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Die
Schwimm-Sink-Trennung wird für
verschiedene Aufgaben eingesetzt. Beim Kunststoffrecycling dient
sie beispielsweise dazu, aus zu einem Granulat geschredderten unsortierten
Kunststoffen Störstoffe
wie etwa Polyvinylchlorid, das beim Einschmelzen oder Vergasen unerwünschte Chlorgase freisetzt,
abzutrennen. Bei einer anderen Aufgabe ist z.B. Polyethylen-Mahlgut
von Polypropylen-Mahlgut zu trennen, um zwei möglichst sortenreine Kunststoffe
mit Neuwarencharachter zumindest bei den wichtigsten mechanischen
Eigenschaften zu erhalten. Weitere Anwendungsgebiete sind beispielsweise
die Abtrennung von Metall- und Kunststoff- bzw. Kautschukteilchen
beim Kabelrecycling, Kunststoffteilchen von Papierfasern bei der
Rejektverwertung aus der Altpapierverwertung und die Trennung von
Nichteisenmetallen von Eisen.
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Hierzu
wird ein Gemenge aus zu trennenden Feststoffen in Suspension mit
einem Trennmedium gebracht, dessen Dichte zwischen der Dichte der wiederverwertbaren
Wertstoffe und der jeweiligen Störstoffe
eingestellt wird. Das Gemenge trennt sich dabei in eine aufschwimmende
Leichtfraktion und eine infolge Schwerkrafteinwirkung absinkende Schwerfraktion,
die jeweils ausgetragen, gegebenenfalls getrocknet und dann weiterverarbeitet
werden.
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Für die Aufgabe
einer Kunststofftrennung ist aus der
DE 199 30 161 A1 bekannt, die Suspension durch
ein senkrecht aufsteigendes Zuführrohr
in die Mitte eines zylindrischen Trennraums einzuleiten und die
Fraktionen in einem sich von der Einspritzstelle radial auswärts vergrößernden
Querschnitt, der von zwei in der Mitte des Trennraums mit der Spitze
aufeinanderstehenden Kreiskegeln begrenzt wird, ausbilden zu lassen
und von den Kreiskegelflächen
zu einer oberen bzw. unteren äußeren Kreisscheibe
des Trennraums zu leiten, wo die vollständig ausgebildeten Fraktionen
aus dem Trennraum aus- und in einen oberen bzw. unteren Sammelbehälter eintreten.
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Nachteilig
ist hierbei, daß die
Austrittsgeschwindigkeit der Suspension infolge des senkrecht aufsteigenden
Zuführrohrs
höher sein
muß als
die Sinkgeschwindigkeit der schwersten Feststoffteilchen, damit
diese nicht zurücksedimentieren.
Aus dieser hohen Austrittsgeschwindigkeit resultiert eine turbulente
Strömung
zumindest im Bereich des Austritts, so daß insbesondere Feststoffteilchen
mit einer Dichte nahe der Dichte des Trennmediums sowie kleine Feststoffteilchen
nach dem Zufallsprinzip in den aufschwimmenden oder absinkenden
Fraktionsstrom gelangen. Eine Trennung ist mit der bekannten Vorrichtung
daher nicht mit akzeptabler Genauigkeit erreichbar. Zudem ist der
Durchsatz durch die Ausbildung von Turbulenzen bei hohen Austrittsgeschwindigkeiten
stark eingeschränkt.
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Aus
der
DE 199 81 222
C1 ist eine ähnliche Vorrichtung
bekannt, bei der die Kreiskegel zwischen zwei horizontalen kreisscheibenförmigen Blechen angeordnet
sind und zusammen mit diesen eine mittig im Trennraum angeordnete
Umlenkeinrichtung für die
senkrecht nach oben unter Druck eingeführte Suspension mit zunächst turbulenter
Charakteristik in eine im Idealfall radial auswärts gerichtete laminare Strömung bilden.
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Allerdings
sind die erzielbare Sortenreinheit und Trennschärfe auch hier unbefriedigend.
