DE102016120467A1

DE102016120467A1 - Prallreaktor zum Zerkleinern von Verbundmaterial und Verfahren zum Zerkleinern von Verbundmaterial

Info

Publication number: DE102016120467A1
Application number: DE102016120467.6A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schäfer
Original assignee: SCHAEFER ELEKTROTECHNIK und SONDERMASCHINEN GmbH; Schafer Elektrotechnik und Sondermaschinen GmbH
Current assignee: SCHAEFER ELEKTROTECHNIK und SONDERMASCHINEN GmbH; Schafer Elektrotechnik und Sondermaschinen GmbH
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2018-04-26
Also published as: CN109996608A; US20190262840A1; EP3532205A1; WO2018078050A1; KR20190067249A

Abstract

Prallreaktor (1) zum Zerkleinern von Verbundmaterial, umfassend einen zylindrischen Mantel (2), in welchem ein Rotor (3) angeordnet ist sowie eine Einfüllöffnung (9) zum Einfüllen des Verbundmaterials und eine Entnahmeöffnung (8) zum Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials, wobei zumindest eine weitere Einfüllöffnung (10) für ein Kühlmedium vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Prallreaktor zum Zerkleinern von Verbundmaterial, umfassend einen zylindrischen Mantel, in welchem ein Rotor angeordnet ist sowie eine Einfüllöffnung zum Einfüllen des Verbundmaterials und eine Entnahmeöffnung zum Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials.
Prallreaktoren werden verwendet, um Gegenstände, die aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt sind, so zu zerkleinern, dass eine Stofftrennung möglich ist. Dabei werden die Gegenstände durch eine Schlagbeanspruchung mit einem hohen Pulsübertrag mittels rotierender Prallelemente zerkleinert und in einzelne Bestandteile aufgetrennt.
Aus der EP 0 859 693 B1 ist ein Prallreaktor bekannt mit einem zylindrischen Grundkörper, in welchem ein durch ein Antriebsmotor angetriebener Rotor angeordnet ist. Der Rotor ist aus verschleißfestem Stahl ausgebildet und weist an seinen propellerförmigen oder flügelförmigen Enden austauschbare Prallelemente auf.
Im Mantelbereich des Prallreaktors sind Entnahmeöffnungen angeordnet. Diese können mit geschlitzten oder gelochten Blechen abgedeckt sein, so dass ein differenzierter Austrag von zerkleinerten Partikeln in gewünschter Partikelgröße möglich ist.
Bei der Zerkleinerung von kunststoffhaltigen Verbundmaterialien besteht das Problem, dass sich das Kunststoffmaterial aufgrund des hohen Energieeintrags in Folge der hohen mechanischen Beanspruchung erhitzt, so dass eine hochwertige Weiterverwendung des Kunststoffs oft nicht mehr möglich ist. Getränkeverpackungen umfassen oftmals wenigstens einen Verpackungsanteil aus Polyethylenterephthalat (PET). Dieses Material kann hochwertig wiederverwertet und beispielsweise zu Textilfasern weiterverarbeitet werden. Hierbei ist aber wesentlich, dass PET-haltige Material während der Zerkleinerung nicht so stark zu erhitzen, dass sich die Werkstoffeigenschaften nachteilig verändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prallreaktor zum Zerkleinern von Verbundmaterial bereitzustellen, welcher ein schonendes Zerkleinern von temperaturempfindlichen Materialien ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Der erfindungsgemäße Prallreaktor zum Zerkleinern von Verbundmaterialien umfasst einen zylindrischen Mantel, in welchem ein Rotor angeordnet ist sowie eine Einfüllöffnung zum Einfüllen der Verbundmaterialien und eine Entnahmeöffnung zum Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials, wobei zumindest eine weitere Einfüllöffnung für ein Kühlmedium vorgesehen ist.
Während des Zerkleinerungsvorgangs wird neben dem Verbundmaterial ein Kühlmedium in den Prallreaktor eingegeben. Während der mechanischen Beanspruchung durch den Rotor, kommt es zu einer schnellen und starken Durchmischung von Verbundmaterial und Kühlmedium, so dass es trotz starker mechanischer Beanspruchung und eines hohen Impulsübertrages zwischen Rotor und Verbundmaterial oder zwischen Mantel und Verbundmaterial nicht zu einer Überhitzung des Verbundmaterials kommt.
Der Rotor kann mit Prallelementen versehen sein, welche an den freien Enden der Rotorblätter angeordnet sind. Der Rotor kann stabförmige Rotorblätter oder alternativ auch Ketten, Seile, schwertförmige Rotorblätter oder Flügel aufweisen.
