DE3701399C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Bestimmung rheologischer Kennwerte feiner Schüttgüter
und zur Dimensionierung einer Wirbelschichtdosierapparatur
für Schüttgutförder-, Schüttgutabfüll-, Schüttgutzuteilsysteme
in Produktionsstätten der stoffwandelnden Industrie,
in Schüttgutumschlageinrichtungen, in metallurgischen
Ofenanlagen, in Verbrennungs- und Vergasungsanlagen
der Energiewirtschaft, die insbesondere unter erhöhten
Drücken arbeiten.
Die feinen Schüttgüter müssen fluidisierbar sein.
Bei der Verarbeitung von feinen, fließfähigen Schüttgütern,
ob beim Umschlag in Lagersilos oder beim pneumatischen
Transport oder beim Dosieren in Reaktionssysteme,
treten ständig wechselnde Schüttgutzustände auf. Die wesentlichsten
Unterscheidungskriterien sind dabei die Zustandsgrößen
Fließfähigkeit und Fließdichte, wobei beide
miteinander korrelieren. Sie verändern sich erheblich
mit der Lagerzeit, mit den äußeren Belastungen und mit
den Umweltbedingungen, was zu erheblichen Unregelmäßigkeiten
oder Störungen bei den erwähnten Arbeitsprozessen
führt. Aus diesem Grunde werden Austragshilfen bei Bunkern
(Rüttler, Bunkerkissen, Rührer, schwingende Auslauftrichter,
Belüftungsböden, Austragsschnecken) und Förderhilfen
(Umgehungsluft zur Stopfenauflösung, Sekundärluft
zugabe) benötigt, wie sie Schubert, H. (Aufbereitung
fester mineralischer Rohstoffe, VEB Deutscher Verlag
für Grundstoffindustrie Leipzig, 1984) und Krambrock,
W. (Dichstromförderung, Chemie-Ingenieur-Technik 54
(1982), Nr. 9, S. 793-803), ausführlich beschrieben
haben.
Während die Fließvorgänge in einem Bunker auf der Basis
theoretischer Untersuchungen, Schubert, H. (Aufbereitung
fester mineralischer Rohstoffe, VEB Deutscher Verlag
für Grundstoffindustrie Leipzig, 1984) und experimenteller
Schüttgutuntersuchungen mit sogenannten Scherzellen
zur Ermittlung der Fließfähigkeit verdichteter
Schüttgüter weitestgehend vorausberechenbar sind, ist
dies für eine stetige Schüttgutdosierung noch nicht möglich.
Im DD-WP 1 47 188 werden das Ausfließen oder Abfördern
des mehr oder weniger fluidisierten Schüttgutes
aus Druckgefäßen beschrieben.
Wie die Meßergebnisse der Förderströme und der Blasenverteilung
in den Wirbelschichten in dieser Literatur
zeigen, liegen stets erhebliche Streuungen vor. Diese
Streuungen werden unvollkommene Fließfähigkeit des
Schüttgutes und Anlagengestaltung hervorgerufen und verursachen
insbesondere bei Verbrennungs- und Vergasungsanlagen
ein diskontinuierliches Energieträgerangebot.
In Reaktionsräumen mit sehr kleinen Verweilzeiten der
Reaktionsmedien können Massenstromschwankungen oder gar
-unterbrechungen mit Schwingungsweiten bereits von 1 bis
5 s erhebliche Sicherheitsprobleme wie Flammenausfall,
Sauerstoffdurchbruch nach sich ziehen oder sehr erhebliche
Sicherheitsaufwendungen erfordern. Die außerdem
dadurch auftretenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen
vermindern die zeitliche Verfügbarkeit
der Anlagen. Die für die meisten Dosieraufgaben erforderliche,
quasikontinuierliche Schüttgutzuführung wird mit
Bunkeraustragshilfen nicht erreicht, weil damit das Schüttgut
zwar bewegt, aber in keinen homogenen Zustand überführt
wird. Mit Belüftungsböden wird im wesentlichen auch
kein besserer Effekt erzielt, weil nur örtlich begrenzte
Flächen in Bunkern belüftet werden. Aus diesen Gründen
wird zur Dosierung aus Wirbelschichten übergegangen, wie
sie im DD-WP 1 47 188 und teils in Krambrock, W. (Dichtstromförderung,
Chemie-Ingenieur-Technik 54 (1982), Nr. 9,
S. 793-803), Stegmeier, W. (Untersuchungen zur pneumatischen
Dichtstromförderung in horizontalen und vertikalen
Rohren, Verfahrenstechnik (Mainz), 12 (1978), Nr. 12,
S. 794-799), Vollheim, R. (Der pneumatische Transport
staubförmiger Güter in senkrechten Rohrleitungen in Verbindung
mit der Einschleusung durch Wirbelschichten, Maschinenbautechnik
16 (1967), H. 5, S. 237-241), beschrieben
werden.
