Kunststofftrocknung. Welches Trocknersystem ist besser, Druckluft- oder Trockenlufttrockner

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1 Kunststofftrocknung Welches Trocknersystem ist besser, Druckluft- oder Trockenlufttrockner Referent: Hr. Krämer Sehr geehrte Damen und Herren, Sie erhalten mit diesem Skript den Vortrag Welches Trocknersystem ist besser, Druckluftoder Trockenlufttrockner (FAKUMA 2003, Aussteller Forum). Dieser Vortrag versucht die technischen und wirtschaftlichen Unterschiede der beiden Trocknersysteme jedem verständlich darzustellen. Nach der Durchsicht dieser Unterlage können Sie Trockner für Ihren Anwendungsfall auslegen und das beste Trocknerkonzept bestimmen. Sollten Sie Fragen zu diesem Thema haben stehe ich Ihnen jederzeit gerne zur Verfügung. GfK Gesellschaft für angewandte Kunststofftechnik Robert Krämer Raiffeisenstr Neunkirchen am Brand Tel.: Fax: GfK-Deutschland@t-online.de

2 Grundlagen Welche Kunststoffe müssen getrocknet werden? Kunststoffe mit Oberflächenfeuchte (alle möglich, z.b. bei undichten Verpackungen) Hygroskopische Kunststoffe (PA, PBT, PC, etc., speichern H 2 O im Inneren) Warum müssen Kunststoffe getrocknet werden? Bei der Verarbeitung (Aufschmelzen) verdampft das Wasser im Zylinder und schädigt den Kunststoff (Schlierenbildung bzw. Abbau der Molekularketten - Zerstörung des Materials). Um die unterschiedlichen Systeme (Druckluft- oder Trockenlufttrockner) richtig beurteilen zu können, bedarf es der Definition einiger Grundbegriffe. Welche Kunststoffe müssen getrocknet werden? - Oberflächenfeuchte kann jeden Kunststoff betreffen. Diese tritt z.b. bei einer Lagerung im freien auf wenn die Verpackung beschädigt ist, oder falls sich auf kaltem Material nach dem öffnen der Verpackung Tau bildet (entsprechend einer Getränkeflasche die aus dem Kühlschrank entnommen wird) - Hygroskopische Kunststoffe wie z.b. PA, PBT speichern Wassermoleküle vergleichbar einem Schwamm (Wasserstoffbrückenbildung). Diese Kunststoffe müssen vor der Verarbeitung getrocknet werden! Warum müssen Kunststoffe getrocknet werden? Feuchtigkeit verursacht immer minderwertige Formteile, die den gestellten Anforderungen nicht entsprechen. Typische Fehlerbilder reichen von den sog. Feuchtigkeitsschlieren bis hin zu einem Molekularkettenabbau mit entsprechendem Festigkeitsverlust. Qualitätsformteile benötigen trockenes Kunststoffgranulat

3 Grundlagen Trocknung erfolgt, wenn ein feuchtes Granulatkorn in einem trockenem Medium gelagert wird (die Wassermoleküle diffundieren [wandern] aus dem Inneren eines Granulatkorns an dessen Oberfläche und verdunsten [Konzentrationsgefälle]) Trocknungsgeschwindigkeit wird verbessert, wenn: - Material erwärmt wird (höhere Beweglichkeit der H 2 O-Moleküle; materialabhängige Trocknungstemperatur) - Taupunkt reduziert wird (Konzentrationsgefälle wird größer) Trocknung erfolgt immer, wenn ein relativ feuchtes Objekt in einem dazu relativ trockenem Medium gelagert wird. Zwischen dem Objekt und dem Medium existiert ein Konzentrationsgefälle. Die Trocknung erfolgt, weil die Wassermoleküle vom feuchtem zum trockenem wandern und so eine Reduzierung des Konzentrationsgefälles versuchen (das feuchte Objekt wird trockener und das trockene Medium wird feuchter). Die Trocknung ist beendet wenn das Objekt und das Medium die gleiche Feuchtigkeit haben. Um die Trocknung zu beschleunigen muß folgedessen die Diffusions-geschwindigkeit erhöht werden. - Die Temperatur ist ein Maß für die Beweglichkeit der Atome. Eine Temperaturerhöhung erleichtert somit die Wanderung der Wassermoleküle. Die Temperatur darf jedoch die jeweiligen materialspezifischen Höchstwerte nicht überschreiten! - Wenn das relativ trockene Medium noch trockener wird, entsteht ein höheres Konzentrationsgefälle. Der Einfluß des Taupunktes ist jedoch nicht linear und wird extrem überbewertet. Es muß aber ausreichend trockene Luft vorhanden sein.

