DE4405903A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Mischgütern mit Kunststoffbestandteilchen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Mischgütern mit Kunststoffbestandteilchen

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DE4405903A1 DE19944405903 DE4405903A DE4405903A1 DE 4405903 A1 DE4405903 A1 DE 4405903A1 DE 19944405903 DE19944405903 DE 19944405903 DE 4405903 A DE4405903 A DE 4405903A DE 4405903 A1 DE4405903 A1 DE 4405903A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trennung von Mischgütern mit festen Kunststoffmaterialteilen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Derartige Mischgüter, die z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polyamid, Polystyrol, . . . enthalten können, fallen nach der bestimmungsgerechten Anwendung als Recyclingmaterial an.
Zur Bearbeitung der Mischgüter in fester Phase und zur Abtren­ nung von Stoffen/Kunststoffen sind Verfahren bekannt, bei denen in wäßriger Aufschwämmung Dichteunterschiede ausgenutzt werden. Das Mischgut wird in der Regel Bedingungen unterworfen, wie sie im Patent DE-OS 37 28 558 A1 beschrieben werden. Vielen bekannten Verfahren zum Trennen von Kunststoffmahlgut ist gemeinsam, daß das Gut nach der Zerkleinerung und nach weiteren Behandlungen unter der Wirkung von Rührern in Behältern aufgeschwämmt wird, sich teilweise absetzt, bzw. infolge Umpumpens durch Zentripedalkräfte teilweise abgeschleudert wird, sowie dem Flüssigkeitsstrom folgt. Dadurch wird eine Anreicherung der Fraktionen erreicht. Nachteilig ist bei derartigen Verfahren, daß durch Kraftwir­ kungen senkrecht zur Strömungsrichtung der Aufschwämmung Wirbel entstehen, die ein Mitreißen von Teilchen und eine unscharfe Fraktionierung bewirken (DE-OS 35 35 633 A1; DE-OS 35 15 536 A1).
Bei Anwendung des Zentripedalprinzips durchläuft die Aufschwämmung (Mahlgut und Flüssigkeit) unterschiedliche Bahnradien, was zur Wirbelbildung führt. Eine Verarbeitung von Mahlgut mit unterschiedlichen Teilchenformen ist dadurch ausgeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit denen die beschriebenen Nachteile vermieden werden und mit denen ein Reinigungs- und Trenneffekt unabhängig von der Teilchengröße oder der Anwesenheit von Fremdstoffen gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß des Verfahrensanspruches 1, sowie des Vorrichtungsanspruches 12 gelöst.
Durch das Verfahren wird die Trennung verschiedener Stoffe durch die Orientierung der Teilchen gelöst, so daß eine Separierung unabhängig von der Teilchengröße eintritt.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläu­ tert. Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 Erfindungsgemäße Vorrichtung.
Das Grundprinzip des Verfahrens besteht darin, die in einem vorgeschalteten Prozeß erfaßten und zerkleinerten Fest­ körper als Aufschwämmung eines flüssigen Medium mit den in ein Behältersystem geförderten Stoffen, wie z. B. Kunststoffe, schrittweise bzw. in mehreren Stufen durch verfahrensbedingte Maßnahmen zur Erzeugung von Scher-, Reibungs- und Trägerheits­ kräften zu trennen.
In einem ersten Schritt wird das Mahlgut in einen zylindrischen Behälter 1 eingebracht und bewegt. Dabei findet eine Lockerung bzw. Ablösung von Anhaftungen statt. Komponenten die verfahrensbedingt zuzugeben sind, werden hier eingemischt und lagern sich zwischen den Gutteilchen ein. Bei einer Verweilzeit bis zu 30 min. gelangt das Mahlgut als Aufschwämmung in ein Rotationsfeld, daß durch einen Agetator 2 mit hoher Drehzahl erzeugt wird. Aus einem Raum 8 unter dem Rotationsfeld wird die Aufschwämmung über die Leitung 5 und der Pumpe 7 ausgetragen und gelangt in einen Trenner 12, welcher zylindrisch mit Strömungseinbauten 14 aufgebaut ist. Nach einer Aufenthaltszeit von 1 bis 5 min werden einzelne Komponenten der Aufschwämmung über mehrere Öffnungen 17, 16 und 18 abgeleitet.
