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| EP1522395A2 | 2005-04-13 | |||
| DE102010032350A1 | 2012-02-02 |
| P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung (10) zum Trocknen von Kunststoffgranulatkörnern nach dem Granulieren, mit einer Trocknungsstrecke (11) in einem Gehäuse (12), in der das Granulat getrocknet wird und welche die Granulate mit einer Fördergeschwindigkeit durchlaufen, und einem Granulatauslauf (30), durch den das getrocknete Granulat aus der Trocknungsstrecke (11 ) ausgebracht wird, wobei das Trocknen in der Trocknungsstrecke (11 ) auf einem Zentrifugaltrocknerprinzip beruht, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsstrecke (11 ) so dimensioniert ist und/oder die Fördergeschwindigkeit der Granulate durch die Trocknungstrecke (11 ) so abgestimmt ist, dass sich eine Verweilzeit in der Trocknungsstrecke (11 ) ergibt, die eine derartige Kristallisation der Granulate ermöglicht, dass am Granulatauslauf (30) die Granulate an der Oberfläche zumindest teilkristallisiert sind und die getrockneten Granulate die Trocknungsstrecke mit einen Kristallisationsgrad von mindestens 15 Vol-% verlassen. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer des Granulats in der Trocknungsstrecke (11 ) durch die Ausbildung eines eine Mehrzahl von Rotorschaufeln (16) aufweisenden Rotors (14) eingestellt ist, insbesondere durch Rotorlänge, Rotordurchmesser und Größe und/oder Stellwinkel der Rotorschaufeln (16). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweildauer des Granulats in der Trocknungsstrecke (11 ) durch die Drehzahl des Rotors (14) und/oder einen Luftstrom durch die Trocknungsstrecke (11 ) einstellbar ist. 4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, der Rotor (14) zweigeteilt ausgebildet ist, insbesondere mit zwei Antrieben (13) versehen ist, welche auch eine unterschiedliche Drehzahl ermöglichen und/oder unterschiedlich ausgebildet sind. 5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trocknungsstrecke (11 ) ein Zulauf (34) vorgesehen ist, über den insbesondere vorgewärmtes bereits kristallisiertes Granulat dem zu trocknenden Granulat zuführbar ist. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zulauf(34) eine Heizeinrichtung (38) vorgeschaltet ist, welche das zuzuführende Granulat auf einer vorbestimmten Temperatur hält oder erwärmt. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des bereits kristallisierten Granulats zur Trocknungstrecke (11 ) tangential erfolgt. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte kristallisierte Granulat von einer Abzweigevorrichtung (31 , 36) dem Zulauf (34) zuführbar ist, wobei die Abzweigevorrichtung (31 , 36) unmittelbar der Vorrichtung (10), einem Kristallisator, einer Nachbehandlungseinrichtung oder einem Silo nachgeschaltet ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigevorrichtung (31 , 36) so steuerbar oder regelbar ausgebildet ist, dass die Menge an zuzuführendem kristallisiertem Granulat einstellbar ist. 10. Verfahren zum Trocknen von Granulatkörnern nach der Granulierung mittels einer Vorrichtung (10) zum Trocknen von Granulaten, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Trocknungsstrecke (11 ), in der die Granulate getrocknet werden, wobei das Trocknen in der Trocknungsstrecke (11 ) auf einem Zentrifugaltrocknerprinzip beruht, und die Granulate über einen Granulatauslauf (30) die Trocknungstrecke (11 ) verlassen, gekennzeichnet durch ein Teilkristallisieren des Granulats in der Trocknungsstrecke (11 ) und die getrockneten Granulate die Trocknungsstrecke (11 ) mit einem Kristallisationsgrad von mindestens 15 Vol-% verlassen. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat den Granulatauslauf (30) mit einer Restfeuchte von 0,05 bis 0,3 Gew.-% passiert. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , gekennzeichnet durch ein zusätzliches Zuführen von, insbesondere vorgewärmtem, kristallisiertem Granulat in die Trocknungsstrecke (11 ). 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzlich zugeführte kristallisierte Granulat durch teilkristallisiertes gebildet wird. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das getrocknete Granulat die Trocknungstrecke (11 ) mit einer Temperatur von mindestens 120°C vorzugsweise in einem Bereich von 140 °C bis 160 °C verlässt. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass kristallisiertes Granulat in Bezug auf das zu trocknende Granulat im Verhältnis von zumindest 0,5 zu 1 , insbesondere 1 zu 1 oder 2 zu 1 oder 3 zu 1 zugeführt wird. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass über die Menge des zugeführten kristallisierten Granulats die Temperatur in der Trocknungsstrecke (11 ) zumindest mitgesteuert wird. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die getrockneten Granulate die Trocknungsstrecke (11 ) mit einem Kristallisationsgrad von mehr als 20 Vol-%, verlassen. 18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 17 zur Behandlung von teilkristallisierenden Kunstoffen, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polylactide (PLA). |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von Kunststoffgranulatkörnern nach dem
Granulieren gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art und ein Verfahren zum Trocknen von Kunststoffgranulatkörnern nach dem Granulieren gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 10 angegebenen Art. Aus der DE 10 2010 032 350 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Trocknen bekannt, in der in einem Prozessfluid, z. B. Wasser, befindliche Granulatkörner von dem Prozessfluid getrennt und getrocknet werden. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse sowie eine Bewegungsaufprägungseinrichtung auf, welche vorzugsweise als Rotor mit Rotorschaufeln ausgeführt ist. Ferner ist die Vorrichtung mit einem Entwässerungsbereich mit zumindest einem Entwässerungssieb und einem Klassierbereich mit zumindest einem Klassiersieb versehen. Bei einer konzentrischen Anordnung von Rotor und Sieben im Inneren des Gehäuses, wobei die Siebe um den Rotor herum angeordnet sind, werden die Wirkungen von Zentrifugalkraft und die jeweils unterschiedlich wirkenden Trägheitskräfte zur Trennung und zur Trocknung genutzt. Das Granulat in dem Prozessfluid verläuft in einer spiralförmigen
Bewegungsrichtung. Aufgrund der unterschiedlich wirkenden Trägheitskräfte weichen die lokalen Bewegungsrichtungen von Granulatkörnern und Prozessfluid voneinander ab. Nach Durchlaufen der Trocknungsstrecke weisen die Granulatkörner eine so geringe Restfeuchtigkeit auf, dass sie nachbearbeitet bzw. zwischengelagert werden können. Das Granulat wird sowohl im
Entwässerungsbereich als auch im Klassierbereich getrocknet. Die Trocknungsphase erstreckt sich somit über beide Bereiche.
Allerdings erweist es sich häufig als Problem, dass die Granulatkörner beim Verlassen der Trocknungsvorrichtung miteinander verkleben. Denn einerseits ist es im Stand der Technik bekannt, dass die Granulatkörner während und nach der Trocknungsphase möglichst wenig abgekühlt werden, so dass für die anschließende Kristallisationsphase keine oder eine möglichst geringe Energiezufuhr zur erneuten Erwärmung erforderlich ist. Die Granulatkörner sollen daher möglichst schnell einem
Kristallisationsreaktor oder einer Nachbehandlungseinrichtung zugeführt werden, um möglichst wenig Energie in der Trocknungsphase zu verlieren. Andererseits führt die nach der vergleichsweise kurzen Trocknungsphase vorhandene amorphe Oberflächenstruktur immer wieder zu einem Verkleben der Granulatkörner miteinander, sowohl in der Trocknungsstrecke als auch auf dem Förderweg oder in den nachfolgenden Einheiten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, unter Vermeidung der genannten Nachteile eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, bei denen Granulatkörner in der Trocknungstrecke oder beim oder nach dem Verlassen der Trocknungsvorrichtung nicht mehr miteinander verkleben und somit einfacher und sicherer zu fördern sind. Vor allem sollen die Granulatkörner aber auch den nachfolgenden Einheiten, wie einem Kristallisationsreaktor oder einer Nachbehandlungseinheit, so zuführbar sein, dass es zu keinen Störungen, insbesondere durch Verkleben der Granulatkörner miteinander, in den nachfolgenden Einheiten kommt.
Diese Aufgabe wird für die Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst. Für das Verfahren wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 10 in Verbindung mit seinen
Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch zumindest eine Teilkristallisation der Oberfläche eines Granulatkorns bis zu einem gewissen Grad ein Verkleben zumindest erheblich verringert wird oder sogar ganz vermieden werden kann, und dass diese Kristallisation bereits in der
Trocknungstrecke stattfinden kann, wobei die Kristallisation über die Verweildauer des Granulats in der Trocknungsstrecke einfach und ohne großen Aufwand einstellbar ist.
