VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR TRENNUNG VON ZÄHELASTISCHEN MATERIALIEN WIE KUNSTSTOFFEN UND VON UNTER MECHANISCHER BEANSPRUCHUNG ZERFASERNDEN STOFFEN WIE PAPIER |
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| 申请号 | EP97920706.5 | 申请日 | 1997-04-17 | 公开(公告)号 | EP0914209B1 | 公开(公告)日 | 2000-06-14 |
| 申请人 | "Der Grüne Punkt" Duales System Deutschland Aktiengesellschaft; | 发明人 | FAHRBACH, Gerhard; SCHNETTLER, Heinz, Reiner; | ||||
| 摘要 | The invention concerns a process for the separation of viscoplastic materials such as plastics and rubber from materials, particularly paper, which can be shredded and defibrated by mechanical action, and a device to carry out the process. The process is chararcterised in that the mixture of the materials to be separated is subjected to radial, axial and tangential acceleration forces, with a mass flow of comminuted fibrous material and another mass flow of essentially intact plastic materials being drawn off separately. The device for carrying out the process consists of a strainer basket (1) of cylindrical or preferably polygon shape, the outer casing of which is provided with holes (2) to allow the fibrous materials to pass through. The inside of the strainer basket is provided with a coaxial drive shaft (3) with preferably rigidly mounted blades (4). | ||||||
| 权利要求 | |||||||
| 说明书全文 | Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von bei Normaltemperatur zähelastischen Materialien wie Kunststoffen und Kautschuk von anderen Materialien, die unter großer mechanischer Beanspruchung zerfasern wie z. B. Papier, Pappe, Karton oder andere zellulosefaserhaltige Produkte. Insbesondere bei der Abfallentsorgung und Wiedergewinnung der in den Abfällen enthaltenen Stoffe stellt die Trennung von Kunststoffen und Papier ein erhebliches Problem dar. Derartige Mischabfälle, die sowohl Kunststoffe als auch Papier oder andere Zelluloseprodukte enthalten, fallen in großen Mengen an. So weisen z. B. die vorsortierten Kunststoffverpackungen aus den Sammlungen des Dualen Systems, insbesondere die sogenannte Mischfraktion, einen nicht unerheblichen Papieranteil aus, der sich zusammensetzt aus Papieretiketten, Fehlzuordnung bei der Sortierung und Papier-Kunststoffverbundmaterialien. Bisher erfolgte die Trennung von Kunststoff, Kautschuk und anderen zähelastischen Materialien von zellulosefaserhaltigen Materialien wie Papier, Pappe und Karton im Naßtrennverfahren durch weitgehende Auflösung der Fasermatrix und anschließende Trennung in mindestens zwei Stoffströme, nämlich den zelluslosehaltigen Schlamm mit hohem Wassergehalt und den wasserunlöslichen Kunststoff. Dieses Verfahren erfordert einen erheblichen energetischen und maschinellen Aufwand. Die Papierauflösung erfolgt hier beispielsweise in einer Naßmühle, wobei zum Zerkleinerungsvorgang ein Vielfaches des Gewichtes an Kunststoff und Papier an Wasser zugegeben wird. Hier erfordern insbesondere die zu beschleunigenden Wassermassen sehr viel Energie. Zur Trennung von Papierfasern und dem entstandenen Schlamm aus Füllstoffen, Schmutz oder anderen Stoffen vom Kunststoff werden sogenannte Friktionsscheider eingesetzt. In jedem Falle ist anschließend der faserreiche Massestrom zu entwässern, z. B. mit Schwing- oder Bodensieben. Zusätzlich wird der Wassergehalt üblicherweise durch Pressen wie Kammerfilterpressen reduziert, wobei immer noch ein hoher Wassergehalt von mehr als 50 % im Produkt verbleibt. Falls