So gibt die
DE 199
81 222 C1 als geeigneten Durchmesser der Feststoffteilchen
den Bereich zwischen etwa 10 und 50 mm an. Der für eine optimale Sortenreinheit bei
der Wiederverwertung von Kunststoffen erforderliche Durchmesser
liegt jedoch weit darunter, nämlich bei
etwa 2 bis 7 mm, wobei beim Schreddern noch bis zu 15 Gew.-% Feststoffteilchen
mit einem Durchmesser bis hinab auf 0,5 mm anfallen. Versuche mit bei
Kraftfahrzeugen typischen Kunststoffen haben ergeben, daß schon
bei einem Granulatdurchmesser von etwa 7 mm zwischen 20 und 30 %
Feststoffteilchen in der aufschwimmenden Leichtfraktion vorhanden
sind, die eigentlich zur absinkenden Schwerfraktion gehören. Eine
hohe Sortenreinheit und Trennschärfe
sind mit der aus der
DE
199 81 222 C1 bekannten Vorrichtung daher nicht erreichbar.
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Problematisch
ist zudem die optimale Beabstandung der Bleche. Ist der Abstand
zu groß,
kommen Feststoffteilchen mit einer Dichte nahe der Dichte des Trennmediums
beim Austritt in den Trennraum nicht in der zugehörigen Strömungshälfte an
und werden mit der falschen Strömung
mitgerissen. Ist der Abstand hingegen zu gering, stellt sich eine
hohe Strömungsgeschwindigkeit
ein, so daß die
Feststoffteilchen in der Umlenkvorrichtung entsprechend ihrer zufälligen Verteilung
nach Austritt aus dem Zuführrohr
mitgerissen werden und zudem beim Übergang in den Trennraum weitere
Turbulenzen entstehen, die die Ausbildung der Fraktionen stören.
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Ferner
setzen sich nach Abstellen der Vorrichtung Feststoffpartikel auf
den horizontalen Blechen ab, die bei nachfolgender Inbetriebnahme
mit der Schwerfraktion aus dem Trennraum ausgetragen werden, bevor
sich die für
den Betrieb stabilen Strömungsverhältnisse
einstellen.
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Schließlich bleibt
bei den bekannten Vorrichtungen ein weiterer Effekt vollständig unberücksichtigt.
Es hat sich nämlich
herausgestellt, daß beim
Einbringen der Feststoffteilchen in das Trennmedium Luftteilchen
an den Feststoffteilchen anhaften und deren wirksame spezifische
Dichte verringern können.
Hierdurch gelangt ein Teil der spezifisch schweren Feststoffteilchen
in die aufschwimmende Leichtfraktion und verunreinigt diese. Dieser
Effekt ist insbesondere bei den so genannten technischen Kunststoffen
wie PET-, Polyamid-, und PVC-Hartkunststoffmahlgütern, ob
verstärkt
oder unverstärkt,
stark ausgeprägt.
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Mit
den bekannten Vorrichtungen ist daher insbesondere unter Bedingungen,
die bei der Wiederverwertung von Kunststoffen vorherrschen, und bei
hohem Durchsatz keine zufriedenstellend genaue Trennung erreichbar.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Schwimm-Sink-Trennen
von Feststoffteilchen unterschiedlicher Dichte nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, die bei erhöhtem Durchsatz eine genauere
Trennung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
den schräg
verlaufenden Kanal mit quer zur Längsachse zugeführter Suspension
können
sich die Fraktionen in jeweils einer laminaren Strömung über einen
langen Weg hinweg ausbilden. Turbulenzen werden dabei bereits im
Zuführkanal
reduziert und die Strömung
geht im Einlaufbereich des Kanals vollständig in den laminaren Zustand über. Im Kanal
sind die Leicht- und Schwerfraktion nahe beieinander, so daß Feststoffteilchen
unter Schwerkrafteinwirkung schnell in die entsprechende Fraktion
gelangen. Durch eine Austragvorrichtung zum Austragen eines Fraktionsstroms
kann die Strömungsgeschwindigkeit
des Schwerfraktionsstroms im Kanal auf einen gewünschten Wert eingestellt und
konstant gehalten werden. Es wird eine optimale Trennwirkung mit
hohem Durchsatz erzielt.
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Der
Kanal stellt dabei jeweils eine Trennfläche für die aufsteigenden und für die absinkenden Feststoffteilchen
bereit, an der diese infolge der in der Grenzschicht herrschenden
geringen Geschwindigkeiten des Trennmediums entlang zum jeweiligen Sammelkopf
gleiten können.
Zudem wirkt der Kanal insbesondere bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten beruhigend
auf das Trennmedium ein, d.h. er reduziert Turbulenzen.
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In
einer Ausführungsform
sind im Trennraum durch eine oder mehrere vertikal zueinander beabstandete
parallele Platten mehrere Kanäle
gebildet. Hierdurch wird der Durchsatz bei im wesentlichen gleichbleibendem
Platzbedarf gesteigert.