Nach der Erfindung weist daher die Vorrichtung ein Gehäuse auf, in dem sich eine Trocknungsstrecke befindet. Von einem Granulator wird das Kunststoffgranulat, nachfolgend auch als Granulat oder Granulatkörner bezeichnet, mit Prozessfluid in das Gehäuse eingebracht. Dort wird das Granulat vom Prozessfluid getrennt und getrocknet. Die Trocknung beruht dabei auf dem Zentrifugaltrocknerprinzip. Ferner ist in Flussrichtung betrachtet am Ende der Trocknungsstrecke ein Granulatauslauf vorgesehen, durch den das getrocknete Granulat aus der Trocknungsstrecke ausgebracht wird. Durch die Dimensionierung der Trocknungsstrecke und/oder die Abstimmung der Fördergeschwindigkeit der Granulate durch die Trocknungstrecke ergibt sich eine Verweilzeit in der Trocknungsstrecke, die eine derartige Kristallisation des Granulats ermöglicht, dass die Granulatkörner an der Oberfläche zumindest teilkristallisiert sind, wenn diese den Granulatauslauf erreichen, und die getrockneten Granulate die Trocknungsstrecke mit einen Kristallisationsgrad von mindestens 15 Vol-% verlassen. Dies hat den Vorteil, dass die Gefahr des Verklebens der Granulatkörner miteinander erheblich verringert wird, ohne dass das Granulat abgekühlt werden muss, und dass die verbliebene Eigenwärme für den weiteren Kristallisierungsprozess genutzt werden kann.
Günstig ist es, wenn die Verweildauer des Granulats in der Trocknungsstrecke durch die Ausbildung eines zum Antrieb des Prozessfluids und des darin befindlichen Granulats vorgesehenen Rotors eingestellt ist. Dies kann insbesondere über Rotorlänge, Rotordurchmesser und Größe und/oder Stellwinkel der Rotorschaufeln erfolgen. Eine solche Art der Einstellung ist zuverlässig und weniger fehleranfällig als komplexere Regelungseinrichtungen.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verweildauer des Granulats in der Trocknungsstrecke durch die Drehzahl des Rotors und/oder einen Luftstrom durch die Trocknungsstrecke einstellbar ist. Durch diese Lösung können flexibel und schnell Anpassungen vorgenommen werden, wenn beispielsweise ein höherer oder niedrigerer Kristallisationsgrad des Granulats erforderlich ist oder Granulatformen oder -große eine Änderung der Verweildauer notwendig machen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Rotor zweigeteilt ausgebildet, insbesondere mit zwei Antrieben versehen, welche auch eine unterschiedliche Drehzahl ermöglichen und/oder unterschiedlich ausgebildet sind. Dies ermöglicht eine größere Freiheit bei der Einstellung der Fließgeschwindigkeit und damit der Verweildauer des Granulats in der jeweiligen Trocknungsstrecke. Zudem können die
Granulate mit unterschiedlichen Restfeuchtegehalten unterschiedlichen Förderströmen beaufschlagt werden.
Vorzugsweise ist in der Trocknungsstrecke ein Zulauf vorgesehen, über den aktiv, durch Zugabe von externer Wärmeenergie, oder passiv, durch den Kristallisationsprozess, vorgewärmtes bereits kristallisiertes Granulat dem zu trocknenden Granulat zuführbar ist. Dabei ist es sinnvoll, dass die Trocknungsstrecke länger dimensioniert ist, als allein zum Zweck der Trocknung erforderlich wäre, und dass insbesondere der Zulauf etwa bei halber Länge der Trocknungsstrecke in diese einmündet, wo bereits ein Großteil der Feuchtigkeit entnommen wurde. Die Zugabe von vorgewärmtem bereits kristallisiertem Granulat verringert einerseits die Gefahr, dass die zu trocknenden nicht kristallisierten Granulatkörner in der Trocknungsstrecke miteinander verkleben, und andererseits wird dadurch die Temperatur in der Trocknungsstrecke erhöht bzw. zumindest einem Absinken der Temperatur entgegengewirkt, was sich positiv auf den Kristallisierungsprozess auswirkt.
Eine Heizeinrichtung kann dem Zulauf vorgeschaltet sein, um die zuzuführenden Granulate
aufzuwärmen oder deren Temperatur zu halten. Dies verbessert die Wirkung auf den
Kristallisierungsprozess noch weiter. Es ist günstig, wenn die Zuführung des bereits kristallisierten Granulats zur Trocknungsstrecke tangential erfolgt, also tangential in die bestehende zirkuläre Strömung in der Trocknungsstrecke.
Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Durchmischung des bereits kristallisierten Granulats mit dem zu trocknenden Granulat. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Abzweigevorrichtung vorgesehen, durch die das zugeführte kristallisierte Granulat dem Zulauf zuführbar ist, wobei die Abzweigevorrichtung unmittelbar der Vorrichtung, einem Kristallisator oder einer Nachbehandlungseinrichtung nachgeschaltet ist. So kann Granulat, das bereits die Trocknungsstrecke durchlaufen hat und einen ausreichenden
Kristallisationsgrad aufweist, dem nachfolgenden zu trocknenden Granulat zugeführt werden. Diese Anordnung ist platzsparend, da kein separater Behälter für die Bevorratung von kristallisiertem Granulat erforderlich ist, und energiesparend, da die Restwärme des durch die Abzweigevorrichtung
entnommenen Granulats verwendet wird. Zudem ist auch aufgrund des geschlossenen Systems der Wärmeverlust minimal. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Abzweigevorrichtung so steuerbar oder regelbar ausgebildet ist, dass die Menge an zuzuführendem kristallisiertem Granulat einstellbar ist. Dadurch ist es möglich, flexibel auf geänderte Parameter, wie beispielsweise Menge des zuzuführenden kristallisierten Granulats oder gewünschte Verweildauer des zu trocknenden Granulats in der Trocknungsstrecke, zu reagieren, wie unten im Zusammenhang mit dem Mischungsverhältnis noch ausgeführt wird.
Die Aufgabe wird für das Verfahren dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zum Trocknen von Granulat, insbesondere wie sie vorstehend beschrieben wurde, verwendet wird, wobei bereits ein
Teilkristallisieren des Granulats in der Trocknungsstrecke stattfindet und die getrockneten Granulate die Trocknungsstrecke mit einen Kristallisationsgrad von mindestens 15 Vol-% verlassen. Dies hat den Vorteil, dass die Gefahr des Verklebens der Granulatkörner miteinander verringert wird, ohne dass das Granulat abgekühlt werden muss, und dass die verbliebene Eigenwärme für einen weiteren
Kristallisierungsprozess genutzt werden kann. Vorzugsweise passiert das Granulat den Granulatauslauf mit einer Restfeuchte von 0,05 bis 0,3 Gew.- %. So kann das Granulat gegebenenfalls für einen begrenzten Zeitraum zwischengelagert oder über eine bestimmte Strecke gefördert werden, ohne dass sich die Restfeuchte nachhaltig negativ auf die Qualität des Granulats auswirkt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zusätzlich, insbesondere vorgewärmtes, kristallisiertes Granulat in die Trocknungsstrecke zugeführt. Die Zugabe von vorgewärmtem bereits kristallisiertem Granulat verringert einerseits die Gefahr, dass die zu trocknenden nicht kristallisierten Granulatkörner verkleben, und andererseits wird dadurch die Temperatur in der Trocknungsstrecke erhöht bzw. zumindest einem Absinken der Temperatur entgegengewirkt, was sich positiv auf den Kristallisierungsprozess auswirkt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das zusätzlich zugeführte kristallisierte Granulat durch aktiv oder passiv vorgewärmtes, teilkristallisiertes Granulat gebildet. Die aktive Vorwärmung erfolgt durch Zugabe von externer Wärmeenergie und die passive Vorwärmung durch den
Kristallisationsprozess im Granulat an sich, der exotherm verläuft. Dadurch kann auch Granulat zugeführt werden, das die Trocknungsstrecke bereits durchlaufen hat und an der Oberfläche zumindest bis zu einem Grad teilkristallisiert ist, bei dem keine Gefahr des Verklebens mit anderen
Granulatkörnern mehr besteht. In diesem Fall entfällt die Notwendigkeit, kristallisiertes Granulat vorzuhalten und dieses vor dem Zuführen zu erwärmen. Ferner kann das Granulat die Trocknungs- strecke mehrfach durchlaufen, bis ein gewünschter Kristallisierungsgrad erreicht ist. Somit kann der Kristallisierungsprozess weiter in den Trocknungsprozess integriert werden.
