WO2023041106A1 - Verfahren zur entfernung anhaftender oder immigrierter, olfaktorischer stoffe bei thermoplastischen kunststoffpartikeln und aufbereitungsvorrichtung dafür - Google Patents

Verfahren zur entfernung anhaftender oder immigrierter, olfaktorischer stoffe bei thermoplastischen kunststoffpartikeln und aufbereitungsvorrichtung dafür Download PDF

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infrared
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Jan Hendrik Ostgathe
Markus Vogt
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Kreyenborg Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for removing adhering or immigrated olfactory substances from thermoplastic particles which are present as bulk material and are exposed to dry, warm or hot air for a period of time in a treatment chamber of a warm air container.
  • the invention also relates to a processing device therefor.
  • odor-forming substances should be removed from the plastics or reduced to below the perceptibility threshold.
  • the olfactory substances can be formed both by foreign substances that adhere from a previous cycle of use or have migrated into the plastic matrix, as well as by monomers of the plastic and other ingredients that remain from production.
  • the wet cleaning of the plastic particles which is carried out anyway in the case of recycling, is often not able to remove all odor-causing substances. Even simply warming up in a warm air tank over a longer period of time does not remove these substances below the threshold of perception, or the necessary period of time is too long for economical operation.
  • DE 103 33 648 A1 discloses a combination of a warm air container with an upstream rotary infrared tube, through which plastic particles made of recycled polyester can be dried and crystallized, without any connection with olfactory substances being disclosed.
  • a processing method for plastic particles with impurities is known from EP 2 507 022 B2. It is provided that the plastic to be treated is first subjected to an extrusion process and that the pellets obtained in this way are subjected to hot air over a longer period of time.
  • a dense bulk bed in the dryer room is not well suited for extensive outgassing of volatile substances, so that it is suggested there to loosen the bulk material using agitators.
  • the upstream extrusion process, the very long treatment time in the hot air tank and the agitators required in practice lead to high energy consumption.
  • treatment in a warm air tank alone is not sufficient. Only a slow improvement in odor intensity is achieved. The lack of surface exchange and the low temperature gradient here between the product and the environment prevent a satisfactory result.
  • the object of the invention is to accelerate and improve the removal of olfactory substances from plastic particles, at least to such an extent that they are no longer noticeable to human perception or are no longer perceived as annoying.
  • the bulk material made of plastic particles is quickly heated by means of an infrared rotary tube to a temperature which, in the case of thermoplastics, is preferably only a few degrees below the softening point of the respective product. This already removes many volatile odors, which is promoted by the continuous circulation of the material in the rotary kiln and the rapid input of energy.
  • the packed bed in the infrared rotary kiln is only low in height and that the entire inner volume of the infrared rotary kiln is free, so that substances that are outgassing in the rotary kiln during the pre-treatment can be drawn off easily without moving elsewhere to stock again.
  • the plastic can be raised to the desired treatment temperature within a very short time using the infrared rotary tube.
  • the infrared radiation which acts on a flat and continuously agitated bed, heats up the individual particles from the core. This results in a partial pressure difference between the interior of the material and the ambient air, which ensures that the volatile odorous substances are transported very well from the interior to the surface.
  • the continuous surface exchange through the movement in the rotary tube during heating promotes the rapid and even heating of the product as well as optimal removal of the odorous substances that have already been dissolved in this process step.
  • the materials can be treated very quickly and very homogeneously, so that each individual particle is treated identically.
  • the continuous surface exchange also ensures that the maximum temperature in the material can be brought very close to the softening point, namely up to approx. 5 K.
  • the softening point is defined as a temperature at which plastic particles lying next to one another in the bed begin to stick together, ie at which agglomerate formation begins even with short contact times of a few minutes.
  • the temperature remains just below this threshold or only goes as far as the threshold, so that the further conveyance of the plastic particles is unproblematic and is not impeded by the formation of larger agglomerates.
  • agglomerates can be avoided even with longer aging times of up to 1 hour or even longer, provided that a temperature difference of at least 5° K below the temperature threshold described above for the spontaneous formation of agglomerates is maintained.
  • the absolute softening temperature depends on the product to be treated and must therefore be determined individually.
  • the product is discharged from the infrared rotary tube and conveyed further into a warm air container, in which it is post-treated with hot air over a period of a few hours, whereby the odorous substances are further expelled.
  • the temperature in the hot air tank is kept slightly below the maximum treatment temperature in the infrared rotary tube. This compensates for the higher pressure on the material that is created in the warm air tank by the product column.
  • the background to this is the mass that leads to compression of the material underneath in the product column within the large-volume container of the warm air container. Local overheating must be avoided.
  • the processing time in the hot air tank depends essentially on the type of material processed, in particular whether it is material from valuable recycling or from the production of new goods and what downstream application is planned for the material to be treated.
  • the process can be carried out either batchwise or continuously.
  • the invention also uses the time required for the bulk material to be ejected from the hot-air container.
  • the conveyor has at least has a closed jacket in sections and extends in some way from bottom to top, so that warm air can rise in it. Since the bulk material is isolated in the conveying device while it was previously in dense bulk in the warm air tank, volatile substances released by the previous heat treatment can easily escape from the bulk material during discharge through the conveying device.
  • the ejection process is particularly advantageous for a time of > 1 min up to 20 min if the temperature of the ejected material does not fall below A of 5 K compared to the treatment temperature in the hot air tank.
  • a possible structure for continuous operation is to heat up the bulk material as it passes through the infrared rotary tube. There it is quickly heated to a temperature that is only a few degrees below the softening point of the respective plastic. Many volatile substances are already separated in the process. The product is then transferred to a large-volume container for post-heat treatment with hot air over a period of a few hours, for which purpose it is fed in particular from above onto the bulk bed already present in the container.
  • the bulk z. B. be continuously discharged upwards with a vertical screw conveyor and thereby subjected to further treatment with air, which may also contain ozone.
  • the dwell time in the dryer can be controlled in such a way that the quantity charged at the entrance to the treatment room per unit of time corresponds to the quantity drawn off at the outlet of the treatment room per unit of time and at the same time the necessary treatment times in the first stage in the infrared rotary tube and the second and third stage in the hot air tank are achieved just as in batch operation and as is necessary for the desired degree of odor reduction.
  • the process described above can also be carried out in batches, as a so-called batch process.
  • a processing device suitable for this is designed in approximately the same way as a processing device for a continuous process, but the functional sequence is different.
  • a quantity of bulk material to be treated is first treated in the infrared rotary tube, then transferred as a complete portion to the warm air tank and completely removed after treatment in the warm air tank.
  • the infrared rotating tube is filled with a specified amount of product and the treatment with infrared radiation is started. After a specified treatment time at a temperature that is only a few degrees below the softening point of the respective plastic, the infrared rotary tube is completely emptied and the plastic is transferred to a warm air tank. There it is treated with warm air for a specified period of time, and the odorous substances are further expelled. Thereafter, the warm air tank is emptied and the plastic is conveyed away for further treatment or use.
  • an after-treatment device which comprises a conveying element which begins in the treatment chamber of the hot-air container and from there is aligned vertically or obliquely from bottom to top.
  • the post-treatment device can be designed, for example, as a screw conveyor in a vertically aligned screw conveyor tube.
  • this conveying element the bulk material is not only conveyed from the floor area of the treatment room to a higher discharge opening, but loosening and separating the bulk material during conveyance is achieved.
