ITPD20100322A1 - Metodo e impianto di deumidificazione di materiale in forma granulare - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

Forma oggetto della presente invenzione un metodo ed un impianto di deumidificazione di materiale in forma granulare, in particolare materiale granulare costituito da una o più materie plastiche.

Stato della tecnica

Nella lavorazione delle materie plastiche riveste una notevole importanza il trattamento di deumidificazione dei granuli di materia plastica effettuato prima della loro fusione.

Come à ̈ noto, le materie plastiche in forma granulare, a causa delle loro igroscopicità, contengono molecole d’acqua. Nella fase di fusione le molecole d’acqua possono insinuarsi nelle catene molecolari dei polimeri e romperle. Questo provoca nei manufatti finali difetti superficiali, soffiature e disomogeneità sia strutturali che di colorazione, a discapito della qualità del prodotto finale.

Le materie plastiche in granuli da sottoporre a deumidificazione vengono tipicamente stoccate in tramogge collegate a tenuta di fluido ad uno o più dispositivi generatori di aria calda e secca denominati in gergo “dryer†, che provvedono ad insufflare aria calda e secca nella tramoggia.

Una volta entrata in tramoggia, l’aria secca (in seguito denominata “aria di processo†) attraversa in tutto od in parte la massa di granuli di materiale plastico da deumidificare, asporta l’umidità in essi contenuta e fuoriesce dalla tramoggia attraverso un apposito condotto di uscita.

Come à ̈ noto, il raggiungimento del grado di deumidificazione desiderato per un dato materiale plastico granulare, che sarà in seguito sottoposto a fusione in una macchina trasformatrice, dipende da molti fattori, in particolare il tempo di residenza del materiale granulare entro la tramoggia di deumidificazione, la portata specifica di aria di processo (in seguito denominata anche come “airflow specifico†) inviata alla tramoggia, la temperatura di trattamento e il comportamento termo-fluidodinamico legato all’interazione tra la corrente di aria di processo ed il materiale plastico granulare, dipendente dalla geometria della tramoggia.

Si specifica che con tempo di residenza τ si intende il rapporto tra la quantità di materialeall’interno della tramoggia e la produzione oraria Mimposta dalla macchina trasformatrice.

In base al grado di deumidificazione richiesto per un dato materiale granulare da trattare, i granuli di materiale dovranno sostare all’interno della tramoggia per un determinato e specifico intervallo di tempo, ad una determinata temperatura di processo, tale da permettere la diffusione delle molecole d’acqua dall’interno dei granuli all’esterno.

Come à ̈ noto la prassi prevede che il tempo di permanenza del materiale granulare da trattare venga fissato a priori in base a valori tabulati in letteratura, variabili a seconda del tipo di materiale. Sulla base del tempo di permanenza presunto e della produzione oraria di materiale da trattare (imposta dalla macchina trasformatrice alla quale deve essere asservita la tramoggia) si calcola il volume della tramoggia. Da ciò deriva che il tempo di permanenza non può essere considerata una variabile del sistema, ma à ̈ piuttosto un parametro prefissato.

Per modificare il grado di umidità residua che il materiale granulare presenta al termine del trattamento di deumidificazione si interviene sulle caratteristiche dell’aria di processo, andando a modificare la portata specifica (o airflow specifico), la temperatura e/o la temperatura di punto di rugiada (o dewpoint).

A questo proposito si ricorda che la temperatura di punto di rugiada à ̈ definita come la temperatura alla quale, a pressione costante, l'aria (o, più precisamente, la miscela aria-vapore) diventa satura di vapore acqueo. La temperatura di punto di rugiada à ̈ ovviamente associata all’umidità relativa del flusso d’aria.

Tradizionalmente, il processo di deumidificazione viene quindi gestito sulla base di condizioni standard presentate in letteratura per i diversi tipi di materiali da trattare.

A causa della variabilità delle condizioni in cui avviene il processo di deumidificazione all’interno della tramoggia (ad esempio, legata alla termofluidodinamica interna alla tramoggia) le deumidificazioni può non risultare del tutto soddisfacente, con gradi di umidità residua nel materiale trattato superiori a quelli massimi accettabili.

Generalmente, per ovviare a questo problema si tende prudenzialmente ad aumentare la capacità deumidificante dell’aria di processo rispetto alle condizioni standard previste, aumentando la portata specifica e la temperatura e/o diminuendo il contenuto di umidità dell’aria di processo (i.e. abbassando la temperatura di punto di rugiada). Ciò ha ovviamente come conseguenza un diminuzione dell’efficienza energetica del processo.

Sono state proposte soluzioni impiantistiche che prevedono di regolare le variabili del sistema in base al grado di umidità residua rilevato sul materiale in uscita della tramoggia, dopo il trattamento di deumidificazione, come insegnato nella domanda di brevetto statunitense pubblicata con il n° US2007/0277392.

Più in dettaglio, in corrispondenza della bocca di scarico della tramoggia à ̈ posizionato un sensore di rilevazione dell’umidità del materiale granulare, così da regolare in retroazione le variabili di processo.

Questo sistema, pur migliorando la gestione del processo di deumidificazione, non risulta però ancora del tutto soddisfacente. La regolazione proposta non permette infatti di avere un beneficio istantaneo sulla qualità del materiale trattato. Il materiale in uscita dalle tramogge può dunque non rientrare negli intervalli di tolleranza richiesti.

Inoltre, à ̈ facilmente soggetta a fenomeni di instabilità. Può infatti accadere che a causa delle variabilità delle condizioni in cui avviene il processo, dovuta sia alle caratteristiche del materiale granulare trattato, sia della termo-fluidodinamica, gli aggiustamenti ai parametri imposti dal sistema risultino opposti a quelli effettivamente necessari.

