WO2018078050A1 - Prallreaktor zum zerkleinern von verbundmaterial und verfahren zum zerkleinern von verbundmaterial - Google Patents

Prallreaktor zum zerkleinern von verbundmaterial und verfahren zum zerkleinern von verbundmaterial Download PDF

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baffle reactor
baffle
cooling medium
rotor
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Ralf Schäfer
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Schäfer Elektrotechnik U. Sondermaschinen Gmbh
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    • B02C23/00—Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
    • B02C23/08—Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating

Definitions

  • the invention relates to a baffle reactor for comminuting composite material, comprising a cylindrical shell, in which a rotor is arranged and a filling opening for filling the composite material and a discharge opening for discharging the comminuted composite material.
  • Baffle reactors are used to shred objects composed of different materials so that a material separation is possible.
  • the objects are crushed by a impact stress with a high pulse transfer by means of rotating impact elements and separated into individual components.
  • a baffle reactor is known with a cylindrical basic body, in which a rotor driven by a drive motor is arranged.
  • the rotor is made of wear-resistant steel and has interchangeable at its propeller-shaped or wing-shaped ends
  • baffle reactor removal openings In the shell region of the baffle reactor removal openings are arranged. These can be covered with slotted or perforated sheets, so that a differentiated discharge of comminuted particles in the desired particle size is possible.
  • Beverage packages often include at least one polyethylene terephthalate (PET) packaging portion. This material can be recycled to high quality and, for example, to textile fibers
  • PET-containing material does not heat up so much during comminution that the material properties change adversely.
  • the invention has for its object to provide a baffle reactor for comminuting composite material, which allows a gentle comminution of temperature-sensitive materials.
  • the impact reactor according to the invention for comminuting composite materials comprises a cylindrical jacket in which a rotor is arranged and a filling opening for filling the composite materials and a removal opening for discharging the comminuted composite material, wherein at least one further filling opening for a cooling medium is provided.
  • Composite material does not overheat the composite material.
  • the rotor may be provided with baffles arranged at the free ends of the rotor blades.
  • the rotor can be rod-shaped Rotor blades or alternatively chains, ropes, sword-shaped rotor blades or wings have.
  • the cooling medium comprises water.
  • Water is particularly inexpensive and easy to use.
  • Composite materials such as beverage packaging can be crushed particularly effectively and gently in a baffle reactor when the process is performed together with water. This is because the water filled in the baffle reactor mixes rapidly with the composite material. This dampens the water
  • Contaminate and residues can be removed from the composite material. This is particularly advantageous in connection with the crushing of beverage packaging. Usually located in
  • the result of the comminution is a comminuted, or in individual components separated and purified composite material.
  • the cooling medium may comprise an additive.
  • Additives are in particular those substances which facilitate the purification and separation of substances
  • additives are, for example, surfactant-containing or alcohol-containing cleaning agents which dissolve beverage residues and the like.
  • Other possible additives are solvents, which release, for example, adhesive labels or adhesive residues from the composite material.
  • the removal opening may be associated with a classifier. This is particularly advantageous if there is a continuous discharge of the comminuted composite material from the impingement reactor. This is the case, for example, when the removal opening of the impact reactor is open at least during the comminution process. In principle, a batchwise operation is conceivable. This is especially the case when the residence time of the composite material in the impact reactor is very short.
  • the classifier is designed as an air classifier. This allows effective separation of the film-like components from the material removed from the baffle reactor.
  • the baffle reactor on a lid, which with the
  • the further filling opening may be associated with the jacket and / or the lid.
  • the cooling medium is preferably added simultaneously with the composite material in the baffle reactor space.
  • the cooling medium may be liquid nitrogen, dry ice or a comparable cooling medium.
  • the cooling medium is water, which is added via a filling opening in the baffle reactor space.
  • the cooling medium may further comprise an additive.
  • the crushed composite material can be continuously removed from the
  • Impaler reactor space can be removed. Alternatively, the crushed
  • Composite material batchwise be removed from the baffle reactor space In particular, in plastic, for example, made of PET beverage packaging are composite materials with a relatively low specific weight and a relatively low strength.
  • a cooling medium is also introduced into the impingement reactor chamber, it is possible to prevent the composite material from being heated and thus from being prevented from being used further.
  • the residence time is only fractions of seconds. This may be the case in particular if the rotor has a plurality of rotor blades arranged one above the other which can be arranged offset from one another on the same shaft. In this embodiment, a kind of labyrinth forms, which causes rapid comminution.
  • Cooling medium water and the short residence time of the composite material of a few seconds in the impingement reactor chamber ensures that the composite material is separated only into its individual components. This may be due to the removal of the crushed composite material
  • This can be in the form of a
  • Wind sifter or be designed in the form of a sieve.
  • the use of an air classifier has proven to be advantageous and very effective.
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of the impact reactor according to the invention.
  • Figure 1 shows a baffle reactor 1, or a
  • the impact reactor 1 comprises a cylindrical shell 2 made of metallic material.
  • a rotor 3 is arranged, which is provided with baffles 5.
  • the rotor 3 is operatively connected to an electric motor 6, which is arranged outside the shell 2.
  • the shaft connecting the rotor 3 to the electric motor 6 extends in the axial direction of the cylindrical jacket 2.
  • the rotor 3 is provided with wings 4 which protrude radially from the shaft. At the ends of the free wings 4 are
  • the baffle elements 5 are removably attached to the wings 4.
  • the impact reactor 1 is closed at the rotor facing away from the end with a cover 7.
  • the jacket 2 has a filling opening 9 for filling the composite material.
  • the jacket 2 also has in the region of the rotor 3 a removal opening 8 for discharging the comminuted composite material.
  • a further filling opening 10 is integrated for a cooling medium.
  • the further filling opening 10 is formed as a pipe socket through which water can be passed into the limited by the jacket 2 and the cover 7 baffle reactor space.
  • the removal opening 8 is a classifier 1 1 in the form of a
  • the composite material is introduced via the filling opening 9 into the impingement reactor chamber. Furthermore, a cooling medium is added via the further filling opening 10 into the baffle reactor. The composite material is comminuted under the action of the rotor 3 and the cooling medium provided with the baffles 5 and finally discharged via the removal opening 8 from the baffle reactor space. Subsequent to the removal of the comminuted composite material, a classification by means of a
  • Air classifier The removal of the shredded composite material from the
  • Baffle reactor space is carried out continuously in the present embodiment.
  • the device is also suitable for batchwise operation.

