Pulver machen, was sie wollen

Lösungen für die Handhabung von Pulvern in der Prozessindustrie – Teil 2

Anlagenbau
Chemie
Pharma
Ausrüster
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

14.11.2013 Dass Pulver regelrecht eigensinnig sind, kann jeder, der in der Schüttgutverarbeitung tätig ist, sicher unterstreichen. Bei Konstruktion und Auslegung von Geräten und Systemen zur Handhabung von pulverförmigem Material in der Prozessindustrie stehen Ingenieure vor zwei besonderen Herausforderungen.

Anzeige

Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Bei der Handhabung von Schüttgütern kann die falsche Auswahl von Komponenten oder technischen Systemen zum Lagern, Beschicken und Fördern zu einem unberechenbaren Materialverhalten führen - von Verstopfungen bis hin zu unkontrolliertem Materialfluss.
  • Hersteller von Prozessanlagen haben im Laufe der Zeit eine große Bandbreite von Beschickungslösungen entwickelt, um die zahlreichen Herausforderungen bei der Handhabung trockener Schüttgüter bewältigen zu können.
Hier erfahren Sie mehr über Schüttgutverarbeitung

Zum einen ist die Prozessindustrie extrem vielseitig. Anwendungen reichen von Benzin und Petrochemie über Feinchemie bis hin zu Nahrungsmitteln und Getränken, Arzneimitteln, Kunststoffen, Pigmenten, Reinigungsmitteln, Düngemitteln und vielen anderen Produkten.
In jeder Branche gibt es spezifische Anforderungen und Einschränkungen. Alle Anwendungen basieren auf chemischen, thermischen und mechanischen Prozessen und nutzen die gleichen technischen Verfahren zur Herstellung von fertigen Produkten aus Rohstoffen. Das Materialhandling und die dafür erforderlichen Systeme sind jedoch sehr häufig branchenspezifisch.

Volumetrische oder gravimetrische
Dosierer?

Die erste Frage, die man bei der Planung eines Dosiersystems beantworten muss ist, ob man volumetrisch (Austrag nach Volumen) oder gravimetrisch (Austrag nach Gewicht) dosieren möchte. Von allen Punkten, die bei der Auswahl des Dosiersystems berücksichtigt werden müssen, hat dieser Aspekt die größten Auswirkungen auf die Prozessleistung und den finanziellen Erfolg.
Volumetrische Dosierer bewahren das Schüttgut in Trichtern auf und tragen einzelne Mengen des Materials in den Prozess pro Zeiteinheit aus. Zur Steuerung der Dosierung sind in diesem Fall keine Gewichtsinformationen verfügbar, außer die Dosierer sind in ein Gain-in-Weight-Chargendosierungssystem (GIW) integriert. Volumetrische Dosierer eignen sich für Materialien mit einem konstanten Schüttgewicht und für Prozesse, in denen keine genaue Steuerung der Dosierung erforderlich ist.
Gravimetrische Dosierer, wie zum Beispiel Differenzial-Dosierwaagen und Dosierbandwaagen, tragen Material nach Gewicht pro Zeiteinheit aus. Diese Systeme sind ausgereifter und daher komplex. Sie integrieren ein Dosiereraustragsystem (die mechanische Ausführung) mit einem Gewichtserkennungsmodul (Waage) und einer Prozesssteuerung. Das aktive Überwachen des Dosierprozesses beinhaltet einen Regelkreis, über den das System den Materialfluss während des gesamten Prozesses genau steuern kann.
Volumetrische Dosierer sind zwar einfacher aufgebaut und günstiger als ihr gravimetrisches Pendant, jegliche Abweichung bei der Materialdichte oder im Flussverhalten kann jedoch zu kurzfristigen Abweichungen bei der Menge des ausgetragenen Materials führen. Beide Systeme messen und steuern den Materialfluss nach Gewicht, gravimetrische Dosierer ermöglichen jedoch genauere und zuverlässigere Ergebnisse. Gewichtsdosierer sind ein wesentlicher Bestandteil von Prozessen, bei denen es für eine genaue Rezeptformulierung auf ein exaktes Dosieren ankommt. Nur Gewichtsdosierer können eine momentgenaue Dosierung und Reproduzierbarkeit gewährleisten – auch für Materialien, die zu ungünstigem Verhalten tendieren.

Schüttgüter-Dosierwaagentransfer in der Anlage
Für den Transport von trockenem Schüttgut in der gesamten Prozessanlage stehen verschiedene Optionen zur Verfügung. Die physikalischen Eigenschaften des Materials und der Anlagenumgebung bestimmen dabei das passende Fördersystem.
Für viele Anwendungen sind pneumatische Fördersysteme eine interessante Lösung. Pneumatische Fördersysteme arbeiten mit Differenzialdruck in einer Rohrleitung und verwenden in der Regel Luft, um die Schüttgüter einzuspeisen. Anschließend wird der Materialstrom aus einem Bereich mit höherem Druck in einen Bereich mit geringerem Druck transportiert. An einer Seite der Rohrleitung kann Druckluft eingeleitet werden, um das Material durch die Förderleitung zu drücken, oder es kann ein Vakuum-Inducer verwendet werden, um das Material durch die Förderleitung zu saugen.
In pneumatischen Fördersystemen wird als Gas meistens Luft verwendet. Bei potenziell entflammbaren Materialien oder wenn das Risiko einer Staubexplosion besteht, ist ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, erforderlich. Bei Nahrungsmittelprodukten, die an Geschmack verlieren, wenn sie Luft ausgesetzt sind, muss ebenfalls ein Inertgas verwendet werden.
Pneumatische Fördersysteme können in Dünnstromfördersysteme (geringer Druck) oder Dichtstromfördersysteme (hoher Druck) eingeteilt werden. Dünnstromfördersysteme haben oft ein relativ hohes Luft-Schüttgut-Verhältnis und nutzen Über- oder Unterdruck, um Materialien mit relativ hoher Geschwindigkeit zu transportieren. Dichtstromfördersysteme sind so konzipiert, dass höhere Konzentrationen von Schüttgut mit relativ geringer Geschwindigkeit transportiert werden. Derartige Systeme transportieren langsamer aufeinanderfolgende Pfropfen des Produkts, um die Qualitätsverschlechterung während des Transports zu minimieren.

