Pulver machen, was sie wollen

Lösungen für die Handhabung von Pulvern in der Prozessindustrie – Teil 1

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27.09.2013 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: 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.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Bei der Handhabung von Schüttgütern kann die falsche Auswahl von Komponenten oder technischen Systemen zum Lagern, Beschicken und Förden 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.

Anforderungen und Problemstellungen gibt es mehr als genug
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.
Die zweite Problemstellung ist das häufig ungünstige Verhalten von Pulvern und anderen Schüttgütern. Beim Transport von Schüttgut und Pulvern zeigen sich Herausforderungen für Gerätehersteller und Ingenieure, die bei flüssigen Einsatzstoffen schlichtweg nicht vorhanden sind. Noch deutlicher werden diese Unterschiede bei der kritischen Dosierung und Regelung des Zulaufs in den Prozess.
Je nach Betriebsumgebung, Art und Weise der Handhabung und vorgesehener Verwendung kann sich das Verhalten von Pulvern bei einem einzigen Material vom Positiven zum Negativen ändern. Das Verhalten variiert dabei, je nachdem, welche chemischen und physikalischen Materialeigenschaften gegeben sind, wie zum Beispiel Größe und Form der Partikel, Schüttgewicht, Komprimierbarkeit, Kohäsionsfestigkeit, Feuchtigkeit, Ölgehalt und Art der Reaktion auf die atmosphärischen oder die Beschickungsbedingungen. Die Art des jeweiligen Materials – Granulat, Pulver, Pellets oder Flocken – wirkt sich auf das Fließverhalten aus, das wiederum einen erheblichen Einfluss auf die richtige Konstruktion der Lagerbehälter, Trichter, Dosierer und Fördersysteme hat.
Werden die Systeme nicht entsprechend konstruiert, kann sich ein problematisches Pulververhalten negativ auf alle am Prozess beteiligten Stoffe auswirken; von den Rohmaterialien über die Zwischenprodukte bis hin zu den fertigen Produkten. Im günstigsten Fall handelt es sich um leicht fließende Materialien wie Kunststoffgranulate, deren Förderung und Beschickung von nahezu jeder Art von Austragsvorrichtung durchgeführt werden kann. Aber in vielen Prozessen kommt mindestens eine dieser anspruchsvollen Materialsorten vor:

  • schwer fließende Materialien wie Glasfasern und Gummipartikel erfordern häufig spezielle Dosiererkonstruktionen und Austragshilfen (Vibratoren, mechanische Rührwerke, Auflockerungsgebläse oder Behältereinsätze);
  • fließfähige Materialien wie Gips und Kieselgur, die sich wie Wasser verhalten können, wenn sie während der Trichterentladung und Beschickung nicht korrekt gesteuert werden;
  • kohäsive Materialien wie Titandioxid und Pigmente neigen zur Brückenbildung im Trichter und haften an allem, mit dem sie in Berührung kommen.

Bei so vielen Variablen, die einen erfolgreichen Ablauf eines Prozesses gefährden können, sind sachkundige Systemingenieure gefragt, die in allen Stadien des Entwicklungsprozesses die richtigen Entscheidungen zur Handhabung von Schüttgütern treffen. Die falsche Auswahl von Komponenten oder technischen Systemen zum Lagern, Beschicken und Fördern kann zu einem unberechenbaren Materialverhalten führen – von Verstopfungen bis hin zu unkontrolliertem Materialfluss.

Dosierer: das Kernstück eines Materialtransportsystems

Die Hersteller von Prozessanlagen haben eine große Bandbreite von Beschickungslösungen entwickelt, um die vielen Herausforderungen bei der Handhabung trockener Schüttgüter zu bewältigen. Die Auswahl des Dosierers richtet sich nach den Eigenschaften des zu fördernden Materials, der Genauigkeit der für diesen Prozess erforderlichen Rezeptur und dem erforderlichen Durchsatz. Es gibt keine Dosiererkonstruktion oder Dosierergröße, die allen in einem typischen Prozess vorkommenden Anforderungen an die Materialeigenschaften oder den Durchsatz entspricht.
Im Folgenden werden die am häufigsten auftretenden Materialverhalten sowie die Beschickungslösungen beschrieben, die von den Herstellern von Beschickungsanlagen zur Handhabung dieser anspruchsvollen Schüttgüter entwickelt wurden.
Leicht fließende Materialien wie Kunststoffgranulat, Granulat und Flocken werden am häufigsten mit einem Einzelschneckendosierer zugeführt. Für die verschiedenen Materialeigenschaften und gewünschten Fördermengen ist eine Vielzahl von Schneckengrößen und -geometrien verfügbar. Bulk-Solids-Pump-Dosierer (BSP) sorgen auch für ein schonendes, präzises Beschicken mit frei fließenden Materialien. BSP-Dosierer nutzen das Prinzip der formschlüssigen Verdrängung bei außergewöhnlich präziser Förderung frei fließender Materialien.
Fließfähige Materialien, darunter fein gemahlene Materialien wie Gips und Kieselgur, können sich wie Flüssigkeiten verhalten, wenn sie während der Trichterentladung und Beschickung nicht korrekt gesteuert werden. Hierbei ist ein Dosierer mit ineinandergreifenden Doppelschnecken oftmals die beste Wahl. Die ineinandergreifenden Schneckenstege wirken dabei wie ein Ventil bei der Steuerung des Materialflusses.
Schwer fließende Materialien wie Glasfasern und Gummipartikel erfordern häufig spezielle Dosiererkonstruktionen sowie andere Austragshilfen zur besseren Steuerung des Austrags während des Beschickens. Es gibt viele unterschiedliche Dosierungsmöglichkeiten, wobei Schneckendosierer und Vibrationsdosierer am häufigsten ausgewählt werden.
Kohäsive Materialien, wie Titandioxid, Pigmente und Kupferkonzentrate, stellen während des Prozesses eine zusätzliche Herausforderung dar. Sie sind besonders anfällig für eine Brückenbildung innerhalb der Trichter und neigen zur Anhaftung und Akkumulation an den Anlagenoberflächen. Für diese Materialien eignen sich Doppelschneckendosierer mit Trichterrührwerken wie der Acti-Flow oftmals am besten.
Empfindliche und leicht zerbröckelnde Materialien, wie zahlreiche Nahrungsmittel und Fasern, müssen vorsichtig gehandhabt werden. Dosierbandwaagen, Vibrationsdosierer und Differenzial-Dosierbandwaagen sind für einen schonenden Austrag dieser Produkte ausgelegt.
Das Fehlen einer konsistenten und zuverlässigen Dosiergenauigkeit und Reproduzierbarkeit im Prozess beeinträchtigt die Integrität der Rezeptur und somit die des Endprodukts. Dies hat eine direkte Auswirkung auf die Zuverlässigkeit des Systems, den Produktertrag und die ökonomische Leistungsfähigkeit des gesamten Arbeitsvorgangs.

Der zweite Teil dieses Beitrags erscheint in der November-Ausgabe der CHEMIE TECHNIK

K 2013 Halle 14 – B33

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Heftausgabe: Oktober 2013
Don Dunnington, Director of Internet and Marketing Communications  Coperion K-Tron

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Don Dunnington, Director of Internet and Marketing Communications Coperion K-Tron
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