Artikel Trends und Technologien in der Kunststoff-Aufbereitung

Die Internationalisierung des Geschäftes im Anlagenbau, das starke Wachstum in den „Emerging Markets“, die steigende Anlagenkapazität und die enorm zunehmende Vielfalt unterschiedlicher Produktmodifikationen erfordern immer mehr und größere Anlagen.

Silos wirtschaftlich vor Ort fertigen

Die Standorte der Silos sind somit weit von den bisherigen Standorten zur Silofertigung entfernt und oft auch nicht mehr direkt mit Schiffen zugänglich. Die Transporte werkstattgeschweißter Silos über lange Strecken sind unwirtschaftlich. Dadurch gewinnt die wirtschaftliche Fertigung von Silos vor Ort erheblich an Bedeutung. Neben der konventionellen Schweißtechnik für Silos wurden deshalb weitere Herstellverfahren optimiert. Beim Bolt-Tec-Schraubverfahren werden die Silos beispielsweise aus vorgefertigten Segmenten lediglich verschraubt. Die einzelnen Segmente werden dabei von einem flanschartigen Profil umsäumt, in dessen Nuten Dichtungen in vertikaler und Umfangsrichtung geführt werden. Dadurch wird erreicht, dass kein Wasser in das Silo eindringen kann und die Silos auch die Druckfestigkeit für den normalen Betrieb aufweisen. Alle Segmente werden in standardisierten Größen gefertigt, die einfach in Containern zur Baustelle transportiert werden können. Auf der Baustelle werden keine Sonderwerkzeuge oder Schweißmaschinen benötigt. Bei Anwendungen, die aufgrund der geforderten Betriebsdrücke oder der Baugrößen geschweißte Silos erfordern, werden die Silos nach dem Panel-Tec-Verfahren zunächst ebenfalls durch Schraubverbindungen zusammengebaut, dann aber noch von innen verschweißt. Maschinelle Vorfertigung und verbesserte Schweißverfahren erhöhen dabei die Wirtschaftlichkeit beim Bau großer Silos vor Ort.

Weniger Energie fürs Fördern

Die pneumatische Förderung ist und bleibt die am weitesten verbreitete Förderart für Pulver und Granulate. Zu deren Nachteilen zählen der hohe Energiebedarf sowie Abrieb und Verschleiß, entweder an abrieb- und bruchempfindlichen Schüttgütern oder an den Rohrleitungen und Komponenten. Der Energiebedarf bei der pneumatischen Förderung kann durch den Einsatz einer Hochdruck-Flugförderung um etwa 15% reduziert werden. Dabei wird unter Beibehaltung des Geschwindigkeitsprofils einer Flugförderung der Durchsatz durch Bereitstellung eines höheren Förderdrucks gesteigert. Da es energetisch günstiger ist, einen kleineren Luftvolumenstrom höher zu komprimieren als einen größeren Luftvolumenstrom weniger stark zu verdichten, ist eine Hochdruck-Flugförderung energetisch günstiger. Gleichzeitig führt die Verringerung des Luftvolumenstroms zu kleineren Rohrleitungen, Komponenten und Filterflächen. Neben den Betriebskosten sinken damit auch die Investitionskosten [1].

Der hohe Energiebedarf könnte durch die hydraulische Förderung deutlich heruntergesetzt werden. Entsprechende Anlagen zur Förderung von Kunststoff-Granulaten sind in der Petrochemie zwar schon in Einzelanwendungen seit Jahrzehnten im Einsatz, haben sich bislang aber noch nicht durchgesetzt. Sinnvoll ist insbesondere die Kombination des Kühlwasserkreislaufes des Extruders mit der hydraulischen Förderung [2]. Eine wesentliche Verringerung des Abriebs bei der hydraulischen Förderung kann durch die Aufgabe des Granulats in die Förderleitung über einen Strudel erreicht werden, wie dem Prinzip des Cyclo-Feeders zu Grunde liegt. Dadurch muss die Suspension nicht mehr durch die Kreiselpumpe gefördert werden.

Große Komponenten, höhere Drücke

Eine der Herausforderungen der letzten Jahre bestand darin, größere Komponenten für den Einsatz bei höheren Drücken und höheren Leistungen zu entwickeln. Bei den Weichen kommen neuartige Dichtungssysteme und bei den Zellenradschleusen verbesserte Leckluftabführungssysteme zum Einsatz. Druckgefäße sind eine Alternative zur Einspeisung von insbesondere abrasiven oder zerbrechlichen Schüttgütern in Förderleitungen. Allerdings benötigen Druckgefäße eine größere Bauhöhe, die oft nicht zur Verfügung steht. Eine Alternative dafür ist das Pumpflow System, eine Kombination von Saug- und Druckförderung. Das Schüttgut wird zunächst per Saugförderung in ein horizontales Rohrstück gesogen und dann mit einer Druckförderung mit Sekundärlufteinblasung in die Förderleitung gedrückt. Das horizontale Rohrstück wirkt dabei als horizontales Druckgefäß. Besonders erfolgreich lässt sich dieses System für die Förderung von Glasfasern einsetzen, wobei dann ein Bypass-System zur zusätzlicher Auflockerung entstehender Pfropfen eingesetzt werden sollte [3]. Statt der Saugförderung kann die Verteilung im horizontalen Rohrstück auch mit einer Schnecke erfolgen. Dann wird das Einspeisesystem als Screwflow bezeichnet.

