DE2722720A1 - Verfahren, bei dem aus einem silo oder bunker ein pneumatisch nicht mit konstantem massendebit aus dem bunker oder silo ausstroembares pulverfoermiges material dosiert wird - Google Patents

Description

Rijksuniversiteit te Groningen,
GRONINGEN, Niederlande

Verfahren, bei dem aus einem Silo oder Bunker ein pneumatisch nicht mit konstantem Massendebit aus dem Bunker oder Silo ausströmbares pulverförmiges Material dosiert wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem aus einem Silo oder Bunker ein pneumatisch nicht mit konstantem Massendebit aus dem Bunker oder Silo ausströmbares pulverförmiges Material dosiert wird.

In der Praxis hat es sich herausgestellt, dass das regelbare Dosieren von kohäsivem pulverförmigem Material aus einem Bunker oder Silo grosse Schwierigkeiten ergibt. Schwerkraftströmung ist dabei oft nicht mehr hinreichend, so dass Hilfsapparatur benutzt werden muss, um das Silo entleeren zu können. Die verschiedensten Siloentladesysteme für kohäsive Pulver wurden erdacht und erschienen auf dem Markt. Aus der stark verschiedenen Art mag hervorgehen, dass die Anwendbarkeit wenig allgemein ist. Die meisten Systeme eignen sich nur für bestimmte Pulver oder PulverSilokombinationen und werden auch dann noch mit stark wechselndem Erfolg angewendet.

Es ist ein allgemeiner Nachteil der gängigen Entladesysteme, dass die Hilfsmittel oft auf Aktivierung der ,Str äPWXStftyxf^1*· ^ie Öffnung herum gerichtet

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sind. Namentlich jadoch für verderbliche Materialien, z.B. Vollmilchpulver, · ist es wesentlich, dass während des Entzugs dieser Materialien aus dem Bunker oder Silo die ganze, in diesem vorhandene Pulvermasse aktiviert ist, anders gesagt, jede Volumeneinheit Material dieselbe durchschnittliche Verweilzeit hat. Das bedeutet, dass sich keine toten Winkel bilden, in denen das pulverförmig© Material verderben könnte. Um bei den gängigen Entladesystemen das Silo vollständig zu aktivieren und entleeren zu können, muss es dann mit einem meistens steilen Auslauftrichter versehen werden, wodurch der verfügbare Lagerraum kleiner wird und die Gefahr "' 'ckenbildung vergrössert wird.

Zu den bekannten Entladesystemen zum Löschen kohäsiver Pulver aus .ilos lassen sich u.a. mechanische Systeme rechnen, die von Förderbändern, Förderschnecken und Rührwerken (z.B. der Nauta-Mischer, mit dem das Produkt aus dem Silo gefördert werden kann und der Siloinhalt ausserdem locker gehalten werden kann) zu Schabern und Ketten variieren. Mechanische Systeme haben als allgemeinen Nachteil, dass ihre Wartung ziemlich teuer ist, während der Massenstrom meistens nicht oder beschränkt regelbar ist. Um Brückenbildung im Ausströmkonus zu vermeiden, werden manchmal aufblasbare Kissen in der Wand vorgesehen, die man pulsieren lassen kann. So wird u.a. eine Gummimembran durch einen kontinuierlichen Luftstrom in Bewegung gehalten, wobei die Luft gleichzeitig eine Porositätserhöhung herbeiführt; auch findet manchmal gelegentliche Belüftung statt, z.B. durch eine sog. Luftkanone, wobei eine gebildete Brücke durch Luftstösse, die in dem Pulver freiwerden, aufgebrochen wird.

