DE10140426B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung des Staubungsverhalten von Substanzen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Untersuchung des Staubungsverhaltens von Substanzen mit einer Zuführeinrichtung (1) zum Einbringen der zu untersuchenden Substanz und einem damit verbundenen Hohlkörper (4), in dem die Substanz auf einen unteren Boden (6) fällt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erstellung eines zweiten Bodens (7) über dem unteren Boden (6) vorgesehen sind, die das nach dem Schüttvorgang auf dem unteren Boden (6) liegende Schüttgut von der darüber stehenden Staubwolke trennen, daß sich in dem Hohlkörper (4) oberhalb des zweiten Bodens (7) eine Einrichtung (8) zur gleichmäßigen Verteilung der Staubwolke befindet, und daß der Hohlkörper (4) eine Öffnung (9) zum Einführen eines Rohres (10) besitzt, das mit einem Partikelzählgerät (11) verbindbar ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur detaillierten Untersuchung des Staubungsverhaltens von Substanzen.
• In der chemischen Industrie und verwandten Industriebereichen werden eine Vielzahl von pulverförmigen granulären Produkten hergestellt. Eine gemeinsame Eigenschaft dieser Produkte ist die Freisetzung von Produktstaub beim Schütten, Streuen und anderen mechanischen Beanspruchungen. Bei der Herstellung und Weiterentwicklung der genannten Produkte werden zur Prüfung des Staubungsverhaltens Vorrichtungen und Verfahren benötigt, die eine Bestimmung der Menge an Produktstaub ermöglichen, die durch eine definierte Produktmenge bei einem definierten Schüttvorgang freigesetzt wird.
• Verschiedene bekannte Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung des Staubungsverhaltens von Produkten sind in einem Übersichtsartikel von A. Bürkholz "Staub-Reinhaltung der Luft" 49 (1989) 433–438 beschrieben. Bei diesen Vorrichtungen wird eine definierte Produktmenge durch ein Rohr von definierter Länge geschüttet und in einem mit dem Rohr verbundenen Meßkasten aufgefangen. Durch den Schüttvorgang und den Aufprall der Substanz wird auf dem Boden des Meßkastens Produktstaub erzeugt, dessen Menge gravimetrisch oder optisch erfaßt wird. Die optischen Meßverfahren bedienen sich der Lichtschwächung (Transmissionslichtverfahren) und der Lichtstreuung, wobei den optischen Meßwerten mit Hilfe von gravimetrischen Vergleichsmessungen Staubmassen zugeordnet werden.
• Im Handel erhältliche Geräte nutzen ausschließlich die Lichtschwächung, während eine andere bekannte Vorrichtung, die in dem Gebrauchsmuster DE 296 18 510 U1 beschrieben und im Handel erhältlich ist, zur Bestimmung der Staubmasse sowohl die Lichtschwächung als auch die Lichtstreuung heranzieht. Da die Staubpartikel im Meßkasten infolge der Schwerkraft sedimentieren, und da sich die groben Partikel schneller absetzen als die feinen, wird bei einem Teil der im Handel erhältlichen Geräten aus dem zeitlichen Verlauf der optischen Meßwerte neben der gesamten Staubmasse auch die Verteilung der Staubmasse auf verschiedene Größenklassen ermittelt.
• In der Japanischen Offenlegungsschrift JP 60-185138 (in Patent Abstracts of Japan, 1985, JPO&Japio) ist eine Vorrichtung zur Untersuchung von Staubungseigenschaften beschrieben, bei der von einem Testobjekt in einem Hohlkörper Staub erzeugbar ist, wobei dieser Hohlkörper über ein Rohr mit einem Partikelzählgerät verbunden ist.
• In der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 08 242 A1 ist eine Vorrichtung zur Entnahme von staubförmigen Proben beschrieben, wobei die Staubprobe aus einem Hohlkörper, der einen Staubstrom führt, mittels eines Rohres absaugbar ist und zu einem Partikelmeßgerät weitergeleitet wird.
• Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren haben verschiedene Mängel.
• So ist die Ausbreitung der Staubwolke in einer Meßkammer von Versuch zu Versuch nicht gleichmäßig, weshalb die optischen Meßwerte von Versuch zu Versuch schwanken und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse mangelhaft ist.
• Weiterhin benötigen die gravimetrischen Meßverfahren relativ große Staubmengen und eine längere Meßzeit, während bereits Änderungen in der Zusammensetzung des Staubs auftreten können, weil größere Partikel im Verlauf der Meßzeit teilweise sedimentieren.
• Bei den optischen Verfahren schlägt sich der Staub auch auf die Optik nieder und verschmutzt diese, was die Genauigkeit der Meßwerte beeinträchtigt.
