DE202014001981U1 - Plant for separating paint particles from an air stream - Google Patents
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Abstract
Anlage zum Abscheiden von Lackpartikeln (43) aus einem Luftstrom (5), insbesondere aus einer Beschichtungsanlage (2), wobei der Luftstrom (5) über eine Zuführung (15) einer Trenneinrichtung (10) zuleitbar ist, in welcher die Lackpartikel (43) aus der Luft abtrennbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eiserzeugungseinrichtung vorgesehen ist, durch welche Eiskristallteilchen (1) erzeugbar sind, und dass an der Zuführung (15) und/oder der Trenneinrichtung (10) wenigstens eine Eindüseinheit (27) angeordnet ist, mit welcher die Eiskristallteilchen (1) in den Luftstrom (5) einbringbar sind.System for separating paint particles (43) from an air stream (5), in particular from a coating system (2), the air stream (5) being able to be fed via a feed (15) to a separating device (10) in which the paint particles (43) are separable from the air, characterized in that an ice-making device is provided, by means of which ice-crystal particles (1) can be produced, and that at least one injection unit (27) is arranged on the feed (15) and / or the separating device (10) which the ice crystal particles (1) can be introduced into the air stream (5).
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Abscheiden von Lackpartikeln aus einem Luftstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a system for separating paint particles from an air stream according to the preamble of claim 1.
Bei der Serienfertigung von Kraftfahrzeug wird bei der Lackierung trotz vieler Optimierungen ein erheblicher Teilstrom des Lackes nicht auf die Karosserie des Kraftfahrzeuges aufgetragen. Je nach der Art des Auftragungsverfahrens kann diese Menge bis zu 50% des Lackausflusses betragen. Der betreffende Anteil, welcher Lackoverspray genannt wird, wird in der Lackierkabine vom Luftstrom erfasst und einem Abscheider zugeführt. Die derzeitigen Verfahren aus dem Stand der Technik weisen allerdings neben hohen Betriebs-, Energie- und Investitionskosten eine hohe Komplexität der Verfahrenstechnik auf.In the mass production of motor vehicle, a considerable partial flow of the paint is not applied to the body of the motor vehicle during painting despite many optimizations. Depending on the type of application process, this amount can amount to up to 50% of the paint outflow. The relevant portion, which is called Lackoverspray is detected in the paint booth by the air flow and fed to a separator. However, current state-of-the-art methods, in addition to high operating, energy and investment costs, have a high degree of complexity in process engineering.
Die
Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass das Steinmehl auf jedes Lackmaterial spezifisch ausgelegt und abgestimmt sein muss und somit hohe Kosten bei dessen Herstellung sowie der Entsorgung nach der Verwendung entstehen. Insbesondere die Entsorgung ist hierbei unter umwelttechnischen Gesichtspunkten problematisch. Zudem ist aufgrund der beweglichen Teile im Abscheider die Wartung und Instandhaltung problematisch und im Störfall besteht eine hohe Gefahr der Kabinenverschmutzung. Darüber hinaus ist der Strom- und Druckluftverbrauch sehr hoch.A major disadvantage of this method is that the stone powder must be specifically designed and tuned to each paint material and thus high costs incurred in its production and disposal after use. In particular, the disposal is problematic here from an environmental point of view. In addition, due to the moving parts in the separator maintenance and repair is problematic and in case of failure there is a high risk of cabin contamination. In addition, the power and compressed air consumption is very high.
Die
Dieses Verfahren ist ebenfalls kostenintensiv und komplex und erfordert einen hohen Verbrauch an Verbrauchsmaterial für die Kühlmittelversorgung und das Hochspannungsmodul. Zudem besteht ein hoher Wartungs- und Instandhaltungsaufwand sowie eine Gefahr durch Hochspannung und Leckage der Kühlmittelversorgung. Ferner ist für die Erzeugung der Hochspannung und der Plattenkühlung ein hoher Strombedarf erforderlich.This process is also costly and complex and requires a high consumption of consumables for the coolant supply and the high voltage module. In addition, there is a high maintenance and repair costs and a risk of high voltage and leakage of the coolant supply. Furthermore, a high power requirement is required for the generation of high voltage and plate cooling.
Die
Auch dieses Verfahren erfordert für die Kühlmittelversorgung und das Hochspannungsmodul eine teure und komplexe Verfahrenstechnik sowie einen hohen Wartungs- und Instandhaltungsaufwand, insbesondere für die im Luftkanal angeordneten mit Haftpartikeln beladenen beweglichen Teile. Zudem ist für die statische Aufladung und die Kühlung ein hoher Energiebedarf notwendig.Also, this method requires for the coolant supply and the high-voltage module expensive and complex process technology and a high maintenance and upkeep, especially for the arranged in the air duct with adhesive particles loaded moving parts. In addition, a high energy requirement is necessary for static charging and cooling.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zum Abscheiden von Lackpartikeln aus einem Luftstrom bereitzustellen, welche besonders wirtschaftlich betreibbar und zugleich einfach aufgebaut ist.The invention is therefore based on the object to provide a system for separating paint particles from an air stream, which is particularly economical to operate and at the same time simple.
Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Anlage zum Abscheiden von Lackpartikeln aus einem Luftstrom, insbesondere aus einer Beschichtungsanlage, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, the object is achieved by a system for separating paint particles from an air stream, in particular from a coating system, with the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.
Ausgehend von einem Abscheiden von Lackpartikeln aus einem Luftstrom, insbesondere aus einer Beschichtungsanlage, wobei der Luftstrom einer Trenneinrichtung zugeführt wird, in welcher die Lackpartikel aus der Luft abgetrennt werden, ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass in den Luftstrom Eiskristallteilchen zum Binden und/oder Agglomerieren der Lackpartikel eingedüst werden.Starting from a deposition of paint particles from an air stream, in particular from a coating plant, wherein the air stream is fed to a separation device in which the paint particles are separated from the air, it is provided according to the invention that in the air flow ice crystal particles for binding and / or Agglomerate the paint particles are injected.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die Partikelgrößen des Overspraylackmaterials für eine effektive Abtrennung häufig zu klein sind. Dies gilt etwa für Trägheitsabscheider, die einer Mindestmasse der Partikel bedürfen. Durch das Eindüsen von Eiskristallteilchen in den Luftstrom wird erreicht, dass bei den Lackpartikeln in einer künstlich erzeugten Turbulenz durch eine gegenseitige Agglomeration durch Anlagern der Partikel an die Eiskristalle eine Volumen- und Massenzunahme erzeugt wird. Die dabei gebildeten größeren Partikel können so etwa in einem nachfolgenden Trägheitsabscheider oder in einem Filter mit größeren Filteröffnungen mit hoher Zuverlässigkeit abgeschieden werden. The invention is based on the recognition that the particle sizes of Overspraylackmaterials are often too small for effective separation. This applies, for example, to inertial separators, which require a minimum mass of the particles. By injecting ice crystal particles into the air stream it is achieved that in the paint particles in an artificially generated turbulence by a mutual agglomeration by attaching the particles to the ice crystals, a volume and mass increase is generated. The larger particles formed in this way can be deposited in a subsequent inertial separator or in a filter with larger filter openings with high reliability.
Um eine besonders hohe Wirkung zu erzeugen und die Adhäsion des Lackmaterials zu reduzieren, werden in den mit Lackpartikeln kontaminierten Abluftstrom Eiskristallteilchen in Form von feinem Pulverschnee eingedüst. Bei einer entsprechend hohen Teilchendichte und Größe der Partikel steigt statistisch der Effekt der Teilchenagglomeration. Zudem erfüllt Wasserschnee die physikalisch-chemischen Voraussetzungen zur Vereinigung mit dem im Allgemeinen wasserbasierten Lackmaterial. Der somit gereinigte Luftvolumenstrom kann mittels Umluftverfahren und ohne weiteren nachträglichen Konditionierungsaufwand erneut dem Lackierprozess zugeführt werden.In order to produce a particularly high effect and to reduce the adhesion of the paint material, ice crystal particles in the form of fine powder snow are injected into the exhaust air stream contaminated with paint particles. With a correspondingly high particle density and particle size, the effect of particle agglomeration increases statistically. In addition, water snow fulfills the physical-chemical requirements for combination with the generally water-based paint material. The thus purified air volume flow can be fed by Umluftverfahren and without further subsequent conditioning effort again the painting process.
Ein erheblicher Anteil der für die Erzeugung der Eiskristallteilchen aufgebrachten Energie führt zu Abwärme, welche zurückgewonnen und in dem Lackierprozess genutzt werden kann.A significant proportion of the energy applied to the production of the ice crystal particles leads to waste heat, which can be recovered and used in the painting process.
Bei gegenwärtigen Verfahren zur Serienlackierung wird die Luft erwärmt und muss anschließend mit Abscheidung der Overspraypartikel wieder gekühlt. Aufgrund der durch das Schnee- und Eismaterial eingebrachten Kälteenergie kann hierbei Kühlleistung eingespart werden. Aufgrund der einfachen Verfahrensführung nach der Erfindung kann eine erhebliche Energieeinsparung im Vergleich zu den herkömmlichen Technologien nach dem Stand der Technik erreicht werden. Diese kann bis über 50% betragen. Darüber hinaus kann das Schnee-Schmelzwasser-Lackmaterial nach einer entsprechenden Abtrennung wiederverwendet werden und eine aufwändige und kostenintensive Entsorgung kann entfallen. Zudem besteht im Störungsfall keine Gefahr einer Verschmutzung der Lackkabinen, da sowohl Lack als auch das verwendete Wasser kein Risiko für die Prozesstechnik darstellen.In current mass finishing processes, the air is heated and must then be cooled again upon deposition of the overspray particles. Due to the cold energy introduced by the snow and ice material, in this case cooling power can be saved. Due to the simple methodology of the invention, significant energy savings can be achieved as compared to conventional prior art technologies. This can amount to more than 50%. In addition, the snow-melt water paint material can be reused after an appropriate separation and a costly and expensive disposal can be omitted. In addition, there is no risk of contamination of paint booths in case of failure, since both paint and the water used pose no risk to the process technology.
