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Maschinenbau

Labore

Partikeltechnologie / Sortiertechnik

Studiengang:
Verfahrens- und Umwelttechnik

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Dieter Schwechten / Raum: H201
Tel: +49 7531 206-535 /nE-Mail: schwecht@htwg-konstanz.de

Manfred Schollenberger (Lab.assistent) / Raum: H004
Tel: +49 7531 206-766 / E-Mail: msch@htwg-konstanz.de


Übersicht:

Partikeltechnologie

In der Partikeltechnologie werden die Grundlagen der Mechanischen Verfahrenstechnik vermittelt. Die Studierenden führen Versuche zur Feinzerkleinerung und -klassierung durch, wobei auch die Online-Partikelmesstechnik bei der Pulvergewinnung zum Einsatz kommt. Sie charakterisieren pulverförmige Haufwerke und Schüttungen z.B. durch Messung von Partikelgrößenverteilungen. Anwendung finden hier Methoden der Siebanalyse, der statischen und dynamischen Lichtstreuung oder die Schwerkraft-Röntgensedimentation.

Die Abluftreinigung ist ein zentrales Thema der Umwelttechnik, wobei hier der Fokus auf der Partikelabscheidung liegt. Zyklone alleine entsprechen längst nicht mehr dem Stand der Technik, wenngleich sie meistens an Pulveranlagen für die Produktabscheidung eingesetzt werden. Dennoch: im häuslichen Bereich finden sich Zyklonstaubsauger, die sich mehr und mehr durchzusetzen scheinen. Was ist daran so neu, oder anders? Industriell sind filternde Abscheider, insbesondere die Pulse-Jet Filter, von größerer Bedeutung. Der Energieaufwand für die Druckstossabreinigung ist dabei nicht unerheblich und eine übermäßige Zahl von Abreinigungen verschlechtert die Reststaubgehalte auf der Reingasseite. In Hinblick auf die Betriebskosten und eine gleichwohl sichere Betriebsweise gibt es Optimierungsbedarf für die industrielle Praxis. Genau diese Sichtweise auf den Prozess sollen Studierende bekommen.

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Sortiertechnik

Die Grundlagen des Recyclings mit Aufschlussmahlung und Wertstoffanreicherung werden in der Sortiertechnik vermittelt. Die richtige Freilegung verwachsener  Komponenten in heterogenen Verbunden - seien sie künstlich (technische Reststoffe) oder natürlicher Art (Erze, Lebensmittel) - ist von ausschlaggebender Bedeutung für den nachfolgenden Trennerfolg.

Zur Sortierung stehen den Studierenden eine Reihe technischer Geräte zur Verfügung, die sie selber ausprobieren, erproben und auswählen können. Flotation von Altpapier (Deinking), sowie die Aufbereitung von Alu-Verbundplatten oder Kabelschrott sind aktuelle Beispiele aus der Umwelttechnik.

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Laborveranstaltungen für Studierende

Partikelgrössenmesstechnik -
Labor Partikeltechnologie / VUB06
Beginnend mit der Probenteilung wird eine breit verteilte Schüttgutprobe von Millimeter- bis zu Submikronpartikeln auf verschiedene Arten analysiert und charakterisiert. Zur Auswahl steht eine Vielzahl von Analysengeräten zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung, die alle ihren typischen Messbereich haben und sinnvoll zu kombinieren sind. Zur Auswahl stehen Siebverfahren, Streulichtmessgeräte und Sedimentationsverfahren.


Ziel des Laborversuchs ist es die wirkliche Dispersität des Haufwerks zu bestimmen, messgeräte-spezifische Unterschiede zu erkennen und eine realistische Gesamtverteilung zu errechnen.

