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DE3038792C2 - Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln

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DE3038792C2
DE3038792C2 DE3038792A DE3038792A DE3038792C2 DE 3038792 C2 DE3038792 C2 DE 3038792C2 DE 3038792 A DE3038792 A DE 3038792A DE 3038792 A DE3038792 A DE 3038792A DE 3038792 C2 DE3038792 C2 DE 3038792C2
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Germany
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solvent
carrier gas
solvent vapors
gas stream
gas flow
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DE3038792A
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English (en)
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DE3038792A1 (de
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Peter Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. 5450 Neuwied Barth
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Lohmann GmbH and Co KG
Original Assignee
Lohmann GmbH and Co KG
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Description

bekannt, bei der dieser zum Auskondensieren der Lösungsmitteldämpfe und zum Abscheiden der Lösungsmitte! verdichtet, abgekühlt und unter Arbeitsleistung entspannt wird, wobei der an LösungsmstteWämpfen arme Trägergasstrom nach erneuter Erwärmung in dem Verdampfungsraum zurückgeleitet 'Aard.
Die Rückleiiung dieses Trägergasstromes erfolgt jedoch im Gemisch mit einem dem Verdampfungsraum entnommenen, mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstrom. Dieser wird, nachdem er in indirekten Wärmeaustausch· mit dem verdichteten Trägergasstrom erwärmt wurde, in einer Leitungsschleife zusammen mit dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom in den Verdampfungsraum zurückgeleitet. Es soll damit eine bessere Wärmeregelung bezweckt werden, wobei allerdings der Nachteil in Kauf genommen wird, daß der in den Verdampfungsraum zurückgeleitete Trägergasstrom einen verhälnismäßig hohen Gehalt an Lösungsmitteldämpfen hat. Auf diese Weise wird der Trocknungseffekt im Verdampfungsraum herabgesetzt Ferner ist in der DE-PS 27 25 252 angegeben, daß die bei der Entspannung in einer Expansionsturbine ireiwerdende Arbeit zurückgewonnen werden kann. Es fehlt jedoch ein Hinweis darüber, wo diese Arbeit nutzbringend eingesetzt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Anlage der vorstehend bezeichneten Art dahingehend zu verbessern, daß bei geringem apparativen Aufwand einerseits die bei der Entspannung des verdichteten, mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes anfallende Arbeitsleistung nutzbringend verwertet wird und andererseits der in den Verdampfungsraum zurückgeleitete Trägergasstrom möglichst arm an Lösungsmitteldämpfen ist
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Rückgewinnung von verdampften Lösungsmitteln, wobei ein in einem Verdampfungsraum mit Lösungsmitteldämpfen beladener Trägergasstrom zum Auskondensieren der Lösungsmitteldämpfe und Abscheiden der Lösungsmitte! verdichtet, abgekühlt und unter Arbeitsleistung entspannt wird, worauf der an Lösungsmitteldämpfen arme Trägergasstrom nach erneuter Erwärmung in den Verdampfungsraum zurückgeleitet wird; dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der Entspannung anfallende Arbeitsleistung in mechanischer Kopplung zusammen mit von außen zugeführter Arbeit zum Verdichten des mit den Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes verwendet
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der in einen Trägergaskr;islauf ein Verdampfungsraum, in welchem der erwärmte Trägergasstrom mit Lösungsmitteldämpfen beladen wird, ein Verdichter, eine Kühleinrichtung zum Auskondensiei en der Lösungsmitteldämpfe aus dem Trägergasstrom, eine Entspannungsmaschine, ein Lösungsmittelabschneider und ein von dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom durchströmter Wärmeaustauscher zum Wiedererwärmen desselben eingeschaltet sind; diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter mechanisch mit der Entspannungsmaschine und mit einer zusätzlichen äußeren Arbeitsmaschine gekoppelt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage nimmt der im Kreislauf geführte Trägerstrom im Verdampfungsraum (gewöhnlich einem Trockner) das verdampfte Lösungsmittel in hoher Konzerfvation auf, das ihm in der Kühleinrichtung durch Abkühlen und Auskondensieren wieder entzogen v-ird. Während bt) dem bekannten Verfahren der mit den LösungsiEiiteKüSmpinn br'adene Trägergassfom zwar verdichtet Bed pach de.-;·? /vLkOh-Un unter Arbeitsleistung entspannt wird, wird die Entspannungsarbeit nicht als Verdichtungsarbeit im Sysietn ausgenützt, während dies erfindungsgemäß der Fall ist Auf der Kompressionsstufe ist also nur uie Differenz der Verdächtungs- und Entspannungsarbeiten von außen, d. h. mit Hilfe einer zusätzlichen äußeren
!0 Arbeitsmaschine, zuzuführen, die zusammen mit der Entsparinungsmaschine mechanisch mit dem Verdichter gekoppelt ist Diese Differenz deckt den Arbeitsaufwand, der zur Trennung des Lösungsmitteldampfes vom Trägergasstrom sowie zum Überwinden der Verluste (Reibung, Abgabe von Kälte an die Umgebung) notwendig ist
Durch die Verdichtung wird die Teilchendichte im Gemisch aus Trägergasstrom und Lösungsmitteldämpfen erhöht Dadurch wird der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers erhöht Infolge des verminderten Gasvolumens können der Wärmeauväuscher und die anderen, unter Druck stehenden Aniager ;iie kompakt gehalten werden. Bei der Verdichtung und Entspannung findet schließlich keine chemische, insbesondere oxidative Beeinflussung der Lösungsmitteldämpfe statt im Gegensa« zu Rückgewinnungsverfahren, bei denen Adsorptionsmittel, wie Aktivkohle verwendet werden. Derartige Adsorptionsmittel können manchmal unter Bildung von schädlichen Zersetzungsprodukten auf die Lösungsmitteldämpfe einwirken. Da der Trägergasstrom ständig umgewälzt wird, würden sich diese Zersetzungsprodukte anreichern und in unerwünschter Weise mit den zu trocknenden Produkten bzw. mit den Anlageteilen reagieren. Ein bekannter Fall ist die Zersetzung von Chiorkohlenwasserstoffen an Aktivkohle in Gegenwart von Wasserdampf, wobei Chlorwasserstoff gebildet wird.