die papierfaserreiche Masse nicht zu verwerten ist, was bei Altmaterialien der Regelfall ist, so fallen durch den hohen Wassergehalt entweder hohe Deponiekosten oder im Falle der thermischen Nutzung der Abfälle ein erheblicher Trocknungsaufwand an. Auch der Kunststoff ist, insbesondere wenn er reich an Folien ist, wie das z. B. bei der Kombination aus den häufig vorkommenden Polyethylenfolien mit Papier resultiert, zu entwässern, was in erster Linie mit mechanischen Trocknern durchgeführt wird. Hierzu werden modifizierte Zentrifugen oder Schleudern eingesetzt. Gegebenenfalls ist auch noch eine thermische (Nach-)Trocknung erforderlich, so daß insgesamt der Trennungsaufwand erhebliche Kosten verursacht und wegen des hohen Energieaufwandes ökologisch unvorteilhaft ist. Hierzu wurden zahlreiche Untersuchungen durchgeführt. Beispielhaft sind hier genannt: Louis Jetten, Stoffliches Kunststoffrecycling und die Rolle des Wassers in Aufbereitungstechnik beim Verwerten von Kunststoffen, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1993 und Technologiestudie: Stoffliches Kunststoffrecycling, Teil 2, Herausgeber EWvK, Entwicklungsgesellschaft für die Wiederverwertung von Kunststoffen, Wiesbaden, 1992. Es sind auch bereits Verfahren zur trockenen Trennung von Papier und Kunststoffen bekannt, die unter Nutzung von elektrostatischer Aufladung arbeiten. Hier sei die Trennung im Freifallscheider genannt, die z. B. in DE 32 27 874 und DE 42 25 977 beschrieben wird. Dieses Verfahren hat erhebliche Nachteile. Das Aufgabegut muß hier ganz bestimmte Voraussetzungen an die geometrischen Abmaße erfüllen. Es werden auch hohe Anforderungen an den Trockengrad des Aufgabegutes gestellt. Der operative Aufwand ist erheblich. Zudem lassen sich mit diesem Verfahren keinen kraft- und formschlüssigen Verbundmaterialien trennen. Die US 4,440,635 zeigt ein Naßverfahren zur Trennung von Papier und Kunststoff, bei dem das zu verarbeitende Material durch kontrollierte Zugabe von Feuchtigkeit auf einen vorbestimmten Feuchtigkeitsgehalt gebracht wird, wodurch vermieden werden soll, daß überschüssige Feuchtigkeit zugeführt wird. Der Aufbau eines unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehaltes der zu trennenden Materialien aufgrund ihrer unterschiedlichen Feuchtigkeitsabsorptionsfähigkeit ist hier jedoch wie bei allen Naßsystemen weiterhin der wesentliche Aspekt des Verfahrens. Die US 3,941,689 offenbart eine Vorrichtung zur Zerkleinerung und Sortierung unterschiedlicher aber in sich im wesentlichen homogener Abfallprodukte. Dabei werden die aufgegebenen Teile in einem mehrstufigen Verfahren sukzessive in Abhängigkeit von ihrer Stabilität zerkleinert bzw. pulverisiert und durch Absiebung voneinander getrennt. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein ökologisch vorteilhaftes, verfahrenstechnisch einfaches Verfahren zur Trennung von zähelastischen Materialien wie Kunststoffen und Kautschuk von unter hoher mechanischer Beanspruchung zerfasernden Stoffen wie z. B. Papier, Pappe und Karton bereitzustellen. Als Beispiele für Kunststoffe sind zu nennen: LDPE, HDPE, PP, Polystyrol, PVC, PET und ABS. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß es möglich ist, auf verfahrenstechnisch einfache Weise zähelastische Materialien wie Kunststoffe und Kautschuk von faserhaltigen Materialien wie Papier trocken durch Beaufschlagung der Mischung aus Kunststoffen und faserhaltigem Material mit hohen Beschleunigungs- und Aufprallkräften zu trennen, wobei das faserhaltige Material unter Einwirkung der Kräfte zerfasert und durch die entsprechenden Öffnungen eines Siebkorbes austritt, während der nichtzerfasernde Kunststoff im Innern des Gehäuses verbleibt und in Axialrichtung ausgetragen wird. Die Anwendung von Beschleunigungs- und Aufprallkräften oder die Verwendung einer Zentrifuge zur Trockentrennung von Papier- und Kunststoff ist als überraschend anzusehen, da bisher Zentrifugen stets zur Trennung von Fest-Flüssig-Phasen oder Flüssig-Flüssig-Phasen eingesetzt worden sind. Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur trockenen Trennung von zähelastischen Materialien wie Kunststoffen und Kautschuk, von unter mechanischer Beanspruchung zerfasernden Materialien, insbesondere Papier, wobei die zu trennenden Materialien hohen radialen, axialen und tangentialen Beschleunigungskräften und Aufprallkräften unterworfen werden und ein Massestrom aus Fasermaterial und ein Massestrom aus zähelastischen Materialien getrennt abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zähelastischen Materialien und die unter mechanischer Beanspruchung zerfasernden Materialien im wesentlichen als Verbundmaterialien vorliegen und lediglich das faserhaltige Material unter Einwirkung der Kräfte zerfasert und vom zähelastischen Material abgetrennt wird, wobei die zähelastischen Materialien im wesentlichen in einem unzerkleinerten Zustand in dem Massestrom abgezogen werden. Das zu trennende Material wird bevorzugt auf eine Größe ≤ 50 mm vorzerkleinert. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einem Siebkorb welcher eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist und welcher in einem Mantel Bohrungen oder Auslässe für den Durchtritt des zerfasernden Materials aufweist, wobei die Bohrungen an einer Innenseite des Siebkorbes scharfe Kanten zur Verstärkung der Zerfaserungswirkung aufweisen und wobei in einem Innenbereich des Siebkorbes koaxial eine drehbare Antriebswelle angeordnet ist, auf welcher mit der Antriebswelle verbundene Schaufeln befestigt sind, wobei eine Rotationsgeschwindigkeit der Schaufeln in einem Bereich von 1000 bis 2000 Umdrehungen pro Minute so einstellbar ist, daß lediglich das faserhaltige Material zerfasert und vom zähelastischen Material abgetrennt wird, wobei die zähelastischen Materialien im wesentlichen in einem unzerkleinerten Zustand in einem getrennten Massestrom abgezogen werden. Die Antriebswelle wird z. B. über einen Flansch (5) und mit einem Riemtrieb mit E-Motor (nicht gezeichnet) angetrieben. Der Schaufeldurchmesser ist im Verhältnis so bemessen, daß zwischen Schaufelende und Gehäuse ein Spalt verbleibt. In Abhängigkeit von der Geometrie kann die Größe des zu zerkleinernden Materials variiert werden. Aufgabeseitig weisen die ersten Schaufeln im Gehäuse zwecks besserer Verteilung der aufgegebenen zu trennenden Materialmischung im Gehäuse einen geringeren Durchmesser als die nachfolgenden Schaufeln auf. Gehäuse und innenliegende rotierende Welle mit Schaufeln sind in einem Kasten (6) angeordnet, der eine Aufgabeöffnung (7) für die zu trennende Materialmischung und am anderen Ende eine Austrittsöffnung (8) für den im Inneren der Trommel verbleibenden und durch die rotierenden Schaufeln geförderten Kunststoff aufweist. Der Kasten (6) weist ferner eine Austrittsöffnung (9) für das abgetrennte Papier auf. Zur besseren Abtrennung des Papiers kann ein (nicht gezeichneter) umlaufender Schaber