Ein wesentliches Kriterium für die Auslegung dieser Wirbelschichtdosierapparatur
stellt der in Schytil, F. (Wirbelschichttechnik,
Springer-Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg
1961), ausführlich dargestellte, seit Beginn der
Wirbelschichttechnik angewendete Wirbelpunkt dar.
Untersuchungen, Heschel, W. (Ein Beitrag zum Entwurf
thermischer Wirbelschichtreaktoren, Freiberger Forschungsheft
A 508, S. 121-163), bezüglich der Gültigkeit und
Genauigkeit der in einer umfangreichen Literatur genannten
Berechnungsmodelle für den Wirbelpunkt im Vergleich zu
experimentellen Ergebnissen zeigen, daß es keine allgemeingültigen,
exakten Ansätze für die Wirbelpunktberechnung
gibt. Alle bekannten Modelle stellen Näherungsrechungen
mit Streuungen bis ±70% und mehr dar. Aufgrund
dieser Tatsache kann die Wirbelgasgeschwindigkeit am Wirbelpunkt
kein wirkliches Kriterium für die Schüttguthomogenität
sowie für die Fließfähigkeit darstellen, daher
sind die Dimensionierung und der Betrieb von Wirbelschicht
dosieranlagen unsicher und genügen nicht den Anforderungen
einer kontinuierlichen Dosierung.
Gottschalk, J. (Rheologische Untersuchungen an aufgelockerten
Pulverschüttungen, Freiberger Forschungsheft A 694/84,
S. 63-81), Dressler, P. (Mechanische Kenngrößen zur Beurteilung
von Plastpulvern, Freiberger Forschungsheft A 531/75,
S. 115-127), Keuneke, K. (Fluidisierung und Fließbettförderung
von Schüttgütern kleiner Teilchengröße, VDI-Forschungsheft
509, 1965), führten Wirbelschichtuntersuchungen
mittels Vorrichtungen mit dem Ziel durch, rheologische
Kennwerte (Wirbelgasmenge, Homogenität, dynamische Viskosität)
zu bestimmen. Dabei wendeten sie Rotationsviskosimeter
an, wie sie eigens für Flüssigkeiten entwickelt wurden.
DD-Wp 94 510 SPK: (G 01 N, 11/4) gibt über alle Viskosimeter
für Flüssigkeiten einen zusammenfassenden Überblick.
Reiner, M. (Rheologie in elementarer Darstellung, VEB Fachbuchverlag
Leipzig, 1968), Ebert, F. (Strömung nicht-Newtonscher
Medien, Friedr. Viehweg & Sohn, Braunschweig/Wiesbaden
1980), stellen die theoretischen Grundlagen dieser Flüssigkeitsviskosimeter
ausführlich dar und setzten voraus, daß
kein Schlupf zwischen Medium und Wand auftritt (s. Ebert,
F., Strömung nicht-Newtonscher Medien, Fried. Viehweg & Sohn,
Braunschweig/Wiesbaden 1980, S. 56), was bei Flüssigkeiten
auch erfüllt ist.
Das Quasikontinuum der Gas-Feststoff-Gemische wird durch
Fluidisierung erzeugt. Bei fluidisierten Schüttgütern wird
das Quasikontinuum durch die Meßeinrichtungen, die in die
Schüttung hineinragen, beeinflußt oder sogar aufgehoben.
Außerdem ist zu bezweifeln, daß kein Schlupf zwischen Medium
und Wand auftritt.
Die Meßergebnisse sind damit abhängig von der Meßapparatur
und nicht mehr übertragbar (siehe Gottschalk, J., Rheologische
Untersuchungen an aufgelockerten Pulverschüttungen,
Freiberger Forschungsheft A 694/84, S. 63/81).
Keuneke, K. (Fluidisierung und Fließbettförderung von
Schüttgütern kleiner Teilchengröße, VDI-Forschungsheft
509, 1965) homogenisiert sogar die Wirbelschichten mechanisch
vor Durchführung der Messungen. Seine Auswerteverfahren
sind außerdem sehr aufwendig.