4 Grundlagen Taupunkt ist die Temperatur (in Celsius), bei der die in der Luft gebundene Feuchtigkeit an einem Objekt kondensiert (Tau bildet) niedriger Taupunkt = trockene Luft Ist der Taupunkt das Kriterium für die Kunststofftrocknung? NEIN Für fast alle Anwendungsfälle der Kunststofftrocknung ist ein Taupunkt von -20 bis -25 C ausreichend! Abhängig vom Druck und der Temperatur kann Luft eine gewisse Menge Feuchtigkeit (Wasser) aufnehmen. Die Aufnahmefähigkeit erhöht sich bei steigender Temperatur (im Sommer kann die Luft sehr feucht sein) und reduziert sich mit fallender Temperatur (im Winter ist die Luft sehr trocken). [Dies ist auch die Erklärung weshalb Trocknungs- bzw. Verarbeitungsprobleme in den Sommermonaten häufiger vorkommen] Tau (abgeschiedener Wasserdampf aus der Luft) bildet sich wenn feuchte Luft abgekühlt wird. Der Taupunkt ist die Temperatur (in C angegeben), bei der die in der Luft gebundene Feuchtigkeit an einem Objekt kondensiert. Für die Trocknung von Kunststoffen ist in fast allen Anwendungsfällen ein Taupunkt von ca. -20 C ausreichend. Tiefere Werte müssen mit entsprechend hohem Energieaufwand teuer erkauft werden.

5 Grundlagen Materialspezifische Grunddaten: benötigte Luftmenge m³/kg Trockentemperatur C Schüttdichte kg/l Trocknungszeit h Material ABS 80 0,6 1,7 2-3 PA ,65 2,2 4-8 PBT 120 0,7 1,7 4 PC 120 0,7 1,3 3-5 kg PA/h: 11 m³/h Trockenluft; Materialbehälter mit 46 Liter Inhalt (bei 6 Stunden Trocknungszeit) - 10 kg/h PC: 13 m³/h Trockenluft; Materialbehälter mit 43 Liter Inhalt - ABS: bei einem 50 Liter Materialbehälter und einer Verweilzeit von 2 Stunden werden 25,5 m³/h Trockenluft benötigt Alle namhaften Hersteller verwenden vergleichbare Grunddaten wie in obiger Tabelle aufgeführt. Lediglich einige wenige Ausnahmen versuchen Kunden durch angeblich höhere Trocknungsleistungen zu gewinnen (z.b. werden einfach niedrigere Anfangsfeuchten oder mit Glas hochgefüllte Typen angegeben). Die für die Trocknung geltenden physikalischen Grundlagen sind für jeden Trocknerhersteller die gleichen! Ausgangspunkt einer Trocknerauslegung ist immer die benötigte Durchsatz-leistung pro Stunde. Mit der benötigten Durchsatzleistung, der erforderlichen Verweilzeit im Trockner und der spezifischen Schüttdichte kann das Volumen des Materialbehälters berechnet werden (Durchsatzleistung * Verweilzeit / spez. Schüttdichte). Achtung: der so berechnete Wert gilt für eine automatische Befüllung des Trockners. Sollte der Trockner per Hand befüllt werden, muß der Materialbehälter entsprechend größer ausgelegt sein um immer die benötigte Verweilzeit zu gewährleisten. Der zweite Schritt einer Trocknerauslegung ist die Bestimmung der benötigten Luftmenge (Durchsatzleisung * benötigte Luftmenge pro kg). Wenn nicht genügend Luft in ausreichender Qualität zur Trocknung vorhanden ist, können die angegebenen Werte nicht erreicht werden.

6 Trocknerarten Vakuum - Gas (Inertgas,, Luft) Trockner mit Luft als Trockenmedium: Umluft-/ Warmlufttrockner - trockener Luft Trockner mit trockener Luft als Trockenmedium: - Trockenlufttrockner (Luftentfeuchtung im Trockner ) - Drucklufttrockner (entspannter Druckluft, bei Druckluftanlagen mit Kältetrockner) Trockner können generell unterschieden werden in: Vakuumtrockner - Trockner mit Gas als Medium (dieses Gas kann ein Inertgas oder Luft sein) Trockner mit Luft als Trockenmedium können wie folgt aufgeteilt werden: Umluft-/Warmlufttrockner - Trockner mit getrockenter Luft Trockner mit trockener Luft können wie folgt weiter aufgeteilt werden: Trockenlufttrockner - Drucklufttrockner