Die Erfindung ist insbesondere für die Verwendung in einem Lackierungsverfahren für Kraftfahrzeuge geeignet, kann jedoch ohne weiteres in allen Bereichen der Serienlackierung, beispielsweise für Haushaltswaren oder Möbel, in welchen eine Abscheidung des Lackoversprays vorgeschrieben ist, verwendet werden.The invention is particularly suitable for use in a painting process for motor vehicles, but can readily be used in all areas of series painting, for example for household goods or furniture in which deposition of the paint overspray is prescribed.
Es ist bevorzugt, wenn die Eiskristallteichen im Wesentlichen aus einem Fluid gebildet werden, das ausgewählt ist aus Wasser, Alkoholen, Ethern, Estern, Carbonsäuren, Kohlendioxid oder Mischungen davon.It is preferred that the ice crystal ponds be formed substantially of a fluid selected from water, alcohols, ethers, esters, carboxylic acids, carbon dioxide or mixtures thereof.
Diese Verbindungen weisen eine geringere Dichte der festen Phase im Vergleich zur flüssigen Phase auf, so dass die entsprechenden Eispartikel eine erheblich größere Kollisionsoberfläche besitzen. Es kann auf diese Weise eine besonders effiziente Anlagerung von Lackpartikeln auf den Kristallteilchen dieser Verbindungen erfolgen. Zudem sind die entsprechenden Fluide kostengünstig im großtechnischen Maßstab zu erwerben. Die entsprechende Verfahrenstechnik zur Umwandlung der fluiden Phase in den Festkörper ist bekannt und beruht auf ausgereiften Prozessschritten, welche auch unter energetischen Gesichtspunkten weitgehend optimiert sind. Zudem weisen die Moleküle dieser Fluide eine hinreichend große Polarität auf, um sich mit dem in der Regel wasserbasierten Lackmaterial zu vermischen.These compounds have a lower density of the solid phase compared to the liquid phase, so that the corresponding ice particles have a considerably larger collision surface. It can be done in this way a particularly efficient deposition of paint particles on the crystal particles of these compounds. In addition, the corresponding fluids are inexpensive to purchase on a large scale. The corresponding process technology for the conversion of the fluid phase into the solid is known and is based on mature process steps, which are largely optimized from an energetic point of view. In addition, the molecules of these fluids have a sufficiently large polarity to mix with the usually water-based paint material.
Geeigneterweise werden dem Fluid weitere Additive, insbesondere zur Änderung des Schmelzpunktes, der Viskosität oder der Benetzungseigenschaften zugesetzt.Suitably, further additives, in particular for changing the melting point, the viscosity or the wetting properties are added to the fluid.
Durch eine Absenkung des Schmelzpunktes kann eine Verringerung des Energieaufwandes zum Abkühlen in den festen Zustand des Fluids erreicht werden. Durch eine geeignete Wahl der Viskosität kann dieses auf die betreffende Geometrie und Strömungsführung in der Beschichtungsanlage hin optimiert werden. Bei einer geringeren Viskosität reduzieren sich die Energieverluste durch die Strömungsreibung, während bei einer erhöhten Viskosität sich ein leichterer Übergang in den festen Zustand erreichen lässt. Die einzustellenden Benetzungseigenschaften richten sich an die Oberflächenbeschaffenheit der eingesetzten Beschichtungsanlage, insbesondere hinsichtlich deren Oberflächenrauigkeit sowie hydrophoben beziehungsweise hydrophilen Charakters. Zur Änderung der betreffenden physikalischchemischen Größen eignen sich organische oder anorganische Salze sowie oberflächenaktive Tenside.By lowering the melting point, a reduction of the energy expenditure for cooling to the solid state of the fluid can be achieved. By a suitable choice of the viscosity, this can be optimized for the relevant geometry and flow guidance in the coating system. With a lower viscosity, the energy losses are reduced by the flow friction, while at an increased viscosity, a lighter transition to the solid state can be achieved. The wetting properties to be set depend on the surface properties of the coating system used, in particular with regard to their surface roughness and hydrophobic or hydrophilic character. To change the physical-chemical variables concerned, organic or inorganic salts and surface-active surfactants are suitable.
Es ist vorteilhaft, wenn die Trenneinrichtung einen Filter oder eine Abscheidefläche aufweist, mit welcher die Eiskristallteilchen mit den Lackpartikeln in fester oder aufgeschmolzener Form aus dem Luftstrom abgetrennt werden.It is advantageous if the separating device has a filter or a separating surface, with which the ice crystal particles are separated with the paint particles in solid or molten form from the air stream.
