DE4234636A1 - Vorrichtung und Verfahren zur naßmechanischen Trennung von Kunststoffgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur naßmechanischen Trennung von Kunststoffgemischen, insbesondere von Altkunststoffgemischen, die aus Hausmüll, Gewerbemüll, Elektronikschrott, PKW-Schrott gewonnen werden und beispielsweise Kunststoffe aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol enthalten, wobei einzelne Kunststoffe und Kunstoffgruppen je nach ihrer Dichte mit Hilfe einer Trennflüssigkeit, deren Dichte zwischen den Dichten der zu trennen­ den Stoffe liegt, und mit Hilfe eines Zentrifugalfeldes als Schwimmgut oder als Sinkgut aus der Trennvorrichtung ausgetragen werden.

Die naßmechanische Trennung von Kunststoffgemischen nach ihrer Dichte in einer Trennflüssigkeit, wobei durch Sedimentation der gegenüber der Trennflüssigkeit spezifisch schwereren Kunststoffpartikel und durch Auf­ schwimmen der gegenüber der Trennflüssigkeit spezifisch leichteren Kunst­ stoffpartikel eine Trennung in ein Sinkgut und in ein Schwimmgut erfolgt, ist bereits bekannt. Sie wird beispielsweise in der DE-OS 32 10 972 be­ schrieben, wobei die Trennung in einem größeren Trennbehälter mit einer langsam umlaufenden stationären und weitgehend laminaren Strömung er­ folgt, wodurch Folienschnitzel langsam voneinander getrennt werden kön­ nen, ohne durch turbulente Verhältnisse wieder wesentlich in Kontakt miteinader zu geraten.

Daß die Sedimentation sowie das Aufschwimmen von Teilchen in einer Trennflüssigkeit schneller vor sich geht, wenn es in einem Zentrifugalfeld geschieht, belegen die Erfolge der Hydrozyklontechnik, bei der trotz der ge­ ringen Dichteunterschiede der zu trennenden Kunststoffteilchen und trotz des Auftretens von turbulenten Strömungen gute Trennergebnisse erzielt werden können.

Bei der Trennung mit Hydrozyklonen wird das Zentrifugalfeld durch die schnelle Strömung der Suspension im statischen Zyklon erzeugt. Eine hohe Zentrifugalkraft wird aber mit hoher umlaufender Wassermenge und kurzer Verweilzeit der zu trennenden Stoffe im Zyklon erkauft. Wegen der kurzen Verweilzeit müssen die zu trennenden Teilchen möglichst eine einheitliche Form und Größe haben. Ändern sich diese, so müssen die Verfahrenspara­ meter entsprechend angepaßt werden. Insbesondere feinkörnige Schmutz­ teilchen oder kleinere Folienteilchen werden wegen der kurzen Verweilzeit nicht entsprechend ihrer Dichte abgetrennt, sondern bleiben stets angerei­ chert im Austrag der spezifisch leichten Fraktion.

Nach einem in der DE-PS 29 00 666 beschriebenen bekannten Verfahren wird das Kunststoffgemisch zunächst zerkleinert (kleiner als 4 mm Durch­ messer), gegebenenfalls gewaschen und hygienisiert, mit Trennflüssigkeit angerührt (ein Volumenanteil Kunststoffgemisch auf etwa 60 Volumenan­ teile Trennflüssigkeit) und dem Hydrozyklon aufgegeben. Im Hydrozyklon erfolgt die Trennung in der Weise, daß durch den Überlauf des Hydrozy­ klons ein Teil der Trennflüssigkeit und das spezifisch schwerere Gut und durch den Unterlauf des Hydrozyklons der andere Teil der Trennflüssigkeit mit dem spezifisch leichteren Gut abgeführt werden.

Bei mehreren abzutrennenden Dichtestufen werden mehrere Hydrozyklone hintereinandergeschaltet, wobei je nach der Trenndichte verschieden ge­ staltete Hydrozyklone eingesetzt werden (unterschiedliche Verhältnisse von Länge zu Durchmesser).

