Schüttgüter mischen, temperieren und staubfrei fördern

Die chemische Industrie ist von der Handhabung der Schüttgüter her besonders breit aufgestellt. Es kommt eine Vielzahl von Pulvern und Granulaten zur Anwendung. Alle diese Schüttgüter weisen ein breites Spektrum an physikalischen und chemischen Eigenschaften auf und differenzieren sich weitgehend in ihrem Verhalten. Ein wirtschaftliches und betriebssicheres Handhaben bedingt eine Berücksichtigung dieser Eigenschaften bei der Anlagenplanung. In der Anlage werden die verschiedenen verfahrenstechnischen Schritte durchlaufen. Es kommt darauf an, die Qualität des Schüttgutes, beispielsweise durch ungewollte Kornzerstörung, so wenig wie möglich zu beeinträchtigen, andererseits aber auch die Prozesse so wirtschaftlich und energieeffizient wie möglich zu gestalten. Durch Weiterentwicklung der verfahrenstechnischen Prozesse konnte die Leistungsfähigkeit der Anlagen in den letzten Jahren immer wieder gesteigert werden.

Pneumatische Förderung nochschonender

Verschiedenartige Granulate oder Pulver pneumatisch zu transportieren ist eine Technik, die seit mehr als 100 Jahren erfolgreich in unterschiedlichen Fördermodi praktiziert wird. Mit zunehmender Erfahrung hat sich jedoch auch das Wissen verfeinert, die Verfahren sind vielfältiger und die Technik um das Aufgabengebiet pneumatische Förderung ist moderner geworden – gleich ob es sich dabei um den verfahrenstechnischen Teil der Pneumatik, die Bauteile oder die Rohrlagerung handelt. Den Neuentwicklungen stand immer die Forderung nach noch schonenderer Förderung, besserer Energieeffizienz sowie nach einer kostenoptimierten und noch sichereren Förderanlagen zur Seite. Generell gilt: je schonender die Förderung, je geringer ist die Belastung des Produktes, das sich vom Ausgangsprodukt möglichst nicht unterscheiden sollte.
Ein Grundsatz bei der klassischen Flugförderung ist, die Geschwindigkeitsverteilung über die gesamte Förderstrecke gleichmäßig gering zu halten. Dies ist auch die Basis einer schonenden Förderung. Gleichzeitig werden der Förderdruck und die Fördergasmenge optimiert und so der energieeffizienteste Förderzustand erzielt.

Durch Einsatz der Dichtstromförderung im Pfropfenförderbereich von Kunststoffgranulaten (Conti-Schub, Takt-Schub) lässt sich die Fördergeschwindigkeit noch weiter reduzieren und damit die Schonung der Granulate erhöhen. Allerdings sind hierbei die – insbesondere bei großen Rohrleitungsdurchmessern und harten Granulaten teilweise auftretenden – hohen Rohrlagerungskräfte zu berücksichtigen. Durch intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeiten lassen sich heute aber selbst bei Rohrleitungsdurchmessern bis DN 400 Anlagen dauerhaft sicher, betriebsgerecht und wartungsarm durch spezialisierte Anbieter auslegen.
Neben den sicher dimensionierten Rohrleitungsbauteilen lassen sich die Rohrleitungskräfte jedoch auch durch verfahrenstechnische Maßnahmen gering halten. Wichtig ist es, den Förderzustand, auch bei Produkt-, Förderweg-, oder Leistungsänderung, durch Einsatz moderner hochflexibler Luftmengenregelungen stets in einem stabilen Bereich zu halten. Hier hat sich das Luftmengenregelsystem Intacon bewährt, bei dem wichtige Parameter kontinuierlich überwacht und geregelt werden.
Dort, wo die klassischen Förderverfahren ihre Grenzen haben, zeigen Systeme mit externer Nebenleitung (Fluidsplit) ihre Stärke. Damit lassen sich schwer handhabbare, bruchempfindliche, schleißende oder kohäsive Produkte schonend und sicher über den gesamten Förderweg transportieren. So können nun auch Produkte mit sehr geringen Geschwindigkeiten gefördert werden, die sonst die Leitung verstopfen oder schnell verschleißen würden. Entgegen den herkömmlichen Nebenleitungssystemen wird bei Fluidsplit mit kleinsten Gasmengen gearbeitet und nur dort zusätzlich Gas eingeblasen, wo die Leitung zu verstopfen droht. Die lokal eingeblasene Luft splittet den zu großen Pfropfen in kleinere auf und setzt so die Verschiebekraft deutlich herab.
Fluidisierbare Pulver, wie beispielsweise PTA oder Alumina, können energieoptimiert und sicher mit innenliegender Nebenleitung ohne zusätzlicher Einblasluft gefördert werden. Das innen liegende Nebenleitungssystem ist so konzipiert, dass es das Produkt in einem fluidisierten Zustand hält und eine Pfropfenbildung bzw. ein Anhäufen von Produkt in einem Leitungsabschnitt automatisch auflöst. Das System ermöglicht ein problemloses Wiederanfahren einer vollen Förderleitung. Durch Optimierung der Nebenleitungsgestaltung konnte die Fördergeschwindigkeit ohne Förderdruckerhöhung weiter reduziert werden.