7 Trockenluft- trockner Trockenlufterzeugung 1) In einem Molekularsieb (poröses Granulat) ) wird der vorbeiströmenden Luft Feuchtigkeit entzogen und gespeichert. 2) Sobald der Molekularsieb gesättigt ist, muß dieser getrocknet werden. Die Trocknung (Regeneration) des Molekularsiebes erfolgt bei einer Temperatur von ca C. Problem: Bei steigenden Trockentemperaturen sinkt die Aufnahmefähigkeit des Molekularsiebes (im Extremfall erfolgt die Trocknung); Abhilfe: Rückluftkühler Bei Trockenlufttrocknern erfolgt die Trockenlufterzeugung (Luftentfeucht-ung) in einer Luft- Trockenpatrone im Trockner. Die zu entfeuchtende Luft strömt in der Trockenpatrone an einem sog. Molekularsieb vorbei und gibt das in der Luft enthaltende Wasser an diesen ab. (Der Molekularsieb ist ein poröses Granulat das eine hohe Aufnahme-fähigkeit für Wasser besitzt) Sobald der Molekularsieb gesättigt ist, muß dieser für einen neuen Zyklus regeneriert (getrocknet) werden. Die Regeneration erfolgt, wenn der Molekularsieb auf Temperaturen von C aufgeheizt und die Luft nach außen abgeblasen wird. Nach der Regeneration des Molekularsiebes und anschließender Abkühlung auf ca. 40 C kann diese Trockenpatrone zur Luftenfeuchtung erneut verwendet werden. Bei einem Trockenlufttrockner sind zwei Punkte besonders wichtig: - Bei steigenden Rücklufttemperaturen nimmt die Aufnahmefähigkeit des Molekularsiebes drastisch ab. D.h. bei hohen Trocknungstemperaturen, die auch eine höhere Rücklufttemperatur verursachen, muß die Rückluft gekühlt werden (Energieaufwand). - Flüchtige Bestandteile (Zusatzstoffe) im Kunststoff können den Molekularsieb verstopfen (die Poren verkleben). In diesen Fällen muß in die Rückluftleitung ein entsprechender Filter eingebaut werden um die flüchtigen Bestandteile abzufangen (Kosten).

8 Trockenluft- trockner Prinzipieller Trockneraufbau - Molekularsieb (zur Luftentfeuchtung) - Prozessheizung - Materialbehälter - Filter - Gebläse - (Rückluftkühler) Trockenlufttrockner sind prinzipiell wie oben beschrieben aufgebaut. Die Luft strömt durch die Trockenkammer (Molekularsieb) und wird dabei entfeuchtet. Danach wird die Luft von der Prozessheizung auf die materialspezifische Temperatur erwärmt und durch den Materialbehälter geleitet. Die trockene Luft nimmt vom feuchtem Kunststoff Wasser auf und nimmt die Feuchtigkeit mit sich aus den Materialbehälter. Zum Schutz des Gebläses ist in der Rückluftleitung ein Filter eingebaut. Aus energetischen Gründen sind Trockenlufttrockner geschlossene Systeme (die Feuchtigkeit aus dem Kunststoff ist gegenüber der Luftfeuchtigkeit sehr gering).

9 Trockner mit 1 Molekularsieb Rückleitung Feinfilter Ringverdichter TIC Temp.-Fühler Trockenluft Molekularsieb Prozessheizung Abluftleitung Die einfachste und kostengünstigste Bauart eines Trockenlufttrockners ist mit nur einem Molekularsieb. Bei diesen Trocknern wird während der Regenerations- und Kühlphase der Materialbehälter nicht mit Trockenluft durchströmt. Die nominale Luftmenge von z.b. 10 m³/h muß somit in der Trockenzeit erfolgen (d.h. in der Trockenzeit wird mehr Luft durch den Materialbehälter geleitet). Streng genommen muß der Materialbehälter um den prozentualen Anteil der Regenerations- und Kühlzeit zur Trockenzeit vergrößert werden (die Verweilzeitangaben der Materialhersteller beziehen sich auf Zeiten mit Luftströmung). Regeneration des Molekularsiebes: Für die Regeneration und anschließende Kühlung des Molekularsiebes wird Umgebungsluft verwendet. Während der Kühlphase nimmt der Molekularsieb aus der Umgebungsluft bereits Feuchtigkeit auf. Die Kühlphase wird deshalb häufig sehr kurz gewählt (Folge: Molekularsieb noch nicht vollständig abgekühlt).

10 Vergleich: 1-Kammer 1 zu 2-Kammer 2 Trockner Trockner mit 1 Molekularsieb Regenerierung Trocknungsphase Trocknungsphase Kühlphase Trockner mit 2 Molekularsieben Trockenmittelbehälter T1 Trockenmittel behälter T2 Regenerierung T1 Trocknungsphase Umschalten von T1 auf T2 Trocknungsphase Trocknungsphase Regenerierung T2 Zeit

11 Trockner mit 1 Molekularsieb Vorteil: Kostengünstiger Aufbau Nachteil: - Während der Regeneration des Molekularsiebes wird der Kunststoff nicht getrocknet - Die Regeneration erfolgt bei ca C, d.h. vor der Verwendung des Molekularsiebes muß dieser gekühlt werden. Während der Kühlzeit kann kein Kunststoff getrocknet werden. - Bei zu hohen Umschalttemperaturen treten die bekannten Klumpenbildungen (z.b. PC) oder Materialschädigungen auf. Der Vorteil eines 1-Kammer-Trockenlufttrockners ist der kostengünstige Aufbau (Einsparung: 1 kompletter Molekularsieb inkl. Regenerations-heizung, Rückschlagklappen anstelle eines Umschaltventils). Bei dieser Bauweise wird jedoch während der Regeneration und Kühlphase des Molekularsiebes der Materialbehälter nicht mit trockener Luft versorgt. Die 1-Kammer-Trockenlufttrockner sind desweiteren technisch bedingt in einem Interessenkonflikt: zur Erreichung der angegebenen Trockenleistung muß die Kühlphase möglichst kurz sein, dabei kann es vorkommen das die Temperatur des Molekularsiebes deutlich über der Trockentemperatur liegt. Besonders kritisch sind Trockner mit integrierter Förderung. Während der Regenerations- und Kühlphase (Regenerationstemperatur von C) ist die Förderluft (nur 1 Seitenkanalverdichter aus Kostengründen) viel, sehr viel höher als von den Materialherstellern zugelassen. Bekannte Folgen sind: PC verklumpt im Trockner, Formteile brechen undefiniert nach der Verarbeitung (nur relativ wenige aus einer Fertigung, da jeweils nur relativ wenig Material geschädigt wird)