Als Entspannungsmaschine wird vorzugsweise eine Entspannungsturbine verwendet da diese einen höheren Wirkungsgrad hat und auch leichter mit dem Verdichter und dem Antriebsmotor für den Verdichter gekoppelt werden kann als beispielsweise eine Kolbenmaschine. Die zusätzliche Arbeitsmaschine stellt vorzugsweise einen Elektromotor dar.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei der Herstellung von flächigem Klebmaterial angewendet werden, wobei ein Klebstoff auf Papieroder Textilbahnen oder -bänder aufgetragen wird. Derartige Bänder können beispielsweise als technische Klebebänder oder als Bänder bzw. Bahnen für medizinische Zweck* (z. B. Heftpflaster) verwendet werden. Zum Aufbringen des Klebstoffes auf die Papieroder Textilbahn wird dieser mit Hilfe von flüssigen Lösungsmitteln in einen fließfähigen Zustand gebracht so daß er sich in hinreichend dünnen und gleichmäßigen Schichten aufbringen läßt. Beim Trocknen verdampft das Lösungsmittel. Hierzu verbleibt das Produkt während einer durch die Flüchtigkeit und die Menge des Lösungsmittels bestimmten Zeit in einem Verdampfungsraum in Kontakt mit dem Trägergas, das die Lösungsmitteldämpfe aufnimmt.
Die nachgehend angegebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Anlagen für diesen speziellen Verwendungszweck. Die Erfindung ist abei auch auf den ii-idcren, eingang' erwähnten Anwendungsgebieten mit Erfolg anwendbar.
Als Lösuiijsmittel für Klebstoffe sowie für viele andere Ari'vendungszwecke werden in der Regel
■ Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische verwendet, deren Dämpfe entzündlich sind. Zur Rückgewinnung derartiger Lösungsmitteldämpfe verwendet man daher erfindungsgemäß ein Trägergas mit einem unterhalb der Entzündungsgrenze liegenden Sauerstoffgehalt. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise von vornherein Inergase, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, verwenden; man kann aber auch den Sauerstoffgehalt von Luft durch Zumischen eines Inertgases soweit herabsetzen, daß die Entzündungsgrenze nicht mehr erreicht wird. In gewissen Fällen ist es auch möglich, Verbrennungsabgase mit einem niedrigeren Sauerstoffgehalt zu verwenden.
Die Entzündbarkeit der Lösungsmitteldämpfe ist aber nicht nur eine Funktion des Sauerstoffgehalts im Trägergas, sondern hängt auch von der Konzentration und der Art des l.ösungsmitteldampfes ab. So ist beispielsweise die Entzündungsgefahr bei niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen und Äihern größer als bei Halogenkohlenwasserstoffen. Die Entzündungseigenschaften verschiedener Lösungsmitteldämpfe sind aber bekannt, und es können die zulässigen Lösungsmitteldampfkonzentrationen und Sauerstoffgehalte aus der Literatur entnommen bzw. durch einfache Versuche festgestellt werden.
