DE19648373C1 - Elektrostatische Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener Stoffgemische - Google Patents
Elektrostatische Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener StoffgemischeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Freifallscheider zur Trennung von
Stoffgemischen, z. B. zur Trennung mineralischer Rohstoffe oder auch zur Tren
nung von Kunststoffgemischen.
Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Freifallscheider bekannt, die
alle nach dem gleichen Prinzip arbeiten. Die zu trennenden Partikel werden auf
triboelektrischem Wege selektiv gegensinnig aufgeladen und fallen durch einen
Trennraum, der durch ein Elektrodenpaar begrenzt wird, dessen Elektroden
durch Anlegen einer Gleichspannung gegensätzliche elektrische Polarität auf
weisen. Dabei können die Elektroden als Platten, umlaufende Bänder oder auch
als Reihe feststehender oder drehbar gelagerter Röhren ausgebildet sein. Durch
die entsprechend der Ladung erfolgende Auslenkung der Teilchen werden in der
Regel drei Produkte erhalten, ein negativ aufgeladenes Gut, ein positiv aufgela
denes Gut und ein Mittelgut. Durch am Ende der Fallstrecke angebrachte Trenn
zungen kann die Qualität der Produkte gesteuert werden. Ein Scheider, der
nach dem bekannten Prinzip arbeitet, ist in Schubert, Aufbereitung fester mine
ralischer Rohstoffe, Band 11, S. 2331234, Leipzig 1967, beschrieben. Nach der
DE 26 09 048 C1 ist bekannt, als Elektroden umlaufende Bänder aus leitfähigem
Material zu verwenden. Ein Röhrenfreifallscheider zur Trennung von Kunststoff
gemengen ist Stand der Technik nach der DE 44 38 704 C1. Zur Verbesserung der
Reinheit der Trennprodukte werden hiernach die an sich bekannten Röhren
versetzt angeordnet, so daß sie auf Lücke zueinander stehen. Die Selektivität
der Trennung kann dadurch verbessert werden.
Bei der elektrostatischen Trennung reicht normalerweise ein einziger Scheider
nicht aus, um selektiv in zwei Komponenten mit zufriedenstellender Reinheit zu
trennen. Es ist erforderlich, die Produkte in zwei- oder mehrstufigen Anlagen
nachzutrennen. Es sind große Förderwege zwischen den Stufen zu überwinden,
der Platzbedarf ist beträchtlich, und die Investitionskosten steigen mit zuneh
mender Stufenzahl. Ein Nachteil solcher mehrstufigen Anlagen, die in der Regel
zwei und in speziellen Fällen auch drei oder mehr Scheider umfassen können
besteht darin, daß horizontale Förderorgane, z. B. Schnecken, Kettenförderer
erforderlich werden, um Zwischenfraktionen wechselseitig von einem Scheider
zum anderen befördern zu können. Bei einer Anlage mit zwei Scheidern sind
zwei solcher Horizontalförderer erforderlich. Durch die Horizontalförderer wird
die Menge an umlaufendem Fördergut beträchtlich erhöht. Dies ist mit zwei
wesentlichen Nachteilen verbunden. Zum einen erhöht sich die Verweilzeit des
Gutes in der Anlage, was zu einer erhöhten Entladung der aufgeladenen Teil
chen führen kann. Die Entladung kann durch Ladungsaustausch zwischen den
aufgeladenen Teilchen erfolgen, aber auch durch Kontakt der Teilchen mit den
Wandmaterialien der Fördergerätegehäuse. Der andere Nachteil der erhöhten
Umlaufmenge besteht darin, das sich die Einstellung der Trenngleichgewichte
verzögert.
Es ist daher die Aufgabe zu lösen, den gattungsgemäßen Freifall
scheider zur elektrostatischen Trennung so weiterzubilden, daß der Raumbedarf
bei gleicher oder höherer Trennleistung sinkt und ein stabiler Betriebszustand
schneller erreicht wird.