Presentazione dell'invenzione Pertanto, scopo della presente invenzione à ̈ quello di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota sopra descritta, mettendo a disposizione un metodo di deumidificazione di materiale in forma granulare, che permetta di portare il materiale granulare a valori di umidità residua corrispondenti a quelli prestabiliti anche in presenza di variabilità nelle condizioni di processo.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un metodo di deumidificazione per materiali in forma granulare, che permetta di mantenere un’elevata l’efficienza energetica anche in presenza di variabilità nelle condizioni di processo.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un impianto di deumidificazione per materie plastiche granulari, che permetta di portare il materiale granulare a valori di umidità residua corrispondenti a quelli prestabiliti anche in presenza di variabilità nelle condizioni di processo

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un impianto di deumidificazione per materie plastiche granulari, che abbia un’elevata efficienza energetica al variare delle condizioni operative.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un impianto di deumidificazione per materie plastiche granulari, che sia di semplice ed economica realizzazione.

Breve descrizione dei disegni Le caratteristiche tecniche dell'invenzione, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una o più forme di realizzazione puramente esemplificative e non limitative, in cui:

- la Figura 1 mostra uno schema di un impianto di deumidificazione realizzato in accordo ad una prima forma realizzativa dell’invenzione;

- la Figura 2 mostra uno schema di un impianto di deumidificazione realizzato in accordo ad una seconda forma realizzativa dell’invenzione; e

- la Figura 3 mostra un diagramma di flusso della logica di controllo utilizzata nel metodo di deumidificazione secondo una forma preferita di applicazione dell’invenzione.

Descrizione dettagliata

La presente invenzione concerne sia un metodo sia un impianto di deumidificazione di materiali in forma granulare, in particolare materie plastiche granulari.

Qui e nel seguito della descrizione e delle rivendicazioni con il termine “granulare†si intende includere genericamente materiali di qualsiasi forma, ad esempio in forma di granuli, polvere o scaglie. Sono quindi incluse anche scagliette, piccole lamine o piastrine prodotte dalla macinazione-frantumazione di materiale plastico in lastra, foglio, pellicola o film e similari.

Nella descrizione e nelle rivendicazioni si farà riferimento ad un flusso d’aria come fluido di processo per effettuare la deumidificazione del materiale granulare. Resta inteso che con questa espressione non ci si vuole limitare all’utilizzo solo dell’aria, ma si vuole ricomprendere l’utilizzo anche di altri fluidi di trattamento adatti allo scopo.

Con il termine “tramoggia†si intende invece qualsiasi tipo di contenitore, non di rado denominato anche silo, variamente configurato in sezione trasversale, ad esempio a sezione circolare, quadrata, o rettangolare, e terminante inferiormente con un tratto rastremato dotato di apposita bocca di scarico, solitamente controllata da apposita valvola di scarico.

Per semplicità di esposizione verrà descritto prima l’impianto e successivamente il metodo di deumidificazione secondo l’invenzione.

L’impianto secondo la presente invenzione viene complessivamente indicato con 1 nelle figure allegate.

In accordo ad una forma realizzativa generale dell’invenzione, l’impianto 1 di deumidificazione comprende:

- almeno una tramoggia 10 per il contenimento di materiale granulare da deumidificare avente una bocca di alimentazione 11 e una bocca di scarico 12;

- almeno un generatore di aria secca 20 fluidicamente collegato a mezzi 30 per distribuire l’aria secca internamente alla tramoggia 10.

Vantaggiosamente, l’impianto 1 può anche essere del tipo multi tramoggia. In tal caso la regolazione del flusso d’aria secca richiesto per ogni tramoggia potrà essere regolata mediante una valvola posizionata sul condotto di mandata relativo ad ogni tramoggia, come insegnato nella domanda di brevetto europeo pubblicato con il n. EP 2224196 a nome dello stesso richiedente.

Preferibilmente, come illustrato nelle Figure 1 e 2, l’impianto 1 comprende almeno un dispositivo alimentatore (o ricevitore) 13 mediante il quale il materiale granulare viene caricato alla tramoggia 10 fino ad un livello prestabilito. Il dispositivo alimentatore 13 à ̈ uno dei terminali di un sistema di trasporto pneumatico (ad esempio in depressione) del materiale granulare, collegato a uno o più silos di stoccaggio del materiale (non illustrati).

Il generatore di aria secca 20 può essere di tipo qualsiasi. Preferibilmente, il generatore di aria secca 20 à ̈ del tipo comprendente mezzi adsorbenti, ad esempio a setacci molecolari. Il generatore può essere del tipo a monotorre oppure del tipo a due o più torri 26 con mezzi adsorbenti (come illustrato nelle figure 1 e 2) che si alternano in fase di rigenerazione e in fase di esercizio.

Il generatore à ̈ provvisto di mezzi di ventilazione 21 (ad esempio una soffiante) atti a generare un flusso d’aria attraverso i mezzi adsorbenti da inviare all’interno delle tramoggia dopo essere stato deumidificato. I mezzi di ventilazione (di pressurizzazione o di pompaggio aria) sono costituiti, ad esempio, da una o più soffianti 21, dotate di mezzi di variazione di velocità di rotazione 22 di un tipo adatto qualsiasi, preferibilmente di tipo elettronico, ad esempio un inverter di un tipo adatto qualsiasi, il quale à ̈ destinato a far variare la frequenza di alimentazione al motore della soffiante 21, così da poter modulare la portata del flusso d’aria secca generato.

Il generatore 20 à ̈ fluidicamente collegato alla tramoggia 10 tramite un condotto di mandata 23 che sfocia in un inserto diffusore 30 (che costituisce i suddetti mezzi di distribuzione dell’aria) collocato all’interno della tramoggia 10.

Più in dettaglio, tale inserto diffusore 30 può essere costituito da una tubazione 31 che à ̈ collegata ad una estremità al condotto di mandata 23 e che porta all’altra estremità un cono diffusore 32 disposto nella zona inferiore della tramoggia stessa. Il diffusore à ̈ provvisto di una pluralità di fori, attraverso i quali l’aria secca (e calda) viene immessa nella tramoggia e diffusa in una molteplicità di direzioni così da investire e quindi deumidificare tutto il materiale granulare stoccato all’interno della tramoggia. Il flusso d’aria à ̈ in controcorrente rispetto al flusso di materiale granulare in uscita dalla tramoggia, per garantire il massimo grado di deumidificazione possibile al materiale prossimo alla lavorazione.

