DE4405903A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Mischgütern mit Kunststoffbestandteilchen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Mischgütern mit KunststoffbestandteilchenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trennung von
Mischgütern mit festen Kunststoffmaterialteilen sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Derartige Mischgüter, die z. B. Polyethylen, Polypropylen,
Polyester, Polyamid, Polystyrol, . . . enthalten können, fallen
nach der bestimmungsgerechten Anwendung als Recyclingmaterial
an.
Zur Bearbeitung der Mischgüter in fester Phase und zur Abtren
nung von Stoffen/Kunststoffen sind Verfahren bekannt, bei
denen in wäßriger Aufschwämmung Dichteunterschiede ausgenutzt
werden. Das Mischgut wird in der Regel Bedingungen
unterworfen, wie sie im Patent DE-OS 37 28 558 A1 beschrieben
werden. Vielen bekannten Verfahren zum Trennen von
Kunststoffmahlgut ist gemeinsam, daß das Gut nach der
Zerkleinerung und nach weiteren Behandlungen unter der Wirkung
von Rührern in Behältern aufgeschwämmt wird, sich teilweise
absetzt, bzw. infolge Umpumpens durch Zentripedalkräfte
teilweise abgeschleudert wird, sowie dem Flüssigkeitsstrom
folgt. Dadurch wird eine Anreicherung der Fraktionen erreicht.
Nachteilig ist bei derartigen Verfahren, daß durch Kraftwir
kungen senkrecht zur Strömungsrichtung der Aufschwämmung
Wirbel entstehen, die ein Mitreißen von Teilchen und eine
unscharfe Fraktionierung bewirken (DE-OS 35 35 633 A1;
DE-OS 35 15 536 A1).
Bei Anwendung des Zentripedalprinzips durchläuft die
Aufschwämmung (Mahlgut und Flüssigkeit) unterschiedliche
Bahnradien, was zur Wirbelbildung führt. Eine Verarbeitung von
Mahlgut mit unterschiedlichen Teilchenformen ist dadurch
ausgeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit
denen die beschriebenen Nachteile vermieden werden und mit
denen ein Reinigungs- und Trenneffekt unabhängig von der
Teilchengröße oder der Anwesenheit von Fremdstoffen
gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß des
Verfahrensanspruches 1, sowie des Vorrichtungsanspruches 12
gelöst.
Durch das Verfahren wird die Trennung verschiedener Stoffe
durch die Orientierung der Teilchen gelöst, so daß eine
Separierung unabhängig von der Teilchengröße eintritt.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläu
tert. Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 Erfindungsgemäße Vorrichtung.
Das Grundprinzip des Verfahrens besteht darin, die in einem
vorgeschalteten Prozeß erfaßten und zerkleinerten Fest
körper als Aufschwämmung eines flüssigen Medium mit den in ein
Behältersystem geförderten Stoffen, wie z. B. Kunststoffe,
schrittweise bzw. in mehreren Stufen durch verfahrensbedingte
Maßnahmen zur Erzeugung von Scher-, Reibungs- und Trägerheits
kräften zu trennen.
In einem ersten Schritt wird das Mahlgut in einen
zylindrischen Behälter 1 eingebracht und bewegt. Dabei findet
eine Lockerung bzw. Ablösung von Anhaftungen statt.
Komponenten die verfahrensbedingt zuzugeben sind, werden hier
eingemischt und lagern sich zwischen den Gutteilchen ein.
Bei einer Verweilzeit bis zu 30 min. gelangt das Mahlgut als
Aufschwämmung in ein Rotationsfeld, daß durch einen Agetator 2
mit hoher Drehzahl erzeugt wird. Aus einem Raum 8 unter dem
Rotationsfeld wird die Aufschwämmung über die Leitung 5 und
der Pumpe 7 ausgetragen und gelangt in einen Trenner 12,
welcher zylindrisch mit Strömungseinbauten 14 aufgebaut ist.
Nach einer Aufenthaltszeit von 1 bis 5 min werden
einzelne Komponenten der Aufschwämmung über mehrere Öffnungen
17, 16 und 18 abgeleitet.
