DE19813864C1 - Verfahren zur Entfernung von Polymerablagerungen auf Maschinenteilen, Apparaten und Werkzeugen aus Metall oder Keramik - Google Patents

Verfahren zur Entfernung von Polymerablagerungen auf Maschinenteilen, Apparaten und Werkzeugen aus Metall oder Keramik

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Polymerablagerungen auf Maschinenteilen, Apparaten und Werkzeugen aus Metall oder Keramik. Die zu reinigenden Teile werden in ein indirekt beheiztes Wirbelbett eines Wirbelbettofens eingebracht und bei einer Betriebstemperatur 380 bis 500 DEG C in zwei aufeinanderfolgenden Reinigungsschritten im Wirbelbett behandelt. Während des ersten Reinigungsschrittes wird das Wirbelbett mit Wasserdampf fluidisiert, wobei eine hydrolytische Zersetzung der an den Teilen anhaftenden organischen Bestandteile erfolgt und Zersetzungsprodukte mit dem zur Fluidisierung eingesetzten Wasserdampfstrom das Wirbelbett verlassen. Der aus dem Wirbelbettofen abgeführte Wasserdampfstrom wird kondensiert. Die Verunreinigung des anfallenden Kondensats wird gemessen, und bei Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes erfolgt die Umstellung vom ersten zum zweiten Reinigungsschritt, bei dem das Wirbelbett mit Luft fluidisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Polymerablagerungen auf Maschinenteilen, Apparaten und Werkzeugen aus Metall oder Keramik.
Bei der Kunststoffherstellung und -verarbeitung werden Maschinenteile, Apparate und Werkzeuge mit Kunststoffen, wie z. B. thermoplastischen Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen u. dgl. verschmutzt. Zur Aufrechterhaltung einer störungsarmen und problemlosen Produktion müssen die verschmutzten Teile in regelmäßigen Abständen gereinigt werden, wobei eine vollständige Entfernung anhaftender Polymere sowie kurze Reinigungszeiten angestrebt werden und die zu reinigenden Metall- oder Keramikteile keine materialmäßige Schädigung erfahren dürfen. Das Reinigungsverfahren soll einsetzbar sein z. B. zur Reinigung von Blasköpfen, Schnecken, Extruderköpfen, Schmelzeverteilern, Spinnpakete und Spinndüsen, Düsen und Werkzeugen, die in der Kunststoffindustrie eingesetzt werden.
Es ist bekannt, metallische und keramische Teile in einem Wirbelbettofen von Polymerablagerungen zu reinigen, dessen Wirbelbett mit Luft fluidisiert und von außen beheizt wird. Die zu reinigenden Teile werden in das vorgeheizte Wirbelbett eingetaucht und bei einer Betriebstemperatur im Wirbelbett zwischen 450 und 500°C gereinigt. Die Reinigung beruht auf einer thermischen Zersetzung der anhaftenden organischen Anteile, wobei im wesentlichen eine Verschwelung erfolgt. Trotz der hohen Wärmeleitfähigkeit des Wirbelbettes, welche für eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung im Wirbelbett sorgt, können durch exotherme Zersetzungsreaktionen an schlecht zugänglichen Stellen der zu reinigenden Teile örtliche Temperaturspitzen auftreten, die das zu reinigende Teil schädigen können. Die Gefahr einer thermischen Schädigung stellt sich insbesondere auch dann, wenn große Polymermengen an den zu reinigenden Teilen haften.
Bei einem aus DE 42 31 306 A1 bekannten Verfahren werden die zu reinigenden Teile in einem Autoklaven mit Wasser­ dampf beaufschlagt, wobei bei einer Temperatur zwischen 400 und 450°C eine hydrolytische Zersetzung der organischen Bestandteile erfolgt. Eine Nachbehandlung mit Luft kann sich anschließen. Das Verfahren ermöglicht eine schonende Reinigung empfindlicher Teil, jedoch ist die Behandlungs­ dauer mit bis zu 16 Stunden sehr lang. Hinzukommen beachtliche Nebenzeiten für die Aufheizung des Autoklaven, der bei Raumtemperatur beschickt werden muß, und für die Abkühlung des Autoklaven nach Abschluß der Reinigung. Schließlich ist nachteilig, daß der Autoklav hermetisch dicht ausgeführt sein muß, um Luft-/Sauerstoffeinbrüche zu vermeiden.