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Feinzerkleinerung und Windsichten -
Labor Partikeltechnologie / VUB06

Dieser äußerst praxisnahe Versuch hat zum Ziel durch zwei Prozessschritte Mahlung und Sichtung an einer richtigen Prozessanlage ein pulverförmiges Endprodukt < 50 µm herzustellen, das ein genau definiertes, enges Kornband aufweist. Der zulässige Oberkornanteil und der zulässige Staubanteil sind vorgegeben. Die Mahlung erfolgt mit einer Gegenstrahlmühle, die Entstaubung in einem nachfolgenden Prozessschritt nach Umbau auf einem Windsichter.

Der Lernerfolg besteht darin den Einfluss diverser Betriebsparameter kennen zu lernen um das Produkt der geforderten Spezifikation entsprechend herstellen zu können. Besonders interessant an diesem Laborversuch ist der Einsatz der Online-Partikelmesstechnik. So kann während des laufenden Betriebs die Pulverqualität kontrolliert und angepasst werden.

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Optimierung des Betriebsverhaltens eines Pulse-Jet (Automatik-)Filters -
Labor Abluftreinigung / VUB06

Ein Büstendosierer dient dazu Feinststaub <10 µm in den Filter einzudüsen. Der Filter ist instrumentiert für die Messung des Volumenstroms und der Druckdifferenz. Auf der Reingasseite ist ein Staubwächter (Dusty/SWR) installiert, ebenso kann mit einem Streulichtpartikelzähler (WELAS) der Reststaubgehalt bestimmt werden. Voraussetzung dafür ist eine repräsentative (möglichst isokinetische) Teilstromentnahme auf der Reingasseite. Wird auch der Staub auf der Rohgasseite mit Verdünnung gemessen, so ist die Bestimmung der Fraktionsabscheidegrad-Kurve (Efficiency Curve) möglich. Bei jeder Abreinigung migriert Staub durch das Filtermittel und erhöht den Staubgehalt sprunghaft. Bei optimaler Einstellung des Filters in einem Betriebszustand - gegeben durch geringen Abreinigungsdruck, akzeptablen Druckverlust und möglichst seltener Abreinigung – wird der mittlere Reststaubgehalt bestimmt. Optional können auch Filtermittel ausgetauscht werden.

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Betriebsverhalten eines (Aero-)Zyklon -
Labor Abluftreinigung / VUB06

Der Versuchstand ist mit einem 100mm Zyklon ausgerüstet und hat eine kontrollierte Feinststaubeindüsung <10 µm, Luftmengenmessung und einen nachgeschalteten Patronenfilter um den nicht abgeschiedenen Feinststaub im Reingas aufzufangen. Daraus kann der Gesamtabscheidegrad ermittelt werden. Wichtig für das Verständnis der Zentrifugalabscheidung ist die Drehströmung im Innern. Die Kinetik der Strömung verändert die statischen Drücke (Bernoulli), die an verschiedenen Messpunkten am Zyklons gemessen werden. Die Druckniveaus werden über Manometer angezeigt und geben Aufschluss über den starken Potentialwirbel. Luftvolumenstrom und Aufgabegutbeladung sind die beiden wesentlichen Betriebsparameter. Es zeigt sich, dass ein hoch beladener Zyklon sogar besser abscheidet, als ein zu gering beladener. Erstaunlicherweise sinkt der Druckverlust auch noch, was einen energetisch günstigeren Betrieb ermöglicht.

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Aufschlussmahlung eines Alu-PE-Verbundmaterials (haftvermittelt) - Labor Sortiertechnik/VUB04
Nachdem der Verbund charakterisiert und das Zerkleinerungsziel definiert ist, werden Mahlversuche in einer Schneidmühle durchgeführt. Hier sollen die stofflichen Komponenten bestmöglich freigelegt werden. Das Ziel kann durch einstufige Mahlung mit einem feinen Siebeinsatz oder schonend durch mehrstufige Mahlung erfolgen. Die Entscheidung erfolgt durch Bemusterung und Analyse des Haufwerks hinsichtlich seines optimalen Aufschlusses. Wenn nachfolgend (Versuch 2) das bestmöglich aufgeschlossene Partikelgemisch in seine Komponenten zerlegt werden soll, so kann eine Sortierung nur erfolgreich sein, wenn das Gemisch in einzelne Partikelgrößenfraktionen zerlegt wird. Das Mahlgut muss dazu gesiebt werden. Am Ende dieses Laborversuches entsteht ein Fließbild der Aufschlussmahlung und Fraktionierung unter Angabe der Mengenströme und Gehalte. Die Gehalte werden durch Bestimmung der Mischdichten (Bestimmung mittels Gaspyknometer) rückgerechnet. Der freie PE-Anteil in den Fraktionen wird mittels Schwimm-Sink-Analysen bestimmt.

