DE4412491A1 - Kombination von Spülwasseraufbereitung und Beheizung für Oberflächen-Behandlungsanlagen - Google Patents

Description

Aufgabe der Neuerung ist, die Kreislaufnutzung von Spülwässern aus Oberflächenbehandlungsanlagen dadurch zu vereinfachen, daß die bei bekannten Prozeßwassereindampfern, insbesondere solchen mit elek­ trischer Beheizung, zur Energieeinsparung erforderliche aufwendige Wärmerückführung erübrigt und dabei gleichzeitig Energiekosten ge­ spart werden. Die Lösung besteht im wesentlichen darin, den Ver­ dampfer so in den Gesamtwärmehaushalt üblicher Oberflächenbehand­ lungsanlagen einzubeziehen, daß die Verdampfungswärme des Destil­ lats direkt zur Beheizung von Wärmeverbrauchern wie der eigent­ lichen, vor dem Spülen stattfindenden naßchemischen Behandlung genutzt wird.

In der Erkenntnis, daß insbesondere bei sog. Spritzvorbehandlungs­ anlagen, in denen die Werkstücke unter Spritzdruck von 1-2 bar mit auf eine Temperatur von 50-80°C aufgeheizter Behandlungs­ flüssigkeit aus zahlreichen Düsen bespritzt werden, ein großer Wärmeverbrauch besteht, der zeitlich immer dann auftritt, wenn auch in der nach folgenden Spülung Bedarf an aufbereitetem Spülwas­ ser besteht, dessen Menge durch sog. Kaskadenführung soweit redu­ ziert werden kann, daß der Wärmeverbrauch des Verdampfers und der zum Ausgleich der beim Verspritzen entstehenden Abkühlung größenordnungsmäßig etwa gleich sind, ist es sinnvoll, den Wärme­ haushalt in der oben beschriebenen Weise einzurichten.

Unter Kaskadenführung versteht man eine Spülfolge, bei der zunächst mit bereits leicht verunreinigter Spülflüssigkeit gespült wird, die anschließend dem Verdampfer zugeführt wird, während ein Auffüllen mittels weniger verunreinigter Spülflüssigkeit erfolgt, worauf diese Folge zum Teil mehrmals eingehalten und zum Schluß mit frisch aufbereiteter Spülflüssigkeit nachgespült wird. Dabei entstehende Verdunstungsverluste werden unter abschließendem Nachspülen mit in einer gesonderten Vollentsalzungsanlage aufbe­ reitetem Wasser ausgeglichen.

Das im Verdampfer erzeugte Destillat ist von den Verunreingigungen befreit, welche in Form von Dünnschlamm dem Verdampfer turnusmäßig entzogen werden. Das Destillat wird in Dampfform einem zur Behei­ zung besagten Behandlungsbehälters vorgesehen Wärmetauscher zuge­ führt, kondensiert dort unter Abgabe seiner Verdampfungswärme, wo­ nach das Kondensat mittels eines Kondensatabscheiders abgetrennt wird und einem Behälter zufließt, von wo es in der oben geschil­ derten Weise mittels einer Förderpumpe wieder zur Spülung genutzt wird.

Eine weitere Energienutzung ist dadurch ermöglicht, daß die Rauch­ gase besagten gasbefeuerten Wärmeträgerölerhitzers in die zur Trocknung bzw. Wärmebehandlung der Werkstücke der Vorbehandlung nachgeschalteten Wärmekammern durch Beimischung in deren Umwälz­ lufteinrichtungen eingespeist werden. Dabei kann man stufenweise die Rauchgase zunächst einer mit ca. 150 -250°C betriebenen Schichtbehandlungskammer zuführen und deren zur Aufrechterhaltung des Lufthaushaltes abzuführende Heißluftmenge danach einem zum Trocknen der wassernassen Werkstücke nötigen, bei ca. 50-150°C betriebenen Trockner zuführen. Die Zumischtechnik ist zur Abwärmenutzung von Luft unterhalb von 150°C wesentlich wirt­ schaftlicher als die Verwendung von Luft/Luft-Wärmetauschern.

