DE4103900A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung des lufthaltevermoegens von schuettgut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Lufthaltevermögens von Schüttgut.

Schüttgüter, insbesondere pulverförmige oder granulierte Schüttgüter werden bekanntlich häufig pneumatisch trans­ portiert, und zwar entweder im Saugbetrieb oder (häufiger) im Druckbetrieb. U.a. zur Minimierung des Energiever­ verbrauches, des Luftverbrauches, des Querschnitts der Förderrohrleitungen und des Verschleißes ist man bestrebt, das Schüttgut im Dichtstrom zu fördern. Die Förderbarkeit von Schüttgütern und insbesondere deren Förderbarkeit im Dichtstrom hängt nun von zahlreichen Parametern ab und ist insbesondere für Schüttgüter, für die noch keine ein­ schlägigen Erfahrungswerte vorliegen, nicht im Vorhinein übersehbar. Andererseits muß schon bei der Projektierung und Planung einer pneumatischen Schüttgutförderanlage das Verhalten des zu transportierenden Schüttgutes (bzw. des "problematischsten" zu fördernden Schüttgutes) unter den Bedingungen der pneumatischen Förderung bekannt sein, wenn die Anlage optimal ausgelegt werden soll. Aus der Praxis ist nun bekannt, daß ein grundsätzlicher Zusammen­ hang zwischen dem Lufthaltevermögen eines Schüttgutes und dessen Förderbarkeit im Dichtstrom besteht. Je länger näm­ lich die zeitliche Dauer des Lufthaltevermögens des Schütt­ gutes ist, über desto längere Strecken kann das Schüttgut ungestört im Dichtstrom gefördert werden. Allerdings gibt es bisher keine geeignete Verfahren und/oder Vorrich­ tungen zur Messung des Lufthaltevermögens.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Lufthaltevermögens von Schüttgütern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Verfahrensmäßig ist diese Aufgabe nach der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Schritte ge­ löst.

Das Verfahren führt zu Meßwerten, die das Lufthalte­ vermögen des jeweiligen Schüttgutes nach Art einer dimensionslosen Maßzahl charakterisieren, die - für sich allein betrachtet - keine Aussagekraft hat, jedoch einen Vergleich unterschiedlicher Schüttgüter hinsichtlich ihres Lufthaltevermögens und damit hin­ sichtlich ihrer Förderbarkeit erlaubt. Im Ergebnis lassen sich bekannte und unbekannte Schüttgüter anhand der durch das Verfahren nach der Erfindung ermittelten Maßzahl in z. B. drei Gruppen "gut förderbar", "mittelmäßig förderbar" und "schlecht förderbar" klassifizieren. Be­ stimmt man also bei einem neuen Schüttgut dessen Luft­ haltevermögen nach dem vorgeschlagenen Verfahren und erhält hierbei eine Maßzahl, die zumindest näherungs­ weise derjenigen eines bereits bekannten Schüttgutes entspricht, so kann erwartet werden, daß sich das neue Schüttgut hinsichtlich seiner Förderbarkeit wie das be­ reits bekannte Schüttgut verhält. Auf diese Weise läßt sich z. B. ohne langwierige Versuche die Auslegung einer für das bekannte Schüttgut bereits ausgeführte Förder­ anlage und deren Komponenten auf das neue Schüttgut übertragen.

Eine einfache Möglichkeit zur Bestimmung der dynamischen Viskosität im Rahmen des Verfahrens nach der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 2.

Die Ermittlung der Anstiegsgeschwindigkeit der dynamischen Viskosität des Schüttgutes ist besonders einfach, wenn ge­ mäß Anspruch 3 die gemessenen Werte kontinuierlich in Ab­ hängigkeit von der Zeit als Kurve aufgetragen werden.

Zur Ermittlung der Anstiegsgeschwindigkeit der dynamischen Viskosität stehen verschiedene Näherungsverfahren zur Ver­ fügung. Im Anspruch 4 ist ein einfaches graphisches Verfah­ ren angegeben. Anspruch 5 nennt ein einfaches numerisches Verfahren. Anspruch 6 ist auf eine Weiterbildung des Ver­ fahrens nach Anspruch 5 gerichtet.

Im übrigen kommt es bei der Ermittlung der Anstiegsge­ schwindigkeit der dynamischen Viskosität nicht auf eine mathematisch exakte Bestimmung (z. B. der mittleren An­ stiegsgeschwindigkeit oder der höchsten Anstiegsgeschwin­ digkeit) an. Da die gefundenen Werte (Maßzahlen) ledig­ lich als Relativwerte behandelt werden, ist allein wesent­ lich, daß die Ermittlung der Werte stets nach der gleichen Methodik erfolgt.