  • This causes a further after-treatment, in that hot air is once again swept over the loosened bed during transport and volatile substances that have migrated to the outside of the particles during the long period in the treatment room are removed.
  • an alternating sequence of treatments is set up as follows: intensive heating in a loose, isolated bed in the rotary kiln; Long-term exposure to hot air in dense bulk in the treatment room of the hot air tank;
  • ozone can also be used to reduce odors during treatment in the warm air tank for deodorization.
  • Ozone is already used to remove odors in various applications, e.g. B. for odor reduction in exhaust air flows in industry.
  • Ozone has an additional oxygen atom and is therefore significantly more reactive than pure oxygen in the air, which means that the reaction, e.g. B. is significantly accelerated with aromatic hydrocarbons. A further reduction in odor pollution can thus be achieved.
  • the ozone can be fed into the process at various points, alternatively or simultaneously:
  • the energy balance of the system can be improved by treating the odorous substances in a circulatory system.
  • the exhaust air from the rotary infrared tube and/or the hot air tank is routed through a unit with either a filter that is active for the odorous substances, e.g. B. activated carbon or potassium permanganate or an addition of ozone or irradiation with ultraviolet light, which in turn leads to the formation of ozone in the air flow.
  • a filter that is active for the odorous substances e.g. B. activated carbon or potassium permanganate or an addition of ozone or irradiation with ultraviolet light
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a processing device for carrying out the method in a schematic view
  • Fig. 7 shows the temperature profile of the bulk material over time in test 5 and
  • FIG. 8 shows a second embodiment of a processing device for carrying out the method in a schematic view.
  • FIG. 1 shows a treatment system 100 for removing adhering or immigrated olfactory substances from plastic particles.
  • This essentially comprises a combination of an infrared rotary tube 10 and a downstream hot air tank 20 with an air heating device 30 which is heated by a hot air generator 31 .
  • Plastic particles are fed into an infeed opening 14 on the infrared rotary tube 10 .
  • an axial conveyance takes place towards a discharge opening 15.
  • An infrared radiator unit 13 is arranged in the free interior of the drum 11 .
  • the infrared radiation emanating therefrom hits the bulk material spread out in the passages between the screw flights 12 .
  • the preheated bulk material is passed through an inlet opening 22 into the treatment space 23 of a hot air tank 20 with insulation 21.
  • the after-treatment device 50 is designed here as a conveyor screw 51 in a vertically aligned conveyor screw tube 52 .
  • the screw conveyor tube 52 is open at the bottom, so that bulk material is drawn in by the screw conveyor 51 in the area of the lowest point in the floor area 24 of the treatment chamber 23 and conveyed upwards in the screw conveyor tube 52 .
  • the screw conveyor tube 52 has an outlet opening 54. From there, the bulk material enters an intermediate container 27 and slides from there through a discharge tube 56 inclined downwards to a discharge opening 56. The treatment process is complete at the discharge opening 56, so that the Bulk goods can be packaged or otherwise processed.
  • the function of the after-treatment device 50 is not just to convey the bulk material out of the silo-like warm air tank 20 . Rather, the invention consciously provides for a significant lengthening of the path of the bulk material, which this travels out of the bulk bed in the treatment chamber 23 .
  • the promotion by the screw conveyor 51 causes a strong loosening of the bulk material compared to the dense arrangement in the treatment room 23.
  • the after-treatment device 50 specifies a conveying direction that is either vertical or inclined at such an angle to the vertical that a pronounced chimney effect is possible, through which volatile substances can be easily drawn off, for example by being caught by filters arranged at the end of the conveying section.
  • FIG. 8 shows a further treatment system 100' for removing adhering or immigrated olfactory substances from plastic particles.
  • This also includes a combination of the infrared rotary tube 10 and a downstream hot-air tank 20' with an after-treatment device 50' and the air-heating device 30, which is heated by a hot-air generator 31.
  • the bulk material pretreated in the infrared rotary tube 10 is conveyed to a feed device on the hot air tank 20' with an infeed opening 22'.
  • the after-treatment device 50' arranged in the hot-air tank 20' comprises a conveyor screw 51' in a vertically aligned conveyor screw tube 52' and a motor 53'.
  • the screw conveyor 51' extends from the feed device 22', which is arranged below the treatment chamber 23' and separated from it, through the treatment chamber 23' vertically upwards to an upper orifice opening 54', which is located within the treatment chamber 23'.
  • Hot or warm air is heated in the hot air generator 31 of the air heating device 30, fed into the warm air tank 20' at an opening 28' and drawn off again at a suction opening 29'.
  • the special feature of the hot air tank 20' is that the screw conveyor tube 52' is partially interrupted in the bottom area 24' of the lower, conical part of the treatment chamber 23'.
  • the bulk material is thus conveyed upwards by the rotation of the screw conveyor 51 'not only during the filling of the hot air tank 20' out of the feed device 22', but also bulk material which has already accumulated in the bottom area 24' is drawn in again and again up to the outlet opening 54 'Out of where it falls back into the treatment room 23'.
  • the bulk material is not only treated by the warm air which flows through the bed of bulk material in the treatment space 23', but the bulk material is additionally drawn in again and again by the screw conveyor 5T in the screw conveyor tube 52', circulated, loosened up and severely separated, so that volatile substances can evaporate well.
  • the bulk material is discharged at a discharge opening 56', which is arranged above the feed device 22' on the hot air tank 20'.
  • the hot air tank 20 used is an insulated tank with a capacity of 500
  • gas chromatographic analysis of polyethylene treated according to the invention identified the following odor-causing chemicals:
  • Air volume warm air tank 300 m 3 /h
  • Air volume warm air tank 300 m 3 /h
  • FIG. 2 shows the course of the mass temperature T in the bulk material particles over time t.
  • Graph 2.1 shows the temperature profile for two-stage heating with the infrared rotary tube as the first stage according to test 2 and
  • Graph 2.2 shows the temperature profile in the comparative test without using an infrared rotary tube.
  • FIG. 3 the residual olfactory load determined by sensors is plotted over time, specifically for each of the samples taken hourly.
  • 1 corresponds to an odor that is just barely perceptible and 10 to a strong odor that is perceived as disturbing.
  • Graph 3.1 shows the result of the bulk material treated according to the invention and graph 3.2 shows the result of the comparative test.
  • the treatment times and also the treatment temperatures in the warm air tank were the same in each case, the residual olfactory load on the batch treated according to the invention is significantly lower. Attempt 3:
  • thermoplastic elastomers TPE
  • thermoplastic vulcanizates TPV
  • Air volume warm air tank 400 m 3 /h
  • FIG. 4 shows the temperature profile over the first 20 minutes after charging in the infrared rotary kiln.
  • FIG. 5 shows the odor exposure determined by sensors over time.
  • PE-HD high-density polyethylene
  • Air volume warm air tank 300 m 3 /h
  • FIG. 6 shows the odor exposure determined by sensors in this test over time.
  • PS polystyrene
  • EPS expanded polystyrene
  • Air volume warm air tank 7 m 3 /h
  • FIG. 7 shows a possible temperature curve over the treatment time in such a continuous process in which the infrared and warm air treatment for PE-HD flakes are combined.
  • the dash-dotted line shows the division into a first phase in the infrared rotating tube 10 and a second phase in the warm air tank 20 .
  • the temperature on the surface of the particles in the bed is measured.