Die Verwendung eines inerten bzw. sauerstoffarmen Trägergasstromes bietet den Vorteil, daß der Trägergasstrom eine große Menge Lösungsmitteldämpfe aufnehmen kann, ohne daß die Gefahr einer Explosion auftritt. Auf diese Weise kann die umzuwälzende Trägergasmenge niedrig gehalten werden, so daß die zum Abkühlen bzw. Wiedererwärmen des Trägergases erforderliche Energiemenge reduziert werden kann.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht auf die Rückgewinnung von organischen Lösungsmitteln beschränkt: es können auch anorganische Lösungsmittel, wie Ammoniak und Schwefeldioxid, verwendet werden, desgleichen Lösungsmittel, die zwischen den anorganischen und den organischen Lösungsmitteln stehen, wie Schwefelkohlenstoff oder Tetrachlorkohlenstoff. Da diese Lösungsmittel (ausgenommen Schwefelkohlenstoff) unbrennbar sind, ist die Einhaltung einer bestimmten Sauerstoffkonzentration im Trägergas in diesen Fällen nicht erforderlich, d. h. man kann im einfachsten Fall Luft als Trägergas verwenden.
Eine Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens, u. a. auch im Hinblick auf die Anpassung der Anlage an unterschiedliche Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemische, ist auf verschiedene Weise möglich. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit des durch den Verdampfungsraum bewegten, zu trocknenden Materials variiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Geschwindigkeit des Trägergasstromes zu variieren. Zu diesem Zweck kann die Drehzahl des Antriebsmotors des Verdichters variiert werden. Ferner kann zu diesem Zweck eine Bypass-Regelung des Verdichters vorgenommen werden.
Eine besonders einfache Möglichkeit, die Temperatur des mit den Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes zu regeln, besteht darin, daß man diesen vor und/oder nach dem Verdichten in einen indirekten Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium bringt Zu diesem Zweck kann man zwischen dem Verdampfungsraum und dem Verdichter und/oder zwischen dem Verdichter und der Entspannungsrnaschine einer, indirekten Kühler einschalten. Durch Regelung des Kühlmittelflusses im Kühler bzw. in den Kühlern kann die Eintrittstemperatur des mit den Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes in den Verdichter und/oder in die Entspannungsmaschine bzw. die Eintrittstemperatur des an Lösungsmitteldümpfen armen Trägergasstromes in den Verdampfungsraum den jeweiligen Erfordernissen auf einfache Weise angepaßt werden.
Durch die Einschaltung eines zusätzlichen indirekten Kühlers zwischen Verdichter und Entspannungsmaschine kann erreicht werden, daß der an Lösungsmitteldämpfen arme Trägergasstrom mit einer niedrigeren und besser einstellbaren Eingangstemperatur in den Verdampfungsraum eintritt.
Der zusätzliche Kühler wird in der Regel dem von dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom durchströmten Wärmeaustauscher vorgeschaltet. Vorzugsweise kann dieser Kühler jedoch einem Wärmeaustauscher (»warmer« Wärmeaustauscher) vorgeschaltet und einem Wärmeaustauscher (»kalter« Wärmeaustauscher) nachgeschaiiet sein. Auf uiese Weise gciängi ein Trägergasstrom mit niedrigerer Temperatur in den Verdampfungsraum.
Wenn der mit den Lösungsmitteldämpfen beladene Trägergasstrom nach dem Austritt aus dem Verdichter in der Kühleinrichtung abgekühlt wird, kann bereits ein Teil der Lösungsmitteldämpfe auskondensieren, was u. a. vor. der Temperatur des als Kühlmittel verwendeten, an l.ösungsmittcldämpfen armen Trägergasstromes abhängt, es besteht beispielsweise die Möglichkeit, daß sich Wasser abscheidet, da sein Siedepunkt höher ist als der vieler organischer Lösungsmittel. Obwohl Wasser in den Lösungsmittelgemischen für die üblichen selbstklebenden K.'?bstoffe nicht verwendet wird, wird es dennoch in das System eingeschleppt, da es an den Papier- bzw. Textilbahnen adsorbiert ist. die als Unterlagen für das K'ebmatcria' verwfr<Jci werden. Es kann in einigeri Fällen sogar vorkommen, daß Has Wasser im kalten Teil des Wärmeaustauschers bzw. in der Entspannungsmaschine ausfriert und dabei die Strömungsquerschnitte verstopft bzw. die beweglichen Teile der Entspannungsmaschine beschädigt.
Um diese Gefahr zu begegnen, wird vorgeschlagen, daß man in den abgekühlten Trägergasstrom vor dem Entspannen ein wasserlösliches Lösungsmittel in flüssiger Form einspritzt. Wenn das Lösungsmittel im Wasser gelöst ist, ergibt sich oirie Lösung mit einem niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser, die flüssig bleibt.
Wenn das kalte Lösungsmittel nicht in Wasser löslich ist. schlägt sich Ja^ Wasser an der Oberfläche de~ '-alten Lösungsmitteltröpfchen nieder, und kann sich somit nicht an den festen Begrenzungen der Strömungswege abscheiden.
Diese Maßnahme wird apparativ so durchgeführt, daß zwischen Wärmeaustauscherund Entspannungsmaschine Einrichtungen zum Einspritzen des flüssigen Lösungsmittels in den Trägergasstrom vorgesehen sind.