Es ist zweckmäßig, dass das getrocknete Granulat die Trocknungstrecke mit einer Temperatur von mindestens 120°C, vorzugsweise in einem Bereich von 140 °C bis 160 °C, verlässt. Aufgrund dieser Eigenwärme kann das Granulat innerhalb von wenigen Minuten einen für die weitere Verwendung optimalen Kristallisationsgrad erreichen. Wenn das Granulat, wie oben beschrieben, erneut der Trocknungsstrecke zugeführt wird, trägt diese Wärme dazu bei, die Temperatur in der Trocknungsstrecke zu halten und dadurch ebenfalls den Kristallisierungsprozess in der Trocknungstrecke zu verbessern. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn kontinuierlich kristallisiertes Granulat in Bezug auf das zu trocknende Granulat im Verhältnis von zumindest 0,5 zu 1 , insbesondere 1 zu 1 oder 2 zu 1 oder 3 zu 1 zugeführt wird. Wenn das Mischverhältnis in diesem Bereich liegt, ist das Verhältnis zwischen der durchschnittlichen Verweildauer des Granulats in der Trocknungsstrecke und dem durchschnittlichen Kristallisationsgrad besonders vorteilhaft. Ferner wird über das Mischverhältnis die Verweildauer des Granulats in der Trocknungsstrecke mitgesteuert. Denn da bei einer größeren Menge Granulat die einzelnen Granulatkörner mehr Zeit zum Durchlaufen der Trocknungsstrecke benötigen, wirkt sich der Granulatdurchsatz auf die Verweildauer aus. Dies hat den Vorteil, dass durch eine leicht umsetzbare Steuerung der Menge an zugeführtem Granulat kurzfristig Einf luss auf die Verweildauer des Granulats in der Trocknungsstrecke genommen werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird über die Menge des zugeführten kristallisierten Granulats die Temperatur in der Trocknungsstrecke zumindest mitgesteuert. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Trocknungsstrecke zu beheizen.
Um weiterhin ein Verkleben der Granulatkörner miteinander zu vermeiden, ist es zweckmäßig, dass das getrocknete Granulat die Trocknungsstrecke mit einem Kristallisationsgrad von mehr als 20 Vol-%, verlässt, da bei den gegebenen Temperaturen die Klebeneigung des Granulats dann gering ist.
Das Verfahren läuft in einem kontinuierlichen Prozess ab.
Die oben angegebene Vorrichtung und das oben angegebene Verfahren wird vorzugsweise zur Behandlung von teilkristallisierenden Kunstoffen, wie Polyethylenterephthalat (PET),
Polyethylennaphthalat (PEN), Polylactide (PLA), verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet: Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Ausschnitts einer Vorrichtung zum Trocknen von Granulatkörnern nach der Erfindung.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Längsschnittansicht eines Ausschnitts einer Vorrichtung 10 zum Trocknen von Granulatkörnern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Vorrichtung 10 weist ein Gehäuse 12 mit einem Zulauf 26 für ein Granulat/Prozesswasser-Gemisch und einem Ablauf 28 für Prozesswasser im unteren Bereich der Vorrichtung 10 auf. Des Weiteren sind ein Zulauf 34 für Kristallisiertes Granulat und ein Auslass 40 für Trockenluft im mittleren Bereich der Vorrichtung 10 sowie ein Granulatauslauf 30 und eine Gegenstromdüse 32 für Trockenluft im oberen Bereich der Vorrichtung 10 vorgesehen. Mittig am oberen Ende der Vorrichtung 10 ist ein
Elektromotor 13 angedeutet, durch den ein entlang einer Längsachse 15 des Gehäuses 12 und konzentrisch zu dieser sich erstreckender Rotor 14 mit Rotorschaufeln 16 antreibbar ist. Der Rotor 14 beaufschlagt über einen Zulauf 26 in einem Prozessfluid, nämlich Prozesswasser, zugeführtes Granulat mit einer Bewegungsrichtung, die im Wesentlichen spiralförmig nach oben verläuft. Konzentrisch um die Längsachsel 5 des Rotors 14 herum erstreckt sich ein erstes Entwässerungssieb 18 mit
Sieböffnungen 20 über den Bereich einer Entwässerungskammer 18. Die Sieböffnungen 20 des ersten Entwässerungssiebs 18 weisen eine kleinere Größe auf als die Größe der Granulatkörner. Das Prozessfluid wird durch Zentrifugalkräfte durch die Sieböffnungen 20 des ersten Entwässerungssiebs radial nach außen gedrückt, so dass von den Granulatkörnern, nachdem sie entlang der Längsachse 15 den Bereich mit dem ersten Entwässerungssieb 18 passiert haben, ein Großteil des Prozessfluids abgetrennt ist. Der Ablauf 28 dient der Entnahme des abgetrennten Prozessfluids aus der
Vorrichtung 10. Entlang der Längsachse 15 folgt im Anschluss an das erste Entwässerungssieb 18 zumindest ein ebenso um die Längsachse 15 des Rotors 14 konzentrisch angeordnetes zweites
Entwässerungssieb 22 mit Sieböffnungen 24, welches sich über den Bereich einer Kristallisations- und Trocknungskammer 22a erstreckt. Durch die Sieböffnungen 24 wird das restliche Prozessfluid ausgetragen und strömt die Trockenluft. Die Sieböffnungen 24 des zweiten Entwässerungssiebs entsprechen den Sieböffnungen 20 des ersten Entwässerungssiebs 18. Die Sieböffnungen sind über die gesamte Höhe 11a der Trocknungsstrecke 11 gleich.