Im DD-WP 1 60 78 wird das Prüfgerät von Dressler, P. (Mechanische
Kenngrößen zur Beurteilung von Plastpulvern,
Freiberger Forschungsheft A 531/75, S. 115-127), offenbart.
Kennwerte für die Dimensionierung von Dosierapparaturen
werden nicht gewonnen oder erwähnt.
Ziel der Erfindung ist ein einfaches Verfahren sowie eine
leicht zu bedienende Vorrichtung zur Bestimmung von rheologischen
Kennwerten für feine Schüttgüter, die Voraussetzung
für Dimensionierung von Wirbelschichtdosieranlagen
sind, wobei die in der Laborwirbelzelle ermittelten Kennwerte
auf technische Anlagen beliebigen Druckes risikofrei
übertragbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Vorurteil
der Fachwelt zu überwinden, indem ein einfaches Meßverfahren
und eine leicht zu handhabende Vorrichtung zur Bestimmung
von rheologischen Kennwerten für feine Schüttgüter
als Grundlage für die Dimensionierung von Wirbelschichtdosieranlagen
auf der Basis technisch vorhandener, üblicher
Wirbelapparaturen erstellt wird.
Die rheologischen Kennwerte müssen auf technische Wirbelschichtdosierapparaturen
übertragbar sein.
Erfindungsgemäß wird entgegen dem Vorurteil der Fachwelt
und bisherigen bekannten Darstellungen die Aufgabe dadurch
gelöst, daß experimentelle Untersuchungen in Laborwirbelzellen
mit verschiedenen feinkörnigen Schüttgütern
in der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Ermittlung der Fließdichte ρ f und des spezifischen
Druckverlustes f p in Abhängigkeit von der Wirbelgasgeschwindigkeit
v g, die als Quotient der über den Wirbelboden
zugeführten Wirbelgasmenge und der freien Fläche
der Laborwirbelzelle gebildet wird, durchgeführt werden.
Infolge unterschiedlicher Haftkräfte stellt der übliche
Wirbelpunkt v L, d. h. die Wirbelgasgeschwindigkeit am üblichen
Lockerungspunkt, kein vergleichbares, technologisch
eindeutig nutzbares Kriterium dar. Als Fixpunkte wurden
aber die maximale Fließdichte ρ f (max) als Zustand minimaler
Fließfähigkeit ff (E)min und die Fließdichte annähernder
Konstanz ρ f * als Zustand freien Fließens ff (E) r ∞
gefunden.
Die WG-Geschwindigkeit v L*, bei der ρ f * erstmalig erreicht
wird, ist deshalb ein spezifisches Dimensionskriterium
für ein Schüttgut, zumal an dieser Stelle die maximale
Homogenität erreicht wird.
Es konnte auch gefunden werden, daß die Homogenität des
fluidisierten Schüttgutes durch den spezifischen Druckverlust
f p
definiert werden kann. Die Homogenität ist nämlich ein
Maß für den Anteil des an der Fluidisierung teilnehmenden
oder durchströmten Schüttgutes. Durch Gaskanalvergrößerung
sinkt der Druckabfall Δ p des Wirbelgases beim Durchgang
durch die Wirbelschicht und damit die Homogenität.
Der Fließdichteverlauf ρ f = f (v g) spiegelt reziprok den
Fließzustand der fluidisierten Schüttung wider, so daß das
Fließkriterium ff (E) für den gesamten Fließdichtebereich
ρ f ρ f(max) , abgeleitet aus einer Energiebetrachtung am
Wirbelschichtsystem, eingegeben werden kann.
Angeregt durch die Homogenitätsbetrachtung können erfindungsgemäß
die dynamische Viskosität η f von fluidisierten, feinen
Schüttgütern und der Effekt von Homogenisierhilfen wie Rührer
definiert und quantifiziert werden.
Bisherige Viskosimeter nutzen den Widerstand von bewegten Körpern
in fluidisierten Schüttungen zur Viskositätsbestimmung
aus, wie dies bei Flüssigkeiten der Fall ist. Bei Homogenisierungsuntersuchungen
in fluidisierten Schüttgütern wurde damit
festgestellt, daß der Homogenisiereffekt bei sehr feinen Schüttgütern
verschlechtert, bei überwiegender Wirkung von Flüssigkeitsbrücken
zwischen den Partikeln verbessert und bei Schüttgütern
mit fehlenden Feinstfraktionen nicht beeinflußt wird.