Eine besonders wichtige Kategorie der Hilfsmittel umfasst'Vibrierapparate. Die Ausströmung kann dadurch gefördert werden, dass das Pulver an der Silowand oder auf dem Siloboden im Bereich um die Öffnung herum in Schwinpng versetzt wird. So wird u.a. ein relativ zum übrigen Bunker beweglich aufgehängter Boden oder Ausströmkonus durch einen Vibrator oder Unwuchtmotor in Schwingung versetzt, um Brückenbildung und Gangbildung ("rat-holing") zu vermeiden. Oft werden "Bunkerklopfer" und Vibratoren, unter denen Ultraschall-, an der Wand oder auf dem Boden des Silos (oft des Konus) befestigt, u.a. um die Wandreibung zu verringern.

Weiter zeigt es sich in einigen Fällen, dass die Ausströmung geregelt werden

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werden kann mit Hilfe eines angeschwingten kegeligen Körpers oder eines angeschwingten Lamellengitters, das unmittelbar über bzw. in der Ausströmöffnung angeordnet ist. Der Energieverbrauch und die Kosten der dabei angewendeten Vibrierapparatur können manchmal erheblich sein.

Anwendung von Schwingungen kann zweckwidrig wirken, wenn der Siloinhalt dadurch konsolidiert oder kompaktiert wird. So veranlasst eine Verringerung der Wandreibung zu einem höheren Konsolidationsdruck im unteren Teil des Silos, wodurch das Schüttgut ebenfalls zusätzlich verdichtet wird. Durch die Zunahme der Kräfte zwischen den Teilchen, die davon die Folge sind, kann Ausströmung gerade erschwert werden. Es wird denn auch davor gewarnt, Silos Schwingungen zu unterwerfen, weil dessen pulverförmiger Inhalt sich verdichten kann (E.E.U.A. - Handbook, 1963, Nr. 15, Seiten 11-93, vor alle· Seite 93). Die Verdichtungsgefahr wird verständlicherweise zunehmen, je nachdem man mit kohäsivem Material zu tun hat.

Ein in der Praxis bei nicht und leicht kohäsiven Pulvern zum Entleeren öfters angewendetes Verfahren ist das sog. pneumatische Entleeren, bei dem das Material im Silo, meistens nur an der Wand oder auf dem Boden um die Ausströmöffnung herum, belüftet wird, damit es lokal in einen sehr oder weniger homogen fluidisierten Zustand gerät.

Die Stelle, wo und die Weise, wie die Luft eingeblasen wird, kann stark verschieben sein. In einigen Fällen wird auch während der Lagerung, wan keine Ausströmung erfolgt. Luft in das Silo eingeblasen, mit dea alleinigen Zweck, das Schüttgut locker zu halten und Konsolidierung im unteren Siloteil zu vermeiden. Der Massendebit ist im allgemeinen gut regelbar alt der Gasmenge, die über Belüftungseinheiten im unteren Siloteil zugeführt wird. Bei diesem Verfahren würde das Pulver um die Ausströmöffnung herum eine mehr oder weniger konstante Massendichte aufweisen, die für nicht-kohäsive Substanzen ungefähr gleich der Massendichte bei Kinlmua-Fluidisierung wäre. Dies kommt der Gleichmassigkeit der Ausströmung zugute.

Die Möglichkeiten, schlecht laufende, kohäsive Pulver pneumatisch au« Bunkern oder Silos zu entleeren, sind bisher jedoch beschränkt geblieben. Es ist allgemein bekannt, dass zu einer guten pneumatischen Entleerung da·

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betreffende Pulver ziemlich leicht fluidisierbar sein muss (E.E.U.A-Handbook, 1963, Nr. 15, Seiten 11-93, vor allem Seite 15). Das Verfahren hat sich deshalb als ungeeignet für stark kohäsives Material erwiesen, weil die Kohäsionskräfte zwischen den Teilchen dann derart gross sind, dass dadurch Fluidisierung des Materials verhindert wird. Durch Modulation der Luft mit Schallwellen (300-400 Hz; vgl. z.B. S. Medcraft, chemical and process engineering, April 1971, "Sonic activation of powders"), bevor diese in das Pulver eingeblasen wird, können die Stromungseigenschaften verbessert werden. In einigen Fällen ist das pneumatische Verfahren damit für kohäsives Material geeignet gemacht.