Der Hauptteil gelangt über die Öffnung 18 in den Raum 8 des vorgeschalteten Behälters 1 zurück. Im Trenner 12 führt die Orientierung der die innere Phase des Mehrphasensystems bildenden Mahlgutteilchen in einer kreisförmig mit einer Geschwindigkeit von 2,5 m/s strömenden flüssigen äußeren Phase zur Auftrennung der Aufschwämmung. Verfahrensbedingt weist die Strömung der inneren Phase im Ringraum keine radial gerichteten Geschwindigkeitsvektor, wenn von den Platzwechselvorgängen der Mahlgutteilchen abgesehen wird, auf. Es bildet sich unter der Mitwirkung der kolloidalen Zusatzkomponenten, in den Ringräumen des Trenners 12 fortschreitend in axialer Richtung eine geordnete orientierte Strömung aus. Die innere Phase mit einer Konzentration von 10% bei der tangentialen Einleitung erfährt einen Konzentrationssprung durch Abmischen im mittleren Bereich der kreisförmigen Strömung und weist danach einen Konzentrationsgradienten in radialer Richtung von minimal 50% nach innen und nach außen auf. Im weiteren Verlauf werden in mehreren axialen Ebenen über die Öffnungen 17, 16 und 18 die Komponenten aus den Kernbereichen der Ringräume abgeleitet. Im oberen Kernbereich befindet sich die Komponente A, im mittleren Kernbereich befinden sich die Komponenten B und die Zusatzkomponenten, im unteren Bereich und auch im unteren peripheren Bereich befindet sich die Komponente C. Diese werden über die Öffnungen 17, Komponente A, Öffnung 16, Komponente B mit Zusatzkomponenten und Öffnung 18, Komponente C, abgeleitet.
Das Verfahren wird an einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. In einem Behälter mit einer Größe von 5 qm befindet sich eine Flüssigkeit, in der Mahlgut aufgeschwämmt ist. Die Flüssigkeit ist Wasser mit gelösten Stoffen mit einer Dichte von 1,15 kg/l. Durch die Öffnung 4 wird eine Mahlgutmischung zugeführt. Die Verweildauer im Behälter 1 beträgt 25 min. Über eine Pumpe 7 gelangt das Mahlgut in 10%iger Aufschwämmung in den Trenner 12. Die Konzentration wurde durch eine Einstellung der zentralen Öffnung 22 der konischen Einbauten 3; 3′ von 300 mm hergestellt. Die Druckeinstellung der Pumpe 7 auf 30 kPa stellt eine Strömungsgeschwindigkeit von 2,0 m/s her. Ein Konzentrationsgradient von 40%, der radial im Ringraum gebildet wird, und ein Anteil von 5% Zellulose hat die Wirkung der Abtrennung von folgenden Fraktionen:
HDPE - Reinheit 99,99%
PS - Reinheit 99,80%
PVC - Reinheit 85,00%.
