DE3824641C1 - Process for cleaning bottles and apparatus for carrying out such a process - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Flaschen, die Ausstattungselemente, wie Etiketten und/oder Halsfolien mit Aluminiumanteilen tragen, wobei die Flaschen in wenigstens ein Laugenbad getaucht werden, in dem sich das Aluminium der Ausstattungselemente unter Bildung von freiem, sich außerhalb des Laugenbads in der Abluft sammelndem Wasserstoffgas auflöst.

Bekannterweise werden Flaschen in Flaschenreinigungsmaschinen innen und außen einer Reinigung unterzogen, bei der die Ausstattungselemente (Etiketten und/oder Halsfolien) entfernt werden müssen. Beim Eintauchen der mit Folienetiketten versehenen Flaschen in das Laugenbad löst die Lauge (im allgemeinen Natronlauge) das in der Folie enthaltene Aluminium auf, wobei als Reaktionsprodukt dieser chemischen Reaktion freies Wasserstoffgas entsteht. Dieses freie Wasserstoffgas sammelt sich innerhalb der Maschine und vermischt sich dort mit der Abluft. Bekannterweise bildet jedoch der Wasserstoff in der Mischung mit Sauerstoff aus der Luft Knallgas, so daß bei übermäßig starkem Wasserstoffanfall innerhalb der Maschine hauptsächlich oberhalb des Laugenbades die Gefahr einer Explosion besteht. Um dieser Gefahr zu begegnen, ist es heute üblich, die Abluft vor allem im Bereich der Hauptweiche (Hauptlaugenbad) einer solchen Reinigungsmaschine abzusaugen und an die Umgebungsluft abzugeben. Die Steuerung dieser Absaugzyklen kann unter Zuhilfenahme von H₂-Sensoren erfolgen, die die Wasserstoffgaskonzentration in der Abluft messen. Bei einem anderen Verfahren ist vorgesehen, die Anzahl der einlaufenden, mit Folienetiketten versehenen Flaschen zu detektieren, aus dieser Anzahl Rückschlüsse auf die Knallgasentwicklung abzuleiten und dann entsprechend das Ausblasen der Abluft zu steuern.

Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist es, daß zusammen mit der Abluft zwangsläufig auch Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wird. Dieser Energieverlust führt zu einem erhöhten Heizbedarf des bzw. der Laugenbäder. Die Explosionssicherheit wird hier also auf Kosten von Energieverlusten erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, wobei die Explosionsgefahr ohne Energieverlust beseitigt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft vor Erreichen einer maximal zulässigen Wasserstoffkonzentration über einen Katalysator geleitet wird, in dem das Wasserstoffgas mit Luftsauerstoff zu Wasser reagiert.

Bei dem Verfahren wird also die Abluft nicht wie im Stand der Technik ins Freie abgeleitet, sondern über einen Katalysator geführt. Im Katalysator reagiert das in der Abluft enthaltene Wasserstoffgas zu Wasser, wobei Reaktionswärme frei und an die Abluft abgegeben wird. Die dann als Wasserdampf/Luft-Gemisch vorliegende Abluft kann an beliebiger Stelle der Reinigungsanlage selbst oder aber auch des Gebäudes, in dem die Reinigungsanlage untergebracht ist, beispielsweise einer Brauerei, weiter verwendet werden, indem diese Abluft beispielsweise über einen Wärmetauscher geführt wird. Durch die Vorgehensweise wird gegenüber dem Stand der Technik nicht nur die Explosionssicherheit herbeigeführt, sondern auch eine ganz bedeutende Energieeinsparung möglich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Wasserstoffkonzentration in der Abluft mit wenigstens einem Fühler gemessen und es wird dann abhängig von der gemessenen Wasserstoffkonzentration der Katalysatorbetrieb gesteuert. Mit dem Wasserstoff-Fühler ist es möglich, eine geeignete Steuerung des Betriebs vorzunehmen. Der Wasserstoff-Fühler mißt die Wasserstoffkonzentration und kann beispielsweise vor Erreichen einer bestimmten maximal zulässigen Wasserstoffkonzentration ein Gebläse steuern, das die Abluft dann über den Katalysator fördert. Selbstverständlich ist es auch möglich, ohne einen derartigen Fühler auszukommen, wenn kontinuierlich die Abluft über den Katalysator geleitet wird. Es ist jedoch wirtschaftlich, dies nur dann zu tun, wenn tatsächlich eine so hohe Wasserstoffkonzentration erreicht ist, daß das Absaugen der Abluft aus dem Laugenbad erforderlich wird.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die am Katalysator durch die Reaktion von Wasserstoff mit Luftsauerstoff frei werdende, an die Abluft abgegebene Energie mittels einer Wärmetauscheranordnung zur Heizung des wenigstens einen Laugenbades zurückgewonnen wird. Diese Verfahrensführung hat den Vorteil, daß bei der Laugenheizung im Laugenbad selbst beträchtlich Energie gespart werden kann. Dabei kann die Steuerung so vorgenommen werden, daß die eigentliche elektrische Heizung, die üblicherweise zum Aufheizen der Lauge in derartigen Laugenbädern eingesetzt wird, nur noch dann eingeschaltet werden muß, wenn die Energie der Wärmetauscheranordnung nicht ausreicht, was insbesondere beim Anfahren der Maschine der Fall sein wird.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Flaschen­ reinigungsanlage mit wenigstens einem Laugenbad und mit wenigstens einer Abzugsleitung für die sich außerhalb des Laugenbades sammelnde Abluft vorge­ schlagen.