Am zweckmäßigsten verwendet man zum Einspritzen
in den abgekühlten Trägergasstrom einen Teil des auskondensierten und im Lösungsmittelabscheider abgeschiedenen wasserlöslichen Lösungsmittels.
Wenn man den Weg der Einspritzung eines flüssigen Lösungsmittels nicht gehen will bzw. wenn die Gefahr besteht, daß die auskondensierte Flüssigkeit die beweglichen Teile der Entspannungsmaschine, z. B. die Beschaufelung der Entspannungsturbine, beschädigt, so
~ kann man einen Teil der Lösungsmitteldärnpfe vor der Entspannung aus dem abgekühlten Trägergasstrom auskondensieren und abscheiden. Zu diesem Zweck kann man zwischen dem Wärmeaustauscher und der
Entspannungsmaschine einen weiteren Losungsmittelabscheirier vorsehen.
Eine weitere Möglichkeit, die Temperatur des Trägergasstromes 7U regeln, besteht darin, daß man den unter Arbeitsleistung nur teilweise entspannten Trägergasstrom nochmals ohne Arbeitsleistung entspannt; zu diesem Zweck kann man vor dem Verdampfungsraum ein Entsr'annungsventil vorsehen. Dieses Entspannungsventil kam entweder am Eingang oder am Ausgang des Wärmeaustauschers vorgesehen sein. Mit Hilfe dieses Entspsnnungsventils kann beispielsweise auch eine Regelung in dem Sinn erfolgen, daß eine Vereisung in den Rohrleitungen zu der Entspannungsmaschine bzw. in der Entspannungsmaschine selbst verhindert wird.
Beim Durchgang durch das Entspannungsventil findet eine geringe weitere Abkühlung des Trägergasstromes statt, die in diesem Fall ohne Arbeitsleistung erfolgt. Der so entspannte Trägergasstrom kann nun, gegebenenfalls nach Abscheidung des auskondensierten Lösungsmittels, in indirektem Wärmeaustausch als Kühlgas fur den unter Arbeitsleistung entspannten Trägergasstrom verwendet werden. Zu diesem Zweck kann zwischen der Entspannungsmaschine und dem ersten Lösungsmittelabscheider ein weiterer, von dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom durchströmter Wärmeaustauscher eingeschaltet sein, wobei das Entspannungsventil dann unmittelbar vor diesem Wärmeaubiau ■ scher angeordnet ist.
Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage sind in der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig 1 eine Anlage mit nur einem Lösungsmittelabscheider und einem Kühler;
Fig. 2 eine Anlage mit einem Kühler und zwei Lösungsmittelabscheidern und einem zusätzlichen Wärmeaustauscher zwischen dem ersten Lösungsmittelabscheider und der Entspannungsmaschine;
Fig.3 eine Anlage mit einem zusätzlichen Kühler zwischen Verdichter und Entspannungsmaschine, wobei diesem Kühler ein Wärmeaustauscher vorgeschaltet und ein Wärmeaustauscher nachgeschaltet ist;
F i g. 4 eine Anlage mit einem zusätzlichen Kühler zwischen Verdichter und Entspannungsmaschine, wobei diesem Kühler nur ein Wärmeaustauscher nachgeschaltet isi.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist mit 10 eine Papier- oder Textilbahn angedeutet, die mit einem in einem Lösungsmittel gelösten Klebeüberzug versehen ist. Diese Bahn bewegt sich (mit Hilfe nicht dargestellter Antriebsmittel) in Pfeilrichtung durch den schematisch dargestellten Veidampfungsraum 12. Dieser ist weitgehend eingekapselt, so daß keine Lösungsmitteldämpfe in die Atmosphäre austreten können.
In den Verdampfungsraum wird im Gegenstrom zur Papier- oder Textilbahn ein warmer, an Lösungsmitteldämpfen armer Trägergasstrom 14 eingeleitet, z. B. ein Stickstoffstrom. Die Erwärmung dieses Trägergasstromes erfolgt in der nachstehend angegebenen Weise.
Der warme Trägergasstrom 14 durchströmt den Vc.üwi-.'^-T'ffsraiim 12 in Gegenrichtung zur Papieroder Textilbahn -^, -v_L ~i »r Hiese soweit erwärmt, daß das in der Klebstofflösung entnanent. LZ
verdampft (in der Zeichnung durch LM, ^
Der Trägergasstrom belädt sich hierbei mit Lösungsmitteldämpfen, wobei er sich infolge der Verdampfungswärme des Lösungsmittels abkühlt Bei Verwendung von η-Hexan als Lösungsmittel beträgt die Eintrittstemperatur des Gasstromes in den Verdampfungsraum 12 beispielsweise 1400C, und die Austrittstemperatur etwa 1000C. Der austretende, mit Lösungsmitteldämpfen beladene Trägergasstrom 16 tritt nun in einen Kühler 18 ein, der in indirektem Wärmeaustausch von einem Kühlmittel 20 durchströmt ist. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels und damit die Temperatur des mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes 16 kann mit Hilfe eines Drosselventils 22 geregelt werden. Im angenommenen Beispiel wird das Drosselventil 22 so eingestellt, daß der aus dem Kühler 18
ίο austretende Trägergasstrom eine Temperatur von etwa 34°C hat, während das Kühlmittel 20 von etwa 12 auf etwa 6TC erwärmt wird.