Die Fraktionen fallen an den Öffnungen 17, 16 und 18 an. Bei einer weitere erfinderischen Ausführungsform wird über die Öffnung 4 kontinuierlich eine Mahlgutmenge von 950 kg/h eingetragen. Im Rotationsfeld wird dieses Mahlgut unter Hinzufügung eines Zusatzstoffes von 3000 l/min stark geschert und gleichmäßig über die Leitung 5 ausgetragen. Das Mahlgut besteht aus zwei Kunststoffkomponenten, die beide eine Dichte kleiner 1 kg/l aufweisen. Das System wird über einen Wärmeübertrager in der Rückführung 6 und die durch die Öffnung 17 eingetragende Flüssigkeit auf 95°C erhitzt. Das System steht unter Gleichgewichtsdruck. Die Komponenten A wird mit einer Reinheit von 99% an der Öffnung 17 ausgetragen. An der Öffnungen 16 wird die Komponente B und der fein verteilte Zusatzstoff in stark unterschiedlicher Anreicherung ausgetragen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Der Behälter 1 ist ein zylindrisches Gefäß mit konischem Unterteil 9, einem Agitator 2 und konische Einbauten 3 und 3′. Über die Öffnung 4 erfolgt eine Mahlgutzufuhr. Das Mahlgut wird über eine vorgeschaltete Mühle und über ein Pumpensystem in den Behälter 1 eingeführt. Durch den Agitator 2 wird im Behälter 1 ein Rotationsfeld erzeugt. Die konischen Einbauten 3 und 3′ sind in einem Winkel von 60° zur Seitenwand des Behälters 1 mittig angeordnet, wobei ihre Länge so ausgestaltet ist, daß eine Öffnung 22 entsteht, welche je nach Anwendungsfall ausgestaltet wird. Durch diese Öffnung 22 wird das Mahlgut in einen Raum 8 eingeleitet, welcher unterhalb der konischen Einbauten 3; 3′ entsteht. Das Mahlgut, welches in dem Rotationsfeld im Behälter 1 bewegt wird, erfährt durch den Eintritt über die Öffnung 22 eine Konzentrationsveränderung. Eine Leitung 5 mit einer Pumpe 7 ist unterhalb des konischen Einbaus 3 oder 3′ angeordnet, jeweils in einer Höhe von ca. 100 mm. Die Pumpe 7 ist so ausgestaltet, daß eine automatische Fördermengenregulierung durchgeführt werden kann. Die Leitung 5 ist im oberen Bereich des Trenners 12 tangential angeordnet. Im konischen Unterteil 9 des Behälters 1 ist eine Öffnung 10 und eine Rückführung 11.1 zum Anschluß weiterer Trenner vorhanden. Diese Trenner können nach dem gleichen Funktionsprinzip wie der erfindungsgemäße Trenner 12 der Vorrichtung arbeiten.
Eine Zufuhr 11.2 im unteren Bereich des konischen Unterteil 9 ermöglicht es, z. B. Wasser dem Prozeß zuzuleiten. Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ausgerüstet mit einem zusätzlichen konischen Einbau 23. Diese ist mit einem Abstand von 250 mm zum den konischen Einbauten 3 und 3′ angeordnet, so daß ein Raum 8 zwischen den Einbauten entsteht. Die konischen Einbauten 23, sind so ausgefertigt, daß eine Öffnung 20 mittig vorhanden ist und je nach Anwendungsfall offen bzw. geschlossen ist. Die Öffnungen 22 und 20 der konischen Einbauten ermöglichen es, daß das Mahlgut aus dem oberen Bereich des Behälters 1 über die Öffnungen 22 und 20 in den konischen Unterteil 9 durchdringen kann und dadurch eine Konzentrationsveränderung erfährt. Am Trenner 12 ist im unteren Bereich eine Öffnung 18 angeordnet. Diese Öffnung 18, ist so gestaltet, daß eine tangentiale Entnahme des Mahlgutes erfolgen kann und über eine Rückführungsleitung 6 in den Behälter 1 geführt wird. Diese Rückführungsleitung 6 ist tangential in der Nähe der Druckleitung 5 am Behälter 1 angeschlossen. Im oberen Bereich des Trenners 12 ist ein Strömungseinbau 14 vorhanden, dieser ist mit einer Steigung tan 0,1 bis tan 0,06 eingebaut. Weiterhin ist eine Öffnung 17 mit einem Entnahmerohr 15 mit einem Durchmesser D2 