Damit zeigt sich, daß eine Homogenisiereinrichtung den Wirbelschichtzustand
beeinflußt. Insbesondere wegen der nicht gesicherten
Haftbedingung zwischen Schüttgut und Wand wird die
dynamische Viskosität η f für die ungestörte Wirbelschicht
mittels Impulssatz und des freien Falls der betrachteten Schüttgutpartikel
in der eigenen Partikelwirbelschicht abgeleitet:
wobei streng die Gleichung nur für völlige Homogenität gilt,
d. h. für ρ f p f *.
Da es viele gut fließende Stäube gibt und weil ein gleitender
Übergang von f p sowie ff (E) vorliegt, kann die näherungsweise
Gültigkeit für ρ f ρ fL angenommen werden. Ein Homogenisierelement
wird damit nicht für Meßzwecke verwendet, sondern nur
für die Prüfung des Homogenisiereinflusses und für die Absenkung
der Wirbelgasgeschwindigkeit v g = v L*, damit Fördergas eingespart
wird und optimale Abmessungen der Wirbelschichtdosieranlage
erreicht werden. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß
die in Laboranlagen ermittelte Wirbelgasgeschwindigkeit v L* auf
Wirbelschichtsysteme höherer Drücke übertragen werden kann.
Diese Feststellungen wurden durch umfangreiche Versuche bestätigt.
Ein Schwerpunkt der Erfindung stellt die Wirbelbodengestaltung
dar. Das Durchstechen einer beliebigen Anzahl von Druckmeßsonden,
die einen feinporigen nur gasdurchlässigen Stopfen besitzen,
durch den Wirbelboden von unten und das bündige Abschließen der
gegen Staubeindringen geschützten, gasdurchlässigen Ende der
Druckmeßsonden mit der Wirbelbodenoberseite oder das seitliche
Einbringen eines vom Eindringen von Staub geschützten Druckmeßkanals
längs eines Radius bis zur Mitte der Oberseite der Wirbelbodenplatte
bringen den Vorteil, daß eindeutige Druckbedingungen
für unterschiedlich schwere Schüttgüter vorliegen und daß
Mängel in der Meßapparatur, in Meßgeräten festgestellt werden
sowie eine höhere statistische Zuverlässigkeit der Aussagen ermöglicht.
Diese Druckmeßsondenanordnung hat den Vorteil, daß
keine Doppeldruckverlustmessung notwendig ist, d. h. einmal
Wirbelschichtdosierapparatur ohne Staub und einmal mit Staub.
Der Druckverlust Δ p der Schüttung wird damit nur mit einer
Messung ermittelt. Zur Vermeidung von Fehlmessungen infolge
Wirbelbodeninhomogenitäten muß der Wirbelboden aus einem feinporigen
Filtermaterial, Porengröße 10 µm, und freie Filterfläche
50-70%, bestehen. Der Druckverlust des Wirbelbodens
muß größer sein als der der Schüttung, damit eine Gasgleichverteilung
gesichert ist.
Erfindungsgemäß muß eine Wirbelschichtdosierapparatur mit
Fördergas unter drei Gesichtspunkten beaufschlagt werden.
Erstens muß soviel Wirbelgas Δρ (B) zugeführt werden, daß
die Schüttung an den Dichtezustand des freien Fließens herangeführt
wird, wobei diese Menge nur vom zu fördernden Massenstrom
d abhängt und sich wie folgt berechnet:
Zweitens muß die Wirbelschichtdosierapparatur einen Wirbelbodendurchmesser
erfahrungsgemäß 300 mm besitzen, damit
die Schüttung keine Brücke bildet, so daß damit zur Erzielung
des Zustandes des freien Fließens folgende, dimensionsbedingte
Wirbelgasmenge WG(B) notwendig ist:
WG(B) = V L* · A · 3600 (5)
Drittens wird zum Ausgleich des Volumens des abgeförderten
Feststoffes Gas benötigt, das separat zugeführt werden kann.
Es ergibt sich damit folgende Gesamtgasmenge ges(B) für die
Förderung eines Staubstromes d
Für die Wirbelbodendimensionierung müssen v L* und der minimal
zu fördernde Massenstrom zugrunde gelegt werden, damit in jedem
Betriebszustand das freie Fließen des Schüttgutes gesichert
ist. Der Wirbelbodendurchmesser d WB ergibt sich somit auf folgender
Gleichung:
Da der Wirbelboden-Durchmesser größer als der oben geforderte
Minimaldurchmesser von 300 mm gewählt werden muß, kann
bei kleinen Werten von d durch die Einhaltung der Fließbedingung
für die Schüttung WG(B) < Δρ (B) sein.