Der Anspruch 7 bezieht sich auf eine besonders einfache Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfah­ rens. Der Schreiber liefert eine Kurve, die den Verlauf der dynamischen Viskosität des Schüttgutes in Abhängig­ keit von der Zeit wiedergibt und sich sowohl graphisch als auch numerisch leicht auswerten läßt.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung wer­ den nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Messung des Lufthaltever­ mögens von Schüttgut in schematischer Verein­ fachung und

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrensab­ laufes und der gewonnenen Meßergebnisse.

Die in Fig. 1 wiedergegebene Vorrichtung umfaßt ein Fluidisiergefäß 1 mit einem Fluidisierboden 1a, der aus einer Druckluftquelle 2 über ein Drosselventil 3 und ei­ ne Leitung 4 mit Fluidisierluft versorgt wird. Zur Durch­ führung einer Messung wird das Fluidisiergefäß 1 z. B. bis zu einer Marke A mit dem zu untersuchenden Schüttgut ge­ füllt. Das Schüttgut bedeckt dann ein in das Fluidisier­ gefäß 1 eintauchendes Rührorgan 5a eines Rotationsviskosi­ meters 5. Das Rotationsviskosimeter 5 hat einen Meßwert­ ausgang 5b, an den ein Anzeigeinstrument 6 und/oder ein Kurvenschreiber 7 angeschlossen sind. Der Meßwertausgang 5b liefert ein elektrisches Signal, das dem zur Drehung des Rührorgans 5a erforderlichen, von dem Antriebsmotor des Rotationsviskosimeters aufgebrachten Drehmoment proportional ist. Rotationsviskosimeter dieser Bauart sind - z. B. zur Bestimmung der Viskosität von Flüssig­ keiten - bekannt und im Handel erhältlich.

Zur Durchführung einer Messung werden das Rotationsvis­ kosimeter 5 und der Schreiber 7 eingeschaltet. Sodann wird das zunächst geschlossene Ventil 3 allmählich mehr und mehr geöffnet, so daß das Schüttgut langsam in den fluidisierten Zustand übergeht und hierbei der Schütt­ gutspiegel z. B. bis zu einer Marke B ansteigt. Während dessen wird die der dynamischen Viskosität des Schütt­ gutes entsprechende Anzeige des Meßinstrumentes 6 und/ oder die von dem Schreiber 7 aufgezeichnete Kurve beob­ achtet. Entsprechend der Abnahme der dynamischen Viskosi­ tät mit zunehmer Fluidisierung sinkt auch das von dem Rotationsviskosimeter 5 aufzubringende Drehmoment zur Drehung des Rührorganes 5a. Entsprechend sinkt die An­ zeige des Meßinstrumentes 6 und fällt die Kurve, die der Schreiber 7 aufzeichnet. Sobald bei einer bestimmten Öff­ nungsstellung des Ventils 3 das Minimum der dynamischen Viskosität des Schüttgutes erreicht ist, wird zu einem beliebigen Zeitpunkt das Ventil 3 schlagartig geschlos­ sen. Infolge der nun allmählich aus dem Schüttgut ent­ weichenden Fluidisierluft steigt dessen dynamische Vis­ kosität wieder an, bis sie in etwa den Anfangswert, ent­ sprechend der statischen Viskosität, erreicht hat. Danach ist die Messung beendet.

Das Diagramm der Fig. 2 zeigt, der besseren Vergleich­ barkeit halber übereinandergezeichnet, zwei typische Verläufe der während einer Messung von dem Schreiber 7 aufgezeichneten Kurve entsprechend einem Schüttgut I bzw. entsprechend einem Schüttgut II. Auf der Ordinate ist das der Viskosität proportionale Drehmoment M aufgezeichnet, auf der Abszisse die z. B. in Sekunden gemesse Zeit t.

Die dynamische Viskosität des Schüttgutes I fällt von einem Anfangswert M_IA auf einen Minimalwert M_IIM, der im Zeit­ punkt t₁ erreicht ist und dann zeitlich konstant bleibt. Die dynamische Viskosität des Schüttgutes II fällt von einem Anfangswert M_IIA auf einen im Zeitpunkt t₂ er­ reichten Minimalwert M_IIM.

