DE19706374B4 - Method and device for the immediate agglomeration of moist to wet thermoplastic waste - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum kontinuierlichen Agglomerieren von vorzerkleinerten thermoplastischen Kunststoffabfällen, insbesondere von Folienschnitzel, zu homogenem rieselfähigem und abriebfestem Agglomerat, bei dem die Kunststoffabfälle zunächst plastifiziert und dann unter Druck agglomeriert werden, wobei zum unmittelbaren Agglomerieren von feuchten bis nassen Kunsttoffabfällen deren Entfeuchten von der beim Plastifizieren der jeweiligen Kunststoffsorte durch Friktion entstehenden Wärmeenergie durch Verdampfen besorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffabfälle vor dem Plastifizieren aufgelockert werden und der Dampf beim Durchströmen des zugeführten, entsprechend aufgelockerten Schnitzelhaufwerks entgegen dessen Förderrichtung entweicht.Process for the continuous agglomeration of pre-shredded thermoplastic waste, in particular film chips, to form a homogeneous, free-flowing and abrasion-resistant agglomerate, in which the plastic waste is first plasticized and then agglomerated under pressure, with the direct agglomeration of moist to wet plastic waste, the dehumidification of which during the plastication of the respective Plastic type by frictional heat energy is obtained by evaporation, characterized in that the plastic waste is loosened before plasticizing and the steam escapes when it flows through the supplied, loosened wood chips against its conveying direction.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Agglomerieren von vorzerkleinerten thermoplastischen Kunststoffabfällen, insbesondere von Folienschnitzeln, die zu einem homogenen, rieselfähigen und abriebfesten Agglomerat verdichtet werden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2. Das gewonnene Agglomerat eignet sich im Zuge der industriellen Wiederverwertung als Aufgabematerial für Extruder, Strangpressen, Spritzgießmaschinen und dergleichen Kunststoffmaschinen.The invention relates to a method for the continuous agglomeration of pre-shredded thermoplastic Plastic waste, especially of shredded foils that result in a homogeneous, free-flowing and abrasion-resistant agglomerate are compressed according to the generic term of Claim 1 and a device for performing the Method according to the preamble of claim 2. The gained Agglomerate is suitable for industrial recycling as feed material for Extruders, extrusion presses, injection molding machines and the like Plastic machinery.
Zu diesem Zweck sind bereits Anlagen bekannt, in denen die Kunststoffabfälle zunächst in einer Schneidmühle zu Schnitzeln, Flittern oder Flocken zerkleinert und anschließend der eigentlichen Agglomeriervorrichtung zugeführt werden.There are already facilities for this purpose known in which the plastic waste is first shredded in a granulator, Flakes or flakes are crushed and then the actual agglomeration device supplied become.
Eine solche Agglomeriervorrichtung
ist bereits in der
Eine andersartige Agglomeriervorrichtung
ist aus der
Beiden bekannten Agglomeriervorrichtungen ist somit gemeinsam eine Zuführeinrichtung, die als Förderschnecke axial in einen scheibenförmigen Ringraum mündet, in dem die Folienschnitzel durch Friktionswärme plastifiziert und anschließend unter Druck agglomeriert werden.Both known agglomeration devices thus together a feed device, the as a screw conveyor axially into a disc-shaped Annulus opens, in which the shredded film is plasticized by the heat of friction and then under pressure be agglomerated.
Das ordnungsgemäße Arbeiten dieser bekannten Agglomeriervorrichtungen hat zur Bedingung, dass die Folienschnitzel in möglichst trockenem Zustand eingespeist werden. Denn bei der Verarbeitung von feuchten oder gar nassen Folienschnitzeln produziert der Agglomerator poröse, zum Abrieb neigende Agglomerate geringer Dichte, die für die Weiterverarbeitung in Extrudern und ähnlichen Kunststoffmaschinen unbrauchbar sind. Zudem ergeben sich erfahrungsgemäß schon bei einem geringen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 Gew-% auch Schwierigkeiten bei der Einspeisung in den Agglomerator, wodurch dessen Durchsatzleistung spürbar zurückgeht.The proper work of this known Agglomerating devices has the condition that the film chips in if possible be fed in dry condition. Because in processing The agglomerator produces film chips that are moist or even wet porous low-density agglomerates prone to abrasion, for further processing in extruders and similar plastic machines are unusable. Experience has also shown that with a low moisture content of about 5% by weight also difficulties when it is fed into the agglomerator, which increases its throughput noticeable declining.