Vorzugsweise umfasst das Kühlmedium Wasser. Wasser ist besonders kostengünstig und einfach in der Verwendung. Des Weiteren hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass insbesondere PET-haltige Verbundmaterialien, wie beispielsweise Getränkeverpackungen besonders effektiv und schonend in einem Prallreaktor zerkleinert werden können, wenn der Prozess zusammen mit Wasser durchgeführt wird. Das ist darauf zurückzuführen, dass sich das in den Prallreaktor eingefüllte Wasser schnell mit dem Verbundmaterial mischt. Dabei dämpft das Wasser den Impulsübertrag des Rotors auf das Verbundmaterial, überträgt aber gleichzeitig den aufgenommenen Impuls auf das Verbundmaterial. Dies bewirkt eine schonende Auftrennung des Verbundmaterials. Dadurch dass Wasser eine sehr hohe Energieaufnahmekapazität aufweist, kann ein Erhitzen des Verbundmaterials wirksam vermieden werden. Insofern ermöglicht Wasser ein schonendes Zerkleinern von Verbundmaterialien in einem Prallreaktor und verhindert gleichzeitig die Überhitzung des Verbundmaterials.
Ein weiterer Vorteil von Wasser ist, dass eventuelle wasserlösliche Verunreinigen und Rückstände aus dem Verbundmaterial entfernt werden können. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit der Zerkleinerung von Getränkeverpackungen vorteilhaft. Zumeist befinden sich in Getränkeverpackungen Rückstände von Getränken und dergleichen. Ergebnis der Zerkleinerung ist ein zerkleinertes, beziehungsweise in Einzelbestandteile getrenntes und aufgereinigtes Verbundmaterial.
Das Kühlmedium kann einen Zusatzstoff umfassen. Zusatzstoffe sind insbesondere solche Stoffe, die die Reinigung und Stofftrennung des Verbundmaterials verbessern. Derartige Zusatzstoffe sind beispielsweise tensidhaltige oder alkoholhaltige Reinigungsmittel, welche Getränkereste und dergleichen anlösen. Weitere denkbare Zusatzstoffe sind Lösungsmittel, welche beispielsweise anhaftende Etiketten oder Klebstoffreste von dem Verbundmaterial lösen.
Es ist ferner denkbar, als Kühlmedium allein oder zusammen mit Wasser flüssigen Stickstoff oder Trockeneis einzusetzen. Beide bewirken eine signifikante Abkühlung des Verbundmaterials und verhindern eine Überhitzung des Materials während der Zerkleinerung. Des Weiteren wird durch die starke Abkühlung eine Versprödung des Verbundmaterials erzielt, was die Trennung unterstützen kann.
Der Entnahmeöffnung kann eine Klassiereinrichtung zugeordnet sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein kontinuierliches Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials aus dem Prallreaktor erfolgt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Entnahmeöffnung des Prallreaktors zumindest während des Zerkleinerungsvorgangs geöffnet ist. Prinzipiell ist auch ein batchweiser Betrieb denkbar. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Verweildauer des Verbundmaterials in dem Prallreaktor sehr kurz ist.
Für den Fall der Zerkleinerung von folienhaltigen Verbundmaterialen ist es vorteilhaft, wenn die Klassiereinrichtung als Windsichter ausgebildet ist. Dies ermöglicht ein effektives Abtrennen der folienhaften Bestandteile aus dem aus dem Prallreaktor entnommenen Material.
Vorzugsweise weist der Prallreaktor einen Deckel auf, welcher mit dem Mantel einen Prallreaktorraum begrenzt. Dabei kann die weitere Einfüllöffnung mit dem Mantel und/oder dem Deckel zugeordnet sein. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere denkbar, dass in den Mantel und/oder den Deckel ein Wasseranschluss integriert ist. Dabei kann der Wasseranschluss so ausgebildet sein, dass ein Wasserstrahl auf den Rotor gerichtet ist. Die mechanische Beanspruchung des Verbundmaterials ist im Bereich des Rotors am höchsten, daher ist eine besonders effektive Kühlung möglich, wenn der Wasserstrahl direkt auf den Rotor gerichtet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zerkleinern von Verbundmaterial in einem Prallreaktor wird Verbundmaterial über eine Einfüllöffnung in einen Prallreaktorraum gegeben. In dem Prallreaktorraum wird unter Einwirkung des Rotors das Verbundmaterial zerkleinert und über eine Entnahmeöffnung aus dem Prallreaktorraum ausgeschleust. Erfindungsgemäß wird mit dem Verbundmaterial ein Kühlmedium in den Prallreaktorraum gegeben. Dabei wird das Kühlmedium vorzugsweise gleichzeitig mit dem Verbundmaterial in den Prallreaktorraum gegeben.
Bei dem Kühlmedium kann es sich um flüssigen Stickstoff, Trockeneis oder ein vergleichbares Kühlmedium handeln. Vorzugsweise ist das Kühlmedium Wasser, welches über eine Einfüllöffnung in den Prallreaktorraum gegeben wird. Das Kühlmedium kann ferner einen Zusatzstoff umfassen.
