DE3935032C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen und Trocknen von Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen und Trocknen von Gegenständen in einem Bad, das organisches Lösungsmittel enthält.

Die Reinigung der Gegenstände soll möglichst gründlich sein und rückstandsfreie Oberflächen liefern und dabei gleichzei­ tig die Weiterverarbeitung der Gegenstände nicht durch zu­ sätzliche aufwendige Verfahrensschritte, wie eine aufwendige Trocknung, behindern.

Hier zu ist es bekannt für die Reinigung halogenierte organi­ sche Lösungsmittel, beispielsweise Perchlorethylen ("Per") einzusetzen. Die zu reinigenden Gegenstände werden zunächst in ein auf Temperaturen um den Siedepunkt des Lösungsmittels erwärmtes Lösungsmittelbad eingetaucht. Das dampfförmige Lö­ sungsmittel wird durch Kühlung oberhalb des Lösungsmittel­ bades kondensiert. Die zu reinigenden Gegenstände werden zur vollständigen Reinigung oberhalb des Bades mit frisch kon­ densiertem halognierten Lösungsmittel gespült. Wegen des re­ lativ niedrigen Siedepunkte der halogenierten Lösungsmittel ist die Trocknung der Gegenstände kein Problem.

Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise aus dem Dokument DE-A1-34 17 007 bekannt. Beim bekannten Verfahren zum Reini­ gen und Trocknen von Gegenständen werden die Gegenstände in einem Bad mit Hilfe eines organischen Lösemittels gereinigt, und die gereinigten Gegenstände werden mit Hilfe warmer Luft in einem geschlossenen Trocknungsraum getrocknet. Die Trock­ nungsluft wird im Kreislauf geführt, wobei zunächst die mit Lösemitteldampf beladene Trocknungsluft in einer Kondensa­ tionsstufe gekühlt wird, um dampfförmiges Lösungsmittel und Luftfeuchtigkeit zu kondensieren und aus der Trocknungsluft abzutrennen. Daraufhin wird die in der Kondensationsstufe gekühlte Trocknungsluft in einer Heizstufe erneut auf die Trocknungstemperatur erwärmt und daraufhin in den Trock­ nungsraum eingeführt. Es werden solche Lösemittel einge­ setzt, mit denen sich fettige, ölige oder ähnliche Ver­ schmutzungen lösen lassen. Offensichtlich wird als Löse­ mittel das in solchen Verfahren häufig verwendete Trichlor­ ethylen oder 1,1,1-Trichlorethan eingesetzt.

Ein besonderes Problem bei Verfahren dieser Art ist der Ge­ halt an Lösemitteldampf in dem Trocknungsraum nach Abschluß der Trocknung. Typischerweise muß dieser Trocknungsraum ge­ öffnet werden, um die gereinigten und getrockneten Gegen­ stände zu entnehmen. Hierbei kommt die Arbeitskraft mit der im Trocknungsraum befindlichen Trocknungsluft in Kontakt. Folglich muß der Lösungsmittelgehalt in dieser Trocknungs­ luft beim Öffnen des Trocknungsraumes unterhalb der maximal zulässigen Arbeitsplatzkonzentration für das jeweilige Lö­ sungsmittel liegen. Statt der damals vorbekannten Alterna­ tive, die Luft innerhalb des Trocknungsraumes durch frische, aus der Umgebung angesaugte Luft zu ersetzen, wird mit dieser Druckschrift vorgeschlagen, die restlichen Lösungs­ mitteldämpfe in der Trocknungsluft an einem Adsorptions­ mittel zu absorbieren. Nachdem durch Adsorption an dem kalten Adsorptionsmittel restliche Lösungsmitteldämpfe ad­ sorbiert sind, ist die in den Trocknungsraum eingeführte Trocknungsluft so weit an Lösungsmitteldampf verarmt, daß der Trocknungsraum ohne weiteres geöffnet werden kann, ohne daß die maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration an diesem Lösungsmittel überschritten wird. Natürlich erfor­ dert dieser Vorschlag die zusätzliche Bereithaltung des Adsorptionsmittels und der Einrichtungen zur Regeneration des Adsorptionsmittels.

Das Dokument DE-PS-2 35 548 offenbart ein Verfahren und eine zu seiner Ausführung dienende Einrichtung zum Entfetten von zu galvanisierenden Metallgegenständen mittels in stetigem Kreislauf bewegter flüchtiger Lösungsmittel, bei welchem die letzten Spuren des Lösungsmittels durch nicht oxidierende Gase ausgetrieben und wiedergewonnen werden.

