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Messservice: Fließfähikeit von Pulvern und Schüttgütern

Siloauslegung für Massenfluss

Massenflusssilo bzw. Kernflusssilo

Zur Vermeidung von Problemen bei der Lagerung und Austrag von kohäsiven Schüttgütern sollten Silos immer auf Massenfluss ausgelegt werden. Bei Massenflusssilos ist beim Austrag das gesamte Schüttgut in Bewegung. Probleme wie sie bei Kernfluss / Schlotfluss entstehen, können so vermieden werden.

Während des Kernflusses sind nur Teile des Schüttguts in Bewegung. Dadurch kann es zu

  • unterschiedlichen Verweilzeiten des Materials im Silo, bis hin zu toten Zonen,
  • Entmischung,
  • Staubbildung
  • exzentrische Schachtbildung,
  • Fluidisierung bzw. Schießen des Materials,
  • unregelmäßiger Auslaufmassenstrom,
  • Zeitverfestigung,

kommen.

Erkennen und Vermeiden Sie schon im Voraus Probleme und Folgekosten durch Schüttgutuntersuchungen.

Je nach Schüttguteigenschaften, Dimensionierung, Bauform der Lagerstätte und Wandmaterial muss der Trichter steil genug sein, damit sich Massenfluss einstellt. Steilere Trichter führen jedoch zu großen Bauhöhen, mehr Materialeinsatz oder verringern die Kapazität der Lagerstätte.

LIMITING CRITERIA FOR MASS FLOW / FUNNEL FLOW

φeφwßcrit
   35.6 deg10.7 deg45.7 degMASS FLOW
    

Limit criterion for mass flow / funnel flow

Auszug aus der automatischen online Siloberechnung:

Nach den Schüttgutuntersuchungen steht ihnen ein online Berechnungstool zur Bestimmung des Grenzkriteriums für Massenfluss / Kernfluss zur Verfügung. Mit den gemessenen Stoffdaten lassen sich dadurch leicht der notwendige Trichterwinkel bzw. die Auswahl des geeigneten Wandmaterials bestimmen.

 

 

Anwendungsbeispiel: Staub und ÜberlastUNG durch falsches Austraggerät

 

Schachtbildung durch Austraggeräte

Viele Austragsgeräte aktivieren nicht den gesamten Bereich des Siloauslasses. Beispielsweise zieht ein Schneckenförderer nur von der Rückseite aus Material ab, wenn er im vorderen Bereich kein Platz mehr hat um weiters Material aufzunehmen. Ein Förderband dagegen aktiviert meist nur die Vorderseite. Durch Einsatz von Einbauten kann es ebenfalls zu Schachtbildung kommen. Abhängig von der Exzentrizität und den örtlichen Unterschieden der Pulververdichtung fließt das Pulver am Ort des kleinsten Strömungswiderstandes. Der Rest des Pulvers verdichtet sich und wird Zeitverfestigt. Dadurch stabilisiert sich der Schacht an der gleichen Stelle noch. Wenn also ein Fließkanal hergestellt ist, bleibt er an gleicher Stelle und der Rest des Material verdichtet sich.

Beim Einstürzen von Schächten können Staubwolken entstehen, welche eine Gefahr für eine Staubexplosion darstellen können. Die Staubkonzentration lässt sich nicht kontrollieren und variiert mit der Zeit. Das bedeutet, dass kritische Staubkonzentrationen für eine bestimmt Zeit bei jedem Einsturz eines Schüttgutschachts auftreten können.

Eine weitere Gefahr durch den Einsturz besteht darin, dass sich das einstürzende Schüttgut mit Luft vermischt und fluidisiert. Das führt zu hydrostatischen Drücken auf die Silowände welche die normalen Silodrücke weit übersteigen können.

Verhindern lässt sich das nur, durch Verhinderung von Brücken und Schachtbildung in Silos.

discharge equipments which leeds to ratholling

Daraus erkennen wir, dass es nicht nur notwendig ist, einen genügend großen Trichterauslauf zu haben, um Brückenbildung zu vermeiden, sondern die Art des Austragsbodens muss auch den gesamt notwendigen Auslauf aktivieren können.
Ein Kriterium zum Verhindern von Schachtbildung in Silo ist es, dass der Durchmesser des Silos nicht viel größer sein darf als die Abmessung des Auslasses. Ist der Schaftdurchmesser zu groß, entsteht ein zentraler Strömungsbereich mit Kernfluss. Bei übergroßen Durchmessern bildet das Pulver eine zentrale Fließzone und eine tote Zone in der Nähe der Silowände. Entsprechend der Kohäsion des Pulvers kann eine stabile ringförmige Wand entstehen. An dieser ringförmig ausgebildeten Wand, wirkt ein entsprechender Druck abhängig von der Höhe des Schachts. Dieser Druck kann nicht größer sein, als die Druckfestigkeit des Pulvers. Wird die Druckfestigkeit überschritten kann es zum plötzlichen Einbrechen des Schachtes kommen mit all den im Vorfeld aufgeführten Problemen wie Staubbildung, Fluidisierung usw. Bei richtiger Silodimensionierung fließt der gesamte Siloinhalt wie ein Kolben in einem Zylinder und eine Schachtbildung wird verhindert.

 

Neugestaltung eines Weizenmehlsilos

In einem Weizenmehlsilo, kahm es durch Einsturz des Fließkanals zu Schäden an den Silowänden. Der ursprüngliche Trichterwinkel und die Austrittsöffnung war groß genug dimensioniert um Massenfluss zu erziehlen und Brückenbildung zu verhindern. Das verwendete Austragsgerät, ein Schneckenförderer mit Rührwerk darüber, konnte jedoch nur einen Teil des Austrags aktivieren und verursachte Kernfluss. Schachtbildung mit stabilen Wänden über die gesamte Höhe des Silos war ein tägliches Problem. Manchmal brach es von selbst ein und manchmal musste es manuell zu Einsturz gebracht werden. Dabei fluidisiert das einstürzede Pulver und überlastete die Silowände die durch den hydrostatischen Druck plastisch verformt wurden.

Die Neugestaltung wurde durch einfaches Auswechseln des ursprünglichen Austragsgeräts realisiert, da der Siloauslass selbst groß genug war. Unter dem ursprünglichen Siloauslauf wurde der Schneckenförderer durch ein Siletta–Vibrationsboden ersetzt der den gesamten Querschnitt aktivieren konnte. Schachtbildung trat nun nicht mehr auf und die Spannungen blieben im normalen Bereich.

 

Schlussfolgerung

Aus dem Beispiel der industriellen Praxis haben wir gesehen, dass eine falsch dimensionierte Austragsöffnung oder die falsche Wahl des Austragsbodens gefährliche Situationen hinsichtlich Staubexplosion oder statischer Überlastung verursachen kann. Durch richtige Konstruktion, unter Berücksichtigung der Schüttgutparameter können Probleme verhindert und eine sichere statische und technologische Installation erreich werden.

Schüttgutanalyse Messungen und Auswertungen von physikalischen Eigenschaften von Pulvern und Schüttgütern Fließort Grenzkriterium für Massenfluss / Kernfluss