Seite 1 von 5
Forschungsthema: “Untersuchungen zur Optimierung der Setzmachinentechnik“Wienke, L. (Bauhaus-Universität Weimar) Müller, A. (Bauhaus-Universität Weimar) Abstract: Das Dichtesortieren mit Nasssetzmaschinen ist ein seit Jahrhunderten bekanntes Aufbereitungsverfahren. Wie andere Sortierverfahren auch, gewinnt das Nasssetzen in den letzen Jahren in Zusammenhang mit der Abfallaufbereitung zunehmend an Bedeutung. Der unzureichende Wissensstand über das nassmechanische Dichtesortieren und die Anwendung des Verfahrens für veränderte Aufgabenstellungen sind für die Projektpartner Anlass zu einer Forschungsarbeit mit dem Ziel den aktuellen Wissensstand auf dem Gebiet des nassmechanischen Dichtesortierens zu erfassen und ein mathematischen Modell zur verfahrens- und maschinentechnischen Auslegung von Setzmaschinen zu entwickeln. EinleitungDas Nasssetzen ist ein in der Grundstoffindustrie mindestens seit Agricola ein bekanntes Verfahren. Ursprünglich in erster Linie für die Kohle- und Erzaufbereitung eingesetzt, gewinnt es in jüngerer Zeit auch für die Abfallaufbereitung zunehmend an Bedeutung. Bei diesem Übergang zu anderen Stoffsystemen wird offenkundig, dass die vorhandenen Methoden zur verfahrenstechnischen Auslegung nicht anwendbar bzw. nicht ausreichend sind. Das hat zusammen mit den neuen Möglichkeiten der Simulation von Prozessen mittels Computer zur Folge, dass von verschiedenen Gruppen an diskrete Elemente-Modellierungen für die Grundvorgänge des Setzens gearbeitet wird. Diese Modelle zielen vor allem darauf ab, Bewegungs- und Schichtungsvorgänge zu erfassen und vorhersagbar zu machen. Trotz dieser viel versprechenden Ansätze liegen bis heute keine Erkenntnisse vor, die eine objektive verfahrenstechnische Auslegung von Setzmaschinen ermöglichen. Die Hersteller von Setzmaschinen sind mit dem Problem konfrontiert, dass sie für ihr Produkt die maschinen- und verfahrenstechnische Gewährleistung übernehmen müssen. Sie benötigen eine Basis, welche die verfahrenstechnische Auslegungen für definierte Aufgabenstellungen ermöglicht. Hierzu dienen i.d.R. Erfahrungen aus der Praxis und Untersuchungsberichte, in denen z.B. dokumentiert ist, welchen Einfluss verschiedene Parameter wie Partikelgröße, Partikelform, Dichte usw., auf das verfahrenstechnische Ergebnis haben. Häufig sind die Aussagen in solchen Unterlagen jedoch nur unzureichend quantifiziert, manchmal sogar nur qualitativ. Erfahrung und fundierte Kenntnisse über die Hintergründe der verfahrenstechnischen Prozesse ermöglichen es dem Fachmann aber trotzdem, eine mehr oder weniger genaue quantitative Aussage über die Größe und Konfiguration der auszulegenden Maschine zu machen. Fehlt allerdings ein gültiges mathematisches Modell, dann besteht die Gefahr, dass unterschiedliche Fachleute, trotz gleicher, aber interpretierbarer Informationen, zu unterschiedlichen Ergebnissen gelangen. Ohne Modell sind neu hinzugewonnene Erkenntnisse nur schwer zu integrieren. Das hat u.a. zur Folge, dass die Möglichkeiten vorhandener Setzmaschinen nicht optimal genutzt und Weiter- bzw. Neuentwicklungen nicht so gezielt betrieben werden, wie dies auf Basis einer brauchbaren mathematischen Beschreibung möglich wäre. 2 Zielstellung des ProjektesDer unzureichende Wissensstand über das nassmechanische Dichtesortieren und die zunehmende Bedeutung dieses Verfahrens für die Abfalltrennung sind für das its Institut für Technische Dokumentation, Schulung und Beratung GmbH, die Bauhaus-Universität Weimar und das iff Institut für Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar e.V. Anlass zu einer vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen des Förderprogramms „Innovationskompetenz“ geförderten Forschungsarbeit mit folgenden Entwicklungszielen: Entwicklung eines mathematischen Modells zur Auslegung von Nasssetzmaschinen Damit eine optimale Abstimmung von Setzmaschinen auf die jeweilige Aufgabenstellung und eine gezielte Weiterentwicklung ermöglicht werden, soll ein mathematisches Modell zur Beschreibung des Nasssetzprozesses auf Basis theoretischer Betrachtungen und empirischer Untersuchungen entwickelt werden.
