Rohrpost in den Reaktor

Reaktorbefüllung mittels pneumatischer Förderung

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25.05.2018 Beim Beschicken von Reaktoren mit Feststoffen sind höchste Prozesssicherheit, maximaler Personenschutz bei minimalem Produkthandling und höchste Effizienz gefordert. Alle diese Anforderungen können mit einem korrekt ausgelegten pneumatischen Fördersystem erfüllt werden.

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Entscheider-Facts für Planer und Betreiber

  • Pneumatische Fördersysteme bewegen Schüttgüter mittels Unter- oder Überdruck durch eine Rohrleitung aus einem Vorratsbehälter ans Ziel, etwa in einen Reaktionsbehälter. Dabei handelt es sich grundsätzlich um geschlossene Systeme, und die Produktaufgabe lässt sich räumlich vom Reaktor trennen.
  • Die minimale Interaktion zwischen Bediener und Fördermedium steigert den Personalschutz und die Produktsicherheit. Der geringe Fördergas- und Energieverbrauch sowie geeignete Filtration von Emissionen schonen außerdem die Umwelt.

Chemische Reaktionsprozesse laufen üblicherweise batchweise in Reaktoren ab. Dafür sind die verschiedenen Feststoffe in genau definierten Mengen in den mit Gasen oder Flüssigkeiten vorgefüllten Reaktor einzubringen.

Die manuelle Produktzugabe mittels Einschüttung durch eine Öffnung direkt in den Reaktor birgt durch die Exposition des Bedienpersonals hohe Personenrisiken. Hinzu kommen Prozesssicherheitsrisiken, wenn das falsche Material oder die falsche Menge zugegeben wird. Zudem ist die manuelle Zugabe nur bei atmosphärischen Bedingungen möglich.

Das Prinzip der pneumatischen Förderung

Mit pneumatischen Fördersystemen lässt sich die Materialzugabe – abhängig von der Art des Reaktors und des Reaktionsprozess – bei unterschiedlichen Druckverhältnissen von Vakuum bis zu einem Überdruck von 6 bar durchführen. Beim Einbringen in Lösemittel kann der Feststoff auch Unterspiegel eingebracht werden, um den Feststoff schneller zu benetzen und den Reaktionsprozess zu beschleunigen. Pneumatische Fördersysteme sind grundsätzlich geschlossene Systeme, und die Produktaufgabe lässt sich räumlich von den Reaktoren trennen. Dabei existieren unterschiedliche Möglichkeiten, Reaktoren mit pneumatischen Fördersystemen zu beladen.

Für die Reaktorbeladung kommen oft Dichtstrom-Fördersysteme zum Einsatz. Dazu dient ein als Druckbehälter ausgelegter Behälter als Sendegefäß. Mit Druckluft oder einem inerten Gas wird der Feststoff durch eine Rohrleitung in den entsprechenden Reaktor gefördert. Eine zusätzliche Spülfunktion sichert die Restlosentleerung des Fördersenders und der Rohrleitung. Aufgrund der Ausgestaltung als Druckbehälter lassen sich Feststoffe über weite Förderdistanzen von mehreren Hundert Metern und mit minimalem Gasdurchverbrauch fördern. Ein optimierter Gasverbrauch ist wichtig, um die nachgeschalteten Abgasfiltersysteme, Gaswäscher nicht zu überlasten und um die Betriebskosten zu minimieren.

Silos, Big Bags und Säcke

Die benötigte Durchsatzmenge definiert in erster Linie, in welcher Art von Gebinde die Feststoffe angeliefert werden. Für große Materialdurchsätze und die Hauptkomponenten ist die Anlieferung in Silofahrzeugen bevorzugt. Aus dem Silofahrzeug wird das Produkt zuerst pneumatisch in ein Lagersilo gefördert. Dazu dient üblicherweise Druckluft, bei speziellen Anforderungen kann allerdings bereits hier ein inertes Fördergas eingesetzt werden. Ein Dosierorgan füllt anschließend das Produkt aus dem Silo in einen verwogenen Druckbehälter. Dieser Fördersender transportiert schließlich das Produkt möglichst schonend und mit minimalem Fördergasverbrauch in den Reaktor. Dies geschieht normalerweise mit einem inerten Gas, da ansonsten im Reaktor ein explosives Staub-Gas-Gemisch entstehen könnte.

Mit der Anlieferung des Materials in Silofahrzeugen erübrigt sich somit das notwendige Produkthandling durch Betriebspersonal. Bei der Anlieferung von Big Bags ist dagegen ein gewisser manueller Arbeitsaufwand notwendig. Aus dem Big Bag wird das Produkt entweder direkt in einen verwogenen Fördersender dosiert oder über ein zwischengeschaltetes, pneumatisches Fördersystem zuerst in ein Lagersilo gefördert. Aus dem Lagersilo wird dann die benötigte Batchgröße wiederum in einen Fördersender abgewogen. Kleinkomponenten lassen sich zusätzlich durch eine Sackschütte in den Fördersender einfüllen.