  • the high heating rate in the first phase is clearly visible.
  • the planned heating temperature of 120°C is reached on the surface in less than half of the planned time period t1 of 20 minutes.
  • Cooling down by 10°C is planned for the transition from the first to the second treatment stage, and the hot air treatment in the hot air tank is carried out at this reduced temperature of approx. 110°C over a longer period of time.

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Abstract

Verfahren zur Entfernung von anhaftenden oder immigrierten, olfaktorischen Stoffen aus thermoplastischen Kunststoffpartikeln, die als Schüttgut vorliegen und in einem Behandlungsraum (23) eines Warmluftbehälters (20) während einer Zeitdauer (t2) mit trockener, warmer Luft beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, - dass die Kunststoffpartikel vor der Behandlung in dem Warmluftbehälter in wenigstens einem Infrarot-Drehrohr (10) erwärmt werden, wobei das Infrarot-Drehrohr (10) wenigstens eine in einem zentralen Bereich seines Innenraums angeordnete und auf die Innenwandung seiner Trommel (11) gerichtete Infrarotstrahlereinrichtung (13) aufweist; und - dass die Kunststoffpartikel während einer Zeitdauer (t1) unter fortwährender Rotation der Trommel (11) erwärmt werden und danach im warmen Zustand mit einem maximalen Temperaturverlust von 20 K in den Behandlungsraum (23) des Warmluftbehälters (20) übergeleitet werden, wo sie während der Zeitdauer (t2) weiter mit Warmluft beaufschlagt werden und - dass das Schüttgut nach der Behandlung im Warmluftbehälter (20) über eine dritte Zeitdauer (t3) in einer sich von unten nach oben erstreckenden Fördereinrichtung (50) nachbehandelt und dabei ausgeschleust wird.

Description

Verfahren zur Entfernung anhaftender oder immigrierter, olfaktorischer Stoffe bei thermoplastischen Kunststoffpartikeln und Aufbereitungsvorrichtung dafür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von anhaftenden oder immigrierten, olfaktorischen Stoffen aus thermoplastischen Kunststoffpartikeln, die als Schüttgut vorliegen und in einem Behandlungsraum eines Warmluftbehälters während einer Zeitdauer mit trockener, warmer oder heißer Luft beaufschlagt werden. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Aufbereitungsvorrichtung dafür.
Beim Kunststoff-Recycling wie auch bei der Neuware-Produktion sollen geruchsbildende Stoffe aus den Kunststoffen entfernt oder bis unter die Wahrnehmbarkeitsschwelle reduziert werden.
Im Recycling sollen Gerüche aus der Vorverwendung des Materials entfernt werden. Es kommt in erster Linie als Mahlgut der Materialien PSPE oder PP aus z.
B. Waschmittelflaschen, Kraftstoffbehältern, Lebensmittelverpackungen o. ä.
Bei Neuware besteht eine Anforderung z. B. aus dem Automobilbau hinsichtlich möglichst niedriger Geruchsemmission, insbesondere bei Verwendung der Kunststoffe im KFZ-Innenraum.
Die olfaktorischen Substanzen können sowohl durch Fremdstoffe, die aus einem vorherigen Benutzungszyklus anhaften oder in die Kunststoffmatrix immigriert sind, gebildet sein wie auch durch Monomere des Kunststoffs und andere Inhaltsstoffe, die aus der Herstellung Zurückbleiben. Die im Falle des Recyclings ohnehin vorgenommene Nassreinigung der Kunststoffpartikel vermag oftmals nicht alle geruchsbildenden Stoffe zu entfernen. Auch durch eine bloße Erwärmung in einem Warmluftbehälter über einen längeren Zeitraum werden diese Stoffe nicht bis unterhalb der Wahrnehmungsschwelle beseitigt, oder der notwendige Zeitraum ist für einen wirtschaftlichen Betrieb zu lang.
Aus der DE 103 33 648 A1 ist eine Kombination eines Warmluftbehälters mit einem vorgeschalteten Infrarot-Drehrohr bekannt, durch welche Kunststoffpartikel aus recyceltem Polyester getrocknet und kristallisiert werden können, ohne dass dabei irgendein Zusammenhang mit olfaktorischen Stoffen offenbart ist.
Ein Aufbereitungsverfahren für Kunststoffpartikel mit Verunreinigungen ist aus der EP 2 507 022 B2 bekannt. Dabei ist vorgesehen, den zu behandelnden Kunststoff zunächst einem Extrusionsverfahren zu unterziehen und die dadurch gewonnen Pellets über einen längeren Zeitraum mit Heißluft zu beaufschlagen. Für eine weitreichende Ausgasung flüchtiger Stoffe ist ein dichtes Schüttbett im Trocknerraum aber nicht gut geeignet, so dass dort vorgeschlagen wird, die Schüttung durch Rührwerke aufzulockern. Der vorgeschaltete Extrusionsprozess, die sehr lange Behandlungsdauer im Heißluftbehälter und die in der Praxis notwendigen Rührwerke führen zu einem hohen Energieverbrauch. Außerdem ist die Behandlung in einem Warmluftbehälter allein nicht ausreichend. Es wird nur eine langsame Verbesserung der Geruchsintensität erzielt. Der fehlende Oberflächenaustausch und der hier geringe Temperaturgradient zwischen Produkt und Umgebung verhindern ein zufriedenstellendes Ergebnis.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Entfernung olfaktorischer Stoffe aus Kunststoffpartikeln zu beschleunigen und zu verbessern, zumindest in einem solchen Maß, dass sie für die menschliche Wahrnehmung nicht mehr bemerkbar sind oder nicht mehr als störend empfunden werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Entfernung anhaftender oder immigrierter, olfaktorischer Stoffe bei Kunststoffpartikeln gemäß Anspruch 1 gelöst, das im Wesentlichen auf einer Verwendung einer Kombination eines Warmluftbehälters mit einem vorgeschalteten Infrarot-Drehrohr beruht. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Aufbereitungsvorrichtung ist in Anspruch 9 angegeben.
Durch die Verwendung einer solchen Kombination eines Warmluftbehälters mit vorgeschaltetem Infra rot- Dreh rohr nach der Erfindung können geruchsbildende Substanzen, die bei Kunststoffpartikeln aller Art anhaften, schneller und umfassender beseitigt werden als durch die bloße Auslagerung in Heißluft.
Nach der Erfindung wird das Schüttgut aus Kunststoffpartikeln mittels eines Infrarot- Drehrohrs innerhalb kurzer Zeit auf eine Temperatur erwärmt, die im Falle thermoplastischer Kunststoffe vorzugsweise nur wenige Grad unterhalb der Erweichungstemperatur des jeweiligen Produktes liegt. Dabei kommt es bereits zur Entfernung vieler flüchtiger Geruchsstoffe, was durch die fortwährende Umwälzung des Materials im Drehrohr sowie den schnellen Energieeintrag begünstigt wird.
Wesentlich ist auch, dass das Schüttbett im Infrarot-Drehrohr nur eine geringe Höhe hat und dass das gesamte innere Volumen des Infrarot-Drehrohrs frei ist, so dass schon bei der Vorbehandlung in dem Drehrohr ausgasende Stoffe gut abgezogen werden können, ohne sich an anderer Stelle wieder anzulagern.