Die Entwässerungskammer 18a und die Kristallisations- und Trocknungskammer 22a bilden eine Trocknungstrecke 11 , welche die Granulatkörner vom Zulauf 26 bis zum Granulatauslauf 30 durchwandern. Die Trocknungsstrecke 11 weist eine Höhe 11a auf, die der Höhe von Entwässerungskammer 18a und Kristallisations- und Trocknungskammer 22a entspricht. Der
Durchmesser 11 b der Trocknungsstrecke 11 entspricht dem Durchmesser der Entwässerungskammer 18a als auch der Kristallisations- und Trocknungskammer 22a, ist aber wenig größer als der Rotor 14 mit seinen Rotorschaufeln 16.
Durch den tangential zum Rotor 14 ausgerichteten Zulauf 34 ist zusätzlich vorgewärmtes Granulat zuführbar, das an der Oberfläche bereits zumindest zu einem solchen Grad kristallisiert ist, dass die einzelnen Granulatkörner nicht mehr dazu neigen, miteinander zu verkleben. Der Zulauf 34 ist mit einer zweiten Abzweigevorrichtung 36 verbunden, über die der Zulauf 34 sowohl von einem in der Fig. 1 nicht dargestellten separaten Vorratsbehälter für vorgewärmtes zumindest teilkristallisiertes Granulat über eine Zuführleitung 35c und 35b speisbar ist, als auch mit dem Granulatauslauf 30 über eine erste Abzweigevorrichtung 31 und eine Zuführleitung 35a direkt verbindbar ist. Vom Vorratsbehälter verläuft die Leitung 35c und geht in die Leitung 35b über. Dazwischen ist eine Heizeinrichtung 38 eingebracht. Die zweite Abzweigevorrichtung 36 kann auch als Vormischer dienen, dem sowohl über Leitung 35a als auch 35b Granulate gleichzeitig zugeführt werden. Über die Heizeinrichtung 38 kann das Granulat aus dem Vorratsbehälter bedarfsweise aufgeheizt werden. Die Heizvorrichtung 38 kann auch zwischen der zweiten Abzweigevorrichtung 36 und dem Zulauf 34 für kristalliertes Granulat angeordnet sein, so dass sowohl Granulat aus dem Vorratsbehälter als auch Granulat vom Granulatauslauf 30 aufgeheizt werden kann.
Dem Granulatauslauf 30 sind die erste Abzweigevorrichtung 31 und eine Gegenstromdüse 32 nachgeschaltet. Mit Hilfe der erste Abzweigevorrichtung 31 wird die Speisung der zweiten
Abzweigevorrichtung 36 und somit des Zulaufs 34 mit Granulat, das die Vorrichtung 10 bereits durchlaufen hat, ebenfalls gesteuert. Mit Hilfe der Gegenstromdüse 32 wird ein Luftstrom zum Trocknen durch die Trocknungsstrecke 11 geführt, der über den Auslass 40 ausgetragen wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist eine Steuerungseinheit, mit der die erste und zweite Abzweigevorrichtung 31 und 36, die Gegenstromdüse 32, der Elektromotor 13 und die Heizvorrichtung 38 angesteuert werden, in Fig. 1 nicht dargestellt. Zudem kann auch eine individuelle händische Einstellung der ersten und zweiten Abzweigevorrichtung 31 und 36, der Gegenstromdüse 32, des Elektromotors 13 und der Heizvorrichtung 38 vorgenommen werden. Hierfür sind die genannten Geräte entsprechend ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden durch Versuchsbeispiele unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung 10 näher erläutert.
In der Vorrichtung 10 wird mit einem Unterwasser-Granulierverfahren hergestelltes PET-Granulat mit einem Durchsatz von 350 kg/h getrocknet. Als Prozessfluid wird Wasser verwendet. Bei der
Vorentwässerung werden ca. 85% des Wassers abgetrennt, so dass von einer ursprünglichen Prozesswassermenge von ca. 10 m 3 /h etwa 15%, also ca. 1 ,5 m 3 /h mit dem Granulat über den Zulauf 26 in die Trocknungstrecke 11 gelangen und dort vom Granulat abgetrennt werden müssen. Der Rotor 14 der Vorrichtung 10 hat einen Durchmesser von 375 mm, der Durchmesser 11 b der
Trocknungsstrecke 11 beträgt 385 mm und eine wirksame Länge von 915 mm, was der Höhe 11a der Trocknungsstrecke 11 entspricht. Um die durchschnittliche Verweildauer des Granulats in der Vorrichtung 10 bestimmen zu können, werden dem Granulat einzelne andersfarbige Granulatkörner beigegeben. Bei einer Nenndrehzahl von 900 U/min beträgt die durchschnittliche Verweildauer des Granulats ca. 7,3 sec. Die Restfeuchte des Granulats ist beim Austritt aus dem Granulatauslauf 30 durchgängig kleiner als 0,2%, der durch Dichtebestimmung ermittelte durchschnittliche
Kristallisationsgrad ist kleiner als 6,5%. Alle durch Dichtebestimmung ermittelten Kristallisationsgrade wurden auch durch eine DSC-Messung nachträglich bestätigt.