Außer der hier beschriebenen Wärmenutzung eröffnet das Verfahren eine weitere Energienutzungsmöglichkeit:

Da man das Destillat mit ca. 100°C zurückführt, kann man die Spü­ lung der Werkstücke statt bei Raumtemperatur mit erhöhter Tempera­ tur von z. B. 40°C durchführen, ohne dafür Energie aufwenden zu müssen. Bei den üblichen Prozeßwassereindampfern geht das nicht, weil sie das Wasser im Teilvakuum bei niedrigerer Temperatur ver­ dampfen und demzufolge auch das Destillat eine - zur Vermeidung un­ nötigen, teuren elektrischen Energieverbrauches - möglichst nied­ rige Temperatur hat. Die nach Spülung mit höherer Spülflüssig­ keitstemperatur weniger stark abgekühlten Werkstücke gelangen so­ mit mit höherer Eintrittstemperatur in den Trockner. Zu ihrer Auf­ heizung auf die Trocknungstemperatur ist daher weniger Energie nö­ tig. Zum einen verwendet man also insgesamt weniger Energie, zum andern kann man auf die vielfach teurere Energieform Elektrizität zu Beheizungszwecken völlig verzichten. Schließlich ist der Ver­ dampfer ohne Rückkühl-Wärmetauscher wesentlich kostengünstiger herzustellen. Der bei herkömmlichen Anlagen zur Beheizung des Be­ handlungsbeckens verwendete Wärmetauscher hat bei der neuerungsge­ mäßen Ausführung eine kleinere Wärmeübertragungsfläche, da er mit Dampf und nicht wie dort mit Heißwasser aus der Gebäudeheizein­ richtung gespeist wird und ist deshalb kostenneutral.

Zur Veranschaulichung sind ein Anlagenschema (Fig. 1) und die schematische Darstellung (Fig. 2) der zur Durchführung des Ver­ fahrens erforderlichen Vorrichtung, nämlich der in die Mischkammer des Schichtaushärteofen integrierte Spülwasserverdampfer und die gleichfalls dort eingebaute Wärmeträgeröl-Erhitzungsvorrichtung abgebildet, und zwar jeweils in der vollständigen Ausführung nach Anspruch 1-7.

Das Schema "Spülwasserdestillation mit integrierter Anlagen­ beheizung" (Fig. 1) zeigt unter (1) die hier dreistufig ausgeführte Vorbehandlungsanlage mit Entfettungs-, Phosphatier- bzw. Chromatierbehälter (1.1), erstem Spülzonenbehälter (1.2) und zweitem Spülzonenbehälter (1.4).

Der Inhalt dieser Behälter wird mittels Pumpen (1.16) mit ange­ schlossenen Spritzkränzen (1.20) auf die Werkstücke (6) gespritzt, die am Kettenförderer (6.1) hängend durch die Anlagenteile (1) bis (5) transportiert werden. Die verspritzte Flüssigkeit läuft an den Werkstücken (6) ab und fließt in den jeweiligen Behälter (1.1), (1.2) bzw. (1.4) zurück.

In der ersten Spülzone (1.2) reichern sich die von den Werkstücken (6) abgespülten Reste von Entfettungsmittel - geringfügig mit Öl und Schmutz verunreinigt - in dem Spülwasser an. Zwischen erster Spülzone (1.2) und zweiter Spülzone (1.4) befindet sich ein Spritzkranz (1.3), der mit frisch destilliertem Spülwasser aus dem Pufferbehälter (1.12) mittels Pumpe (1.18) versorgt wird.

Mit Hilfe dieses Spritzkranzes werden verbliebene Reste noch besser abgespült, das von den Werkstücken ablaufenden Wasser ge­ langt in den Behalter (1.2). Der damit im Spülzonenbehälter (1.2) entstehende Überfluß fließt dem Verdampfer (11) zu, wo er destil­ liert wird und die zu dünnem Schlamm eingedampften Reste verblei­ ben, welche diskontinuierlich abgezogen werden. Das Destillat strömt in Dampfform dem Wärmetauscher (1.7) des Behandlungsbeckens (1.1) zu, gibt seinen Verdampfungswärmeinhalt ab, kondensiert und wird über den Kondensatabscheider (1.9) und Ölabscheider (1.10) dem Pufferbehälter (1.12) zugeführt. In der 2. Spülzone (1.4) wer­ den weiter verringerte Reste abgespült und schließlich mittels Spritzkranz (1.5) mit vollentsalztem Wasser nochmals nachgespült.

