DE10337105A1 - Method for disinfecting water containing contaminated coolant and lubrication materials has them subjected to electromagnetic radiation - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches AnwendungsgebietTechnical application
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von verunreinigten, wasserhaltigen Kühl- und Schmiertoffen, bei dem der Kühl- und Schmierstoff oder eine daraus erhaltene Fraktion ein flüssiges Medium bildet, das zur Reduzierung von enthaltenen Keimen erhitzt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for treating contaminated, aqueous cooling and lubricants, in which the cooling and lubricant or a fraction derived therefrom forms a liquid medium, which is heated to reduce contained germs. The invention also relates to a device for carrying out the method.
Kühl- und Schmierstoffe werden unter anderem in der spanenden Fertigung (z.B. Drehen, Fräsen, Schleifen), der Metallurformtechnik (z.B. Schmieden), der Metallumformtechnik (z.B. Biegen, Ziehen, Walzen, Dehnen, Drücken) oder in anderen Bereichen von industriellen Fertigungsprozessen eingesetzt, in denen kühlende und schmierende Eigenschaften von Hilfsstoffen gefordert werden. Bei diesem Einsatz werden die Kühl- und Schmierstoffe im Laufe der Gebrauchsphase mit Feststoffen oder Flüssigkeiten, wie beispielsweise Abrieb, Schneidzusätze, Abrasivmittel oder Fremdöle, und mit Keimen verunreinigt. Unter wasserhaltigen Kühl- und Schmierstoffen werden in der vorliegenden Beschreibung unter anderem wasserlösliche, wassermischbare, wassergemischte oder andere Kühl- und Schmierstoffmischungen verstanden, die Wasser im Bereich > 5% bis nahezu 100% beinhalten. Im Folgenden wird als Sammelbezeichnung für derartige verunreinigte, wasserhaltige Stoffe der Ausdruck „wassermischbare Kühlschmierstoffe" oder kurz „KSS" verwendet.Cold and Lubricants are used inter alia in machining (e.g. Turning, milling, grinding), the metal forming technique (e.g., forging), the metal forming technique (e.g., bending, pulling, rolling, stretching, pressing) or other areas used in industrial manufacturing processes where cooling and lubricating properties of auxiliaries are required. at this use is the cooling and lubricants during the use phase with solids or liquids, such as abrasion, cutting additives, abrasives or foreign oils, and contaminated with germs. Among aqueous coolants and lubricants are used in the present Description including water-soluble, water-miscible, water-mixed or other cooling and lubricant mixtures understood, the water in the range> 5% to nearly 100% include. The following is a collective term for such contaminated, water-containing substances the term "water-miscible Cooling lubricants "or short" KSS "used.
Die in der Industrie am häufigsten eingesetzten wassermischbaren Kühlschmierstoffe sind komplexe Emulsionen auf Basis von KSS-Konzentraten, die im Verhältnis von etwa 1:10 bis 1:25 in Wasser eingemischt und emulgiert werden. Die folgende Tabelle zeigt beispielhaft einige spezifische Stoffklassen, die in wassermischbaren Kühlschmierstoffen enthalten sein können, und gibt die maximal enthaltene Konzentration der Stoffklassen in den handelsüblichen Konzentraten an. The water-miscible cooling lubricants most frequently used in industry are complex emulsions based on KSS concentrates, which are mixed and emulsified in water in the ratio of about 1:10 to 1:25. The following table shows an example of some specific substance classes which may be contained in water-miscible cooling lubricants and indicates the maximum concentration of the substance classes contained in the commercially available concentrates.
Es ist ersichtlich, dass KSS-Konzentrate komplex zusammengesetzt sind. Neben Emulgatoren, die feindisperse Öl- oder Wassertröpfchen in der Emulsion stabilisieren, enthalten die Rezepturen Korrosionsschutzmittel, schneidaktive Zusätze wie Extreme-Pressure-Additives, Lösungsvermittler und, im Falle von vorkonservierten Konzentraten, auch Biozide.It It can be seen that KSS concentrates are complex. In addition to emulsifiers, the finely dispersed oil or water droplets in stabilize the emulsion, the formulations contain corrosion inhibitors, Cutting active additives like extreme pressure additives, solubilizers and, in the case of preconserved concentrates, also biocides.
Kühlschmierstoffe können neben den flüssigen Komponenten auch feste Stoffe in Form feinster Partikel, Späne und Schleifmittel enthalten. Diese Partikel werden in vielen Anwendungen durch das bearbeitete Material (z.B. Metall, Kohlenstoff) und das zerspanende Material (z.B. Schneid- oder Schleifpartikel aus Siliziumkarbid, Diamant, Hartmetall u.a.) dominiert. Darüber hinaus können Fremdöle in den Kühlschmierstoff gelangen und die Eigenschaften des KSS verändern. Besonders problematisch ist jedoch, dass es in den KSS zu einem Verkeimen durch Mikroorganismen kommen kann, v.a. durch aerobe, anaerobe und/oder sporenbildende Bakterien sowie Hefen und Schimmelpilze. Durch die Verkeimung von KSS können sich deren Gebrauchseigenschaften massiv verändern. Weiterhin kann es zu gesundheitlichen Problemen bei den Mitarbeitern der Betriebe kommen, die mit verkeimten KSS arbeiten. Die Kühlschmierstoffe werden bei zu starker Verunreinigung, bei zu hohem Fremdölgehalt oder bei zu hoher Verkeimung als Sonderabfall beseitigt.coolants can next to the liquid Components also solid substances in the form of very fine particles, chips and abrasives contain. These particles are used in many applications machined material (e.g., metal, carbon) and the machining Material (e.g., silicon carbide cutting or abrasive particles, Diamond, carbide, etc.) dominates. In addition, foreign oils can be found in the coolant and change the properties of the KSS. Especially problematic However, it is that in the KSS germs due to microorganisms can come, v. a. by aerobic, anaerobic and / or sporulating Bacteria as well as yeasts and molds. By the contamination of KSS can their usage properties change massively. Furthermore, it may too health problems come to the employees of the farms who work with germinated KSS. The cooling lubricants are added excessive contamination, too much foreign oil content or too high contamination eliminated as hazardous waste.