Dann kann eine Homogenisierungseinrichtung (wie ein Rührwerk)
zur Absenkung von v L* eingesetzt werden. Das ist vorteilhaft,
wenn bei dem betreffenden Schüttgut durch Homogenisierungseinrichtung
ein Homogenisierungseffekt erreicht wird, d. h.
wenn gilt
V L(oRW)* <V L(mRW)* und/oder f p(oRW) <f p(mRW)
Sonst kann eintreten, daß Wirbelgas abgeblasen werden muß,
WG(B) < ges(B) sein kann.
Erfindungsgemäß ergibt sich bei Konstanz von ρ f ein über
schlagsmäßiger Massenstrom m d aus der Fließdichte ρ f und dem
Gesamtgasstrom ges bei dichter Wirbelschichtdosieranlage wie
folgt
Unter Einhaltung der vorgenannten Kriterien schafft man in
einer Wirbelschicht feiner Schüttgüter einen homogenen idealen
Fließzustand im Raum über dem Wirbelboden, indem beliebig
viele Förderrohre angeordnet werden können. Die Richtung des
Förderrohrverlaufes kann nach unten, nach oben oder seitlich
aus der Wirbelschicht heraus sein. Die Anwendung dieser erfindungsgemäßen
Erkenntnisse gilt für die Laborwirbelzelle
und auch für technische Anlagen.
Als Beispiel wird eine Wirbelschichtdosierapparatur für Kohlenstaub,
die bei Atmosphärendruck arbeitet, erläutert.
Die Vorrichtung (Fig. 1) besteht aus einem zylindrischen Wirbelgefäß
1, auf dem ein sich erweiterndes Gefäß 2 aufgesetzt ist.
Am Boden des Wirbelgefäßes 1 befindet sich die Wirbelgaszuführung
8. Oberhalb des Wirbelbodens 4 im Bereich des Einlaufes
des oder der Förderrohre(s) 6 ist eine Dichtemeßsonde 7
zur Ermittlung der Wirbelschichtdichte angeordnet.
Der mittlere Korndurchmesser dieses Staubes beträgt 103 µm, die
Feinanteile <63 µm betragen 26 Masse-% und die Fraktionen
<125 µm 28 Masse-%. Die Ermittlung der rheologischen Kennwerte
geschieht in der Laborwirbelzelle mit einer lichten Weite
von 200 mm Durchmesser, einer Höhe von 400 mm und einem
Wirbelboden 4 mit drei Druckmeßsonden 3, die von unten durch
den Wirbelboden 4 gesteckt sind und bündig mit der Wirbelbodenoberkante
abschließen, und mit einem Rührarm des Rührwerkes
5, das bei einer konstanten Drehzahl von 90 min-1 arbeitet.
Der Wirbelboden 4 ist feinporös, die Porenweite liegt unter
10 µm, die freie Strömungsfläche beträgt 64%.
Die mit der Laborwirbelzelle ermittelten und danach ausgewerteten
Meßwerte sind der spezifische Druckverlust bei der Wir
belschichtdurchströmung f p, die Fließdichte ρ f , die dynamische
Viskosität η f und die Fließfähigkeit ff (E) in Abhängigkeit
von der Wirbelgasgeschwindigkeit v g. Diese Kennwerte
wurden für die Versuchsdurchführung mit Rührwerk (mRW) und
ohne Rührwerk (oRW) bestimmt. Zur Berechnung der Kennwerte
wurden die Gleichungen (1), (2), (3) verwendet.
Die Fixpunkte bei maximaler Dichte ρ f(max) , d. h. bei minimaler
Fließfähigkeit, und konstanter Dichte ρ f *, d. h. bei beginnendem
freien Fließen, wurden aus dem Funktionsverlauf
ρ f = f (v g) gefunden.
Es kann aus den Funktionsverläufen f p = f (v g) und ρ f = f (v g)
abgeleitet werden, daß mit Rührwerk der Zustand einer großen
Homogenität bei einer wesentlich geringeren Wirbelgasgeschwindigkeit
eintritt als ohne Rührwerk. Im vorliegenden Beispiel
sind v L* (oRW) = 2,95 cm · s-1 und v L* (mRW) = 1,88 cm · s-1.
