DE102004053929A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von Granulat und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von Granulat aus Polypropylen, Polyamid oder Polyester ist eine Unterwasser-Granulier-Vorrichtung (2) und eine dieser nachgeordnete Granulat-Trocknungseinrichtung (6) vorgesehen. Das Granulat wird in einer Einrichtung (7) bei einer Temperatur von mindestens 100 DEG C behandelt. Danach wird es in einer Kühleinrichtung (15) gekühlt. Diese Kühleinrichtung (15) weist eine Einrichtung zum Mischen des Granulats mit Kühlwasser auf. Der Kühleinrichtung ist ein Zentrifugal-Trockner (20) nachgeordnet, der benachbart zu der Kühleinrichtung (15) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von Granulat aus Polypropylen, Polyamid oder Polyester nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.
  • Bei den bei einem derartigen Verfahren eingesetzten Polyestern handelt es sich um Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthenat oder ein Terephthalat-Copolymer. Der Begriff Polyester wird nachfolgend als Sammelbegriff hierfür verwendet. Bei den bei einem derartigen Verfahren eingesetzten Polyamiden handelt es sich um Polyamid 6, Polyamid 66, Copolyamid 6/66, Polyamid 11 und 12, Copolymid 6/12, Copolyamid 10/10 oder ein Copolyamid 10/12. Der Begriff Polyamid wird nachfolgend als Sammelbegriff hierfür verwendet. Die thermische Behandlung unter Wärmezufuhr dient bei Polypropylen zu einer Entgasung einschließlich einer Desodorierung bei einer Temperatur von in der Regel 120°C. Bei Polyamiden dient die thermische Behandlung der Nachkondensation bei Temperaturen zwischen 150 und 200°C. Weiterhin kann aber bei Polyamiden auch nur eine Trocknung von innerer Feuchte des Produktes bei Temperaturen von 110 bis 150°C stattfinden. Bei Polyestern dient die thermische Behandlung zur Trocknung, Vorkristallisation, Nachkristallisation sowie auch zu einer Nachkondensation. Die Trocknung, Vorkristallisation und Nachkristallisation findet üblicherweise bei Temperaturen von 130 bis 190°C statt. Bei Polyestern dient die thermische Behandlung bei Temperaturen zwischen 200 und 250°C primär einer Nachkondensation und auch einer Entgasung und Desodorierung. Bei einem aus der EP 0 836 921 B1 bekannten Verfahren und einer zugehörigen Vorrichtung jeweils der gattungsgemäßen Art erfolgt die Kühlung des durch die thermische Behandlung eine Temperatur von mindestens 100°C aufweisenden Granulats in einem Fließbettkühler, also mittels einer Wirbelschichtkühlung, bei der durch das geförderte Granulat Luft hindurchgeblasen wird, die auch noch von der Granulierung stammenden oder bei der thermischen Behandlung entstandenen Staub weitgehend mitnimmt. Anstelle eines Fließbettkühlers kann auch ein Kontakt-Wärmetauscher, z. B. ein Rohrbündel-Wärmetauscher, eingesetzt werden.
  • Dieses bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung weisen den Nachteil auf, dass sowohl der konstruktive Aufwand als auch der Betriebsaufwand sehr hoch sind. Es müssen sehr große Luftmengen gereinigt und angesaugt und nach Durchströmen des Fließbettkühlers wieder gereinigt werden. Der Einsatz eines Kontakt- Wärmetauschers zur Kühlung des Granulats weist den Nachteil auf, dass Stäube nicht entfernt werden.
  • Aus der EP 0 973 716 B1 ist es bekannt, aus einem wässrigen Prozess gewonnene Terephtalsäurekristalle bei Temperaturen von 100° bis 180°C zu trocknen und zu einem Vorratsbehälter zu transportieren. Die Terephtalsäurekristalle werden in fluidisiertem Zustand vor, während oder nach dem Transport der gereinigten Kristalle in den Vorratsbehälter auf eine Temperatur von unterhalb 100°C gekühlt.