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Hierbei
können
sich Platten aus dem Trennraum in den Zuführkanal für die Suspension hinein erstrecken,
um Turbulenzen entgegenzuwirken. Die Platten erstrecken sich dann
vorzugsweise nicht mehr als 1/3 in den Zuführkanal hinein, da sonst eine Vortrennung
der Feststoffteilchen im Verteilerkanal verhindert wird.
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Vorzugsweise
ist zwischen der Zuführöffnung für die Suspension
und dem oberen Sammelkopf eine weitere Zuführöffnung für Trennmedium ohne Feststoffteilchen
vorgesehen. Hierbei werden die pro Zeiteinheit zugeführte Suspensionsmenge
MS und die pro Zeiteinheit zugeführten Regelungsmenge MR reinen Trennmittels in den Trennraum insbesondere
derart eingestellt, daß die
Regelungsmenge MR mehr Trennmittelvolumen
eindosiert, als in den oberen Sammelkopf für die Leichtfraktion fließen muß. Hierdurch
wird erreicht, daß alle
Schwergutteilchen, also auch diejenigen, die anfänglich im Zulaufbereich des
Suspensionsstroms wegen fehlender Vortrennung noch in dessen oberen
Bereich schwimmen, der hohen Schwerfraktionsströmung ausgesetzt sind und so
nur dann in den Leichtfraktionsstrom geraten können, wenn ihre Auftriebskraft
zu einer Aufstiegsgeschwindigkeit führt, die größer als die Senkrechtkomponente
des ebenfalls abwärtsgerichteten
Teilstroms der Regelungsmenge MR ist.
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Dem
Auftriebseffekt durch anhaftende Auftriebselemente kann auch durch
Einstellen einer Differenzgeschwindigkeit zwischen dem aufwärts gerichteten
Leichtfraktionsstrom einerseits und dem abwärts gerichteten Schwerfraktionsstrom
andererseits in bestimmten Bereichen wirksam entgegengewirkt werden.
Die Differenzgeschwindigkeit ist hier der Betrag der Geschwindigkeit
des Schwertfraktionsstroms abzüglich
des Betrags der Geschwindigkeit des Leichtfraktionsstroms jeweils
entlang der Kanäle.
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Die
Differenzgeschwindigkeit wird dabei vorzugsweise durch Steuern der
Förderleistung
einer Pumpe zum Austragen der Schwerfraktion aus dem unteren Sammelkopf
und der einer Mischvorrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Menge
an Trennmedium eingestellt. Hierdurch ist die Differenzgeschwindigkeit
ohne die Notwendigkeit einer komplexen Steuerung einfach und genau
einstellbar. Bei benötigter Konstanz
des Austragsvolumens der Schwerfraktion wird die Differenzgeschwindigkeit
vorzugsweise über die
Suspensionszulaufmenge geregelt. Eine Kombination beider Regelmöglichkeiten
ist möglich.
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Die
Differenzgeschwindigkeit kann auf einen Wert zwischen 0 und 1,5
und vorzugsweise zwischen 0 und 0,9 cm pro Sekunde eingestellt werden,
so daß der
aufschwimmende Fraktionsstrom um den eingestellten Betrag langsamer
aufschwimmt als der absinkende Fraktionsstrom absinkt. Bei dieser
Einstellung sind insbesondere Kunststoffe mit einer Dichte größer als
1,24 g/cm3 von solchen mit Dichten kleiner als
1,24 g/cm3 am genausten abtrennbar.
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Vorzugsweise
ist der Winkel α zwischen
dem Kanal und der Horizontalen einstellbar. Mit steigendem α wird die
horizontale Geschwindigkeitskomponente der Strömung kleiner. Daher ist eine
entsprechend längere
Kanalstrecke erforderlich, bis die Feststoffteilchen zur jeweiligen
Kanalwand gelangen. Geeignete Werte für α sind 30°<α< 60° und vorzugsweise
35°<α<45°.
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Dem
Auftriebseffekt durch anhaftende Auftriebselemente kann alternativ
oder zusätzlich
durch zumindest teilweises Entgasen des Trennmediums entgegengewirkt
werden. Hierzu ist einer Mischvorrichtung, in der die Feststoffteilchen
in das Trennmedium eingebracht werden, eine Entgasungsvorrichtung
vorgeschaltet. Das aus der Entgasungsvorrichtung aus- und in die Mischvorrichtung
eintretende Trennmittel ist nicht mehr im Gas-Gleichtgewicht und absorbiert an den
Feststoffteilchen anhaftende Luft bis zu seinem Gas-Gleichgewichtszustand.