Durch das Infrarot-Drehrohr lässt sich innerhalb kürzester Zeit der Kunststoff auf die gewünschte Behandlungstemperatur anheben. Durch die Infrarotstrahlung, die auf ein flaches und andauernd umgewälztes Bett wirkt, erfolgt die Aufheizung der einzelnen Partikel aus dem Kern heraus. Dadurch kommt es zu einem Partialdruckunterschied zwischen dem Inneren des Materials und der Umgebungsluft, der für einen sehr guten Transport der leicht flüchtigen Geruchsstoffe aus dem Inneren heraus an die Oberfläche sorgt. Außerdem fördert der kontinuierliche Oberflächenaustausch durch die Bewegung im Drehrohr während der Erwärmung die schnelle und gleichmäßige Erwärmung des Produkts sowie eine optimale Abführung der schon in diesem Verfahrensabschnitt gelösten Geruchsstoffe. Die Materialien können sehr schnell und sehr homogen behandelt werden, so dass jeder einzelne Partikel eine identische Behandlung erfährt. Der kontinuierliche Oberflächenaustausch sorgt außerdem dafür, dass die Maximaltemperatur im Material sehr nah, nämlich bis ca. 5 K, an den Erweichungspunkt gebracht werden kann. Als Erweichungspunkt im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Temperatur definiert, bei der in der Schüttung aneinander liegende Kunststoffpartikel beginnen, miteinander zu verkleben, bei der also eine Agglomeratbildung selbst bei kurzer Kontaktdauer von wenigen Minuten einsetzt. Erfindungsgemäß bleibt die Temperatur knapp unterhalb dieser Schwelle oder geht nur bis an die Schwelle heran, so dass die weitere Förderung der Kunststoffpartikel unproblematisch ist und nicht durch Bildung größerer Agglomerate behindert wird.
Überraschend kann die Agglomeratbildung selbst bei längeren Auslagerungszeiten von bis zu 1 Stunde oder sogar darüber hinaus vermieden werden, sofern eine Temperaturdifferenz von mindestens 5° K unterhalb der oben beschriebenen Temperaturschwelle für die spontane Agglomeratbildung eingehalten wird.
Die absolute Erweichungstemperatur ist abhängig von dem zu behandelnden Produkt und muss daher individuell festgelegt werden.
Aus dem Infrarot-Drehrohr wird das Produkt ausgefördert und in einen Warmluftbehälter weitergefördert, in dem es über einen Zeitraum von einigen Stunden mit heißer Luft nachbehandelt wird, wobei die Geruchsstoffe weiter ausgetrieben werden.
Die Temperatur im Warmluftbehälter wird etwas unter der maximalen Behandlungstemperatur im Infrarot-Drehrohr gehalten. Damit wird der höhere Druck auf das Material kompensiert, der im Warmluftbehälter durch die Produktsäule entsteht. Hintergrund hiervon ist die Masse, die in der Produktsäule innerhalb des großvolumigen Behälters des Warmluftbehälters zu einer Stauchung des unten liegenden Materials führt. Lokale Überhitzungen müssen vermieden werden.
Die Verfahrenszeit im Warmluftbehälter hängt im wesentlichen mit der Art von verarbeitetem Material zusammen, insbesondere ob es sich um Material aus dem Wertstofflichen Recycling oder aus der Produktion von Neuware handelt und welche nachgelagerte Anwedung für das zu behandelnde Material vorgesehen ist.
Das Verfahren kann sowohl chargenweise als auch im kontinuierlichen Betrieb durchgeführt werden.
Dazu nutzt die Erfindung auch die Zeit der notwendigen Ausschleusung des Schüttguts aus dem Warmluftbehälter. Die Fördereinrichtung besitzt zumindest abschnittsweise einen geschlossenen Mantel und erstreckt sich in irgendeiner Weise von unten nach oben, so dass Warmluft darin aufsteigen kann. Da das Schüttgut in der Fördereinrichtung vereinzelt ist, während es zuvor in dem Warmluftbehälter noch in dichter Schüttung vorlag, können durch die vorherige Wärmebehandlung gelöste, volatile Stoffe gut während der Ausschleusung durch die Fördereinrichtung aus dem Schüttgut entweichen.
Hier hat sich gezeigt, dass der Ausschleusevorgang bei einer Zeit von > 1 min bis zu 20 min besonders vorteilhaft ist, wenn gleichzeitig die Temperatur des ausgeschleusten Materials im Vergleich zur Behandlungstemperatur im Warmluftbehälter ein A von 5 K nicht unterschreitet.
Ein möglicher Aufbau für eine kontinuierliche Betriebsweise sieht vor, das Schüttgut im Durchlauf durch das Infrarot-Drehrohr aufzuheizen. Dort wird es innerhalb kurzer Zeit auf eine Temperatur erwärmt, die nur wenige Grad unterhalb der Erweichungstemperatur des jeweiligen Kunststoffs liegt. Dabei werden bereits viele flüchtige Stoffe abgeschieden. Das Produkt wird dann in einen großvolumigen Behälter zur Wärmenachbehandlung mit heißer Luft über einen Zeitraum von einigen Stunden überführt, wozu es insbesondere von oben auf das im Behälter bereits vorhandene Schüttbett aufgegeben wird.
Aus dem Behälter kann das Schüttgut z. B. mit einer vertikalen Förderschnecke nach oben kontinuierlich ausgetragen werden und dabei einer weiteren Behandlung mit Luft unterzogen werden, die zusätzlich Ozon enthalten kann.
Durch eine geeignete Abstimmung der aufgegebenen Menge, der Drehzahl des Infrarot-Drehrohrs, dem Volumen des Behandlungsraums und der ausgetragenen Menge kann die Verweilzeit im Trockner so gesteuert werden, dass die eingangs des Behandlungsraums aufgegebene Menge pro Zeiteinheit mit der am Auslauf des Behandlungsraums abgezogenen Menge pro Zeiteinheit übereinstimmt und zugleich die notwendigen Behandlungszeiten in der ersten Stufe im Infrarot-Drehrohr und der zweiten und dritten Stufe im Warmluftbehälter genauso erreicht werden wie beim Batch-Betrieb und wie es zum gewünschten Minderungsgrad der Gerüche notwendig ist. Der vorstehend beschriebene Prozess kann alternativ auch chargenweise, als sogenannter Batchprozess, durchgeführt werden. Eine dafür geeignete Aufbereitungsvorrichtung ist annähernd gleich ausgebildet wie eine Aufbereitungsvorrichtung für einen kontinuierlichen Prozess, jedoch ist der Funktionsablauf unterschiedlich.
Im Chargen- oder Batchbetrieb wird eine Menge an zu behandelndem Schüttgut zuerst im Infra rot- Dreh rohr behandelt, dann als vollständige Portion in den Warmluftbehälter übergeleitet und nach der Behandlung im Warmluftbehälter vollständig entnommen.
Das Infrarot-Drehrohr wird mit einer festgelegten Menge an Produkt befüllt und die Behandlung mit Infrarotstrahlung wird begonnen. Nach einer festgelegten Behandlungszeit mit einer Temperatur, die nur wenige Grad unterhalb der Erweichungstemperatur des jeweiligen Kunststoffs liegt, wird das Infrarot-Drehrohr vollständig entleert und der Kunststoff wird in einen Warmluftbehälter übergeleitet. Dort wird er für eine festgelegte Zeit mit Warmluft behandelt, und die Geruchsstoffe werden weiter ausgetrieben. Danach wird der Warmluftbehälter entleert, und der Kunststoff wird zur weiteren Behandlung oder Verwendung abgefördert.
