用于冷却颗粒状材料的设备的制作方法

专利检索2022-05-10  233


本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于冷却颗粒状材料、尤其是由聚合物材料构成的颗粒物的设备。

背景技术

颗粒物(Granulate)例如通过将聚合物材料在挤出机中塑化产生。经由孔板排出的线束状的聚合物熔液然后经由旋转的刀具被切割成小的颗粒。这些颗粒物(在所述颗粒物中至少核区域还存在于熔液中)然后在气体流或水流中被冷却和固化,并且同时借助流体流运走。

颗粒的接着的进一步的冷却则例如在后置的另外的冷却单元中进行。由现有技术例如已知柱形的冷却容器,颗粒物在所述冷却容器中运动并且在此冷却。



技术实现要素:

本发明的任务是,提供这样的冷却单元,在该冷却单元中,颗粒物的停留时间尽可能高并且各个颗粒的停留时间谱可以保持得窄,并且颗粒保持分开。

本发明通过一种根据权利要求1的特征的设备解决该任务。根据本发明在此设置成,该设备包括:外部容器,该外部容器具有尤其是截锥形的外部周面;和至少部分区段地布置在外部容器内部中的内部容器,所述内部容器具有尤其是截锥形的内部周面,其中,在外部周面与内部周面之间构造有中间空间。在设备的入口侧的开始区域中设置有进入装置,所述进入装置用于将气体流以及颗粒或颗粒物引入到中间空间中,其中,在设备的与进入装置相对置的出口侧的结束区域中设置有用于颗粒的排出开口。进入装置如此布置和/或构造,使得气体流以及颗粒能够基本上沿切向引入到中间空间中。

气体流或颗粒的特定的沿切向的引入及其由此引起的运动通过外部周面与内部周面之间的中间空间延长了颗粒通过设备必须经过的行程,并且由此辅助了停留时间的提高。同时使颗粒的停留时间谱保持得窄。通过如此引导的空气流动,气体也维持了充分层流并且不存在涡流。颗粒由此保持在窄的速度范围中并且减小了不受控的碰撞,所述不受控的碰撞将导致微粒减速。此外,颗粒与壁部的接触也最小化,并且防止了颗粒减速和/或沉积。也避免了小颗粒物在壁处的粘附。特别有利地,也在最大程度上防止小颗粒物彼此间粘附。

借助引导通过组件的介质、尤其是借助气体运送颗粒。该气体可以是每种任意的气体或气体混合物,尤其是使用空气。气体流运送微粒,其中,这些材料微粒或颗粒物或微小物或类似物在此借助于气体流冷却,并且如有可能还进一步固化,并且如有可能还进一步化学地起反应(例如通过热影响)、冷却或通过由气体引发的或诱发的反应。也可以借助蒸发的介质、如水。

根据本发明的组件能够用于所有如下材料,对所述材料而言能够实施将线束部成型为颗粒物。所述材料包括聚合物、膏,陶瓷坯料,橡胶,热塑性聚氨酯,硅酮等。颗粒化的材料可以用纤维增强和/或也可以部分交联。其可以基于聚酯,聚烯烃亦或聚酰胺。特别是也可行的是,所有至少部分可塑化的、优选可挤出的材料,所述材料可软化或可熔化并且可转变或可固化成微粒,借助根据本发明的组件运送并且在运送期间尤其是冷却。

设备的有利的扩展方案通过从属权利要求的特征得到。

由此,例如出于结构原因有利的是,设置成,外部周面和/或内部周面关于中央的纵轴线基本上旋转对称地布置。

所述设备通常竖直地放置,但所述设备也可以躺卧地或水平地或视目的而定在倾斜位置中放置。

为了实现有利的气体流动有利的是,外部周面和/或内部周面相对于中央的纵轴线以锥角β倾斜,其中,锥角处于1°<=β<=15°的范围内,尤其是处于3°<=β<=10°的范围内,优选处于3°<=β<=6°的范围内。这在此辅助空气流动保持足够高并且引起:颗粒特别长时间分开地保留在中间空间中并且也使特别地较重的微粒能够相应长时间地停留在冷却漏斗中。