Damit kann bei optimaler Abstimmung der Entgasungsparameter auf
das Trennmedium und die Entgasungsvorrichtung der Auftriebseffekt
so weit vermindert oder sogar aufgehoben werden, daß eine bisher
unerreichte Trennschärfe
bei großem
Durchsatz erreicht wird.
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Dem
Auftriebseffekt kann zudem durch Schwingungserregung des Suspensionsstroms
insbesondere im Bereich der Einmündung
des Zuführkanals
in den Trennraum, gegebenenfalls auch im Zuführkanal, entgegengewirkt werden.
Durch die Schwingungen können
die Auftriebselemente von den Feststoffteilchen abgelöst werden.
Die Schwingungserregung bewirkt zusätzlich, dass aneinander haftende
Feststoffteilchen getrennt werden.
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Im
Ergebnis wird mit der beanspruchten Vorrichtung eine erheblich genauere
Trennung unter erhöhtem
Durchsatz erreicht.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
und den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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1 zeigt eine Seitenansicht
einer Vorrichtung zum Schwimm-Sink-Trennen.
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2 zeigt eine Stirnansicht
der Vorrichtung aus 1.
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3 zeigt einen Schnitt entlang
der Linie A–A
der 1.
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4 und 5 zeigen jeweils eine andere Ausführungsform
im Schnitt entlang der Linie A–A
der 1.
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6 zeigt eine Einrichtung
zur Schwingungserregung.
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7 zeigt eine weitere Einrichtung
zur Schwingungserregung.
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8 zeigt die Vorrichtung
aus 1 mit daran angeschlossenen
Komponenten.
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9 zeigt einen Abschnitt
einer weiteren Ausführungsform
in Draufsicht.
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10 zeigt ein vereinfachtes
Verfahrensschema einer Trennanlage mit einer Entgasungsvorrichtung.
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11 zeigt eine Ausführungsform
der Trennvorrichtung mit einer Schnecke.
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Die
in 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung 1 zum Schwimm-Sink-Trennen
umfaßt
einen mit einer Suspension aus zu trennenden Feststoffteilchen und einem
Trennmedium füllbaren
Trennraum 2 mit Kanälen 3,
die in auf unterschiedlicher Höhe
angeordneten unteren und oberen Sammelköpfen 4, 5 für unter
Schwerkrafteinwirkung in den Kanälen 3 abgesunkene
bzw. aufgeschwommene Feststoffteilchen münden.
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Die
Kanäle 3 werden
hier durch vier vertikal gleich beabstandete parallele Platten 6 sowie
Seitenwände 7 des
Trennraums 2 gebildet. Die oberste und die unterste der
Platten 6 bildet gleichzeitig eine obere bzw. untere Wandung 8 des
Trennraums 2. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Platten 6 ist dabei zweckmäßigerweise
kleiner als der Abstand zwischen den Seitenwänden 7, so daß sich ein
rechteckiger Querschnitt mit einer großen Leitfläche jeweils für die aufschwimmenden
und in 3 mit einem Punkt
gekennzeichneten sowie den absinkenden und in der 3 mit einem Kreuz gekennzeichneten Feststoffteilchen
ergibt. Es können
auch lediglich drei Platten 6, die zwei Kanäle 3 bilden,
sowie mehr als vier Platten 6 vorgesehen sein, wobei zweckmäßigerweise 2 bis 20,
vorzugsweise 2 bis 10 Kanäle gebildet werden. Zudem kann
der Trennraum 2 auch rohrförmig mit mehreren insbesondere
durch Platten 6 getrennten Kanälen 3 ausgestaltet
sein, vgl. 4 und 5.
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Der
Winkel α zwischen
den Kanälen 3 und der
Horizontalen ist hier über
eine Höhenverstellung einer
der beiden den Trennraum 2 tragenden Pfeiler möglich, beispielsweise
durch eine Schraube/Spindel-Mechanik, eine hydraulische Einrichtung
o.ä. kontinuierlich
oder durch teleskopartiges Ineinanderschieben und Verschrauben zweier
konzentrisch angeordneter Pfeilerelemente.
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Zwischen
den Sammelköpfen 4, 5 ist
in einer der Seitenwände 7 eine
Zuführöffnung 9 für die Suspension
vorgesehen, vgl. 4.
Die Suspension ist quer zur Längsachse
der Kanäle 3 einleitbar.