Man war daher bislang gezwungen, die Folienschnitzel in speziellen Anlagen zu trocknen, was die Wirtschaftlichkeit der Agglomerierung durch zusätzliche Kosten für Anschaffung, Raumbedarf und Energieaufwand der Trocknungsanlagen erheblich belastet.So you have been forced to to dry the shredded film in special equipment, which is economical agglomeration by additional costs for Purchase, space requirements and energy consumption of the drying systems significantly burdened.
Indes ist aus der
Selbst wenn diese Dampfaustrittsöffnungen durch
die plastifizierte Kunststoffmasse nicht verstopfen und der während der
Plastifizierung erzeugte Dampf dort in der gewünschten Weise austreten kann,
so verbleibt doch der größere Dampfanteil
innerhalb der plastifizierten Kunststoffmasse, wo er unregelmäßige Dampfanschlüsse bildet.
Diese haben bei dem erzeugten Agglomerat dann eine poröse Struktur
zur Folge, wodurch sie, entgegen der im Oberbegriff des Anspruchs
1 geforderten Produktqualität,
weder homogen noch abriebfest sind, so dass sie für die industrielle
Wiederverwertung des Kunststoffes unbrauchbar sind. Zwar soll mittels
der bekannten Vorrichtung aufgabegemäß auch der Entwässerungsgrad
wesentlich verbessert werden, so dass auf die aufwendigen thermischen
Nachtrockungsanlagen verzichtet werden kann, doch ist diese Aufgabe
mit den in der
Der Erfindung liegt daher auch unter
Beachtung des aus der
Diese Aufgabe wird ausgehend von den im Oberbegriff des Anspruchs 1 umrissenen Verfahrensmaßnahmen dadurch gelöst, dass die Kunststoffabfälle vor dem Plastifizieren aufgelockert werden und der Dampf beim Durchströmen des zugeführten, entsprechend aufgelockerten Schnitzelhaufwerkes entgegen dessen Förderrichtung entweicht.This task is based on the procedural measures outlined in the preamble of claim 1 solved by that the plastic waste be loosened before plasticizing and the steam flows through the supplied, correspondingly loosened wood chips against it conveying direction escapes.
Bekanntermaßen wird demnach die bei der Agglomerierung
ohnehin im Überfluss
erzeugte Friktionswärme
zur Verdampfung der dem Agglomerator mit den Schnitzeln zugeführten Feuchtigkeit
ausgenutzt. Da aber im Unterschied zu den in der
Die meist aus Wasser bestehende Feuchtigkeit kann im Schnitzelhaufwerk in zweierlei Formen in Erscheinung treten. Einesteils kann das Wasser in Form dünner Schichten an den Schnitzeln mittels Adhäsionskräften haften, was durch längeres ungeschütztes Lagern der Abfälle im Freien, insbesondere wenn sie hygroskopisch sind, verursacht sein kann. Das Wasser kann andernteils aber auch zwischen den Schnitzeln angesiedelt sein, was dann der Fall ist, wenn bei verschmutzten Folien, zum Beispiel bei den in zunehmender Menge anfallenden Landwirtschaftsfolien, der Agglomerierung Waschstufen vorgeschaltet sind. In diesen Fällen weist das Schnitzelhaufwerk außer dem durch Adhäsionskräfte an die Schnitzel gebundenen "Haftwasser" zusätzlich auch noch zwischen den Schnitzeln mehr oder weniger frei bewegliches "Zwickelwasser" auf, das durch Druck zumindest teilweise aus dem Schnitzelhaufwerk herausgepresst werden kann.The moisture mostly consisting of water can appear in two forms in the pulp pile. Some of the water can be in the form of thin layers on the chips adhere by means of adhesive forces, what through longer unprotected Storage of waste outdoors, especially if they are hygroscopic can be. On the other hand, the water can also be between the chips be located, which is the case when dirty Foils, for example in the case of increasing quantities of agricultural foils, the agglomeration washing stages are upstream. In these cases points the wood chips except by adhesive forces to the Schnitzel-bound "adhesive water" in addition too still more or less freely moving "gusset water" between the chips, caused by pressure are at least partially pressed out of the wood chips can.
Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Entfeuchtungsverfahrens geeignete Vorrichtung ist Gegenstand des Nebenanspruchs 2. Ausgehend von den im Oberbegriff dieses Vorrichtungsanspruchs umrissenen baulichen Gattungsmerkmalen kennzeichnet sich diese Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, das zur unmittelbaren Agglomerierung von feuchten bis nassen Kunststoffabfällen die Zuführeinrichtung in ihrem Mündungsbereich als Diffusionsschnecke mit Mitteln zum Auflockern der Folienschnitzel ausgebildet ist, deren Ummantelung mit Perforationen versehen ist, aus denen die durch die Friktionswärme des Agglomerators in Dampf umgewandelte Feuchtigkeit entweicht, wobei zwischen der Diffusionsschnecke und dem eintragseitigen Teil der Zuführeinrichtung eine Dampfsperre vorgesehen ist.One for carrying out the dehumidification method according to the invention suitable device is the subject of the secondary claim 2. Starting of the structural ones outlined in the preamble of this device claim According to the invention, generic features are characterized in that that for the immediate agglomeration of moist to wet plastic waste feeding in their mouth area as a diffusion screw with means for loosening the film chips is formed, the casing of which is provided with perforations, from which the friction heat of the agglomerator in steam converted moisture escapes, being between the diffusion screw and the entry-side part of the feed device has a vapor barrier is provided.
Dieser selbstständige Nebenanspruch enthält demnach das Merkmalsminimum einer Vorrichtung, die es der in Dampf umgewandelten Feuchtigkeit ermöglicht, durch das zugeförderte Schnitzelhaufwerk zurückzudiffundieren und anschließend daraus zu entweichen. Dabei wird durch die zum eintragseitigen Teil der Zuführeinrichtung hin vorgesehene Dampfsperre die Diffusionsschnecke beiderseits von Strömungsbarrieren begrenzt, deren hohe Strömungswiderstände sowohl das Einströmen des Dampfes in den Agglomerator als auch sein Zurückströmen über die Diffusionsschnecke hinaus in den eintragseitigen Teil der Zuführeinrichtung verhindern. Somit kann die an der Eintrittsfront des Agglomerators in Dampf umgewandelte Feuchtigkeit nur durch die Perforationen der Diffusionsschnecke entweichen.This independent ancillary claim accordingly contains the minimum feature of a device that converts it to steam Moisture allows through the funded Diffuse back chips and then from it to escape. This is due to the part of the entry feeding vapor barrier provided on both sides of the diffusion screw flow barriers limited whose high flow resistances both the inflow of the steam in the agglomerator as well as its backflow over the Diffusion screw into the entry-side part of the feed device prevent. This can be at the front of the agglomerator moisture converted into steam only through the perforations of the Diffusion screw escape.