• Hinzu kommt, daß die gravimetrischen und die optischen Meßwerte nur eine geringe Information über die Zusammensetzung der Staubwolke geben und nur unzureichende Aussagen über die Verteilung der Staubmasse in mehrere definierte Größenklassen erlauben. Auch fehlt Information über die Partikelzahl und die genauer Verteilung in verschiedene Größenklassen.
• Detailliertere Information über Partikelzahlen und Partikelmassen sowie über die Größenverteilung von Partikelzahlen und Partikelmassen auf mehrere Größenklassen ist für die Charakterisierung des Staubungsverhaltens eines Produktes und für die Entwicklung von staubarmen Produkten von Nutzen. Die Analyse von Staubpartikelluft in bezug auf Partikelzahlen und deren Größenverteilung gelingt mit bekannten Partikelzählgeräten.
• Aufgabe der hier beschriebenen Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Untersuchung des Staubungsverhaltens von Substanzen, die die Probleme des Standes der Technik vermeiden. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
• Die Vorrichtung nach der Erfindung enthält eine Zuführeinrichtung zum Einbringen der zu untersuchenden Substanz und einen damit verbundenen Hohlkörper, in dem die Substanz auf einen unteren Boden fällt, über dem Mittel zur Erstellung eines zweiten Bodens vorgesehen sind, die das nach dem Schüttvorgang auf dem unteren Boden liegende Schüttgut von der darüberstehenden Staubwolke trennen. Oberhalb des zweiten Bodens befindet sich im Hohlkörper eine Einrichtung zur gleichmäßigen Verteilung der Staubwolke und der Hohlkörper besitzt eine Öffnung für ein Rohr, das mit einem Partikelzählgerät verbindbar ist.
• In weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Hohlkörper zylinderförmig und die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung einen Trichter mit einem Verschluß umfaßt und die Vorrichtung einen Deckel, in den der Trichter eingepaßt ist und den Hohlkörper abdeckt, sowie ein weiteres Rohr, das mit dem Trichter verbunden ist, umfaßt.
• In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der zweite Boden, der nach dem Schüttvorgang erstellt wird, eine Bodenplatte oder einen Lamellenverschluß.
• In einer weiteren bevorzugten Darstellungsform umfaßt die Einrichtung zur gleichmäßigen Verteilung der Staubwolke einen Ventilator.
• Weiterhin schlägt die Erfindung vor, daß der Verschluß der Zuführeinrichtung eine an einer Stange befindlichen Kugel umfaßt und das mit dem Partikelzählgerät verbindbare Rohr im Hohlkörper oberhalb des unteren Endes des mit der Zuführeinrichtung verbundenen Rohrs angeordnet ist.
• Bevorzugt ist das Volumen des Hohlkörpers 10 bis 100 mal größer, als das zur Analyse des Staubs in dem Partikelzählgerät benötigte Volumen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Untersuchung des Staubungsverhaltens von Substanzen schlägt vor, daß kurze Zeit nach Auslösen des Schüttvorganges der zweite Boden erstellt wird, und daß die über dem zweiten Boden stehende Staubwolke gleichmäßig auf das oberhalb des zweiten Bodens vorhandene Volumen des Hohlkörpers verteilt wird, indem die in dem Hohlkörper angebrachte Vorrichtung über einen zur Vermischung ausreichenden Zeitraum betrieben wird. Anschließend wird durch das Rohr ein Teil der an Staubgehalt vergleichmäßigten Hohlkörperluft abgesaugt und in das Partikelzählgerät geleitet.
• In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens wird der zweite Boden 3–30 Sekunden nach Auslösen des Schüttvorganges erstellt und der zur Vermischung ausreichende Zeitraum beträgt 5–60 Sekunden.
• Die Erfindung wird anhand nachfolgender bevorzugter Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert.
• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zur Untersuchung des Staubungsverhaltens von Substanzen gemäß der Erfindung.
• Die Vorrichtung in 1 umfaßt eine Zuführeinrichtung 1, die mit einem Verschluß 2 dicht zu verschließen ist. Die Zuführeinrichtung ist in einen Deckel 3 eingepaßt, der auf einem Hohlkörper 4 sitzt und diesen oben abdeckt. Die Zuführeinrichtung ist mit einem Rohr 5 verbunden, das mehrere Zentimeter über dem Boden 6 endet. In kurzem Abstand über dem unteren Boden 6, läßt sich ein zweiter Boden 7 erstellen. In dem in 1 gezeigten Beispiel wird dies durch Einschieben der nach außen gezogenen Bodenplatte erreicht.
• Des weiteren ist in dem Hohlkörper 4 eine Verteilungseinrichtung 8 angebracht. Der Hohlkörpermantel besitzt eine kleine Öffnung 9, durch die ein Rohr 10, das durch eine Halterung befestigt ist, von außen in den Hohlkörper 4 eingeführt ist. Das Rohr 10 ist mit einem außerhalb des Hohlkörpers befindlichen Partikelzählgerät 11 verbunden.