Als Filtermaterialien können beispielsweise Siebe, Papierfilter, Glasfasern, Vliese, Keramikfilterelemente aus offenporiger Keramik, offenporige Sintermetallfilterelemente oder Nadelfilze verwendet werden. Nach der erfolgten Überführung der Eiskristallteilchen mit den Lackpartikeln in die flüssige Phase kann eine Trennung des betreffenden Gemisches in das die Kristallteilchen bildende Fluid und in das Lackmaterial erfolgen und beide Komponenten können wieder verwendet und in das Verfahren zurückgeführt werden. Bei Verwendung einer Abscheidefläche kann die applizierte Oberflächentemperatur dahingehend abgestimmt werden, dass die jeweiligen Phasen getrennt voneinander in den flüssigen Zustand überführt werden. Die Abscheidefläche kann glatt sein oder über eine erhöhte Oberflächenrauigkeit beziehungsweise andere Oberflächenstrukturierungen verfügen, um ein hohes Maß an Adsorptionsfläche den aufzufangenden Eiskristallteilchen mit den Lackpartikeln zur Verfügung zu stellen. Die Lack-Flüssigkeitsmischung lässt sich leicht von der Abscheidefläche entfernen.As filter materials, for example, sieves, paper filters, glass fibers, nonwovens, ceramic filter elements of open-pore ceramic, open-pore sintered metal filter elements or needle felt can be used become. After the conversion of the ice crystal particles with the paint particles in the liquid phase, a separation of the relevant mixture in the fluid forming the crystal particles and in the paint material can be carried out and both components can be reused and recycled to the process. When using a Abscheidefläche the applied surface temperature can be adjusted to the effect that the respective phases are transferred separately from each other in the liquid state. The deposition surface may be smooth or have an increased surface roughness or other surface structuring in order to provide a high degree of adsorption surface to the ice crystal particles to be collected with the paint particles. The paint-liquid mixture can be easily removed from the separation surface.
Es ist bevorzugt, wenn eine Kühlfläche verwendet wird, an welcher aus der Flüssigkeit eine Eisschicht gebildet wird, welche zum Bilden der Eiskristallteilchen abgetrennt und zerkleinert wird.It is preferable to use a cooling surface on which an ice layer is formed from the liquid, which is separated and crushed to form the ice crystal particles.
Hierfür eignen sich insbesondere mit Kühlmittel durchflossene Walzen in einem Wasserbad. Das Wasser gefriert an der Walzenoberfläche, wird mittels Bürsten oder einer Rakel abgetragen und unmittelbar in die erzeugte Turbulenz eingebracht. Die Partikelgröße kann hierbei durch die entsprechenden Prozessparameter wie Walzentemperatur und Drehgeschwindigkeit beeinflusst werden.Suitable for this purpose are, in particular, rollers through which coolant flows in a water bath. The water freezes on the roll surface, is removed by means of brushes or a doctor blade and introduced directly into the generated turbulence. The particle size can be influenced by the corresponding process parameters such as roller temperature and rotational speed.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Eiskristallteilchen mittels einer Sprüheinrichtung durch Versprühen der Flüssigkeit unter Wärmeentzug gebildet. Die Sprüheinrichtung kann die Eindüseneinheit zur Zuführung der Eiskristalle in den Luftstrom sein.In a further preferred embodiment of the invention, the ice crystal particles are formed by means of a spraying device by spraying the liquid under heat removal. The spraying device may be the injection unit for feeding the ice crystals into the air stream.
Im Falle von Wasser als verwendetem Fluid wird das zur Schneeproduktion benötigte Wasser komprimiert und auf unter 0°C abgekühlt, ohne dabei zu gefrieren. Mittels Ventilator und gekühlter Luft wird das unterkühlte Wasser fein zerstäubt und in einen Turbulenzbereich eingebracht. Dabei kristallisiert das Wasser bei Einbringung in den Agglomerationsbereich aus. Die Erzeugung der Schneekristalle und insbesondere der Kristallgröße kann gezielt und gesteuert erfolgen.In the case of water as the fluid used, the water needed for snow production is compressed and cooled to below 0 ° C without freezing. Using fan and cooled air, the supercooled water is finely atomized and introduced into a turbulence zone. The water crystallizes upon introduction into the agglomeration area. The generation of the snow crystals and in particular the crystal size can be targeted and controlled.
Diese Eigenschaften können durch eine definierte Einstellung von Druck, Temperatur und/oder relativer Luftfeuchtigkeit bewirkt werden. Bei Verwendung von Wasser als verwendetem Fluid hat sich ein Temperaturbereich von etwa 20 bis 25°C und 60 bis 70% relativer Luftfeuchte als besonders geeignet erwiesen. Ferner ist zu berücksichtigen, dass aufgrund der großen Oberfläche der zahlreichen Schneekristalle es zu einer Schneeschmelze zwischen deren Einbringung und der Abscheidung in der Trenneinrichtung kommen wird, wodurch eine Feuchteerhöhung des Luftstroms zustande kommt. Dies kann eine nachträgliche Konditionierung der gereinigten Luft auf die Prozessbedingungen erfordern. Neben der Beeinflussung der Kristallgröße und Geometrie kann zusätzlich durch weitere chemische Hilfsmittel, wie beispielsweise sogenannten Snow-Inducern, die Nukleationstemperatur zur Bildung der Schneephase erhöht werden. Als Snow-Inducer sind insbesondere Proteine geeignet. An diesen Proteinen bilden sich kleine Eiskristalle als Kristallisationskeime, an denen weiteres Wasser angefriert. Je niedriger die relative Luftfeuchtigkeit ist, desto besser wirkt hierbei der Abkühlungsvorgang. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 30% läuft dieser Schritt bereits bei 1°C ab, während hingegen bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit unter –3°C erforderlich sind.These properties can be achieved by a defined setting of pressure, temperature and / or relative humidity. When using water as the fluid used, a temperature range of about 20 to 25 ° C and 60 to 70% relative humidity has been found to be particularly suitable. Furthermore, it should be noted that due to the large surface area of the numerous snow crystals there will be a snow melt between their introduction and the deposition in the separator, whereby a moisture increase of the air flow is achieved. This may require subsequent conditioning of the purified air to the process conditions. In addition to influencing the crystal size and geometry, the nucleation temperature for forming the snow phase can be additionally increased by further chemical aids, such as so-called snow-inducers. In particular proteins are suitable as snow inducer. On these proteins, small ice crystals form as crystallization nuclei, to which more water freezes. The lower the relative humidity, the better the cooling process. At a relative humidity of about 30%, this step already starts at 1 ° C, whereas at 80% relative humidity below -3 ° C is required.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Eiskristallteilchen elektrisch aufgeladen werden.It is also advantageous if the ice crystal particles are charged electrically.