Besonders vorteilhaft ist in beiden Verfahrensvarianten, wenn eine Nachbehandlungseinrichtung vorgesehen ist, die ein Förderorgan umfasst, das seinen Anfang im Behandlungsraum des Warmluftbehälters hat und von dort vertikal oder schräg von unten nach oben ansteigend ausgerichtet ist.
Die Nachbehandlungseinrichtung kann beispielsweise als Förderschnecke in einem vertikal ausgerichteten Förderschneckenrohr ausgebildet sein. Mit diesem Förderorgan wird das Schüttgut nicht nur aus dem Bodenbereich des Behandlungsraums zu einer höher gelegenen Ausschleusöffnung gefördert, sondern es wird eine Auflockerung und Vereinzelung des Schüttguts bei der Förderung erreicht. Dies bewirkt eine weitere Nachbehandlung, indem noch einmal Heißluft über die während der Förderung aufgelockerte Schüttung streicht und flüchtige Substanzen, die während der langen Aufenthaltsdauer im Behandlungsraum an die Partikelaußenseiten migriert sind, beseitigt werden. Somit stellt sich bei dieser bevorzugten Verfahrensvariante eine alternierende Abfolge von Behandlungen wie folgt ein: intensive Erwärmung in loser, vereinzelter Schüttung im Drehrohr; Langzeitbeaufschlagung mit Heißluft in dichter Schüttung im Behandlungsraum des Warmluftbehälters;
- Auslagerung aus dem Behandlungsraum oder Umwälzung in loser, vereinzelter Schüttung mittels der Nachbehandlungseinrichtung.
- Auslagerung in einem Zeitraum von > 1 min mit einem Temperaturverlust von 5 K im Vgl. zur Behandlungstemperatur im Warmluftbehälter
- Ausschleusung über ein Förderorgan, das das Schüttgut vereinzelt oder in loser Schüttung transportiert, so dass während des Transports flüchtige Substanzen entweichen können.
Als weitere Option kann außerdem vorgesehen sein, während der Behandlung im Warmluftbehälter zur Desodorierung zusätzlich Ozon zur Geruchsreduzierung einzusetzen. Ozon wird bereits zur Geruchsentfernung in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, z. B. zur Geruchsreduktion in Abluftströmen in der Industrie. Ozon hat ein zusätzliches Sauerstoffatom und ist somit deutlich reaktionsfreudiger als reiner Luftsauerstoff, wodurch die Reaktion z. B. mit aromatischen Kohlenwasserstoffen deutlich beschleunigt wird. Damit lässt sich eine weitere Reduzierung der Geruchsbelastung erreichen. . Die Einspeisung des Ozons in den Prozess kann an verschiedenen Stellen erfolgen, alternativ oder gleichzeitig:
Injektion in die Kühlluft der Infrarot-Lampen im Drehrohr;
Injektion direkt in das Infrarot-Drehrohr;
Injektion in einen Luftstrom des Warmluftbehälters oder
Injektion in die optionale Nachbehandlungseinrichtung.
Außerdem kann die Energiebilanz des Systems durch die Behandlung der Geruchsstoffe in einem Kreislaufsystem verbessert werden. Dabei wird die Abluft aus dem Infra rot- Dreh rohr und / oder dem Warmluftbehälter durch eine Einheit geleitet mit entweder einem für die Geruchsstoffe aktiven Filter, z. B. Aktivkohle oder Kaliumpermanganat oder einer Zugabe von Ozon oder einer Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, das wiederum zur Bildung von Ozon im Luftstrom führt. Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Aufbereitungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in schematischer Ansicht;
Fig. 2 den Verlauf der Massetemperatur T in den Schüttgutpartikeln über der Zeit bei den Versuchen 1 und 2;
Fig. 3 die sensorisch ermittelte, olfaktorische Restbelastung über der Zeit bei den Versuchen 1 und 2;
Fig. 4 den Temperaturverlauf des Schüttguts über der Zeit bei Versuch 3;
Fig. 5 die sensorisch ermittelte Geruchsbelastung über der Zeit bei Versuch 3;
Fig. 6 die sensorisch ermittelte Geruchsbelastung über der Zeit bei Versuch 4;
Fig. 7 den Temperaturverlauf des Schüttguts über der Zeit bei Versuch 5 und
Fig. 8 eine zweite Ausführungsform einer Aufbereitungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in schematischer Ansicht.
In Figur 1 ist eine Behandlungsanlage 100 zur Entfernung anhaftender oder immigrierter, olfaktorischer Stoffe bei Kunststoffpartikeln dargestellt. Diese umfasst im Wesentlichen eine Kombination eines Infrarot-Drehrohrs 10 und eines nachgeschalteten Warmluftbehälters 20 mit einer Lufterwärmungsvorrichtung 30, die über einen Heißluftgenerator 31 beheizt wird.
Kunststoffpartikel werden an einer Einschleusöffnung 14 am Infrarot-Drehrohr 10 aufgegeben. Durch eine Schnecke mit Stegen 12 an der Innenseite der Trommel 11 erfolgt eine axiale Förderung zu einer Ausschleusöffnung 15 hin. Im freien Innenraum der Trommel 11 ist eine Infrarotstrahlereinheit 13 angeordnet. Die davon ausgehende Infrarotstrahlung trifft auf das in den Gängen zwischen den Schneckenstegen 12 ausgebreitete Schüttgut. Nach Durchlaufen des Infrarot-Drehrohrs 10 wird das vorerwärmte Schüttgut über eine Einschleusöffnung 22 in den Behandlungsraum 23 eines Warmluftbehälters 20 mit einer Isolierung 21 geleitet. Dort verweilt es über eine längere Zeitdauer, die sich zwischen dem Zeitpunkt ergibt, zu dem das Schüttgut von oben auf das im Behandlungsraum 23 befindliche Schüttbett aufgelegt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wo die betreffende Portion bis zu einer Einzugsöffnung einer Nachbehandlungseinrichtung 50 im Bodenbereich 24 des Behandlungsraums 23 gelangt ist.
Die Nachbehandlungseinrichtung 50 ist hier als Förderschnecke 51 in einem vertikal ausgerichteten Förderschneckenrohr 52 ausgebildet. Das Förderschneckenrohr 52 ist unten offen, so dass Schüttgut im Bereich der tiefsten Stelle im Bodenbereich 24 des Behandlungsraums 23 von der Förderschnecke 51 eingezogen und im Förderschneckenrohr 52 nach oben gefördert wird. Am oberen Ende besitzt das Förderschneckenrohr 52 eine Mündungsöffnung 54. Von dort gelangt das Schüttgut in einen Zwischenbehälter 27 und rutscht von dort durch ein schräg nach unten geneigtes Ausschleusrohr 56 bis zu einer Ausschleusöffnung 56. Bei der Ausschleusöffnung 56 ist der Behandlungsprozess abgeschlossen, so dass das Schüttgut verpackt oder anderweitig weiterverarbeitet werden kann.