Das Lösungsmittel, z. B. Benzin, wird nach seiner Einwirkung auf die zu entfettenden Gegenstände in einem Destillations­ gefäß vergast, dann in einem Kondensator verflüssigt und aus diesem in das Entfettungsgefäß zurückgeführt, wobei es in Druckstrahlform mit den zu entfettenden Gegenständen in Be­ rührung tritt. Hierdurch wird erreicht, daß die in dem ge­ brauchten Lösungsmittel enthaltenden Fett- und Schmutzteile bei der Destillation abgeschieden werden, und die Metall­ gegenstände nur mit völlig fettfreiem Lösungsmittel be­ sprengt werden.

Um jede Explosionsgefahr auszuschließen, wird nach Aufhören oder Unterbrechen der Flüssigkeitszufuhr durch den Entfet­ tungsraum ein heißes, nicht oxidierendes Gas hindurchge­ leitet, welches die den behandelten Metallgegenständen an­ haftenden letzten Spuren des Lösungsmittels verdampft und mit sich fortnimmt. Die mit dem heißen, nicht oxidierenden Gas entfernten und transportieren Lösungsmitteldämpfe werden in einem Kondensator auskondensiert und so fortlaufend aus dem Entfettungsraum und aus dem Gasstrom entfernt. Der heiße Gasstrom wird so lange im Kreislauf geführt, bis der Gehalt an Lösungsmitteldampf so weit verarmt ist, daß sich in dem Entfettungsraum durch den Zutritt der Luft kein exploxibles Gasgemisch bilden kann. Als nicht oxidierendes Gas wird bei­ spielsweise Kohlendioxid eingesetzt. Wegen der außerordent­ lich hohen Explosionsneigung von Benzin/Luft-Gemischen kann hier nicht mit einfacher Trocknungsluft gearbeitet werden.

Weiterhin beschreibt das Dokument DE-A1-33 00 666 ein Wasch­ verfahren für metallhaltige Kleinteile, sowie eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens. Bei dem bekannten Waschverfahren werden die Teile in einer dicht abgeschlos­ senen Kammer mit Hilfe von reinem Lösungsmittel gewaschen. Das gebrauchte Lösungsmittel wird durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Destillation gereinigt und wiedergewon­ nen. Die gewaschenen Teile werden innerhalb der Waschkammer mit Hilfe eines warmen Luftstroms getrocknet, der unter Druck im Kreislauf geführt wird. Die mit dem Luftstrom mit­ geschleppten Lösungsmitteldämpfe werden in einem Kondensator auskondensiert und abgetrennt. Anschließend wird der Luft­ strom durch einen Wärmetauscher geschickt und wieder auf eine Temperatur erwärmt, die zur Verdampfung des Lösungs­ mittels innerhalb der Waschkammer ausreicht. Die Art des verwendeten Lösungsmittels wird in dieser Druckschrift nicht angesprochen. Es darf vermutet werden (vgl. Zusammenfas­ sung), daß es sich hierbei um halogenierte Lösungsmittel wie z. B. Perchlorethylen, "Freon 113" und ähnliche handelt.

Weiterhin wird in dieser Druckschrift zu damals vorbekannten Waschverfahren ein "Kaltverfahren" angesprochen, bei dem die in einer Waschwanne mit normalerweise offenem Zyklus ange­ ordneten Teile mit verschiedenen Wasch- und/oder Lösungs­ mitteln oder mit Petroleum bespritzt und anschließend mit fließendem Wasser gespült werden. Über das übliche Abtrop­ fenlassen hinaus wird eine Trocknung der nach diesem Kalt­ verfahren gereinigten Teile und/oder eine Regnerierung der Trocknungsluft nicht angesprochen.

Die Verwendung der halogenierten Lösungsmittel ist jedoch wegen ihrer gesundheits- und umweltschädlichen Wirkung höchst bedenklich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Ver­ fahren zur Reinigung von Gegenständen mit Hilfe eines orga­ nischen Lösungsmittels und zur Trocknung der gereinigten Gegenstände mit warmer, im Kreislauf geführter und regene­ rierter Luft zur Verfügung zu stellen, das ohne die schäd­ lichen halogenierten Kohlenwasserstoffe auskommt.

Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens angegeben werden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Reinigen von Gegenständen, wobei

• a) die Gegenstände in einem Bad mit Hilfe eines Halogen­ kohlenwasserstoff-freien aliphatischen Kohlenwasser­ stoffes gereinigt werden,
• b) die gereinigten Gegenstände mit Hilfe warmer Luft in einem geschlossenen Trocknungsraum getrocknet werden, und
• c) die Trocknungsluft im Kreislauf geführt wird, wobei
  • - die mit Lösungsmitteldampf beladene Trocknungs­ luft in einer Kondensationsstufe gekühlt wird, um dampfförmiges Lösungsmittel und Luftfeuch­ tigkeit zu kondensieren und aus der Trocknungs­ luft abzutrennen, und
  • - die in der Kondensationsstufe gekühlte Trock­ nungsluft in einer Heizstufe erneut auf die Trocknungstemperatur erwärmt und daraufhin in den Trocknungsraum eingeführt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung hat mehrere Vorteile. Zum einen wird die Ver­ wendung der schädlichen halogenierten Kohlenwasserstoffe vermieden. Zum anderen kann das erfindungsgemäße Verfahren energiesparend durchgeführt werden. Darüber hinaus ist der Lösungsmittelverbrauch gegenüber den bekannten, mit haloge­ nierten Lösungsmitteln arbeitenden Verfahren drastisch redu­ ziert.

Bei der Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Ansprüchen 4, 5 wird die Halogenkohlenwasserstoff-freien, aliphatischen Kohlenwasserstoff (nachstehend kurz: Lösungsmittel) und Feuchtigkeit enthaltende Luft durch Kondensation am Kaltteil einer Wärmepumpe getrocknet. Die der im Kreislauf geführten Trockenluft während der Kondensation entzogene Wärme wird vor der Rückführung in den Trockenschrank wieder zugeführt. Die bei der Wärmepumpe frei werdende überschüssige Energie kann zur Beheizung des Reinigungsbades verwendet werden (An­ spruch 6) und ermöglicht damit einen energiesparenden Be­ trieb der Anlage. Das bei der Kondensation anfallende Lö­ sungsmittel kann nach einer einfachen Abtrennung des gleich­ zeitig anfallenden Wassers in das Reinigungsbad rücküber­ führt werden. Der Verbrauch an Lösungsmittel wird damit gering gehalten.

Durch die kontinuierliche Entnahme von Verunreinigungen ent­ haltendem Lösungsmittel, dessen Destillation und anschließ­ ende Rücküberführung in das Reinigungsbad gemäß Anspruch 8 wird der Verbrauch an Lösungsmittel weiter erniedrigt.

Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Ansprüchen 7 und 9 ermöglicht bei immer gleichem Reinheitsgrad eine besonders gründliche Reinigung der Gegenstände.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Reinigen und Trocknen von Gegenständen.

Die Fig. 1 zeigt zunächst ein Reinigungsbad 1, das in die­ sem Fall aus drei Wannen 1a bis 1c sowie einer Vorhaltewan­ ne 1d besteht, die kaskadenartig hintereinander geschaltet sind. Das Reinigungsbad 1 kann selbstverständlich je nach Bedarf auch aus mehr oder weniger als drei Wannen bestehen. Sie können aus jedem gegenüber dem nicht-halogenierten Lö­ sungsmittel resistenten Material bestehen, beispielsweise aus V4A-Stahl. Die einzelnen Wannen 1b bis 1d besitzen je­ weils Überläufe und können gegebenenfalls auch über einen Bodenablauf verfügen. Die Wanne 1a hat einen Bodenablauf. Bei kontinuierlichem Reinigungsbetrieb der Anlage wird ständig frisches Lösungsmittel entweder direkt in die Vor­ haltewanne 1d oder über eine gegebenenfalls dort angebrachte Sprühvorrichtung 2 zugeführt. So bald der Lösungsmittel­ spiegel den Überlauf erreicht hat, fließt das überschüssige Lösungsmittel in die mittlere Kammer 1b ab und von dieser wiederum in die äußere Kammer 1a. Zur mechanischen Unterstützung der Reinigung können alle üblichen Verfahren, wie z. B. Bewegen, Fluten, Spritzen, Rühren oder Ultraschall, eingesetzt werden.

Als nicht-halogenierte Lösungsmittel werden vorzugsweise nicht-toxische Kohlenwasserstoffverbindungen ohne MAK-Wert mit einem Flammpunkt ab ca. 50°C eingesetzt, beispielsweise verzweigte Alkane (Isoalkane, Isoparaffine) mit einer Ketten­ länge von 7 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Cycloalkane (Naphthene).