In Metallbearbeitungsprozessen können bei unkontrolliertem Wachstum von Mikroorganismen in KSS die folgenden Probleme auftreten:
- – Konzentrationsrückgang wichtiger KSS-Inhaltsstoffe;
- – Zunahme des Korrosionsrisikos;
- – Verlust von Kühl- und/oder Schmierwirkung des KSS;
- – Verstopfungen von Rohrleitungen durch Biomasse;
- – Mikrobiell bedingte Hautschäden und Infektionsrisiken für das Personal;
- – Bildung toxischer mikrobieller Stoffwechselprodukte;
- – Vermehrung pathogener Keime;
- – Erhöhtes Risiko der Bildung von kanzerogenen Nitrosaminen infolge mikrobieller Reduktion von Nitrat zu Nitrit;
- – allergenes Potential.
- - Concentration decline of important KSS ingredients;
- - increase in the risk of corrosion;
- - Loss of cooling and / or lubricating effect of the KSS;
- - Blockage of pipelines by biomass;
- - microbial skin damage and infection risks to personnel;
- - formation of toxic microbial metabolites;
- - multiplication of pathogenic germs;
- - Increased risk of formation of carcinogenic nitrosamines due to microbial reduction of nitrate to nitrite;
- - allergenic potential.
Diese Probleme haben alle zur Folge, dass die Standzeit des KSS verkürzt wird und große Massen an KSS beseitigt werden müssen. Dies erhöht die Kosten der spanenden Fertigung.These All problems have the consequence that the service life of the cooling lubricant is shortened and big Masses of KSS must be eliminated. This increases the cost of machining.
Zur Beseitigung von gebrauchten KSS werden von den Sonderabfallbeseitigungsunternehmen chemisch/physikalische Verfahren eingesetzt. Bei diesen Verfahren erfolgt eine Emulsionsspaltung und eine Trennung von Öl und Wasser. Das Öl wird überwiegend thermisch verwertet, die Wasserfraktion muss vor der Einleitung in das Abwassersystem biologisch nachbehandelt werden. Bei hohen Gehalten an Bioziden im Kühlschmierstoff kann es dabei zu Störungen in der biologischen Abwasserreinigungsanlage kommen.to Elimination of used KSS are from the hazardous waste disposal companies used chemical / physical processes. In these procedures there is a demulsification and a separation of oil and water. The oil becomes prevalent thermally recycled, the water fraction must be before the initiation be post-treated biologically in the sewage system. At high Held at biocides in the cooling lubricant It can cause disturbances come in the biological wastewater treatment plant.
Vor der Beseitigung der gebrauchten KSS kann eine dezentrale Aufkonzentrierung mittels Ultrafiltration oder Eindampfung vorgenommen werden. Dabei wird die ölhaltige Phase aufkonzentriert, so dass eine geringere Masse zu beseitigen ist. Die abgetrennte Wasserphase kann entweder innerbetrieblich wieder eingesetzt werden oder wird der betrieblichen Abwasserreinigung zugeführt.In front The elimination of used KSS can be a decentralized concentration be made by ultrafiltration or evaporation. there becomes the oily one Phase concentrated, so as to eliminate a lower mass is. The separated water phase can either be internal be used again or will be the operational wastewater treatment fed.
Das Hauptproblem beim Einsatz der beschriebenen KSS ist die Anfälligkeit der Emulsionen gegenüber mikrobiellem Befall. Die Temperatur von KSS in Metallbearbeitungsmaschinen liegt i.a. zwischen 20 und 50°C. Neben diesen günstigen Wachstumstemperaturen bilden sie ein gutes Nährmedium für viele Bakterien, Pilze und Hefen durch die enthaltenen organischen Verbindungen. KSS enthalten alle für das Wachstum dieser Mikroorganismen erforderlichen Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor sowie Wasser.The The main problem with the use of the described KSS is the susceptibility of the emulsions microbial infestation. The temperature of KSS in metal working machines lies i.a. between 20 and 50 ° C. In addition to these cheap Growth temperatures make them a good nutrient medium for many bacteria, fungi and Yeasts by the contained organic compounds. KSS included all for The growth of these microorganisms required elements such as Carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur and phosphorus as well as water.