Versorgt wird Spritzkranz (1.5) mittels Pumpe (1.19) aus Puffer­ behälter (1.13), dem im Vollentsalzungsapparat (1.11) z. B. mittels Umkehrosmose entsalztes Stadtwasser zum Ausgleich von Verdun­ stungsverlusten zugeführt wird.

Die Werkstücke (6) gelangen dann in den mit Temperatur von 50 - 150°C betriebenen Wassertrockner (2), dem mittels Wassertrockner- Mischregelkammer (2.1) die nötige Energie in Form ca. 150-250°C heißer Abluft des Schichtaushärteofen (5) zugeführt wird. Der Luftüberschuß wird der Vorbehandlungsanlage (1) oder z. B. hier nicht dargestellten Frischlufterwärmungs-Wärmetauschern von den hier unter (3) und (4) dargestellten Lackierkabinen (Schichtauftragseinrichtung) zugeführt.

Letztendlich gelangen die Werkstücke (6) in den Schichtaushärte­ ofen (5), der durch Beimischung von Rauchgasen in der Rauchgas/ Umwälzgas-Mischkammer (7) beheizt wird. Die Rauchgase stammen aus der mittels Gasbrenner (9) befeuerten Wärmeträgeröl-Erhitzungsvor­ richtung (8) und werden der Umluft von 150-250°C mit ca. 400-1200°C zugeführt. Der große Temperaturbereich wird zur Regelung zeitlich schwankenden Wärmebedarfs von Schichtaushärteofen, Wassertrockner und Vorbehandlungsanlage verwendet.

Der zur Badpflege des Behandlungsbeckens (1.1) verwendete Ölskimmer bzw. Separator (1.6) und der zugehörige Sammelbehälter (1.14) sind lediglich der Vollständigkeit halber mit dargestellt, haben aber mit der Neuerung nichts zu tun.

Die schematische Darstellung (Fig. 2) zeigt die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung. Die Rauchgas/Umwälzgas- Mischkammer (7) mit daran angeschlossenem Umwälzgaseintritt (7.1) und Umwälzgasaustritt (7.2), integriert in das isolierte Gehäuse (7.3) eines Schichtaushärteofen (5) (siehe Fig. 1), enthält die zur Vermischung und Umwälzung der Rauch- und Umwälzgase erforderlichen Ventilatoren (7.4) und (7.5) und die Wärmeträgeröl-Erhitzungs­ vorrichtung (8) mit Brennkammer (8.1), Rauchgas-Rohrbündel-Wärme­ tauscher (8.2) sowie Rauchgas-Auslässe (8.3) und (8.4), wobei mindestens der erste dieser Auslässe (8.3) mit einer Regelklappe (8.5) ganz oder teilweise verschließbar ausgeführt ist. Von außen durch das isolierte Gehäuse (7.3) der Rauchgas/Umwälzgas-Misch­ kammer (7) ragt der stufenlos regelbare Gasbrenner (9) in die Brennkammer (8.1) hinein. An die Wärmeträgeröl-Erhitzungsvorrich­ tung (8) über eine Wärmeträgeröl-Umwälzeinrichtung (10), bestehend aus Umwälzpumpe (10.1), Vorlauf- (10.2) und Rücklaufleitung (10.3) angeschlossen ist eine auch Prozeßwasser-Eindampfapparat genannte Spülwasserverdampfungs-Aufbereitungseinrichtung (11).

Diese wird vorzugsweise jedoch nicht ausschließlich mit einem von Wärmeträgeröl durchströmten Heizmantel (11.1) versehen, der gleichzeitig mittels N2-Gasraum (11.2) als Ausdehnungsgefäß (11.3) der Wärmeträgeröl-Erhitzungsvorrichtung (8) dient.