Eine erfindungsgemäße Flaschenreinigungsanlage, die die gestellte Aufgabe löst, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsleitung an einen Katalysator angeschlossen ist, in dem das in der Abluft enthaltene Wasserstoffgas mit Luftsauerstoff zu Wasser reagiert. Durch diese Maßnahme wird die in der Abluft enthaltene Wärmeenergie und auch die Energie des Wasserstoffgases ausgenützt. Bei der Reaktion von Wasserstoffgas mit Sauerstoff am Katalysator wird, wie obenerwähnt, Reaktionswärme frei, so daß dann in Flußrichtung hinter dem Katalysator ein Wasserdampf/ Luft-Gemisch erhalten wird, dessen Energie an beliebiger Stelle der Anlage verwertet werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist im Sammelraum für die Abluft wenigstens eine H₂-Sonde zur Messung der Wasserstoffkonzentration in der Abluft angeordnet. Das Meßergebnis der H₂-Sonde kann dann zur Steuerung des Katalysatorbetriebs verwendet werden, indem beispielsweise ein Gebläse, das die Abluft über den Katalysator leitet, immer dann angeschaltet wird, wenn die H₂-Konzentration einen bestimmten Wert überschritten hat.

Zweckmäßigerweise wird im Katalysator ein Verdichter vorgeschaltet, um einen hohen Druck erzeugen zu können.

In sehr vorteilhafter Weise ist in dem wenigstens einen Laugenbad eine Wärmetauscheranordnung angeordnet, die an die Abgabeseite des Katalysators angeschlossen ist. Bei dieser Lösung ist es möglich, die Energie des Wasserdampf/Luft-Gemisches in Fließrichtung hinter dem Katalysator wieder für die Aufheizung der Lauge im Laugenbad zu verwenden. Als Wärmetauscheranordnung kann ein geschlossenes System eingesetzt werden, bei dem das Wasserdampf/Luft-Gemisch zunächst über ein Rohrbündel das Laugenbad aufheizt und dann im Anschluß in die Maschine, in der sich die Abluft des Laugenbads sammelt, zurückgeführt wird. Diese Zurückführung des dann kein freies Wasserstoffgas mehr enthaltenden Gemisches in dem Bereich beispielsweise oberhalb des Laugenbads führt dort dazu, daß beim Absaugen der Abluft trotzdem genügend Heißgase oberhalb des Laugenbades verbleiben, so daß keine Abkühlung des Laugenbads erfolgt. Zum anderen hat die Einspeisung dieses Wasserdampf/Luft-Gemisches auch die Wirkung, daß lokale Wasserstoffgaskonzentrationen aufgelöst werden, daß also eine Durchmischung stattfindet, so daß dadurch auch die Explosionsgefahr zusätzlich herabgesetzt wird. Durch die Rückführung des Wasserdampf/Luft-Gemisches arbeitet die Anlage in einem geschlossenen Kreislauf, d. h. es wird das abgepumpte Knallgas wieder als Wasserdampf/Luft-Gemisch zurückgeführt.