Die Funktion der Nachbehandlungseinrichtung 50 besteht nicht lediglich in der Förderung des Schüttguts aus dem siloartigen Warmluftbehälter 20 heraus. Vielmehr sieht die Erfindung bewusst eine deutliche Verlängerung des Weges des Schüttguts vor, die dieses aus dem Schüttbett im Behandlungsraum 23 heraus zurücklegt. Die Förderung durch die Förderschnecke 51 bewirkt eine starke Auflockerung des Schüttguts im Vergleich zu der dichten Anordnung im Behandlungsraum 23. Weiterhin ist wesentlich, dass die Nachbehandlungseinrichtung 50 eine Förderrichtung vorgibt, die entweder vertikal ist oder in einem solchen Winkel zur Vertikalen geneigt ist, dass ein ausgeprägter Kamineffekt möglich ist, durch den volatile Stoffe leicht abgezogen werden können, indem sie z.B. durch am Ende der Förderstrecke angeordnete Filter aufgefangen werden Wenn eine solche vertikale oder stark geneigte Ausrichtung nicht möglich ist, wird vorzugsweise ein Winkel des Förderrohrs von 45° gewählt. Die Auflockerung des Schüttguts in der Förderschnecke 51 zusammen mit der durchziehenden Warmluft sorgt dafür, dass die durch die lange Wärmebehandlung in den vorherigen Behandlungsstufen herausgelösten und in randnahe Schichten der Partikel migrierten Stoffe abdünsten können. In gegenläufiger Richtung zur Bewegung des Schüttguts im Behandlungsraum 23 wird an einer Öffnung 28 im unteren Bereich des Warmluftbehälters 20 Heißluft eingeleitet, welche durch das Schüttbett im Innenraum geleitet wird und an einer Absaugöffnung 29 an der Oberseite abgezogen wird, um in der der Lufterwärmungsvorrichtung 30 aufbereitet und in dem Heißluftgenerator 31 nacherhitzt zu werden.
In Figur 8 ist eine weitere Behandlungsanlage 100‘ zur Entfernung anhaftender oder immigrierter, olfaktorischer Stoffe bei Kunststoffpartikeln dargestellt. Diese umfasst ebenfalls eine Kombination des Infrarot-Drehrohrs 10 und eines nachgeschalteten Warmluftbehälters 20‘ mit einer Nachbehandlungseinrichtung 50‘ und der Lufterwärmungsvorrichtung 30, die über einen Heißluftgenerator 31 beheizt wird.
Das im Infra rot- Dreh rohr 10 vorbehandelte Schüttgut wird zu einer Aufgabeeinrichtung an dem Warmluftbehälter 20‘ mit einer Einschleusöffnung 22‘ gefördert.
Die im Warmluftbehälter 20‘ angeordnete Nachbehandlungseinrichtung 50‘ umfasst eine Förderschnecke 51 ‘ in einem vertikal ausgerichteten Förderschneckenrohr 52‘ und einen Motor 53‘. Die Förderschnecke 51 ‘ erstreckt sich von der Aufgabeeinrichtung 22‘, die unterhalb des Behandlungsraums 23‘ angeordnet und davon abgetrennt ist, durch den Behandlungsraum 23‘ hindurch vertikal nach oben bis zu einer oberen Mündungsöffnung 54‘, die sich innerhalb des Behandlungsraums 23‘ befindet.
Heiß- bzw. Warmluft wird in dem Heißluftgenerator 31 der Lufterwärmungsvorrichtung 30 aufgeheizt, an einer Öffnung 28‘ in den Warmluftbehälter 20’eingeleitet und an einer Absaugöffnung 29‘ wieder abgezogen.
Die Besonderheit des Warmluftbehälters 20‘ besteht darin, dass das Förderschneckenrohr 52‘ im Bodenbereich 24‘ des unteren, kegelförmigen Teils des Behandlungsraums 23‘ teilweise unterbrochen ist. Somit wird das Schüttgut durch die Rotation der Förderschnecke 51 ‘nicht nur während der Befüllung des Warmluftbehälters 20‘ aus der Aufgabeeinrichtung 22‘ heraus nach oben gefördert, sondern es wird zusätzlich bereits im Bodenbereich 24‘ angesammeltes Schüttgut erneut eingezogen und abermals bis zu der Mündungsöffnung 54‘ geführt, von wo es wieder in den Behandlungsraum 23‘ fällt. Dadurch wird das Schüttgut nicht nur durch die Warmluft behandelt, welche durch das Schüttgutbett im Behandlungsraum 23‘ strömt, sondern das Schüttgut wird zusätzlich immer wieder durch die Förderschnecke 5T im Förderschneckenrohr 52‘ eingezogen, umgewälzt, aufgelockert und stark vereinzelt, so dass flüchtige Substanzen gut abdünsten können.
Wenn der Warmluft-Behandlungsprozess im Warmluftbehälter 20‘ abgeschlossen ist, erfolgt die Ausschleusung des Schüttguts an einer Ausschleusöffnung 56', die oberhalb der Aufgabeeinrichtung 22‘ am Warmluftbehälter 20‘ angeordnet ist.
Nachfolgend werden mehrere Verfahrensbeispiele beschrieben, bei denen jeweils die in Figur 1 abgebildete Behandlungsanlage 100 verwendet wurde. Der eingesetzte Warmluftbehälter 20 ist ein isolierter Behälter mit einem Füllvolumen von 500
I. Dieser wird durch einen Heißluftstrom von unten nach oben durchströmt.
Nach Durchlaufen beider Behandlungsstufen werden mehrere Proben abgetrennt und nach Abkühlung sowohl gaschromatografisch wie auch sensorisch hinsichtlich der in den Kunststoffpartikeln verbliebenen VOC („Volatile Organic Compounds“) bzw. SVOC („Semi Volatile Organic Compounds“) bzw. „Gerüche“ getestet.
Beispielsweise wurden bei der gaschromatografischen Analyse von nach der Erfindung behandeltem Polyethylen folgende geruchsbildenden chemischen Stoffe identifiziert:
- Azeton
Toluene
- Xylene
Benzophenone
Mesitylene
- Aliphatische Kohlenwasserstoffe
- Aromatische Kohlenwasserstoffe
Benzol
Limonen
Die qualitative Geruchsreduktion wurde außerdem sensorisch getestet, wobei folgende Geruchsbeschreibungen gemäß der Studie von M. STRANGL et al./“Journal of Cleaner Production“ gewählt wurden: rauchig zitronig - wachsartig fettig / ranzig muffig seifig / Waschhilfsmittel
Versuch 1 : Vergleichsversuch
Behandlung von PE-HD, schwarz, Granulat, nur im Warmluftbehälter, ohne Benutzung eines vorgeschalteten Infrarot-Drehrohrs.
Versuchsparameter:
Produktmenge insgesamt: 216 kg
Schüttgewicht: 0,6 kg/l
Vorlauftemperatur Warmluftbehälter: 115 °C
Erweichungstemperatur Schüttgut: ca. 125 °C
Luftmenge Warmluftbehälter: 300 m3/h
Probenentnahme: jede volle Behandlungsstunde
Versuchsschritte:
1.) Befüllen des Behälters am Warmluftbehälter (2 min)
2.) Aufheizen des Behältervolumens (150 min)
3.) Entnahme des Schüttguts nach einer Gesamtbehandlungszeit von 7 h
Versuch 2:
Zweistufige Behandlung gemäß der Erfindung von PE-HD, schwarz, Granulat
Versuchsparameter:
Produktmenge insgesamt: 216 kg
Batchgröße: 36 kg
Schüttgewicht: 0,6 kg/l
Vorlauftemperatur Warmluftbehälter: 115 °C
Erweichungstemperatur Schüttgut: ca. 125 °C
Luftmenge Warmluftbehälter: 300 m3/h
Probenentnahme: direkt nach Batch sowie jede volle Behandlungsstunde Versuchsschritte:
1.) Infrarot-Drehrohr befüllen (2 min)
2.) Behandlung des Produktes mit Infrarot (t1= 25 min)
3.) Entleerung des Infrarot-Drehrohres in den Nachbehälter (2 min)
4.) Nachbehandlung im Behandlungsraum während einer Zeitdauer t2 bis zu einer
Gesamtbehandlungszeit von 6h mit einer Heißlufttemperatur von 115 °C
5.) Ausschleusen des Materials über t3 = 10 min und abschließende sensorische
Prüfung.
