DE19924732A1 - Verfahren zur Reinigung von durch Polymerablagerungen verschmutzten Apparate- und Maschinenteilen aus Metall oder Keramik - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von durch Polymerablagerungen verschmutzten Apparate- und Maschinenteilen aus Metall oder Keramik in einem indirekt beheizten Wirbelbett eines Wirbelbettofens. Die zu reinigenden Teile werden in das zunächst mit einem inerten Medium fluidisierte und auf eine Beladetemperatur, die kleiner ist als die Schmelzetemperatur der zu entfernenden Polymere, eingestellte Wirbelbett eingebracht und auf eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur von Wasserdampf erwärmt. Anschließend wird das Wirbelbett mit Wasserdampf fluidisiert und durch indirekte Beheizung langsam auf eine Behandlungsendtemperatur zwischen 400 und 500 DEG C erhitzt. Die Teile werden bei der Behandlungsendtemperatur in der Wasserdampfatmosphäre des Wirbelbetts gereinigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von durch Polymerablagerungen verschmutzten Apparate- und Maschinenteilen aus Metall oder Keramik.

Bei der Kunststoffherstellung und Kunststoffverarbeitung werden Maschinenteile, Apparate und Werkzeuge mit Kunststoffen, wie z. B. thermoplastischen Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen und 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 Reini­ gungszeiten angestrebt wird 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, Spinnpaketen, Spinndüsen, Düsen, Kerzenfiltern und Filterplatten.

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 Wirbel­ bett eingetaucht und bei einer Betriebstemperatur im Wirbelbett zwischen 400 und 550°C gereinigt. Die Reini­ gung 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. Bei einem aus DE 42 31 306 A1 bekannten Verfahren werden die zu reinigenden Teile in einem Autoklaven mit überhitztem Wasserdampf beaufschlagt, der mit einer Tempe­ ratur zwischen 400 und 450°C in den Autoklaven eingeführt wird. Durch die Behandlung mit überhitztem Wasserdampf erfolgt eine hydrolytische Zersetzung der organischen Be­ standteile. Zur Beseitigung von Rückständen schließt sich eine oxidative Nachreinigung mit Luft an, die bei empfind­ lichen Teilen, z. B. Spinndüsen, Kerzenfiltern und Filter­ platten problematisch sein kann.

Aus DE 34 26 242 C1 ist ein Verfahren zur Entfernung ver­ schwelbarer, anhaftender Beschichtungen von Metallteilen bekannt, bei denen 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-Karos­ serieteilen 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 zugänglichen Stellen von Polymerablagerungen befreit werden müssen, ist das Verfahren nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reinigungs­ verfahren anzugeben, welches eine schonende Reinigung polymerverschmutzter Metall- oder Keramikteile ohne Gefahr einer thermischen Schädigung der Teileoberfläche ermög­ licht.

Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Reinigung von durch Polymerablagerungen verschmutzten Apparate- und Maschinenteilen aus Metall oder Keramik in einem indirekt beheizten Wirbelbett eines Wirbelbettofens, bei dem
die zu reinigenden Teile in das zunächst mit einem inerten Medium fluidisierte und auf eine Belade­ temperatur, die kleiner ist als die Schmelzetemperatur der zu entfernenden Polymere, eingestellte Wirbelbett eingebracht und auf eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur von Wasserdampf erwärmt wird,
das Wirbelbett anschließend mit Wasserdampf fluidisiert und während der Wasserdampffluidisation durch indirekte Beheizung langsam auf eine Behand­ lungsendtemperatur zwischen 400 und 500°C erhitzt wird und
die Teile bei der Behandlungsendtemperatur in der Wasserdampfatmosphäre des Wirbelbetts gereinigt wer­ den.