如果外部周面和内部周面彼此在所有侧无触碰地间隔开,则能够实现无干扰的流动。

如果设置成,在外部周面与内部周面之间的中间空间的宽度处于20mm<=a<=200mm的范围内,尤其是处于50mm<=a<=100mm的范围内,优选处于60mm<=a<=80mm的范围内,则也得到有利的停留时间。这也引起,颗粒长时间地且分开保留在中间空间中。过大的间距将产生过少的朝着周缘方向指向的空气流动并且由此减小颗粒的停留时间。过窄的间隙将提高空气速度和颗粒密度,其中,这一方面引起较短的停留时间,但是也引起颗粒彼此间较高的碰撞和相会概率。

就此而言,有利的是,在选择中间空间6的宽度a时也考虑颗粒物或颗粒的大小或直径。有利的宽度a在此处于颗粒的平均直径的4倍和40倍之间。

根据一种有利实施方式设置成,外部周面和内部周面彼此平行地取向。

备选地,可以设置成,在外部周面与内部周面之间的中间空间的宽度朝着出口侧的结束区域的方向减小,尤其是均匀地减小。中间空间的这种收缩特别是在较小的颗粒的情况下是有利的,因为利用了由较窄的中间空间产生的气体流的加速作用以用于维持分开作用。

备选地,也可以设置成,在外部周面与内部周面之间的中间空间的宽度朝着出口侧的结束区域的方向增大、尤其是均匀地增大。反过来,在高度上增大的中间空间也在较大的颗粒的情况下具有优点,因为在此减小了由于与壁的撞击而产生的减速作用并且由此也可以容易维持分开。

内部容器或内部周面比外部容器或外部周面更短或没有外部容器或外部周面高。就此而言,证明为有利的是,外部容器或外部周面的长度或高度大于内部容器或内部周面的长度或高度。特别有利的是,比率hi:ha处于0.1至1的范围内,尤其是处于0.3至0.85的范围内,优选处于0.50至0.75的范围内。

为了可以将进入装置有利地安放或联接到设备上,适宜的是,外部周面和内部周面在其入口侧的开始区域处齐平地结束。

此外有利的是,外部周面在所述入口侧的开始区域处的直径大于所述外部周面在所述出口侧的结束区域处的直径或外部容器朝着出口侧的结束区域的方向收缩。

类似地,对于内部容器也有利的是,更确切地说设置成,内部周面在所述入口侧的开始区域处的直径大于所述内部周面在所述出口侧的结束区域处的出口侧的直径或内部容器朝着出口侧的结束区域的方向收缩。

如果外部周面和内部周面朝着出口侧的结束区域的方向收缩,则因此能够实现更均匀的流动速度、有利的停留时间和有利的停留时间谱。

为了颗粒与气体流的有效分离有利的是,与内部周面相比,外部周面朝着出口侧的结束区域的方向延伸更远或更长。由此在设备的该靠近出口的区段中存在分离区域,内部容器在该分离区域中已经结束并且也不再存在限定的中间空间。该分离区域仅还通过外部容器或外部周面限制。但在那颗粒也继续沿着外部周面螺旋形地运动至出口。而气体流在中间空间的端部处或在分离区域中沿相反的方向,即朝着入口的方向经由内部容器引出,并且由此发生颗粒与气体流的分离。

为了将颗粒与气体流分离在此有利的是,内部周面在其靠近入口侧的开始区域的端部处构造成敞开或透气的并且气体能够以这种方式通过内部周面的所述靠近开始区域的开口被抽走。所述开口可以设有透气的盖面,例如通过格栅实现。

相比于内部周面,颗粒的分离通过外部周面的连续性而辅助。就此而言,为了将颗粒与气体有效分离特别有利的是,外部周面的通过在所述出口侧的结束区域处的直径限定的开口或通过排出开口的直径限定的面相对于内部周面的通过在所述出口侧的结束区域处的直径限定的开口如此减小,使得对于气体而言形成足够的流动阻力。

