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Brandenburgische Technische Universität Cottbus
Lehrstuhl Aufbereitungstechnik
Prof. Dr.-Ing. habil. P. Ay
Praktikumsanleitung
Versuch
Klassierung eines Kunststoffgemisches
Zielstellung:
Das im Ausgang einer Shredderanlage zur Zerkleinerung kohlefaserverstärkter
Kunststoffe anfallende Gut ist mittels nachgeschalteter Siebanlage zu klassieren.
Aufgabenstellung:
Das im Ausgang einer Shredderanlage anfallende Gut ist mittels Siebklassierung in eine
Grobgutfraktion (Siebüberlauf) und eine Feingutfraktion (Siebdurchgang) zu klassieren.
Die Grobgutfraktion (22 – 45 mm) stellt das Ausgangsprodukt für die nachfolgende Sortieranlage zur Gewinnung der kohlefaserverstärkten Kunststofffraktion dar.
Verantwortlicher Mitarbeiter:
Dipl.-Ing. Claudia Glaser
LG 4A, R A 0.13
Tel. 0355 – 694319
1
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Prof. Dr.-Ing. habil. P. Ay
1.
1.1.
Grundlagen
Theoretische Grundlagen
In der Aufbereitungstechnik bestehen direkte Zusammenhänge zwischen der Vorbereitung (d. h. Zerkleinerung) und der Fraktionierung (Klassierung, Sortierung) der Materialien, welche verarbeitet werden sollen. Bei der Trennung von Verbundmaterialien spielt
die Zerkleinerung eine wesentliche Rolle, denn der Aufschlußgrad bestimmt den Trennerfolg der nachgeschalteten Prozesse, wie Klassierung und Sortierung. Nicht ausreichend
aufgeschlossene Verbundmaterialien, d. h. nicht in ihre Einzelkomponenten zerlegte Materialien, können nur ungenügend voneinander getrennt werden.
Bei der Aufbereitung von Verbundmaterialien spielt die Zerkleinerung eine wichtige Rolle.
Sie stellt in den meisten Fällen den ersten Aufbereitungsschritt dar und ist Voraussetzung
für die erfolgreiche Durchführung nachfolgender Anreicherungsprozesse. Da das Trennergebnis von Sortierprozessen eng mit der Korngrößenverteilung des Sortiergutes verknüpft ist, besteht die Notwendigkeit, nach dem Zerkleinerungsprozess eine Klassierung
in Fraktionen, deren Korngrößenverteilung dem durchzuführenden Anreicherungsprozess
entsprechen. Ausgehend von den Zielen einer Produktionssiebung können nach Schmidt
/1/ folgende Grundaufgaben des Siebprozesses unterschieden werden:
Klassiersiebung
Aus einem Zerkleinerungsprodukt breiter Korngrößenverteilung sollen bestimmte Fraktionen abgetrennt werden. Kennzeichnend sind die gleiche Größenordnung von Siebmaschenweite w und Korngröße des Produktes (w ≈ x). Zur Beurteilung des Klassiererfolges
werden die Parameter Trennschärfe und Durchsatz herangezogen.
Schutzsiebung
Um einen Anwender oder eine im Prozess nachfolgende Maschine vor unzulässig groben
Körnern zu schützen (Überkornanteil) wird eine Siebung durchgeführt (z.B. Vorabsiebung). Die Siebmaschenweite ist so zu wählen, dass die maximal zulässige Korngröße im
Produkt sicher eingehalten wird (w > xmax). Beurteilungsparameter sind der Durchsatz
sowie die Überkornfreiheit.
Entstaubungssiebung
Das Abtrennen von feinsten Partikeln aus einem Gemisch wird oft als Entstaubungssiebung bezeichnet. Die Siebmaschenweite ist deutlich feiner als die Produktkorngröße
(w << xmin). Beurteilungsparameter ist die Vollständigkeit der Feinkornabtrennung.