Zum sicheren Betrieb der spanenden Fertigung sollte eine erhöhte Keimbelastung grundsätzlich vermieden werden. Die maximale mikrobiologische Belastung in KSS sollte Keimzahlen von 106 KBE/ml (KBE: koloniebildende Einheiten als Maß für die Keimbelastung) nicht übersteigen. Dies wird bislang in weiten Bereichen der Industrie durch die Zugabe von Bioziden erreicht. Der Einsatz dieser Verbindungen ist ökologisch nicht unumstritten, da gesundheitsbeeinträchtigende Effekte auf die Beschäftigten nicht völlig auszuschließen sind. Nachteilig am Biozideinsatz ist ferner, dass sich Resistenzen gegen die Biozide entwickeln können, so dass entweder die Konzentrationen stark erhöht, die Biozide häufig gewechselt oder komplexe Biozidegemische eingesetzt werden müssen. Aus diesen Gründen wird mit der aktuellen EU-Biozidrichtlinie (Richtlinie 98/8/EG vom 16.02.1998 über das Inverkehrbringen von Biozid-Produkten) eine deutliche Reduktion des Biozideinsatzes angestrebt.For safe operation of the cutting production an increased germ load should be avoided. The maximum microbiological burden in KSS should not exceed a bacterial count of 10 6 cfu / ml (CFU: colony-forming units as a measure of bacterial load). So far, this has been achieved in many areas of the industry by the addition of biocides. The use of these compounds is ecologically not without controversy, since health-damaging effects on the employees can not be completely ruled out. Another disadvantage of the use of biocides is that resistances to the biocides can develop, so that either the concentrations are greatly increased, the biocides must be changed frequently or complex biocide mixtures must be used. For these reasons, the current EU Biocidal Products Directive (Directive 98/8 / EC of 16.02.1998 on the placing on the market of biocidal products) aims to significantly reduce the use of biocides.
Zur
Verlängerung
der Emulsions-Standzeiten sind Anlagen bekannt, die an den KSS-Kreislauf
von Bearbeitungsmaschinen angeschlossen werden können und auf unterschiedlichen
Verfahrenskonzepten basieren. Die meisten Aufbereitungsanlagen enthalten
eine mechanische Abtrennung der festen und flüssigen Verunreinigung aus den
KSS, wie sie z.B. in der
Aus
der
Aus der Wasseraufbereitung sind Verfahren zur chemischen Reduktion der Keime durch Halogenierung (Zugabe von z.B. Chlor, Brom, Jod), Ozonierung oder Zugabe von biozid wirkenden Substanzen wie Silber, Kupfer und weiteren handelsüblichen Bioziden bekannt (siehe z.B.: http:// www.bayern.de/wwa-ab/technik/Wv/Waufbereit/aufbereit.htm#sonst). Nicht alle der beschriebenen Chemikalien und Verfahren sind jedoch für KSS sinnvoll einsetzbar. Viele chemische Verfahren sind nachteilig, da sie auf die komplexe Struktur der KSS Einfluß nehmen können. Ein Überschuß an Halogenen oder Ozon im KSS würde die verschiedenen organischen Verbindungen, die im Kühlschmierstoff enthalten sind, teilweise oder vollständig oxidieren.Out Water treatment are methods of chemical reduction of Germs by halogenation (addition of, e.g., chlorine, bromine, iodine), ozonation or addition of biocidal substances such as silver, copper and further commercial Biocides known (see, for example: http: // www.bayern.de/wwa-ab/technik/Wv/Waufbereit/aufbereit.htm#sonst). However, not all of the chemicals and processes described are useful for KSS used. Many chemical processes are disadvantageous as they occur the complex structure of the cooling lubricant can influence. An excess of halogens or ozone in the KSS would the various organic compounds found in the cooling lubricant contained, partially or completely oxidize.
Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem Wasser elektrolytisch gespalten wird (Firmeninfo: Mall Neutra). Die elektrolytische Spaltung des Wassers in Sauerstoff und Wasserstoff ist nicht unproblematisch. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Emulsion durch die stattfindende Reaktion gespalten werden kann. Außerdem ist die Bildung von Knallgas sicherheitstechnisch bedenklich. Ein merklicher Effekt hinsichtlich der Keimabtötung ist für dieses Verfahren darüber hinaus aber nicht beschrieben.Farther For example, a process is known in which water is split electrolytically (company info: Mall Neutra). The electrolytic cleavage of Water in oxygen and hydrogen is not without problems. It can not be ruled out that the emulsion can pass through the occurring reaction can be split. Moreover, the formation of Oxygen gas safety concern. A noticeable effect in terms of germ killing is for this procedure about it but not described.