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  • Food Science & Technology (AREA)
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Abstract

Prallreaktor (1) zum Zerkleinern von Verbundmaterial, umfassend einen zylindrischen Mantel (2), in welchem ein Rotor (3) angeordnet ist sowie eine Einfüllöffnung (9) zum Einfüllen des Verbundmaterials und eine Entnahmeöffnung (8) zum Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials, wobei zumindest eine weitere Einfüllöffnung (10) für ein Kühlmedium vorgesehen ist.

Description

Patentanmeldung
Anmelder: Schäfer Elektrotechnik u. Sondermaschinen GmbH, 67308
Rüssingen
Prallreaktor zum Zerkleinern von Verbundmaterial und Verfahren zum
Zerkleinern von Verbundmaterial
Die Erfindung betrifft einen Prallreaktor zum Zerkleinern von Verbundmaterial, umfassend einen zylindrischen Mantel, in welchem ein Rotor angeordnet ist sowie eine Einfüllöffnung zum Einfüllen des Verbundmaterials und eine Entnahmeöffnung zum Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials.
Prallreaktoren werden verwendet, um Gegenstände, die aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt sind, so zu zerkleinern, dass eine Stofftrennung möglich ist. Dabei werden die Gegenstände durch eine Schlagbeanspruchung mit einem hohen Pulsübertrag mittels rotierender Prallelemente zerkleinert und in einzelne Bestandteile aufgetrennt. Aus der EP 0 859 693 B1 ist ein Prallreaktor bekannt mit einem zylindrischen Grundkörper, in welchem ein durch ein Antriebsmotor angetriebener Rotor angeordnet ist. Der Rotor ist aus verschleißfestem Stahl ausgebildet und weist an seinen propellerförmigen oder flügeiförmigen Enden austauschbare
Prallelemente auf.
Im Mantelbereich des Prallreaktors sind Entnahmeöffnungen angeordnet. Diese können mit geschlitzten oder gelochten Blechen abgedeckt sein, so dass ein differenzierter Austrag von zerkleinerten Partikeln in gewünschter Partikelgröße möglich ist.
Bei der Zerkleinerung von kunststoffhaltigen Verbundmaterialien besteht das Problem, dass sich das Kunststoffmaterial aufgrund des hohen
Energieeintrags in Folge der hohen mechanischen Beanspruchung erhitzt, so dass eine hochwertige Weiterverwendung des Kunststoffs oft nicht mehr möglich ist. Getränkeverpackungen umfassen oftmals wenigstens einen Verpackungsanteil aus Polyethylenterephthalat (PET). Dieses Material kann hochwertig wiederverwertet und beispielsweise zu Textilfasern
weiterverarbeitet werden. Hierbei ist aber wesentlich, dass PET-haltige Material während der Zerkleinerung nicht so stark zu erhitzen, dass sich die Werkstoffeigenschaften nachteilig verändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prallreaktor zum Zerkleinern von Verbundmaterial bereitzustellen, welcher ein schonendes Zerkleinern von temperaturempfindlichen Materialien ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Der erfindungsgemäße Prallreaktor zum Zerkleinern von Verbundmaterialien umfasst einen zylindrischen Mantel, in welchem ein Rotor angeordnet ist sowie eine Einfüllöffnung zum Einfüllen der Verbundmaterialien und eine Entnahmeöffnung zum Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials, wobei zumindest eine weitere Einfüllöffnung für ein Kühlmedium vorgesehen ist.
Während des Zerkleinerungsvorgangs wird neben dem Verbundmaterial ein Kühlmedium in den Prallreaktor eingegeben. Während der mechanischen Beanspruchung durch den Rotor, kommt es zu einer schnellen und starken Durchmischung von Verbundmaterial und Kühlmedium, so dass es trotz starker mechanischer Beanspruchung und eines hohen Impulsübertrages zwischen Rotor und Verbundmaterial oder zwischen Mantel und
Verbundmaterial nicht zu einer Überhitzung des Verbundmaterials kommt.
Der Rotor kann mit Prallelementen versehen sein, welche an den freien Enden der Rotorblätter angeordnet sind. Der Rotor kann stabförmige Rotorblätter oder alternativ auch Ketten, Seile, schwertförmige Rotorblätter oder Flügel aufweisen.
Vorzugsweise umfasst das Kühlmedium Wasser. Wasser ist besonders kostengünstig und einfach in der Verwendung. Des Weiteren hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass insbesondere PET-haltige
Verbundmaterialien, wie beispielsweise Getränkeverpackungen besonders effektiv und schonend in einem Prallreaktor zerkleinert werden können, wenn der Prozess zusammen mit Wasser durchgeführt wird. Das ist darauf zurückzuführen, dass sich das in den Prallreaktor eingefüllte Wasser schnell mit dem Verbundmaterial mischt. Dabei dämpft das Wasser den