Die Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden ihr
elektrisches Potential über zwei separate Spannungsquellen unterschiedlicher
Polarität erhalten. Die eine Spannungsquelle liefert eine positive Spannung
gegen das Potential Erde und die andere eine negative Spannung gegen das
Potential Erde, wodurch in der Scheidermitte die Potentialdifferenz gegen Erde
Null ist. Der große Vorteil dieser Anordnung liegt nun darin, daß bei vorgegebe
ner Feldstärke im Trennraum und bei den gegebenen Abmessungen die Feld
stärke zwischen Elektroden und Gehäuse auf den halben Wert absinkt, z. B. von
dem nach der DIN-Norm maximal zulässigen Wert von 2 KV/cm auf nur noch 1
KV/cm. Durch die erfindungsgemäße Spannungsaufteilung wird somit eine Hal
bierung der Sicherheitsabstände zwischen Elektroden und Gehäuse bei anson
sten gleicher Trennleistung möglich. Allein dadurch läßt sich bei einem einzelnen
Scheider das Scheiderbauvolumen zum Beispiel für einen Durchsatz von 1 t/h
von 8,6 auf 3,8 m³ reduzieren.
Alternativ läßt sich statt der Reduzierung der Gehäuseabstände auch die Feld
stärke im Trennraum erhöhen, ohne gleichzeitig die Abstände zum Gehäuse hin
erhöhen zu müssen. Da durch die höhere Feldstärke die Teilchen im Feld bes
ser ausgelenkt werden, kann die Fallhöhe vermindert und damit Bauhöhe einge
spart werden, oder es kann bei vorgegebenen Abmessungen auch gröberes
Granulat getrennt werden. Bei vorgegebener Oberflächenladungsdichte ist
nämlich bei einem kugelförmigen Teilchen mit dem Radius r die Auslenkung im
elektrischen Feld bei konstanter Feldstärke umgekehrt proportional dem Radius
des Teilchens, d. h. bei einer Verdoppelung des Teilchenradius verringert sich
die Auslenkung auf die Hälfte. Dies wiederum läßt sich, soweit es die Span
nungsfestigkeit des Scheiders zuläßt, durch eine Verdoppelung der Feldstärke
kompensieren. Bei vorgegebenen Maßen eines Scheiders wird daher durch die
Spannungsaufteilung die Auftrennung gröberen Granulats ermöglicht. Dies ist
vor allem interessant, bei der Auftrennung von Kunststoffgranulat im Rahmen
des Recyclings von Kunststoffen.
Nach einer besonderen Ausführung der Erfindung kann das Scheideranlagenvo
lumen für eine Anlage mit zwei Trennstufen zusätzlich reduziert werden. Dies
wird dadurch erreicht, daß zwei Trennräume in Reihe so angeordnet werden,
daß die Elektrodenpaare, die jeweils einen Trennraum bilden, dicht nebeneinan
der liegen und nur durch eine nichtleitende Wand voneinander getrennt sind.
Dabei befinden sich die Elektroden gleicher Polarität jeweils in einer Flucht. Je
der der Trennräume ist mit einem Trennraumeinlauf in üblicher Bauart und am
unteren Ende der Fallstrecke mit den bekannten Gutausträgen für Mittelgut,
positiv geladenes Gut und negativ geladenes Gut versehen. Dabei sind insge
samt mindestens zwei Produktausläufe vorhanden. Je nach Trennaufgabe und
geforderter Trennproduktqualität kann jeder der übrigen Gutausträge wahlweise
mit einem der beiden Trennraumeinläufe über ein Förderaggregat verbunden
werden. Die Förderung erfolgt zweckmäßigerweise pneumatisch über Förderge
bläse oder über einen Elevator.
Nach dieser Ausführung läßt sich z. B. für einen Durchsatz von 1 t/h und zwei
Trennstufen das Scheideranlagenvolumen von ca. 22 m³ auf 10 m³ senken.
Werden beim Bau einer Anlage mit zwei Scheidern und vorgegebener Korngrö
ße eines zu trennenden Granulates beide Erfindungsmerkmale miteinander
kombiniert, läßt sich im Falle einer 1 t/h Anlage eine Reduzierung des Scheider
anlagenvolumens von ca. 22 m³ auf ca. 6 m³ realisieren. Dies entspricht nahezu
nur noch einem Viertel des Volumens der Anlage nach dem Stande der Technik.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwei Horizontalförderorga
ne eingespart werden.
Die erfindungsgemäße technische Lösung wird nachfolgend anhand einer
Trennvorrichtung mit zwei Trennstufen näher beschrieben. Dabei zeigen die
Fig. 1 Frontansicht,
Fig. 2 Seitenansicht,
Fig. 3 Querschnitt in Höhe der Elektroden,
Fig. 4 Querschnitt durch den Auslaufbereich anhand einer Schaltung mit
Vor- und Nachtrennung, Mittelgutrückführung und Ausfuhr von zwei
Endprodukten.
