Windsichten mit statischen Separatoren

Das Windsichten dient dazu, verschiedene Materialien mit Hilfe eines Luftstromes zu separieren. Das Sichten wurde zuerst zu Abtrennung von unterschiedlichen Korngrößen bei monokomponentigen Materialien eingesetzt. Beispielsweise ist in der Zementindustrie in Mühlenklassiererkreisläufen aufgrund der sehr geringen Feinheit immer ein Sichter im Einsatz. Des Weiteren muss man zwischen einem dynamischen und einem statischen Sichter unterscheiden. Im dynamischen Sichter wird die zur Luftströmung konkurrierende Kraft durch ein Zentrifugalfeld erzeugt. Bei statischen Sichtern kommt hier die Schwerkraft zum Tragen. Dieser Artikel behandelt lediglich das Sortieren von leicht- und Schwerfraktionen in statischen Sichtern.


Das Windsichten ist das Trennen eines Materialgemisches im Luftstrom. Die maßgebliche Größe hierbei ist die stationäre Sinkgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit eines Teilchens im freien Fall, wenn eine entsprechende Gravitationskraft FG, in unserem Fall die Erdanziehung, und die durch die Luftströmung verursachten Widerstandskräfte FW wirken.
Diese stationäre Sinkgeschwindigkeit ist abhängig von der Größe des Teilchens, der Dichte und seiner äußeren Form. Im Wesentlichen können bei einer idealen Betrachtung drei Fälle unterschieden werden:

  • Bei gleicher Dichte und gleicher Kornform kann das Material nach seiner Korngröße getrennt werden. Dies wird als Klassier- oder Korngrößentrennprozess bezeichnet und soll im Folgenden nicht weiter beachtet werden.
  • Bei gleicher Korngröße und gleicher Kornform, aber unterschiedlicher Dichte wird eine Trennung nach der Dichte vorgenommen. Das leichtere Material wird mit der Luft mitgerissen, das schwerere sinkt gegen den Luftstrom zu Boden.
  • Sind Korngröße und Dichte gleich, so beeinflusst die Kornform die Trennung. Flächige oder faserige Teilchen werden von der Luft mitgerissen, wohingegen voluminöse runde oder würfelige Teile absinken.

 

Bei Sortieraufgaben in der Praxis führt dies dazu, dass kleine Schwerteile im Leichtgut landen und sehr große kompakte Leichtteile in das Schwergut gelangen, da eine 100%ige Trennung bei inhomogenen, mehrkomponentigen Materialien in aller Regel nicht möglich ist. Ändert sich das Material jedoch, sollte die Möglichkeit bestehen, flexibel mit den Trennaggregaten reagieren zu können.

 

 

Bauarten von Windsichtern

Wird das Schwergut entgegen dem Luftstrom ausgetragen, so handelt es sich um einen Gegenstromsichter. Fällt das Schwergut quer zum Luftstrom aus, so spricht man von einem Querstromsichter. Gegenstromsichter sind beispielsweise der Zickzack-Sichter, der Rohrsichter, der Verdrängungssichter, der Kegelsichter usw., während bei den Querstromsichtern unterschieden wird, nach welchen Kriterien Schwer- und Leichtgut voneinander getrennt werden. Die von der Ventilatorenfabrik Oelde eingesetzten Sichter sind im Gegenstrombereich die Zickzack-Sichter, wobei für spezielle Fälle auch sogenannte Rohrsichter eingesetzt werden können. Querstromsichter werden zumeist mit einer rotierenden Trommel, die zusätzlich die Luftströmung im Separationsgerät unterstützt, ausgestattet. In Einzelfällen werden noch einfache Trennbleche zum Trennen von Schwer- und Leichtgut eingesetzt.

Aufbau von Sichteranlagen

Eine Sichteranlage besteht im Wesentlichen aus einem Sichtergehäuse, in dem mittels der Luftströmung die Trennung des Materials vorgenommen wird. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil ist der Ventilator zur Erzeugung der entsprechenden Luftmenge, heutzutage mit einem Frequenzumrichter ausgerüstet, um gleichzeitig eine Einstellung der Sichtgeschwindigkeit im Sichtgehäuse zu ermöglichen. Neben den Zu- und Abfuhraggregaten, wie Aufgabeschleusen, Zellenradschleusen unterhalb des Sichtgehäuses ist ein wesentlicher Bestandteil die Austragevorrichtung, in der das Leichtgut von der Sichtluft getrennt wird. Die Anlage beinhaltet auch Rohrleitungen, Stützgerüste sowie eventuell notwendige Abluftbehandlungen. Wie bereit erwähnt, wird das Schwergut trägerluftfrei aus dem Sichtgehäuse ausgetragen. Hierzu können beispielsweise mechanische Aggregate, wie Förderbänder, Zellenradschleusen usw. hierfür eingesetzt werden. Das Leichtgut wird mit der Trägerluft aus dem Sichtgehäuse ausgetragen und muss anschließend mit einem entsprechenden Abscheider von der Luft getrennt werden. Hier unterscheidet man im Wesentlichen drei Bauformen von Abscheidern: den Expansionsraum, den Aerozyklon und den so genannte Leichtgutabscheider.