Im Zeitpunkt t₀ wird die Zufuhr der Fluidisierluft plötz­ lich unterbrochen. Die Kurven I und II steigen entsprechend der zunehmenden Entlüftung der betreffenden Schüttgüter wieder an, und zwar näherungsweise bis die Anfangswerte wieder erreicht sind. Von den aufgezeichneten Kurven interessieren nur diese ansteigenden Teile. Bestimmt wird die Anstiegsgeschwindigkeit der dynamischen Viskosität.

Dies kann graphisch durch Einzeichnen der Tangenten T_I bzw. T_II im Wendepunkt der jeweiligen Kurven erfolgen, in welchem Fall die Steigungswinkel α_I bzw. α_II die ge­ suchte Maßzahl für die Größe des Lufthaltevermögens des betreffenden Schüttgutes darstellen.

Statt dessen kann eine geeignete, das Lufthaltevermögen charakterisierende Maßzahl auch numerisch gewonnen wer­ den, und zwar durch Ermittlung der Zeiten t_I bzw. t_II, innerhalb derer die dynamische Viskosität von einem vorgegebenen unteren Wert auf einen vorgegebenen oberen Wert ansteigt. Hierzu empfiehlt es sich, die Bereiche geringer Kurvensteigung zu Beginn und am Ende des An­ stieges außer Betracht zu lassen, da sie keine genaue Definition des Anfangszeitpunktes und des Endzeitpunktes der jeweiligen Zeitmessung gestatten. Besser ist es, die Zeiten zwischen definierbaren unteren und oberen Relativwerten der dynamischen Viskosität zu messen. Als Bezugswert kann die Differenz zwischen der statischen Viskosität M_IA bzw. M_IIA und dem Minimalwert M_IM bzw. M_IIM verwendet werden. Hiervon ausgehend, kann als An­ fangspunkt M_I10 für die Messung der Zeit t_I ein Wert ge­ wählt werden, der um 10% über dem Bezugswert liegt, und als Endpunkt M_{I 90} dementsprechend der 90% des Bezugs­ wertes entsprechende Kurvenwert. Gleiches gilt für den An­ fangspunkt M_II10 und den Endpunkt M_{II 90} für die Bestim­ mung der das Lufthaltevermögen kennzeichnenden "Entlüf­ tungszeit" t_II. Zusätzlich kann aus Gründen der besseren Vergleichbarkeit bei Schüttgütern, die sich hinsichtlich ihrer statischen Viskosität und/oder hinsichtlich des Minimums ihrer dynamischen Viskosität stark unterschei­ den, eine Normierung erforderlich sein. Statt dessen kann auch in bekannter Weise die mittlere Steigung zwischen den Punkten M_{I 10} und M_{I 90} bzw. M_{II 10} und M_{II 90} durch Quotientenbildung ermittelt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Messung des Lufthaltevermögens von Schüttgut, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - allmähliches, gesteuertes Fluidisieren des Schüttgutes,
• - Messung der dynamischen Viskosität in Abhängigkeit vom Fluidisierungsgrad,
• - Unterbrechen des Fluidisierungsgasstromes nach Erreichen des Minimums der dynamischen Viskosität,
• - kontinuierliches Messen des Anstieges der dynamischen Viskosität in Abhängigkeit von der Zeit
• - und Ermittlung der Anstiegsgeschwindigkeit der dynamischen Viskosität des Schüttgutes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Viskosität mittels eines Rotationsviskosimeters gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Werte der dynamischen Viskosität kontinuierlich in Abhängigkeit von der Zeit als Kurve aufgetragen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die Anstiegsgeschwindigkeit der dynamischen Viskosität die größte Steigung der Kurve verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die Anstiegsgeschwindigkeit der dynamischen Viskosität die Zeit, innerhalb derer die dynamische Viskosität von einem unteren vorgegebenen Relativwert auf einen oberen vorgegebenen Relativwert steigt, verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugswert zur Bestimmung des unteren und des oberen Relativwertes der dynamischen Viskosi­ tät die Differenz zwischen der statischen Viskosität des ruhenden Schüttgutes und dem Minimalwert dessen dynamischer Viskosität ver­ wendet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein das Schüttgut enthaltendes Fluidisiergefäß (1) mit einem Fluidisierboden (1a), in dessen Gaszuleitung (4) ein Ventil (3) zur Einstellung der Gasmenge angeordnet ist, durch ein Rotationsviskosimeter (5), dessen Rühr­ organ (5a) in das Schüttgut eintaucht und durch einen mit dem Meßwertausgang (5b) des Rotationsviskosimeters verbundenen Schreiber (7).