• Zur erfindungsgemäßen Durchführung des Verfahrens wird eine definierte Probenmenge eines auf sein Staubungsverhalten zu untersuchenden Produkts in eine Zuführeinrichtung 1 gefüllt, die mit einem Verschluß 2 dicht verschlossen ist. Nach Auslösen des Schüttvorgangs fällt das zu untersuchende Produkt durch das Rohr 5 auf den unteren Boden 6. Durch den Schüttprozeß und den Aufprall des Produkts auf den unteren Boden 6 entsteht eine Staubwolke. Indem kurze Zeit nach Auslösen des Schüttvorganges der zweite Boden 7 erstellt wird, wird das auf dem unteren Boden 6 liegende Schüttgut von der darüber stehenden Staubwolke getrennt. Die abgetrennte Staubwolke wird mit Hilfe der in dem Hohlkörper 4 angebrachten Verteilungseinrichtung 8 über einen ausreichenden Zeitraum gleichmäßig auf das oberhalb des zweiten Bodens 7 vorhandene Volumen des Hohlkörpers 4 verteilt. Durch die Erstellung des zweiten Bodens 7 wird verhindert, daß durch den Luftstrom aus dem auf dem unteren Boden 6 liegenden Schüttgut weitere Staubpartikel freigesetzt werden. Zur detaillierten Analyse des Staubs wird mit Hilfe der in dem Partikelzählgerät 11 integrierten Pumpe durch das Rohr 10 aus dem Hohlkörper 4 ein bestimmtes Volumen der im Staubgehalt vergleichmäßigten Hohlkörperluft abgesaugt und in das Partikelzählgerät 11 geleitet. Durch das im Handel erhältliche Partikelzählgerät 11 können Partikelzahl, Partikelmasse sowie die Größenverteilung von Partikelzahl und Partikelmasse auf mehrere Größenklassen bestimmt werden. Dabei entspricht das bevorzugte Probenvolumen nur einem kleinen Teil des Hohlkörpervolumens.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Untersuchung des Staubungsverhaltens von Substanzen mit einer Zuführeinrichtung (1) zum Einbringen der zu untersuchenden Substanz und einem damit verbundenen Hohlkörper (4), in dem die Substanz auf einen unteren Boden (6) fällt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erstellung eines zweiten Bodens (7) über dem unteren Boden (6) vorgesehen sind, die das nach dem Schüttvorgang auf dem unteren Boden (6) liegende Schüttgut von der darüber stehenden Staubwolke trennen, daß sich in dem Hohlkörper (4) oberhalb des zweiten Bodens (7) eine Einrichtung (8) zur gleichmäßigen Verteilung der Staubwolke befindet, und daß der Hohlkörper (4) eine Öffnung (9) zum Einführen eines Rohres (10) besitzt, das mit einem Partikelzählgerät (11) verbindbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (4) zylinderförmig ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (1) einen Trichter mit einem Verschluß (2) umfaßt und die Vorrichtung einen Deckel (3), in den der Trichter eingepaßt ist und den Hohlkörper (4) abdeckt, sowie ein weiteres Rohr (5), das mit dem Trichter verbunden ist, umfaßt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, nach dem Schüttvorgang erstellte Boden (7) eine Bodenplatte oder einen Lamellenverschluß umfaßt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der räumliche Abstand zwischen dem Boden (6) und dem zweiten Boden (7) 5 bis 30 mm beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur gleichmäßigen Verteilung der Staubwolke (8) einen Ventilator umfaßt.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschluß (2) der Zuführeinrichtung eine an einer Stange befindlichen Kugel umfaßt.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Partikelzählgerät (11) verbundene Rohr (10) im Hohlkörper (4) oberhalb des unteren Endes des mit der Zuführeinrichtung verbundenen weiteren Rohrs (5) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Hohlkörpers (4) 10 bis 100 mal größer als das zur Analyse des Staubs in dem Partikelzählgerät (11) benötigte Volumen ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach Auslösen des Schüttvorganges der zweite Boden erstellt wird, und die über dem zweiten Boden stehende Staubwolke gleichmäßig auf das oberhalb des zweiten Bodens vorhandene Volumen des Hohlkörpers verteilt wird, indem die in dem Hohlkörper angebrachte Vorrichtung über einen zur Vermischung ausreichenden Zeitraum betrieben wird und durch das Rohr ein Teil der im Staubgehalt gleichmäßigen Zylinderluft abgesaugt und in das Partikelzählgerät geleitet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Boden 3 bis 30 Sekunden nach Auslösen des Schüttvorgangs erstellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Vermischung der Staubwolke ausreichende Zeitraum 5 bis 60 Sekunden beträgt.