12 Trockner mit 2 Molekularsieben Rückleitung Feinfilter Ringverdichter Rückleitung TIC Temp.-Fühler Trockenluft Regenerationsheizung Molekularsieb T1 T2 Abluftleitung Prozessheizung Hochwertige Trockenlufttrockner verfügen über mindestens zwei Molekularsiebe. Das Umschaltventil leitet den Luftstrom zur Entfeuchtung durch den ersten Molekularsieb. Nach dem Molekularsieb wird der Haupt-Luftstrom über die Prozessheizung durch den Materialbehälter im geschlossenen Kreislauf gefördert. Ein Teil-Luftstrom wird über eine Regenerationsheizung durch den anderen Molekularsieb nach außen geleitet. Dabei wird der zu regenerierende Molekularsieb getrocknet und anschließend gekühlt. Sobald der erste Molekularsieb gesättigt ist schaltet das Umschaltventil den Luftstrom um. Der Materialbehälter wird immer mit getrockneter Luft durchströmt.

13 Vergleich: 1-Kammer 1 zu 2-Kammer 2 Trockner Trockner mit 1 Molekularsieb Regenerierung Trocknungsphase Trocknungsphase Kühlphase Trockner mit 2 Molekularsieben Trockenmittelbehälter T1 Trockenmittel behälter T2 Regenerierung T1 Trocknungsphase Umschalten von T1 auf T2 Trocknungsphase Trocknungsphase Regenerierung T2 Zeit Das Schaubild verdeutlicht den zeitlichen Ablauf wann der Materialbehälter mit Trockenluft durchströmt wird im Verhältnis zu der Regenerationsphase (1-Kammer-Trockner im Vergleich zu einem 2-Kammer-Trockner).

14 Trockner mit 2 Molekularsieben Vorteil: - Permanenter Trockenluftstrom, unabhängig von der Regenerationsphase eines Molekularsiebes - Kühlphase des Molekularsiebes unabhängig von der Trocknungsphase (sichere Abkühlung des Molekularsiebes) - Konstante Trocknung Nachteil: - Höhere Kosten für den Trockenlufterzeuger Der Vorteil von 2-Kammer-Trockenlufttrocknern im Vergleich zu 1-Kammer-Trocknern ist die permanente Durchströmung des Materialbehälters mit getrockneter Luft unabhängig von der Regenerationsphase. Desweiteren treten unzulässige Temperaturerhöhungen nach der Regeneration nicht auf. Der Nachteil dieser Bauweise sind die höheren Kosten (mehr Teile kosten mehr Geld).

15 Drucklufttrockner Trockenlufterzeugung Moderne Druckluftanlagen mit Kältetrockner liefern eine öl- und staubfreie Druckluft mit ca.. 10 bar und einem Druck-Taupunkt von +3 C. Wird diese Druckluft entspannt, entspricht der Druck-Taupunkt von +3 C/10bar einem Taupunkt der entspannten Luft von ca. -25 C. Dieser Taupunkt ist für fast alle Trocknungsaufgaben in der Kunststoffverarbeitung ausreichend. Wie bereits erwähnt ist die Wasser-Aufnahmefähigkeit von Luft abhängig vom Druck und der Temperatur. Mit steigendem Druck nimmt die Aufnahmefähigkeit (für Wasser) ab. Bei der Verdichtung von Luft wird bereits ein Großteil des Wassers abgeschieden (jeder Kompressor hat eine Wasserablassvorrichtung). Die restliche Feuchte wird bei modernen Kompressoranlagen mit einem Kältetrockner abgeschieden. Die so erzeugte Druckluft hat einen Druck-Taupunkt von ca. 3 C. Wird diese verdichtete Luft auf den Umgebungsdruck entspannt, hat die entpannte Luft einen Taupunkt von ca. -25 C.