Preferibilmente, lungo il condotto di mandata 23 à ̈ disposto un gruppo di riscaldamento 24 preposto a portare il flusso d’aria alla temperatura di trattamento prevista.

Una volta che il flusso d’aria ha attraversato il materiale plastico granulare (dal basso verso l’alto) e ha raggiunto la sommità della tramoggia, l’aria esausta (vale a dire carica di umidità assorbita dal materiale granulare) entra in un condotto di ritorno 25, per poi essere nuovamente fatta ritornare al generatore di aria secca 20.

In accordo alla forma realizzativa dell’impianto 1 illustrata nelle Figure 1 e 2, il generatore di aria secca 20 à ̈ disposto in prossimità della tramoggia 10 e quindi in prossimità della macchina di lavorazione M alla quale la tramoggia à ̈ asservita. Tale situazione può verificarsi, ad esempio, nel caso in cui si preveda per ciascuna tramoggia un sistema di deumidificazione indipendente con relativo generatore di aria secca. In accordo a forme realizzative alternative non illustrate nelle Figure allegate, à ̈ possibile prevedere che il generatore 20 sia posizionato lontano dalla tramoggia in una zona dedicata.

Secondo un aspetto essenziale dell’invenzione, l’impianto di deumidificazione 1 comprende almeno un primo dispositivo 40 di misurazione dell’umidità nel materiale granulare.

Tale primo dispositivo 40 à ̈ disposto in corrispondenza della bocca di alimentazione 11 della tramoggia 10 per misurare il grado di umidità iniziale del materiale granulare in ingresso alla tramoggia 10.

Come sarà ripreso più avanti descrivendo il metodo di deumidificazione secondo la presente invenzione, la presente invenzione si basa sul fatto che da un punto di vista operativo à ̈ fondamentale considerare il grado di umidità iniziale c0del materiale in entrata alla tramoggia per poter controllare e regolare in modo adeguato il processo di deumidificazione.

Ciò va nella direzione opposta a quella finora seguita nella tecnica nota, dove per ciascun tipo di materiale granulare si considerava costante il grado di umidità iniziale e al massimo (come nella già citata domanda statunitense US2007/0277392) si implementava un controllo in retroazione sul grado di umidità residuo cf del materiale granulare in uscita dalla tramoggia, con tutti i limiti già esposti.

Sperimentalmente, la richiedente ha potuto verificare che variazioni del grado di umidità iniziale c0nel materiale granulare dello stesso tipo non sono così infrequenti e possono portare nel migliore dei casi a eccessivi consumi energetici e nel peggiore dei casi a materiali in uscita dalla tramoggia non adeguatamente deumidificati.

A parità di condizioni di trattamento di deumidificazione, materiali granulari con umidità iniziale differenti comportano tempi di rilascio differenti dell’umidità. Se il materiale da trattare ha un contenuto d’umidità iniziale maggiore rispetto allo standard si dovrà fornire al suddetto materiale granulare un’energia maggiore, aumentando ad esempio la portata d’aria e/o la temperatura di processo. Viceversa se il materiale di partenza da trattare ha un contenuto d’umidità minore allo standard si potrà diminuire l’energia da fornire al sistema diminuendo la portata d’aria e/o la temperatura di processo, ottenendo così un risparmio energetico.

A tale scopo, l’impianto 1 comprende almeno un’unità elettronica di gestione e controllo 50 che regola il funzionamento del generatore di aria secca 20 sulla base dei valori di umidità iniziale del materiale granulare misurati dal suddetto primo dispositivo 40 in funzione di prefissati valori di umidità residua che il materiale granulare deve avere in uscita dalla tramoggia 10.

Preferibilmente, la suddetta unità elettronica di gestione e controllo 50 regola il funzionamento del generatore di aria secca 20 per variare il valore della portata specifica di aria secca inviata alla tramoggia e/o la temperatura di detta aria secca e/o il contenuto di umidità di detta aria secca secondo una logica di risparmio energetico.

In particolare, la portata specifica viene variata agendo sui mezzi di ventilazione 21 tramite i mezzi 22 di variazione della velocità. Il contenuto di umidità del flusso d’aria secca (misurato con la temperatura di punto di rugiada o dewpoint, Tdew) può essere regolato variando opportunamente la portata di aria che passa attraverso i mezzi adsorbenti, ad esempio facendo bypassare le torri di deumidificazione a setacci molecolari ad una parte del flusso di aria. La temperatura del flusso d’aria à ̈ regolata agendo sul gruppo di riscaldamento.

In accordo ad una soluzione realizzativa preferita illustrata nella Figura 2, l’impianto 1 comprende almeno un secondo dispositivo 60 di misurazione dell’umidità nel materiale granulare.

Tale secondo dispositivo 60 à ̈ disposto in corrispondenza della bocca di scarico 12 della tramoggia 10 per misurare il grado di umidità residua del materiale granulare in uscita dalla tramoggia 10.

Operativamente, come sarà ripreso più avanti descrivendo il metodo secondo la presente invenzione, la suddetta unità elettronica di gestione e controllo 50 regola il funzionamento del generatore di aria secca 20 anche sulla base dei valori di umidità residua del materiale granulare misurati dal primo dispositivo 40.

I due dispositivi di misurazione del contenuto d’umidità 40, 60 possono essere basati su uno o più dei diversi metodi di misura, conosciuti nello stato della tecnica, quali: risonanza a microonde, spettrometria ad infrarosso o vicino all’infrarosso, analizzatori a risonanza magnetica nucleare, metodi conduttometrici, metodi dielettrici, metodi manometrici, etc.

Preferibilmente, i due dispositivi di misurazione 40, 60 sono del tipo a risonanza a microonde.

Più in dettaglio, il dispositivo di misurazione a risonanza di microonde può essere composto da un risonatore aperto a λ/4 o λ/2 con modo di propagazione che possieda sia il campo elettrico, sia quello magnetico nel piano trasversale alla direzione di propagazione (TEM).