Der Hauptteil gelangt über die Öffnung 18 in den Raum 8 des
vorgeschalteten Behälters 1 zurück. Im Trenner 12 führt die
Orientierung der die innere Phase des Mehrphasensystems
bildenden Mahlgutteilchen in einer kreisförmig mit einer
Geschwindigkeit von 2,5 m/s strömenden flüssigen äußeren Phase
zur Auftrennung der Aufschwämmung. Verfahrensbedingt weist die
Strömung der inneren Phase im Ringraum keine radial
gerichteten Geschwindigkeitsvektor, wenn von den
Platzwechselvorgängen der Mahlgutteilchen abgesehen wird, auf.
Es bildet sich unter der Mitwirkung der kolloidalen
Zusatzkomponenten, in den Ringräumen des Trenners 12
fortschreitend in axialer Richtung eine geordnete orientierte
Strömung aus. Die innere Phase mit einer Konzentration von 10%
bei der tangentialen Einleitung erfährt einen
Konzentrationssprung durch Abmischen im mittleren Bereich der
kreisförmigen Strömung und weist danach
einen Konzentrationsgradienten in radialer Richtung von
minimal 50% nach innen und nach außen auf. Im weiteren
Verlauf werden in mehreren axialen Ebenen über die Öffnungen
17, 16 und 18 die Komponenten aus den Kernbereichen der
Ringräume abgeleitet. Im oberen Kernbereich befindet sich die
Komponente A, im mittleren Kernbereich befinden sich die
Komponenten B und die Zusatzkomponenten, im unteren Bereich
und auch im unteren peripheren Bereich befindet sich die
Komponente C. Diese werden über die Öffnungen 17, Komponente
A, Öffnung 16, Komponente B mit Zusatzkomponenten und Öffnung
18, Komponente C, abgeleitet.
Das Verfahren wird an einem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben. In einem Behälter mit einer Größe von 5 qm
befindet sich eine Flüssigkeit, in der Mahlgut aufgeschwämmt
ist. Die Flüssigkeit ist Wasser mit gelösten Stoffen mit einer
Dichte von 1,15 kg/l. Durch die Öffnung 4 wird eine
Mahlgutmischung zugeführt. Die Verweildauer im Behälter 1
beträgt 25 min. Über eine Pumpe 7 gelangt das Mahlgut in
10%iger Aufschwämmung in den Trenner 12. Die Konzentration
wurde durch eine Einstellung der zentralen Öffnung 22 der
konischen Einbauten 3; 3′ von 300 mm hergestellt. Die
Druckeinstellung der Pumpe 7 auf 30 kPa stellt eine
Strömungsgeschwindigkeit von 2,0 m/s her. Ein
Konzentrationsgradient von 40%, der radial im Ringraum
gebildet wird, und ein Anteil von 5% Zellulose hat die Wirkung
der Abtrennung von folgenden Fraktionen:
HDPE - Reinheit 99,99%
PS - Reinheit 99,80%
PVC - Reinheit 85,00%.
HDPE - Reinheit 99,99%
PS - Reinheit 99,80%
PVC - Reinheit 85,00%.
Die Fraktionen fallen an den Öffnungen 17, 16 und 18 an.
Bei einer weitere erfinderischen Ausführungsform wird über die
Öffnung 4 kontinuierlich eine Mahlgutmenge von 950 kg/h
eingetragen. Im Rotationsfeld wird dieses Mahlgut unter
Hinzufügung eines Zusatzstoffes von 3000 l/min stark geschert
und gleichmäßig über die Leitung 5 ausgetragen. Das Mahlgut
besteht aus zwei Kunststoffkomponenten, die beide eine Dichte
kleiner 1 kg/l aufweisen. Das System wird über einen
Wärmeübertrager in der Rückführung 6 und die durch die Öffnung
17 eingetragende Flüssigkeit auf 95°C erhitzt. Das System
steht unter Gleichgewichtsdruck. Die Komponenten A wird mit
einer Reinheit von 99% an der Öffnung 17 ausgetragen. An der
Öffnungen 16 wird die Komponente B und der fein verteilte
Zusatzstoff in stark unterschiedlicher Anreicherung
ausgetragen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Der Behälter 1 ist ein zylindrisches Gefäß mit konischem
Unterteil 9, einem Agitator 2 und konische Einbauten 3 und 3′.