16 Drucklufttrockner Prinzipieller Trockneraufbau - Druckluftanschluß - Ventil - Prozessheizung - Materialbehälter Der prinzipielle Aufbau von Drucklufttrocknern ist relativ einfach. Nach dem Druckluftanschluß befindet sich ein Ventil zur Druck- und Durchflussmengenreduzierung, an das sich die Prozessheizung anschließt die die Luft auf Trocknungstemperatur erwärmt. Nachdem die Luft den Materialbehälter durchströmt hat wird diese ins Freie abgelassen. Der hauptsächliche Unterschied von Drucklufttrocknern verschiedener Hersteller liegt in der Steuerung und der Art und Weise wie die Luftmenge dem Bedarf angepasst wird. - Einfache Trockner haben keinerlei Regelung der Luftmenge, d.h. es wird immer die gleiche Menge Druckluft durchgeblasen. - Manche Systeme basieren auf einem Heizkörper-Thermostat-Ventil, d.h. dieses Thermostat-Ventil wurde im Werk auf einen statischen Betriebspunkt eingestellt. - Manche Systeme basieren auf einer Digital-Pneumatik zur Steuerung der Luftmenge, d.h. es sind Pneumatikventile mit unterschiedlichen Durchflussmengen parallel geschaltet und es werden einzelne Ventile zu oder abgeschaltet. - Das AES-System der TORO-systems Drucklufttrockner hat ein elektromotorisch betriebenes Regelventil, d.h. mit diesem Regelventil ist eine exakte Regelung des Luftverbrauchs möglich. Nebenbei können durch die Programmierung der Steuerung die Druchflußwerte jedem Sonderfall einfachst angepasst werden. Dies bedeutet höchstmögliche Zukunftssicherheit für den Anwender.

17 Drucklufttrockner Abluftfilter TIC Temp.-Fühler Prozessheizung Druckluftanschluß mit Ventil

18 Drucklufttrockner Vorteil: - einfacher, kostengünstiger Aufbau - Hochtemperatur geeignet (kein Rückluftkühler erforderlich) - für gasende Materialien geeignet (es wird kein Molekularsieb zerstört) - Druckluftverbrauch ist einfach zu regeln (bei geringen Durchsatzmengen können auf einfache Weise enorme Energieeinsparpotentiale genutzt werden) - kompakte Bauform (kleiner als Trockenlufttrockner) Nachteil: - Druckluftverbrauch (ist die vorhandene Druckluftanlage ausreichend) Die Vorteile von Drucklufttrocknern im allgemeinen sind: - geringer Anschaffungspreis - einfacher Aufbau - kompakte Bauform (kleiner als Trockenlufttrockner) - Energieverbrauch ist kostengünstig zu regeln - das offene Trocknersystem prädestiniert diese Trockner geradezu für ausgasende Kunststoffe (es kann kein Molekularsieb zerstört werden) bzw. für die Trocknung bei hohen Temperaturen (kein Rückluftkühler notwendig) Als Nachteil dieser Trocknertypen ist die externe Drucklufterzeugung zu beachten. Ist die vorhandene Leistung der Kompressoranlage und des Leitungsnetzes (dieses muß für die benötigte Luftliterleistung groß genug sein!) ausreichend für den gewählten Trockner?

19 Energieverbrauch Drucklufttrockner Drucklufterzeugung = 38 W/m³ (entspannte Druckluft, gemäß Druckluft-Kompendium VML-Verlag, Verlag, 3.Auflage 08/2000) Drucklufterwärmung = 9 W/m³ (ca ca.. 15 auf 40 C, weil Trockenlufttrockner höhere Grundtemperatur haben) Heizenergie = 0,361 W/m³K m³k (berechnet aus spez. Wärmekapazität und Dichte der Luft) z.b. bei 10m³/h - 80 C = (38+9)*10+0,361*10*40= 614 W/h Der Gesamt-Energieverbrauch eines Drucklufttrockners wird von 3 Einzelpositionen bestimmt. Der größte Anteil der Energie wird für die Drucklufterzeugung benötigt. Neuere Kompressoren benötigen ca. 38 Watt je 1 m³ entspannte Druckluft (die Angaben des Kompressorherstellers sind auf entspannte Druckluft umzurechnen). Im Vergleich zu Trockenlufttrocknern ist zu beachten, daß die Luft-temperatur durch den Seitenkanalverdichter bei ca. 40 C liegt. Entspannte Druckluft jedoch nur bei ca. 15 C, die Differenz muß entsprechend ausgeglichen werden. Die dazu benötigte Energie beträgt 9 W je 1 m³ Luft. Um die beiden Trocknersysteme letztendlich energetisch vergleichen zu können, ist noch die Heizenergie (0,361 W/m³K) für eine bestimmte Temperatur notwendig. Allerdings nur für Drucklufttrockner mit Regel-system für die Durchflussmenge (durch ein Energiesparsystem wird die Trockenluftmenge dem Bedarf angepasst, und somit die eingesetzte Gesamtenergie reduziert) Der Gesamtenergiebedarf pro Stunde eines Drucklufttrockners mit einer Trockenluftleistung von 10 m³/h kann bei 80 C wie folgt berechnet werden: (38 W/m³ + 9 W/m³)* 10 m³/h + 0,361 W/m³K * 40 K * 10 m³/h = 614 W/h

20 Energievergleich Durckluft- und Trockenlufttrockner bei 80 C Energiebedarf in W/h Druckluft Volllast Trockenluftmenge in m³/h Die Grafik verdeutlicht den berechneten Energiebedarf eines Druckluft-trockners in W/h für unterschiedliche Trockenluftmengen (m³/h). Dabei ist zu beachten, daß es sich real um Trockenlufteinheiten mit einer maximalen Durchlassmenge handelt (z.b. eine 10 m³/h oder 20 m³/h Einheit). Die Linie ist wegen der Übersichtlichkeit eingezeichnet.