Bei einem weiteren Verfahren, wie es bspw. von der Fa. D.A. Stuart bekannt ist, wird der KSS in einem Wärmetauscher erhitzt und dadurch von den Keimen befreit. Der Nachteil der Erhitzung von thermisch labilen Emulsionen in konventionellen Wärmetauschern besteht allerdings darin, dass zum Erreichen der gewünschten Medium-Endtemperatur stets Übertemperaturen an den Wärmetauscherflächen erforderlich sind. Die Übertemperaturen der Wärmetauscherflächen gegenüber der angestrebten Medium-Endtemperatur liegen in der Regel zwischen 10 und 50 K und verursachen eine Reihe von unerwünschten Effekten. Zum einen entstehen an den Wärmetauscherflächen Überhitzungen, an denen bestimmte Salze wie zum Beispiel Karbonate ausfallen können. Derartige Ausfällungen können zu Verkrustungen an den Wärmetauscherflächen führen, dem sogenannten Scaling. Die Wärmetauscherflächen müssen von diesen Verkrustungen in regelmäßigen Zeitabständen gereinigt werden, was Kosten verursacht. Darüber hinaus können an den heißen Wärmetauscherflächen auch Fouling-Effekte auftreten, wodurch weiche Beläge entstehen. Weiche Beläge können bei Emulsionen durch Anlagerungen von freien Ölen und durch Ablagerungen von anderen Substanzen der KSS wie z.B. von Emulgatoren oder von anderen Additiven hervorgerufen werden. Die Übertemperaturen können zudem eine thermische Schädigung des eingesetzten KSS bewirken. Eine der Ursachen dafür ist, das die Wandtemperaturen mindestens 10 Kelvin heißer sein müssen als die erforderliche Entkeimungstemperatur. Wenn z.B. eine Temperatur von 75 °C benötigt wird, um den KSS zuverlässig zu entkeimen, sollte die Wandtemperatur der Wärmetauscher mindestens 85 °C betragen. In der Praxis werden noch höhere Übertemperaturen realisiert, um mit kleinen Wärmetauschern auszukommen. Bei Temperaturen von 85 °C oder höher können aber schon nach kurzer Behandlungsdauer deutliche Produktschädigungen auftreten. Die KSS können dann bereits nach wenigen Entkeimungs- und Reinigungszyklen ihre Gebrauchseigenschaften verlieren.at another method, such as, for example, the Fa. D.A. Stuart known is, the KSS is in a heat exchanger heated and thereby released from the germs. The disadvantage of heating of thermally labile emulsions in conventional heat exchangers However, that is to achieve the desired Medium end temperature always overtemperatures required at the heat exchanger surfaces are. The overtemperatures the heat exchanger surfaces relative to the The desired medium final temperature is usually between 10 and 50 K and cause a number of undesirable effects. On the one hand arise at the heat exchanger surfaces overheating, where certain salts such as carbonates can precipitate. such precipitations can lead to encrustations on the heat exchanger surfaces, the so-called scaling. The heat exchanger surfaces must be from cleaned these incrustations at regular intervals become what causes costs. In addition, you can the hot ones Heat exchanger surfaces too Fouling effects occur, whereby soft coverings arise. Soft coverings can be used for emulsions by deposits of free oils and by deposits of other substances of the KSS, such as e.g. from Emulsifiers or other additives are caused. The overtemperatures can also a thermal damage effect the used KSS. One of the causes of this is that the wall temperatures must be at least 10 Kelvin hotter than the required Disinfecting temperature. If e.g. a temperature of 75 ° C is needed reliable about the KSS To sterilize, the wall temperature of the heat exchanger should be at least 85 ° C. In practice, even higher overtemperatures realized with small heat exchangers get along. At temperatures of 85 ° C or higher but can be after a short time Treatment period significant product damage occur. The KSS can then after a few sterilizing and cleaning cycles, their performance characteristics to lose.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wirtschaftliches Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen die Verkeimung von gebrauchten und verunreinigten KSS auch ohne den Einsatz von Bioziden effizient reduziert werden kann. Das Verfahren sollte die KSS schonend behandeln, Scaling und Fouling weitgehend vermeiden und stabile Prozeßeigenschaften gewähren.The object of the present invention is to provide an economical method and an associated device, with which the contamination of used and contaminated KSS can be efficiently reduced even without the use of biocides. The process should treat the cooling lubricant gently, largely avoid scaling and fouling and provide stable process properties.
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteran sprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.presentation OF THE INVENTION The object is achieved with the method and the device according to claims 1 or 14 solved. Advantageous embodiments of the method and the device are the subject of the subclaims or can be understood from the following description and the embodiments remove.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird der Kühl- und Schmierstoff oder eine daraus erhaltene Fraktion durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung erhitzt, die vom flüssigen Medium absorbiert und in Wärme umgesetzt wird. Die Wärme wird durch die Absorption der Strahlung direkt im flüssigen Medium, d.h. dem Kühl- und Schmierstoff oder der daraus erhaltenen Fraktion, erzeugt. Geeignet sind beispielsweise Mikrowellen-(MW-), Infrarot-(IR-) oder Hochfrequenz-(HF-) Erhitzung. Dem Fachmann sind die für diese technischen Anwendungen benötigten Wellenlängen- und Frequenzbereiche bekannt. Die Erhitzung erfolgt dabei bis auf die Entkeimungstemperatur, bei die Anzahl der im flüssigen Medium enthaltenen Keime reduziert wird.at the present process is the coolant and lubricant or a fraction obtained therefrom by irradiation with electromagnetic Radiation heated, that of the liquid Medium absorbed and in heat is implemented. The heat is due to the absorption of the radiation directly in the liquid medium, i.e. the coolant and lubricant or the fraction obtained therefrom. Suitable, for example Microwave (MW), Infrared (IR) or high frequency (RF) heating. The skilled person is the for These technical applications needed wavelength and Frequency ranges known. The heating takes place except for the Germinating temperature, in the number of germs contained in the liquid medium is reduced.
Unter flüssigem Medium werden in der vorliegenden Patentanmeldung selbstverständlich auch zähflüssige Medien, wie bspw. schlammige Substanzen, die sehr viele Feststoffpartikel enthalten können, verstanden.Under liquid Of course, medium in the present patent application also viscous media, such as muddy substances containing a lot of solid particles can contain Understood.