Die bekannten naßmechanischen Trennverfahren mit Hydrozyklonen benö­ tigen im betrieblichen Einsatz zusammengefaßt

• - ein hohes Maß an Steuerungs- und Regelaufwand, wenn die Sortierer­ gebnisse nicht durch Schwankungen in der Materialzusammensetzung und unterschiedlicher Partikelform und -größe oder auch durch Anteile an Fremdstoffen, wie Papier, Faserstoffe, Metalle stark beeinträchtigt werden sollen,
• - unterschiedlich gestaltete Hydrozyklone bei mehrstufiger Trennung so­ wie
• - einen hohen Aufwand an Betriebskosten für die umlaufende Wasser­ menge (elektrische Energie für Pumpen, Wasserreinigung).

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaf­ fen, wodurch unter Beibehaltung der Vorteile der Sortierung in einem Zen­ trifugalfeld die genannten Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrich­ tungen vermieden werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe geschieht vorrichtungsmäßig mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bis 4 und verfahrensmäßig mit den Maßnahmen der Ansprüche 5 und 6.

Durch die erfindungsgemäße Erzeugung eines Fliehkraftfeldes in einer rotie­ renden Vollmanteltrommel einer Zentrifuge kann die Zentrifugalkraft belie­ big und unabhängig vom Materialstrom (Suspensionsstrom) fest eingestellt werden. Es können deshalb ohne Schwierigkeiten Beschleunigungen er­ reicht werden, die dem 2000fachen der Erdbeschleunigung entsprechen (erfindungsgemäß mindestens 300fach, vorzugsweise mindestens 800fach). Um diesen Faktor erhöht sich demnach die Absetzgeschwindig­ keit beim Trennen der Stoffe gegenüber der normalen Sink-Schwimm-Tren­ nung. Die in Sekundenbruchteilen erreichte perfekte Trennung in ein Schwimmgut und in Sinkgut ist weitgehend unabhängig von der Form und von der Größe der Kunststoffteilchen, da ihr unterschiedliches Absetzver­ halten keine Rolle spielt, wenn man mit der Verweilzeit im Sekundenbereich bleibt. Diese Verweilzeit läßt sich mit einer Zentrifuge gemäß der Erfindung durch die Höhe des die Vollmanteltrommel begrenzenden Wehrs und damit durch die Höhe des sich bildenden Suspensionsteiches sowie durch die Menge der in die Zentrifugentrommel einströmenden Suspension in einfa­ cher Weise einstellen.

Das Schwimmgut sowie die Trennflüssigkeit werden nach dem Verdrän­ gungsprinzip über die Oberkante des Wehrs ausgetragen. Das zur Außen­ wand der Vollmanteltrommel absinkende Sinkgut wird dort von einem (oder mehreren) Schubboden erfaßt, der sich periodisch hin und her bewegt und dabei das Sinkgut zum Wehr transportiert, in dem sich Sinkgutaus­ tragsöffnungen befinden. Die Öffnungen sind durch eine gegen sie mit Federkraft gepreßte Ringplatte verschlossen. Durch eine bolzenartige Verlängerung des Schubbodens wird nun diese Ringplatte kurzzeitig vom Wehr abgehoben, die Sinkgutaustragsöffnungen werden freigelegt und das Sinkgut kann, unterstützt durch die Schubbewegung des Schubbodens, aus diesen Öffnungen die Zentrifuge verlassen. Die Schubbodenbewegung unterstützt durch die in der Trennflüssigkeit erzeugte Wellenbewegung gleichzeitig auch den Schwimmgutaustrag.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden an einem Ausfüh­ rungsbeispiel durch schematische Zeichnungsfiguren näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 die teilweise geschnittene Vorderansicht einer Zentrifuge;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Zentrifuge parallel zur Zentrifugen­ achse entsprechend A-A in Fig. 1.

Wie die Fig. 2 zeigt, besteht die Zentrifuge 10 durch eine um eine Trom­ melachse (22) drehbare Vollmanteltrommel (20), die rückwärtig - in der Zeichnungsfigur links - geschlossen und deren Vorderseite durch ein ring­ förmiges Wehr (19), das mittels Schrauben (26) mit der Vollmanteltrommel (20) lösbar verbunden ist, begrenzt wird. Das Wehr (19) besitzt in Um­ fangsrichtung mehrere schlitzförmige Sinkgutaustragsöffnungen (16) (Fig. 1), die von einer Ringplatte (15) von außen überdeckt und damit verschlos­ sen werden. Mit Federschrauben (14) ist die Ringplatte (15) über entspre­ chende Schraubenlöcher (18) im Wehr (19) mit dem Wehr (19) lösbar ver­ bunden. Innen bildet das Wehr (19) mit der Vollmanteltrommel (20) einen ringförmigen Spalt (29) zur Aufnahme des vorderen Randes (30) des Schubbodens (12).