Es ist weiter bekannt, dass in Reaktoren die Fluidisierungseigenschaften eines pulverförmigen Materials grundsätzlich mit Hilfe mechanischer Schwingungen verbessert werden können, in welchen Fällen,jedoch die ganze Kolonne in Schwingung versetzt wird. Die Probleme, die dann bei grösseren Abmessungen entstehen, haben einer allgemeinen praktische! Anwendung im Wege gestanden.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sogar sehr kohäsive pulverförmige Materialien, wie feuchtes Vollmilchpulver, die nur durch Belüftung oder Vibrieren nicht oder nicht genügend regelbar einem Silo oder Bunker entzogen werden können, trotzdem mit gut regelbarem Massendebit in völlig aktiviertem Zustand aus dem Silo dosiert werden können, und zwar dadurch, dass auf diese Pulver in näher anzugebender Weise gleichzeitig Belüften und Vibrieren angewendet werden.

Erfindungsgemäss wird ein Verfahren verschafft, das im Rahmen des eingangs Erwähnten dadurch gekennzeichnet ist, dass man das pulverförmige Material lokal gleichzeitig an einer räumlich nicht getrennten Stelle oder nahezu nicht getrennten Stellen belüftet und vibriert. Durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei man eine Kombination von Belüften und Vibrieren anwendet, wird die Ausströmbarkeit schwerlaufender Pulver erheblich verbessert, und zwar dadurch, dass es sich als möglich erwiesen hat, kohäsives pulverförmiges Material mit konstantem und einstellbarem Massendebit einem Bunker oder Silo zu entziehen. Die Fluidisierungseigenschaften des Materials auf dem Boden werden erfindungsgemäss stark verbessert, so dass das Produkt dort "flüssigkeitsähnliche Eigenschaften" annimmt.

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Wesentlich bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist es, dass das kombiniert Belüften und Vibrieren an räumlich nahezu nicht getrennten Stellen durchgeführt wird. Von ausschlaggebender Bedeutung dabei ist, dass die sich durch das Pulver fortpflanzenden Schwingungen die Stelle erreichen können, wo belüftet wird. Dieser Abstand wird selbstverständlich durch die Art des jeweiligen pulverförmigen Materials mitbestimmt und wird beispielsweise bei Vollmilchpulver nicht mehr als etwa einige Zentimeter betragen. Bevorzugt wird man das mit dem pulverförmigen Material in Berührung befind liche Belüflungselement vibrieren lassen.

Der Massenstrom ist mit der Menge der im unteren Siloteil zugeführten Luft und in beschränkterem Masse mit der Schwingungsintensität regelbar. Sobald entweder die Luftzufuhr oder die Vibrierung beendet wird, hört die Ausströmung auf. Bei stark kohäsiven Feststoffen, wie Vollmilchpulver, erfolgt dies nahezu sofort. In anderen Fällen, z.B. bei Kartoffelmehl, wird das Material noch einige Zeit weiterströmen.

In der Praxis stellt es sich heraus, dass bei dem erfindungsgemässen Ver fahren ein Silo immer leicht und nahezu völlig entleert werden kann, während der Siloinhalt völlig aktiviert wird (" mass flow"). Bei weniger kohäsiven Pulvern, die auch mit Luft allein dem Silo entzogen werden können, zeigt es sich, dass die Beladung mit Anwendung von Schwingungen mit Beibehaltung der Regelbarkeit vergrössert werden kann.

Nebenvorteile des erfindungsgemässe Verfahrens sind eine geringere Gefahr der Brückenbildung und "rat-holing", eine konstantere Massen- und Volumen dosierung und die Vermeidung von Klumpenbildung. Letzteres kann besonders bei Dosierung in Verpackungsmaterial und Reaktorgefässen von Belang sein.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel I

Es wurde in bezug auf die Dosierbarkeit aus eines Silo ein Versuch mit gesprfihtrocknetem Vollmilchpulver durchgeführt, dessen Feuchtigkeitsgehalt 3% und Fettgehalt 26% betrug.