Mischen und Homogenisieren von Granulaten

Unter Mischen versteht man das gleichmäßige Zusammenführen verschiedener Feststoffe oder Fraktionen, zum Beispiel das Einmischen von Farbpigmenten in Kunststoffpulver. Homogenisieren ist das Vergleichmäßigen von schwankenden Qualitäten in einem Schüttgut, zum Beispiel das Eliminieren von produktionsbedingten Schwankungen des Schmelzindexes bei Polyolefinen. Grundvoraussetzung für die Auswahl eines Mischverfahrens ist die Kenntnis der Schüttguteigenschaften. So lassen sich granuläre Produkte in der Regel einfacher homogenisieren als Pulver, da letztere häufig kohäsiv und nicht freifließend sind.

Infolge des meist freifließenden Verhaltens von Granulaten aufgrund geringer Kohäsion kommt hier fast ausschließlich der Einsatz von Gravitationsmischern zum Tragen. Das Schüttgut fließt durch Schwerkraft ohne zusätzlichen Energiebedarf. Über Mischrohre oder geeignete Strömungsprofile werden Produktpartien aus verschiedenen Niveaus des Mischsilos am Auslauf zusammengeführt. Mehrrohrmischer oder Zentralrohrmischer haben den Nachteil, dass die Rohre starken Belastungen durch das Schüttgut ausgesetzt sind. Es sind daher massive Konstruktionen notwendig.

Trichtermischer, die durch entsprechende Trichtersegmente ein Fließprofil mit möglichst vielen, mit unterschiedlicher Geschwindigkeit strömenden Fließzonen erzeugen, bieten den Vorteil einer einfachen Reinigung, da im Silokörper keine Mischrohre notwendig sind und vermeiden so auch statische Probleme. Darüber hinaus ist einfaches Nachrüsten möglich. Auf dem Gebiet des Granulatmischens hat sich der sogenannte Combiflow-Blender einen Namen gemacht, der den Gravitationsfluss in sechs verschiedene Fließzonen unterteilt und so zu einer effizienten Verschneidung führt.

Beim Pulvermischen Brückenbildung vermeiden

Stark kohäsive Pulver lassen sich nur durch mechanische Mischer mithilfe von umlaufenden Mischwerkzeugen bzw. mithilfe eines Luftstrahlmischer, die das Schüttgut durch einen impulsartigen Luftstoß hochwerfen und verwirbeln verschneiden. Beide Mischertypen sind vom Volumen her stark begrenzt. Bei Luftstrahlmischern liegen die Maximalgrößen bei rund 100m³ Inhalt. Freifließende bzw. leicht kohäsive Pulver, wie sie insbesondere im Kunststoffbereich häufig vorkommen, lassen sich jedoch heute auch in großen Mengen mithilfe von speziell entwickelten Gravitationsmischern handhaben. Hier konnten durch die Markteinführung des Fluid-Cone-Blenders, der als Trichtermischer den Schüttgutfluss in fünf Fließzonen unterteilt, ganze Anlagenkonzepte vereinfacht werden.