Zur weiteren Steuerung der Temperatur dieses Trägergasstromes kann ein Entspannungsventil 38 vorgesehen sein. Wenn der Trägergasstrom durch dieses Ventil hindurchtritt, findet eine weitere Abkühlung ohne Arbeitsleistung statt. Die Temperatur des Systems kann also nicht nur durch das Drosselventil 22, sondern auch durch das Entspannungsventil 38 auf einfache weise geregeii werden. Μάη kann mit diesen beiden Ventilen ohne Einschaltung weiterer Regeleinrichtungen das System den unterschiedlichsten Lösungsmittelkombinationen anpassen. Die am Entspannungsventil 38 auftretende Abkühlung des Trägerstromes wird bei der Alternative von Fig. 2 zur Kühlung des Trägergasstromes nach der Entspannungsturbine 30 verwendet, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.
Der abgekühlte Trägergasstrom tritt nun in den Verdichter 24 ein, in welchem er unter Temperaturerhöhung auf etwa 140° um einen Faktor von etwa 2,5 verdichtet wird. Nach dem Verdichter tritt der Trägergasstrom 16 in den Wärmeaustauscher 26 ein, in welchem er in indirektem Wärmeaustausch mit dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom 14 abgekühlt wird (im Beispiel auf etwa —10°). Im Wärmeaustauscher 26 kondensiert bereits ein Teil der Lösungsmitteldämpfe aus, und das mit 28 bezeichnete Gemisch aus teilweise mit Lösungsmitteldämpfen beladenem Trägergasstrom, flüssigen Lösungsmittelteilchen und gegebenenfalls Eisteilchen kann in die als Expansionsturbine ausgebildete Entspannungsmaschine 30 geleitet werden. Zweckmäßig schaltet man jedoch einen Vorabscheider vor (nicht dargestellt; ähnlich dem Abscheider 34), um die flüssigen und festen Teilchen zu entfernen. In der Entspannungsturbine 30 findet infolge der geleisteten Arbeit eine weitere Abkühlung des Trägergasstromes statt, und das mit 32 bezeichnete Gemisch aus an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom, flüssigen Lösungsmittelteilchen und gegebenenfalls Eisteilchen gelangt in den Lösungsmittelabscheider 34, in wehhem das Gemisch 32 aufgetrennt wird.
Der Verdichter 24 und die Entspannungsturbine 30 befinden sich zweckmäßig auf einer gemeinsamen Welle, die von einem Motor 36 angetrieben wird. Die in der Entspannungsturbine 30 gewonnene Arbeit kann also praktisch ohne Verluste zur Verdichtung des mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes 16 im Verdichter 24 ausgenützt werden. Der Motor 36 ist die einzige Energiequelle des Systems. Der aus dem Lösungsmittelabscheider 34 austretende, an Lösungs- -i'tteldämpfen arme Trägergasstrom 14 hat in dem angenommenen Ausführungsbeispiel eine Temperatur von etwa — 400C und durchströmt den Wärmeaustauscher 26 im indirekten Wärmeaustausch zu dem mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstrom 16. Hierbei wird ersterer auf etwa 1400C erwärmt, d. h. auf eine Temperatur, die zum Verdampfen des Lösungsmit-
tels im Verdampfungsraum 12 erforderlich ist.
Im Lösungsmittelabscheider 34 erfolgt, wie vorstehend gesagt, die Auftrennung des Gemisches in einen an Lösungsmittel armen Trägergasstrom 14 und flüssiges Lösungsmittel (gegebenenfalls im Gemisch mit festen Eisteilchen). Das flüssige Lösungsmittel wird durch die Leitung 40 abgezogen. Der Hauptteil des flüssigen Lösungsmittels wird zur Herstellung der Klebstotflösung verwendet. Zu diesem Zweck kann es erforderlich sein, das Wasser aus dem Lösungsmittel abzutrennen bzw. das Verhältnis zwischen den einzelnen Lösungsmittelkomponenten wieder auf das Ausgangverhältnis einzustellen. Im allgemeinen bleibt jedoch, nachdem sich ein stabiler Betriebszustand eingestellt hat, das Verhältnis zwischen den Lösungsmittelkomponenten konstant, da der Verdampfungsraum 12 soweit abgedichtet ist, daß während des Betriebs keine Lösungsmitteldämpfe entweichen. Die Rückführung der Hauptmenge des wiedergewonnenen Lösungsmittels ist durch die gestrichelte Linie 42 angedeutet.