Hierzu ist an die Zuführöffnung 9 ein
insbesondere horizontaler Zuführkanal 10 angeschlossen,
der hier einen sich aufweitenden und die Strömungsgeschwindigkeit verringernden
Querschnitt aufweist. Der Zuführkanal 10 hat
dabei zweckmäßigerweise
eine Länge, die
nicht kleiner als der vertikale Durchmesser der Zuführöffnung 9 ist,
vgl. 4, jedoch deutlich
länger sein
kann, vgl. 5, damit
die zugeführte
Suspension möglichst
turbulenzfrei ist. Im Bereich der Zuführöffnung 9 können die
Platten 6 für
eine bessere Verteilung der Suspension unterbrochen, insbesondere
durchlocht sein, und sich gegebenenfalls in den Zuführkanal 10 auf
vorzugsweise 1/3 seiner Länge hinein
erstrecken.
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Im
Fall von Trennvorrichtungen mit einer hohen Anzahl von Strömungskanälen 3,
z.B. mehr als 3 Strömungskanälen, kann
der Zuführkanal
eine der Anzahl der Strömungskanäle 3 entsprechende
Anzahl von Unter-Zuführkanälen erhalten,
so daß eine einfache
und gleichmäßige Verteilung
des Suspensionstroms auf die einzelnen Strömungskanäle sicher gestellt ist.
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Die
Zuführöffnung 9 ist
bei Trennaufgaben, bei denen die Leichtfraktion die Zielfraktion
mit der höheren
Reinheitsanforderung ist, näher
am unteren als am oberen Sammelkopf 4, 5 angeordnet,
damit diejenigen Feststoffteilchen der Schwerfraktion, die mit dem
aufsteigenden Leichtfraktionsstrom mitgerissen werden, noch vor
Eintritt in den oberen Sammelkopf 4 in den absinkenden
Schwerfraktionsstrom gelangen können.
Ist die Schwerfraktion die Zielfraktion, sollte die Zuführöffnung 9 entsprechend
näher am
oberen Sammelkopf 4 angeordnet sein.
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In
Fällen,
bei denen die Mitreißgefahr
schwerer Teilchen in den Leichtfraktionsstrom zu groß ist, kann
oberhalb der Zuführöffnung 9 eine
weitere Zuführöffnung angeordnet
sein, durch die mittels eines zugehörigen Zuführkanals 11 reines
Trennmittel als sogenannte Regelmenge in den Trennraum 2 eindosiert
wird. Diese Regelmenge wird vorzugsweise so eingestellt, daß der von
ihr nach unten strömende Teilstrom
eine Strömungsgeschwindigkeit
besitzt, die größer als
die Aufstiegsgeschwindigkeit der sonst im Leichtfraktionsstrom mitgerissenen
schweren Feststoffteilchen ist.
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Ferner
kann eine Einrichtung 12 zur Schwingungserregung mit wenigstens
einem Motor, Piezoelement oder dgl. vorgesehen sein, der bzw. das
auf die Platten 6 und/oder die Seitenwände 7 des Trennraums 2 einwirkend
das Trennmittel sowie die Feststoffteilchen der Suspension in Schwingung
versetzt. Geraten die Teilchen in Schwingungsknoten des Trennmittels,
ist die reinigende Wirkung der Schwingungen besonders wirkungsvoll.
Es hängt
von der Aufgabe und dem zu trennenden Gut ab, welche Schwingungserreger
und welche Schwingungsfrequenz eingesetzt wird. Im Falle einer Kunststofftrennung
haben mechanische Schwingungserreger mit Frequenzen im Bereich zwischen
10000 und 45000 min- sehr gute Wirkung gezeigt. Bei mit Auftriebselementen
behafteten Feststoffteilchen konnte dadurch bei gleichbleibender
Trennqualität
die Geschwindigkeitsdifferenz der beiden Teilströme in den Kanälen 3 zwischen 20 und
ca. 30% reduziert, d.h. der Feststoff-Durchsatz entsprechend erhöht werden.
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Durch
Einsatz von Ultraschallgeneratoren lassen sich im Frequenzbereich
von 10 bis 40 kHz, vorzugsweise 15 bis 25 kHz über Kavitationseffekte nicht
nur Luftelemente von den Feststoffteilchen sicher entfernen, sondern
auch gut benetzende leichtere Flüssigkeiten
sowie Feingut mit geringerer Dichte.
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Die
Einrichtung 12 kann dabei auf eine Außenwandung des Trennraums 2 aufgesetzt
sein, vgl. 1. Alternativ
oder zusätzlich
können
auch die Platten 6 direkt zum Schwingen angeregt werden.