Die Eignung dieses Mischertyps auch für mäßig kohäsive Pulver wird durch die geometrische Form des Trichters bei möglichst großen Öffnungsweiten erzielt. Dadurch wird Brückenbildung vermieden. Selbst bei höherer Kohäsion lässt sich der Mischer noch einsetzen, indem er partiell mit Belüftungskissen als Fließhilfen ausgestattet wird.

Granulat immer reinigen

Auch bei der schonendsten pneumatischen Förderung entsteht je nach Empfindlichkeit des Produktes mehr oder weniger viel Abrieb oder gar Engelshaar. Das Reinigen bzw. Entstauben erfolgt in der Regel durch Windsichten. Mit hohen Geschwindigkeiten arbeitende Gegenstrom-Windsichter entfernen auch stark anhaftende Staubpartikel von den einzelnen Granulatkörnen und decken ein sehr breites Spektrum von Sichtaufgaben ab. Die Umlenk-Gegenstrom-Sichter UGS der 5. Generation stellen den letzten Stand der Sichterentwicklung dar. Sie übertreffen die Effizienz der Vorgänger bei weitem. Diese Sichterbauarten werden vor dem Eintritt in die Lagersilos eingesetzt, idealerweise kurz vor den Absacksilos. Ist das Produkt mit großen Mengen von Fäden und Fadennestern verunreinigt, ist eine erste Reinigungsstufe mit einem Trommelsieb (TSM) erforderlich, bevor das Produkt über einen Sichter endgültig gereinigt werden kann.

Immer häufiger besteht der Wunsch, den Reinigungsprozess erst kurz vor dem Verladen unterhalb der Verladesilos oder kurz vor den Verarbeitungsmaschinen durchzuführen. Für solche Sichtaufgaben sind Fließbett-Sichter geeignet. Diesen Bereich deckt der Horizontal-Fließbett-Sichter (HFS) wegen seiner geringen Bauhöhe optimal ab. Heute stehen Baugrößen bis zu 40t/h Leistung zur Verfügung, die die Reinigung bei geringem Energieaufwand bewältigen. Aufgrund der schonenden Wirkungsweise ist der HFS auch für sehr spröde, bruchempfindliche und hochelastische (EVA) Produkte die ideale Lösung.

Thermische Prozesse zunehmend wichtiger

Thermische Prozesse nehmen in der Schüttguttechnik heutzutage einen immer größeren Raum ein. Die Effizienz des Heiz- oder Kühlprozesses konnte in den letzten Jahren durch die Entwicklung von Rohrbündelwärmeübertragern (Bulk-X-Change)deutlich gesteigert werden. Hierbei strömt das Schüttgut vertikal durch die Rohre, die von dem Temperiermedium umflossen werden.

Eine spezielle Einlaufgeometrie gewährleistet, dass keine Toträume entstehen und das gesamte Produkt in die Rohre einfließt. Es lassen sich auch größere Leistungen abdecken. Heute sind unter anderem Bulk-X-Change-Wärmeübetrager mit mehr als 2000 Rohren im Einsatz. Allerdings ist die Anwendung auf freifließende bzw. leicht kohäsive Schüttgüter begrenzt. Mit der Integration des Bulk-X-Change in pneumatische Fördersysteme können weitere positive Effekte erzielt werden. Die sonst bei sogenannten Jacketed Pipes üblichen langen Kühlstrecken konnten auf einen Bruchteil der Länge reduziert werden. Damit lässt sich der Kühlprozess trotz sehr kurzer Förderwege realisieren.