21 Energieverbrauch Drucklufttrockner Drucklufterzeugung = 38 W/m³ (entspannte Druckluft, gemäß Druckluft-Kompendium VML-Verlag, Verlag, 3.Auflage 08/2000) Drucklufterwärmung = 9 W/m³ (ca ca.. 15 auf 40 C, weil Trockenlufttrockner höhere Grundtemperatur haben) Heizenergie = 0,361 W/m³K m³k (berechnet aus spez. Wärmekapazität und Dichte der Luft) z.b. bei 10m³/h - 80 C = (38+9)*10+0,361*10*40= 614 W/h AES-Betrieb = bis 70% Energieeinsparung (AES Automatisches Energieeinspar-System bei TORO-systems Dry-Jet Drucklufttrocknern; ; 70% = keine Materialentnahme) Trockner werden mit einer Trockenlufteinheit ausgestattet, die die maximal möglichen Durchsatzleistungen des verwendeten Materialbehälters ermöglicht. Bei effektiven Durchsatzleistungen die kleiner sind als der maximal mögliche Durchsatz, wird ohne Energiesparsystem mehr Trockenluft und somit mehr Energie als nötig verbraucht (Drucklufterzeugung + Erwärmung + Heizenergie). Das Automatische-Energie-Spar-System der TORO-systems Dry-Jet Druck-lufttrockner bestimmt den tatsächlichen Durchsatz und das zu trocknende Material. Anhand beider Werte kann der Energieverbrauch des Trockners um bis zu 70 % reduziert werden.

22 AES: Automatisches Energie-Spar Spar-SystemSystem Der Trocknungsprozeß von Kunststoffen kann energetisch wie folgt dargestellt werden: eingebrachte Energie (erwärmte Trockenluft) Minus im Materialbehälter verbrauchte Energie entspricht Abluftenergie Sobald im Materialbehälter weniger Energie zur Erwärmung und Trocknung verbraucht wird (der Kunststoff ist getrocknet) steigt die Ablufttemperatur an. Wenn die Ablufttemperatur eine vom zu trocknenden Kunststoff abhängige Temperatur erreicht hat (einfache Systeme haben lediglich eine feste Temperatur), kann die Energiezufuhr gedrosselt werden (Reduzierung der Luftmenge). Es wird nur noch soviel Energie benötigt wie zur Trocknung der aktuellen Durchsatzleistung erforderlich ist. Das trocknen von Kunststoffgranulat in einem Materialbehälter kann energetisch einfach beschrieben werden: eingebrachte Energie - verbrauchte Energie = Abluftenergie Die eingebrachte Energie ist direkt proportional der Druckluftmenge und somit regelbar. Die verbrauchte Energie beinhaltet: Erwärmung des Kunststoffes, verdunsten der Feuchtigkeit, Verluste. Sobald der Kunststoff erwärmt und die Feuchtigkeit verdunstet ist, müssen nur noch die Verluste ausgeglichen werden (keine Materialentnahme). Bei einer Materialentnahme und gleichzeitiger Neubefüllung (kaltes nicht getrocknetes Granulat) ist die benötigte Energie zur Trocknung direkt proportional der Durchsatzmenge. Die Abluftenergie kann anhand der Ablufttemperatur sehr exakt gemessen werden. Sobald die Ablufttemperatur einen vom Kunststoff abhängigen Wert erreicht hat, kann die Druckluftmenge reduziert werden. Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale von TORO-systems Dry-Jet Drucklufttrocknern zu Konkurrenzprodukten sind: - Polyamid wird bei 80 C und Polyethersulfon bei 160 C getrocknet. Das AES-System unterscheidet beide Kunststoffe und regelt unterschiedlich die Druckluftmenge. (Heizkörperventile sind dazu definitiv nicht in der Lage, inwieweit andere Steuerungen diesen Sachverhalt berücksichtigen ist uns nicht bekannt)

23 AES: Automatisches Energie-Spar Spar-SystemSystem - Die Bedienung / Einstellung der TORO-systems Dry-Jet Drucklufttrockner ist auf die Eingabe der Trockentemperatur beschränkt, alles andere kann die intelligente Microcontroller-Steuerung. So werden unnötige Falscheingaben oder Aussagen wie Ich bin froh, das der Trockner im Handmodus läuft bzw. Haben Sie die Zeit eine 300 Seiten Betriebsanleitung zu lesen vermieden. - TORO-systems Dry-Jet Trockner sind desweiteren extrem robust aufgebaut und sorgfältig gegen Wärmeverluste gedämmt. - Um die elektrischen Bauteile der Steuerung vor unnötigen thermischen Belastungen zu schützen, wurde die Prozessheizung in den Materialbehälter integriert (Konkurrenzprodukte haben die Prozessheizung im Schaltschrank, aber wieviele Computer haben eine Heizung?) - Die GfK entwickelt und produziert alle für die Steuerung notwendigen Komponenten selbst. Dies bedeutet für den Anwender, Elektroplatinen können repariert und Sonderprogramme selbst geschrieben werden.

