Abscheider

Abscheider sind ein Teil der prozesslufttechnischen wie auch der raumlufttechnischen Anlagen. Sie dienen dazu, luftfremde Stoffe aus dem Abluftstrom zu entfernen, bevor dieser als Fortluft/Abluft nach außen oder als zurückgeführte Luft/Umluft wieder in den Arbeitsraum geleitet werden kann. Nur durch den Einsatz von Abscheidern lassen sich bei Tätigkeiten mit Kühlschmierstoffen (KSS) die Emissionsgrenzwerte gemäß Technischer Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) bzw. die Arbeitsplatzgrenzwerte gemäß Technischer Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 900 einhalten. Darüber hinaus dienen Abscheider gemäß VDI 3802 Blatt 1 zum Schutz nachgeschalteter Anlagenkomponenten (Einrichtungen zur Wärmerückgewinnung).

Bei Tätigkeiten mit KSS gelangen

• feste Stoffe (Abrieb von Werkstoff und Werkzeugform, Werkstoffspäne)
• flüssige Stoffe (KSS-Nebel) und
• gasförmige Stoffe (KSS-Dämpfe, Verbrennungsprodukte des KSS)

in den Abluftstrom. Für ihre Abscheidung müssen in der Regel verschiedene Abscheideverfahren miteinander kombiniert werden. Als Abscheider in der mechanischen Fertigung eignen sich nach VDI 3802 Blatt 1 Massenkraftabscheider, filternde Abscheider und elektrische Abscheider. Nassarbeitende Abscheidesysteme werden nur in Sonderfällen eingesetzt, z. B. bei der Nass-/Trockenbearbeitung.

Die verwendeten Abscheider bzw. Abscheidesysteme müssen den jeweiligen Anwendungsbedingungen angepasst werden. Dabei sind zu berücksichtigen:

• die Art der Kühlschmierstoffes (Öl oder Emulsion, Zusammensetzung)
• die Art der Anlage (Einzelabscheider, Gruppen- oder Zentralanlagen)
• die Betriebsweise (Dauerbetrieb oder zeitweiser Betrieb)
• die Zusammensetzung der Emissionen (Überwiegt der Dampfanteil gegenüber dem Aerosolanteil in der Erfassungsluft?)
• die Art der Luftführung (Rückführung der gereinigten Luft in den Arbeitsraum oder Abführung an die Außenluft).

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Eignung von Abscheidesystemen u. a. in Abhängigkeit von der Art des eingesetzten Kühlschmierstoffes.

Tabelle: Eignung von Abscheidesystemen

Grundsätzlich ist zu berücksichtigen, dass nicht unnötig hohe Emissionsanteile bei der Erfassung angesaugt werden und dass der Absaugvolumenstrom auf ein Mindestmaß beschränkt bleibt. Ansonsten kommt es zu einer Überfrachtung der Abscheider und einer Verschlechterung der Abscheideleistung.

Zudem muss die Eignung des Abscheidesystems überprüft werden. Ggf. ist eine Wirksamkeitsprüfung durch eine sachkundige Firma zu veranlassen. Es wird empfohlen, eine erste Messung bei maximaler Belastung des Abscheiders gemäß Betriebsanleitung des Herstellers durchzuführen. Die Prüfergebnisse sind in einem Prüfbuch oder -bericht festzuhalten.

Massenkraftabscheider arbeiten nach dem Prinzip der Schwer-, Trägheits- oder Fliehkraft. Sie werden aufgrund ihrer kompakten Bauweise, ihres einfachen Aufbaus und den damit verbundenen niedrigen Investitionskosten häufig gegenüber den anderen Abscheidern bevorzugt. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass bei Tätigkeiten mit KSS keine zufriedenstellende Abscheideleistung gemessen werden kann. In einigen Fällen steigt die Dampfkonzentration hinter dem Abscheider sogar an. Dies wird u. a. durch Nachverdampfung oder durch Stripping-Effekte im Abscheider verursacht. Die allgemein schlechte Abscheideleistung liegt im Wesentlichen an der geringen Trägheit der abzuscheidenden Aerosole. Treten tröpfchenförmige Emissionen auf (Teilchendurchmesser deutlich größer als 10 µm), können solche Abscheider bestenfalls als Vorabscheider eingesetzt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass durch die Fliehkraftwirkung der Dampfanteil nicht erhöht wird.