Bei einer Flaschenreinigungsanlage, die mit mehreren Laugenbädern versehen ist, kann vorzugsweise jedem Laugenbad ein H₂-Sensor zugeordnet sein, und es führen die Abzugsleitungen der einzelnen Laugenbäder jeweils über eine zugeordnete Drosselklappe zu einem gemeinsamen Katalysator wobei der zum Katalysator gelangende Anteil der Abluft aus den einzelnen Laugenbädern abhängig von der jeweiligen H₂-Konzentration durch Steuerung der jeweiligen Drosselklappen bestimmt wird.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß nicht nur die einzelnen Laugenbäder einer Flaschenreinigungsanlage an einen gemeinsamen Katalysator angeschlossen sein können, sondern daß auch mehrere Flaschenreinigungsmaschinen, beispielsweise im Flaschenkeller einer großen Brauerei auf einen Katalysator geschaltet werden können, der dann z. B. nur eine dieser Maschinen heizt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer in der Zeichnung dargestellten Prinzipskizze erläutert.

Bekannte Flaschenreinigungsanlagen bilden im allgemeinen mehrere Stationen, durch die die zu reinigenden Flaschen der Reihe nach mit geeigneten Fördermitteln gefördert werden. Zum prinzipiellen Aufbau einer Flaschenreinigungsanlage kann auf die DE-PS 35 12 463 hingewiesen werden. Alle zur Erläuterung der Erfindung nicht erforderlichen Elemente einer derartigen Flaschenreinigungsanlage sind der besseren Übersichtlichkeit wegen in der Zeichnung nicht dargestellt.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Laugenbad der Flaschenreinigungsanlage bezeichnet, in dem bei der Auflösung von Aluminium, das in Folienetiketten enthalten ist, Wasserstoffgas entsteht. Eine Reinigungsanlage kann mehrere solcher Laugenbäder enthalten, es kann aber auch nur ein derartiges Laugenbad vorhanden sein.

In dem Laugenbad erfolgt die Behandlung von Flaschen bei einer Temperatur von ca. 80°. Wenn sich nun durch die Auflösung von Folienetiketten Wasserstoffgas bildet, so sammelt sich dieses zusammen mit den übrigen Dämpfen außerhalb der Laugenflüssigkeit und bildet dort eine Abluft 2. An einen Sammelraum 3, in dem sich die Abluft 2 sammelt, ist wenigstens eine Abzugsleitung 4 angeschlossen. In der Praxis können mehrere Abzugsleitungen vorhanden sein. Die Abzugsleitung 4 führt über ein Gebläse 5 zu einem Verdichter 6 und von dort zu einem Katalysator 7. Die Ausgangsseite des Katalysators 7 ist in dem gezeigten Beispiel an einen Wärmetauscher 8 angeschlossen, der so angeordnet ist, daß mit ihm das Laugenbad aufgeheizt werden kann. Am Laugenbad 1 ist auch noch eine elektrische Heizung 9 vorhanden, mit der das Laugenbad elektrisch aufgeheizt werden kann.

Vom Wärmetauscher 8 führt eine Rückgasleitung 10 wieder in den Gassammelraum 3.

In diesem Sammelraum 3 ist ein H₂-Fühler 11 angeordnet, der die Konzentration des in der Abluft 2 enthaltenen Wasserstoffgases mißt. Der Fühler 11 steuert in Abhängigkeit der erfaßten Wasserstoffgaskonzentration das Gebläse 5 und kann noch weitere Steuerfunktionen übernehmen, z. B. die eine Drosselklappe 12, die in der Abzugsleitung 4 angeordnet ist.