1.2
Grundvorgänge beim technischen Sieben (Produktionssiebung)
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Ziel der Klassierung ist es, ein Aufgabegut einer bestimmten Korngrößenverteilung so zu
trennen, dass alle Partikel, die größer sind als die festgelegte Trennkorngröße xT als
Grobgut und alle Partikel, die kleiner sind, als die festgelegten Trennkorngröße xT als
Feingut bzw. Siebdurchgang abgetrennt werden. Dabei gilt: dGrobgut > xT und dFeingut < xT
Während des Siebvorganges wird jedes einzelne Partikel des Siebaufgabegutes entsprechend seiner geometrischen Größe und Form mit der Sieböffnung im Siebboden verglichen (Maschen- oder Lochweite). Trennmerkmal ist demnach der Partikeldurchmesser
bzw. seine geometrische Gestalt. Korn, das durch den Siebmaschenboden hindurchtritt
wird als Siebdurchgang oder Siebunterlauf bezeichnet. Korn, das auf dem Siebboden
verbleibt bzw. über den Siebboden wandert stellt den Siebrückstand oder Siebüberlauf
dar. Für eine Produktionssiebung werden kontinuierlich durchlaufende Siebmaschinen, oft
mit geneigtem Boden, eingesetzt. Das Aufgabegut gelangt auf den Siebboden und bildet
im stationären Zustand eine Dickschicht. Da der Siebboden sich in Bewegung befindet
(Schütteln, Vibration), werden die Partikel ebenfalls von der Bewegung erfasst. Die Bewegung der Partikel ermöglicht zum einen eine Auflockern der Gutschicht. Damit gelangen die kleinen Partikel in den unteren Bereich in Richtung Siebboden (Segregation) und
können somit den Siebboden passieren. Die groben Partikel sammeln sich im oberen
Bereich der Schicht. Gleichzeitig wird das gesamte Gut über den Siebboden transportiert
(koninuierliche Siebung). Am Ende des Siebes verlässt der Siebüberlauf als Grobgut die
Anlage, während das Feingut über die gesamte Siebfläche hinweg als Siebdurchgang
ausgetragen wird.
1.3
Kennzeichnung der Klassierung
Das Ziel einer klassierenden Trennung ist, ein Aufgagegut, das aus Partikel einer bestimmten Partikelgrößenverteilung besteht auf einem Klassiergerät (Sieb) so zu trennen,
dass alle Partikel, die größer als die Trennkorngröße xt sind als Grobgut und alle Partikel,
die kleiner als die Trennkorngröße xt sind im Feingut ausgetragen werden. Bei einer technische Siebung (Klassierung) wird die ideale Trennung nicht erreicht. Das bedeutet, dass
im Grobgut ein Feinantel sowie im Feingut ein Grobanteil ausgetragen wird. Diese Fehlkornfraktionen sollten möglichst gering sein, um so besser – schärfer – ist die Trennung.
Für die Beschreibung der Güte einer Siebung werden die Parameter wie z.B. Fraktionsbilanz, Trenngrad, Trenngrenze, Trennschärfe verwandt.
Bilanzierung des Gesamtprozesses und Ableitung der Fraktionsbilanz
Gesamtbilanz:
Feingutanteil:
Grobgutanteil:
mA = mG + mF
f = mF / mA
g = mG / mA
=
=
Feingutausbringen
Grobgutausbringen
Der Trenngrad gibt an, welcher Anteil einer Aufgabefraktion nach dem Klassierprozess im
Grobgut enthalten ist (Grobgut-Trenngrad)
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T(x) = g*qG(x) / qA(x)
Die Trenngrenze xT ist definiert als diejenige Korngröße, die je zur Hälfte unter und auf
dem Sieb vorkommt – T(xT) = 0,5 (Median-Trenngrenze).
Zur Beurteilung der Güte eines Klassierprozesses können bezogen auf das jeweilige Zielprodukt die Normal- und Fehlausträge berechnet werden
Grobgutnormalaustrag
=
Feingutnormalaustrag
=
Grobgutfehlaustrag
=
Feingutfehlaustrag
=
xmax
g * ∫ qG(x) dx = g * (1-QG(xT))
xt
xt
f * ∫ qF(x) dx = f * QF(xT)
xmin
xT
g * ∫ qG(x) dx = g * QG(xT)
xU
xo
f * ∫ qF(x) dx = f * (1-QF(xT))
xT
Die Trennschärfe – dargestellt als Steilheit der Trenngradkurve T(x) – ist abhängig von
der Siebdauer und der Siebzeit und nimmt mit der Anzahl der Wurfzahl N zu.
Der Siebgütegrad technische Siebungen lässt sich mit folgenden Parametern beeinflussen:
Schwingfrequenz des Siebes
Sieblänge
Transportgeschwindigkeit des Materials über das Sieb (Verweilzeit)
Je steiler der Verlauf der Trenngradkurve ist, umso schärfer ist die Klassierung. In der
Praxis hat sich die Berechnung des Trennschärfegrades κ (nach Eder) durchgesetzt.