Filternde Abscheider halten die abzuscheidenden Stoffe an einem durchströmten porösen Filtermedium zurück. Üblicherweise erfolgt die Abscheidung auf den Filtermedien aufgrund von Trägheit (Impaktion), Sperrwirkung (Siebeffekt) und Diffusion. Die Filtermedien bestehen entweder aus Schichtungen von Wirrfaservliesen sowie -gestricken, aus Schüttungen oder aus Sinterelementen, z. B. aus Kunststoff, Metall, Glas. Einen wichtigen Einfluss auf die Abscheideleistung hat die wirksame Filterfläche, die durch den sogenannten Filterflächenbelastungsgrad ausgedrückt wird. Er gibt an, wie viel Luft durch einen Quadratmeter wirksamer Filterfläche strömt. Um die genannten Filtereffekte zu optimieren, sollte dieser Belastungsgrad möglichst niedrig sein. Der Wert für die optimale Filterflächenbelastung kann nur im Rahmen der praktischen Anwendung ermittelt werden. Weitere Effekte, die die Leistung filternder Abscheider beeinflussen, sind die konstruktive Gestaltung und die Luftführung innerhalb des Abscheiders. Wesentlich sind hierbei die Richtung der Filterflächenanströmung, die Form und Anordnung der Filtermedien, das Abreinigungsverfahren usw. In jedem Fall sollte auf die Erfahrungen der Herstellerfirmen zurückgegriffen werden.

Bei elektrostatischen Abscheidern wird das Rohgas zunächst durch eine Ionisierungszone geführt. Dort werden Aerosole und sonstige Partikel statisch aufgeladen. Voraussetzung für eine ausreichende Aufladung der Teilchen ist, dass sie einen bestimmten elektrischen Mindestwiderstand besitzen. Neben der Ladungsstärke hat die Polarisation (positiv oder negativ) einen entscheidenden Einfluss auf den anschließenden Abscheideeffekt. Sind die abzuscheidenden Partikeln negativ polarisiert, sollte ebenso eine negative Aufladung während des Durchgangs der Teilchen durch die Ionisierungszone erfolgen und umgekehrt. Dadurch wird vermieden, dass bei entgegengesetzter Polarität die Teilchenladung neutralisiert oder nur zu schwach geladen wird. In der Abscheidezone werden die geladenen Teilchen auf plattenförmigen Niederschlagselektroden abgeschieden und so vom Luftstrom getrennt. Je größer die Ladungsdifferenz der Platten gegenüber den Partikeln ist, umso effektiver ist die Abscheidung. Die auf den Plattenelektroden abgelagerten KSS-Bestandteile können aufgrund der Schwerkraftwirkung abfließen, wenn sie nicht verharzen oder sich auf andere Weise fest anlagern. Daher ist die Abreinigung bei dünnflüssigeren Substanzen effektiver als bei dickflüssigeren. Gleichzeitig abgeschiedene Feststoffe können den Abreinigungsvorgang verschlechtern oder verhindern. Die Niederschlagselektroden müssen je nach Verschmutzungsgrad mehr oder weniger oft herausgenommen und gereinigt werden. Wasseranteile in der Erfassungsluft stören die Wirkungen des Elektroabscheiders, weil der entstehende Wasserfilm Kriechströme bzw. Kurzschlussströme verursacht. Dies führt zu Spannungsüberschlägen, die den Abscheidegrad verschlechtern oder den Abscheider sogar zerstören können. Daher kann die Anwendung elektrischer Abscheider bei Tätigkeiten mit wassergemischten KSS nicht empfohlen werden.

Nassarbeitende Abscheider, sogenannte Wäscher, scheiden Stoffe aus dem Luftstrom durch Absorption in einer Waschflüssigkeit ab. Je nach Art der Waschflüssigkeit und der abzuscheidenden Stoffe können sich verschiedene Absorptionsvorgänge gewollt oder ungewollt überlagern. Die Waschflüssigkeit muss möglichst fein zerstäubt und mit den abzuscheidenden Teilchen in Kontakt gebracht werden. In einem nachgeschalteten Tropfenabscheider werden die im Tropfen eingebundenen Teilchen abgeschieden. Neben den KSS-Bestandteilen lassen sich auch weitere Feststoffe abtrennen. Als Waschflüssigkeit dient überwiegend Wasser mit unterschiedlichen Zusätzen. Durch die Verdunstung der Waschflüssigkeit wird der Luftstrom abgekühlt, womit auch eine teilweise Kondensation der noch nicht absorbierten Dämpfe erreicht wird. Die Nachteile nassarbeitender Abscheider bestehen im relativ hohen technischen Aufwand und der damit verbundenen Baugröße bzw. im großen Platzbedarf für die Aufstellung, im hohen Wartungsaufwand und darin, dass die abgeschiedenen Stoffe aus der Waschflüssigkeit entfernt werden müssen. Der relativ große Druckverlust im Abscheider verursacht deutlich höhere Betriebskosten als bei anderen Abscheidern.

Adsorptionsabscheider

Ein weiterer Typ Abscheider ist der Adsorptionsfilter (z. B. Aktivkohle-Filter). Diese Abscheider sind in der Lage, auch KSS-Dämpfe abzuscheiden. Sie sind aber in Unterhalt und Entsorgung so kostenintensiv, dass sie praktisch keine Rolle spielen.