Il materiale granulare (prima di entrare in tramoggia, o dopo essere uscito dalla tramoggia) attraversa la camera o cavità risonante, che nel caso del primo dispositivo 40 à ̈ posta ad esempio tra l’alimentatore e la sommità della tramoggia. Tale camera o cavità risonante potrà essere a sezione circolare, quadrata, rettangolare o qualsiasi altra forma conosciuta nello stato della tecnica. Più in dettaglio, il dispositivo 40, 60 può essere vantaggiosamente dotato di una serranda (non illustrata nelle Figure) atta a chiudere inferiormente la camera così da permettere ad un campione di materiale di sostare al suo interno ed effettuare una misura di tipo statico. Nel seguito con l’espressione “camera chiusa†si vuole intendere questa modalità di utilizzo del dispositivo.

L’accoppiamento tra il campo elettromagnetico, operante nell’intervallo delle frequenze delle microonde, ed il materiale granulare di passaggio all’interno della camera o cavità risonante determina una frequenza f di risonanza ed il fattore di merito Q per il detto risonatore, i quali sono in relazione con il valore di umidità del materiale di passaggio.

Una misura di umidità del materiale granulare in linea, prima o al termine del trattamento di deumidificazione, eseguita con un dispositivo del tipo sopra descritto, porta notevoli vantaggi, in particolare una misura non invasiva sul materiale da trattare (le radiazioni elettromagnetiche non portano nessun tipo di degradazione sul polimero) e tempi di misura istantanei nell’ordine di qualche secondo.

Vantaggiosamente, i due dispositivi di misurazione 40 e 60 possono operare su intervalli di misura differenti. In particolare, il primo dispositivo di misurazione 40 Ã ̈ impostato per operare su un intervallo di misura con valori maggiori rispetto al secondo dispositivo di misurazione 60.

Tale scelta à ̈ particolarmente utile quando si trattano materiali che possono partire con gradi di umidità relativamente alti per poi arrivare a valori, dopo il trattamento di deumidificazione, moto bassi come ad esempio nel caso del PET. Con questo tipo di polimero l'umidità iniziale può partire da 3000 ppm per arrivare dopo il trattamento a valori inferiori ai 50 ppm. Di conseguenza il primo dispositivo 40, posizionato in sommità alla tramoggia sulla bocca di alimentazione, avrà un intervallo di misura differente rispetto a quello posizionato sotto la bocca di scarico.

Vantaggiosamente, sia il primo, sia il secondo dispositivo 40 e 60 possono essere dotati di una serranda di un tipo adatto qualsiasi, ad esempio pneumatica, per l'esecuzione delle misure in maniera statica.

Considerato che, nel caso si utilizzi un dispositivo a risonanza a microonde, l'umidità del materiale à ̈ relazionata con il fattore di merito Q e la frequenza di risonanza e considerato che queste grandezze a loro volta dipendono da quanto materiale c'à ̈ all'interno della camera o cavità risonante, si comprende che l'errore che si commette eseguendo una misura su materiale statico à ̈ inferiore rispetto all'errore della misura che si commette durante il passaggio del materiale. Operativamente, à ̈ quindi preferibile chiudere la serranda posizionata sotto la camera o cavità risonante, eseguire la misura ed aprire la serranda per far scorrere il materiale, in modo da essere pronti per una nuova misura.

Verrà ora descritto il metodo di deumidificazione secondo la presente invenzione. Nella descrizione si farà riferimento all’impianto di deumificazione 1 secondo l’invenzione appena descritto e si utilizzeranno pertanto gli stessi riferimenti numerici.

In accordo ad una forma di implementazione generale della presente invenzione, il metodo di deumidificazione di materiale in forma granulare, in particolare di materie plastiche, comprende le seguenti fasi operative:

a) predisporre un impianto di deumidificazione 1 comprendente almeno una tramoggia 10 di contenimento del materiale granulare da deumidificare, avente una bocca di alimentazione 11 e una bocca di scarico 12, e almeno un generatore di aria secca 20 fluidicamente collegato a mezzi 30 per distribuire un flusso di aria secca all’interno della tramoggia (10);

b) caricare materiale granulare nella tramoggia attraverso la suddetta bocca di alimentazione 11;

c) misurare il grado di umidità iniziale C0 del materiale granulare in ingresso alla tramoggia 10;

d) calcolare sulla base dei valori misurati di umidità iniziale C0del materiale granulare la capacità deumidificante necessaria al flusso di aria secca che deve fluire attraverso la tramoggia per ottenere prefissati valori di umidità residua nel materiale granulare in uscita dalla tramoggia, essendo fissato il tempo di residenza del materiale granulare in tramoggia;

e) generare un flusso di aria secca attraverso la tramoggia 10 con la capacità deumidificante calcolata nella fase d) di calcolo.

Si precisa che con “generatore di aria secca†si intende comprendere in generale non solo i mezzi di deumificazione dell’aria (ad esempio le torri adsorbenti) e i relativi mezzi di ventilazione (ad esempio soffianti e variatori di velocità), ma anche i mezzi riscaldanti che regolano la temperatura del flusso d’aria secca (ad esempio il gruppo riscaldante 24). Resta inteso che l’attivazione del generatore di aria secca 20 non necessariamente impone l’attivazione anche dei mezzi riscaldanti 24.

Come già accennato in precedenza, contrariamente a quanto finora applicato nella tecnica nota del settore, la presente invenzione si basa sul fatto che per condurre il processo di deumidificazione di un materiale granulare in modo efficace ed efficiente à ̈ fondamentale considerare l’effettivo e reale grado di umidità iniziale c0 del materiale in entrata alla tramoggia.

In altre parole, si à ̈ potuto verificare che non à ̈ sufficiente controllare solo le variabili di processo quali portata specifica del flusso d’aia secca, temperatura e contenuto di umidità del flusso d’aria, ma à ̈ essenziale considerare la variabilità introdotta dal grado di umidità iniziale c0del materiale in entrata alla tramoggia.