Fig. 1 zeigt weiterhin eine handelsübliche Destillations­ apparatur 3. Je nach Wahl des verwendeten nicht-halogenier­ ten Lösungsmittels kann die Destillationsapparatur 3 ent­ weder bei Normaldruck oder im Vakuum betrieben werden. Bei der bevorzugten Verwendung von Isoalkanen oder Naphthenen als Lösungsmittel werden die genannten Kohlenwasserstoffe im Vakuum gereinigt. Bei kontinuierlichen Reinigungsbetrieb der Anlage wird das von dem Bodenablauf der äußeren Wanne 1a kommende Lösungsmittel der Destillationsapparatur 3 zu­ geführt, dort gereinigt und anschließend entweder direkt in die Wanne 1d oder über das Sprühgerät 2 zurückgeleitet.

Ein zu reinigender Gegenstand wird zunächst in die Wanne 1a eingetaucht. Hier wird der Großteil der an der Ober­ fläche haftenden Verunreinigungen, beispielsweise Fette oder Öle, entfernt. Danach wird der Gegenstand nacheinander in den Wannen 1b und 1c, die aufgrund der kaskadenartigen Anordnung der Wannen 1a bis 1c zunehmend reineres Lösungs­ mittel enthalten, weiter gereinigt. Abschließend kann der Gegenstand durch die Sprühvorrichtung 2 mit frisch destil­ liertem Lösungsmittel vollständig gereinigt werden. Auf diese Weise sind rückstandsfrei saubere Oberflächen erhält­ lich.

Der gereinigte Gegenstand wird anschließend in einen han­ delsüblichen Trockenschrank 4 überführt.

Die von dem Trockenschrank 4 kommende, Lösungsmittel ent­ haltende Luft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 40% wird über ein Rohrleitungssystem 9 zu einer Wärme­ pumpe 5 geführt. Die Abluft aus dem Trockenschrank 4 hat jetzt ungefähr eine der Arbeitstemperatur des Trocken­ schranks 4 entsprechende Temperatur. Bei der Verwendung von brennbaren Lösungsmitteln für die Reinigung ist darauf zu achten, daß die Arbeitstemperatur mindestens 10°C unter dem Flammpunkt liegt. Dies ermöglicht die Einstufung in Gefahrenklasse A3.

Die Abluft des Trockenschranks 4 wird dann an einem Ver­ dampfer 6 der Wärmepumpe 5 kondensiert. Das auskondensierte Flüssigkeitsgemisch besteht aus einem zweiphasigen Wasser- Lösungsmittelgemisch. Das Lösungsmittel kann leicht durch bekannte Verfahren von dem Wasser abgetrennt werden und dem Reinigungsbad 1 (bzw. der Vorhaltewanne 1d) wieder zu­ geführt werden.

Der vom Verdampfer 6 kommende Luftstrom wird am Verflüs­ siger 7 der Wärmepumpe 5 wieder auf die Arbeitstemperatur des Trockenschranks 4, beispielsweise 40°C, erwärmt. Bei der verwendeten Wärmepumpe 5 handelt es sich um einen üb­ lichen Kondensationstrockner. Der vom Verflüssiger 7 der Wärmepumpe 5 kommende Luftstrom hat eine deutlich reduzier­ te relative Feuchtigkeit. Vorzugsweise beträgt die relative Feuchtigkeit weniger als 20%. Die Trocknung der Gegenstände dauert dadurch nur wenige Minuten. Der getrocknete Luft­ strom wird über ein Rohrleitungssystem 10 wieder in den Trockenschrank 4 eingeleitet, womit sich der Trocknungs­ kreislauf schließt. Die verwendeten Rohrleitungen beste­ hen aus den handelsüblichen Materialien, beispielsweise aus verzinktem Stahlblech. Ein Ventilator befindet sich im Kondensationstrockner 5. Bei Trockenkammern mit größ­ erem Volumen (mehrere m³) erhalten diese zur Erzeugung gleichmäßiger Turbulenz einen eigenen Ventilator und der Trockner wird im Bypass geschaltet.

Aus Fig. 1 ist weiterhin ersichtlich, daß die Überschuß­ wärme der Wärmepumpe 5 über die Kreislaufführung 11 zur Erwärmung des Lösungsmittels in dem Reinigungsbad 1 dient. Hierzu sind auf dem Boden der Wannen 1a bis 1c Wärmetauscher 8 angebracht, die durch die Abwärme der Wärmepumpe 5 gespeist werden. (Ein Anschluß an eine Abluftanlage kann nötig sein, um eventuell auftretende Überkapazitäten an Abwärme ableiten zu können).