Die Beladetemperatur wird polymerabhängig vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 150°C und 300°C gewählt. Die zu reinigenden Teile werden in das mit einem Inertgas­ strom, vorzugsweise mit Stickstoff, fluidisierte Wirbelbett eingebracht und unter Inertgasatmosphäre auf eine Tempera­ tur erwärmt, die oberhalb der Kondensationstemperatur von Wasserdampf liegt. Zweckmäßig erfolgt eine Temperatur­ messung an oder nahe der Oberfläche der zu reinigenden Teile. Sind die zu reinigenden Teile soweit erwärmt, daß eine Wasserdampfkondensation nicht mehr möglich ist, wird auf eine Wasserdampffluidisation des Wirbelbetts umge­ schaltet. In das Wirbelbett wird Sattdampf oder ein nur leicht überhitzter Dampf eingeleitet, dessen Temperatur kleiner ist als die Temperatur der zu reinigenden Teile bzw. des das Wirbelbett bildenden feinteiligen Wirbelguts. Durch eine indirekte Beheizung des Wirbelbetts wird das Wirbelbett langsam auf die Behandlungsendtemperatur zwischen 400 und 500°C, vorzugsweise zwischen 420 und 480°C erhitzt. Im Zuge der Aufheizung des Wirbelbetts gehen die an den Teilen haftenden Polymerablagerungen langsam in die Schmelzephase über, wobei leicht flüchtige Bestandteile schon bei verhältnismäßig niedrigen Tempe­ raturen in die Dampfphase übergehen und mit dem Fluidisationsstrom aus dem Wirbelbettofen ausgetragen werden. Durch die langsame Erhitzung der Poly­ merablagerungen unter Wasserdampfatmosphäre können un­ kontrollierte Pyrolysereaktionen verhindert werden. Im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem die verunreinigten Teile sofort einem Wasserdampfstrom ausgesetzt werden, der vor Eintritt in den Behandlungsraum auf eine Temperatur zwischen 400 und 500°C erhitzt worden ist, ist ein besseres Reinigungsergebnis erzielbar. Bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren bilden sich praktisch keine Rückstände auf den gereinigten Teilen, so daß eine oxidative Nachbe­ handlung nicht mehr erforderlich ist.

Das Wirbelbett kann stetig über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten von der Beladetemperatur auf die Be­ handlungstemperatur erwärmt werden. Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß das Wirbel­ bett in mehreren Temperaturstufen von der Beladetemperatur auf die Behandlungsendtemperatur erwärmt wird. Die ge­ eigneten Temperaturstufen sowie die Länge der Zeitinter­ valle können anhand weniger orientierender Versuche ermittelt werden. Eine besonders gute Steuerung des Ver­ fahrens ist möglich, wenn das Wirbelbett gemäß einer be­ vorzugten Ausführung elektrisch beheizt wird.

Die Behandlungszeit für die Reinigung der Teile bei der Be­ handlungsendtemperatur unter Wasserdampfatmosphäre kann empirisch festgelegt werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß die Konzentration mindestens einer Schlüssel­ komponente des den Wirbelbettofen verlassenen Fluidstroms gemessen wird und die Reinigung beendet wird, wenn der Meßwert einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Die Messung kann in gasförmiger, dampfförmiger oder flüssiger Phase erfolgen.

Nachdem die Reinigungsphase abgeschlossen ist, wird die Wirbelbettemperatur vorzugsweise zur Vermeidung oxidativer Nachreaktionen etwaiger Polymerreste abgesenkt, bevor die gereinigten Teile aus dem Wirbelbett entnommen werden. Während der Abkühlung wird das Wirbelbett mit Wasserdampf oder einem Inertgas fluidisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Reinigung empfindlicher Apparate- und Maschinenteile, die enge Spalten, Bohrungen u. dgl. aufweisen können. Das erfindungs­ gemäße Verfahren ist insbesondere auch zur Reinigung von Kerzenfiltern, Filterplatten, Spinnpaketen und Spinndüsen geeignet. Die zu reinigenden Teile werden vorzugsweise mit einem Beladekorb in das Wirbelbett eingebracht, der eine feinmaschige oder feinporöse, gas- und dampfdurchlässige Hülle aufweist, die für feinteiliges Wirbelgut undurch­ lässig ist und einen Kontakt des Wirbelguts mit den zu reinigenden Teilen verhindert. Vorzugsweise wird ein Beladekorb verwendet, der an seinem unteren Ende einen gas- und dampfdurchlässigen Verteilerboden oder einen gas- und dampfdurchlässigen Mantelabschnitt aufweist, durch den Fluidisationsmittel aus dem Wirbelbett in den von einem gasundurchlässigen Mantel begrenzten Aufnahmeraum des Beladekorbs eintritt. Das in den Beladekorb eintretende Fluidisationsmittel wird getrennt von dem das Wirbelbett verlassenen Fluid aus dem Beladekorb abgezogen.

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 eine weitere Ausführung der in Fig. 1 dargestellten Anlage,

Fig. 3 den Wirbelbettofen in einer gegenüber Fig. 1 und 2 vergrößerten Darstellung.