Impulsübertrag des Rotors auf das Verbundmaterial, überträgt aber
gleichzeitig den aufgenommenen Impuls auf das Verbundmaterial. Dies bewirkt eine schonende Auftrennung des Verbundmaterials. Dadurch dass Wasser eine sehr hohe Energieaufnahmekapazität aufweist, kann ein Erhitzen des Verbundmaterials wirksam vermieden werden. Insofern ermöglicht Wasser ein schonendes Zerkleinern von Verbundmaterialien in einem
Prallreaktor und verhindert gleichzeitig die Überhitzung des Verbundmaterials. Ein weiterer Vorteil von Wasser ist, dass eventuelle wasserlösliche
Verunreinigen und Rückstände aus dem Verbundmaterial entfernt werden können. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit der Zerkleinerung von Getränkeverpackungen vorteilhaft. Zumeist befinden sich in
Getränkeverpackungen Rückstände von Getränken und dergleichen. Ergebnis der Zerkleinerung ist ein zerkleinertes, beziehungsweise in Einzelbestandteile getrenntes und aufgereinigtes Verbundmaterial.
Das Kühlmedium kann einen Zusatzstoff umfassen. Zusatzstoffe sind insbesondere solche Stoffe, die die Reinigung und Stofftrennung des
Verbundmaterials verbessern. Derartige Zusatzstoffe sind beispielsweise tensidhaltige oder alkoholhaltige Reinigungsmittel, welche Getränkereste und dergleichen anlösen. Weitere denkbare Zusatzstoffe sind Lösungsmittel, welche beispielsweise anhaftende Etiketten oder Klebstoffreste von dem Verbundmaterial lösen.
Es ist ferner denkbar, als Kühlmedium allein oder zusammen mit Wasser flüssigen Stickstoff oder Trockeneis einzusetzen. Beide bewirken eine signifikante Abkühlung des Verbundmaterials und verhindern eine
Überhitzung des Materials während der Zerkleinerung. Des Weiteren wird durch die starke Abkühlung eine Versprödung des Verbundmaterials erzielt, was die Trennung unterstützen kann.
Der Entnahmeöffnung kann eine Klassiereinrichtung zugeordnet sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein kontinuierliches Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials aus dem Prallreaktor erfolgt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Entnahmeöffnung des Prallreaktors zumindest während des Zerkleinerungsvorgangs geöffnet ist. Prinzipiell ist auch ein batchweiser Betrieb denkbar. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Verweildauer des Verbundmaterials in dem Prallreaktor sehr kurz ist.
Für den Fall der Zerkleinerung von folienhaltigen Verbundmaterialen ist es vorteilhaft, wenn die Klassiereinrichtung als Windsichter ausgebildet ist. Dies ermöglicht ein effektives Abtrennen der folienhaften Bestandteile aus dem aus dem Prallreaktor entnommenen Material. Vorzugsweise weist der Prallreaktor einen Deckel auf, welcher mit dem
Mantel einen Prallreaktorraum begrenzt. Dabei kann die weitere Einfüllöffnung mit dem Mantel und/oder dem Deckel zugeordnet sein. In diesem
Zusammenhang ist es insbesondere denkbar, dass in den Mantel und/oder den Deckel ein Wasseranschluss integriert ist. Dabei kann der
Wasseranschluss so ausgebildet sein, dass ein Wasserstrahl auf den Rotor gerichtet ist. Die mechanische Beanspruchung des Verbundmaterials ist im Bereich des Rotors am höchsten, daher ist eine besonders effektive Kühlung möglich, wenn der Wasserstrahl direkt auf den Rotor gerichtet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zerkleinern von Verbundmaterial in einem Prallreaktor wird Verbundmaterial über eine Einfüllöffnung in einen Prallreaktorraum gegeben. In dem Prallreaktorraum wird unter Einwirkung des Rotors das Verbundmaterial zerkleinert und über eine Entnahmeöffnung aus dem Prallreaktorraum ausgeschleust. Erfindungsgemäß wird mit dem
Verbundmaterial ein Kühlmedium in den Prallreaktorraum gegeben. Dabei wird das Kühlmedium vorzugsweise gleichzeitig mit dem Verbundmaterial in den Prallreaktorraum gegeben.
Bei dem Kühlmedium kann es sich um flüssigen Stickstoff, Trockeneis oder ein vergleichbares Kühlmedium handeln. Vorzugsweise ist das Kühlmedium Wasser, welches über eine Einfüllöffnung in den Prallreaktorraum gegeben wird. Das Kühlmedium kann ferner einen Zusatzstoff umfassen.
Das zerkleinerte Verbundmaterial kann kontinuierlich aus dem
Prallreaktorraum entnommen werden. Alternativ kann das zerkleinerte