Der Zustand des freien Fließens tritt also mit Rührwerk bei
einer niedrigeren Wirbelgasgeschwindigkeit und damit auch bei
einer höheren Fließdichte ρ f ein als ohne Rührwerk. Die Verwendung
eines Rührwerkes 5 bringt bei diesem Staub technische
und ökonomische Vorteile.
Die technische Wirbelschichtdosierapparatur soll bei einer
Staubdosierleistung von 3 bis 10 t/h mit mehreren nach oben
austretenden Förderrohren 6 arbeiten. Der Wirbelboden 4 wurde
nach Gleichung (7) berechnet.
Der Durchmesser beträgt 300 mm, was erfahrungsgemäß gerade den
Mindestdurchmesser darstellt.
Die tatsächliche zugeführte Wirbelgasmenge WG(B) liegt nicht
für den gesamten Leistungsbereich d/ d(max) über die Ver
dünnungsgasmenge Δρ (B) , die für die Verringerung der Dichte
von der Schüttdichte ρ s auf p f notwendig ist. Wenn sie niedriger
ist, muß die tatsächlich zuzuführende Gasmenge erhöht werden,
damit sie mindestens Δρ (B) entspricht.
Sie wird erhöht, indem ein Rührwerk eingesetzt wird, weil
KG(B) mRW < KG(B) oRW ist. Die geförderte Staubmenge d ergibt
nach Gleichung (8) aus der Dichte ρ f * und der Gesamtgasmenge
ges(B).
Verzeichnis der Symbole
f p spezifischer Druckverlust bei der Wirbelschichtdurchströmung
ff (E) Fließfähigkeit der Schüttung und Wirbelschicht
h f dynamische Viskosität der Wirbelschicht
ρ s Schüttdichte
ρ f Fließdichte
p f * Fließdichte am Punkt des freien Fließens der Schüttung
ρ d Reindichte, Teilchendichte
ρ fL Fließdichte bei der Wirbelgasgeschwindigkeit am Lockerungspunkt
ρ g Gasdichte
ρ fmax maximale Fließdichte bei minimaler Fließfähigkeit
v g Wirbelgasgeschwindigkeit bezogen auf freien Querschnitt
v gmin Wirbelgasgeschwindigkeit am Punkt der maximalen Fließdichte
v L Wirbelgasgeschwindigkeit am üblichen Lockerungspunkt
v L* Wirbelgasgeschwindigkeit am Punkt des freien Fließens
d Massenstrom des Feststoffes
H Höhe der Wirbelschicht
A freie Fläche der Wirbelapparatur
Δ p Druckabfall des Wirbelgases bei Schüttgutdurchströmung
e min Lückenvolumenanteil der Wirbelschicht bei der Dichte ρ f(max)
ε L* Lückenvolumenanteil bei der Dichte ρ f *
ρ d Kornformfaktor der Staubpartikel
d m mittlerer Korndurchmesser bezüglich linearer Korngröße
d m mittlerer Korndurchmesser bezüglich Kornmasse
Δρ (B) notwendige Wirbelgasmenge für Dichteverringerung von der Schüttdichte ρ s bis zu ρ f
WG(B) tatsächliche Wirbelgasmenge zum Gefäß für die Erreichung des Wirbelschichtzustandes des freien Fließens
KG(B) Kompensationsgas zum Gefäß bei der Schüttgutförderung
ges(B) Gesamtgasmenge zum Gefäß bei der Schüttgutförderung
oRW ohne Rührwerk
mRW mit Rührwerk
m d Masse des Schüttgutes in der Laborwirbelzelle
p (N) Druck unter Normbedingungen
p (B) Systemdruck im Betriebszustand, d. h. Druck in der Betriebsanlage oder in der Laborwirbelzelle
T (N) Temperatur unter Normbedingungen
T (B) Temperatur im Betriebszustand
d WB Wirbelbodendurchmesser
d min notwendiger Mindestwirbelbodendurchmesser
ff (E) Fließfähigkeit der Schüttung und Wirbelschicht
h f dynamische Viskosität der Wirbelschicht
ρ s Schüttdichte
ρ f Fließdichte
p f * Fließdichte am Punkt des freien Fließens der Schüttung
ρ d Reindichte, Teilchendichte
ρ fL Fließdichte bei der Wirbelgasgeschwindigkeit am Lockerungspunkt
ρ g Gasdichte
ρ fmax maximale Fließdichte bei minimaler Fließfähigkeit
v g Wirbelgasgeschwindigkeit bezogen auf freien Querschnitt
v gmin Wirbelgasgeschwindigkeit am Punkt der maximalen Fließdichte
v L Wirbelgasgeschwindigkeit am üblichen Lockerungspunkt
v L* Wirbelgasgeschwindigkeit am Punkt des freien Fließens
d Massenstrom des Feststoffes
H Höhe der Wirbelschicht
A freie Fläche der Wirbelapparatur
Δ p Druckabfall des Wirbelgases bei Schüttgutdurchströmung
e min Lückenvolumenanteil der Wirbelschicht bei der Dichte ρ f(max)
ε L* Lückenvolumenanteil bei der Dichte ρ f *
ρ d Kornformfaktor der Staubpartikel