Se si traccia l’andamento del valore di umidità residua cfdel materiale in funzione del tempo di permanenza τ del materiale in tramoggia, assumendo come costanti le suddette variabili di processo (portata specifica k, temperatura di processo T, temperatura di punto di rugiada o dew point Tdew), si noterà come le curve varino in funzione del valore di umidità iniziale c0 del materiale.

Se il materiale da trattare ha un’umidità iniziale c01, deumidificandolo ad una temperatura di processo T0, con una portata d’aria specifica k0e una temperatura di dew point Td0, il materiale, dopo un tempo di residenza τ, uscirà dalla tramoggia di trattamento con un’umidità finale cf1. Diversamente, se il materiale di partenza ha un’umidità iniziale c02 > c01, per ottenere lo stesso grado di umidità residua finale Cf01 con lo stesso tempo di residenza τ si dovrà aumentare la portata d’aria specifica k0e/o aumentare la temperatura di processo T0e/o diminuire la temperatura di dew point Tdew del flusso d’aria secca.

Operativamente, durante la fase b) di caricamento del materiale granulare si procede con la fase c) di misura del grado di umidità iniziale c0 del materiale granulare. In base ai valori rilevati durante il caricamento, in funzione del valore di umidità residua cf da ottenere e del prefissato tempo di permanenza τ in tramoggia si elaboreranno i dati (preferibilmente in modo automatico mediante una unità di gestione e controllo 50, CPU) calcolando i valori corretti delle variabili di processo (portata specifica k, temperatura T, e contenuto di umidità) ed attivando opportunamente il generatore di aria secca 20 (intendendosi quindi i mezzi di ventilazione e, se necessario, i mezzi riscaldanti).

In particolare in base ai valori rilevati di umidità iniziale c0, il generatore 20 fornirà aria deumidificata ad una portata Q dipendente dallaproduzione orariaM(imposta dalla macchinatrasformatice M, servita dalla tramoggia), secondo la seguente formula:

Q=M â‹… k

dove k à ̈ la portata d’aria specifica, la quale dipenderà come già detto dal valore di umidità iniziale c0e dal tipo di materiale, mediante una correlazione o algoritmo. A tale scopo si attiveranno opportunamente i mezzi di ventilazione 21, regolando la portata specifica tramite i mezzi di variazione di velocità 22.

In base ai valori delle variabili di processo, si potranno attivare (se necessario) i mezzi 24 di riscaldamento del flusso d’aria per portare il flusso d’aria alla temperatura T voluta e il sistema di controllo dei mezzi adsorbenti 26 del generatore per portare il flusso d’aria al contenuto di umidità voluto (misurato con la temperatura di dewpoint, Tdew).

Preferibilmente, il metodo di deumidificazione secondo l’invenzione comprende una fase f) di regolare la capacità deumidificante del flusso d’aria intervenendo sul funzionamento del generatore 20 al variare dell’umidità iniziale C0 del materiale granulare che progressivamente viene caricato nella tramoggia, sulla base dei valori misurati di umidità iniziale del materiale granulare secondo una logica di risparmio energetico.

Operativamente, la regolazione della capacità deumidificante à ̈ condotta variando la portata specifica k del flusso e/o la temperatura T del flusso e/o il contenuto di umidità (definito come Tdew) del flusso.

Come già accennato in precedenza, la portata specifica K può essere regolata agendo sui mezzi di ventilazione 21 del generatore 20 mediante i mezzi di variazione di velocità 22. La temperatura T del flusso di aria secca può essere regolata tramite i mezzi di riscaldamento (ad esempio, il gruppo riscaldante 24). Il contenuto di umidità del flusso d’aria secca può essere regolato variando opportunamente la portata di aria che passa attraverso i mezzi adsorbenti, ad esempio facendo by-passare le torri di deumidificazione a setacci molecolari ad una parte del flusso di aria.

Vantaggiosamente, il metodo secondo la presente invenzione può essere applicato sia durante il funzionamento a regime statico, cioà ̈ quando si precarica la tramoggia con il materiale granulare con la macchina trasformatrice M non attiva, sia durante il funzionamento a regime dinamico, cioà ̈ quando si inizia a scaricare il materiale già deumidificato dalla bocca di scarico 12 continuando ad alimentare in tramoggia materiale non trattato, ad esempio mediante l’alimentatore installato nella bocca di carico 11.

Resta inteso che il metodo secondo la presente invenzione può essere applicato in successione in entrambi le tipologie di funzionamento, oppure in una sola delle due tipologie di funzionamento.

Con il funzionamento dinamico, il metodo comprende quindi una fase i) di scaricare dalla tramoggia 10 il materiale granulare sottoposto a deumidificazione tramite la bocca di scarico 12.

Come sarà ripreso più avanti, la fase f) di regolazione risulta più utile durante il funzionamento a regime dinamico, dal momento che in questa modalità di funzionamento il tempo di residenza Ï„ in tramoggia non à ̈ modificabile, diversamente che durante il funzionamento a regime statico, quando il materiale non viene scaricato ed à ̈ quindi possibile intervenire anche solo semplicemente su questo parametro (prolungando o riducendo la residenza in tramoggia del materiale).

Vantaggiosamente, la fase c) di misurazione del grado di umidità iniziale c0 del materiale granulare in ingresso alla tramoggia 10 può essere ripetuta ad intervalli di tempo ∆t, preferibilmente non superiori al tempo di residenza τ del materiale in tramoggia.

In accordo ad una forma di implementazione particolarmente preferita della presente invenzione, il metodo di deumidificazione comprende una fase g) di misurare il grado di umidità residua cf del materiale granulare in uscita dalla tramoggia 10. La fase f) di regolazione viene condotta in funzione anche dei valori di umidità residua cf del materiale granulare in uscita dalla tramoggia misurati nella fase g) di misurazione.