vorgesehen werden. Das Gehäuse ist bevorzugt aus einem hochfesten und korrosionsbeständigen Material wie Edelstahl, ebenso die Antriebswelle und Schaufeln. Die Bohrungen (2) bzw. Auslässe an der Peripherie des Siebkorbes (1) weisen scharfe Kanten (nicht gezeichnet!) auf, die zur besseren Zerfaserung des durch die Bohrung des Gehäuses nach außen gegen den Siebkorb (1) geschleuderten zerkleinerten Papiers dienen, wobei der Siebkorb (1) von den Außenwänden des Kastens (6) getragen wird. Um die Fortbewegung der Teilchen in axialer Richtung bei ausreichender Verweilzeit in der Vorrichtung zu gewährleisten, sind die Schaufeln bevorzugt angestellt, wobei z. B. für die Kunststoffmischfraktion aus dem Dualen System Anstellwinkel im Bereich von 5 bis 7 Grad geeignet sind. Die innenliegende Welle mit Schaufeln rotiert mit Geschwindigkeiten im Bereich von 1000 bis 2000, bevorzugt 1200 bis 1800 Umdrehungen/Minute, wobei die Umdrehungszahl in Abhängigkeit vom eingesetzten Stoffgemisch eingestellt wird. Die Verweilzeit beträgt 10 s. bis 2 min. Die Auslaßöffnungen variieren in ihrer Größe je nach Korngröße des Aufgabegutes und gewünschten Trenngrades zwischen 2 und 7 mm. Die bevorzugte Form des Siebkorbes (1) ist ein Polygon, das gleichschenkelige oder ungleichschenkelige Flächen aufweisen kann. Es hat sich gezeigt hat, daß, wenn sich der Siebkorb aus polygonartigen Flächen zusammensetzt, die Trennwirkung gegenüber einem zylindrischen Siebkorb wesentlich besser ist. Die Funktion von Verfahren und Vorrichtung werden beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Figur 2 einen Querschnitt durch Figur 1 längs der Linie AA' bedeutet. Durch die Aufgabeöffnung (7) wird das Gemenge aus Kunststoff und Papier gegeben und durch die ersten Schaufeln mit geringerem Durchmesser als folgende Schaufeln (4) im inneren des Siebkorbes verteilt. Die durch einen nicht gezeichneten Antrieb in Rotation versetzte Welle (3) mit den Schaufeln (4) erzeugt eine Beschleunigung und einen Aufprall der Teilchen, welcher letztendlich zur Ansammlung des aufgefaserten Papiers am Siebkorb (1) und dann zum Austritt durch die Bohrungen (2) führt. Gleichzeitig wandert der Kunststoff in axialier Richtung weiter und wird durch die Austrittöffnung (8) abgezogen. Das Papier, das sich im Raum, der durch den Kasten (6) und Siebkorb (1) gebildet wird, ansammelt, wird über die Austrittöffnung (9) mittels einer pneumatischen Absaugung (nicht gezeichnet) abgesaugt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung hat beispielsweise folgende Dimensionen: Länge: 1500 mm, Flügeldurchmesser: 950 mm (variabel), Spaltweite zwischen Flügelende und Gehäusewandung nach Gestalt des Gehäuses: max. 25 mm, Zahl der Flügel: 4 x 11, Leistungsaufnahme der Vorrichtung 50 - 80 Kilowatt. Auslaßöffnungen des Siebkorbes: 5 mm, Durchsatz: Ein Gemenge besteht zu 90,4 % aus Verpackungsfolien und zu 9,6 % aus Streichpapier. Es wird mittels einer Mühle mit einem Siebkorb, der einen Durchmesser von 50 mm hat, zerkleinert. Das Papier ist im Kunststoff homogen verteilt und das Gemisch trocken. Nach einem ersten Durchgang des Gemisches durch die Vorrichtung ergibt sich folgendes Trennergebnis: Eine erneute Aufgabe der Gutfraktion aus dem Ergebnis führt zu folgendem Trennergebnis: Ergebnisse des zweiten Durchlaufes: Insgesamt werden also bei zwei Durchläufen 57,6 % des aufgegebenen Papiers bei einerAusbeute von 90,1 % getrennt. |
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