In der Zeichnung ist außer dem Laugenbad 1 noch ein Laugenbad 1′ angedeutet, das Bestandteil derselben Flaschenreinigungsmaschine sein kann oder auch ein Laugenbad einer weiteren Flaschenreinigungsanlage. Auch dieses Laugenbad 1′ entwickelt bei der Auflösung von Aluminium aus Folienetiketten Wasserstoffgas enthaltende Dämpfe, die über die Abzugsleitung 4′ abgezogen werden. Die Abzugsleitung 4′ mündet hinter der Drosselklappe 12 und vor dem Gebläse 5 in die Abzugsleitung 4. Im Sammelraum 3′ ist wiederum ein H₂-Fühler 11′ angeordnet, der die Steuerung der Drosselklappe 12′ und des Gebläses 5 beeinflußt. Die H₂-Fühler 11 und 11′ öffnen die Drosselklappen 12 bzw. 12′ entsprechend der gemessenen Wasserstoffgaskonzentration in dem zugeordneten Sammelraum 3 bzw. 3′, wobei dann die Abluft aus beiden Laugenbädern entsprechend dem jeweiligen Wasserstoffgasanfall mittels des Gebläses 5 durch den Verdichter 6 über den Katalysator 7 geleitet wird. Am Laugenbad 1 ist noch ein Temperaturfühler 13 angedeutet, der die Temperatur des Laugenbades mißt. Dieser Temperaturfühler 13 steuert eine Drosselklappe 14 sowie die elektrische Heizung 9. Die Drosselklappe 14 verbindet die Abgabeseite des Wärmetauschers 8 mit einem weiteren, nicht dargestellten Wärmetauscher, der beispielsweise in dem Laugenbad 1′ angeordnet sein kann.

Mit dem skizzierten Aufbau einer Flaschenreinigungsanlage ist die im folgenden beschriebene Verfahrensführung möglich:

Zu Beginn, d. h. bei abgeschalteter Flaschenreinigungsanlage muß, bevor Flaschen zum Reinigen durch das Laugenbad gefördert werden können, das Laugenbad 1 bzw. 1′ aufgeheizt werden. Hierzu wird die elektrische Heizung 9 zunächst eingeschaltet. Der Temperaturfühler 13 überwacht den Aufheizvorgang und schaltet die elektrische Heizung 9 so, daß eine Temperatur von beispielsweise 80°C im Laugenbad aufrechterhalten wird.

Nun können die in nicht dargestellten Vorwärmzonen vorgeheizten Flaschen durch das Laugenbad 1 hindurch bewegt werden. Die Lauge zersetzt an den Flaschen haftende Folienetiketten und löst das Aluminium auf. Als Reaktionsprodukt bildet sich dann u. a. das sich oberhalb des Laugenbades 1 sammelnde, in der Abluft 2 enthaltene Wasserstoffgas. Über den Fühler 11 wird diese Gaskonzentration laufend überwacht. Zunächst ist dabei die Drosselklappe 12 geschlossen und das Gebläse 5 abgeschaltet. Auch der Verdichter 6 ist nicht in Betrieb. Wenn nun mit dem Wasserstoffgassensor 11 festgestellt wird, daß die Wasserstoffgaskonzentration eine bestimmte Prozentzahl übersteigt, beispielsweise in der Abluft 2 mit einem Prozentsatz von mehr als 2% vorliegt, so schaltet der Fühler 11 die Drosselklappe 12 auf und das Gebläse 5 sowie den Verdichter 6 an. Nun wird die Abluft 2 aus dem Sammelraum 3 abgesaugt und über den Katalysator 7 geblasen. Am Katalysator, der beispielsweise ein Paladium-Katalysator sein kann, reagiert das Wasserstoffgas mit dem Luftsauerstoff zu Wasser. Dabei wird Energie frei, die von dem Abgas, das hinter dem Katalysator als Wasserdampf/Luft-Gemisch vorliegt, aufgenommen wird. Dieses Wasserdampf/Luft-Gemisch wird durch den Wärmetauscher 8 geleitet, wobei die Energie an das Laugenbad abgegeben wird. Durch die an das Laugenbad abgegebene Energie kann das Laugenbad auf seiner Temperatur, beispielsweise von 80°C gehalten werden, ohne daß es erforderlich ist, die elektriche Heizung 9 in Betrieb zu halten. Hinter dem Wärmetauscher 8 wird das Wasserdampf/Luft-Gemisch über die Rückgasleitung 10 wieder in den Sammelraum 3 zurückgeführt. Wenn der Temperaturfühler 13 nun feststellt, daß bei abgeschalteter elektrischer Heizung 9 die Temperatur des Laugenbades aufgrund des Energieeintrags durch den Wärmetauscher weiter ansteigt, kann der Temperaturfühler 13 die Drosselklappe 14 für den weiteren Wärmetauscher des Laugenbades 1′ öffnen und so die Überschußenergie an dieses Laugenbad 1′ weitergeben. Der Betrieb des Laugenbades 1′ erfolgt entsprechend.