  • Aus der DE 198 50 885 C1 ist es bekannt, dass die in einer Unterwasser-Granulier-Vorrichtung erzeugten Granulate aus polymeren Werkstoffen durch das Granulierwasser gekühlt werden. Anschließend erfolgt eine Trocknung. Danach wird das Granulat einem Waschprozess in einer Reinigungsflüssigkeit unterzogen und die Reinigungsflüssigkeit nachfolgend in den mindestens einen weiteren Trocknungsprozess vom Granulat abgeschieden.
  • Aus der DE 100 30 624 A1 ist ein Verfahren zur hydraulischen Förderung von Granulat bekannt, wobei das Granulat ohne Hilfe mechanisch angetriebener Teile in das Wasser als Förderflüssigkeit eingemischt wird. Dies erfolgt in einem Behälter, in den das Wasser mittels einer Pumpe tangential eingebracht wird und sich schraubenlinienförmig durch diesen Behälter bewegt. In die Mitte dieses Wasserstroms wird das Granulat eingegeben.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, dass sowohl der konstruktive Aufwand als auch der Betriebsaufwand für die Kühlung des von der thermischen Behandlung kommenden heißen Granulats reduziert wird.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die Merkmale in dessen Kennzeichnungsteil gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 durch die Merkmale in dessen Kennzeichnungsteil gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erfolgt das Kühlen und Waschen des von der thermischen Behandlung kommenden Granulats in extrem kurzer Zeit, da der Wärmeübergang von dem Granulat auf das Kühlwasser bei der üblichen Granulatgröße von nicht mehr als 5 mm Durchmesser innerhalb weniger Sekunden, in der Regel weniger als 20 Sekunden und höchstens innerhalb 60 Sekunden erfolgt. Dies ermöglicht es, die Kühleinrichtung und den Zentrifugal-Trockner sehr kompakt, also unmittelbar benachbart anzuordnen, d. h. der Raumbedarf hierfür ist gering. Dadurch, dass das Granulat nur für extrem kurze Zeit mit dem Kühlwasser zusammen ist, besteht keine Gefahr, dass das Granulat Wasser aufnimmt.
  • Bei der speziellen Art der gewählten Trocknung wird auch das Oberflächenwasser zusammen mit anhaftendem Kunststoff-Staub abgeschleudert; gleichzeitig findet eine Verdampfungskühlung durch Trocknung der Oberflächenfeuchtigkeit des Granulats im Luftstrom statt. Derartige Zentrifugal-Trockner sind bekannt, und zwar beispielsweise aus der US-PS 4,896,435 und der EP 0 058 398 B , insbesondere 4.
  • Gemäß den Ansprüchen 2 und 10 ist der Zentrifugal-Trocknung eine Wasser-Abscheidung vorgeschaltet, sodass bei der eigentlichen Zentrifugal-Trocknung primär das Oberflächenwasser abgeschleudert wird, wie es bereits vorstehend angesprochen wurde.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass insbesondere wegen der möglichen Kompaktheit der gesamten Kühleinrichtung eine Schwerkraftförderung möglich ist, d. h. die Kühleinrichtung kann grundsätzlich direkt oder weitgehend direkt dem Zentrifugal-Trockner vorgeordnet sein. Wenn das Granulat eine größere Dichte als Wasser hat, wenn also nicht die Gefahr des Aufschwemmens von Granulat im Wasser gegeben ist, dann kann das Mischen von Kühlwasser und Granulat in einem einfachen Behälter erfolgen. Wenn dagegen ein Aufschwemmen des Granulats erfolgen kann, ist es zweckmäßig, wenn gemäß Anspruch 13 im Behälter ein Rührwerk vorhanden ist.
  • Sowohl Granulate mit einer größeren Dichte als Wasser als auch mit einer geringeren Dichte als Wasser können gemäß den Ansprüchen 6 und 14 in einem Kühlwasser-Strom in einem Kühlrohr gemischt werden, wobei das Kühlen und Waschen des Granulats erfolgen.
  • Eine ganz besonders kompakte Bauweise wird erreicht, wenn gemäß Anspruch 16 Kühlwasser und Granulat senkrecht von oben unter entsprechen der Durchmischung, Kühlung und Waschung direkt dem Eingang des Zentrifugal-Trockners zugeführt werden.