In einer Ausführungsform
ist hierzu ein seitlich an den Trennraum 2 lösbar befestigbarer
Einschub 13 mit Plattenabschnitten 14 vorgesehen,
die sich ins Innere des Trennraums 2 erstrecken und in
entsprechende, gegebenenfalls mit einer Führungsnut od.dgl. versehene
Aussparungen der Platten 6 eingreifen, vgl. 6. Die Plattenabschnitte 14 können durchlocht
sein.
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Vorzugsweise
werden die übereinander
angeordneten Plattenabschnitte 14 im Randbereich beispielsweise
durch Einspannen in Querverbinder starr befestigt, vgl. 7. Die Einrichtung 12 umfaßt dann
zweckmäßigerweise
einen Erregerstab 12b, der sich durch einen mittleren Bereich
der Plattenabschnitte 14 erstreckt und von einem Erregermotor 12a in
Schwingungen versetzt wird. Durch die Einspannung der Plattenabschnitte 14 im
Randbereich und die Schwingungsanregung im mittleren Bereich schwingen
die Plattenabschnitte 14 membranartig. Die Schwingungen
des Erregermotors 12a werden somit sehr effektiv auf die
Suspension und die Feststoffteilchen darin übertragen.
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Schließlich ist
hier eine Einrichtung zum Einstellen der Differenzgeschwindigkeit
zwischen dem aufwärts
gerichteten Leichtfraktionsstrom und dem abwärts gerichteten Schwerfraktionsstrom
vorgesehen, vgl. 8.
Sie umfaßt
eine Pumpe 15 zum Austragen der Schwerfraktion aus dem
unteren Sammelkopf 5, eine Pumpe 16 zum Austragen
der Leichtfraktion aus dem oberen Sammelkopf 4, eine Pumpe 17 zum
Zuführen
der Suspension durch den Zuführkanal 10 und/oder
eine Pumpe 24, über
die die dem Trennraum 2 pro Zeiteinheit zugeführte Menge
der Suspension indirekt gesteuert wird, vorzugsweise jedoch nur
die Pumpen 15 und 24, sowie eine Pumpensteuerung 18.
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Die
Pumpensteuerung 18 steuert die Förderleistung der je nach Ausführungsform
vorhandenen Pumpen 15, 16, 17 und/oder 24 derart,
daß sich
eine Differenzgeschwindigkeit zwischen dem aufwärts gerichteten Leichtfraktionsstrom
und dem abwärts
gerichteten Schwerfraktionsstrom einstellt, bei der die Trennschärfe optimal
ist. Die optimale Förderleistung wird
empirisch ermittelt.
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Der
Betrieb der Vorrichtung zum Schwimm-Sink-Trennen wird unter Bezugnahme
auf 8 beschrieben.
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Zu
trennende Feststoffteilchen, beispielsweise Kunststoffgranulate
mit einem Durchmesser von 0,5 bis 50 mm, insbesondere 1 bis 10 mm,
vorzugsweise 2 bis 7 mm, gegebenenfalls mit bis zu 15 Gew.-%, insbesondere
bis zu 10 Gew.-% und vorzugsweise bis zu 5 Gew.-% beim Zerkleinerungsprozeß, z.B.
Mahlen oder Schreddern, entstandenen kleineren Teilchen, oder Kunststoffolienteilchen od.dgl.
werden in eine Mischvorrichtung 20 eingebracht und dort
mittels einer Rührvorrichtung 19 mit einem
Trennmedium zu einer Suspension vermischt.
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Als
Trennmedium wird bei einer Trenndichte oberhalb von 1 g/cm3 insbesondere Wasser verwendet, dem zur
Dichtesteuerung Salz in einer bestimmten Konzentration beigesetzt
ist. Für
Trenndichten unterhalb von 1 g/cm3 können bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Gegensatz zu den bisher bekannten Vorrichtungen organische Flüssigkeiten
mit niedrigem Flammpunkt als Trennmedium verwendet werden, wie z.B.
eine Alkohol/Wasserlösung
oder reines Ethylacetat bei 20°C
zur Trennung von PP/PE, da die Vorrichtung auf einfache Weise gasdicht
gestaltet werden kann und keinerlei Zündfunkengefahrenpotential in
der Vorrichtung gegeben ist. Die Mischvorrichtung 20 wird
in diesem Fall ebenfalls gasdicht gestaltet, gegebenenfalls mit
einem Inertgas beaufschlagt und/oder mit einer Absaugvorrichtung
zur Entfernung der mit dem zu trennenden Produkt eingetragenen Luft
ausgerüstet.