Wenn bei anderweitig unveränderten Versuchsbedingungen nun die Rotordrehzahl auf 600 U/min reduziert wird, erhöht sich die durchschnittliche Verweilzeit des Granulats auf 13,2 Sekunden, der Restfeuchtegehalt beträgt jedoch weiterhin weniger als 0,2%. Allerdings liegt der Kristallisationsgrad des Granulats unmittelbar nach dem Austritt aus dem Granulatauslauf 30 bei durchschnittlich 8,4%.
Im nächsten Versuch wird bei ansonsten gleichen Bedingungen etwa bei der Hälfte der wirksamen Länge des Rotors 14 und somit der Hälfte der Höhe der Trocknungsstrecke 11a, nämlich bei etwa 450mm gemessen vom unteren, dem Zulauf 26 zugewandten Ende des Rotors 14. Durch den tangentialen Zulauf 34 wird nun eine der Menge des zu trocknenden Granulats entsprechende Menge von 350 kg/h bereits kristallisiertes, auf 130 °C vorgewärmtes Granulat mit einem Kristallisationsgrad von 48% zugegeben, so dass in der oberen Hälfte der Vorrichtung 10 der Granulatdurchsatz jetzt 700 kg/h beträgt. Die Verweildauer des zu trocknenden Granulats in der Trocknungsstrecke 11 , also die Verweildauer zwischen Eintritt durch den Zulauf 26 und Austritt beim Granulatauslauf 30, beträgt nun 18,1 sec. Die Strecke nach der Zugabe des vorgewärmten Granulats vom Zulauf 34 bis zum
Granulatauslauf 30 wird dabei in 12,3 sec zurückgelegt. Messungen unmittelbar nach dem Austritt des Granulats aus dem Granulatauslauf 30 ergeben einen unverändert geringen Restfeuchtegehalt und einen durchschnittlichen Kristallisationsgrad von 38%, wobei die zugegebene Hälfte der bereits kristallisierten Granulatkörner bei etwa 50 % und die andere Hälfte, also die ursprünglich zu
trocknenden Granulatkörner, knapp unter 30% liegt. In einem weiteren Versuch wird unter Beibehaltung der übrigen Bedingungen das Mischungsverhältnis auf 1 zu 2 erhöht, also den 350 kg/h an zu trocknendem Granulat eine Menge von 700 kg/h
vorgewärmtes kristallisiertes Granulat durch den tangentialen Zulauf 34 zugeführt. Dies führt zu einer vergleichsweise geringen Erhöhung der Gesamtverweildauer auf 20,5 sec und des durchschnittlichen Kristallisationsgrades auf 39 - 40%.