d m mittlerer Korndurchmesser bezüglich linearer Korngröße
d m mittlerer Korndurchmesser bezüglich Kornmasse
Δρ (B) notwendige Wirbelgasmenge für Dichteverringerung von der Schüttdichte ρ s bis zu ρ f
WG(B) tatsächliche Wirbelgasmenge zum Gefäß für die Erreichung des Wirbelschichtzustandes des freien Fließens
KG(B) Kompensationsgas zum Gefäß bei der Schüttgutförderung
ges(B) Gesamtgasmenge zum Gefäß bei der Schüttgutförderung
oRW ohne Rührwerk
mRW mit Rührwerk
m d Masse des Schüttgutes in der Laborwirbelzelle
p (N) Druck unter Normbedingungen
p (B) Systemdruck im Betriebszustand, d. h. Druck in der Betriebsanlage oder in der Laborwirbelzelle
T (N) Temperatur unter Normbedingungen
T (B) Temperatur im Betriebszustand
d WB Wirbelbodendurchmesser
d min notwendiger Mindestwirbelbodendurchmesser
Claims (11)
1. Verfahren zur Bestimmung rheologischer Kennwerte feinkörniger
Schüttgüter, bei dem eine Probe des in einer technischen
Anlage zur Dosierung und Förderung einzusetzenden Schüttgutes
mit einer Reindichte ρ d in einer Laborwirbelzelle durch
Einblasen eines Wirbelgases variierbarer Geschwindigkeit v g in
einen Wirbelschichtzustand überführt wird und die in der Laborwirbelzelle
gewonnenen Kennwerte auf technische Anlagen, in denen
das feinkörnige Schüttgut durch einen über einen Wirbelboden
eingeführten Wirbelgasmenge WG(B) fluidisiert und durch
mindestens eine oberhalb des Wirbelbodens beginnende Förderleitung
abgefördert wird, übertragen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die durch eine Höhe H der Wirbelschicht in der
Laborwirbelzelle gekennzeichnete Ausdehnung dieser Wirbelschicht
gemessen und eine Fließdichte ρ f , berechnet als Quotient
m d/H · A, wobei A die Querschnittsfläche der Wirbelschicht
und m d die Masse des feinkörnigen Schüttgutes in der Laborwirbelzelle
sind, als Funktion der gemessenen Wirbelgasgeschwindigkeit
v g aufgenommen wird, daß als charakteristische Kennwerte
eine maximale Fließdichte ρ fmax mit einer zugehörigen Wirbel
gasgeschwindigkeit v gmin sowie eine Fließdichte ρ f * bei Beginn
des freien Fließens, definiert durch denjenigen Punkt der
Funktion ρ f = f (v g), an dem diese Funktion in einen Konstanzbereich
übergeht, mit einer zugehörigen Wirbelgasgeschwindigkeit
v L* bestimmt werden, und diese Kennwerte für die Auslegung
der technischen Anlage herangezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch
Verknüpfung der Funktion ρ f = f (v g) mit der Reindichte ρ d , den
aus einer Körnungsanalyse gewonnenen Kenngrößen mittlerer Korndurchmesser
d m und mittlerer, auf die Kornmasse bezogener Korndurchmesser
d V sowie einem materialspezifischen Kornformfaktor
d d eine dynamische Viskosität η f als Funktion der Wirbelgasgeschwindigkeit
v g berechnet wird, wobei die Verknüpfung nach dem
Algorithmus
erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichent,
daß zusätzlich durch Verknüpfung der Funktion ρ f = f (vg) mit
dem mittleren, auf die Kornmasse bezogenen Korndurchmesser d V,
dem materialspezifischen Kornformfaktor d d und der Reindichte
ρ d als Auslegungskriterium eine Fließfähigkeit ff (E) als
Funktion der Wirbelgasgeschwindigkeit v g empirisch gefunden
und berechnet wird, wobei die Verknüpfung nach dem Algorithmus
erfolgt, und
sowie
sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich ein Druckabfall Δ p des Wirbelgases bei Durchgang
durch die Wirbelschicht gemessen und daraus als Auslegungskriterium
der spezifische Druckverlust f p als Funktion von v g bestimmt
wird, wobei die Bestimmung nach dem Algorithmus
erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß während des Einblasens des Wirbelgases in der sich bildenden
Wirbelschicht ein Rührarm als Homogenisierelement mit
konstanter Drehzahl rotiert.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Laborwirbelzelle nacheinander mit stillstehendem und