Più in particolare, durante il funzionamento statico, ipotizzando di avere già iniziato la deumidificazione con prestabiliti valori delle variabili di processo, la misurazione del grado di umidità residua cf del materiale granulare viene effettuata su una parte del materiale vicino alla bocca di scarico 12 (che può essere già completamente trattato oppure esserlo solo in parte). Acquisiti i dati di umidità residua cf si può procedere alla fase f) di regolazione. In base al tipo di materiale da deumidificare, ed ai valori di umidità iniziale c0 rilevati, si potranno variare i valori delle variabili di processo relative al flusso d’aria secca (portata specifica k, temperatura T e contenuto di umidità, Tdew). In questa stadio si può eventualmente tenere conto anche della produzione oraria che sarà richiesta durante il funzionamento dinamico, così da reimpostare correttamente le variabili di processo per la fase successiva (ipotizzando ad esempio che il materiale che verrà successivamente introdotto presenti sostanzialmente gli stessi valori di umidità iniziale c0).

Preferibilmente, la fase g) di misurazione del grado di umidità residua cf del materiale granulare viene effettuata dopo un tempo t dall’avvio del generatore, minore del tempo di residenza τ in tramoggia (stimato o prefissato) del materiale granulare. Sulla base del valore rilevato di umidità residua cf e del valore di umidità residua da ottenere si deciderà se abilitare o meno l’erogazione del materiale granulare alla macchina trasformatrice M sottostante, ad esempio attivando un dispositivo di erogazione (che può essere costituito ad esempio da una coclea) posizionato sotto la bocca di scarico.

Se il valore di umidità residua cf del materiale granulare misurato nella fase g) à ̈ minore o uguale al valore prestabilito, verrà abilitata l’erogazione del materiale per la fornitura del materiale trattato, dando inizio al funzionamento dinamico. In questo modo, si diminuiscono i tempi d’attesa per la produzione del manufatto e si ottiene conseguentemente un risparmio energetico dell’impianto già durante il funzionamento statico. Nel caso in cui il valore di umidità residua cf misurato nella fase g) sia superiore al valore prestabilito, l’erogazione non verrà abilitata e si continuerà il trattamento, regolando le variabili di processo e/o variando il tempo di residenza. L’operazione di misura corrispondente alla fase g) può essere ripetuta nel tempo.

Vantaggiosamente la piccola quantità di materiale granulare sceso che dovesse presentare valori di umidità non conformi alle specifiche richieste può essere trasportata di nuovo sulla sommità della tramoggia mediante un sistema di riciclo (non illustrato nelle Figure allegate) per un’ulteriore deumidificazione.

Vantaggiosamente, in particolare con funzionamento dinamico, la suddetta fase g) di misurare il grado di umidità residua cf del materiale granulare in uscita dalla tramoggia 10 può essere ripetuta ad intervalli di tempo ∆t non superiori al tempo di residenza τ del materiale in tramoggia.

Preferibilmente, il metodo secondo l’invenzione comprende una fase h) di memorizzare i valori di umidità iniziale c0 e di umidità residua cf misurati nelle fasi c) e g) di misurazione.

La fase h) di memorizzazione può essere limitata anche solo ai valori di umidità iniziale c0, nel caso in cui non sia previsto il controllo sull’umidità residua del materiale in uscita.

Vantaggiosamente, à ̈ possibile memorizzare i valori di umidità iniziale c0 con i corrispondenti parametri di processo definenti le capacità deumidificanti del flusso d’aria.

Nella fase f) di regolazione i valori di umidità residua cf sono considerati in correlazione ai valori di umidità iniziale c0 misurati in un intervallo di tempo anteriore corrispondente al tempo di residenza τ del materiale in tramoggia.

In particolare, nella fase f) di regolazione la capacità deumidificante viene regolata considerando i valori di umidità iniziale c0 misurati progressivamente nel tempo come valori pesati sulla quantità di materiale granulare entrata in tramoggia e a ciascuno di essi temporalmente correlabile. In questo modo la regolazione delle variabili di processo può essere progressivamente e continuamente adattata alle effettive esigenze del materiale in tramoggia, considerato come media di diversi contributi (intesi come materiali con diversi contenuti inziali di umidità).

Preferibilmente, come già accennato descrivendo l’impianto secondo la presente invenzione, la fase c) di misurazione dell’umidità iniziale c0 à ̈ condotta tramite almeno un primo dispositivo di misurazione di umidità 40 del tipo a risonanza a microonde, disposto in corrispondenza della bocca di alimentazione 11 della tramoggia 10.

Analogamente, la fase g) di misurazione dell’umidità residua cf à ̈ condotta tramite almeno un secondo dispositivo di misurazione di umidità 60 del tipo a risonanza a microonde, disposto in corrispondenza della bocca di scarico 12 della tramoggia 10.

Il dispositivo di misurazione di umidità 40, 60 del tipo a risonanza a microonde comprende almeno una camera risonante. Preferibilmente, la misurazione viene effettuata con la camera chiusa, al fine di ridurre l’errore, come già spiegato in precedenza.

Verrà ora descritta una logica di controllo preferita applicata in particolare nel funzionamento dinamico, facendo riferimento al diagramma di flusso riportato nella Figura 3.

Il diagramma va letto ipotizzando che il sistema disponga già di un set valori impostati per le variabili di processo, ad esempio derivanti da una precedente fase con funzionamento statico o semplicemente da una fase precedente con funzionamento dinamico.

Più in dettaglio, al primo blocco di I/O il secondo dispositivo di misura 60 disposto al di sotto della bocca di scarico rileverà il contenuto di umidità residua cf del materiale all'uscita della tramoggia. Si passerà poi al blocco successivo di controllo, per verificare se i valori rilevati di umidità residua cf sono all'interno di un intervallo [Q-N,Q+N], dove il valore Q à ̈ il valore di umidità residua del materiale richiesto per procedere alla trasformazione del materiale granulare nel prodotto finale ed N à ̈ un predeterminato valore di tolleranza.

Se i valori cf non sono all'interno del suddetto detta intervallo si passerà al blocco di controllo successivo, nel quale si verificherà se i suddetti valori rilevati cf sono al di sotto della soglia Q-N (i.e. materiale più secco del necessario). Se tale condizione sarà verificata si passerà al blocco successivo di elaborazione, nel quale si diminuirà la capacità deumidificante del flusso d’aria (ad esempio diminuendo la portata d'aria specifica di un certo valore ∆k, e/o la temperatura T e/o il contenuto di umidità i.e. Tdew).