im oberen Bereich vorhanden. Durch den schrägen Einbau der Strömungseinbauten 14 und der tangentialen Anordnung der Druckleitung 5 unterhalb der Strömungseinbauten 14 im Trenner 12 wird bei der Mahlgutzufuhr mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit eine kreisförmige (schraubenartig) Strömung hervorgerufen. Über das Entnahmerohr 15 werden nun die leichten Teilchen entnommen (Komponente A). Zur Entnahme der Komponente B ist ein zylindrischer Einbau 15 mittig angeordnet, welcher oben und unten offen ist. In diesem zylindrischen Einbau 15, ist die Entnahme bzw. Öffnung 16 vorhanden, an der die Zellulosebestandteile entnommen werden. Der Hauptbestandteil, Aufschwämmung mit der Komponente C, des Mahlgutes wird über die Öffnung 18 und der Rückführungsleitung 6 in den Behälter 1 zurückgeführt. An dem Entnahmerohr 15 ist erfindungsgemäß, zum Abtransport der Teilchen, eine Schnecke angeordnet. Danach ist über eine Zentrifuge bzw. ein Schwingsieb ein Trockner angeschlossen. An der Öffnung 16 ist ein Filtersystem für die Komponente B vorhanden. Das Verhältnis der Durchmesser D1 (Durchmesser Trenner 12) zu D2 liegt zwischen 2 und 1, sowie der Durchmesser D2 ist kleiner als D3 (Durchmesser zylindrischer Einbau (15)). Weiterhin stehen die Ringraumhöhen H1; H1′ zu den freien Raumhöhen H2; H2′ zwischen 0,5 und 1 im Verhältnis zueinander. Erfindungsgemäß ist es möglich, daß mehrere zylindrische Einbauten 15 im Trenner 12 vorhanden sind, die jeweils untereinander angeordnet werden und eine jeweilige Entnahmeöffnung aufweisen.

Claims (23)

1. Verfahren zum Trennen von Mischgütern mit Kunststoff­ bestandteilen, wobei das Mahlgut in eine Flüssigkeit eingemischt, bewegt und damit ein Mehrphasensystem gebildet wird, wobei Dichteunterschiede der einzelnen Mahlgutkomponenten untereinander und zu den Flüssigkeiten vorherrschen und es sich um ein mehrstufiges Verfahren handelt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Behälter (1) in einem Rotationsfeld ein Mehrphasensystem aus einer Flüssigkeit als äußere Phase und einem Mischgut als innere Phase erzeugt wird, wobei die die innere Phase bildenden Teilchen des Mehrphasensystems zueinander und gleichzeitig zur äußeren Phase Dichteunterschiede aufweisen, und die innere Phase, bestehend aus Mahlgut und einer zusätzlichen Komponente, welche im Behälter (1) zugegeben wird, wobei diese zusätzliche Komponente ein material ist, das ein kolloidales System hervorruft, nach einer bestimmten Verweildauer im Behälter (1), aus dem Rotationsfeld ausgetragen und, die für die Trennung erforderlichen Verteilung und Konzentration von 8 bis 15% im Mehrphasensystem aufweisend, im Mehrphasensystem tangential in einen Trenner (12) eingespeist wird, wobei eine kreisförmige Strömung mit einer axialen Geschwindigkeitsvektor hervorgerufen wird, und durch Abmischen des Mehrphasensystems in der kreisförmigen Strömung, in der das Mehrphasensystem einen radialen Konzentrationsgradienten größer als 50% zugleich in zentraler und peripherer Richtung aufweist, die innere Phase auf einen deutlich niedrigeren Konzentration abgesenkt wird, und weiterhin in verschiedenen axialen Ebenen Flüssigkeiten und Komponenten abgeleitet werden und ein Teil des Mehrphasensystems in Behälter (1) zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bearbeitung des Mahlgutes mit einer Verweildauer in dem ersten Behälter von bis zu 30 Minuten durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mahlgut so aufbereitet wird, daß die Kunstoffteilchen einen Dichteunterschied gleich und/oder größer 0,02 g/ml aufweisen.