κ = κ25/κ75
Für technische Siebungen können nach Rumpf folgende Werte erreicht werden
~ 0,8…κ … ~ 0,9
~ 0,6…κ … ~ 0,8
~ 0,3…κ … ~ 0,6
2.
Literaturhinweise
/1/
/2/
Stieß, M.
Schubert, H.
scharfe Analysensiebung
scharfe technische Klassierung
technische Klassierung
Mechanische Verfahrenstechnik, Bd. 1
Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe, Bd. I
4
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/3/
/4/
Autorenkollektiv
DIN 66142, Teil 1
Lehrbuch der chemischen Verfahrenstechnik
Darstellung und Kennzeichnungen von Trennungen
disperser Güter
3.
3.1
Versuchsdurchführung
Arbeitsunterlagen und Geräte
-
Taumelsiebmaschine ATS 600, Fa. Allgaier
Siebe: 45 mm, 22 mm, 12 mm
Tafelwaage, Fa. Sartorius
Kunststoffrecyclingmaterial
3.2.
Arbeitsschritte
Die Taumelsiebmaschine wird mit den angegegebenen Sieben bestückt und auf ihre
Funktionstüchtigkeit überprüft.
Zielstellung: Das Recyclingmaterial ist in vier Fraktionen zu trennen
Fraktion 1:
> 45 mm
Grobgut, Rückführung zur Zerkleinerung
Fraktion 2:
22 – 45 mm Zielfraktion für nachfolgende SS-Sortierung
Fraktion 3:
12 – 22 mm Feinfraktion, geringe Anteile an Wertstoff
Fraktion 4:
< 12 mm
Feinstfraktion, wertstofffrei
Das zu klassierende Material wird langsam über die Aufgabeöffnung auf das oberste Sieb
aufgegeben. In Abhängigkeit der gewählten Siebparameter (Taumelfrequenz) erfolgt die
Trennung auf den einzelnen Siebböden. Der Austrag des Klassiergutes erfolgt seitlich
vom Siebboden in Auffangbehälter. Da es sich beim zu klassierenden Gut um Shreddergut mit typisch länglicher Form handelt, sind während der gesamten Siebung die Produktausgänge auf eventuelle Verstopfungen zu kontrollieren. Nach Abschluss der Siebung
werden die Fraktionen ausgewogen und die Fehlausträge bestimmt.
4.
Auswertung und Diskussion
4.1
Bilanzieren Sie den mehrstufigen Klassierprozess! Gehen Sie davon aus, dass die
Zielfraktion die Fraktion 2 (KGV 22 – 45 mm) darstellt. Stellen Sie eine Verfahrensschema auf! Berechnen Sie das Masseausbringen für die jeweiligen Fraktionen!
Bestimmen Sie den Wertstoffanteil in der Zielfraktion. Führen Sie dazu eine Kontrollsiebung (Siebmaschenweite 22 mm) durch und ermitteln Sie die Fehlausträge!
Welches Anreicherungsverhältnis konnte erzielt werden?
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4.2.
Betrachten Sie den Prozess im Folgenden als einstufigen Klassierprozess. Die
Siebmaschenweite beträgt 22 mm. Die Aufgabegutkorngröße ist auf 45 mm begrenzt.
Bestimmen Sie den Grob- und Feingutanteil!
Bestimmen Sie die Trennkorngröße! Beurteilen Sie den ermittelten Wert mit der
durch die Siebmaschenweite vorgegebenen Trennkorngröße!
Berechnen Sie die Trennschärfe (nach Eder) und beurteilen Sie diese!
Berechnen Sie den Fehlkornanteil bezogen auf die Zielfraktion!
4.3.
Diskutieren Sie zusammenfassend den durchgeführten Klassierprozess. Gehen
Sie auch auf Ursachen ein, die den Prozess negativ beeinflussen. Führen Sie eine
Fehlerbetrachtung durch!
Bitte arbeitsgerechte Kleidung tragen!!
Bild 1
Grafische Darstellung der Fraktionsbilanz sowie einer Trenngradkurve
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(Quelle: Stieß, Bd. 1, S. 281)
Bild 2: Aufbau und Funktionsweise der Allgaier-Siebmaschine
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