Der Trockenschrank 4 kann aus den üblichen Materialien, beispielsweise aus verzinktem Stahlblech gefertigt sein. Der Trockenschrank 4 wird bei der bevorzugten Verwendung von Isoalkanen oder Naphthenen als Lösungsmittel bei einer Temperatur von 30 bis 45°C, vorzugsweise 40°C, betreiben. Der Trockenschranke 4 verfügt über einen klappbaren Deckel zum Beschicken des Trockenschrankes 4 und über zwei Lüf­ tungsgitter mit einzeln verstellbaren Lamellen. Durch eines der Lüftungsgitter wird trockene Luft in den Trockenschrank 4 eingeleitet. Dabei dienen die verstellbaren Lüftungslamel­ len zur Erzeugung von gleichmäßigen Turbulenzen innerhalb des Trockenschrankes 4. Durch das zweite Lüftungsgitter wird der Luftstrom, der nun mit Lösungsmittel beladen ist, dann an die Wärmepumpe 5 weitergeleitet.

Claims (13)

1. Verfahren zum Reinigen und Trocknen von Gegenständen, wobei

• a) die Gegenstände in einem Bad mit Hilfe eines Halogen­ kohlenwasserstoff-freien aliphatischen Kohlenwasser­ stoffes gereinigt werden,
• b) die gereinigten Gegenstände mit Hilfe warmer Luft in einem geschlossenen Trocknungsraum getrocknet werden, und
• c) die Trocknungsluft im Kreislauf geführt wird, wobei
  • - die mit Lösungsmitteldampf beladene Trocknungs­ luft in einer Kondensationsstufe gekühlt wird, um dampfförmiges Lösungsmittel und Luftfeuch­ tigkeit zu kondensieren und aus der Trocknungs­ luft abzutrennen, und
  • - die in der Kondensationsstufe gekühlte Trock­ nungsluft in einer Heizstufe erneut auf die Trocknungstemperatur erwärmt und daraufhin in den Trocknungsraum eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halogenkohlenwasserstoff-freier aliphatischer Kohlen­ wasserstoff verzweigte Alkane (Isoalkane, Isoparaffine) mit einer Kettenlänge von 7 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Cycloalkane eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenkohlenwasserstoff-freie aliphatische Kohlen­ wasserstoff einen Flammpunkt ab etwa 50°C aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungstemperatur bei einer Temperatur zwischen etwa 30°C und etwa 45°C gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung der beladenen Trocknungsluft am Kaltteil (6) einer Wärmepumpe (5) und die erneute Erwärmung der kalten Trocknungsluft am Warm­ teil (7) der Wärmepumpe (5) durchgeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsbad (1) mit Hilfe der Wärmepumpe (5) be­ heizt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der Gegenstände mit Hilfe des Halogen­ kohlenwasserstoff-freien aliphatischen Kohlenwasser­ stoffes (Lösungsmittel) in einem Bad (1) erfolgt, das mehrere Wannen (1a), (1b), (1c) aufweist; und von Wanne zu Wanne eine Kaskadenströmung des Lösungsmit­ tels vorgesehen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Halogekohlenwasserstoff-freien Kohlenwasser­ stoff (Lösungsmittel) im Reinigungsbad ein Anteil des Lösungsmittels abgezweigt wird;
der abgezweigte Lösungsmittelanteil durch Destillation gereinigt wird; und
der gereinigte Lösungsmittelanteil wieder in das Reini­ gungsbad zurückgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenstromführung der zu reinigenden Gegenstände und des gereinigten, zurückgeführten Lösungsmittels vor­ gesehen wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit

• - einem Reinigungsbad (1), in welchem die zu reinigen­ den Gegenstände mit einem flüssigen Lösungsmittel behandelt werden,
• - einem Trockenschrank (4), in welchem die gereinigten Gegenstände mit Hilfe von Trocknungsluft getrocknet werden, die im Kreislauf geführt und regeneriert wird,
• - mit einer Wärmepumpe (5) mit Kaltteil (6) und Warm­ teil (7), wobei am Kaltteil (6) die mit Feuchtigkeit und Lösungsmitteldampf beladene Trocknungsluft abge­ kühlt wird, um Wasser und flüssiges Lösungsmittel auszukondensieren und abzutrennen, und wobei am Warm­ teil (7) die kalte Trocknungsluft wieder auf die Trocknungstemperatur erwärmt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsbad (1), der Trockenschrank (4) und die Wärmepumpe (5) für ein Lösungsmittel ausgelegt sind, das aus Halogenkohlenwasserstoff-freien aliphatischen Koh­ lenwasserstoffen besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenschrank (4) für eine Trocknungstemperatur zwischen etwa 30°C und etwa 45°C ausgelegt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmteil (7) der Wärmepumpe (5) für eine Trocknungs­ temperatur zwischen etwa 30°C und etwa 45°C ausgelegt ist.