4. Verfahren nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischphase aus gemahlenen, in einem Durchmesserbereich unter 8 mm liegend, unsortierten Kunststoffteilchen vorbereitet wird.
5. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotationsfeld durch einen Agitator mit einer Drehzahl von 800 bis 3500 U/min im ersten Behälter erzeugt wird.
6. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteunterschiede der Flüssigkeitskomponenten durch eine Systemtemperatur von 80°C bis 130°C erreicht und vorzugsweise ein Systemdruck von/bis 3 bar hervorgerufen wird.
7. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das kolliodale System bildende Material vorzugsweise Zellulose verwendet wird.
8. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abmischen ein Viskositätssprung auf 0,25 PaS eintritt, wodurch eine räumliche Vergrößerung der kolloidalen Teilchen erreicht wird und die deutlich niedrigere Konzentration einen Betrag kleiner 2% aufweist.
9. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 bis 2,5 m/s erzeugt wird.
10. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der axialen kreisförmigen Strömung in dem Trenner zwischen 0,4 bis 2,5 m/s liegt.
11. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verweildauer des Mehrphasensystems im Trenner von 1 bis 5 Minuten eingestellt wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 bis Punkt 11, bestehend aus einem Behälter mit einem konischem Unterteil, wobei mittig im Behälter ein Agitator angeordnet ist, weiterhin über eine Pumpeinrichtung ein Trenner angeschlossen ist und an dem Trenner bekannte Entnahmevorrichtungen einzelner Komponenten vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (1) mit einem konischen Einbau (3, 3′), wobei ein Raum (8) unterhalb des konischen Einbaus (3, 3′) vorhanden ist, über eine Druckleitung (5), welche unterhalb des konischen Einbaus (3, 3′) angeordnet ist, ein Trenner (12) verbunden ist und die Rückführung aus dem Trenner (12) über eine Rückführungsleitung (6) in der Nähe der Druckleitung (5) tangential im Raum (8) eingebunden ist, wobei am Trenner (12) die Druckleitung (5) oberhalb tangential eingebunden ist, sowie ein Strömungseinbau (14), als eine obere Begrenzung, schraubenförmig schräg angeordnet ist und ein zylindrischer Einbau (15) mittig nachfolgend vorhanden ist.
13. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (5) eine Pumpe (7) eingebunden ist.
14. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Einbau (3,3′) in einem Winkel von 30° bis 60° zur Seitenwand des Behälters (1) mittig angeordnet und in seiner Mitte eine Öffnung (22) vorhanden ist.
15. Vorrichtung nach Punkt 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer konischer Einbau (23) mit einem Abstand von 250 mm unterhalb des konischen Einbaus (3; 3′) vorhanden ist, welcher eine Öffnung (20) aufweist.
16. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungseinbau (14) mit einer Steigung von tan 0,1 bis tan 0,06 eingebaut ist, wobei die Anordnung der Druckleitung (5) unterhalb des Strömungseinbaus (14) erfolgt.
17. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchmesser (D1) zu (D2) zwischen 2 und 1 liegt, sowie der Durchmesser (D2) kleiner (D3) ist.
18. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringraumhöhe (H1; H1′) zur freien Raumhöhe (H2; H2′) zwischen 0,5 und 1 liegt.
19. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Einbau (15) oben und unten offen ist.
20. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungsleitung (6) tangential an einer Öffnung (18) anliegt.
21. Vorrichtung nach Punkt 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem konischen Unterteil (9) des Behälters (1) eine Leitung (10) und eine Rückführung (11.1) angeschlossen ist.
22. Vorrichtung nach Punkt 12 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß an der Leitung (10) und der Rückführung (11.1) ein weiterer Trenner angeschlossen ist, welcher den gleichen Aufbau wie der erfindungsgemäße Trenner (12) haben kann.
23. Vorrichtung nach Punkt 12 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuführung (11.2) unterhalb des konischen Unterteils (9) vorhanden ist.
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