Verbundmaterial batchweise aus dem Prallreaktorraum entnommen werden. Insbesondere bei aus Kunststoff, beispielsweise aus PET-bestehenden Getränkeverpackungen handelt es sich um Verbundmaterialien mit einem vergleichsweise geringen spezifischen Gewicht und einer vergleichsweise geringen Festigkeit. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem neben dem Verbundmaterial auch ein Kühlmedium in den Prallreaktorraum gegeben wird, kann verhindert werden, dass sich das Verbundmaterial erhitzt und dadurch einer weiteren Verwendung nicht zugeführt werden kann.
Aufgrund des geringen spezifischen Gewichts und der verhältnismäßig geringen Festigkeit ist lediglich eine kurze Verweildauer des Verbundmaterials in dem Prallreaktorraum erforderlich. Daher kann dieses kontinuierlich aus dem Prallreaktorraum entnommen werden.
Zur Zerkleinerung von kunststoffhaltigen Verbundmaterialien ist eine
Verweildauer von bis zu 10 Sekunden ausreichend. Häufig ist es wünschenswert, dass das Verbundmaterial lediglich in seine
Einzelbestandteile aufgetrennt und nicht weiter zerkleinert wird. Dabei ist es denkbar, dass die Verweildauer lediglich Bruchteile von Sekunden beträgt. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der Rotor mehrere übereinander angeordnete Rotorblätter aufweist, welche auf derselben Welle versetzt zueinander angeordnet sein können. Bei dieser Ausgestaltung bildet sich eine Art Labyrinth, was eine schnelle Zerkleinerung bewirkt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere durch das
Kühlmedium Wasser und der kurzen Verweildauer des Verbundmaterials von wenigen Sekunden in dem Prallreaktorraum wird sichergestellt, dass das Verbundmaterial lediglich in seine Einzelbestandteile aufgetrennt wird. Dabei kann sich an die Entnahme des zerkleinerten Verbundmaterials eine
Klassierung anschließen. Diese kann beispielsweise in Form eines
Windsichters oder in Form eines Siebes ausgebildet sein. Bei folienhaltigem Verbundmaterial hat sich die Verwendung eines Windsichters als vorteilhaft und sehr effektiv herausgestellt.
Figur 1 zeigt schematisch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Prallreaktors.
Figur 1 zeigt einen Prallreaktor 1 , beziehungsweise eine
Prallreaktoranordnung zum Zerkleinern von Verbundmaterial. Der Prallreaktor 1 umfasst einen zylindrischen Mantel 2 aus metallischem Material. Im
Bodenbereich im inneren des Mantels 2 ist ein Rotor 3 angeordnet, welcher mit Prallelementen 5 versehen ist. Der Rotor 3 ist mit einem Elektromotor 6 wirkverbunden, welcher außerhalb des Mantels 2 angeordnet ist. Die den Rotor 3 mit dem Elektromotor 6 verbindende Welle verläuft in Axialrichtung des zylindrischen Mantels 2. Der Rotor 3 ist mit Flügeln 4 versehen, welche radial von der Welle abragen. An den Enden der freien Flügel 4 sind
Prallelemente 5 angeordnet. Die Prallelemente 5 sind auswechselbar an den Flügeln 4 befestigt. Der Prallreaktor 1 ist an der rotorabgewandten Stirnseite mit einem Deckel 7 verschlossen. Der Mantel 2 weist eine Einfüllöffnung 9 zum Einfüllen des Verbundmaterials auf. Der Mantel 2 weist ferner im Bereich des Rotors 3 eine Entnahmeöffnung 8 zum Ausschleusen des zerkleinerten Verbundmaterials auf. In den Deckel 7 ist eine weitere Einfüllöffnung 10 für ein Kühlmedium integriert. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die weitere Einfüllöffnung 10 als Rohrstutzen ausgebildet, durch welchen Wasser in den durch den Mantel 2 und den Deckel 7 begrenzten Prallreaktorraum geleitet werden kann. Der Entnahmeöffnung 8 ist eine Klassiereinrichtung 1 1 in Form eines
Windsichters zugeordnet.
Zum Zerkleinern wird das Verbundmaterial über die Einfüllöffnung 9 in den Prallreaktorraum gegeben. Des Weiteren wird ein Kühlmedium über die weitere Einfüllöffnung 10 in den Prallreaktor gegeben. Das Verbundmaterial wird unter Einwirkung des mit den Prallelementen 5 versehenen Rotors 3 und des Kühlmediums zerkleinert und schließlich über die Entnahmeöffnung 8 aus dem Prallreaktorraum ausgeschleust. Im Anschluss an die Entnahme des zerkleinerten Verbundmaterials erfolgt eine Klassierung mittels eines
Windsichters. Die Entnahme des zerkleinerten Verbundmaterials aus dem
Prallreaktorraum erfolgt bei der vorliegenden Ausgestaltung kontinuierlich. Die Vorrichtung ist aber auch für einen batchweisen Betrieb geeignet.