Ein Vorteil des eingesetzten Erhitzungsverfahrens ist, dass die Wärme durch Energieumwandlung direkt im zu erwärmenden Produkt – in diesem Falle direkt im KSS – erzeugt wird. Übertemperaturen an heißen Wärmetauscherflächen sind dabei nicht erforderlich, da die maximale Temperatur des Prozesses direkt im KSS erzeugt wird. Probleme mit Produktschädigungen, Belägen und Verkrustungen wie bei bekannten thermischen Verfahren können somit auf ein Mindestmaß reduziert werden.One Advantage of the heating process used is that the heat through Energy conversion directly in the product to be heated - in this Trap directly in the KSS - generated becomes. About temperatures are on hot heat exchanger surfaces not required because the maximum temperature of the process is generated directly in the KSS. Problems with product damage, coverings and encrustations as in known thermal processes can thus reduced to a minimum become.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sowie der Vorrichtung wird die Energie durch ein Mikrowellenfeld in den KSS eingebracht, wobei das Mikrowellenfeld durch ein oder durch mehrere Mikrowellen-Magnetrons erzeugt werden kann. Der KSS kann batch-weise in einem geeigneten Gefäß im Mikrowellenfeld erhitzt werden. Es ist auch möglich den KSS im Mikrowellenfeld in einem Durchflußsystem, bspw. in einem offenen Kanal oder in einem geeigneten Strömungsvolumen oder Durchlaufbehältnis (z.B. Rohr, Schlauch), zu erhitzen. Weitere Vorteile können erreicht werden, wenn die Geometrien der offenen Strömungskanäle, Durchlauferhitzer oder der Batch-Gefäße an die Eigenschaften, Energiedichten und Geometrien des Mikrowellenfeldes spezifisch angepaßt werden. Variiert werden können dabei das Volumen und die geometrische Form des Gefäßes (z.B. Quader, Kugel, Torso, Zylinder, Kegel, .... oder Kombinationen aus verschiedenen Teilen derartiger Formen). Weiterhin können die durchströmten Querschnitte optimiert und an die Eindringtiefe des Mikrowellenfeldes angepaßt werden. Weitere komplexere Geometrien zur Optimierung des Energieeintrages sind selbstverständlich möglich.In a particularly advantageous embodiment of the method and The device is the energy through a microwave field in the KSS introduced, wherein the microwave field through or through several microwave magnetrons can be generated. The KSS can batchwise heated in a suitable vessel in the microwave field become. It is also possible the KSS in the microwave field in a flow system, eg. In an open Channel or in a suitable flow volume or flow container (e.g. Hose), to heat. Other benefits can be achieved if the geometries of the open flow channels, water heaters or the batch vessels to the Properties, energy densities and geometries of the microwave field specifically adapted become. Can be varied while the volume and the geometric shape of the vessel (e.g. Cuboid, sphere, torso, cylinder, cone, .... or combinations of different parts of such forms). Furthermore, the perfused Cross sections optimized and to the penetration depth of the microwave field customized become. More complex geometries to optimize the energy input are natural possible.
Als besonders vorteilhaft erwiesen hat sich die Nutzung einer Mikrowellenanlage in Verbindung mit einer Vorwärmung des KSS durch den erhitzten KSS zur Wärmerückgewinnung in einem Wärmetauscher. Dabei können alle handelsüblichen Wärmetauscherbauarten zum Einsatz kommen. Die Kombination Vorerwärmung/Wärmerückgewinnung mit der Enderwärmung durch eine MW-Anlage verbessert die Energieausbeute und vermeidet gleichzeitig die hohen Übertemperaturen einer rein konventionellen Erwärmung. Die maximalen Wandtemperaturen des Vorwärmungs-Wärmetauschers sind bei dieser Vorgehensweise immer niedriger, als die maximale Temperatur des KSS, die für die Entkeimung im Mikrowellenfeld direkt im KSS erzeugt wird. Insbesondere lassen sich bei dieser Ausgestaltung, deren Umsetzung Bestandteil der vorliegenden Vorrichtung ist, schon MW-Anlagen kleiner Leistung für die Entkeimung großer Durchflussmengen an KSS einsetzen.When has proven particularly advantageous to use a microwave system in connection with a preheating of the KSS through the heated KSS for heat recovery in a heat exchanger. It can all commercial heat exchanger types be used. The combination preheating / heat recovery with the final warming through a MW plant improves the energy yield and avoids it at the same time high overtemperatures a purely conventional warming. The maximum wall temperatures of the preheat heat exchanger are at this Procedure always lower than the maximum temperature of the KSS, which for the sterilization in the microwave field is generated directly in the KSS. Especially can be in this embodiment, their implementation part the present device is already MW systems of low power for the Sterilization big Use flow rates at KSS.