Über die Öffnung 4 erfolgt eine Mahlgutzufuhr. Das Mahlgut
wird über eine vorgeschaltete Mühle und über ein Pumpensystem
in den Behälter 1 eingeführt. Durch den Agitator 2 wird im
Behälter 1 ein Rotationsfeld erzeugt. Die konischen Einbauten
3 und 3′ sind in einem Winkel von 60° zur Seitenwand des
Behälters 1 mittig angeordnet, wobei ihre Länge so
ausgestaltet ist, daß eine Öffnung 22 entsteht, welche je nach
Anwendungsfall ausgestaltet wird. Durch diese Öffnung 22 wird
das Mahlgut in einen Raum 8 eingeleitet, welcher unterhalb der
konischen Einbauten 3; 3′ entsteht. Das Mahlgut, welches in
dem Rotationsfeld im Behälter 1 bewegt wird, erfährt durch den
Eintritt über die Öffnung 22 eine Konzentrationsveränderung.
Eine Leitung 5 mit einer Pumpe 7 ist unterhalb des konischen
Einbaus 3 oder 3′ angeordnet, jeweils in einer Höhe
von ca. 100 mm. Die Pumpe 7 ist so ausgestaltet, daß eine
automatische Fördermengenregulierung durchgeführt werden kann.
Die Leitung 5 ist im oberen Bereich des Trenners 12 tangential
angeordnet. Im konischen Unterteil 9 des Behälters 1 ist eine
Öffnung 10 und eine Rückführung 11.1 zum Anschluß weiterer
Trenner vorhanden. Diese Trenner können nach dem gleichen
Funktionsprinzip wie der erfindungsgemäße Trenner 12 der
Vorrichtung arbeiten.
Eine Zufuhr 11.2 im unteren Bereich des konischen
Unterteil 9 ermöglicht es, z. B. Wasser dem Prozeß zuzuleiten.
Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist ausgerüstet mit einem zusätzlichen konischen
Einbau 23. Diese ist mit einem Abstand von 250 mm zum den
konischen Einbauten 3 und 3′ angeordnet, so daß ein Raum 8
zwischen den Einbauten entsteht. Die konischen Einbauten 23,
sind so ausgefertigt, daß eine Öffnung 20 mittig vorhanden ist
und je nach Anwendungsfall offen bzw. geschlossen ist. Die
Öffnungen 22 und 20 der konischen Einbauten ermöglichen es,
daß das Mahlgut aus dem oberen Bereich des Behälters 1 über
die Öffnungen 22 und 20 in den konischen Unterteil 9
durchdringen kann und dadurch eine Konzentrationsveränderung
erfährt. Am Trenner 12 ist im unteren Bereich eine Öffnung 18
angeordnet. Diese Öffnung 18, ist so gestaltet, daß eine
tangentiale Entnahme des Mahlgutes erfolgen kann und über eine
Rückführungsleitung 6 in den Behälter 1 geführt wird. Diese
Rückführungsleitung 6 ist tangential in der Nähe der
Druckleitung 5 am Behälter 1 angeschlossen. Im oberen Bereich
des Trenners 12 ist ein Strömungseinbau 14 vorhanden, dieser
ist mit einer Steigung tan 0,1 bis tan 0,06 eingebaut.
Weiterhin ist eine Öffnung 17 mit einem Entnahmerohr 15 mit
einem Durchmesser D2 im oberen Bereich vorhanden. Durch den
schrägen Einbau der Strömungseinbauten 14 und der tangentialen
Anordnung der Druckleitung 5 unterhalb der Strömungseinbauten
14 im Trenner 12 wird bei der Mahlgutzufuhr mit einer
konstanten Strömungsgeschwindigkeit eine kreisförmige
(schraubenartig) Strömung hervorgerufen. Über das Entnahmerohr
15 werden nun die leichten Teilchen entnommen (Komponente A).