Die in den Figuren dargestellten Anlagen dienen zur Reinigung von metallischen oder keramischen Maschinen­ teilen, 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. Das Wirbel­ bett 2 ist von außen durch eine elektrische Heizung 3 indirekt beheizt.

Vor der Beladung wird das Wirbelbett 2 mit einem inerten Medium, das über eine Leitung 4 zugeführt wird, fluidisiert und mittels der indirekten Heizung 3 auf eine Belade­ temperatur eingestellt, die kleiner ist als die Schmelze­ temperatur der zu entfernenden Polymere. Zweckmäßig wird eine Beladetemperatur zwischen 150 und 300°C gewählt. Die zu reinigenden Teile 5 werden mit einem Beladekorb 6 in das mit dem inerten Medium fluidisierte Wirbelbett eingebracht und auf eine Temperatur oberhalb der Kondensations­ temperatur von Wasserdampf erwärmt. Die erforderliche Erwärmungszeit kann empirisch festgelegt werden. Im Ausführungsbeispiel erfolgt eine Temperaturmessung nahe der Oberfläche der zu reinigenden Teile. Sobald sich eine Temperatur oberhalb 120°C eingestellt hat, wird das Wirbelbett 2 mit Wasserdampf fluidisiert, indem das Absperrventil 7 der Inertgaszuführung geschlossen und das Dampfventil 8 der Wasserdampfzuführleitung 9 geöffnet wird. Es wird Sattdampf oder nur leicht überhitzter Sattdampf verwendet, dessen Temperatur kleiner ist als die Temperatur der erwärmten Teile 5 bzw. die Temperatur des Wirbelguts. Während der Wasserdampffluidisation wird die Behandlungstemperatur im Wirbelbett 2 durch indirekte Beheizung langsam auf eine Behandlungsendtemperatur zwischen 400 und 500°C erhitzt. Vorzugsweise wird eine Behandlungsendtemperatur zwischen 420 und 480°C einge­ stellt. Die Erwärmung des Wirbelbetts 2 von der Belade­ temperatur auf die Behandlungsendtemperatur erfolgt nach einer stetigen Funktion über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten oder in mehreren Temperaturstufen bei ent­ sprechender Steuerung der Heizung 3. Zweckmäßig wird die Erwärmung über einen Zeitraum von 60 bis 90 Minuten geführt. Dabei durchlaufen die an den zu reinigenden Teilen 5 anhaftenden Polymerablagerungen langsam eine Schmelze­ phase, wobei leicht flüchtige Bestandteile in die Dampfphase übergehen. Mit zunehmender Erwärmung setzt dann eine hydrolytische Zersetzung der Polymerablagerungen ein.

Die Behandlungsendtemperatur wird über einen Zeitraum von mehreren Stunden beibehalten, wobei die anhaftenden Poly­ merablagerungen hydrolytisch zersetzt und mit dem Wasser­ dampfstrom aus dem Wirbelbett 2 ausgetragen werden. Nach einer vorgegebenen Reinigungszeit wird die Wirbel­ bettemperatur zur Vermeidung oxidativer Nachreaktionen etwaiger Polymerreste abgesenkt, bevor die gereinigten Teile 5 aus dem Wirbelbett 2 entnommen werden. Bei abge­ schalteter Heizung 3 wird das Wirbelbett weiterhin mit Sattdampf fluidisiert, bis die Temperatur des Wirbelbetts auf ca. 200°C abgefallen ist. Zur Vermeidung einer störenden Kondensation wird die Fluidisation des Wirbel­ betts mit Stickstoff fortgesetzt, um die Teile weiter abzukühlen. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die Teile bei einer Temperatur zwischen 200 und 300°C aus dem Wirbelbettofen zu entnehmen und an der Umgebungsluft weiter abzukühlen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist an die Abgasleitung des Wirbelbettofens ein CO-Meßgerät 10 angeschlossen. Nach einer vorgegebenen Behandlungszeit der hydrolytischen Reinigung wird das Dampfventil 8 geschlossen und wird das Wirbelbett kurzzeitig mit Luft, die über eine Leitung 11 dem Verteilerboden des Wirbelbettofens 1 zugeführt wird, fluidisiert. Der CO-Gehalt des austretenden Fluidstroms wird mit Hilfe des CO-Meßgerätes 10 erfaßt. Wenn bei dieser Messung ein vorgegebener CO-Grenzwert von z. B. 100 ppm überschritten wird, wird sofort wieder auf eine Fluidisation des Wirbelbetts 2 mit Wasserdampf umge­ schaltet, indem das Absperrventil der Luftleitung 11 geschlossen und das Dampfventil 8 geöffnet wird. In vorgegebenen Intervallen wird der beschriebene Vorgang solange wiederholt, bis der CO-Meßwert unterhalb des Grenzwertes bleibt. Dann ist die Reinigung abgeschlossen und beginnt die beschriebene Abkühlphase.