In dem Gehäuse 1 sind vier Reihen Röhrenelektroden, die zwei Elektrodenpaare
2a, 2b bilden, vertikal so angeordnet, daß sich die Elektroden gleicher Polarität
in Flucht befinden. Die Elektrodenpaare sind durch eine elektrisch nicht leitende
Wand 3 voneinander getrennt und liegen dicht nebeneinander. Es werden zwei
durch die Wand 3 und die gegenüberliegenden Elektroden 2a, 2b begrenzte
Trennräume gebildet, die über je einen Trennraumeinlauf 4a, 4b der jeweils als
Schurre ausgebildet ist, beschickt werden. Über Wellen 5a, 5b wird die Stellung
der Trennzungen 6a, 6b getrennt eingestellt. Die Trennprodukte positiv gelade
nes Produkt, Mittelgut, negativ geladenes Produkt fallen in die unter der Trenn
strecke angebrachten Gutausträge 7a, 7b, wobei mindestens zwei Produk
tausträge vorhanden sind und die übrigen Gutausträge wahlweise mit einem der
Förderaggregate 8a und 8b verbunden werden können. Die getrennten Span
nungsquellen 9a und 9b werden zweckmäßigerweise in einem abgeschirmten
Bereich der Elektroden angeschlossen.
Für die verschiedenen Trennaufgaben kann die Polung der Elektroden sowie
die Verbindung der Gutausläufe (7a, 7b) mit den Trennraumeinläufen (4a, 4b)
beliebig variiert werden, wobei die erfindungsgemäßen Vorteile eintreten und ein
wirtschaftlicher Trennerfolg erreicht wird.
Claims (6)
1. Elektrostatische Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener
Stoffgemische, bestehend aus in einem Gehäuse (1) senkrecht angeordne
ten Elektroden gegensätzlicher Polarität, die ein Elektrodenpaar bilden,
zwischen denen der Trennraum gebildet wird, einer Einlaufschurre, über die
das zu trennende Gemisch im freien Fall in den Trennraum geführt wird
sowie Auslaufvorrichtungen zur Ausfuhr der Trennprodukte, dadurch
gekennzeichnet, daß an jeder Elektrode jeweils eine separate Spannungs
quelle (9a, 9b) derart angeschlossen ist, daß die eine Quelle eine positive
Spannung gegen das Potential Erde und die andere eine negative Spannung
gegen das Potential Erde liefert und dadurch in Scheidermitte die Potential
differenz gegen Erde gleich Null ist.
2. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net daß die Potentialdifferenz gegen Erde unabhängig vom Vorzeichen an
beiden Elektroden gleich oder angenähert gleich ist und etwa je 20 000 bis
80 000 Volt beträgt, wodurch sich eine Gesamtpotentialdifferenz zwischen
den Elektroden von 40 000 V bis 160 000 V ergibt.
3. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Elektroden durch zwei dicht nebeneinander angeordnete Elek
trodenpaare (2a, 2b) gebildet werden, die durch eine nichtleitende Wand (3)
dergestalt voneinander getrennt sind, daß sich die Elektroden gleicher
Polarität jeweils in einer Flucht befinden und dadurch zwei Trennräume
bilden, die mit je einem Mittelgutauslauf und je einem Auslauf für das positiv
bzw. negativ geladene Gut ausgestattet sind, wobei mindestens zwei
Produktausläufe vorhanden sind und die übrigen Gutausläufe (7a, 7b) über
ein Förderaggregat (8a, 8b) wahlweise mit einem der beiden Trennraumein
läufe (4a, 4b) verbunden sind.
4. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Elektroden als Plattenelektroden, statische Röhrenelektro
den, rotierende Röhrenelektroden oder als umlaufende Bänder ausgebildet
sind.
5. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net daß das Förderaggregat zwischen den Gutausläufen (7a, 7b) und den
Trennraumeinläufen (4a, 4b) z. B. ein Elevator oder ein pneumatisch wirken
des Förderorgan ist.
6. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, 3 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sich unmittelbar vor dem Trennraumeinlauf (4a, 4b)
eine Aufladevorrichtung befindet.
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