Pneumatische Fördersysteme –
Vakuum versus Druck

Sowohl Saugfördersysteme als auch Druckluftfördersysteme können für den Betrieb das Prinzip der Dünnstromförderung oder Dichtstromförderung verwenden. Beide Systeme haben Vorteile, und die Wahl der optimalen Fördermethode hängt von den Anwendungsanforderungen ab. Oft werden Druckluftfördersysteme mit Saugfördersystemen in einer einzigen Anwendung kombiniert. Um die richtige Wahl zu treffen, ist unter Umständen ein Materialtest in einem gut ausgerüsteten Testlabor erforderlich.

Pneumatische Komponenten für Saugförder- und Druckluftförder-Systemanwendungen
Pneumatische Förderleitungen bestehen je nach Typ des pneumatischen Fördersystems (Vakuum oder Druck) und der Anwendung, wie zum Beispiel Wägen, Chargendosierung, Entladen und Lagerung von Schüttgut, Transfer innerhalb der Anlage oder Nachfüllen der Differenzial-Dosierwaage, aus zahlreichem Zubehör und vielen Komponenten und Teilen. Mögliche Komponenten sind unter anderem

  • Zellenradschleusen,
  • Rohrweichen,
  • Vakuumsequenzierungs-Abscheider.
  • Saugförderer,
  • Komponenten zum Be- und Entladen von
  • Güterwaggons,
  • Gebläsepakete,
  • automatische Steuerungen,
  • Lagerbehälter und Trichter,
  • Drehklappen,
  • Filterabscheider,
  • In-line-Filter,
  • Zyklone,
  • Entlüfter,
  • Lagertanks für Schüttgut,
  • Füllstandsanzeigen,
  • Trockner und Trockenbehälter sowie
  • Fließhilfen.

Branchenspezifische Beispiele
Von der Entwicklung einfacher Dosierer und Fördersysteme bis hin zur Lösung komplexer Aufgabenstellungen beim Materialhandling erfordern erfolgreiche Lösungen für Dosier- und Fördersysteme oft spezifische Anwendungs- und Branchenkenntnisse.
Kunststoffe: Für die Automatisierung in der Kunststoffindustrie sind oftmals gravimetrische Dosiersysteme mit hoher Genauigkeit mit integrierter Saugfördertechnik und dazugehörigen Geräten zur Handhabung von Schüttgut erforderlich. Dosiersysteme und pneumatische Fördersystemlösungen werden speziell für die Kunststoffindustrie gefertigt, wie beispielsweise für den Transport von Pulver und Granulatschüttgütern vom Entladen von den Güterwaggons zur Lagerung, für das Fördern zum Dosier-, Misch-, Wiege- und Siebvorgang mit integrierten Trocknungs- und Entstaubungssystemen. Typische Kunststoffprozesse, die häufig mit schwierigem trockenem Schüttgut arbeiten, sind zum Beispiel die Harzherstellung, das Compoundieren und die Extrusion.
Chemikalien und Mineralien: Unternehmen, die in der Chemikalien- und Mineralienverarbeitung tätig sind, verwenden pneumatische Fördersysteme für den Transport und zum Dosieren von Materialien, wie bdeispielsweise Calciumcarbonat, Kupferhydroxid, Talk, Bentonit, kaolinitischer Ton, Ätznatron, Kalkstein, Natriumbenzoat, verbrannte Holzschnitzel, Attapulgit-Karbon-Mischungen, Gips, Vanadiumpentoxid, Dolokorn, Dicalziumphosphat, Kieselsäure, TiO2, Bleioxid, Ammoniumsulfat und Borsäure.
Nahrungsmittel und Tiernahrung: Die Lebensmittelindustrie bietet zahlreiche Anwendungsbeispiele, wie etwa das Herstellen von Tortillas, Brot- und Kuchenmischungen, Pasta, Snacks, Cerealien, Süßigkeiten, Keksen und Crackern, Eiscreme oder Tiernahrung. Bei der Auswahl von Dosiersystemen und Fördereinrichtung spielen außerdem die hygienegerechte Ausführung, die einfache Reinigung und der schonende Umgang empfindlicher Materialien eine wichtige Rolle.
Arzneimittel und Nahrungsergänzungsstoffe: Für pharmazeutische Anwendungen sind oft eine starke Produktabschirmung, eine hygienegerechte Ausführung und umfangreiche Reinigungsmöglichkeiten vor Ort erforderlich. Empfindliche Materialien, wie zum Beispiel Tablettengranulate, aktive pharmazeutische Bestandteile (APIs), Trägerstoffe und sogar fertige Kapseln und Tabletten müssen vorsichtig gehandhabt werden.

Der erste Teil dieses Beitrags erschien in der Oktober-Ausgabe der CHEMIE TECHNIK 

Heftausgabe: November 2013
Don Dunnington, Director of Internet and Marketing Communications Coperion K-Tron (Schweiz) LLC

Über den Autor

Don Dunnington, Director of Internet and Marketing Communications Coperion K-Tron (Schweiz) LLC

Don Dunnington, Director of Internet and Marketing Communications Coperion K-Tron (Schweiz) LLC

Loader-Icon