Der Beladekorb 6 zum Einbringen der Teile in das Wirbelbett weist eine feinmaschige oder feinporöse, gas- und dampf­ durchlässige Hülle auf, die für feinteiliges Wirbelgut undurchlässig ist und einen Kontakt des Wirbelguts mit den zu reinigenden Teilen 5 verhindert. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist der Beladekorb 6 an seinem unteren Ende mit einem gäs- und dampfdurchlässigen Verteilerboden 12 versehen oder weist einen gas- und dampfdurchlässigen Mantelabschnitt auf, durch den Fluidisationsmittel aus dem Wirbelbett 2 in den im übrigen von einem gasundurchlässigen Mantel 13 begrenzten Aufnahmeraum des Beladekorbs 6 eintritt. Das in den Beladekorb 6 eintretende Fluidisationsmittel wird getrennt von dem das Wirbelbett 2 verlassende Fluid aus dem Beladekorb 6 abgezogen.

Im Ausführungsbeispiel wird der das Wirbelbett 2 verlassende Abgasstrom durch eine thermische Nachver­ brennung 14 gereinigt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Reinigung von durch Polymerablagerungen verschmutzten Apparate- und Maschinenteilen aus Metall oder Keramik in einem indirekt beheizten Wirbelbett eines Wirbelbettofens, bei dem
die zu reinigenden Teile in das zunächst mit einem inerten Medium fluidisierte und auf eine Belade­ temperatur, die kleiner ist als die Schmelzetemperatur der zu entfernenden Polymere, eingestellte Wirbelbett eingebracht und auf eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur von Wasserdampf erwärmt wird,
das Wirbelbett anschließend mit Wasserdampf fluidisiert und während der Wasserdampffluidisation durch indirekte Beheizung langsam auf eine Behandlungsendtemperatur zwischen 400 und 500°C erhitzt wird und
die Teile bei der Behandlungsendtemperatur in der Wasserdampfatmosphäre des Wirbelbetts gereinigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wirbelbett eine Beladetemperatur zwischen 150 und 300°C eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wirbelbett über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten stetig von der Beladetemperatur auf die Behandlungsendtemperatur erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett in mehreren Temperatur­ stufen von der Beladetemperatur auf die Behandlungsend­ temperatur erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Wirbelbett elektrisch beheizt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Behandlungsendtemperatur zwischen 420 und 480°C eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Wirbelbett bis zum Beginn der Wasser­ dampffluidisation mit Stickstoff fluidisiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wirbelbettemperatur zur Vermeidung oxidativer Nachreaktionen etwaiger Polymerreste abgesenkt wird, bevor die gereinigten Teile aus dem Wirbelbett entnommen werden, wobei das Wirbelbett während der Abkühlung mit Wasserdampf oder einem Inertgas fluidisiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett vor der Entnahme der gereinigten Teile auf eine Temperatur zwischen 200 und 300°C abgekühlt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zu reinigenden Teile mit einem Beladekorb in das Wirbelbett eingebracht werden, der eine feinmaschige oder feinporöse, gas- und dampfdurchlässige Hülle aufweist, die für feinteiliges Wirbelgut undurch­ lässig ist und einen Kontakt des Wirbelguts mit den zu reinigenden Teilen verhindert.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beladekorb verwendet wird, der an seinem unteren Ende einen gas- und dampfdurchlässigen Verteilerboden oder einen gas- und dampfdurchlässigen Mantelabschnitt aufweist, durch den Fluidisationsmittel aus dem Wirbelbett in den von einem gasundurchlässigen Mantel begrenzten Aufnahmeraum des Beladekorbs eintritt, und daß das in den Beladekorb eintretende Fluidisationsmittel getrennt von dem das Wirbelbett verlassenden Fluid aus dem Beladekorb abgezogen wird.