Die Ergebnisse der beiden vorstehend beschriebenen Versuche sind in den Figuren 2 und 3 gegenübergestellt.
Figur 2 zeigt den Verlauf der Massetemperatur T in den Schüttgutpartikeln über der Zeit t. Dabei zeigt: der Graph 2.1 den Temperaturverlauf bei der zweistufigen Aufheizung mit dem Infrarot-Drehrohr als erster Stufe gemäß Versuch 2 und der Graph 2.2 den Temperaturverlauf bei dem Vergleichsversuch ohne Einsatz eines Infrarot-Drehrohrs.
Es ist aus einem Vergleich der Graphen 2.1 , 2.2. deutlich erkennbar, dass nach der Erfindung die gewünschte Prozesstemperatur sehr viel schneller erreicht wird als beim Vergleichsversuch.
In Figur 3 ist die sensorisch ermittelte, olfaktorische Restbelastung über der Zeit aufgetragen, und zwar für jede der stündlich genommenen Proben. In der sensorischen Skala entspricht 1 einer gerade noch wahrnehmbaren Geruchsbelastung und 10 einer starken, als störend empfundenen Geruchsbelastung. Der Graph 3.1 gibt das Ergebnis des nach der Erfindung behandelten Schüttguts wieder und der Graph 3.2 das Ergebnis des Vergleichsversuchs. Obwohl die Behandlungszeiten und auch die Behandlungstemperaturen im Warmluftbehälter jeweils gleich waren, ist die verbleibende olfaktorische Restbelastung an der erfindungsgemäß behandelten Charge deutlich geringer. Versuch 3:
Versuchsdurchführung mit Neuware aus thermoplastischen Elastomeren (TPE), insbesondere thermoplastischen Vulkanisaten (TPV) als Dichtungsmaterial der Automobilindustrie.
Versuchsparameter:
Produktmenge insgesamt: 60 kg
Schüttgewicht: 0,5 kg/l
Batchgröße: 30 kg
Vorlauftemperatur Warmluftbehälter: 115 °C
Erweichungstemperatur Schüttgut: ca. 130 °C
Luftmenge Warmluftbehälter: 400 m3/h
Probenentnahme: direkt nach Batch sowie jede volle Behandlungsstunde
Versuchsschritte:
1.) Infrarot-Drehrohr befüllen (2 min)
2.) Behandlung des Produktes mit Infrarot (t1= 20 min) Temperaturkurve siehe Figur 4.
3.) Entleeren des Infrarot-Drehrohres in den vorgeheizten Nachbehälter (2 min)
4.) Nachbehandlung im Behandlungsraum während einer Zeitdauer t2 bis zu einer
Gesamtbehandlungszeit von 4:20 h mit einer Heißlufttemperatur von 120 °C
5.) Ausschleusen des Materials über t3 = 10 min und abschließende sensorische
Prüfung
Figur 4 zeigt den Temperaturverlauf über die ersten 20 Minuten nach Aufgabe im Infrarot-Drehrohr.
Figur 5 zeigt die sensorisch ermittelte Geruchsbelastung über der Zeit.
Versuch 4
Behandlung von Polyethylen hoher Dichte (PE-HD), bunt, Flakes, Ware des Dualen Systems. Versuchsparameter:
Produktmenge insgesamt: 125 kg
Schüttgewicht: 0,35 kg/l
Batchgröße: 21 kg
Vorlauftemperatur Warmluftbehälter: 110 °C
Erweichungstemperatur Schüttgut: ca. 120 °C
Luftmenge Warmluftbehälter: 300 m3/h
Probenentnahme: direkt nach Batch sowie jede volle Behandlungsstunde
Versuchsschritte:
1.) Infrarot-Drehrohr befüllen (2 min)
2.) Behandlung des Produktes mit Infrarot (20 min)
3.) Entleeren des Infrarot-Drehrohres in den vorgeheizten Nachbehälter (2 min)
4.) Nachbehandlung im Behandlungsraum während einer Zeitdauer t2 bis zu einer
Gesamtbehandlungszeit von 4:20 h mit einer Heißlufttemperatur von 120 °C
5.) Ausschleusen des Materials über t3= 10 min und abschließende sensorische
Prüfung
Figur 6 zeigt die bei diesem Versuch sensorisch ermittelte Geruchsbelastung über der Zeit.
Versuch 5 kontinuierlicher Behandlungsprozess für PE-HD Flakes
Versuchsparameter:
Infrarot-Drehrohr: IRD 180/360
Durchsatz: 1000 kg/h
Schüttgewicht: 0,33 kg/l
Erweichungstemperatur Material: 125 °C
Volumen des Warmluftbehälters: 12 m3
Vorlauftemperatur des Warmluftbehälters: 115 °C
Luftmenge im Warmluftbehälter: 2500 m3/h Versuchsschritte:
1.) Kontinuierliche Befüllung des Infrarot-Drehrohr;
2.) Behandlung des Produktes mit Infrarotstrahlung (t1 = 20 min)
3.) Entleerung des Infrarot-Drehrohres in den Heißluftbehälter (kontinuierlich unter
Vorhaltung von Produkt für mind. 4 h)
4.) Nachbehandlung im Heißluftbehälter bis zu einer Gesamtbehandlungszeit von 4h mit einer Zulufttemperatur von 115 °C
5.) Ausschleusen des Materials über t3 = 15 min zur direkten Weiterverarbeitung.
Versuch 6
Behandlung von Polystyrol (PS), naturfarben- transparent, Regranulat hergestellt aus EPS (expandiertem Polystyrol) aus Sammelsystemen, zweistufige Behandlung
Versuchsparameter:
Produktmenge insgesamt: 20 kg
Batchgröße: 20 kg
Schüttgewicht: 0,45 kg/L
Behandlungstemperatur IR Batch 90 °C
Vorlauftemperatur Warmluftbehälter: 85 °C
Luftmenge Warmluftbehälter: 7 m3/h
Probenahme: direkt nach der Behandlung im Infrarot- Drehrohr, sowie 3, 6 und 8 Stunden nach der Beschickung des Warmluftbehälters
Versuchsschritte:
1.) Infra rot- Dreh rohr befüllen (2 min)
2.) Behandlung mit Infrarot (20 min)
3.) Entleerung des Infrarot-Drehrohres in den Warmluftbehälter (2 min)
4.) Nachbehandlung im Behandlungsraum bis zu einer Gesamtbehandlungszeit von t2 = 8:20 h mit einer Heißlufttemperatur von 85°C
5.) Ausschleusen des Materials über t3 = 5 min und abschließende sensorische
Prüfung. Figur 7 zeigt einen möglichen Temperaturverlauf über der Behandlungszeit in einem solchen kontinuierlichen Prozess, bei dem die Infrarot- und Warmluftbehandlung für PE-HD-Flakes kombiniert sind. Die strichpunktierte Linie zeigt die Unterteilung in eine erste Phase im Infrarot-Drehrohr 10 und eine zweite Phase im Warmluftbehälter 20 an. Gemessen wird die Temperatur an der Oberfläche der Partikel in der Schüttung.