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Die
Mischvorrichtung 20 ist zweckmäßigerweise erhöht angeordnet
mit einem Füllstand,
der sich in etwa auf gleicher Höhe
mit einer Austragsöffnung
des oberen Sammelkopfs 5 befindet.
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Die
Suspension wird unter Schwerkraftwirkung oder gegebenenfalls mittels
der Pumpe 17 in den Zuführkanal 10 geleitet
und gelangt über
die Zuführöffnung 9 in
den oder die Kanäle 3.
Die Einleitung erfolgt zweckmäßigerweise
quer zur Längsachse
der Kanäle 3 direkt
zwischen die Platten.
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Dort
schwimmen die Feststoffteilchen, die spezifisch leichter sind als
das Trennmedium, in Richtung auf den oberen Sammelkopf 4 auf,
während die
Feststoffteilchen, die spezifisch schwerer sind als das Trennmedium,
in Richtung auf den unteren Sammelkopf 5 absinken. An der
jeweils oberen Platte 6 eines Kanals 3 bildet
sich so ein aufschwimmender Leichtfraktionsstrom aus, während sich
an der jeweils unteren Platte 6 des Kanals 3 ein
absinkender Schwerfraktionsstrom ausbildet. Infolge der Länge der
Kanäle 3 und
der verhältnismäßig geringen
Höhe haben
die Feststoffteilchen ausreichend Zeit, in den ihrer Dichte entsprechenden
Fraktionsstrom aufzuschwimmen oder abzusinken.
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An
den Sammelköpfen 4, 5 ist
jeweils ein Abscheider 22 angeschlossen, in dem das Trennmedium
von den Feststoffteilchen getrennt wird. Das Trennmedium wird einem
Tank 23 zugeführt
und von dort den Trennmediumkreislauf schließend über die Pumpe 24 in
die Mischvorrichtung 20 zurückgeführt.
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In
einer Ausführungsform
mit nur zwei Pumpen 15, 24 weist der obere Sammelkopf 4 einen Überlauf 21 auf
und die Mischvorrichtung 20 ist über eine einfache Schlauchverbindung
o.ä. mit
dem Zuführkanal 10 verbunden
oder an einen sehr kurzen Zuführkanal
von 100 bis 600, vorzugsweise 200 bis 400 mm Länge, direkt angeflanscht, vgl. 9. Wird die Förderleistung
der Pumpe 24 bei konstanter Förderleistung der Pumpe 15 erhöht oder
verringert, erhöht
bzw. verringert sich die Geschwindigkeit des aufwärts gerichteten
Leichtfraktionsstroms. Wird die Förderleistung der Pumpe 15 erhöht oder
verringert, erhöht
bzw. verringert sich die Geschwindigkeit des abwärts gerichteten Schwerfraktionsstroms,
wobei die Förderleistung
der Pumpe 24 entsprechend anzupassen ist, um einen Unter-
bzw. Überlauf
der Mischvorrichtung 20 zu vermeiden. Die optimalen Förderleistungen
werden empirisch ermittelt. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen
den beiden Fraktionsströmen
ist in dieser Ausführungsform
besonders einfach und genau einstellbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist nur eine Pumpe vorgesehen, beispielsweise die Pumpe 24.
Durch Steuerung der Förderleistung
dieser Pumpe 24 ist bei gleichbleibendem Austrag aus dem
unteren Sammelkopf 5 die Geschwindigkeit des Leichtfraktionsstroms
bei gleichbleibender Geschwindigkeit des Schwerfraktionsstroms und
mithin die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Fraktionsströmen veränderbar.
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In
weiteren Ausführungsformen
sind andere und gegebenenfalls mehrere oder alle der Pumpen 15, 16, 17, 24 in
beliebiger Kombination mit entsprechender Steuerung vorgesehen.
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Die
Mischvorrichtung 20 kann an mehrere, insbesondere wie in 9 gezeigt an vier Zuführkanäle 10 für jeweils
eine Vorrichtung zum Schwimm-Sink-Trennen angeschlossen sein, wodurch
sich der Durchsatz entsprechend erhöht.
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Die
Vorrichtung arbeitet vorzugsweise bei einer Reynoldszahl, definiert
durch die Geschwindigkeit der Strömung einer Fraktion multipliziert
mit der Dichte und dividiert durch die Viskosität, unterhalb von 2000 und vorzugsweise
unterhalb von 700.