24 Energievergleich Durckluft- und Trockenlufttrockner bei 80 C Energiebedarf in W/h Druckluft Volllast Druckluft keine Materialentnahme Trockenluftmenge in m³/h Gemäß der Formel zur Berechnung des Energieverbrauchs eines Drucklufttrockners kann durch Multiplikation der entsprechenden Werte mit 0,3 (70% Einsparung) der minimale Energieverbrauch mit AES-System bestimmt werden. Achtung: Die Kurve Volllast stellt die einzelnen Trockenlufteinheiten mit einer bestimmten Trockenluftmenge, die Line Drucklunft keine Materialentnahme den minimalen Energieverbrauch dieser Einheit dar. Z.B. hat eine 10 m³/h Trockenlufteinheit einen maximalen Energieverbrauch von 614 W/h, das AES-System kann den Luftverbrauch (Energieverbrauch) dieser Einheit um 70% reduzieren (auf 184 W/h)

25 Energieverbrauch Trockenlufttrockner Gebläseleistung = konstant (bei 20 m³/h = 250 W/h; bei 35 m³/h = 350 W/h) Regenerationsenergie = konstant (bei 20 m³/h = 500 W/h; bei 35 m³/h = 750 W/h; bei 50 m³/h = 1000 W/h) Heizenergie = 0,361 W/m³K m³k (berechnet aus spez. Wärmekapazität und Dichte der Luft) Achtung: - Trockenlufterzeuger werden aus technischen Gründen nicht beliebig klein gebaut. - Bei kleinen Trockenlufttrockner sind die Kosten der Regelung des Luftstromes in keinem Verhältnis zur Energieeinsparung. Der Energieverbrauch von Trockenlufttrocknern wird bestimmt von: - der Gebläseleistung (diese ist für eine bestimmte Trockenlufteinheit konstant) - der Regenerationsenergie (der Energiebedarf zur Regeneration des Molekularsiebes wurde entsprechend der Trockenlufteinheit auf die Einheit W/h bestimmt) - der Heizenergie (0,361 W/m³K, gleiche Werte wie bei Drucklufttrocknern) Der Energieverbrauch eines Trockenlufttrockners lässt sich wie folgt berechnen: (20 m³/h; 80 C) 250 W/h W/h + 40 K * 0,361 W/m³h = 1040 W/h Aus technischen Gründen (Regeneration des Molekularsiebes erfordert einen gewissen Luftstrom) werden Trockenlufteinheiten mit Molekularsieb nicht beliebig klein gebaut. Für kleinere Materialbehälter wird normalerweise lediglich der Luftstrom reduziert. Die Kosten für eine Regelung der Luftmenge vergleichbar einem Druckluft-trockner stehen in keinem Verhältnis zu den möglichen Einsparungen an Energiekosten.

26 Energievergleich Durckluft- und Trockenlufttrockner bei 80 C Energiebedarf in W/h Druckluft Volllast Trockenlufttrockner Druckluft keine Materialentnahme Trockenluftmenge in m³/h Aus obiger Graphik ist eindeutig zu erkennen, Drucklufttrockner sind bei Trockenluftmengen bis ca. 20 m³/h (ausreichend für 50 Liter Material-behälter) energetisch eindeutig besser. Bereits ab einer 35 m³/h Trockenlufteinheit wären Drucklufttrockner energetisch nur noch bei einem Teillastbetrieb von unter 75% im Dauer-betrieb bzw. 60% bei wechselnden Materialien (während der Aufheizphase ist der Energieverbrauch 35% höher als bei Trockenlufttrockner) wirtschaftlich. Der Energieverbrauch eines einfachen Trockenlufttrockners ist unabhängig von der Durchsatzleistung (konstanter Wert). Bei Drucklufttrocknern ist der Energieverbrauch während der Aufheizphase maximal und reduziert sich anschließend schrittweise entsprechend der tatsächlichen Durchsatzmenge (mit AES-System). Dies bedeutet, für den Energievergleich muß die Aufheizphase und die Betriebsphase berücksichtigt werden. Achtung: die Kompressoranlage muß für die maximal benötigte Druckluft-menge aller Drucklufttrockner ausgelegt sein, da ansonsten die Aufheiz-zeiten bis trockenes Material zur Verfügung steht sich entsprechend verlängern.