因此,外部周面可以如此程度地收缩,直至通过出口侧的开口限定的排出开口如此小并且提供如此多的阻力,使得几乎没有气体或空气还能从所述开口排出,而气体必须取道经过内部容器来逸出。但这引起较大的结构高度并且出于结构技术的原因有时候不切实际。

关于这方面特别是在竖直放置的情况下有利的实施方式设置成,在外部周面的出口侧的结束区域处、即在出口侧的开口处布置有附加的收缩的尤其是截锥形的排放接管,实际的排出开口设置在所述排放接管中,颗粒流经由排出开口从设备排出。所述排放接管具有壁部的更陡的角度并且由此在高度上更快地收缩。这在小的结构高度的情况下引起良好的气体分离。外部周面的出口侧的开口由此变小,因为排出开口具有显著更小的面积。就此而言,对于颗粒与气体流的良好的分离特别有利的是,排出开口的面积为外部周面的通过在所述出口侧的结束区域处的直径限定的开口的面积的小于等于20%,优选小于等于10%。

为了实现中间空间中的沿切向的流动有利的是,进入装置具有进入通道和尤其是相对于进入通道布置在上游的进入接管,经由进入接管能够供应气体流以及要冷却的颗粒。进入通道节省空间地弯曲地构造并且具有和中间空间一样的宽度。进入通道平行于外部周面和内部周面的周缘伸延,并且由此基本上沿切向通入到中间空间中。

如此偏转的气体流或颗粒流由此一方面相对于中间空间的内部或外部周缘沿切向运动,但有利地也在小的进入角下引入。在此有利的是,进入通道相对于法向于纵轴线取向的平面成角度α地通入到中间空间中,其中,该进入角α处于0<α<=10°的范围内。对于流动情况尤其有利的是,进入通道在其整个纵向延伸上在该角度下恒定倾斜。通过这种方向定向的构造,在需要大量介质的情况下也实现产生有指向的颗粒运动。

该进入角α由此理解为气体以及微粒或颗粒的主要的流动方向。该进入角则也至少在开始区段中在微粒在中间空间中的进一步走向上得到维持。

以这种方式,颗粒或气体不仅沿切向而且稍微朝着出口方向指向地流入到中间空间中。由此,得到对于停留时间、停留时间谱以及分开有利的运动模式,如这例如在图6中能看到。颗粒因此从入口侧的开始区域出发在螺旋形的轨道上运动至出口侧的结束区域,其中,所述螺旋形的轨道的直径越来越小。

气体流的量或速度通常与要求和颗粒大小相适配。就此而言,有利地可以是,引入附加的气体量。在此适宜的是,在外部周面中和/或在内部周面中构造附加的气体进入开口,所述气体进入开口如此布置和/或构造,使得经由所述气体进入开口,附加的气体、但没有颗粒有利地也能够基本上沿切向引入到中间空间中。附加的气体流辅助经过进入装置的初级的气体流,因此引起颗粒的进一步冷却并且影响停留时间。由此,例如也可以将冷的气体带到漏斗中,以便相应地进一步冷却。反应性的气体也可以在此引入,以便引发特定的反应。

附图说明

本发明的其他优点和设计方案由说明书和附图得出。

本发明在下面借助特别有利的、但应非限制性地理解的实施例在附图中示意性示出并且参考附图示例性描述。

下面示意性示出:

图1以透视图示出根据本发明的设备,

图2以侧视图示出根据图1的设备,

图3或3a示出穿过该设备的剖面图B-B,

图4从上方示出俯视图,

图5示出利用已知的比较装置进行的试验,

图6a,6b示出利用两个根据本发明的冷却装置进行的试验。

具体实施方式

图1至4从不同视角示出根据本发明的设备1。在当前的实施例中,设备1竖直地定位,更确切地说定位在承载支架中。在设备1的最上面的区域中布置有用于引入气体流或颗粒流的进入装置7。设备1的该上部区段在此限定为入口侧的开始区域11。设备1的与进入装置7相对置的区段被称为出口侧的结束区域12。在那也存在排出开口15,颗粒从该排出开口离开设备1。

