Investigation on flow pattern in a cylindrical centrifugal force separator used in plastic recycling

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Das Recycling von Altkunststoffen nimmt hinsichtlich einer nachhaltigen und effizienten Nutzung von Ressourcen, insbesondere von sich verknappenden Kohlenwasserstoffen, eine Schlüsselposition ein. Nicht nur die Akzeptanz von Recyclingkunststoffen und deren Qualitäten auf dem Markt stellt eine große Herausforderung dar, sondern auch die zu Grunde gelegten Recyclingprozesse und –prozessketten bedürfen einer fortwährenden Optimierung. Diese Arbeit untersucht einen zylindrischen Zentrifugalkraftscheider, der in einem neuen Verfahrenskonzept zur nass- mechanischen Aufbereitung von Altkunststoffen für das rohstoffliche Recycling eingesetzt werden soll. Im Zentrifugalkraftscheider können unterschiedliche altkunststoffhaltige Abfallfraktionen aufbereitet werden, wobei insbesondere Polyolefine unter der Verwendung von Wasser als Trennmedium mit diesem Schwimm-/Sink-Verfahren im Zentrifugalkraftfeld effizient abgetrennt werden können. Vorhandene theoretische Ansätze zur Berechnung relevanter Strömungsgrößen in Zentrifugalkraftscheidern wurden hauptsächlich aus vorangegangenen Untersuchungen empirisch ermittelt, da die exakte physikalische Beschreibung noch nicht vollständig ist. Der erste Schritt dieser Arbeit besteht darin, diese bereits existierenden Berechnungsregeln, die für konische Zentrifugalkraftscheider wie z.B. übliche Gaszyklone oder Hydrozyklone entwickelt wurden, auf ihre Anwendbarkeit auf den relativ unbekannten rein zylindrischen Zentrifugalkraftscheider zu prüfen. Die versuchte Übertragung der Berechnungsregeln führte leider zu keinen zufriedenstellenden Ergebnissen. Um das Strömungsverhalten besser zu verstehen und die Größe relevanter Strömungsvariablen abschätzen zu können, wird eine Untersuchung des Geschwindigkeitsfeldes innerhalb des zylindrischen Zentrifugalkraftscheiders mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) unter zur Hilfenahme des Softwarepakets COMSOL Multiphysics durchgeführt. Die Simulation beginnt mit einer einfachen Geometrie und laminaren Strömungsbedingungen und wird danach auf eine komplexere Geometrie, die alle Öffnungen des Zentrifugalkraftscheiders umfasst, und turbulente Strömungsbedingungen erweitert. Die Simulation bezieht sich in allen betrachteten Fällen auf einphasige Strömung (Wasser) und es werden insbesondere die axialen und tangentialen Geschwindigkeitskomponenten untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass der Verlauf der axialen Geschwindigkeitskomponente jenem in einem üblichen Hydrozyklon ähnelt. Die tangentiale Geschwindigkeit hingegen weist eine Abhängigkeit vom Radius auf, welche bei einem erzwungenen Wirbel (Festkörperwirbel) anzutreffen ist und unterscheidet sich daher signifikant vom Verlauf in üblichen Hydrozyklonen. Dies wird auch durch vergleichbare Studien belegt.

Details

Titel in ÜbersetzungUntersuchung des Strömungsverhaltens in einem zylindrischen Zentrifugalkraftscheider für das Kunststoffrecycling
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung15 Dez. 2017
StatusVeröffentlicht - 2017