Innerhalb der Vollmanteltrommel (20) ist ein mit der Vollmanteltrommel (20) gleichachsig drehbarer Schubboden (12) angeordnet, mit einem ge­ schlossenen rückwärtigen Teil (in der Zeichnungsfigur links) und mit bol­ zenartigen Verlängerungen (13) am vorderen Teil, die mittig in die schlitz­ förmigen Sinkgutaustragsöffnungen (16) des Wehrs (19) hineinführen.

Beim Betrieb der Zentrifuge (10) wird die die zu trennenden Kunststoffteil­ chen enthaltende Suspension (17) über eine Leitung (11) bis in unmittel­ bare Nähe des rückwärtigen Teils der Zentrifuge (10) geführt. Die Suspen­ sion tritt aus der Öffnung (28) und wird mit Hilfe eines Leitkanals (27), welcher mit der Vollmanteltrommel (20) verbunden ist und somit mit Trommeldrehzahl umläuft, auf die Umfangsgeschwindigkeit der Vollmantel­ trommel (20) beschleunigt.

Innerhalb der Vollmanteltrommel (20) bildet sich ein Suspensionsteich (23) aus, in dem durch die auf die Suspension (17) einwirkende Zentrifugalkraft nun in sehr kurzer Zeit eine Trennung der Kunststoffe in ein Sinkgut (24) und in ein Schwimmgut (25) stattfindet. Das Schwimmgut (25) und die Trennflüssigkeit werden durch Verdrängung durch die Zugabe "frischer" Suspension (17) in der Vollmanteltrommel (20) zum Wehr (19) transportiert und dort gemeinsam über die Wehrüberlaufkante (21) aus der Zentrifuge (10) ausgetragen.

Die Wehrhöhe, d. h. der radiale Abstand der Wehrüberlaufkante (21) von der Trommelachse (22) kann erfindungsgemäß verstellt werden, (die ent­ sprechende Verstellvorrichtung ist in der Zeichnungsfigur nicht dargestellt), wodurch die in der Vollmanteltrommel (20) vorhandene Menge an Trenn­ flüssigkeit und damit die Verweilzeit auf einen erforderlichen Wert ein­ gestellt werden kann.

Das Sinkgut (24) sedimentiert zunächst innerhalb der Vollmanteltrommel (20) auf den Schubboden (12), der mit Trommeldrehzahl rotiert und der sich periodisch in Richtung der Trommelachse (22) hin und her bewegt und dabei das Sinkgut (24) zum Wehr (19) transportiert.

Bei der Vorwärtsbewegung des Schubbodens (in der Zeichnungsfigur von links nach rechts) stoßen die bolzenartigen Verlängerungen (13) des Schubbodens (12) durch die Sinkgutaustragsöffnungen (16) gegen die von den Federschrauben (14) gegen das Wehr (19) gepreßte Ringplatte (15) und heben diese vom Wehr (19) ab. Hierdurch werden die Sinkgutaus­ tragsöffnungen (16) freigegeben und das Sinkgut (24) wird aus der Zentri­ fuge 10 durch diese Öffnungen ausgetragen. Gleichzeitig mit dem Öffnen der Sinkgutaustragsöffnungen (16) taucht der vordere Rand (30) des Schubbodens in den ringförmigen Spalt (29) des Wehrs (19) ein und ver­ hindert dadurch, daß die Trennflüssigkeit bei geöffneten Sinkgutaustrags­ öffnungen (16) ungehindert abfließen kann. Bei der unmittelbar folgenden Rückwärtsbewegung des Schubbodens (12) ziehen sich die bolzenartigen Verlängerungen 13 wieder zurück und die Federschrauben (14) pressen die Ringplatte (15) wieder abdichtend auf das Wehr (19) und auf die Sink­ gutaustragsöffnungen (16). Auf diese Weise wird neben dem Sinkguttrans­ port zum Wehr auch ein periodischer Austrag des Sinkgutes durch das Wehr hindurch erreicht, wobei die Menge des Sinkgutaustrags durch die Hubfrequenz des Schubbodens (12) variiert und somit den Erfordernissen in einfacher Weise angepaßt werden kann.

Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel rotiert die Zentri­ fuge um eine horizontale Achse und der Sinkgutaustrag erfolgt mit Hilfe eines periodisch sich hin- und herbewegenden Schubbodens. Es ist aber auch möglich, die erfindungsgemäße naßmechanische Trennung in Zentri­ fugen mit vertikaler Drehachse und den Sinkgutaustrag durch periodisch in die gebildete Sinkgutschicht eintauchende Schälmittel oder aber durch einen periodischen Stillstand der Zentrifuge durchzuführen.

Claims (7)

1. Trennvorrichtung zur naßmechanischen Trennung von Kunststoffge­ mischen, insbesondere von Altkunststoffgemischen, die aus Hausmüll, Gewerbemüll, Elektronikschrott, Pkw-Schrott gewonnen werden und beispielsweise Kunststoffe aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypro­ pylen, Polystyrol enthalten, wobei einzelne Kunststoffe oder Kunst­ stoffgruppen je nach ihrer Dichte mit Hilfe einer Trennflüssigkeit, de­ ren Dichte zwischen den Dichten der zu trennenden Kunststoffe liegt und mit Hilfe eines Zentrifugalfeldes als Schwimmgut oder als Sinkgut aus der Trennvorrichtung ausgetragen werden, dadurch gekennzeich­ net, daß die Trennvorrichtung eine Zentrifuge (10) mit umlaufender Vollmanteltrommel (20) ist mit einem gemeinsamen Austrag für das Schwimmgut (25) und für die Trennflüssigkeit und mit einem periodi­ schen Austrag für die Sinkstoffe (24).

2. Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierliche Austrag für das Schwimmgut (25) und für die Trenn­ flüssigkeit gemeinsam über ein die Vorderseite der Zentrifugen-Voll­ manteltrommel (20) begrenzendes Wehr (19) und der periodische Austrag des Sinkgutes (24) durch periodisch freigelegte Sinkgutaus­ tragsöffnungen (16) innerhalb des Wehrs (19) erfolgt.

3. Trennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand der Wehr-Überlaufkante (21) des Wehrs (19) von der Trommelachse (22) verstellbar ist.

4. Trennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische Freilegen der Sinkgutaustragsöffnungen (16) durch einen sich hin- und herbewegenden Schubboden (12) erfolgt.

5. Verfahren zur naßmechanischen Trennung von Kunststoffgemischen, insbesondere von Altkunststoffgemischen, die aus Hausmüll, Gewer­ bemüll, Elektronikschrott, Pkw-Schrott gewonnen werden und bei­ spielsweise Kunststoffe aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropy­ len, Polystyrol enthalten, wobei einzelne Kunststoffe oder Kunststoff­ gruppen je nach ihrer Dichte mit Hilfe der Trennflüssigkeit, deren Dichte zwischen den Dichten der zu trennenden Kunststoffe liegt und mit Hilfe eines Zentrifugalfeldes als Schwimmgut oder als Sinkgut aus der Trennvorrichtung ausgetragen werden, in einer Trennvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu trennenden Kunststoffe gemeinsam mit der Trennflüssigkeit als Suspension in die rotierende Trennvorrich­ tung (10) eingetragen werden, die dort entsprechend des vorgegebe­ nen radialen Abstandes der Wehr-Überlaufkante (21) einem Suspensi­ onsteich (23) bilden, in dem unter der Einwirkung des Zentrifugalfel­ des eine Trennung der Kunststoffe in ein Schwimmgut (25) und in ein Sinkgut (24) erfolgt und das Schwimmgut (25) gemeinsam mit der Trennflüssigkeit über ein Wehr (19) ausgetragen und das Sinkgut (24) durch Sinkgutaustragsöffnungen (16) innerhalb des Wehrs (19) peri­ odisch aus der Trennvorrichtung (10) ausgetragen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Rotati­ onsgeschwindigkeit des rotierenden Behälters (11) so groß ist, daß im Bereich des größten radialen Abstandes der äußeren Mantelfläche des Behälters (11) von der Rotationsbehälterachse (22) eine Zentrifugalbe­ schleunigung von mindestens 300 × g vorzugsweise von mindestens 800 × g vorhanden ist.

7. Altkunststoffe, die aus Gemische aus Hausmüll, Gewerbemüll, Elek­ tronikschrott, Pkw-Schrott gewonnen werden und aus Polyvinylchlo­ rid, Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol bestehen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie in einer Vorrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 4 und/oder nach dem Verfahren der Ansprüche 5 und 6 durch Sortierung voneinander getrennt worden sind.