Für die im Plastifizierbereich des Agglomerators herrschenden Temperaturen sind aufgrund des sich dort einstellenden thermisch-plastischen Gleichgewichtszustandes die spezifischen Fließbereiche der jeweils verarbeiteten Kunststoffsorten maßgebend. Diese können je nach Kunststoffsorte zwischen 100 und 250°C liegen. Die Temperaturen an den wirksamen Maschinenteilen des Agglomerators sind infolge Hitzestaus indes entsprechend höher. Bei Kontakt mit derart hohen Temperaturen verdampft die von den Schnitzeln in relativ geringen Gewichtsanteilen mitgeführte Feuchtigkeit an der Eintrittsfront des Agglomerators schlagartig, und zwar noch bevor die Schnitzel selbst in den Agglomerator eintreten.For the temperatures prevailing in the plasticizing area of the agglomerator are due to the resulting thermoplastic Equilibrium state the specific flow areas of the processed Decisive types of plastic. these can depending on the type of plastic between 100 and 250 ° C. The temperatures at the Effective machine parts of the agglomerator are due to heat build-up however, correspondingly higher. at Contact with such high temperatures evaporates the chips Moisture carried on the entrance front in relatively small proportions by weight of the agglomerator suddenly, even before the schnitzel even enter the agglomerator.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen vorgeschlagenen zusätzlichen baulichen Maßnahmen, mit denen die Effektivität der Diffusionsschnecke durch Optimierung ihrer Strömungsverhältnisse noch weiter gesteigert werden kann. Im Zuge dieser Zielsetzung werden mit den in den Ansprüchen 3 bis 7 beanspruchten Ausführungsformen der Erfindung Mittel angegeben, um die Packungsdichte der Folienschnitzel aufzulockern und dadurch in der Diffusionsschnecke den Strömungswiderstand des Schnitzelhaufwerkes für den zurückströmenden Dampf möglichst niedrig zu halten. Zudem bewirkt die im Anspruch 9 gekennzeichnete Maßnahme die Kondensierung des aus den Perforationen entwichenen Dampfes mittels eingespritztem Kühlwassers. Die mit der Kondensierung des Dampfes einhergehende Volumenkontraktion erzeugt an den Perforationen Unterdruck, der zusätzlich einen Sog auf den in der Diffusionsschnecke zurückströmenden Dampf ausübt.Further details of the invention result from the additional proposed in the subclaims construction measures, with which the effectiveness the diffusion screw by optimizing its flow conditions can be further increased. In the course of this objective with the in the claims 3 to 7 claimed embodiments of the invention means specified the packing density of the film chips loosen up and thereby the flow resistance in the diffusion screw of the wood chips for the back flowing steam as low as possible to keep. In addition, the measure characterized in claim 9 causes Condensation of the steam escaping from the perforations by means of injected Cooling water. The volume contraction associated with the condensation of the steam creates negative pressure at the perforations, which also pulls the in the steam flowing back exercises.
Von diesen zusätzlichen baulichen Maßnahmen kann der Fachmann bei der konstruktiven Auslegung der erfindungsgemäßen Agglomeriervorrichtung entsprechend dem jeweiligen Bedarfsfall, also je nach Feuchtigkeitsgehalt und Kunststoffsorte, einzeln oder in Kombination wahlweise Gebrauch machen, und zwar so viel wie für die angestrebte Entfeuchtung nötig, mit Rücksicht auf die Herstellungskosten aber so wenig wie möglich. Damit ist im Dauerbetrieb ein Gleichgewichtszustand zu erzielen, bei dem aus den Perforationen der Diffusionsschnecke genau so viel Feuchtigkeit in Dampfform entweicht, wie an der Eintrittsfront des Agglomerators verdampft. Je niedriger sich der Dampfdruck bei diesem Gleichgewichtszustand einstellt, desto intensiver ist, naturgesetzlich bedingt, die Verdampfung an der Eintrittsfront des Agglomerators.Of these additional structural measures the person skilled in the art can constructively design the agglomeration device according to the invention according to the respective need, i.e. depending on the moisture content and plastic grade, individually or in combination, optional use make as much as for the desired dehumidification is necessary, with consideration on the manufacturing costs but as little as possible. So that is in continuous operation to achieve an equilibrium state in which from the perforations the diffusion screw releases as much moisture in vapor form as evaporates at the inlet front of the agglomerator. The lower the vapor pressure sets in at this equilibrium state, the more intense, due to natural law, the evaporation the entrance front of the agglomerator.