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Bei
der in 10 dargestellten
Trennanlage werden Feststoffteilchen über eine Dosierschnecke 25 dosiert
in die Mischvorrichtung 20 eingebracht. Dort werden sie
mittels der Rührvorrichtung 19 mit dem
Trennmedium zu einer Suspension vermischt. Die Suspension wird durch
die Vorrichtung 1 zum Schwimm-Sink-Trennen geleitet. Der Austrag vom oberen
Sammelkopf 4 wird in den Abscheider 22 geleitet,
der aufgeschwommene Feststoffteilchen 26 vom Trennmedium
trennt. Das Trennmedium wird dann einem Trennmediumfilter 27 zugeführt. Analog hierzu
wird der Austrag vom unteren Sammelkopf 5 über die
Pumpe 15 einem weiteren Abscheider 22 zugeführt, der
abgesunkene Feststoffteilchen 28 vom Trennmedium trennt
und das Trennmedium ebenfalls dem Trennmediumfilter 27 zuführt. Eine
Trennmittelkreislaufpumpe 29 befördert das Trennmittel weiter zum
Tank 23. Von dort gelangt das Trennmittel über die
Pumpe 24 zu einer Entgasungsvorrichtung 30, beispielsweise
einem Tank mit einer Vakuumpumpe 31. In der Entgasungsvorrichtung 30 wird
im Trennmittel gelöstes
Gas, insbesondere Luft, dem Trennmittel entzogen. Hierzu ist eine
Pumpe 31 vorgesehen. Das Trennmittel wird über die
Pumpe 17 wieder in die Mischvorrichtung 20 zurückgeführt, wodurch sich
der Trennmittelkreislauf schließt.
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In
der Mischvorrichtung 20, die unter Vakuum oder reduziertem
Druck arbeiten kann, absorbiert das Trennmittel Luftteilchen, die
an den Feststoffteilchen anhaften, bis zu seiner Sättigung.
Den Feststoffteilchen der Suspension, die aus der Mischvorrichtung 20 in
die Vorrichtung 1 zum Schwimm-Sink-Trennen geleitet wird,
haften dadurch weniger bis gar keine Auftriebsgase an.
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Bei
Einsatz einer Entgasungsvorrichtung 30, die eine ausreichende
Entgasung des Trennmediums vor Herstellung der Suspension gewährleistet, kann
abhängig
von den Stoffeigenschaften der spezifisch schweren Feststoffteilchen
die Differenzgeschwindigkeit, die ohne Entgasungsvorrichtung 30 zum
Kompensieren des Auftriebseffekts erforderlich wäre, bis auf den Wert Null reduziert
werden, d.h. die aufschwimmende Leichtfraktion hat betragsmäßig die
gleiche Geschwindigkeit wie die absinkende Schwerfraktion. Diese
Einstellung der Trennparameter erlaubt dann eine Geschwindigkeitseinstellung der
beiden Teilströme,
die sich nach der zulässigen Beladungsdichte
der beiden Teilströme,
der zur Trennung notwendigen Verweilzeit der Feststoffteilchen in den
Kanälen
und der Einhaltung der notwendigen Laminarströmung in den Kanälen ausrichtet.
Bei stark unterschiedlichen Mengenanteilen des Leicht- und Schwerguts
kann demnach wieder die Einstellung einer Strömungsdifferenz sinnvoll werden,
die nun aber der Optimierung des Durchsatzes und nicht der Optimierung
des Trennergebnisses, also der Trennschärfe, dient.
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In
der in 11 dargestellten
Trennvorrichtung sind vier Trennräume 2 zwischen einem
gemeinsamen oberen Sammelkopf 4 und einem gemeinsamen unteren
Sammelkopf 5 angeordnet. Im unteren Sammelkopf 5 ist
eine Schnecke 33 vorgesehen, die anstelle der Pumpe 15 der 8 tritt. Der im Sammelkopf 5 ankommende
Schwerfraktionsstrom wird mit ihrer Hilfe wie folgt aufgeteilt:
die Feststoffteilchen der Schwerfraktion werden mittels der Schnecke 33 bei 34 oberhalb
der Höhe
der Ausläufe 35 im
Sammelkopf 4 ausgetragen, wogegen das Trennmittel des Stroms
vorzugsweise mit einer mengengeregelten Pumpe zur Aufrechterhaltung
konstanter Strömungsgeschwindigkeiten
im Trennraum 2 über
die Öffnung 32 ausgetragen
wird.