Anwendung findet die KSS-schonende durchdringende Erhitzung des KSS im Temperaturbereich von 45 bis 140°C, insbesondere im Temperaturbereich von 70°C –90°C.application finds the KSS-sparing penetrating heating of the KSS in the temperature range from 45 to 140 ° C, especially in the temperature range of 70 ° C -90 ° C.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Feinstpartikel aus Metallspänen, Kohlenstoffpartikel, Schneidkorn und weitere feste Verunreinigungen, die kleiner als 1 mm im Durchmesser sind, vorteilhafterweise < 200 μm, besonders vorteilhaft < 100 μm, nicht vor der thermischen Behandlung aus dem KSS abgetrennt. Überraschenderweise hat sich hierbei gezeigt, dass die Mikrowellenabsorption im Mikrowellenfeld bei verunreinigten KSS, die die genannten Partikel enthalten, bis zu 20% höher ist als die Mikrowellenabsorption in sauberen KSS. Dieser Umstand wird in einer Ausgestaltung des Verfahrens genutzt, bei der die Fremdöle und die groben festen Verunreinigungen, z. B. große Späne > 1 mm Länge, weitere Abfälle wie Zigarettenkippen, Glas, Metall, Kunststoff u.a., vor der Behandlung aus dem verunreinigten KSS durch ein mechanisches Trennverfahren abgetrennt werden und die feinen Verunreinigungen mit Abmessungen < 1 mm, besser < 200 μm, am besten < 100 μm, gezielt im KSS belassen werden, um die Mikrowellenabsorption im MW-Feld zu optimieren. Damit kann je nach verarbeitetem Material und der erhaltenen Spangröße und je nach verwendetem zerspanendem Material wie Schneid-/Schleifkorn oder Hartmetall ein Optimum aus Partikelgröße und Partikelkonzentration eingestellt werden, um die Mikrowellenabsorption und damit die pro Flächeneinheit übertragbare Energiemenge zu optimieren. In einem der Ausführungsbeispiele ist dargestellt, wie sich verschiedene Materialien und Materialkonzentrationen auf die Energieausbeute in einem Mikrowellenfeld auswirken können.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the finest particles of metal chips, carbon particles, cutting grain and other solid impurities, which are smaller than 1 mm in diameter, advantageously <200 .mu.m, particularly advantageously <100 .mu.m, not before the thermal treatment from the KSS separated. Surprisingly, it has been shown here that the microwave absorption in the microwave field in the case of contaminated KSS containing the mentioned particles is up to 20% higher than the microwave absorption in clean KSS. This circumstance is used in an embodiment of the method in which the foreign oils and the coarse solid impurities, eg. B. large chips> 1 mm in length, other waste such as cigarette butts, glass, metal, plastic, etc., before treatment from the contaminated KSS are separated by a mechanical separation process and the fine impurities with dimensions <1 mm, better <200 microns, preferably <100 microns, are selectively left in the KSS to optimize the microwave absorption in the MW field. Thus, depending on the processed material and the chip size obtained and depending on the used cutting material such as cutting / abrasive grain or hard metal, an optimum particle size and particle concentration can be set to optimize the microwave absorption and thus the per unit area transferable amount of energy. In one of the exemplary embodiments it is shown how different materials and material concentrations can affect the energy yield in a microwave field.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden – wie es aus der Technologie der Wirbelschicht-Wärmetauscher bekannt ist – Form, Größe und Material der Partikel, die nach einer mechanischen Vorreinigung im KSS belassen werden, an die Strömungsverhältnisse des Wärmetauschers angepaßt, der zur Wärmerückgewinnung genutzt wird. Dabei hat sich gezeigt, dass feststoffhaltige KSS im Wärmetauscher eine Verbesserung des Wärmeübergangs bewirken können. Dies kann durch gezielte Einstellung von Partikelgrößenverteilung, Materialauswahl und Partikelkonzentration vor der Vorwärmung erreicht werden. Zur Einstellung der geeigneten Parameter (Partikelgröße, -material, -konzentration, usw.) bedient sich der Fachmann verfahrenstechnischer Trenntechniken nach dem Stand der Technik. So bieten sich diverse Fest-Flüssig-Trennverfahren an, um Partikelgrößen gezielt anzureichern. Klassiertechniken, Schwimm-Sink-Verfahren oder z.B. magnetische Trennverfahren können helfen, verschiedene Materialfraktionen voneinander zu trennen. Derartige Verfahrensgestaltungen sind dem Fachmann bekannt.In a further advantageous embodiment of the method - as is from the technology of fluidized bed heat exchangers is known - form, Size and material of the particles that remain in the cooling lubricant after mechanical pre-cleaning be, to the flow conditions of the heat exchanger adapted, the for heat recovery is being used. It has been shown that solids-containing KSS in the heat exchanger an improvement of the heat transfer can effect. This can be achieved by targeted adjustment of particle size distribution, Material selection and particle concentration achieved before preheating become. To set the appropriate parameters (particle size, material, concentration, etc.), the expert uses procedural Separation techniques according to the prior art. So, there are many Solid-liquid separation process, targeted by particle sizes to enrich. Classification techniques, swim-sink procedures or e.g. magnetic separation methods can help separate different material fractions. Such process designs are known to the person skilled in the art.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden Form, Größe und Material der Partikel, die nach einer mechanischen Vorreinigung im KSS verbleiben, zunächst auf die Vorwärmung optimiert und danach auf die Mikrowellenerwärmung angepaßt. So kann bspw. zunächst eine mechanische Vorbehandlung durchgeführt werden, die v.a. Partikel im KSS beläßt, die besonders gute Eigenschaften im Mikrowellenfeld und im Wärmetauscher aufweisen. Nach der Vorwärmung werden dann die Partikel abgetrennt, die im Wärmetauscher von Vorteil sind, und es werden nur die Partikel im KSS belassen, die für die Optimierung des Mikrowelleneintrags erforderlich sind.In a further advantageous embodiment of the method Shape, size and material of the particles remaining in the cooling lubricant after mechanical pre-cleaning, first on the preheating optimized and then adapted to the microwave heating. So can eg first a mechanical pretreatment is performed, the v.a. particle left in the KSS, the particularly good properties in the microwave field and in the heat exchanger exhibit. After preheating are then separated the particles that are beneficial in the heat exchanger, and only the particles in the cooling lubricant are left for the optimization of the Microwave entry are required.