Al contrario se la condizione precedente (cf<Q-N) non sarà verificata e conseguentemente il valore di Cf sarà sopra la soglia Q+M (i.e. materiale più umido di quanto richiesto) si aumenterà la capacità deumidificante del flusso d’aria.

Dal blocco di variazione della capacità deumidificante (variazioni della portata specifica e/o temperatura di processo e/o temperatura di dew point del flusso d’aia) si passerà al blocco di I/O per modificare il database dei parametri di processo.

Più in particolare si modificherà la tabella dei parametri delle variabili di processo, quali la portata d'aria specifica e/o temperatura di processo e/o temperatura di dew point in funzione dei valori di umidità iniziale prima del trattamento rilevati precedentemente, ad esempio al tempo t-Ï„ (dove Ï„ à ̈ il tempo di residenza del materiale in tramoggia) con il primo dispositivo di misurazione del contenuto d'umidità posto in sommità della tramoggia.

Il blocco successivo à ̈ l'accesso al database contenente i nuovi parametri di deumidificazione modificati in base ai valori di umidità iniziale per la variazione delle suddette variabili del fluido gassoso.

L’ultimo blocco di I/O prima della fine (spegnimento sistema deumidificazione) à ̈ il rilevamento dell'umidità iniziale.

Al tempo t+ ∆τ si ripartirà dall'inizio con la lettura dell'umidità residua finale del materiale granulare; il tempo ∆τ potrà corrispondere al tempo di permanenza τ oppure ad un valore inferiore.

Come già accennato, per avere una corrispondenza attendibile tra i parametri di deumidificazione e l'umidità iniziale si dovrà attendere il tempo necessario che il materiale attraversi i due dispositivi di misurazione del contenuto d'umidità, corrispondente al tempo di permanenza.

Si osserva che utilizzando due dispositivi di misurazione 40, 60, uno alla bocca di ingresso 11 e uno alla bocca di scarico 12 della tramoggia e seguendo la logica di controllo sopra descritta con riferimento alla Figura 3, si riesce a tenere conto di tutte le variabili di processo, specialmente dell'umidità iniziale del materiale da sottoporre a deumidificazione.

Inoltre grazie ai due dispositivi di misurazione 40, 60 e alla logica di controllo il sistema risulta in grado di apprendere autonomamente.

Si osserva infatti che certi tipi di materiali granulari, anche se relativi allo stesso polimero, possono differire ad esempio per granulometria. Di conseguenza i valori della portata d'aria specifica e/o temperatura di processo e/o temperatura di dew point definiti in funzione dell'umidità iniziale per ottenere un valore d'umidità residua, dopo il trattamento, prestabilito possono non essere corretti.

Grazie al metodo secondo l’invenzione si riesce a trovare i valori corretti delle variabili di processo in funzione dell'umidità iniziale senza eseguire test preliminari. Il sistema à ̈ quindi in grado di autoapprendere.

L’invenzione permette di ottenere numerosi vantaggi in parte già descritti.

Rispetto alle soluzioni tradizionali di tecnica, il metodo e l’impianto di deumidificazione secondo l’invenzione permettono di portare il materiale granulare a valori di umidità residua corrispondenti a quelli prestabiliti anche in presenza di variabilità nelle condizioni di processo, in particolare dovute a variabilità nelle caratteristiche del materiale caricato in tramoggia.

Il metodo e l’impianto di deumidificazione secondo l’invenzione permettono di ridurre significativamente i consumi energetici di un trattamento di deumidificazione, adattando le variabili di processo alle effettive esigenze del materiale da trattare.

In particolare, il metodo e l’impianto di deumidificazione secondo l’invenzione permettono di mantenere un’elevata l’efficienza energetica anche in presenza di variabilità nelle condizioni di processo.

Il metodo di deumidificazione secondo l’invenzione permette di implementare una regolazione che ha benefici immediati sulla qualità del materiale trattato.

La regolazione implementabile con il metodo di deumidificazione secondo l’invenzione à ̈ meno facilmente soggetta a fenomeni di instabilità.

IL metodo di deumidificazione secondo l’invenzione permette inoltre di implementare un sistema di regolazione con capacità di autoapprendimento.

L’impianto di deumidificazione secondo l’invenzione à ̈ infine di semplice ed economica realizzazione, dato che non richiedere modifiche impiantistiche particolari.

L’invenzione così concepita raggiunge pertanto gli scopi prefissi.

Ovviamente, essa potrà assumere, nella sua realizzazione pratica anche forme e configurazioni diverse da quella sopra illustrata, senza che, per questo, si esca dal presente ambito di protezione.