Falls Sackware zum Einsatz kommt, dann kann der Feststoff über eine Einschüttstation in den Fördersender eingefüllt werden. Es ist allerdings auch möglich, ein kombiniertes Saug-Druck-Fördersystem einzusetzen. Das Produkt wird in der Einschüttstation aus dem Sack entleert und über ein Dosierorgan in eine Saugleitung eingetragen. Als Vakuumabscheidebehälter dient dabei ein verwogener Druckbehälter mit direkt aufgebautem Filter. Wenn die benötigte Charge erreicht ist, wird die Saugförderung ausgeschaltet. Anschließend wird auf die Druckförderung umgeschaltet, welche das Material in den Reaktor fördert. Eine solche Prozessgestaltung ist vor allem bei beschränkten Raumhöhen vorteilhaft, da sie das Platzieren der Einschüttstation auf dem Boden ermöglicht und Podeste und Treppen verhindert.

Mechanisch oder pneumatisch?

Zu Beginn eines Projekts ist die grundlegende Entscheidung zu treffen, ob ein mechanisches oder ein pneumatisches Fördersystem den Transport des Materials übernehmen soll.
Mechanische Fördersysteme sind häufig offen zur Atmosphäre, wie Förderbänder. Sie neigen dazu, eine Kontamination des Produkts und des Bereichs um das Förderband herum zuzulassen. In den geschlossenen mechanischen Fördersystemen, wie den rohrförmigen Kettenförderern, unterliegen die mechanisch bewegten Teile einem Verschleiß und können das Produkt verunreinigen. Zudem stellen bewegliche Teile ein Sicherheitsrisiko in Bezug auf den Explosionsschutz dar und sind wartungsanfällig. Abschließend erfordern mechanische Fördersysteme auch einfache Förderweggeometrien und ausreichend Platz für die Installation.

Pneumatische Fördersysteme basieren auf dem Prinzip, dass das Produkt in eine Rohrleitung eingespeist und durch eine Gasströmung – erzeugt durch Überdruck oder Unterdruck – durch die Rohrleitung zum Bestimmungsort transportiert wird und am Bestimmungsort das Produkt vom Gasstrom getrennt wird. Dieses System ist geschlossen, somit ist die Sauberkeit und Hygiene der Umgebung gesichert. Die Rohre lassen sich platzsparend an Wänden und Decken montieren, damit die Bodenfläche für Produktion oder Lagerung verfügbar bleibt. Pneumatische Fördersysteme eignen sich für kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betrieb und sind vollautomatisch.

Auswahl eines pneumatischen Fördersystems

Nach der allgemeinen Entscheidung für ein pneumatisches Fördersystem besteht die Aufgabe darin, das am besten für die Anforderungen des Projekts geeignete System unter den verschiedenen Arten von pneumatischen Fördersystemen auszuwählen. Bei der Konstruktion eines solchen Systems sind folgende Punkte zu beachten:

  • Anordnung des Fördersystems: horizontale und vertikale Distanzen, Anzahl der Umlenkungen,
  • erforderliche Durchsatz,
  • Eigenschaften der Produkte: Empfindlichkeit gegenüber Abrieb und Bruch, Feuchtigkeitsgehalt, Schüttdichte, Partikelform und -größenverteilung, Fließeigenschaften, Abrasivität, Temperatur, hygroskopische Neigung.

Verfügbare Zuführvorrichtungen, um das Produkt in die Leitung zu dosieren, umfassen Zellenradschleusen oder Druckbehälter. Zellenradschleusen führen das Produkt mechanisch durch ein rotierendes Zellenrad in die Leitung ein. Sie bedienen üblicherweise Dünnstromfördersysteme mit höheren Fördergeschwindigkeiten und geringeren Förderdrücken.

Vorteile der Dichtstromförderung

Dichtstromförderung lässt sich in Pfropfenförderung sowie Strähnen- und Dünenförderung unterteilen. Für die möglichst schonende und entmischungsfreie Förderung von fragilen Produkten kommt das PTA-System (Pfropfenförderung) zum Einsatz. Dieses schonende Langsamfördersystem minimiert auch den Verschleiß und den Gasverbrauch. Dichtstrom-Fördersysteme können das Produkt über mehrere Hundert Meter in einem betriebssicheren Zustand fördern.

Der Schutz des Anlagenbedieners ist durch minimale Interaktion mit den Aggregaten und aufgrund des geschlossenen und automatisierten Systems gegeben. Der geringe Fördergas- und Energieverbrauch sowie geeignete Filtration von Emissionen schonen die Umwelt.

Praxistests für die richtige Lösung

Das komplexe Verhalten von Schüttgütern lässt Simulationen und Berechnungen nur bis zu einem gewissen Teil zu. Um die Machbarkeit und die richtige Auslegung einer Anlage abzuklären, sind Versuche im industriellen Maßstab deshalb meist unabdingbar. Solche Tests sind sehr realitätsnah in firmeneigenen Testcentern wie dem des Fördertechnik-Anbieters Gericke möglich. Neben dem Überprüfen von Leistungsbereichen und -grenzen lässt sich die Planungszeit verkürzen und gleichzeitig die Prozesssicherheit erhöhen. Versuche sind in sehr individueller Fahrweise über Förderstrecken bis über 230 m möglich. Mit der etablierten Technik findet sich so eine Lösung für fast jeden Fall.

Achema 2018 Halle 5.0 – C94

Pneumatisches Dichtstrom-Fördersystem PTA/PHF 20

 

Heftausgabe: Juni/2018
Tobias Weber,  Bereichsleiter Pneumatische Förderung, Gericke

Über den Autor

Tobias Weber, Bereichsleiter Pneumatische Förderung, Gericke
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