Für die folgenden Versuche wird die nach dem Granulatauslauf 30 vorgesehene einstellbare erste Abzweigevorrichtung 31 eingesetzt, mittels derer jeweils ein bestimmter Anteil des dort austretenden Granulats zum Zulauf 34 zurückgeführt wird. Die aus dem Granulatauslauf 30 ausgeschleuste Menge ist gleich der der Vorrichtung 10 vom Granuliersystem über den Zulauf 26 zugeführten Menge von 350 kg/h. Durch die erste Abzweigevorrichtung 31 wird jedoch in der oberen Hälfte der Trocknungsstrecke 11 , also oberhalb des Zulaufs 34, ein Mischungsverhältnis von 1 zu 1 , 1 zu 2 bzw. 1 zu 3 Frischmaterial zu bereits durchgelaufenem Granulat eingestellt. Unter diesen Versuchsbedingungen ergibt sich eine große Streubreite der Verweildauer von ca. 18 sec bis ca. 75 sec. Diese Streubreite ist dadurch bedingt, dass jedes Granulatkorn die Trocknungstrecke zumindest einmal, wahrscheinlich aber mehrmals durchläuft, bevor es endgültig aus dem Granulatauslauf 30 ausgeschleust wird. Unmittelbar nach dem Austritt aus dem Granulatauslauf 30 liegt der durchschnittliche Kristallisationsgrad des Granulats je nach Mischungsverhältnis bei 18% (Verhältnis 1 zu 1 ), 25% (Verhältnis 1 zu 2), und 29% (Verhältnis 1 zu 3) und zeigt ebenfalls eine große Streubreite von bis zu +/- 10%. Vorteilhaft ist jedoch zum einen, dass auf diese Weise hergestellte Granulatkörner nicht miteinander verkleben und daher in Behältern gelagert werden können, und zum anderen, dass bereits nach sehr kurzer Lagerung von ca. 2 Minuten aufgrund der noch vorhandenen Eigenwärme ein durchschnittlicher Kristallisationsgrad von ca. 40% erreicht werden kann, bei dem das Granulat handhabungsfähig ist. Wie dargelegt wurde, ist die Verweilzeit in der Trocknungsstrecke und somit der Kristallisationsgrad einfach und durch verschiedene Maßnahmen auf den gewünschten Kristallisationsgrad bereits in der Trocknungsstrecke gemäß der Lehre der Erfindung einstellbar.
Folgende Werte können dabei jeweils zur Anwendung kommen: 1. Am Granulatauslauf 30 passiert das Granulat mit einer Restfeuchte von 0,05 bis 0,3 Gew.-%,
2. das getrocknete Granulat verlässt die Trocknungstrecke 11 mit einer Temperatur von
mindestens 120°C vorzugsweise in einem Bereich von 140 °C bis 160 °C,
3. das kristallisierte Granulat wird in Bezug auf das zu trocknende Granulat im Verhältnis von zumindest 0,5 zu 1 , insbesondere 1 zu 1 oder 2 zu 1 oder 3 zu 1 zugeführt, und/oder 4. die getrockneten Granulate verlassen die Trocknungsstrecke 11 mit einem Kristallisationsgrad von mindestens 15 Vol-%, insbesondere mehr als 20 Vol-%.
Die Granulate werden in der Regel in einer oder sehr ähnlicher Größe hergestellt und als solche Mischung gefördert. Würde dies nicht der Fall sein, könnten sonst bei allen Vorgängen, wo das Granulat bewegt wird - z.B. Trocknen, Fördern, Entnahme aus dem Silo - Entmischungen auftreten. Je nach den Eigenschaften des betreffenden Kunststoffes und nach der bevorzugten Anwendung des betreffenden Granulates variieren die Granulatkörner jedoch zumindest im Bereich von einigen Zehntel Millimetern.
Vielfach wird eine Granulatgröße von ca. 3 mm angestrebt, d.h. bei Granulat aus der
Unterwassergranulierung soll ein Durchmesser von 3 mm eingehalten werden und bei Granulat aus der Stranggranulierung eine Durchmesser und eine Länge des„Zylinders" von jeweils 3 mm. Häufig ergibt sich auch eine Toleranzspanne von +/- 10% der Größe des Granulatkorns, so dass der Bereich zwischen 2,7 bis 3,3 mm wahrscheinlich den größten Teil der Granulatkörner umfasst.
B e z u g s z e i c h e n I i s t e
10 Vorrichtung zum Trocknen von Kunststoffgranulatkörnern
11 Trocknungsstrecke
11a Höhe der Trocknungsstrecke
11 b Durchmesser der Trocknungsstrecke
12 Gehäuse
13 Elektromotor
14 Rotor
15 Längsachse
16 Rotorschaufeln
18 erstes Entwässerungssieb
18a Entwässerungskammer
20 Sieböffnungen des ersten Entwässerungssiebs
22 zweites Entwässerungssieb
22a Kristallisations- und Trocknungskammer
24 Sieböffnungen des zweiten Entwässerungssiebs
25 Trennsieb zwischen Kristallisations- und Trocknungskammer 22a und
Entwässerungskammer 18a
26 Zulauf für das Granulat/Prozesswasser-Gemisch
28 Ablauf des Prozesswassers
30 Auslass für das Granulat
31 erste Abzweigevorrichtung
32 Gegenstromdüse für Trockenluft
34 Zulauf für kristallisiertes Granulat 35a Zuführleitung von der ersten Abzweigevorrichtung 31
35b Zuführleitungen zu der zweiten Abzweigevorrichtung 36
36 zweite Abzweigevorrichtung
38 Heizeinrichtung
40 Auslass für Trockenluft
42 Leitung zur Nachbehandlungseinrichtung