Die elektrische Aufladung kann entweder durch eine Ionisation in einem starken elektrischen Feld oder durch einen Beschuss mit elektrisch geladenen Teilchen erfolgen. Die elektrisch aufgeladen Eiskristallteilchen eignen sich besonders zur weiteren Agglomeration der polaren Lackpartikel. Ferner können die agglomerierten Partikel in einem elektrischen und/oder magnetischen Feld effizient aufgefangen werden.The electrical charge can be either by ionization in a strong electric field or by a bombardment with electrically charged particles. The electrically charged ice crystal particles are particularly suitable for further agglomeration of the polar paint particles. Furthermore, the agglomerated particles can be efficiently collected in an electric and / or magnetic field.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Luftstrom vor der Zuführung der Trenneinrichtung zur Agglomeration der Lackpartikel vorbehandelt.In a further preferred embodiment of the invention, the air stream is pretreated before the supply of the separating device for agglomeration of the paint particles.
Auf diese Weise wird die Masse der Lackpartikel erhöht und eine nachfolgende Trennung der Lackpartikel vom Luftstrom kann in einer Trägheitsabscheideeinrichtung besonders effizient erfolgen. Neben einer Vorbehandlung zur Agglomeration der Lackpartikel kann auch eine Anpassung des Luftstromes hinsichtlich Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur, Druck und relativer Luftfeuchtigkeit erfolgen. Die Strömungsrichtung und -geschwindigkeit des Luftstromes können bei einer größeren Partikelgröße definierter eingestellt werden, wobei eine einheitliche Strömungsrichtung und -geschwindigkeit ebenfalls zur Agglomeration der Lackpartikel beiträgt.In this way, the mass of the paint particles is increased and a subsequent separation of the paint particles from the air flow can be carried out particularly efficiently in a Trägheitsabscheideeinrichtung. In addition to a pretreatment for agglomeration of the paint particles, an adjustment of the air flow in terms of flow velocity, temperature, pressure and relative humidity can be carried out. The flow direction and velocity of the air stream can be set defined with a larger particle size, wherein a uniform flow direction and speed also contributes to the agglomeration of the paint particles.
Es ist zweckmäßig, wenn die Vorbehandlung zur Agglomeration in einem Scherschichtkanal durchgeführt wird.It is expedient if the pretreatment for agglomeration is carried out in a shear-layer channel.
Dabei wird bei den Lackpartikeln in einer künstlich erzeugten Turbulenz durch eine gegenseitige Anlagerung, das heißt eine Agglomeration durch Partikelkollision, eine Volumen- und Massezunahme erzeugt, um sie in einer anschließenden Trägheitsabscheideeinrichtung, wo weitere Agglomerationseffekte erfolgen, vollständig abscheiden zu können. In einem Scherschichtkanal strömen zwei partikelbeladene Luftströmungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und mischen sich in einem nachfolgenden Mischungskanal. Aufgrund des unterschiedlichen Impulseintrages entsteht eine turbulente Scherschicht und es erfolgt ein turbulenter Mischungsvorgang. Dabei vermischen sich die Luft- und Partikelmassenströme miteinander und es findet der Agglomerationsvorgang statt. Maßgeblich für den Agglomerationsvorgang sind die Wechselwirkungen und Haftbedingungen zwischen den Lackpartikeln beziehungsweise den Lackpartikeln sowie den Eiskristallteilchen sowie die Kollisionswahrscheinlichkeit, welche wiederum von der Partikelgröße, der -dichte und der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Darüber hinaus können verschiedene Agglomerationsmechanismen existieren, welche wiederum den Agglomerationsvorgang und dessen Kinetik beeinflussen. Zur Steuerung des Agglomerationsprozesses sollten die Geschwindigkeitsverhältnisse der beiden Luftströmungen, die Partikelanzahl sowie die Partikelgrößenverteilung definiert sein. Die aus dem Mischungskanal austretenden an Masse und Volumen deutlich vergrößerten Partikel können dann nachfolgend in einer Trägheitsabscheideeinrichtung entsprechend ihrer Masse aufgetrennt und aufgefangen werden. Die so von den Lackpartikeln befreite Luft kann entweder ausgetragen oder erneut dem Verfahren als Reinluft zugeführt werden.Here, in the paint particles in an artificially generated turbulence by a mutual attachment, that is an agglomeration caused by particle collision, a volume and mass increase to them in a subsequent Inert separation, where further agglomeration effects are done to be able to completely separate. In a shear-layer channel, two particle-laden air streams flow at different speeds and mix in a subsequent mixing channel. Due to the different momentum input creates a turbulent shear layer and there is a turbulent mixing process. The air and particle mass flows mix with each other and the agglomeration process takes place. Decisive for the agglomeration process are the interactions and adhesion conditions between the paint particles or the paint particles and the ice crystal particles and the probability of collision, which in turn depends on the particle size, the density and the flow velocity. In addition, various agglomeration mechanisms may exist, which in turn affect the agglomeration process and its kinetics. To control the agglomeration process, the velocity ratios of the two air flows, the number of particles and the particle size distribution should be defined. The masses and volumes significantly enlarged from the mixing channel can then subsequently be separated and collected in accordance with their mass in an inertia separating device. The thus freed of the paint particles air can either be discharged or re-fed to the process as clean air.
Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zum Abscheiden von Lackpartikeln aus einem Luftstrom, insbesondere aus einer Beschichtungsanlage, wobei der Luftstrom über eine Zuführung einer Trenneinrichtung zuleitbar ist, in welcher die Lackpartikel aus der Luft abtrennbar sind. Bei der erfindungsgemäßen Anlage ist eine Eiserzeugungseinrichtung vorgesehen, durch welche Eiskristallteilchen erzeugbar sind, und an der Zuführung und/oder der Trenneinrichtung wenigstens eine Eindüseinheit angeordnet ist, mit welcher die Eiskristallteilchen in den Luftstrom einbringbar sind.The invention relates to a system for separating paint particles from an air stream, in particular from a coating plant, wherein the air flow can be supplied via a feed of a separating device, in which the paint particles are separable from the air. In the system according to the invention, an ice-making device is provided, by means of which ice-crystal particles can be produced, and at least one injection unit, with which the ice-crystal particles can be introduced into the air stream, is arranged on the feed and / or the separating device.
Die Eis- beziehungsweise Schneeproduktion kann auf verschiedene Weise erfolgen. Geeignet ist eine Schneeproduktion mit gekühlten Walzen, wobei mit Kühlmittel durchflossene Walzen in einem Wasserbad rotieren und das an der Walzenoberfläche gefrorene Wasser mittels Bürsten oder einer Rakel abgetragen wird. Daneben kann eine Schneeproduktion mit unterkühltem Wasser erfolgen, welches komprimiert und unter 0°C abgekühlt wird, ohne dabei zu gefrieren. Das unterkühlte Wasser wird in einer trockenen und gekühlten Luft fein zerstäubt und in den Luftstrom eingebracht. Dabei kann die Zerstäubung des unterkühlten Wassers auch unmittelbar mit der Eindüseinheit erfolgen. Die Zuführung des Luftstromes in die Trenneinrichtung kann sich besonders bevorzugt an einen Mischungskanal eines Scherschichtkanals anschließen, in welchem sich die aus der Vermischung der mit Schneepartikeln beziehungswese mit Overspraylackpartikeln beladene Luftströmungen agglomerierte Lackpartikel gebildet haben. Durch das Einbringen weiterer Eiskristallteilchen in den Luftstrom durch die Eindüseinheit erfolgen weitere Agglomerationsprozesse an den bereits eintretenden voragglommerierten Lackpartikeln. Zudem wird durch die eingedüsten Eiskristallteilchen eine Partikelhülle um die Overspraypartikel gebildet, wodurch die Gefahr eines Verklebens der Wände der Trenneinrichtung durch die anhaftenden Lackpartikel reduziert wird. Ort und Anordnung der Eindüseinheit richten sich nach der Eis- und Schneestabilität im Luftstrom sowie an den Ort der intensivsten Turbulenzentwicklung. Die Stabilität der Eis- oder Schneepartikel sowie deren Agglomerationscharakter kann neben den thermodynamischen Parametern wie Druck, Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit ferner über die Geometrie und Dimensionierung der Zuführung beeinflusst werden. Hierbei kann die geometrisch bedingte Turbulenzentwicklung mittels Strömungssimulationen an das Schneeverhalten angepasst werden. Eine optimale Geometrie des Scherschichtkanals sowie der Ort der Schneeeindüsung ist abhängig von Agglomerationscharakter, Schneestabilität und Turbulenzintensität.The ice or snow production can take place in various ways. Suitable is a snow production with cooled rolls, with rollers through which coolant flows in a water bath and the water frozen on the roll surface is removed by means of brushes or a doctor blade. In addition, a snow production with supercooled water can take place, which is compressed and cooled below 0 ° C, without freezing. The supercooled water is finely atomized in a dry and cooled air and introduced into the air stream. The atomization of the supercooled water can also be done directly with the Eindüseinheit. The feeding of the air stream into the separating device can particularly preferably be connected to a mixing channel of a shear layer channel in which the paint particles agglomerated from the mixing of the snow particles with the overspraylack particles laden with snow particles have formed. By introducing further ice crystal particles into the air flow through the injection unit, further agglomeration processes take place on the already occurring pre-agglomerated paint particles. In addition, a particle shell is formed by the overspray particles by the injected ice crystal particles, whereby the risk of sticking of the walls of the separator is reduced by the adhering paint particles. The location and arrangement of the injection unit depend on the ice and snow stability in the air stream as well as on the location of the most intensive turbulence development. The stability of the ice or snow particles and their agglomeration character can be influenced in addition to the thermodynamic parameters such as pressure, temperature and relative humidity on the geometry and dimensioning of the feed. In this case, the geometrically induced turbulence development can be adapted to the snow behavior by means of flow simulations. An optimal geometry of the shear layer channel as well as the location of the snow injection depends on agglomeration character, snow stability and turbulence intensity.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage weist die Trenneinrichtung eine Trägheitsabscheideeinrichtung, insbesondere einen Zyklon, auf.In a particularly preferred embodiment of the system according to the invention, the separating device has an inertia separating device, in particular a cyclone.