Ein kleinerer Teil des wiedergewonnenen Lösungsmittels wird über die Leitung 44 zu einer Pumpe 46 geführt und mit Hilfe dieser Pumpe in den Wärmeaustauscher 26 und/oder in das Gemisch 28 vor der Expansionsmaschine 30 eingespritzt. Wie bereits vorstehend erwähnt, soll mit Hilfe dieses Lösungsmittelanteils eine Vereisung des Wärmeaustauschers 26, der Entspannungsmaschine 30 und der Verbindungsleitung 28 dadurch verhindert werden, daß das Lösungsmittel mit dem Wasser ein niedrigschmelzendes Gemisch bildet bzw. eine Abscheidung von Eis auf den kalten Lösungsmitteltröpfchen erfolgt. Die Lösungsmitteleinleitungen sind mit 48a bzw. 4Sbbezeichnet.
Die Ausführungsform nach F i g. 2 entspricht hinsichtlich der Reihenfolge der Einzelkomponenten bis zum Wärmeaustauscher 26 der Alternative von F i g. 1. Nach dem Wärmeaustauscher 26 ist jedoch ein zweiter Lösungsmittelabscheider 50 vor der Expansionsturbine 30 vorgesehen. Dieser Lösungsmittelabscheider dient in erster Linie zur Abscheidung des Wassers und der höhersiedenden Bestandteile des Lösungsmittelgemisches. Nach dem Passieren der Entspannungsturbine 30 wird das Gemisch 32 aus dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergas und flüssigen Lösungsmittel durch einen weiteren Wärmeaustauscher 52 geleitet und gelangt von da zum Lösungsmittelabscheider 34. Das Entspannungsventil 38 ist bei dieser Alternative unmittelbar hinter dem Lösungsmittelabscheider 34 angeordnet. Beim Durchtritt durch dieses Entspannungsventil kühlt sich der Trägergass.rom ohne Arbeitsleistung ab, wobei weitere» Lösungsmittel abgeschieden wird, das im Lösungsmittelabscheider 51 entfernt werden kann. Der abgekühlte Trägergasstrom 14 kann als Kühlmedium im zweiten Wärmeaustauscher 52 verwendet werden. Anschließend geht der an Lösungsmitteldämpfen arme Trägergasstrom als Kühlmedium durch den Wärmeaustauscher 26, in welchem er wie bei der ersten Äusführungsform a,uf die im Verdampfungsraum 12 erforderliche Temperatur erwärmt wird.
Durch die Einschaltung des zusätzlichen Lösungsmittelabscheiders 50 wird die Gefahr, daß die Beschaufelung der Entspannungsturbine 30 durch Lösungsmitteltröpfchen bzw. Eispartikel beschädigt wird, herabgesetzt Man kann aber trotzdem einen kleineren Teil des im Lösungsmittelabscheider 34 abgeschiedenen Lösungsmittel über die Leitung 44, die Pumpe 46 und die Leitungen 48a bzw. 486 in den Wärmeaustauscher bzw. in das Gas-Flüssigkeitsgemisch 28 einspritzen, um eine Vereisung des Wärmeaustauschers bzw. der Leitung 28 zu vermeiden.
Bei den in den Fig.3 und 4 dargestellten Ausführungsformen sind die Elemente, die mit den Elementen der Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 2 identisch bzw. äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Der wichtigste Unterschied besteht darin, daß dem Verdichter ein in.dirskter Kühler 25 nachgeschaltet ist. Mit Hilfe dieses indirekten Kühlers kann die Temperatur des an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstromes beim Eintritt in den Verdampfungsraum auf einfache Weise herabgesetzt werden, z. B. im Falle von η-Hexan auf etwa 70 bis 1000C. W-^nn man dieselbe Temperatursenkung bei den Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 2 erreichen wollte, müßte m&n den Trägergasstrom im Kühler 18 so weit abkühlen, daG seine Temperatur vor dem Eintritt in den Verdichter 24 nur etwa 10 bis 20°C betragen dürfte. Zu diesem Zweck müßte der Kühler 18 sehr grob ausgelegt werden, uurch die Einschaltung des Kühlers 25 kann ferner die Temperatur des Trägergasstromes über einen weiteren Bereich geregelt werden, und zwar durch eine entsprechende Betätigung des Kühlmittelvenfils 29. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist dem Kühler 25 ein Wärmeaustauscher 26a (»warmer« Wärmeaustauscher) vorgeschaltet und ein Wärmeaustauscher 266 (»kalter« Wärmeaustauscher) nachgeschaltet. Diese beiden Wärmeaustauscher werden von dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom durchströmt. Der Wärmeaustauscher 26a wird durch ein Bypass-Ventil 27 überbrückt. Wird dieses Ventil geöffnet, so geht ein Teil des Trägergasstromes in den Wärmeaustauscher 26a, wobei die Eingangstemperatur des Trägergasstromes in den Verdampfungsraum absinkt. Auch auf diese Weise ist eine einfache Temperaturregelung möglich.