mit rotierendem Rührarm betrieben wird, die mit stillstehendem
und rotierendem Rührarm gewonnenen Funktionen und Kennwerte
miteinander verglichen werden und durch diesen Vergleich
Kriterien für den Einsatz von Homogenisierelementen in der
technischen Anlage gebildet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und wahlweise 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wirbelgasmenge WG(B) maximal dem Produkt
aus dem Kennwert v L* und der Querschnittsfläche des Wirbelbodens
der technischen Anlage eingestellt wird und der Bedingung
genügt
Δρ (B) ≦ WG(B) ≦ ges(B)wobei Δρ (B) und ges(B) des in der technischen
Anlage durchzusetzenden Massenstromes d, der Reindichte ρ d
und der Schüttdichte ρ s des Schüttgutes, der Gasdichte ρ g
unter den Bedingungen der technischen Anlage und des Kennwertes
ρ f * sind, wobei diese Funktionen definiert sind zu
und
und daß eine Kompensationsmenge KG(B), die gleich der
Differenz ges(B)- WG(B) ist, in bekannter Weise entfernt
vom Wirbelboden, vorzugsweise oberhalb des Ortes, an dem die
Förderleitung beginnt, in das Schüttgut eingeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
unabhängig vom durchzusetzenden Massenstrom d der Wirbelgasmenge
WG(B) konstant gehalten wird, und zum Zwecke der Regelung
des Massenstromes d bei der Auslegung der technischen
Anlage eine Regelmöglichkeit der Kompensationsgasmenge KG(B)
und damit verbunden der Größe ges(B) vorgesehen ist.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Erfüllung des Kriteriums v L*(ohne Rührwerk) < v L*(mit Rührwerk)
das fluidisierte Schüttgut in der technischen
Anlage oberhalb des Wirbelbodens, aber unterhalb des Einlaufes
in das Förderrohr der Bewegung eines Homogenisierelementes, wie
beispielsweise des Rührarmes eines Rührwerkes ausgesetzt wird.
10. Laborwirbelzelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1 bis 6, bestehend aus einem zylindrischen Wirbelgefäß
mit einem unteren gasdurchlässigen Wirbelboden, der mit einer
Wirbelgaszuführung versehen ist, einer Meßeinrichtung für den
Wirbelgasvolumenstrom sowie mindestens einer Druckmeßeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelboden (4) unter
Verwendung bekannten feinporigen Filtermaterials einen höheren
Strömungswiderstand aufweist als das aufliegende feinkörnige
Schüttgut, daß auf der Oberseite des Wirbelbodens das gasdurchlässige
Ende mindestens einer als Druckmeßeinrichtung dienenden
Sonde (3) angeordnet ist und daß ein Rührwerk (5) mit mindestens
einem parallel zum Wirbelboden (4) und unmittelbar
oberhalb desselben angeordneten Rührarm vorgesehen ist, das
mit einem Antrieb für Drehzahlen zwischen 300 und 6 min-1 aus
gerüstet ist und wahlweise betrieben werden kann.
11. Laborwirbelzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ende der Sonde (3) mit einem feinporigen, gasdurchlässigen
Stopfen versehen ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD28725786 | 1986-02-24 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3701399C2 true DE3701399C2 (de) | 1989-05-03 |
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ID=5576698
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19873701399 Granted DE3701399A1 (de) | 1986-02-24 | 1987-01-20 | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung rheologischer kennwerte von feinen schuettguetern |
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JP4642585B2 (ja) * | 2005-08-02 | 2011-03-02 | シスメックス株式会社 | 粉体測定システムおよび粉体測定方法 |
Family Cites Families (2)
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-
1987
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- 1987-02-05 CS CS87724A patent/CS72487A1/cs unknown
- 1987-02-13 AU AU68755/87A patent/AU600469B2/en not_active Ceased
- 1987-02-24 JP JP62039302A patent/JPS6311836A/ja active Pending
Also Published As
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