Drahtgestricke zur Abscheidung von partikulären Sekundärbaustoffen

1 Einführung

Drahtgestricke werden in der Regel zur Tropfenabscheidung und zur Trennung von Flüssig/Flüssig-Systemen eingesetzt [1-4]. Diese Drahtgestricke können aber auch sehr gut, wie in diesem Beitrag dargestellt wird, zur Abscheidung von grobkörnigen und irregulär geformten Partikelsystemen eingesetzt werden. Beispielhaft sind Drahtgestricke beim Recycling von Baustoffen, der Verarbeitung von Kunststoffen oder von nachwachsenden Rohstoffen sowie im Agrarbereich mit sehr guten Abscheideleistungen einsetzbar. Mineralische Schüttgüter und Sekundärrohstoffe aus der Bau- und Keramikindustrie weisen sehr oft eine breite Partikelgrößenverteilung auf, so dass die Abscheidung des Grobgutes in einem ersten Prozessschritt sehr erfolgreich durchgeführt werden kann. In diesen Bereichen ist es von besonderer Bedeutung, hohe Abscheideleistungen bei geringem Druckabfall zu realisieren.

Drahtgestricke sind aufgrund ihrer Bauweise eine Kombination aus Oberflächen- und Tiefenfiltern. Mit geeigneten Fluiden können die Systeme nach bestimmten Betriebsstunden gereinigt und dann wiederverwendet werden. Somit sind Drahtgestricke für Aufgaben der Separation von Partikelsystemen mit breiter Größenverteilung und hinreichend groben Partikeln sehr gut geeignet.

2 Material und Methoden

2.1 Mischbauschutt

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Material Mischbauschutt aus dem Recyclingbereich Hochbau untersucht. Bild 1 zeigt den verwendeten Mischbauschutt, der dankenswerterweise von der Firma Franken Baustoff Recycling GmbH & Co. KG. zur Verfügung gestellt wurde.

Dieser Bauschutt wurde mittels Hammer- und Kugelmühlen zerkleinert und dann mittels Siebung fraktioniert. In Bild 2 sind die Partikelgrößenverteilung Q₃(x) der vier untersuchten Fraktionen (M1 bis M4) dargestellt.

Die mittleren Partikelgrößen ergeben sich zu: x_50,3(M1) = 10,9 µm, x_50,3(M2) = 55,1 µm, x_50,3(M3) = 103,3 µm und x_50,3(M4) = 153,8 µm. Die mittlere Dichte dieses Bauschuttgemisches ergibt sich zu ρ = 2,6 g/cm³. In Bild 3 ist beispielhaft eine Fraktion des Mischbauschutts nach der Zerkleinerung in einer Rasterelektodenmikroskopaufnahme (REM) dargestellt.

Es zeigt sich, dass nach der Zerkleinerung und Siebung Partikelfraktionen des Mischbauschutts entstehen, die sowohl unterschiedliche Größen und Formen aufweisen.

2.2 Drahtgestricke

Die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Drahtgestricke wurden von der Firma Rhodius GmbH, Weißenburg zur Verfügung gestellt. Die eingesetzten Drahtgestricke haben einen Durchmesser von D = 140 ± 4 mm und eine Dicke von s = 5 mm. Sie werden aus Drähten mit einem Durchmesser von d = 0,14 mm und einer Dichte von 1000 kg/m³ gefertigt. Bild 4 zeigt ein verwendetes Drahtgestrick.

2.3 Versuchsanlage

Die für die Untersuchung der Möglichkeiten zur Abscheidung von Bauschuttabfällen aus Gas-Partikel-Strömungen verwendete Anlage ist in Bild 5 dargestellt. Die Anlage besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten, dem Rohgas- und dem Reingasraum, welche durch das Drahtgestrick getrennt werden. Des Weiteren besitzt die Anlage einen Druckanschluss, eine Einheit zur Dosierung der Baustoffpartikel, Druckmesseinheiten in jedem Gasraum und ein Hitzedraht-Anemometer zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit am Anlagenende.

3 Versuchsergebnisse

Die Versuche wurde mit der in Bild 5 vorgestellten Versuchsanlage mit einem Partikelmassenstrom von  = 1,1 g/min und einer Geschwindigkeit des Fluidmassenstroms von u = 2,1 m/s durchgeführt. Bei einer Versuchsdauer von t = 90 min ergab sich bei allen Versuchen ein Druckverlust über das Drahtgestrick von Δp ~ 210 Pa. Bild 6 zeigt das Drahtgestrick nach der Versuchsdauer von 1,5 Stunden.

In Bild 7 ist die Volumensummenfunktion Q₃(x) bespielhaft für einen Versuch dargestellt. Die mit dem Drahtgestrick abgeschiedenen Bauschuttpartikel sind im Größenbereich von 25 µm ≤ x ≤ 400 µm.

Die mittlere Partikelgröße im Rohgasbereich ergibt sich zu x₅₀ = 223,6 µm. Wie schon in den obigen Kapiteln erwähnt, ist das Drahtgestrick ein Abscheideorgan welches nicht als „Absolutfilter“ betrachtet werden darf. Somit befindet sich auch im Reingasbereich eine nicht abgeschiedene Partikelfraktion mit einem mittleren Durchmesser von x₅₀ = 73,3 µm. Dies wird in Bild 8 und Bild 9 deutlich.

Bild 8 zeigt die bei dem oben angegebenen Volumenstrom in 1,5 Stunden vom dem Drahtgestrickt zurückgehaltene Partikelfraktion. Hier wird deutlich, dass Drahtgestricke sehr gut zur Abscheidung der vorhandenen Grobfraktionen, zum Beispiel im Recyclingbereich von Baustoffen, geeignet sind

Der Abscheidegrad ξ wird nach Gleichung (1) ermittelt:

⇥(1)

Hierin sind m_RG der abgeschiedene Anteil im Rohgaskanal, Δm_DG der Anteil der Partikel, die im Inneren des Drahtgestricks abgeschieden worden sind, und m_AG die Masse des Aufgabegutes. Bei den in diesem Projekt durchgeführten Versuchen haben sich Abscheidegrade im Bereich von 0,895 ≤ ξ ≤ 0,932 ergeben. Ein mittlerer Abscheidegrad über alle durchgeführten Versuche ergibt sich zu ξ_m = 0,921.

Bild 9 zeigt die Reingaskammer der Versuchsanlage nach 1,5 Stunden Betrieb. Es zeigt sich, dass die Feinfraktion des recycelten Bauschutts nicht von dem verwendeten Drahtgestrick separiert werden kann, aber auch keine grobkörnigen Partikel das Drahtgestrick passieren.

4 Fazit

Drahtgestricke werden bislang typischerweise zur Tropfenabscheidung und zur Trennung von Flüssig/Flüssig-Systemen eingesetzt. In diesem Beitrag konnte gezeigt werden, dass Drahtgestricke, die eine Kombination aus Tiefen- und Oberflächenfiltern darstellen, auch zur Abscheidung von grobkörnigen Partikelsystemen eingesetzt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass für das Stoffsystem Mischbauschutt eine effektive Abscheidung möglich ist. Mit den verwendeten Drahtgestricken und den fraktionierten Partikelsystemen mit einer maximalen Partikelgröße x_max = 400 µm, konnten Partikel mit einer Größe von x_min =25 µm abgeschieden werden. Mit Abscheidegraden im Bereich von 90 % sind Drahtgestricke sehr gut für die Separation von Partikelsystemen mit einem hohen Grobgutanteil geeignet.