Damit die Temperatur des mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes in dem »kalten« Wärmeaustauscher 26b konstant bleibt (im Falle von n-Hexan etwa 200C), muß bei geöffneten Ventil 27 der Massestrom des Kühlmediums durch den Zusatzkühler 25 vergrößert werden.
In Fig.3 ist vor der Ent'pannungsmaschine ein Lösungsmittelabscheider 50 eingeschaltet Dieser Lösungsmittelabscheider ist nur dann notwendig, wenn der Trägergasstrom eine hohe Konzentration an Lösungsmitteldämpfen enthält und die nach dem Wärmeaustauscher 26b ausgeschiedene Lösungsmittelmenge so groß ist, daß eine Beschädigung der Entspannungsmaschine 30 durch die Tröpfchen des Lösungsmittels zu befürchten ist.
Bei der Ausführungsform von F i g. 3 kann nach dem
Kühler 18 noch ein Ventil 23 vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die Strömungsgeschwindigkeit des mit den Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes geregelt werden kann.
Ferner ist am Abfluß des Lösungsmittelabscheiders 34 ein Abisii"cnti! 39 für das auskondensierte Lösungsmittel vergesehen. Dieses kann v«s : ei den Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 2 in der. Wärmeaustauscher 26Z> bzw. in den Kühler zurückgeleitet werden, wenn dort die Gefahr einer Eisbildung besteht
Aus F i g. 3 ist ferner erkennbar, daß der Motor über ein Getriebe 54 mit der gemeinsamen Weile zwischen Verdichter 24 und Entspannungsturbine verbunden ist Bei der Entspannungsturbine handelt es
sich vorzugsweise um eine solche mit Leitschaufelverstellung. Der Verdichter 24 ist vorzugsweise mit einer Dralldrossel versehen.
Die Ausfi'hrungsform nach F i g. 4 entspricht im ivesentlichen der Ausführungsform nach F i g. 3. Es ist lediglich nach dem Zusatzkühler 25 nur ein einziger Wärmeaustauscher 26 vorgesehen, d. h. es fehlt der vorgeschaltete Wärmeaustauscher 26a. Der Wärmeaustauscher 26 ist in entsprechender Weise wie der Wärmeaustauscher 26a von F i g. 3 durch ein Bypass-Ventil 27 überbrückt, so daß mit Hilfe dieses Ventils und
des Ventils 29 eine einfache Regelung der E-ntrittstem peratui des an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstromes in den Verdampfungsraum möglich ist.
Auch bei der Ausfühiungsform narh Fi g. 4 kann vor der Entspannungsmaschine 30 ein Lösungsmiueiabscheioer ähnlich dem Abscheider 50 von Fig.3 vorgesehen sein. Ferner kann das im Lösungsmittelabscheider 34 abgeschiedene Lösungsmittel über das Ablaßventil 39 abgezogen und teilweise wieder zurückgeführt werden, wenn im Wärmesüistauschpr 26 die Gefahr einer Vereisung besteht.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Rückgewinnung von verdampften Lösungsmitteln, wobei ein in einem Verdampfungsraum mit LösangsmJtteidämpfen beladener warmer Trägergassirom zum Auskondensieren der Lösungsmitteldämpfe und zum Abscheiden der Lösungsmittel verdichtet, abgekühlt und unter Arbeitsleistung entspannt wird, worauf der an ■■■ Lösungsmitteldämpfen arme Trägergasstrom nach· erneuter Erwärmung in den Verdampfungsraum zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der Entspannung anfallende Arbeitsleistung in mechanischer Kopplung zusammen mit von außen zugeführter Arbeit zum Verdichten des mit den Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes verwendet
2. Verfahren nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägergas ein Inertgas oder ein Gas nut einem unterhalb der Entzündungsgrenze der Lösungsmitteldämpfe liegenden Sauerstoffgehalt verwendet
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur des mit den Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes vor und/oder nach dem Verdichten durch indirekten Wärmeaustausch mit einem externen Kühlmedium einstellt
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der in einen TrägergaskriMslauf ein Verdampfungsraum, in welchem der erwärmte Trägergasstrom mit Lösungsmitteldämpfen beladen wird, ein Verdichter, eine Kühleinrichtung zum Auskondensieren der Lösungsmitteldämpfe aus dem T. ägergasstrom, eine Entspannungsmaschine, ein Lösungsmittelabschneider und ein von dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom durchströmter Wärmeaustauscher zum Wiedererwärmen desselben eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (24) mechanisch mit der Entspannungsmaschine (30) und mit einer zusätzlichen äußeren Arbeitsmaschine (36) gekoppelt ist
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsmaschine (30) eine Entspannungsturbine und die zusätzliche Arbeitsmaschine (36) einen Elektromotor darstellt
6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verdampfungsraum (12) und dem Verdichter (24) und/odc- zwischen dem Verdichter (24) und der Entspannungsmaschine (30) ein indirekter Kühler (18,25) zur Regelung der Temperatur des mit Lösungsmitteldämpfen beladenen Trägergasstromes eingeschaltet ist
';, Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Entspannungsmaschine (30) und einem ersten Lösungsmittelabscheider (34) ein weiterer, von dem an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstrom durchström- ter Wärmeaustauscher (52) eingeschaltet ist, daß ein Entspannungsventil (38) unmittelbar vor diesem Wärmeaustauscher angeordnet ist und daß nach dem Entspannungsventil (38) ein Lösungsmittelabscheider (51) vorgesehen ist.