Einige Mikroorganismen sind in der Lage, Sporen zu bilden, die sehr hitzeresistent sind. Nach dem ersten Erhitzen können die Sporen auskeimen und den KSS erneut verkeimen. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird dieser Effekt genutzt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt mit dem eingesetzten Erhitzungsverfahren eine Aktivierung der Sporen bewirkt. Keime, die keine Sporen bilden können, werden dabei abgetötet. Nach Einstellung geeigneter Bedingungen zur Auskeimung der Sporen (Temperatur-Zeit-Fenster) wird der KSS erneut mit dem eingesetzten Erhitzungsverfahren erhitzt. Ausgekeimte Sporen werden in diesem zweiten Schritt abgetötet.Some Microorganisms are able to form spores that are very heat resistant are. After the first heating can germinate the spores and germinate the KSS again. In one embodiment the process uses this effect. It is in a first Process step with the heating method used Activation of spores causes. Germs that can not form spores killed. After setting suitable conditions for germination of the spores (Temperature-time window), the KSS is re-used with the Heating process heated. Sprouted spores are in this second Killed off step.
Der KSS kann direkt oder – durch einen zweiten Wasserkreislauf indirekt – auch zur Kühlung eines oder mehrerer wassergekühlter Magnetrons verwendet werden und dabei vorgewärmt werden. Es ist auch möglich, ein oder mehrere luftgekühlte Magnetrons zu verwenden und die erwärmte Luft zur Vorwärmung des KSS zu nutzen. Ähnliche Möglichkeiten zur Vorwärmung des KSS ergeben sich auch bei der Nutzung von Abwärmequellen bei Infrarot- oder HF-Anlagen.Of the KSS can be direct or - through a second water cycle indirectly - also for cooling one or several water cooled Magnetrons are used while being preheated. It is also possible to enter or more air-cooled Magnetrons to use and the heated air to preheat the KSS to use. Similar options for preheating KSS also result from the use of waste heat sources with infrared or HF systems.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so eingesetzt werden, dass der KSS erhitzt und der keimreduzierte KSS in abgekühltem Zustand oder noch heiß in einen gereinigten Behälter gegeben wird. Auf diese Weise ist die Gefahr der Rückverkeimung am geringsten.The inventive method can be used so that the KSS is heated and germ-reduced KSS in cooled State or still hot in a cleaned container is given. In this way is the risk of recontamination least.
Weiterhin ist möglich, den KSS nach der Erhitzung noch in heißem Zustand durch die noch verunreinigten Rohrleitungen der Maschine und in den Auffangbehälter zurück zu fördern. Dabei können auch die Rohrleitungen, die Maschine und der KSS-Behälter entkeimt werden. Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren in einen KSS-Kreislauf in einem großen Bearbeitungsbetrieb zu integrieren. Dies kann über einen Bypass-Betrieb realisiert werden, wobei immer nur ein Teilstrom entkeimt wird. Sinnvollerweise sollte jedoch immer der gesamte KSS-Strom behandelt werden, da sonst die Effekte der Rückverkeimung dominieren.Farther is possible, the KSS after heating still hot through the still contaminated piping of the machine and back into the collecting container. there can also sterilizes the piping, the machine and the KSS container become. It is also possible, the inventive method into a KSS cycle in a large machining operation too integrate. This can be over one Bypass operation can be realized, with always only a partial flow is sterilized. It makes sense, however, always the entire KSS power otherwise the effects of recontamination dominate.
Eine weitere besonders geeignete Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, KSS-Konzentrate herzustellen oder KSS gezielt mit Stoffen zu versetzen, die zu einer erhöhten Absorption der MW-Energie im KSS führen. Ggf. können Aktivkohle, Metallspäne, organische oder anorganische Salze, SiC-Partikel oder ähnliche Partikel, Kolloidale Stoffe oder in KSS lösliche Stoffe zugegeben werden. Salze verändern die Leitfähigkeit des Wassers und die dielektrischen Eigenschaften der Konzentrate und damit auch der wasserhaltigen KSS.A another particularly suitable embodiment of the method according to the invention plans to produce KSS concentrates or KSS targeted with substances to offset that to an increased Absorption of MW energy in the KSS lead. Possibly. can activated carbon, Metal chips, organic or inorganic salts, SiC particles or the like Particles, colloidal substances or soluble in KSS substances are added. Change salts the conductivity of the water and the dielectric properties of the concentrates and thus also the hydrous KSS.
Die vorliegende Vorrichtung umfasst zumindest eine Erhitzungseinrichtung mit einer Bestrahlungseinheit zur Erhitzung des Kühl- und Schmierstoffes durch Strahlungsabsorption, eine Pumpeinrichtung für den Transport des Kühl- und Schmierstoffes durch die Erhitzungseinrichtung, eine Temperatur-Messeinrichtung zur Messung der Temperatur des aus der Erhitzungseinrichtung austretenden, erhitzten Kühl- und Schmierstoffes, eine Temperatur-Regelungseinrichtung zur Regelung der Temperatur des aus der Erhitzungseinrichtung austretenden, erhitzten Kühl- und Schmierstoffes durch Steuerung einer Pumpleistung der Pumpeinrichtung in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur, und einen Wärmetauscher zur Vorwärmung des Kühl- und Schmierstoffes mit dem aus der Erhitzungseinrichtung austretenden, erhitzten Kühl- und Schmierstoff.The The present device comprises at least one heating device with an irradiation unit for heating the cooling and Lubricant by radiation absorption, a pumping device for the transport of the cooling and lubricant through the heating device, a temperature measuring device for measuring the temperature of the emerging from the heating device, heated cooling and lubricant, a temperature control device for regulation the temperature of the heated device emerging from the heating device Cold and Lubricant by controlling a pump power of the pumping device dependent on from the measured temperature, and a heat exchanger for preheating the Coolant and lubricant with the exiting from the heating device, heated cooling and Lubricant.