  • Durch die weitere Ausgestaltung nach den Ansprüchen 8 und 17 wird erreicht, dass eventuell auf dem Granulat noch vorhandene Oberflächen-Restfeuchte entfernt wird.
    •
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnungen. Es zeigt:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung und
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung.
  • Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird in einem Extruder 1 ein Kunststoff aufbereitet und insbesondere aufgeschmolzen und in einer nachgeordneten Unterwasser-Granulier-Vorrichtung 2 granuliert. Dieser Granulier-Vorrichtung 2 wird Wasser mittels einer Pumpe 3 zugeführt. Das Gemisch aus Granulat und Wasser wird einem Abscheider 4 und einer nachgeordneten Zentrifuge 5 als Trockner zugeführt. Das Granulat wird beim Granulierprozess und beim nachfolgenden Transport zum Abscheider und zur Zentrifuge 5 gekühlt.
  • Aus der durch den Abscheider 4 und die Zentrifuge 5 gebildeten Granulat-Trocknungseinrichtung 6 wird das Granulat einer Einrichtung 7 zur thermischen Behandlung des Granulats zugeführt. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Behälter 8 mit einem unteren Auslauftrichter 9. Der Behälter 8 ist mit einer Heizung 10 versehen, mittels derer das aus der Einrichtung 6 zugeführte, im Wesentlichen kalte Granulat auf eine Temperatur über 100°C aufgeheizt werden kann. Diese Heizung 10 wird insbesondere benötigt, wenn in der Einrichtung 7 Polypropylen entgast und desodoriert wird. Wenn dagegen Polyester behandelt wird, wird durch eine in den Auslauftrichter 9 einmündende N2-Zuführung 11 erhitzter Stickstoff zugeführt, der für die Nachkondensation des Polyesters erforderlich ist. In diesem Fall ist die Heizung 10 nicht erforderlich. Die bei der Entgasung und Desodorierung aus dem Granulat austretenden Gase werden durch eine obere Entlüftungs-Leitung 12 aus dem Behälter 8 abgeführt.
  • Das eine Temperatur von mehr als 100°C aufweisende Granulat wird aus der Einrichtung 7 mittels einer Austrags-Schleuse 13, die von einem Motor 14 angetrieben wird, einer Kühleinrichtung 15 zugeführt. Diese Kühleinrichtung 15 weist als eine Granulat-Kühlwasser-Misch-Einrichtung einen Behälter 16 auf, in den das Granulat von oben und das Kühlwasser seitlich eingeben wird. Im Behälter 16 ist ein von einem Motor 17 antreibbares Rührwerk 18 angeordnet, das das Granulat mit Kühlwasser mischt und hierbei anhaftenden Staub abwäscht. Das Rührwerk 18 ist insbesondere erforderlich, wenn die Dichte des Granulats geringer ist als die von Wasser. Wenn die Dichte des Granulats größer ist als die von Wasser, kann das Rührwerk weggelassen werden. Im Behälter 16 findet innerhalb weniger Sekunden eine Abkühlung des Granulats von der Temperatur über 100°C auf Temperaturen von 40 bis 60°C statt. Das Granulat-Wasser-Gemisch wird über eine Leitung 19 einem Zentrifugal-Trockner 20 zugeführt. Die sem ist ein Agglomerat-Abscheider 21 vorgeordnet und zwischen diesem und dem Zentrifugal-Trockner 20 ist ein Wasser-Abscheider 22 angeordnet, in dem mittels statischer Mischelemente 23 eine intensive Bewegung des Granulats und des Wassers erfolgt. Die statischen Mischelemente 23 sind in einem Siebrohr 24 angeordnet, durch das das Kühlwasser austritt und einem Filter 25 zugeführt wird. Aus dem Wasser-Abscheider 22 wird mit dem Kühlwasser ein wesentlicher Teil des beim vorgeschalteten Kühlprozess abgewaschenen Kunststoff-Staubs abgeführt.