Auf diese Weise können die vergrößerten agglomerierten Lackpartikel besonders effizient aus dem Luftstrom abgetrennt werden. Dabei ist die Abtrennung umso effektiver je größer die Masse der jeweiligen Lackpartikel ist und daher ist beim Eintritt in die Trenneinrichtung eine möglichst große Masse der Partikel anzustreben.In this way, the enlarged agglomerated paint particles can be separated from the air stream particularly efficiently. In this case, the separation is the more effective the greater the mass of the respective paint particles, and therefore the largest possible mass of the particles should be aimed for when entering the separation device.
Andererseits darf die Masse der Partikel auch nicht zu groß sein, um noch in dem Luftstrom mittransportiert zu werden. Mittels eines Zyklons können besonders hohe Fluidgeschwindigkeiten zur Erreichung eines optimalen Trenngrades erreicht werden. Die Fluidgeschwindigkeit kann über die Geometrie des Zyklons sowie über die Differenzdrucke am Ein- und Ausgangs des Zyklons definiert an die Erfordernisse, das heißt insbesondere an die Dichte, Viskosität und Benetzungseigenschaften der Lackpartikel sowie an die thermodynamischen Parameter wie Druck und Temperatur sowie Feuchtigkeit des Luftstromes definiert eingestellt werden. Der mit den agglomerierten Lackpartikeln beladene Luftstrom tritt hierbei über eine Zuführung in den Zyklon ein und wird in eine dreidimensionale, turbulente Rotationsdrallströmung versetzt, wobei die Lackpartikel durch Wirkung der Zentrifugalkräfte nach außen gedrückt werden. Hierbei besteht die Gefahr, dass die Lackpartikel die Zyklonwände erreichen und diese verkleben könnten. Dem kann dadurch entgegengewirkt werden, dass eine Flüssigkeitshülle um die Overspraypartikel durch Eindüsen von Schneeflocken in den Zykloninnenraum gebildet wird. Die eingedüsten Schneepartikel können ihrerseits zusätzlich zu einer weiteren Agglomeration der Partikel beitragen. Die dabei gebildete niedrigviskose Suspension aus Schnee beziehungsweise Eis und Lackmaterial fließt durch eine untere zylindrische Konusöffnung aus dem Zyklon ab. Der von den Lackpartikeln befreite gereinigte Luftvolumenstrom kann durch ein zylindrisches Tauchrohr, welches zentral in den Zyklon hineinragt, ausgetragen werden. Sollte die ursprüngliche Reinigung des Luftstromes noch nicht ausreichen, so kann eine weitere Zyklonabscheideeinrichtung nachgeschaltet werden beziehungsweise auch eine Kaskade von Zyklonabscheideeinrichtungen vorgesehen sein.On the other hand, the mass of the particles must not be too large to be transported in the air flow. By means of a cyclone particularly high fluid velocities can be achieved to achieve an optimum degree of separation. The fluid velocity can be defined by the geometry of the cyclone as well as the differential pressures at the inlet and outlet of the cyclone defined by the requirements, that is in particular the density, viscosity and wetting properties of the paint particles and the thermodynamic parameters such as pressure and temperature and humidity of the air flow be set. The air stream loaded with the agglomerated paint particles enters via a feed into the cyclone and is set in a three-dimensional, turbulent rotational spin flow, whereby the paint particles are forced outward by the action of the centrifugal forces become. There is a risk here that the paint particles could reach the cyclone walls and stick them together. This can be counteracted by forming a liquid envelope around the overspray particles by injecting snowflakes into the cyclone interior. The injected snow particles may in turn contribute to further agglomeration of the particles. The resulting low-viscosity suspension of snow or ice and paint material flows through a lower cylindrical cone opening from the cyclone. The cleared of the paint particles purified air flow can be discharged through a cylindrical dip tube, which projects centrally into the cyclone. If the original cleaning of the air stream is not sufficient, then another cyclone separator can be connected downstream or else a cascade of cyclone separation devices can be provided.
