trocknungsstrecke 12 so beeinflusst wird, dass die gewünschten Sollwerte am Granulatauslauf 13 wieder erreicht werden. Im Ergebnis wird somit also ein Regelkreis zur Regelung der Temperatur und des Restfeuchtegehalts des Kunststoffgranulats am Granulatauslauf 13 realisiert.

Konstruktiv wird der Wärmetauscher 17 durch einen doppelwandigen Gehäuseabschnitt am Ende der Trocknungsstrecke 12 gebildet. Dieser doppelwandige Gehäuseabschnitt wird von temperiertem Wasser durchströmt, um auf diese Weise dem Granulat Wärmeenergie zuzuführen bzw. Wärmeenergie zu entziehen.

Alternativ bzw. additiv zum Wärmetauscher 17 kann ein doppelwandiger Gehäuseabschnitt auch am Granulatauslauf 13 vorgesehen werden, um den Granulatauslauf 13 zu temperieren. Auch ist eine Temperierung des Granulatauslaufs 13 durch Besprühen mit temperiertem Wasser möglich.

Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Temperatur bzw. des

Restfeuchtegehalts ist es, dass die durch den Lufteinlass 14 einströmende Trocknungsluft gezielt temperiert wird.