  • Das nasse Granulat wird zusammen mit dem Restwasser dem Zentrifugal-Trockner 20 zugeführt. Dieser weist ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 26 auf, in dem ein wiederum im Wesentlichen zylindrisches, ortsfestes Sieb 27 angeordnet ist. Innerhalb des Siebes 27 ist ein von einem Motor 28 drehantreibbarer Rotor 29 angeordnet, der hochtourig antreibbar ist. Der Rotor weist schaufelartige Arme 30 auf, die das nasse Granulat und das noch nach dem Wasser-Abscheider 22 vorhandene Wasser hochtourig beschleunigt. Durch die Ausgestaltung der Arme 30 wird dabei das Granulat vom unteren Eintritt 31 nach oben gefördert und gleichzeitig entwässert. Das vorhandene Wasser wird durch das Sieb 27 abgeschleudert. Es verbleibt eine Oberflächen-Restfeuchtigkeit auf dem Granulat, die durch Abkühltrocknung, d. h. durch Verdampfen, im Zentrifugal-Trockner 20 entfernt wird. Diese Abkühltrocknung wird unterstützt durch einen Luftstrom, der von oben in das Gehäuse 26 eingesaugt wird und etwa auf dessen halber Höhe von einem Gebläse 32 abgesaugt wird, das mittels eines Motors 33 angetrieben wird. Derartige Zentrifugal-Trockner sind beispielsweise aus der US-PS 4,896,435 bekannt. Alternativ einsetzbare Zentrifugal-Trockner sind beispielsweise aus der EP 0 058 398 B , insbesondere 4, bekannt, worauf jeweils verwiesen werden darf.
  • Das getrocknete Granulat tritt durch einen oberen Auslass 34 aus dem Zentrifugal-Trockner 20 aus und wird einem Puffer-Behälter 35 zugeführt. Von dort wird es über eine von einem Motor 36 angetriebene Austrags-Schleuse 37 einer pneumatischen Förderleitung 38 zugeführt, der die Förderluft von einem Gebläse 39 zugeführt wird, das ebenfalls mittels eines Motors 40 antreibbar ist.
  • Das im Zentrifugal-Trockner 20 über das Sieb 27 angeschiedene Wasser läuft nach unten und wird zusammen mit dem im Abscheider 22 direkt abgeschiedenen Wasser dem Filter 25 zugeführt. Von dort wird es mittels einer von einem Motor 41 angetriebenen Pumpe 42 über eine Temperier-Einrichtung wieder dem Behälter 16 zugeführt. In der Temperier-Einrichtung 43 wird das Kühlwasser beim Anfahren der Anlage beheizt und beim stationären Betrieb gekühlt.
  • Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich von dem nach 1 dadurch, dass anstelle des Behälters 16 mit oder ohne Rührwerk 18 eine statische Granulat-Kühlwasser-Misch-Einrichtung 44 vorgesehen ist, die aus einem vertikalen Rohr 45 besteht, das der Austragschleuse 13 unmittelbar nachgeordnet ist und direkt in den Agglomerat-Abscheider 21 führt. In dem Rohr 44 sind statische Mischelemente 46 angeordnet, die zu einer intensiven Durchmischung von Kühlwasser und Granulat führen und damit eine intensive und sehr schnelle Abkühlung des Granulats bewirken, wobei gleichzeitig ebenfalls ein intensiver Wasch-Prozess stattfindet.
  • Das Ausführungsbeispiel nach 3 unterscheidet sich von den vorherigen dadurch, dass der Austrags-Schleuse 13 als Granulat-Kühlwasser-Misch-Einrichtung 47 direkt ein Kühlrohr 48 nachgeordnet ist, in das das Granulat eingegeben wird. Am oberen Ende des Kühlrohrs 48 wird das mittels der Pumpe 42 zurückgeführte Kühlwasser zugeführt, das das Granulat im Wasserstrom bis zum Wasser-Abscheider 22 mitreißt bzw. aufschwemmt und es hierbei kühlt und wäscht. Das Kühlrohr 48 ist in Richtung zum Agglomerat-Abscheider 21 gegenüber der Horizontalen nach unten geneigt angeordnet. Unmittelbar über dem Agglomerat-Abscheider 21 ist eine Entlüftungsleitung 49 vorgesehen, durch die aufsteigende Luft bzw. aufsteigende Gase abgeführt werden, so dass ein störungsfreier Kühl- und Waschprozess im Kühlrohr 48 gewährleistet ist.