Aus DE 34 26 242 C1 ist ein Verfahren zur Entfernung verschwelbarer, anhaftender Beschichtungen von Metallteilen bekannt, bei dem die Metallteile in einer geschlossenen Retorte auf eine Schweltemperatur zwischen 400 und 460°C gebracht werden und anschließend die anhaftende, verkokte Beschichtung ebenfalls noch in der Retorte mit Hilfe von aufgeheiztem Strahlmittel abgestrahlt wird. Die Aufwärmung der Metallteile erfolgt im unteren Teil der Retorte in einem Wirbelbett, das von Luft oder einem sauerstofffreien, inerten Medium erzeugt wird. Das Verfahren ist einsetzbar zur Reinigung von Gehängestangen und sogenannten Body-Skits, die beim Lackieren von Automobil-Karosserie­ teilen verwendet werden und von Zeit zu Zeit von Lackschichten befreit werden müssen. Für empfindliche Maschinenteile, die bei der Kunststoffherstellung und Ver­ arbeitung eingesetzt werden und zum Teil an schlecht zu­ gänglichen Stellen von Polymerablagerungen befreit werden müssen, ist das Verfahren nicht geeignet.
Bei einem aus DE 41 28 043 A1 bekannten Verfahren, das zur Entlackung von lackierten Blechen und insbesondere Altauto­ blechen eingesetzt wird, wird ein Wirbelbett mit heißem Prozeßgas fluidisiert, wobei sich im Wirbelbett eine Temperatur zwischen 800 und 1100°C einstellt. Auch dieses Verfahren ist zur Entfernung von Polymerablagerungen auf empfindlichen Maschinenteilen, Apparaten und Werkzeugen die nach der Reinigung wieder eingesetzt werden müssen, nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reinigungs­ verfahren anzugeben, welches eine schonende und schnelle Reinigung polymerverschmutzter Metall- oder Keramikteile ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Entfernung von Polymerablagerungen auf Maschinenteilen, Apparaten und Werkzeugen aus Metall oder Keramik, bei dem
die zu reinigenden Teile in ein indirekt beheiztes Wirbelbett eines Wirbelbettofens eingebracht und bei einer Betriebstemperatur von 380 bis 500°C in zwei aufeinanderfolgenden Reinigungsschritten im Wirbelbett behandelt werden,
das Wirbelbett während des ersten Reinigungsschrittes mit Wasserdampf oder einem Wasser/Luft-Gemisch fluidisiert wird, wobei eine hydrolytische Zersetzung der an den Teilen anhaftenden organischen Bestandteile erfolgt und Zersetzungsprodukte mit dem zur Fluidisie­ rung eingesetzten Wasserdampfstrom das Wirbelbett verlassen,
der aus dem Wirbelbettofen abgeführte Wasserdampfstrom kondensiert wird und
das Wirbelbett während des anschließenden zweiten Reinigungsschrittes zum Zwecke einer oxidativen Pyrolyse von an den Teilen anhaftenden Polymerresten und anhaftenden Zersetzungsprodukten mit Luft fluidisiert wird,
wobei die Verunreinigung des anfallenden Kondensats gemessen wird und bei Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes die Umschaltung vom ersten zum zweiten Reinigungsschritt erfolgt.