Das zerkleinerte Verbundmaterial kann kontinuierlich aus dem Prallreaktorraum entnommen werden. Alternativ kann das zerkleinerte Verbundmaterial batchweise aus dem Prallreaktorraum entnommen werden.
Insbesondere bei aus Kunststoff, beispielsweise aus PET-bestehenden Getränkeverpackungen handelt es sich um Verbundmaterialien mit einem vergleichsweise geringen spezifischen Gewicht und einer vergleichsweise geringen Festigkeit. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem neben dem Verbundmaterial auch ein Kühlmedium in den Prallreaktorraum gegeben wird, kann verhindert werden, dass sich das Verbundmaterial erhitzt und dadurch einer weiteren Verwendung nicht zugeführt werden kann. Aufgrund des geringen spezifischen Gewichts und der verhältnismäßig geringen Festigkeit ist lediglich eine kurze Verweildauer des Verbundmaterials in dem Prallreaktorraum erforderlich. Daher kann dieses kontinuierlich aus dem Prallreaktorraum entnommen werden.
Zur Zerkleinerung von kunststoffhaltigen Verbundmaterialien ist eine Verweildauer von bis zu 10 Sekunden ausreichend. Häufig ist es wünschenswert, dass das Verbundmaterial lediglich in seine Einzelbestandteile aufgetrennt und nicht weiter zerkleinert wird. Dabei ist es denkbar, dass die Verweildauer lediglich Bruchteile von Sekunden beträgt. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der Rotor mehrere übereinander angeordnete Rotorblätter aufweist, welche auf derselben Welle versetzt zueinander angeordnet sein können. Bei dieser Ausgestaltung bildet sich eine Art Labyrinth, was eine schnelle Zerkleinerung bewirkt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere durch das Kühlmedium Wasser und der kurzen Verweildauer des Verbundmaterials von wenigen Sekunden in dem Prallreaktorraum wird sichergestellt, dass das Verbundmaterial lediglich in seine Einzelbestandteile aufgetrennt wird. Dabei kann sich an die Entnahme des zerkleinerten Verbundmaterials eine Klassierung anschließen. Diese kann beispielsweise in Form eines Windsichters oder in Form eines Siebes ausgebildet sein. Bei folienhaltigem Verbundmaterial hat sich die Verwendung eines Windsichters als vorteilhaft und sehr effektiv herausgestellt.
1 zeigt schematisch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Prallreaktors.
1 zeigt einen Prallreaktor 1, beziehungsweise eine Prallreaktoranordnung zum Zerkleinern von Verbundmaterial. Der Prallreaktor 1 umfasst einen zylindrischen Mantel 2 aus metallischem Material. Im Bodenbereich im inneren des Mantels 2 ist ein Rotor 3 angeordnet, welcher mit Prallelementen 5 versehen ist. Der Rotor 3 ist mit einem Elektromotor 6 wirkverbunden, welcher außerhalb des Mantels 2 angeordnet ist. Die den Rotor 3 mit dem Elektromotor 6 verbindende Welle verläuft in Axialrichtung des zylindrischen Mantels 2. Der Rotor 3 ist mit Flügeln 4 versehen, welche radial von der Welle abragen. An den Enden der freien Flügel 4 sind Prallelemente 5 angeordnet. Die Prallelemente 5 sind auswechselbar an den Flügeln 4 befestigt.
Der Prallreaktor 1 ist an der rotorabgewandten Stirnseite mit einem Deckel 7 verschlossen. Der Mantel 2 weist eine Einfüllöffnung 9 zum Einfüllen des Verbundmaterials auf. Der Mantel 2 weist ferner im Bereich des Rotors 3 eine Entnahmeöffnung 8 zum Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials auf. In den Deckel 7 ist eine weitere Einfüllöffnung 10 für ein Kühlmedium integriert. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die weitere Einfüllöffnung 10 als Rohrstutzen ausgebildet, durch welchen Wasser in den durch den Mantel 2 und den Deckel 7 begrenzten Prallreaktorraum geleitet werden kann.
Der Entnahmeöffnung 8 ist eine Klassiereinrichtung 11 in Form eines Windsichters zugeordnet.
Zum Zerkleinern wird das Verbundmaterial über die Einfüllöffnung 9 in den Prallreaktorraum gegeben. Des Weiteren wird ein Kühlmedium über die weitere Einfüllöffnung 10 in den Prallreaktor gegeben. Das Verbundmaterial wird unter Einwirkung des mit den Prallelementen 5 versehenen Rotors 3 und des Kühlmediums zerkleinert und schließlich über die Entnahmeöffnung 8 aus dem Prallreaktorraum ausgeschleust. Im Anschluss an die Entnahme des zerkleinerten Verbundmaterials erfolgt eine Klassierung mittels eines Windsichters. Die Entnahme des zerkleinerten Verbundmaterials aus dem Prallreaktorraum erfolgt bei der vorliegenden Ausgestaltung kontinuierlich. Die Vorrichtung ist aber auch für einen batchweisen Betrieb geeignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0859693 B1 [0003]