Abscheider für die Leichtfraktionaustragung

Die Dimensionierung dieser Abscheider ist wesentlich für den gesamten Sichtprozess. Aus diesem Grund soll kurz auf die unterschiedlichen Abscheidersysteme eingegangen werden.

Expansionsraum

Im Expansionsraum wird die mit Material beladene Luft in einem sehr großen Behältnis entspannt. Die Luft verliert dadurch ihren Energieinhalt, und das Material kann unten über eine Zellenradschleuse ausgetragen werden. Vorteile sind die einfache Bauweise und der günstige Preis. Die Nachteile sind die Regelungssensibilität des Aggregats bezüglich des Drucknullpunktes, das relativ kleine Funktionsfenster und sein sehr großes Bauvolumen.

Aerozyklon

Beim Aerozyklon tritt die Luft mit dem Material tangential in einen konisch nach unten sich verjüngenden Behälter ein. Die Luft bewegt sich dabei auf zwei Wirbeln erst nach unten und dann nach oben in Richtung Tauchrohr. Das Material wird durch Zentrifugalkräfte an die Außenwand gedrückt und kann unterhalb des Zyklons über Zellenradschleusen ausgetragen werden. Die gereinigte Luft wird über das Tauchrohr und die Reingasspirale abgegeben. Die Vorteile dieses Aggregats sind ebenfalls die einfache Bauweise und der damit verbundene relativ günstige Preis. Als Nachteile sind zu nennen die enorme Gesamtbauhöhe sowie die Verstopfungsgefahr aufgrund der konisch zulaufenden Ausgestaltung. Außerdem hat ein Zyklon ein sehr kleines Funktionsfenster hinsichtlich des Luftvolumendurchsatzes.

Leichtgutabscheider

Aus diesem Grund hat die Ventilatorenfabrik Oelde einen speziellen Abscheider entwickelt, mit dem es möglich ist, die Materialien von der Trägerluft relativ einfach abzuscheiden. Der Materialluftstrom tritt tangential in ein Spiralgehäuse ein, in dessen Innerem eine perforierte Trommel rotiert. Zum einen wird durch die Zentrifugalkraft Material an die Außenwand gedrückt und über eine Zellenradschleuse ausgetragen, zum anderen kann Material von der perforierten Trommel zurückgehalten werden und über einen Abstreifer ebenfalls aus dem System ausgeschleust werden. Die Luft durchquert die Trommel radial nach innen und kann dann aus dem System ausgeschleust werden. Dieser Abscheider zeichnet sich durch seine kompakte Bauweise aus. Darüber hinaus verfügt er über ein sehr breites Betriebsfenster und ist durch Einsatz unterschiedlicher Trommelbeläge vielfältig einsetzbar. Als Nachteil ist zu nennen, dass ein rotierendes Teil, nämlich die Trommel, zusätzlich eingebaut ist.

Betriebsweise der Sichter

Sichter können auf verschiedenen Weisen betrieben werden, wie unten beschrieben.


Abluftbetrieb

Bei der reinen Abluftbetriebsweise, wird die gesamte Sichtluft von außen geholt und ebenfalls als Abluft hinter dem Abscheider abgegeben. Eine entsprechende Abluftbehandlung über Filter oder ähnliches ist notwendig. Die Regelung erfolgt über den Abluftventilator als einzigen Ventilator im System.
Teilabluft-/Umluftbetrieb
Die Sichtluft setzt sich zusammen aus der Umluft und der Falschluft, die in das System gesaugt wird. Die Abluft entspricht dann der Falschluft, die als Aspirationsluft aus dem System ausgeschleust wird. Auch hier ist eine entsprechende Abluftbehandlung, in aller Regel jedoch deutlich kleiner als beim Abluftbetrieb, notwendig. Die Regelung erfolgt über den Umluftventilator. Ein zweiter Ventilator für die Abluft ist notwendig.


Umluftbetrieb

Bei dieser Betriebsweise wird die gesamte Sichtluft als Umluft gefahren. Es entsteht entsprechend keine Abluft, und somit ist auch keine Abluftbehandlung notwendig. Was notwendig ist, ist eine Schleuse für den Austrag des Schwergutes aus dem Sichtgehäuse, da sonst Falschluft in das System gelangt. Nachteil dieser Verfahrensweise ist ein Aufkonzentrieren von unerwünschten Bestandteilen in der Sichtluft, wie beispielsweise Feuchtigkeit oder Staub. Die Regelung erfolgt über einen einzig vorhandenen Ventilator, den Umluftventilator.