Der mit der Erfindung erzielte technische Fortschritt ist nicht allein darin zu sehen, dass durch relativ einfache bauliche Maßnahmen an der ohnehin vorhandenen Zufördereinrichtung des Agglomerators sich die hohen Kosten für Anschaffung und den Betrieb einer gesonderten Trocknungsanlage erübrigen. Vielmehr erbringt die Erfindung noch den weiteren Vorteil, dass für die Diffusions-Entfeuchtung keine zusätzliche Energie aufzuwenden ist. Zwar wird durch die Verdampfung der Feuchtigkeit an der Eintrittsfront des Agglomerators dem Plastifizierungsprozess Verdampfungswärme entzogen, dort schlägt dieser Wärmeverbrauch in der Energiebilanz deshalb nicht zu Buche, weil der Agglomerator durch Umwandlung seiner Antriebsenergie in Friktionsenergie in den Plastifizierkammern Wärme in solchem Überfluss erzeugt, dass zur Vermeidung von Hitzestaus ohnedies ständig Wärme mittels Durchlaufkühlung aus dem Agglomerator abgeführt werden muss. Aufgrund dieser Eigenart des Agglomerators ermöglicht es demnach die Erfindung, die Entfeuchtung hinsichtlich des Energieaufwandes sozusagen zum Nulltarif zu ermöglichen.The technical progress achieved with the invention is not only to be seen in the fact that by relatively simple structural activities on the already existing feeder of the agglomerator is the high cost of purchase and operation a separate drying system. Rather, the Invention yet another advantage that for diffusion dehumidification no additional Is to use energy. Evaporation of moisture the plasticizing process at the entrance front of the agglomerator Heat of vaporization withdrawn, there strikes heat consumption in the energy balance not because of the agglomerator by converting its drive energy into friction energy in the Plasticizing chambers heat in such abundance generates that to avoid heat build-up anyway heat by means of Continuous cooling off discharged to the agglomerator must become. Because of this peculiarity of the agglomerator it allows therefore the invention, the dehumidification in terms of energy expenditure to enable, so to speak, for free.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im einzelnen näher erläutert. Das Beispiel bezieht sich auf den in der Praxis häufigen Fall, bei dem der Agglomerierung von Kunststofffolien ein Waschprozess vorgeschaltet ist, so dass die Folienschnitzel außer dem an ihren Oberflächen durch Adhäsionskräfte gebundenen Haftwasser auch zwischen ihnen angesiedeltes Zwickelwasser enthalten.Based on the embodiment shown in the drawing the invention is explained in more detail. The example relates focus on those that are common in practice Case where the agglomeration of plastic films is a washing process is connected upstream, so that the film chips in addition to the on their surfaces bound by adhesive forces Detention water also contain gusset water located between them.
In der zeichnerischen Darstellung zeigt:In the graphic representation shows:
Die Agglomeriervorrichtung gemäß der Erfindung
besteht aus einem Agglomerator
Der Agglomerator
In dem Ringraum
Im Bereich der hinteren Ringwand
Die Zuführeinrichtung
An die Pressschnecke
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist die Diffusionsschnecke
Die als Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebene Agglomeriervorrichtung arbeitet wie folgt:The described as an embodiment of the invention Agglomeration device works as follows:
Der Pfeil
Beim anschließenden Hindurchdrücken der Schnitzel
durch den am Ende der Pressschnecke
Die im Stauring
Bei Annäherung der Schnitzel an den
Agglomerator
Bei Kontakt mit derart hohen Temperaturen verdampft
das von den Folienschnitzel in relativ geringen Gewichtsanteilen
mitgeführte
Wasser schlagartig, und zwar noch bevor das rotierende Friktionsorgan
Der auf diese Weise an der Eintrittsfront
des Agglomerators
Das aus den Perforationen der Lochmatrize
Die Erfindung ist zwar für die unmittelbare Agglomerierung von feuchten bis nassen Folienschnitzeln beschrieben, doch ist ihr tragendes Prinzip, wonach die in einer Verarbeitungsvorrichtung benötigte Wärmeenergie für die Entfeuchtung von Kunststoffabfällen während ihrer Zuführung ausgenutzt wird, generell auch für ähnlich gelagerte Fälle brauchbar, beispielsweise bei der Regranuliertechnologie.The invention is for immediate agglomeration described from wet to wet shredded film, but you are fundamental principle, according to which in a processing device needed Thermal energy for the Dehumidification of plastic waste while their supply is used, generally also for similarly positioned Cases usable for example in the regranulation technology.
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Representative=s name: KURZ, ANDREAS, DIPL.-ING. UNIV., DE |
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