Auf Basis der im Projektverlauf gewonnenen Erkenntnisse soll eine optimierte Setzmaschine zur nassmechanischen Sortierung von Stoffen nach ihren spezifischen Dichten entwickelt werden. Ziele sind Verbesserung der Trennergebnisse sowie Senkung der Investitions- und Betriebskosten. 3 Grundsätzlicher Aufbau und Funktionsweise von NasssetzmaschinenNasssetzmaschinen bestehen aus einem Setzfass mit einem geneigten Setzgutträger (in der Regel ein Siebboden aus Kunststoff), einer Einrichtung zur Flüssigkeitspulsation (mechanischer Hub, Luftpulsation) und einem Austrag (Schieber, Schwenkbett, Wehr, Zellenradschleuse). In Abb. 1 ist beispielhaft eine Nasssetzmaschine dargestellt, deren Flüssigkeitspulsation durch Auf- und Abbewegung eines beweglichen, mit Wasser gefüllten Unterkastens, der gegen das statische Setzfass mit Membranen abgedichtet ist, realisiert wird. Abb. 1: Prinzip einer Nasssetzmaschine [1] Es ist bekannt, dass eine Partikelschicht unter der Wirkung eines aufströmenden Fluids aufgelockert wird. Weiter ist bekannt, dass eine aufgelockerte Schicht, bei der die gegenseitige Partikelbeeinflussung weitgehend aufgehoben ist, einem stabilen Zustand zustrebt. Bei gleicher Partikelgröße bedeutet das, dass eine Schichtung nach der Partikeldichte erfolgt. Beim Setzprozess wird das zu sortierende Gut auf einen Setzgutträger aufgegeben, der aus einem Rost oder Siebbelag besteht. Beim Setzprozess strömt das Fluid periodisch auf und ab, wodurch die Gutschicht bzw. das Setzbett infolge der pulsierenden Fluidströmung jeweils kurzzeitig aufgelockert wird. In dieser Auflockerungsphase können sich die Teilchen relativ zueinander bewegen, wobei sich die Partikel mit geringeren Dichten über denen mit der höheren Dichte einordnen. Die sich so ausbildende Schichtenfolge kann dann mit Hilfe von Austragsvorrichtungen oberhalb des Setzgutträgers ausgetragen werden [2]. Neben der Schichtung muss ein Materialtransport durch die Setzmaschine realisiert werden. Das geschieht durch die Neigung des Setzgutträgers, Hubarbeit und Wasserströmung in Richtung Austrag. Das Setzgut bewegt sich somit während des Sortiervorganges in Förderrichtung. Sortiertes Leicht- und Schwergut werden anschließend getrennt ausgetragen. Das Nasssetzverfahren lässt sich somit in folgende Einzelprozesse unterteilen [3]: -Auflockern des Setzbettes -Sortieren der Partikel nach der Dichte während der Sedimentationsphase -Transport -Austrag Der Vorgang des
Sortierens nach der Dichte hat eine bemerkenswerte Folge [4]: |