Die polymerverschmutzten Teile werden in dem von einem feinkörnigen Medium, z. B. Quarzsand, Al2O3-Partikel u. dgl., gebildeten Wirbelbett schnell und gleichmäßig auf die Betriebstemperatur von 380 bis 500°C, vorzugsweise auf 420 bis 450°C erwärmt. Die schwebenden Partikel umschließen jede Geometrie vollständig, wobei Polymerablagerungen schmelzen und aufgrund der Temperatur und der Atmosphäre zersetzt werden. Das im ersten Reinigungsschritt mit Dampf fluidisierte Wirbelbett erlaubt die Reinigung von kunststoffverschmutzten Metallteilen bei niedrigeren Temperaturen als mit einem mit Luft/Inertgas fluidisierten Wirbelbett. In der Dampfatmosphäre erfolgt eine endotherme thermische Zersetzung der Polymere. Die Temperaturgenauig­ keit im dampffluidisierten Wirbelbett ist höher als bei einem mit Luft fluidisierten Wirbelbett. Es erfolgt eine hydrolytische Zersetzung der organischen Bestandteile, wobei je nach Polymertyp zusätzlich auch pyrolytische Zersetzungsreaktionen ablaufen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Reinigung von Metall- und Keramikteilen, an denen große Polymermengen haften. Mittels des ersten Reinigungsschritts werden die anhaftenden Polymere zersetzt und entfernt. Zersetzungsprodukte, die nach dem ersten Reinigungsschritt noch an den zu reinigenden Teilen haften, werden ebenfalls bei einer Betriebstemperatur von 380 bis 500°C auf oxidativem Wege entfernt. Es erfolgt ein Oberflächenfinish. Eine Überhitzung durch Ablauf exothermer Reaktionen ist nicht zu befürchten.
Die Zeit für den ersten Reinigungsschritt richtet sich nach der Dicke der Polymerablagerungen. Erfolgt eine Umschaltung von dem ersten Reinigungsschritt zum zweiten Reinigungs­ schritt zu früh, besteht die Gefahr einer thermischen Schädigung der zu reinigenden Teile. Wird nach empirischen Erfahrungswerten die Zeit für den ersten Reinigungsschritt so ausreichend bemessen, daß auch bei der größtmöglichen, an den Teilen anhaftenden Polymermenge eine thermische Schädigung ausgeschlossen ist, so ergeben sich im Regelfall unnötig lange Behandlungszeiten. Im Hinblick darauf, daß die Reinigungszeit insgesamt möglichst kurz sein soll, wird erfindungsgemäß auf indirektem Weg der Fortschritt des hydrolytischen Abbaues der organischen Bestandteile während des ersten Reinigungsschrittes gemessen. Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß die Verunreinigung des während des ersten Reinigungsschrittes anfallenden Kondensats in direkter Beziehung zur hydrolisierten Polymermenge steht und zur Steuerung der Zeitdauer der einzelnen Prozeßstufen und damit der Reinigungszeiten insgesamt eingesetzt werden kann. Vorzugsweise wird zur Messung der Verunreinigung des anfallenden Kondensats eine Leitfähigkeitsmessung verwendet. Während des ersten Reinigungsschrittes steigt die elektrische Leitfähigkeit des Kondensats stark an. Durch Messung und Registrierung der Leitfähigkeit wird der Verlauf überwacht und das Prozeßende signalisiert.
Im Rahmen der Erfindung liegt es, während des ersten Reinigungsschrittes nicht eine reine Dampfphase zur Fluidisierung des Wirbelbettes einzusetzen, sondern das Wirbelbett mit einem Wasserdampf/Luft-Gemisch zu fluidisieren. Ein Wasserdampf/Luft-Gemisch ermöglicht eine besonders schnelle Reinigung der Teile und ist bei weniger empfindlichen Teilen und Teilen mit einfacheren Geometrien einsetzbar. Bei empfindlichen Teilen, die einer besonders schonenden Behandlung bedürfen, ist eine Fluidisierung im reinen Wasserdampfstrom bevorzugt.
Bei Inbetriebnahme des Wirbelbettofens wird das Wirbelbett zunächst mit Luft fluidisiert und auf eine Starttemperatur zwischen 300 und 400°C, vorzugsweise etwa 350°C, vorgeheizt. Die zu reinigenden Teile werden bei der Starttemperatur in das Wirbelbett eingebracht. Anschließend wird das Wirbelbett mit Wasserdampf oder mit einem Wasserdampf/Luft-Gemisch fluidisiert und auf die Betriebs­ temperatur aufgeheizt. Nachdem die Reinigung der Teile erfindungsgemäß ausgeführt worden ist, können die Teile ohne Abkühlung des Wirbelbettes entnommen und die nächste Reinigungscharge ohne vorhergehende Abkühlung des Wirbelbettes eingebracht werden.