Gut sichtbar ist die hohe Aufheizrate in der ersten Phase. Die vorgesehene Aufheiztemperatur von 120°C wird an der Oberfläche in weniger als der Hälfte der vorgesehen Zeitdauer t1 von 20 min erreicht.
Bei der Überleitung von der ersten in die zweite Behandlungsstufe ist eine Abkühlung um 10°C vorgesehen, und die Heißluftbehandlung im Warmluftbehälter wird bei dieser reduzierten Temperatur von ca. 110°C über einen längeren Zeitraum durchgeführt.
Bezuqszeichenliste
10 Infrarot-Drehrohr
11 Trommel
12 Schneckensteg
13 Infrarotstrahlereinrichtung
20; 20’ Warmluftbehälter
21 Isolierung
22; 22‘ Einschleusöffnung
23; 23’ Behandlungsraum
24; 24’ Bodenbereich
27 Zwischenbehälter
28; 28‘ Öffnung zur Heißlufteinleitung
29 Absaugöffnung
50; 50’ Fördereinrichtung
51 ; 5T Förderschnecke
52; 52’ Förderschneckenrohr
53‘ Motor
54; 54‘ obere Mündungsöffnung
55 Ausschleusrohr
56; 56‘ Ausschleusöffnung
30 Lufterwärmungsvorrichtung
31 Heißluftgenerator

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Entfernung von anhaftenden oder immigrierten, olfaktorischen Stoffen aus thermoplastischen Kunststoffpartikeln, die als Schüttgut vorliegen und in einem Behandlungsraum (23; 23’) eines Warmluftbehälters (20; 20’) während einer Zeitdauer t2 mit trockener, warmer Luft beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Kunststoffpartikel vor der Behandlung in dem Warmluftbehälter in wenigstens einem Infrarot-Drehrohr (10) erwärmt werden, wobei das Infrarot-Drehrohr (10) wenigstens eine in einem zentralen Bereich seines Innenraums angeordnete und auf die Innenwandung seiner Trommel (1 1 ) gerichtete Infrarotstrahlereinrichtung (13) aufweist; und
- dass die Kunststoffpartikel während einer Zeitdauer t1 unter fortwährender Rotation der Trommel (11 ) erwärmt werden und danach im warmen Zustand mit einem maximalen Temperaturverlust von 20 K in den Behandlungsraum (23; 23’) des Warmluftbehälters (20; 20’) übergeleitet werden, wo sie während der Zeitdauer t2 weiter mit Warmluft beaufschlagt werden und
- dass das Schüttgut nach der Behandlung im Warmluftbehälter (20; 20’) über eine dritte Zeitdauer t3 in einer sich von unten nach oben erstreckenden Fördereinrichtung (50; 50’) nachbehandelt und dabei ausgeschleust wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut mittels der Fördereinrichtung (50; 50’) aus einem Bodenbereich des Behandlungsraums (23; 23’) im Warmluftbehälter (20; 20’) zu einer Ausschleusöffnung (54; 54’) gefördert wird, und wobei die Fördereinrichtung (50; 50’) vertikal oder in einem Winkel zur Vertikalen geneigt und durch wenigstens eine geschlossene Wandung von dem Behandlungsraum (23; 23’) getrennt ist. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut mittels einer in einem Förderschneckenrohr (52; 52’) rotierenden Förderschnecke (51 ) von einem Bodenbereich (24; 24‘) des Behandlungsraums (23; 23’) nach oben, zu einer höher gelegenen Mündungsöffnung (54; 54’) der Fördereinrichtung (50; 50’) gefördert wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut von der Mündungsöffnung (54; 54’) der Fördereinrichtung (50; 50’) durch eine Gefällestrecke zu einer tiefer liegenden Ausschleusöffnung (56; 56‘) gefördert wird. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut mittels der Fördereinrichtung (50; 50’) kontinuierlich aus der Ausschleusöffnung (56; 56‘) im Warmluftbehälter (20; 20’) ausgeschleust wird. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffpartikel in dem Infrarot-Drehrohr (10) und/oder in dem Warmluftbehälter (20; 20’) bis auf eine Temperatur von 10 K bis 5 K unterhalb der Erweichungstemperatur erwärmt werden. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut bei der Überleitung von dem Infrarot- Drehrohr (10) und/oder im Warmluftbehälter (20; 20’) mit Ozon beaufschlagt wird. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut aus Kunststoffpartikeln aus Polystyrol, Polyolefinen und/oder thermoplastischen Elastomeren besteht. Aufbereitungsvorrichtung (100; 100’) zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wenigstens umfassend:
- ein Infrarot-Drehrohr (10), das in einem zentralen Bereich seines Innenraums wenigstens eine auf die Innenwandung seiner Trommel (11 ) gerichtete Infrarotstrahlereinrichtung (13) aufweist;
- eine Überleitungseinrichtung zur Überleitung des Schüttguts von dem Infrarot-Drehrohr (10) in einen Warmluftbehälter (20; 20’);
- den Warmluftbehälter (20; 20’) mit einem Silogehäuse mit wenigstens einem inneren Behandlungsraum (23; 23’), einer Einschleusöffnung (22; 22‘) und einer Ausschleusöffnung (56; 56‘)
- eine Lufterwärmungsvorrichtung (30), die Warmluft in den Behandlungsraum (23; 23’) fördert und von dort abzieht. dadurch gekennzeichnet, dass sich eine als Nachbehandlungseinrichtung dienende Fördereinrichtung (50; 50’) vom Behandlungsraum (23; 23’) ausgehend nach oben erstreckt. Aufbereitungsvorrichtung (100; 100’) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (50; 50’) eine nach oben fördernde Förderschnecke (51 ; 51 ') umfasst, die in einem Förderschneckenrohr (52; 52’) angeordnet ist, bei welchem in einem trichterförmigen Bodenbereich (24; 24‘) des Behandlungsraums (23; 23’) wenigstens eine Einzugsöffnung angeordnet ist und wobei oberhalb davon wenigstens eine Mündungsöffnung (54; 54‘) in dem Förderschneckenrohr (52; 52’) vorgesehen ist. Aufbereitungsvorrichtung (100; 100’) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Mündungsöffnung (55; 54‘) ein Ausschleusrohr (55) anschließt, das sich mit Gefälle von der Mündungsöffnung (54; 54‘) zu der Ausschleusöffnung (56; 56‘) im Warmluftbehälter (20; 20’) erstreckt. 22 Aufbereitungsvorrichtung (100; 100’) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Förderschneckenrohr (52; 52’) vertikal oder in einem Winkel von weniger als 45° geneigt zur Vertikalen angeordnet ist und sich über wenigstens einen Teil seiner Länge durch den Behandlungsraum (23; 23’) hindurch erstreckt. Aufbereitungsvorrichtung (100; 100’) nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung der Trommel (11 ) mit wenigstens einem Schneckensteg (12) versehen ist.
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