Besonders vorteilhaft ist die Kombination aus mechanischer Vorbehandlung zur Fraktionierung und/oder Größe/Dichte-Trennung der Partikel mit anschließender Vorwärmung mit konventionellem Wärmetauscher und anschließender MW-Erwärmung. Die Mikrowelle kann ein handelsüblicher MW-Durchlauferhitzer sein oder ein Mikrowellenofen, in dem sich ein Schlauch, ein Rohr oder ein anderer geometrischer Körper befindet, der mit dem gebrauchten, verunreinigten KSS durchströmt wird.Especially advantageous is the combination of mechanical pretreatment for Fractionation and / or size / density separation the particle with subsequent preheating with conventional heat exchanger and subsequently MW warming. The microwave can be a commercial one MW instantaneous water heater or a microwave oven in which a hose, pipe or other geometric body, which flows through the used, contaminated KSS.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings
Das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz beschrieben. Hierbei zeigen:The present methods as well as the associated device are hereafter based on embodiments briefly described in connection with the drawings. in this connection demonstrate:
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention
In einem ersten Beispiel werden zum Nachweis der Keimreduktion mit dem vorliegenden Verfahren 12 Liter eines verkeimten KSS mit einer aeroben Gesamtkeimzahl von 107 KBE/ml mittels einer Schlauchquetschpumpe durch einen handelsüblichen Mikrowellenofen (max. Leistungsaufnahme 1.300 W) gefördert. Die maximale Temperatur nach der MW-Erwärmung lag bei 83,5 °C, die mittlere Verweilzeit bei dieser Temperatur lag bei 30 Sekunden. Mittels Plattenwärmetauscher konnte eine Wärmerückgewinnung erreicht werden. Im behandelten KSS waren anschließend keine Keime mehr nachweisbar (<10 KBE/ml).In a first example, 12 liters of a germinated KSS with a total aerobic bacterial count of 10 7 CFU / ml are conveyed by means of a peristaltic pump through a commercially available microwave oven (maximum power consumption 1,300 W) to demonstrate the germ reduction with the present method. The maximum temperature after the MW heating was 83.5 ° C, the average residence time at this temperature was 30 seconds. By means of a plate heat exchanger, a heat recovery could be achieved. Subsequently no germs were detectable in the treated KSS (<10 CFU / ml).
Ein
zweites Beispiel zeigt die Steigerung der Mikrowellenabsoption durch
Feststoffpartikel im KSS. Es wurden 9 Probenchargen hergestellt.
Jede Probencharge bestand aus 10 Einzelproben mit jeweils 100 ml
eines frisch zubereiteten wassermischbaren Kühlschmierstoffes. Alle Proben
der ersten Probencharge wurden für
jeweils 40 Sekunden bei voller Leistungsaufnahme des Mikrowellenofens
(1300W) in einem handelsüblichen
Mikrowellenofen erwärmt.
Die Temperaturerhöhung
jeder Probe wurde bestimmt und aus allen Proben wurde der arithmetische
Mittelwert gebildet. Dieser Wert wurde als Bezugsgröße definiert
(100% Energieeintrag). Die anderen Probenchargen wurden mit Partikeln
aus Aktivkohle (Ak), Siliziumkarbid (SiC) bzw. Eisen (Fe) zwischen
0,2% und 10% verunreinigt. Die Partikel hatten eine Größenverteilung
von 5 μm
bis 200 μm.
Die Erwärmung
der verunreinigten Probenchargen erfolgte analog zur ersten Charge.
Der erreichte Energieeintrag in den verunreinigten KSS Proben ist
im Vergleich zu dem Energieeintrag im reinen KSS in der
Es fällt auf, dass eine Verunreinigung des KSS mit höheren Konzentrationen an SiC, Ak und Fe eine Verbesserung des Energieeintrags bzw. eine bessere MW-Absorption in den Proben um bis zu 20% erreicht werden kann. Selbst Konzentrationen von nur 0,2% bewirken je nach Stoff bereits eine Steigerung des Energieeintrages von bis zu 2%. Es erscheint daher besonders zweckmäßig, Feinstpartikel, die in gebrauchten KSS immer enthalten sind, nicht vollständig vor der Mikrowellenerwärmung aus dem KSS abzutrennen, sondern vielmehr eine möglichst hohe Konzentration im KSS zu belassen. Nur die größeren Partikel, die zu Verstopfungen führen können, sollten vor der Erwärmung abgetrennt werden.It you notice that contamination of the KSS with higher concentrations of SiC, Ak and Fe improve the energy input or better MW absorption in the samples can be achieved by up to 20%. Even concentrations of only 0.2% already cause an increase of Energy input of up to 2%. It therefore seems particularly expedient, very fine particles, which are always included in used KSS, not completely before the microwave heating separated from the KSS, but rather the highest possible concentration to remain in the KSS. Only the larger particles, which lead to blockages can, should be before heating be separated.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE NUMBERS
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-
2003
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Title |
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www.pueschnet.com/dt/products/flowheater * |
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US7926274B2 (en) | 2007-06-08 | 2011-04-19 | FSTP Patent Holding Co., LLC | Rankine engine with efficient heat exchange system |
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Effective date: 20120301 |