Der Versuch wurde unter Anwendung der in Fig. 1 schematisch wiedergegebenen

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Apparatur durchgeführt.

In Fig. 1 ist l«ein Vorratsbuojcer für das pulverförmige Material - in diesem Beispiel das (obenerwähnte Vollmilchpulver - , versehen mit einem Staubfänger 2 und einem Pressluftanschluss 3.

Mit 4 ist ein Silo bezeichnet, bestehend aus einem aus Perspex hergestellten zylinderförmigen Rohr (L = 1,3 m, D = 0,14 m) , versehen mit eine Boden aus einer porösen Poral-Platte..aus rostfreiem Stahl, in welcher Platte eine Öffnung 7 angeordnet ist (D = 7 mm). Mit 5 ist das pulverförmige Material angegeben.

In Fig. 2 ist das Silo schematisch im Schnitt wiedergegeben. Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Konstruktion wurde die Gasverteilplatte 6 selbst vertikal in Schwingung versetzt. Das Ausströmrohr 8 ist in flexibler Weise durch den Lufteinlassraum 9 geführt und ausser einem Auffangbehälter 10 und einer Wiegefläche 11 herum mit dem Schwingtisch eines elektromagnetischen Exzitators 26 verbunden. Die Verteilplatte 6 konnte hierdurch mit zu variierender Frequenz und Amplitude angeschwingt werden. Die Platte 6 ist flexibel mit der Silowand verbunden durch Verleimung mit einem Streifen aus Neoprenkautschuk 12, der seinerseits zwischen den Flanschen 13 der Silowand geklemmt ist. Das Silo 4 war möglichst starr und schwingungsfrei aufgehängt. Der Durchmesser des Ausströmrohres 8 (D « 20 mm) war erheblich grosser gewählt als der Durchmesser der Ausströmöffnung 7, damit der Druckabfall fiber das Rohr gering bleiben würde. Es wurde mit einem abgeschlossenen Silo bei veränderlicher Betthöhe gemessen. Nach jedem Versuch wurde die Kolonne wieder nachgefüllt. Die Luft wurde fiber einen Kugelhahn 20, ein Luftfilter 21, einen Druckregler 22, ein Nadelventil 23 und, nachdem der Debit ait einem Rotameter 24 gemessen worden war, teilweise unten in die Kolonne-' eingeführt und mittels des feinen Poral-Filters 6 einheitlich fiber den Kolonnenquerschnitt verteilt. Um zu vermeiden, dass während der Ausströmung des Pulvers der Luftdruck oben in der Kolonne abfallen würde und das Bett infolge des entstandenen Druckabfalls die Neigung haben würde, in der Kolonne hangen zu bleiben, wurde ein Teil der Luft oben über die Druckausgleichsleitung 14 eingeführt. Der Druck oberhalb des Bettes war dabei gleich

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Druck unter dem Filter und wurde mit Hilfe eines wassergefüllten Manoneters 25 gemessen. Die Luft verliess die Kolonne ausschliesslich durch die Auströmöffung 7. Der Massenstrom des Pulvers wurde mit der elektronischen Wiegeplatte 11, angeschlossen an die Speiseeinheit 32 und versehen mit der Nullstellung 30, gemessen. Die Menge des ausgeströmten Pulvers konnte je nach Bedarf geschrieben oder registriert werden. Die Schwingungen wurden mit einem piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehner 38 analysiert. Das Signal wurde verstärkt und danach gegebenenfalls ein- bis zweiaal in einer Vibrationsverstärker-Integratoreinheit 34 integriert und anschlieaaend Ober ein Filter 35 einem Rohrvoltmesser und einem Oszilloskop zugeführt. Mit ist eine Speiseeinheit wiedergegeben. Unter Anwendung der oben beschriebenen Vorrichtung- erfolgten die Messungen der Massendebits ianer unter aolchen Bedingungen in bezug auf die Intensität, mit der Belüftung und Vibrierung, kombiniert angewendet wurden, dass von einer praktisch gleicha&ssigen Ausströmung des Vollailchpulvers die Rede war. Der Massendebit aelbat könnt« dann ziemlich genau aus der Neigung der auf des Papier des Recorder· gefundenen Geraden bestimmt werden.