Gegenstromsichter / Zickzack-Windsichter

Der Zickzack-Windsichter besteht aus einem mehrkaskadigen Zickzack-Kanal. Das Material wird von oben eingegeben und fällt der Schwerkraft gehorchend nach unten und wird von unten durch die Sichtluft angeströmt. Leichte und feine Bestandteile werden von der Luft erfasst und nach oben mitgerissen, während Grob- bzw. Schwergutteile unterhalb des Sichtkanals ausgetragen werden. Leicht- bzw. Feingut wird dem Sichtkanal mit der Sichtluft am oberen Ende entnommen. 



Durch die Zickzack-Struktur rutscht das Material auf einer Kaskade nach unten, durchquert dann den von unten kommenden Luftstrom, um auf der gegenüber liegenden Kaskade aufzuprallen und so dispergiert zu werden. Dadurch kann eine sehr gute Reinigung auch von haftenden bzw. verwickelten Materialien erzielt werden. 



In den Umlenkungen des Sichtkanals entstehen so genannte Wirbelwalzen, die zum einen das Material nachsichten, zum anderen die turbulente Strömung Vergleichmäßigen. Sie wirken als so genannte Turbulenzgitter. 



Eine entsprechende Verweilzeit des zu trennenden Materials ist gewährleistet, was dazu führt, dass sehr trennscharfe Ergebnisse erzielt werden können. Das Trennkriterium ist die Luftgeschwindigkeit im Kanal selber, die über einen relativ langen Trennbereich konstant gehalten werden kann, da der Sichtkanal die Luftströmung führt und begrenzt.

 

Zick-Zack-Sichter WS zur Metallreinigung

Der robuste Fe/NE-Sichter wird hinter Großshreddern zur Reinigung zerkleinerter Autokarossen oder Mischschrott eingesetzt. Die Sichtaufgabe ist hier relativ einfach, da die Dichtedifferenz zwischen den zu trennenden Produkten relativ hoch ist. Dies führt auch dazu, dass der Fe/NE-Sichter lediglich 1 ½ Kaskaden zur Trennung hat. Entscheidend bei diesen Aggregaten ist der sehr große Durchsatz bis zu 250 t/h, was zu sehr großen Aggregaten mit Kanalquerschnitten von 1,6 x 1 m führen kann. Bewegte Luftmengen in einem solchen Sichter bei Sichtgeschwindigkeiten von 22 m/s liegen dann bei 130.000 m³/h Luft.

Zick-Zack-Sichter ZWS

Zur Sortierung von Materialien, deren Dichte nicht so weit auseinander liegt, beispielsweise bei der Kunststoffsortierung oder bei der Abtrennung von Störstoffen bzw. von Sekundärbrennstoffen aus Müll wird ein mindestens vierkaskadiger Zickzack-Sichter eingesetzt. Aufgrund der geringeren Dichte des Materials ist das zu händelnde Volumen in den Sichtern jedoch trotzdem relativ groß. Hier können Sichtkanäle von 1,2 x 0,8 m zum Einsatz kommen. Die Sichtgeschwindigkeit liegt hier jedoch bei 10 m/s oder darunter, so dass die Luftmengen auf ca. 40.000 m³/h begrenzt sind.

 

Querstromsichter

Im Querstromsichter wird das Material in das Sichtgehäuse mittels eines Förderbandes aufgegeben und von unten über eine Blasdüse angeblasen. Das schwere Material fällt dabei vom Luftstrom nahezu unbeeinflusst vom Band. Das Leichtgut wird vom Luftstrom erfasst und über die rotierende Trommel in den Leichtgutraum gefördert. Hier wird die Luft vom Leichtgut abgetrennt und über den Ventilator zurück zur Blasdüse gefördert.

Da die Blasluft als Freistrahl in das Sichtgehäuse eintritt, wird hier ein großes Volumen an Umgebungsluft mit angesaugt, die vor dem Ventiltor aus dem System ausgeschleust werden muss. Querstromsichter lassen sich also nur mit einem Umluftanteil von maximal 60 % betreiben. Zur Stabilisierung des Luftstroms und zur Erhöhung der Trennqualität dient die Trommel, die zum einen wie eine Tragfläche für den Luftstrom wirkt, also eine Konzentration des Luftstroms über einen längeren Zeitraum ermöglicht, zum anderen in der Lage ist, feuchtes Leichtmaterial, das gegen die Trommel klatscht, durch die Rotation mit in den Leichtgutraum zu transportieren.


Eingesetzt wird solch ein Aggregat beispielsweise zur Abtrennung von Leichtverpackungen aus der so genannten grünen Tonne zur Erzeugung einer Glasfraktionen mit einer Reinheit von besser als 98 % bei einem Stundendurchsatz von 2,5 t auf einem 1 m breiten Gerät erzielt worden. Dieses Gerät kann mit Aufgabebreiten von bis zu 1,6 m gebaut werden und ist dann in der Lage, je nach Material, bis zu 25 t/h durchzusetzen.