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Sortierung der Alu-PE-Fraktionen (Versuch 2) - Labor Sortiertechnik/VUB04
Der Sortiererfolg hängt stark vom Aufschluss, der Kornklassenbreite und des verwendeten Trennapparates ab. Die Aufgabenstellung bei diesem Laborversuch ist die Entwicklung eines einfachen Aufbereitungsschemas für die stoffliche Gewinnung von möglichst reinen Aluminium- und Polyethylen-Konzentraten. Abfallmengen sind zu minimieren. Apparativ stehen Zick-Zack-Windsichter, Trenntisch, Schwimm-Sink-Trennung, Spiraltrennung (hier händisch durchgeführt mit einer Goldwaschpfanne), ein Korona-Walzenscheider und ein Wirbelstromscheider zur Verfügung. Die Erprobung und Beurteilung der Trenngüte steht im Vordergrund bei der Entscheidung für oder gegen einen Apparat. Reinheit der Fraktionen, Ausbringen der Wertstoffe und Bilanzierung der Stoffströme sind am Ende zu bestimmen und ins Fließbild einzutragen.

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Flotation von Altpapier - Labor Sortiertechnik/VUB04
Für diesen Laborversuch steht eine mechanische Laborflotationszelle zur Verfügung. Vorzerkleinertes Zeitungpapier wird eingeweicht in Wasser, mit div. Chemikalien versetzt und mit einem Schneidrührer aufgeschlossen. Hydrophile Zellstofffasern sollen dabei quellen und freigelegt werden, Farbpartikel (Druckfarbe, etc.) dagegen hydrophobiert damit sie sich bei der Flotation an Luftblasen anlagern und aufschwimmen. Eine Vielzahl von Parametern bestimmt diesen Prozess, wobei im Versuch nur eine vorgegebene Auswahl davon zu variieren ist. Die Proben werden jeweils filtriert, geglättet und getrocknet. Auch hier sollen optimale Prozesseinstellungen gefunden werden für helle Papierfaserfraktionen bei möglichst hohem Faserausbringen. Das Sortierergebnis ist zu quantifizieren anhand der RGB-Grauwerte von hellem Papierkonzentrat und grau-schwarzem Rückstand (Schwimmgut).

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Ausstattung

Eine gute Apparate- und Messgeräteausstattung im Laborbereich ist die Grundlage einer zeitgemäßen und modernen Ingenieurausbildung. Daher werden die Versuchsanlagen und Messmethoden ständig erweitert und verbessert. Praxisnahe Versuche und die Vermittlung naturwissenschaftlicher Grundlagen und praktischer Erfahrungen garantieren Studierenden, dass sie sich später im beruflichen Umfeld schnell und gut zurecht finden.

Die gute maschinelle und instrumentell/analytische Ausstattung des Labors gestattet es auch Industrieprojekte durchzuführen, meist in Zusammenhang mit studentischen Abschlussarbeiten oder Projekten. Eine aktuelle Geräteliste finden Sie im Flyer unter diesem Link.

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Entwicklungsprojekte und Dienstleistungen

Eine Übersicht der im Labor Partikeltechnologie / Sortiertechnik angebotenen Dienstleistungen und Projekte finden Sie unter diesem Link.

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