Bei diesem Versuch wurde die Geschwindigkeit, mit der das Modellailö leer strömte, als Funktion der Gesamtmenge in der Kolonne zugeführter Luft geprüft. Die Frequenz der mit eine· Re-Generator 29 erzeugten die über einen Verstärker 28 und ein Amperemeter 27 tasi Kxsitator N abgegeben wurden, wurde zwischen 30 Hz und 100 Iz variiert «ad die SchwiKangsaaplitud· wurde alt der BlngangsstrdMttrk· de· Sxzltatare Die Klngangaspannunf betrug 25 V. Ohne Pulver 1» der BeIeM

Filterplatte sinusförmig. Bei einer Pulver enthaltend« I» war dl·

Schwlaung komplex. Sobald das Pulver durch die Platte ·■·■■»··■— «aai·, -^;A' / waren dea Grundton Komponenten höherer Preques tbarlaaart, dl· verhalten beeinflussten. Die Schwingungen erwiesaa aloa als wirkeaaar, ^r

je nachdem die Abweichung von der Sinusfora grdeeer war. / -V

Die Messungen ergaben, dass la ganzen geprüften Frequenreich dann ·!— gleichafssige und regelbare Ausströmung herbelfefmhrt werden die Aaplitude der Scnwiaong gross genug gewdhlt wurde.

In Fig. 4 ist lings der vertikalen Achse der Messenden!t da· Pul

kg/min gegen den Luftdebit in l/min abgetragen. Aus Fig. 4 geht hervor, dass der Massendebit des Pulvers gleichmässig mit dem gesamten Luftdebit zunimmt. Die Regelbarkeit mit der Generatorfrequenz und -amplitude ist viel beschränkter. Zwar nimmt der Massendebit bei Herabsetzung der Vibrationsbeschleunigung ab, die Ausströmung wird jedoch ungleichmässig. Die damit korrespondierenden Punkte, die erheblich unterhalb der gezogenen Kurve liegen können, konnten nicht zuverlässig genug bestimmt werden und sind

nicht deshalb7Tn Fig. 4 aufgenommen.

Die erste Messreihe ergab, dass eine gleichmässige und gut regelbare Ausströmung über den ganzen Bereich angewendeter Luftdeblte herbeigeführt werden konnte, wenn die günstige Generatorfrequenz gewählt wird, nämlich zwischen 60 Hz und 80 Hz, und ausserdem die Eingangsstromstärke des Exzitators mindestens 1 Aapere betrug. Die durch das Rohrvoltmesser gemessenen "overall"-Niveaus des Spitzenwertes und des Durchschnittswertes der 'Vibrationsbeschleunigung waren dann im Durchschnitt 9 g bzw. 5 g. Beide unterlagen in ziemlich hohem Masse Schwankungen. Die zugehörige Amplitude der Schwingung war kleiner als 0,5 mm und das dem Vibrator zuzuführende Vermögen betrug etwa 20 H. Bei einem Luftdebit von 3 m /Stunde strömte pro Stunde etwa 0,5 Tonne Pulver aus dem SUo (Durchmesseröffnung 7 mn).

Bei den Frequenzen unter 40 Hz war die Ausströmung ungleichmässiger und neigte das Schüttgut dazu, sich festzusetzen.