Durch diese Verfahrensführung wird die in der Abluft enthaltene Wärmeenergie und die Energie des Wasserstoffgases im System gehalten, so daß sich bedeutende Energieeinsparungen ergeben.

Eine Abschätzung der jährlichen Energieeinsparung für eine mittlere Flaschenreinigungsmaschine mit einer Leistung von 50 000 Flaschen pro Stunde ergab eine Energieeinsparung von ca. 100 000 kW Stunden pro Jahr.

Es versteht sich, daß es sich in jedem Fall erforderlich ist, das hinter dem Katalysator 7 anfallende Wasserdampf/Luft-Gemisch dem Laugenbad wieder zuzuführen. Die Energie kann an sich an jeder Stelle der Flaschenreinigungsanlage bzw. des Betriebes, in dem entsprechende Flaschenreinigungsanlagen aufgestellt sind, benützt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Reinigung von Flaschen, die Ausstattungselemente, wie Etiketten und/oder Halsfolien mit Aluminiumanteilen tragen, wobei die Flaschen in wenigstens ein Laugenbad getaucht werden, in dem sich das Aluminium der Ausstattungselemente unter Bildung von freiem, sich außerhalb des Laugenbades in der Abluft sammelndem Wasserstoffgas auflöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft (2) vor Erreichen einer maximal zulässigen Wasserstoffgaskonzentration über einen Katalysator (7) geleitet wird, in dem das Wasserstoffgas mit Luftsauerstoff zu Wasser reagiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffkonzentration in der Abluft (2) mit wenigstens einem Fühler (11) gemessen wird, und daß abhängig von der gemessenen Wasserstoffgaskonzentration der Katalysatorbetrieb gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Katalysator (7) durch die Reaktion von Wasserstoff mit Luftsauerstoff freiwerdende, an die Abluft (2) abgegebene Energie mittels einer Wärmetauscheranordnung (8) zur Heizung des wenigstens einen Laugenbades (1) verwendet wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in Fließrichtung hinter dem Katalysator (7) vorhandene Abluft (2) wieder in die Anlage in den Abluftsammelraum (3) außerhalb des Laugenbades (1) zurückgeführt wird.

5. Flaschenreinigungsanlage mit wenigstens einem Laugenbad und mit wenigstens einer Abzugsleitung für die sich außerhalb des Laugenbades sammelnde Abluft, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsleitung (4, 4′) an einen Katalysator (7) angeschlossen ist, in dem das in der Abluft (2) enthaltene Wasserstoffgas mit Sauerstoff zu Wasser reagiert.

6. Flaschenreinigungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Sammelraum (3) für die Abluft (2) wenigstens ein H₂-Fühler (11) zur Messung der Wasserstoffkonzentration in der Abluft (2) angeordnet ist.

7. Flaschenreinigungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abzugsleitung (4) ein Gebläse (5) geschaltet ist, dessen Betrieb abhängig von der Wasserstoffgaskonzentration in der Abluft (2) gesteuert wird.

8. Flaschenreinigungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Katalysator (7) ein Verdichter (6) vorgeschaltet ist.

9. Flaschenreinigungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Laugenbad (1, 1′) eine Wärmetauscheranordnung (8) angeordnet ist, die an die Abgabeseite des Katalysators (7) angeschlossen ist.

10. Flaschenreinigungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Laugenbädern (1, 1′) jedem Laugenbad ein H₂-Fühler (11, 11′) zugeordnet ist, und daß die Abzugsleitungen (4, 4′) der Laugenbäder (1, 1′) jeweils über eine zugeordnete Drosselklappe (12, 12′) zu einem gemeinsamen Katalysator (7) führen, wobei der zu dem Katalysator (7) gelangende Anteil der Abluft aus den einzelnen Laugenbädern (1, 1′) abhängig von der jeweiligen Wasserstoffkonzentration durch entsprechende Steuerung der Drosselklappen (12, 12′) bestimmt wird.

11. Flaschenreinigungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (7) ein Paladium-Katalysator ist.