Zur Entnahme der Komponente B ist ein zylindrischer Einbau 15
mittig angeordnet, welcher oben und unten offen ist. In diesem
zylindrischen Einbau 15, ist die Entnahme bzw. Öffnung 16
vorhanden, an der die Zellulosebestandteile entnommen werden.
Der Hauptbestandteil, Aufschwämmung mit der Komponente C, des
Mahlgutes wird über die Öffnung 18 und der Rückführungsleitung
6 in den Behälter 1 zurückgeführt. An dem Entnahmerohr 15 ist
erfindungsgemäß, zum Abtransport der Teilchen, eine Schnecke
angeordnet. Danach ist über eine Zentrifuge bzw. ein
Schwingsieb ein Trockner angeschlossen. An der Öffnung 16 ist
ein Filtersystem für die Komponente B vorhanden. Das
Verhältnis der Durchmesser D1 (Durchmesser Trenner 12) zu D2
liegt zwischen 2 und 1, sowie der Durchmesser D2 ist kleiner
als D3 (Durchmesser zylindrischer Einbau (15)). Weiterhin
stehen die Ringraumhöhen H1; H1′ zu den freien Raumhöhen
H2; H2′ zwischen 0,5 und 1 im Verhältnis zueinander.
Erfindungsgemäß ist es möglich, daß mehrere zylindrische
Einbauten 15 im Trenner 12 vorhanden sind, die jeweils
untereinander angeordnet werden und eine jeweilige
Entnahmeöffnung aufweisen.
Claims (23)
1. Verfahren zum Trennen von Mischgütern mit Kunststoff
bestandteilen, wobei das Mahlgut in eine Flüssigkeit
eingemischt, bewegt und damit ein Mehrphasensystem gebildet
wird, wobei Dichteunterschiede der einzelnen
Mahlgutkomponenten untereinander und zu den Flüssigkeiten
vorherrschen und es sich um ein mehrstufiges Verfahren
handelt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Behälter (1)
in einem Rotationsfeld ein Mehrphasensystem aus einer
Flüssigkeit als äußere Phase und einem Mischgut als innere
Phase erzeugt wird, wobei die die innere Phase bildenden
Teilchen des Mehrphasensystems zueinander und gleichzeitig zur
äußeren Phase Dichteunterschiede aufweisen, und die innere
Phase, bestehend aus Mahlgut und einer zusätzlichen
Komponente, welche im Behälter (1) zugegeben wird, wobei diese
zusätzliche Komponente ein material ist, das ein kolloidales
System hervorruft, nach einer bestimmten Verweildauer im
Behälter (1), aus dem Rotationsfeld ausgetragen und, die für
die Trennung erforderlichen Verteilung und Konzentration von 8
bis 15% im Mehrphasensystem aufweisend, im Mehrphasensystem
tangential in einen Trenner (12) eingespeist wird, wobei eine
kreisförmige Strömung mit einer axialen Geschwindigkeitsvektor
hervorgerufen wird, und durch Abmischen des Mehrphasensystems
in der kreisförmigen Strömung, in der das Mehrphasensystem
einen radialen Konzentrationsgradienten größer als 50%
zugleich in zentraler und peripherer Richtung aufweist, die
innere Phase auf einen deutlich niedrigeren Konzentration
abgesenkt wird, und weiterhin in verschiedenen axialen Ebenen
Flüssigkeiten und Komponenten abgeleitet werden und ein Teil
des Mehrphasensystems in Behälter (1) zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Bearbeitung des Mahlgutes mit einer Verweildauer in dem ersten
Behälter von bis zu 30 Minuten durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Mahlgut so aufbereitet wird, daß die Kunstoffteilchen einen
Dichteunterschied gleich und/oder größer 0,02 g/ml aufweisen.
4. Verfahren nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mischphase aus gemahlenen, in einem Durchmesserbereich
unter 8 mm liegend, unsortierten Kunststoffteilchen
vorbereitet wird.
5. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Rotationsfeld durch einen Agitator mit einer Drehzahl von
800 bis 3500 U/min im ersten Behälter erzeugt wird.
6. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dichteunterschiede der Flüssigkeitskomponenten durch eine
Systemtemperatur von 80°C bis 130°C erreicht und vorzugsweise
ein Systemdruck von/bis 3 bar hervorgerufen wird.
7. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das
kolliodale System bildende Material vorzugsweise Zellulose
verwendet wird.
8. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch
Abmischen ein Viskositätssprung auf 0,25 PaS eintritt,
wodurch eine räumliche Vergrößerung der kolloidalen Teilchen
erreicht wird und die deutlich niedrigere Konzentration einen
Betrag kleiner 2% aufweist.
9. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 bis 2,5 m/s erzeugt wird.
10. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strömungsgeschwindigkeit der axialen kreisförmigen Strömung
in dem Trenner zwischen 0,4 bis 2,5 m/s liegt.
11. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Verweildauer des Mehrphasensystems im Trenner von 1 bis 5
Minuten eingestellt wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1
bis Punkt 11, bestehend aus einem Behälter mit einem konischem
Unterteil, wobei mittig im Behälter ein Agitator angeordnet
ist, weiterhin über eine Pumpeinrichtung ein Trenner
angeschlossen ist und an dem Trenner bekannte
Entnahmevorrichtungen einzelner Komponenten vorhanden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (1) mit einem
konischen Einbau (3, 3′), wobei ein Raum (8) unterhalb des
konischen Einbaus (3, 3′) vorhanden ist, über eine
Druckleitung (5), welche unterhalb des konischen
Einbaus (3, 3′) angeordnet ist, ein Trenner (12) verbunden ist
und die Rückführung aus dem Trenner (12) über eine
Rückführungsleitung (6) in der Nähe der Druckleitung (5)
tangential im Raum (8) eingebunden ist, wobei am Trenner (12)
die Druckleitung (5) oberhalb tangential eingebunden ist,
sowie ein Strömungseinbau (14), als eine obere Begrenzung,
schraubenförmig schräg angeordnet ist und ein zylindrischer
Einbau (15) mittig nachfolgend vorhanden ist.
13. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Druckleitung (5) eine Pumpe (7) eingebunden ist.
14. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß
der konische Einbau (3,3′) in einem Winkel von 30° bis 60° zur
Seitenwand des Behälters (1) mittig angeordnet und in seiner
Mitte eine Öffnung (22) vorhanden ist.
15. Vorrichtung nach Punkt 12 und 14, dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiterer konischer Einbau (23) mit einem Abstand von
250 mm unterhalb des konischen Einbaus (3; 3′) vorhanden ist,
welcher eine Öffnung (20) aufweist.
16. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
Strömungseinbau (14) mit einer Steigung von tan 0,1 bis
tan 0,06 eingebaut ist, wobei die Anordnung der Druckleitung
(5) unterhalb des Strömungseinbaus (14) erfolgt.
17. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis der Durchmesser (D1) zu (D2) zwischen 2 und 1
liegt, sowie der Durchmesser (D2) kleiner (D3) ist.
18. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Ringraumhöhe (H1; H1′) zur freien Raumhöhe (H2; H2′)
zwischen 0,5 und 1 liegt.
19. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
zylindrische Einbau (15) oben und unten offen ist.
20. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rückführungsleitung (6) tangential an einer Öffnung (18)
anliegt.
21. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß an
dem konischen Unterteil (9) des Behälters (1) eine Leitung
(10) und eine Rückführung (11.1) angeschlossen ist.
22. Vorrichtung nach Punkt 12 und 21, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Leitung (10) und der Rückführung (11.1) ein
weiterer Trenner angeschlossen ist, welcher den gleichen
Aufbau wie der erfindungsgemäße Trenner (12) haben kann.
23. Vorrichtung nach Punkt 12 und 21, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zuführung (11.2) unterhalb des konischen Unterteils
(9) vorhanden ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944405903 DE4405903A1 (de) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Mischgütern mit Kunststoffbestandteilchen |
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