In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß die Kondensation des das Wirbelbett verlassenden Wasserdampf­ stromes mit einer Gaswäsche kombiniert oder eine Gaswäsche nachgeschaltet wird. Für die Kondensation und die Gaswäsche kann ein Gaswäscher eingesetzt werden, der kühlwasserdurch­ strömte Einbauten mit Kühlflächen sowie Sprühdüsen für eine Kühlwassereindüsung enthält. Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, daß der das Wirbelbett verlassende Abgas­ strom durch eine thermische Nachverbrennung gereinigt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
Fig. 1 eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Temperatur/Zeit-Diagramm für das erfindungs­ gemäße Verfahren.
Die in der Fig. 1 dargestellte Anlage dient zur Reinigung von metallischen oder keramischen Maschinenteilen, Apparaten und Werkzeugen, die durch polymere Ablagerungen verschmutzt sind. Kern der Anlage ist ein Wirbelbettofen 1 mit einem Wirbelbett 2 aus feinkörnigem Medium, z. B. Quarzsand, Al2O3-Partikeln u. dgl., und ein Kühler 3 zur Kondensation von Wasserdampf. Das Wirbelbett 2 ist von außen durch eine elektrische Heizung indirekt beheizt.
Die zu reinigenden Teile 5 werden in das vorgeheizte Wirbelbett 2 eingebracht und bei einer Betriebstemperatur von 420 bis 450°C in zwei aufeinanderfolgenden Reinigungsschritten im Wirbelbett gereinigt. Während des ersten Reinigungsschrittes wird das Wirbelbett 2 mit Wasserdampf fluidisiert, welches über die Leitung 6 dem Verteilerboden 7 des Wirbelbettofens 1 zugeführt wird. In dem mit Wasserdampf fluidisierten Wirbelbett 2 erfolgt bei der Betriebstemperatur im wesentlichen eine hydrolytische Zersetzung der an den Teilen 5 anhaftenden organischen Bestandteile. Die Zersetzungsprodukte verlassen mit dem zur Fluidisierung eingesetzten Wasserdampfstrom das Wirbelbett 2 und werden, zumindest teilweise, mit dem aus dem Wirbelbettofen abgeführten Wasserdampfstrom, Kühler 3 kondensiert.
Mittels einer Meßeinrichtung 8 wird die elektrische Leitfähigkeit des anfallenden Kondensats 9 gemessen. Die elektrische Leitfähigkeit steht in direkter Beziehung zur hydrolisierten Polymermenge und wird zur Steuerung der Zeitdauer des ersten Reinigungsschrittes eingesetzt. Mit Einsetzen der hydrolytischen Zersetzungsreaktionen steigt die elektrische Leitfähigkeit des Kondensats 9 zunächst stark an und durchläuft ein Maximum. Bei Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes wird das Dampfventil 10 geschlossen und wird Luft über die Leitung 11 dem Verteilerboden 7 des Wirbelbettofens 1 zugeführt. Damit beginnt der zweite Reinigungsschritt. Während des zweiten Reinigungsschrittes wird das Wirbelbett 2 mit Luft fluidisiert, wobei eine oxidative Nachbehandlung der Oberflächen erfolgt.
Die Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren in einem Temperatur/Zeit-Diagramm. Das Wirbelbett ist auf eine Starttemperatur T1 von 350°C vorgeheizt. Die Start­ temperatur liegt im Bereich der Polymerschmelzentemperatur, jedoch unter der Pyrolysetemperatur. Die zu reinigenden Metallteile werden in das vorgeheizte Wirbelbett 2 eingesetzt, welches mit Dampf fluidisiert und auf die Betriebstemperatur T2 von 420 bis 450°C aufgeheizt wird. Mit Erreichen der Betriebstemperatur T2 setzt der erste Reinigungsschritt I ein. Sobald die anhaftenden Polymerablagerungen hydrolytisch zersetzt sind und die Zersetzungsprodukte mit dem Wasserdampfstrom aus dem Wirbelbett 2 ausgetragen sind, was durch Leitfähigkeitsmessung des anfallenden Kondensats 9 ermittelt wird, erfolgt eine Umschaltung zum zweiten Reinigungsschritt II, bei dem das Wirbelbett 2 mit Luft fluidisiert wird. Nach Beendigung des zweiten Reinigungsschrittes II werden die gereinigten Teile 5 aus dem Wirbelbett 2 entnommen und wird das Wirbelbett 2 mit einer neuen Charge beladen oder entsprechend der Darstellung in Fig. 2 mit Luft abgekühlt.