27 Interpretation des Energieverbrauchs Für den Vergleich von Trockenluft- und Drucklufttrocknern muß die Trockenluftmenge bei einer Materialbehältergröße verglichen werden. Für einen Trockner mit 50 Liter Materialbehälter ist eine Trockenluftmenge von 20 m³/h theoretisch ausreichend [siehe Berechnungsbeispiel] Trockenlufttrockner werden unabhängig vom Hersteller jedoch mit höheren Luftmengen betrieben (z.b. nomial 35 m³/h bei 50 Liter Materialbehälter; der Trockner muß für den schlechtesten Fall ausgelegt werden [Leckage[ des Seitenkanalverdichters; ; verstopfter Filter; verdreckter Molekularsieb - reduzieren die Durchflußmenge) Drucklufttrockner werden gemäß den Durchschnittswerten ausgelegt (bei einem 50 Liter Materialbehälter z.b. 20 m³/h; Drucklufttrockner der Baureihe TORO-systems sind aber jederzeit zukunftssicher,, da die Luftmenge im Bedarfsfall auch einfach erhöht werden kann) Für Trockenlufttrockner mit 50 bis 100 Liter Materialbehälter werden von allen namhaften Herstellern Trockenlufteinheiten mit 35 m³/h oder mehr verwendet. Für den energetischen Vergleich von Druckluft- und Trockenlufttrockner ist effektiv der Vergleich eines 50 bzw. 100 Liter Druckluft- zu einem 50 bzw. 100 Liter Trockenlufttrockner maßgebend. Das Ergebnis ist eindeutig: - Bei Trocknern mit 50 Liter Materialbehälter ist der Drucklufttrockner mit einer 20 m³/h Trockenlufteinheit energetisch besser. - Bei Trocknern mit 100 Liter Materialbehälter ist der Trockenlufttrockner ernergetisch besser. Bei 20% geringerem Energieverbrauch hat der Trockenlufttrockner trotzdem 25% mehr Trockenluftleistung.

28 Interpretation des Energieverbrauchs Energieverbrauch in W/h von Trockenluft- und Drucklufttrockner bei unterschiedlichen Materialbehältergrößen (bei 80 C) Materialbehälter Trockenluft Druckluft 15 Liter (20 m³/h) 1040 (6 m³/h) Liter (20 m³/h) 1040 (10 m³/h) Liter (35 m³/h) 1606 (20 m³/h) Liter (50 m³/h) 2070 (40 m³/h) 2460 Bei den o.g. Werten des Energieverbrauchs ist zu berücksichtigen, daß die Trockenlufttrockner bei den entsprechenden Materialbehältern eine höhere Trockenluftleistung haben. Dir Trockenluftmengen der Drucklufttrockner sind ausreichend für die kontinuierliche Trocknung von Kunststoffgranulaten. Für eine Chargen-trocknung des gesamten Behälters sind handelsübliche Drucklufttrockner nicht geeignet.

29 Kunststofftrocknung Welches Trocknersystem ist besser, Druckluft- oder Trockenlufttrockner

30 Es gibt keine einfache Antwort Beide Trocknersystems haben spezielle Vor- und auch Nachteile. Jeder Anwender muß seine Bedingungen im Produktionsumfeld betrachten und sich für einen Trockner entscheiden. (Hochtemperaturtrockner,, Platzbedarf, Aufbautrockner, Wartungsmöglichkeit vor Ort, Chargentrockner, etc.)

31 Der Vergleich des Energieverbrauchs zur kontinuierlichen Trocknung von Kunststoffen ergibt folgende Einsatzgebiete der beiden Trocknersysteme: Für Materialtrockner bis 50 Liter Materialbehälter sind Drucklufttrockner technisch und wirtschaftlich im Vorteil. Für Materialtrockner über 50 Liter Materialbehälter sind Trockenlufttrockner die bessere Wahl.

32 Wichtige Konstruktions- merkmale von TORO-systems Dry-Jet Drucklufttrockner separate Heizung im Materialbehälter Elektrik bzw.. Elektronik ist somit vor schädlichen Temperatureinflüssen geschützt (oder hat Ihr Computer eine eingebaute Heizung?) Luftmengenregelung des Trockners in Abhängigkeit der Trocknungstemperatur (Ablufttemperatur ist direkt abhängig von der eingestellten Trocknungstemperatur) einfachste Bedienbarkeit bei einem intelligenten Trockner ist nicht mehr als die Trockentemperatur erforderlich, alles andere kann die Steuerung erledigen

33 Wichtige Konstruktions- merkmale von TORO-systems Dry-Jet Drucklufttrockner stufenlose Luftmengenregelung nur bei einer stufenlosen, elektromotorisch angetriebenen Regelung kann die Luftmenge optimal den Bedürfnissen angepasst werden (Regelung mit variabler Ablufttemperatur- PA ist nicht gleich PC; Zukunftssicher weil bei Bedarf durch den Austausch des Steuerprogrammes die Luftmenge auch nachträglich angepasst werden kann) Wartungsfreundlich für einen Hersteller gibt es zwei Möglichkeiten sein Geld zu verdienen: 1. mit dem Anschaffungspreis 2. mit den Ersatzteilpreisen Wir entwickeln und produzieren auch die elektronischen Steuerungen bzw.. Programme, d.h. wir können Steuerungen auch reparieren und nicht nur austauschen.

34 Kunststofftrocknung Welches Trocknersystem ist besser, Druckluft- oder Trockenlufttrockner Referent: Hr. Krämer