Aufbereiten von Kunststoffen

Auch in der Mischtechnik gibt es interessante Weiterentwicklungen: Während in der Vergangenheit beispielsweise bei der Kühlung von PVC-Dryblends nur der Kühleffekt einer drucklosen Durchströmung des Kühlmantels ausgenutzt werden konnte, kann bei einem neuen Mischer der Doppelmantel aus bombierten Blechen turbulent durchströmt werden, wodurch der Wärmeübergang deutlich verbessert wird. Daneben wurde ein koaxialer kontinuierlicher Turbomischer entwickelt, mit dem die Verweilzeit gesteigert und die Rückvermischung deutlich verbessert werden konnte. Kontinuierliche Mischer werden auch zum Mischen von Schüttgütern mit Flüssigkeiten verwendet und öffnen neue Anwendungen für Konti-Mischverfahren.

Das Compoundieren und die Verarbeitung von Polymeren erfordern häufig eine hochflexible Extruder-Konfiguration, insbesondere wenn wechselnde Additive seitlich zugeführt werden müssen. Die RHC Compounder-Serie bietet die Möglichkeit, seitliche Zuführungseinrichtungen flexibel und schnell an verschiedenen Stellen anzubauen. Von signifikanter Bedeutung ist der verringerte Energiebedarf, der durch den Einsatz spezieller Mischelemente anstelle von herkömmlichen Knetblöcken erreicht wird und mit dem eine örtliche Überhitzung und ein zu starkes Scheren des Polymers vermieden wird. Daher ist diese Extruder-Serie besonders geeignet für hitze- und scherempfindliche Polymere. Darüber hinaus trägt die geringere Intensität von Scherkräften zu einer Energieeinsparung von bis zu 30% sowie einem deutlich verringerten Verschleiß an den Zylindern und Schneckenelementen bei.

Energieeinsparungen beim Entgasen

Zur Entgasung von Kunststoffen müssen die Granulate auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes erhitzt und für eine bestimmte Zeit gehalten werden. Konventionell werden die Granulate mit erwärmter Luft aufgeheizt. Aufgrund der geringen Wärmekapazität der Luft sind dazu enorm große Luftmengen erforderlich, die nach dem Entgasungsprozess wieder aufbereitet werden müssen. Wesentlich energieeffizienter ist ein Verfahren, bei dem die Granulate in einem Schüttgut-Wärmetauscher aufgeheizt und dann per Schwerkraft einem Entgasungssilo zugeführt werden [4]. Nach Ablauf der erforderlichen Entgasungsdauer wird das Granulat anschließend in einem darunter angeordneten Kühlsilo mittels kalter Luft oder einen weiteren Wärmetauscher abgekühlt. Die vertikale Anordnung der Behälter vermeidet die abriebintensive Förderung von warmen Granulaten.

Fazit: Die Beispiele zeigen, dass sich durch den Einsatz neuer Techniken die Effizienz in der Kunststoff-Aufbereitung deutlich steigern lässt. Außerdem begegnen die beschriebenen Entwicklungen den aktuellen Trends im Anlagenbau hin zu schlüsselfertigen Lösungen und einer steigenden Anlagenkapazität.

Entscheider-Facts
Für Planer und Betreiber

• Um große Silos wirtschaftlich bauen zu können, müssen sie vor Ort montiert werden. Neue Verfahren wie das Bolt-Tec-Schraubverfahren oder das Panel-Tec-Verfahren sparen teure Transporte und Schweißarbeiten.
• Mit der Hochdruck-Flugförderung kann der Energiebedarf um etwa 15 ?% reduziert werden.
• Für den Einsatz bei höheren Drücken kommen gibt es neue Dichtungssysteme und Zellenradschleusen mit verbesserten Leckluftabführungssystemen.
• Neue Wärmeübertragungstechniken für Mischer ermöglichen es, den Wärmeübergang bei der Kühlung deutlich zu verbessern.
• Schüttgut-Wärmetauscher minimieren den Energiebedarf bei der Entgasung.

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Autor: Dr. Harald Wilms
Ausgabe:10/2010 Oktober