Der Verdampfungsbehälter (11.4) trägt an seinem unteren Ende (11.5) einen Schlammablaßtrichter (11.6) und am oberen Ende (11.7) einen Dampfdom (11.8), aus dem das verdampfte Wasser zum Wärmetauscher (1.7) der Vorbehandlungsanlage (1) (siehe Fig. 1) abströmt.

Über eine Wasserzufuhrleitung (11.9) wird die Spülwasserver­ dampfungs-Aufbereitungseinrichtung (11) ständig mit zu destillie­ rendem Spülwasser versorgt.

Da die bei (8.3) bzw. (8.4) austretenden Rauchgase ohnehin zur Beheizung der Wärmeträgeröl-Erhitzungsvorrichtung (8) und der Spülwasserverdampfungs-Aufbereitungseinrichtung (11) herangezogen werden, brauchen letztere auch nicht isoliert zu sein sondern befinden sich frei in der Rauchgas/Umwälzgas-Mischkammer (7).

Claims (7)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur De­ stillation von aus anorganisch betriebenen Oberflächenbehandlungs­ anlagen anfallenden Spülwässern zum Zwecke von deren Aufbereitung und Kreislaufwiederverwendung, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Spülwasserbehälter der Vorbehandlungsanlage anfallenden Spül­ wässer einem mittels gasbefeuerten Wärmeträgerölerhitzers beheiz­ ten Verdampfer zugeführt werden, wozu der Zufluß des Verdampfers am Überlauf des Spülwasserbehälters angeschlossen ist und daß der erzeugte Niederdruckdampf einem zur teilweisen oder vollständigen Erhitzung des Entfettungs-, Phosphatier- oder Chromatiermittelbe­ hälters dienenden Wärmetauscher zugeführt wird, wozu die Dampfab­ gangsleitung des Verdampfers über eine isolierte Dampfrohrleitung an dem Eintrittsstutzen des Wärmetauschers angeschlossen ist und daß das im Wärmetauscher anfallende Kondensat des Dampfes über einen Kondensatabscheider dem Spülwasserbehälter zugeführt wird, wozu die Abgangsleitung des Kondensatabscheiders unmittelbar oder über einen Pufferbehälter und/oder eine Förderpumpe an den Zulauf des Spülwasserbehälters angeschlossen ist.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem gasbefeuerten Wärmeträgerölerhitzer abzuführenden heißen Rauchgase der Mischkammer eines zur Vorbehandlungsanlage gehörenden Trockners zum Trocknen der vorbehandelten Werkstücke zugeführt werden, wozu der Rauchgasabgangsstutzen des Wärmeträ­ gerölerhitzers mit einem Eintrittsstutzen der Mischkammer mittels einer isolierten Rauchgasleitung verbunden ist.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem gasbefeuerten Wärmeträgerölerhitzer abzuführenden heißen Rauchgase der Mischkammer einer zur Wärmebehandlung der Be­ schichtung dienenden Wärmebehandlungskammer zugeführt werden bzw. Wärmeträgerölerhitzer und Mischkammer gemäß Anspruch 2 durch Rauchgasleitung verbunden sind.

4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase zunächst einer mit Temperatur von ca. 150-250°C betriebenen Wärmekammer zugeführt werden und deren Lufthaushalt durch Überleitung einer entsprechenden Menge Heißluft dem zur Vor­ behandlung gehörenden und mit Temperatur von 50-150°C betriebe­ nen Trockner zugeführt werden bzw. Wärmeträgerölerhitzer, Misch­ kammer der Wärmebehandlungskammer und Mischkammer des Trockners durch entsprechende Leitungen verbunden sind.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehre­ ren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme­ trägerölerhitzer in der Mischkammer besagter Wärmebehandlungskam­ mer oder jener des Trockners eingebaut ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehre­ ren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ dampfer in eine der Mischkammern eingebaut ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehre­ ren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdam­ pfer mit einem von Wärmeträgeröl durchströmten Heizmantel versehen ist, der gleichzeitig als Ausdehnungsgefäß ausgeführt ist.