Die Erfindungs betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Rückgewinnung von Lösungsmitteln,
Bei den bekannten Verfahren und Anlagen, die beispielsweise in »Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie«, Bd. 1 (1951), Seite 338 beschrieben wird, wird ein in einem Verdampfungsraum mit Lösungsmitteldämpfen beladener Trägergasstrom zum Auskondensieren der Lösungsmitteldämpfe und zur Abscheidung der Lösungsmittel abgekühlt, worauf der an LÖsungs-' mitteldämpfen arme Trägergasstrom nach erneuter Erwärmung in den Verdampfungsraum zurückgeleitet wird. Die Lösungsmitteldämpfe werden hierbei nicht vollständig aus dem Trägergasstrom auskondensiert; es verbleibt im Trägergasstrom noch eine gewisse Restmenge an Lösungsmitteldampf, die dem Dampfdruck des Lösungsmittels bei der Temperatur des Kühlmittels entspricht Um Lösungsmittelverluste zu vermeiden, führt man den Trägergasstrom daher im Kreislauf. Die Aufnahmefähigkeit des an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstromes für Lösungsmitteldänspfc wird hierdurch zwar etwas herabgesetzt, was jedoch für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ohne Belang ist
Das Verfahren eignet sich ganz allgemein zur Trennung von flüchtigen Lösungsmitteln von unverdampfbaren Substraten.
Ein Anwendungsgebiet ist die Entfernung von Lösungsmittelresten aus chemischen Substanzen, die unter Verwendung von Lösungsmitteln hergestellt oder gereinigt wurden. Weitere Anwendungsgebiete liegen auf dem Farben- und Lacksektor, auf dem Sektor der chemischen Reinigung von Textilien, auf dem Film- und Foliensektor, dem Kautschukverarbeitungssektor und dem Klebstoff- und Klebmaterialiensektor.
Bei den bekannten Anlagen sind im allgemeinen getrennte Kühleinrichtungen zum Auskondensieren der Lösungsmitteldämpfe und Einrichtungen zum Wiedererwärmen des an Lösungsmitteldämpfen armen Trägergasstromes vorgesehen, wodurch einerseits beträchtliche Mengen an Kühlmedium benötigt werden und andererseits ein hoher Energiebedarf erforderlich ist um das an Lösungsmitteldämpfen arme Trägermedium wieder zu erwärmen. Diese Wiedererwärmung des Trägergasstromes ist notwendig, damit sich dieser im Verdampfungsraum schnell wieder mit einer ausreichenden Menge Lösungsmitteldampf beladen kann, d. h. daß das Substrat schneller getrocknet wird.
Man könnte nun versuchen, eine Energieeinsparung dadurch zu erreichen, daß man das Kühlmedium, das sich beim Durchlaufen der Kühleinrichtung erwärmt hat, zum Wiedererwärmen des an Lösungsmitteldämpfcn armen Trägergasstromes zu verwenden, d. h. das Kühlmittel im Gegenstrom zum Trägergasstrom zu führen. Es ist jedoch ohne weiteres einzusehen, daß man auf diese Weise dem Trägergasstrom nur einen geringen Bruchteil der Wärme wieder zuführen kann, die man ihm zuvor in der Kühleinrichtung entzogen hat Wegen der verhältnismäßig geringen Temperaturunterschiede zwischen Trägergas und Kühlmedium müssen die Kühleinrichtung und die Einrichtung zum Wiedererwärmen des Trägergasstromes mit großen Wärmeaustauschflächen versehen werden.
Das Verfahren ist also nicht nur wegen seines hohen Energie- und Kuhlmittelverbrauchs, sondern auch wegen seines hohen apparativen Aufwandes nachteilig. Aus der DE-PS 27 25 252 ist ferner eine Anlage zur Lösungsmittelrückgewinnung aus einem mit Lösungsmitteldämofen beladenen warmen Trägergasstrom
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