Im Ausführungsbeispiel ist der Kühler 3 für die Kondensation des austretenden Wasserdampfes in einem Gaswäscher 12 angeordnet. Der Gaswäscher 12 weist kühlwasserdurchströmte Einbauten mit Kühlflächen für die Kondensation des Wasserdampfes sowie Sprühdüsen 13 für eine zusätzliche Kühlwassereindüsung auf. Durch die Wassereindüsung werden nicht kondensierbare Gasbestandteile ausgewaschen. Zusätzlich bewirkt die Wassereindüsung einen Kühleffekt.
Im Rahmen der Erfindung liegt es, den das Wirbelbett 2 verlassenden Abgasstrom auch durch eine thermische Nachver­ brennung 14 zu reinigen.
Die Fluidisierung während des ersten Reinigungsschrittes erfolgt vorzugsweise mit reinem Wasserdampf. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, ein Wasserdampf/Luft-Gemisch während des ersten Reinigungsschrittes zur Fluidisierung des Wirbelbettes einzusetzen. Eine Fluidisierung mit Wasserdampf/Luft ermöglicht eine besonders schnelle Reinigung und ist bei weniger empfindlichen Teilen geeignet.

Claims (6)

1. Verfahren zur Entfernung von Polymerablagerungen auf Maschinenteilen, Apparaten und Werkzeugen aus Metall oder Keramik, bei demdie zu reinigenden Teile (5) in ein indirekt beheiztes Wirbelbett (2) eines Wirbelbettofens (1) eingebracht und bei einer Betriebstemperatur (T2) von 380 bis 500°C in zwei aufeinanderfolgenden Reinigungsschrit­ ten (I, II) im Wirbelbett behandelt werden,
das Wirbelbett (2) während des ersten Reinigungs­ schrittes (I) mit Wasserdampf oder einem Wasserdampf/Luft-Gemisch fluidisiert wird, wobei eine hydrolytische Zersetzung der an den Teilen anhaftenden organischen Bestandteile erfolgt und Zersetzungs­ produkte mit dem zur Fluidisierung eingesetzten Wasserdampfstrom das Wirbelbett (2) verlassen,
der aus dem Wirbelbettofen (1) abgeführte Wasserdampf­ strom kondensiert wird und
das Wirbelbett (2) während des anschließenden zweiten Reinigungsschrittes (II) zum Zwecke einer oxidativen Nachbehandlung von an den Teilen anhaftenden Polymerresten und anhaftenden Zersetzungsprodukten mit Luft fluidisiert wird,wobei die Verunreinigung des anfallenden Kondensats (9) gemessen wird und bei Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes die Umschaltung vom ersten zum zweiten Reinigungsschritt (I, II) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wirbelbett (2) bei einer Fluidisation mit Luft auf eine Starttemperatur (T1) zwischen 300 und 400°C vorgeheizt wird und nachdem die zu reinigenden Teile in das vorgeheizte Wirbelbett eingebracht worden sind, das Wirbelbett bei einer Fluidisation mit Wasserdampf oder einem Wasserdampf/Luft-Gemisch auf die Betriebstemperatur (T2) aufgeheizt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zur Messung der Verunreinigung des Kondensats (9) eine Leitfähigkeitsmessung eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wasserdampfstrom kondensiert und die Abluft einer Gaswäsche unterzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei für die Kondensation und die Gaswäsche ein Gaswäscher (12) eingesetzt wird, der kühlwasserdurchströmte Einbauten mit Kühlflächen sowie Sprühdüsen (13) für eine Wassereindüsung enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der das Wirbelbett verlassende Abgasstrom durch eine thermische Nachverbrennung (14) gereinigt wird.
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