Insgesamt ergibt sich daher eine Veränderung der Partikelgröße des Lackmaterials durch Agglomerationsvorgänge zum einen durch interne Prozesse in dem Zyklon sowie durch externe Verfahrensschritte wie in der Schneezugabe in einem vorgeschalteten Scherschichtkanal. Für die Zyklonabscheidung gilt es ein Optimum an Differenzdruck und Volumenstrom festzulegen, welches eine Funktion der Größe der Overspraypartikel ist. Hierbei können Greenfield- und Brownfield-Betrachtungen vorgenommen werden Geeigneterweise ist an der Trenneinrichtung eine Sammeleinrichtung, insbesondere ein Filter oder eine Abscheidefläche, zum Auffangen der gebundenen oder agglomerierten Lackpartikel vorgesehen.Overall, therefore, results in a change in the particle size of the paint material by agglomeration processes on the one hand by internal processes in the cyclone and by external process steps such as in the snow addition in an upstream shear layer channel. For the cyclone separation, it is important to set an optimum differential pressure and flow rate, which is a function of the size of the overspray particles. In this case, greenfield and brownfield observations can be made suitably, a collection device, in particular a filter or a Abscheidefläche, provided for collecting the bound or agglomerated paint particles on the separator.
Bevorzugt ist die Sammeleinrichtung oberhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Trägerfluids erhöht, so dass ein Aufschmelzen des Fluids am Filter oder Abscheideflache erfolgen kann und ein Gemisch aus Fluid und Lackpartikelmaterial gebildet wird. Diese beiden Phasen können nachfolgend voneinander getrennt werden und separat voneinander aufbereitet sowie gegebenenfalls dem Verfahren erneut zugeführt werden. Das Filtermaterial oder das Material der Abscheidefläche sowie deren Oberflächeneigenschaften sollten in Abhängigkeit von der Polarität des Lackmaterials beziehungsweise des Trägerfluids geeignet gewählt werden. So ist bei polaren Materialien eine hydrophile Oberfläche zu bevorzugen, während bei apolaren Substanzen eine hydrophobe Oberfläche geeigneter ist. Dabei bildet sich auf der Sammeleinrichtung ein zusammenhängender Film der Lackpartikel beziehungsweise von Trägerfluidverbindungen, welche an einem geeigneten Ort definiert abfließen kann.Preferably, the collecting device is raised above the melting point of the carrier fluid used, so that a melting of the fluid at the filter or Abscheideflache can take place and a mixture of fluid and paint particle material is formed. These two phases can subsequently be separated from one another and treated separately from one another and, if appropriate, recirculated to the process. The filter material or the material of the Abscheidefläche and their surface properties should be selected depending on the polarity of the paint material or the carrier fluid suitable. For example, in the case of polar materials, a hydrophilic surface is to be preferred, while in the case of apolar substances a hydrophobic surface is more suitable. In this case, a coherent film of the paint particles or of carrier fluid compounds, which can flow off at a suitable location, forms on the collecting device.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn mehrere Eindüseinheiten vorgesehen sind, welche getrennt voneinander ansteuerbar sind.Further, it is advantageous if a plurality of Eindüseinheiten are provided, which are controlled separately.
Mit mehreren Eindüseinheiten kann im gleichen Zeitraum eine größere Menge von Schnee- und Eismaterial gleichmäßig in die Trenneinrichtung eingebracht werden. Zusätzlich verbessern die an verschiedenen Stellen auftretenden Einströmvorgänge die Turbulenz und Durchmischung in der Trenneinrichtung. Über eine Steuer- und Regeleinrichtung kann die Menge, Strömungsgeschwindigkeit sowie bei einer alternierenden Eindüsung die Frequenz des eingebrachten Eismaterials auf die jeweiligen Anforderungen, das heißt insbesondere Strömungsverhältnisse und Geometrie der Trenneinrichtung gezielt angepasst werden. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, im Bereich der Zuführung des Luftstromes zunächst eine größere Menge an Schneematerial einzudüsen und in hinteren strömungsabwärtigen der Trenneinrichtung die Menge an eingebrachtem Schneematerial allmählich zu reduzieren.With several Eindüseinheiten a larger amount of snow and ice material can be evenly introduced into the separator in the same period. In addition, the inflow events occurring at various points improve the turbulence and mixing in the separator. Via a control and regulating device, the amount, flow velocity and, in the case of an alternating injection, the frequency of the introduced ice material can be specifically adapted to the respective requirements, that is to say in particular flow conditions and geometry of the separating device. In particular, it may be advantageous to initially inject a larger amount of snow material in the region of the supply of the air flow and to gradually reduce the amount of snow material introduced in the rear downstream of the separation device.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche Elemente.The invention will be explained in more detail with reference to a schematic embodiment with reference to the drawings. The same reference numerals designate the same elements.
Es zeigt:It shows:
Es sind verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage denkbar. Im Folgenden wir eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben.There are various embodiments of the system according to the invention conceivable. In the following we describe a preferred embodiment.
In dem in
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