Inoltre tutti i particolari potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti e le dimensioni, le forme ed i materiali impiegati potranno essere qualsiasi a seconda delle necessità.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di deumidificazione di materiale in forma granulare, in particolare di materie plastiche, comprendente le seguenti fasi operative: a) predisporre un impianto di deumidificazione (1) comprendente almeno una tramoggia (10) di contenimento del materiale granulare da deumidificare, avente una bocca di alimentazione (11) e una bocca di scarico (12), e almeno un generatore di aria secca (20) fluidicamente collegato a mezzi (30) per distribuire un flusso di aria secca all’interno di detta tramoggia (10); b) caricare materiale granulare in detta tramoggia attraverso detta bocca di alimentazione; c) misurare il grado di umidità iniziale (C0) del materiale granulare in ingresso alla tramoggia (10); d) calcolare sulla base dei valori misurati di umidità iniziale (C0) del materiale granulare la capacità deumidificante necessaria al flusso di aria secca che deve fluire attraverso la tramoggia per ottenere prefissati valori di umidità residua nel materiale granulare in uscita dalla tramoggia, essendo fissato il tempo di residenza del materiale granulare in tramoggia; e) generare un flusso di aria secca attraverso detta tramoggia (10) con la capacità deumidificante calcolata nella fase d) di calcolo.
2. 2. Metodo di deumidificazione secondo la rivendicazione 1, comprendente una fase f) di regolare la capacità deumidificante di detto flusso intervenendo sul funzionamento di detto generatore (20) al variare dell’umidità iniziale (C0) del materiale granulare che progressivamente viene caricato nella tramoggia, sulla base dei valori misurati di umidità iniziale del materiale granulare secondo una logica di risparmio energetico.
3. 3. Metodo di deumidificazione secondo la rivendicazione 2, in cui la regolazione della capacità deumidificante à ̈ condotta variando la portata specifica di detto flusso e/o la temperatura di detto flusso e/o il contenuto di umidità di detto flusso.
4. 4. Metodo di deumidificazione secondo la rivendicazione 2 o 3, comprendente una fase g) di misurare il grado di umidità residua (Cf) del materiale granulare in uscita dalla tramoggia (10), detta fase f) di regolazione essendo condotta in funzione anche dei valori di umidità residua del materiale granulare in uscita dalla tramoggia misurati nella fase g) di misurazione.
5. 5. Metodo di deumidificazione secondo la rivendicazione 4, in cui detta fase g) di misurare il grado di umidità residua (Cf) del materiale granulare in uscita dalla tramoggia (10) viene ripetuta ad intervalli di tempo (∆t) non superiori al tempo di residenza (τ) del materiale in tramoggia.
6. 6. Metodo di deumidificazione secondo la rivendicazione 4 o 5, comprendente una fase h) di memorizzare i valori di umidità iniziale (C0) e di umidità residua (Cf) misurati rispettivamente nelle fasi c) e g).
7. 7. Metodo di deumidificazione secondo la rivendicazione 6, in cui in detta fase f) di regolazione i valori di umidità residua (Cf) sono considerati in correlazione ai valori di umidità iniziale (C0) misurati in un intervallo di tempo anteriore corrispondente al tempo di residenza (τ) del materiale in tramoggia.
8. 8. Metodo di deumidificazione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase c) di misurazione del grado di umidità iniziale (C0) del materiale granulare in ingresso alla tramoggia (10) viene ripetuta ad intervalli di tempo (∆t) non superiori al tempo di residenza (τ) del materiale in tramoggia.
9. 9. Metodo di deumidificazione secondo una o più delle rivendicazioni da 2 a 8, in cui in detta fase f) di regolazione la capacità deumidificante viene regolata considerando i valori di umidità iniziale (C0) misurati progressivamente nel tempo come valori pesati sulla quantità di materiale granulare entrata in tramoggia e a ciascuno di essi temporalmente correlabile.
10. 10. Metodo di deumidificazione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase c) di misurazione dell’umidità iniziale (C0) à ̈ condotta tramite almeno un primo dispositivo di misurazione di umidità (40) del tipo a risonanza a microonde, disposto in corrispondenza della bocca di alimentazione (11) della tramoggia (10).
11. 11. Metodo di deumidificazione secondo una o più delle rivendicazioni da 4 a 10, in cui detta fase g) di misurazione dell’umidità residua (Cf) à ̈ condotta tramite almeno un secondo dispositivo di misurazione di umidità (60) del tipo a risonanza a microonde, disposto in corrispondenza della bocca di scarico (12) della tramoggia (10).
12. 12. Metodo di deumidificazione secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detto dispositivo di misurazione di umidità (40, 60) del tipo a risonanza a microonde comprende almeno una camera risonante, la misurazione essendo effettuata con detta camera chiusa.
13. 13. Metodo di deumidificazione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente una fase i) di scaricare dalla tramoggia (10) il materiale granulare sottoposto a deumidificazione tramite detta bocca di scarico (12).
14. 14. Impianto di deumidificazione di materiale in forma granulare, in particolare materie plastiche, comprendente: - almeno una tramoggia (10) per il contenimento di materiale granulare da deumidificare avente una bocca di alimentazione (11) e una bocca di scarico (12); - almeno un generatore di aria secca (20) fluidicamente collegato a mezzi (30) per distribuire l’aria secca internamente a detta tramoggia (10), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un primo dispositivo (40) di misurazione dell’umidità nel materiale granulare, tale primo dispositivo (40) essendo disposto in corrispondenza della bocca di alimentazione (11) della tramoggia (10) per misurare il grado di umidità iniziale del materiale granulare in ingresso alla tramoggia (10), e caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un’unità elettronica di gestione e controllo (50) che regola il funzionamento del generatore di aria secca (20) sulla base dei valori di umidità iniziale del materiale granulare misurati da detto primo dispositivo (40) in funzione di prefissati valori di umidità residua che il materiale granulare deve avere in uscita dalla tramoggia (10).
15. 15. Impianto di deumidificazione secondo la rivendicazione 14, in cui detta unità elettronica di gestione e controllo (50) regola il funzionamento del generatore di aria secca (20) per variare il valore della portata specifica di aria secca inviata alla tramoggia e/o la temperatura di detta aria secca e/o il contenuto di umidità di detta aria secca secondo una logica di risparmio energetico.
16. 16. Impianto di deumidificazione secondo la rivendicazione 14 o 15, comprendente almeno un secondo dispositivo (60) di misurazione dell’umidità nel materiale granulare, tale secondo dispositivo (60) essendo disposto in corrispondenza della bocca di scarico (12) della tramoggia (10) per misurare il grado di umidità residua del materiale granulare in uscita dalla tramoggia (10), detta unità elettronica di gestione e controllo (50) regolando il funzionamento del generatore di aria secca (20) anche sulla base dei valori di umidità residua del materiale granulare misurati da detto primo dispositivo (40).
17. 17. Impianto di deumidificazione secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui detto primo (40) e detto secondo dispositivo di misurazione (60) sono del tipo a risonanza a microonde.
18. 18. Impianto di deumidificazione secondo la rivendicazione 17, in cui detto primo dispositivo di misurazione (40) Ã ̈ impostato per operare su un intervallo di misura con valori maggiori rispetto al secondo dispositivo di misurazione (60).