Claims

Prallreaktor (1) zum Zerkleinern von Verbundmaterial, umfassend einen zylindrischen Mantel (2), in welchem ein Rotor (3) angeordnet ist sowie eine Einfüllöffnung (9) zum Einfüllen des Verbundmaterials und eine Entnahmeöffnung (8) zum Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Einfüllöffnung (10) für ein Kühlmedium vorgesehen ist.
Prallreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium Wasser umfasst.
Prallreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium einen Zusatzstoff umfasst.
Prallreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium Trockeneis und/oder flüssigen Stickstoff umfasst.
Prallreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmeöffnung (8) eine Klassiereinrichtung (11) zugeordnet ist.
Prallreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallreaktor (1) einen Deckel (7) aufweist, welcher mit dem Mantel (2) einen Prallreaktorraum begrenzt.
Prallreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Einfüllöffnung (10) dem Mantel (2) und/oder dem Deckel (7) zugeordnet ist.
Verfahren zum Zerkleinern von Verbundmaterial in einem Prallreaktor (1), bei welchem Verbundmaterial über eine Einfüllöffnung (9) in einen Prallreaktorraum gegeben wird, in dem Prallreaktorraum unter Einwirkung des Rotors (3) zerkleinert und über eine Entnahmeöffnung (8) aus dem Prallreaktorraum ausgeschleust wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verbundmaterial ein Kühlmedium in den Prallreaktorraum gegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zerkleinerte Verbundmaterial kontinuierlich aus dem Prallreaktorraum entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Entnahme des zerkleinerten Verbundmaterials eine Klassierung anschließt.