设备1包括外部容器2和布置在该外部容器中的内部容器4。外部容器2具有截锥形的外部周面3,内部容器4具有截锥形的内部周面5。内部容器4如此布置在外部容器2中,使得在外部周面3与内部周面5之间构造有中间空间6。在外部周面3与内部周面5之间的中间空间的宽度a在当前情况下为约70mm。

外部周面3和内部周面5彼此连续地间隔开并且在任意部位处都不相触碰。与此相应地,中间空间6是无障碍的并且构造截锥形的环形空间,在该环形空间中气体流和颗粒螺旋状地环绕。

外部周面3和内部周面5相对于中央的纵轴线10以锥角β倾斜。在当前的实施例中,锥角β为约5°。

在当前的实施例中,外部周面3和内部周面5彼此平行地取向。但有利地可以偏离于平行的取向并且例如设置有间隙宽度的增大或减小。

能看到的是,外部周面3和内部周面5朝着出口侧的结束区域12方向收缩,在此即向下收缩。与此相应地,外部周面3在入口侧的结束区域11处的直径da1大于外部周面3在出口侧的结束区域12处的直径da2或外部周面3的此处下部开口18的直径。

类似地,内部周面5在入口侧的开始区域11处的直径di1或内部周面5的此处上部开口19的直径也大于内部周面5在出口侧的结束区域12处的出口侧的直径di2。内部周面5的上部的、位于入口侧的开始区域11处的相对较大的开口19在此通过盖面17封闭。

也能看到,外部周面3具有比内部周面5的高度hi更大的长度或高度ha。在根据图1的设备1中,比率hi:ha为约0.6。

由此在设备1的下部区段中存在有分离区域16,在该分离区域中,内部容器4已经结束并且也不再存在限定的中间空间6。该分离区域16仅还通过外部容器2或外部周面3限制。

但在分离区域16中,颗粒继续沿着外部周面3向下运动。反之,气体流在中间空间6的端部处经由内部周面5向上引出。在此,与此相应地发生颗粒与气体流的分离。颗粒在下方通过排出开口15离开设备1,气体在上方通过内部周面5的上部的开口19离开设备1。该上部的开口19设有透气的盖面17,在当前情况下通过格栅实现。

通过减小外部周面3的直径已经提高了流动阻力。如果在外部周面3的下端部处的开口18足够小,则流动阻力如此地大使得气体不通过该下部的开口18排出,而是更确切地说仅经由内部周面5的上部的开口19排出。但颗粒始终在下方排出并且如果下部的开口足够小,该下部的开口18也可以同时作用为排出开口15。但多数情况下,这引起设备1的较大的结构高度。与此相应地,流动阻力也可以通过附加的结构措施还进一步提高。由此,如在根据图3a的实施例中能看到的,在外部周面3的出口侧的结束区域12处在完全下方布置有附加的截锥形的排放接管13。用于颗粒的实际的排出开口15也构造在该排放接管13中,颗粒最终从该排出开口离开设备1。排放接管13直接联接到外部周面3的下部的开口18处,其中,排出开口15的横截面面积显著小于下部开口18的横截面面积,当前仅为下部开口18的横截面面积的约7-8%。通过这些附加的横截面收窄还进一步提高流动阻力并且颗粒与气体流的分离变得更有效率。