  • Wie allen drei Ausführungsbeispielen entnehmbar ist, ist die Gesamt-Kühleinrichtung 15 sehr kompakt ausgebildet. Die Granulat-Kühlwasser-Misch-Einrichtungen münden direkt in die Trocknungs-Einrichtung. Damit ist erreichbar, dass die mittlere Verweilzeit des Granulats im Kühlwasser sehr gering ist, und zwar nicht mehr als 60 Sekunden und in der Regel nicht mehr als 20 Sekunden. Damit wird insbesondere erreicht, dass das Granulat kein Wasser aufnimmt, das anschließend nur schwer wieder zu entfernen wäre. Bei Verwendung eines Behälters 16 mit Rührwerk 18 ergibt sich die mittlere Verweilzeit aus dem Wasservolumen im Behälter 16 im Verhältnis zum umlaufenden Kühlwasser-Volumenstrom und dem Granulat-Volumenstrom.

Claims (17)

  1. Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von Granulat aus Polypropylen, Polyamid oder Polyester, wobei das in einem Unterwasser-Granulierprozess erzeugte Granulat getrocknet wird, wobei das getrocknete Granulat unter Erwärmen auf eine Temperatur von mindestens 100°C einer thermischen Behandlung unterzogen wird, und wobei das Granulat anschließend gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das auf mindestens 100°C erwärmte Granulat kontinuierlich mit Kühlwasser gemischt, gekühlt und gewaschen wird und dass das Granulat zeitlich unmittelbar anschließend einer kontinuierlichen Zentrifugal-Trocknung unterzogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrifugal-Trocknung ein Wasser-Abscheide-Prozess vorgeschaltet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zentrifugal-Trocknung das Granulat unter Zentrifugieren aufwärts gefördert und zumindest am Ende der Aufwärts-Förderung mit einem Luftstrom beaufschlagt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Kühlwasser und Granulat der Zentrifugal-Trocknung durch Schwerkraft zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat und das Kühlwasser unter Rühren miteinander gemischt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat und das Kühlwasser in einem im Wesentlichen gradlinigen Kühlwasser-Strom miteinander gemischt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat und das Kühlwasser durch mehrfache Umlenkung miteinander gemischt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat im Anschluss an die Zentrifugal-Trocknung pneumatisch zu einem Zielort gefördert wird.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit – einer Unterwasser-Granulier-Vorrichtung (2), – einer der Unterwasser-Granulier-Vorrichtung (2) nachgeordneten Granulat-Trocknungseinrichtung (6), – einer Einrichtung (7) zur thermischen Behandlung des Granulats bei einer Temperatur von mindestens 100°C, und – einer Kühleinrichtung (15) für das thermisch behandelte Granulat, dadurch gekennzeichnet, – dass die Kühleinrichtung (15) eine Einrichtung zum Mischen des Granulats mit Kühlwasser aufweist und – dass der Kühleinrichtung (15) ein Zentrifugal-Trockner (20) nachgeordnet ist, der benachbart zu der Kühleinrichtung (15) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zentrifugal-Trockner (20) ein Wasser-Abscheider (22) vorgeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrifugal-Trockner (20) mit Mitteln zur gleichzeitigen Förderung und Zentrifugierung des Granulats und mit Mitteln zur Beaufschlagung des Granulats mit Trocknungsluft versehen ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl-Einrichtung (15) einen Behälter (16) mit einer Kühlwasser-Zuführung und einer Granulat-Zuführung (13) aufweist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (16) ein Rührwerk (18) aufweist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl-Einrichtung (15) ein Kühlrohr (45, 48) mit einer Kühlwasser-Zuführung und einer Granulat-Zuführung (13) im Bereich eines Endes aufweist, das am anderen Ende in den Zentrifugal-Trockner (20) geführt ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (47) geneigt angeordnet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (45) im Wesentlichen vertikal angeordnet, dem Wasser-Abscheider (22) unmittelbar vorgeordnet und mit statischen Mischelementen (46) versehen ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zentrifugal-Trockner (20) eine pneumatische Förder-Einrichtung (38) nachgeordnet ist.
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