Beispiel II

Abweichend von Beispiel I, bei dem die Stellen der Belüftung und Vibrierung zusammenfielen, wurde bei dem in diesem Beispiel beschriebenen Versuch mit einem Vibrator gearbeitet, bei dem die Stellen der Belüftung und Vibrierung nicht zusammenfielen. Der Vibratorteil der bei diesem Versuch angewendeten Vorrichtung ist in Fig. 3 wiedergegeben. Dabei ist die Verteilplatte 6 festgesetzt und der Durchmesser 7 der Ausströmöffnung bis 12 mm vergrössert. Unmittelbar über der Filterplatte ist ein kreuzförmiges Organ 15 angeordnet, das zwei ineinander eingreifende viereckige Röhre 16 umfasst. Das Organ wurde von unten angeschwingt mittels eines durch das Ausströmrohr 8 geführten Schwingstiftes 17, der mit dem Vibrator verbunden war und dessen Innendurchmesser 6 mm betrug.

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Ea stellte sich heraus, dass nur in dem Fall, dass das Kreuz weniger als einige Zentimeter über der Gasverteilplatte angeordnet wurde, das Silo entleert werden konnte. Der Versuch wurde bei einer Generatorfrequenz von 167 Hz durchgeführt, bei der das Schwingsystem resonierte. Die Geschwindigkeit, mit der das Silo leerströmte, nahm auch nun gleichmässig mit der Gesamtmenge in die Kolonne eingeführter Luft zu (Fig. 5). Bei den angewendeten Vibrationsbeschleunigungen fand unter einem Luftdebit von 5 l/min keine gleichmässige Ausströmung statt. Bei höheren Luftdebiten war die benötigte Eingangsstromstarke des Vibrators immer kleiner als 1 Ampere. Das von dem Vibrator aufgenommene Vermögen lag zwischen 10 und 20 H. Der gemessene Spitzenwert der Vibrationsbeschleunigung war maximal 100 g; dies ist wesentlich höher als bei der angeschwingten Platte. Die Schwinpngsamplitude war immer kleiner als 1 mm.

Beispiel III

Mit der im Beispiel I besprochenen Apparatur wurde für Vergleichszwecke noch einige orientierende Messungen durchgeführt, wobei ausschliesslich belüftet wurde. Die Messungen wurden durchgeführt an dem eher genannten gesprühtrockneten Vollmilchpulver (Feuchtigkeitsgehalt 3%, Fettgehalt 26%) und weiter Kartoffelmehl (Feuchtigkeitsgehalt 18%), Kaolin und p-Toluolsulfonamid.

Es ergab sich, dass die drei letztgenannten kohäsiven Pulver in leicht konsolidiertem Zustand noch mit Luft allein dem Silo entzogen werden konnte. Bei dem sehr kohäsiven Milchpulver gelang dies überhaupt nicht.

Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens sind noch viele Ausführungsformen möglich, bei denen das Prinzip, das kohäsive pulverförmig« Material lokal gleichzeitig an nahezu nicht getrennten Stellen zu belüften und zu vibrieren, verwirklicht werden kann. Beispielsweise kann man an ein System denken, bei dem mit angeschwingten Belüftungseinheiten, in Form z.B. eines Systems aus porösen Rohren, Luft (unten) in cas Silo eingeblasen wird und mit dem ausserdem an derselben Stelle das Produkt in Schwingung versetzt wird. Dadurch, dass man gegebenenfalls ein oder einige Rohre rotieren lässt, kann auch, wenn kein Auslauftrichter angebaut ist, der ganze Siloinhalt aktiviert werden. Auch kann die benötigte Schwingapparatur beschränkt gehalten werden.

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Claims (3)

1. ANSPRÜCHE

   L) Verfahren, bei dem aus einem Silo oder Bunker ein pneumatisch nicht mit konstantem Massendebit aus dem Bunker oder Silo ausströmbares pulverförmiges Material dosiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass man das pulverförmige Material lokal gleichzeitig an einer räumlich nicht getrennten Stelle oder nahezu nicht getrennten Stellen belüftet und vibriert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das mit dem pulverförmigen Material in Berührung stehende Belüftungselement vibriert.
3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Massendebit des ausströmenden Pulvers mittels des Luftdebits regelt.

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   ORIGINAL INSPECTED