布置在入口侧的开始区域11中的进入装置7具有进入接管8,例如运送管路能够联接到该进入接管处,经由该运送管路将还热的颗粒或颗粒物与气体流一起引入到设备1中。

进入接管8通入到进入通道9中。该进入通道9曲线形或螺旋形弯曲地构造并且基本上圆形地平行于外部周面3和内部周面5的周缘伸延。进入通道9在上方或在入口侧封闭中间空间6。在当前情况下,在周面3,5的当前直径的情况下以及在当前的倾斜角α的情况下,进入通道9描述差不多360°的几乎完整的圆并且然后大致在进入接管8下方的区域中通入到中间空间6中。进入通道9与此相应地具有和中间空间6一样的宽度a。与此相应地,气体流或颗粒流切向地引入到中间空间6中,即颗粒和气体流在近似圆形轨道上大致围绕中间空间6中的中央的纵轴线10环绕。此外,由此避免湍流、撕裂边缘(Abrisskanten)和撞击边缘(Stoßkanten)。

但同时进入通道9也稍微向下(朝着排放方向)倾斜。这已经能由图1看到,并且进入通道9在以恒定斜度向下倾斜的面上伸延到中间空间6的内部。该倾斜的进入角α相对于法向于纵轴线10取向的平面14限定并且如图2中能看到的为约5°。

以这种方式,颗粒或气体不仅沿切向而且稍微向下指向地流入到中间空间6中。由此,得到如图6中能看到的运动模式。颗粒因此在螺旋形的轨道上从入口侧的开始区域11运动至出口侧的结束区域12,其中,该螺旋形的轨道的直径变得越来越小。

下面的实施例示出相比较地利用不同的冷却装置进行的试验和结果(图5和图6a,6b):

这些试验利用以下参数执行:

-空气体积:2700m3/h

-颗粒物量:85kg/h

-介质:空气

-空气温度,流入部:19℃

-颗粒物始终是分开的。

“结构类型标准”(图5):

入口空气:0.6kg/s;20℃

入口颗粒:100kg/h

D 4mm;80个迹线

“结构类型1(柱形)”(图6a,6b,左边的列):

入口空气:0.6kg/s;20℃

入口颗粒:100kg/h

D 4mm;50个迹线

“结构类型2(锥状)”(图6a,6b,右边的列):

入口空气:0.6kg/s;20℃

入口颗粒:100kg/h

D 4mm;50个迹线

所述试验利用不同的材料执行并且尤其是研究速度分布和停留时间谱。在此,为了评判也考虑颗粒的所获得的最终温度。

被称为“结构类型标准”(图5)的、由现有技术已知的旋风分离器是柱形的旋风分离器,以及带有切向的空气进入部的锥形的端部,但是没有内部容器并且在内部区域没有其他装置。在上端部处存在空气排放管,该空气排放管约1/3伸入到柱状部中。在该旋风分离器中,尤其是模拟颗粒停留时间。在图5中能清楚看到,颗粒非常快速地推进到旋风分离器的下部区域中,因此在冷却筒仓中没有长的停留时间,并且在下部区域中或在排放漏斗的区域中发生微粒的聚集。这导致提高的微粒频率,在该提高的微粒频率的情况下,可能发生粘附并且形成双胞和三胞(即两个或三个彼此附着的颗粒物)。此外,该区域也加热并且由此可发生干扰的壁附着。

在根据本发明的具有内周“结构类型1(柱形)”(图6a,6b,左边的列)的柱形的冷却筒仓中,特别是在颗粒-迹线(图6b)中能清楚看到,颗粒比在“结构类型标准”的旋风分离器的情况下更均匀地引导。进入区域中的空气引导具有提高的空气速度,但该空气速度在高度上强烈减小。但这在具有较小的比重量的小的未填充的颗粒物的情况下不是太大问题,因为空气可以将颗粒物进一步足够长时间地保持在周缘处。

在根据本发明的具有内周“结构类型2(锥状)”(图6a,6b,右边的列)的锥状的冷却筒仓中,能够使空气流动在结构高度上尽可能地保持恒定。这导致,不仅筒仓的直径减小,而且颗粒物在冷却筒仓中的停留时间更长。此外,空气流动足够高,使得特别地较重的颗粒物也可以保持在螺旋部中并且由此保持充分分开并且相应地可以固化/冷却。

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