Claims

Patentansprüche 1 . Prallreaktor (1 ) zum Zerkleinern von Verbundmaterial, umfassend einen zylindrischen Mantel (2), in welchem ein Rotor (3) angeordnet ist sowie eine Einfüllöffnung (9) zum Einfüllen des Verbundmaterials und eine Entnahmeöffnung (8) zum Ausschleusen des zerkleinerten
Verbundmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Einfüllöffnung (10) für ein Kühlmedium vorgesehen ist.
2. Prallreaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Kühlmedium Wasser umfasst.
3. Prallreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Kühlmedium einen Zusatzstoff umfasst.
4. Prallreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium Trockeneis und/oder flüssigen Stickstoff umfasst.
5. Prallreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmeöffnung (8) eine Klassiereinrichtung (1 1 ) zugeordnet ist.
6. Prallreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallreaktor (1 ) einen Deckel (7) aufweist, welcher mit dem Mantel (2) einen Prallreaktorraum begrenzt.
7. Prallreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Einfüllöffnung (10) dem Mantel (2) und/oder dem Deckel (7) zugeordnet ist. Verfahren zum Zerkleinern von Verbundmaterial in einem Prallreaktor (1 ), bei welchem Verbundmaterial über eine Einfüllöffnung (9) in einen Prallreaktorraum gegeben wird, in dem Prallreaktorraum unter
Einwirkung des Rotors (3) zerkleinert und über eine Entnahmeöffnung (8) aus dem Prallreaktorraum ausgeschleust wird, dadurch
gekennzeichnet, dass mit dem Verbundmaterial ein Kühlmedium in den Prallreaktorraum gegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zerkleinerte Verbundmaterial kontinuierlich aus dem Prallreaktorraum entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Entnahme des zerkleinerten Verbundmaterials eine Klassierung anschließt.
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