In diesem Artikel wird auf Folgendes eingegangen:
- Die Eigenschaften, die den pneumatischen Transport beeinflussen
- Der Einfluss von Masse, Oberfläche und Dichte der Pulverpartikel
- Der Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit auf den Transport
- Wie Kollisionen vermieden werden können
- Feuchtigkeit, Luftfeuchtigkeit und hygroskopische Eigenschaften der Pulverpartikel
- Der Einfluss der Fluidisation auf den Transport
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Die Eigenschaften, die den pneumatischen Transport beeinflussen
Es gibt eine Vielzahl von Variablen, die den pneumatischen Transport beeinflussen. Die verschiedenen Transporttypen wie Lufttransport und die verschiedenen Arten von Dense-Phase-Transport haben alle unterschiedliche Eigenschaften. Auch verschiedene Materialeigenschaften beeinflussen den Transport. Die Wahl des Transporttyps wird oft durch die Eigenschaften des zu transportierenden Produkts bestimmt. Darüber hinaus sind spezifische Bedingungen am Standort, an dem der pneumatische Transport realisiert werden muss, von Bedeutung. Schließlich spielen auch Capex und Opex eine Rolle bei der Entscheidung, die getroffen werden muss.
Es gibt viele Materialeigenschaften, die den pneumatischen Transport beeinflussen. Partikelgröße, Schlagfestigkeit, Masse, Volumen und Oberfläche der Pulverpartikel, Feuchtigkeitsgehalt, Fettgehalt, Schmelztemperatur von eventuell vorhandenem Fett, Hygroskopizität, Kohäsion, Abrasivität, Adhäsion und Fluidisation sind alles Eigenschaften, die eine Rolle bei der getroffenen Wahl spielen.

Dense Phase transport
Der Einfluss von Masse, Oberfläche und Dichte der Pulverpartikel
Masse und Oberfläche des Pulverpartikels beeinflussen den Transport. Je größer die Oberfläche des Partikels im Vergleich zur Masse ist, desto einfacher lässt sich das Pulver transportieren.
Die Dichte des zu transportierenden Produkts bestimmt die Flugeigenschaften des Pulvers. Eine höhere Dichte führt dazu, dass die Flugeigenschaften des Pulvers abnehmen. Ebenso wie bei Partikeln mit kleiner Oberfläche wird ein Pulver mit größerer Dichte normalerweise nicht durch Lufttransport bewegt. Die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um die Pulverpartikel in der Schwebe zu halten, ist dann zu hoch. Zudem ist der Wirkungsgrad sehr gering, da ein großes Luftvolumen für ein kleines Pulvervolumen benötigt wird. Darüber hinaus wird ein dichteres Pulver mehr Druck erfordern, um transportiert zu werden. Es ist jedoch unrealistisch zu sagen, dass alle Pulverpartikel gleich groß sind. Daher sind die Partikelgrößenverteilung und die durchschnittliche Partikelgröße relevant. Je größer der Unterschied zur durchschnittlichen Partikelgröße ist, desto mehr Geschwindigkeitsunterschiede können auftreten. Allgemein gilt, dass ein Pulver mit einer engeren Partikelgrößenverteilung besser für Dense-Phase-Transport geeignet ist. Der Grund dafür ist, dass bei gleicher Partikelgröße die Luftdurchlässigkeitseigenschaften gleich sind. Dadurch verhält sich das Pulver mehr wie eine Einheit und bleibt zusammen. Daraus wird ersichtlich, dass Materialdichte und Partikelgröße eine wichtige Wechselbeziehung haben.
Die Kombination der Partikelgröße und der Dichte des Pulvers beeinflusst die Wahl des Transporttyps. Für Lufttransport sind eine geringe Dichte und eine kleine durchschnittliche Partikelgröße ideal. Für Dense-Phase-Transport sind eine größere Dichte und eine größere durchschnittliche Partikelgröße ideal.

Masse und Dichte von Pulvern
Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können
Der Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit auf den Transport
Wie bereits erwähnt, beeinflusst die Oberflächenstruktur des Pulvers den Transport. Ein poröses Pulveroberfläche hat zur Folge, dass das Pulver leichter in einem Luftstrom mitgenommen wird. Wenn die Rohrwand eine poröse Oberfläche hat, wird dies dazu führen, dass Pulverpartikel schneller an der Rohrwand haften bleiben. Der Reibungswiderstand ist dann nämlich größer.
Für den Lufttransport ist eine poröse Partikeloberfläche in einem System mit glatten Rohrwänden ideal. Bei einem Pulverpartikel mit einer glatten Oberfläche wird die Luft neben dem Partikel strömen, ohne das Partikel mitzureißen. Diese Art von Pulverpartikeln ist weniger geeignet für den Lufttransport. Dense-Phase-Transport kann sowohl Partikel mit einer glatten als auch mit einer porösen Oberfläche transportieren. Dense-Phase-Transport kann auch Pulver durch sowohl glatte als auch poröse Rohrleitungen transportieren.
Wie Kollisionen vermieden werden können
Die Schlagfestigkeit ist die Widerstandsfähigkeit des Pulvers gegen Stöße und Kollisionen während des Transports. Je spröder das Produkt, desto leichter kann es bei einer Kollision auseinanderfallen. Die Geschwindigkeit, mit der das Pulver transportiert wird, beeinflusst die Aufprallkraft und die Anzahl der Kollisionen. Bei einem fragilen Pulver wird immer der Dense-Phase-Transport gewählt. Dabei ist die Geschwindigkeit am niedrigsten und die Beladungsrate am höchsten. Dadurch werden wenige bis keine Kollisionen zwischen dem Pulver und der Rohrwand stattfinden. Die Kollisionen, die dennoch auftreten können, werden aufgrund der niedrigen Geschwindigkeit weniger Degradation verursachen.
Feuchtigkeit, relative Luftfeuchtigkeit und hygroskopische Eigenschaften von Pulverpartikeln
Feuchtigkeit, relative Luftfeuchtigkeit und die hygroskopischen Eigenschaften von Pulverpartikeln sind ein wichtiger Faktor für die Möglichkeit des pneumatischen Transports. Bei einem nassen oder fettigen Pulver ist es immer ratsam, trockene Luft zu verwenden, um das Produkt zu transportieren. Wenn die Luft trocken ist, kann das Pulver mit allen Transporttypen bewegt werden. Allerdings ist die relative Luftfeuchtigkeit im System schwerer zu beeinflussen. Sie hängt nämlich von der Temperatur und dem Druck ab. Wenn die Luftfeuchtigkeit zu hoch wird, wird der Taupunkt erreicht. Am Taupunkt setzt sich Wasserdampf an den Rohrwänden ab und macht das Pulver während des Transports nass. Da dieser Punkt von Temperatur und Druck abhängt, kann dies ein unangenehmes und schwer zu überwindendes Problem darstellen. Dieses Problem wird größer, wenn das zu transportierende Pulver von Natur aus Wasser(dampf) aufnehmen kann. Das Pulver ist dann hygroskopisch.
Ein feuchteres Pulver hat eine größere Anziehungskraft auf die Wände. Diese Adhäsion kann bei allen Transporttypen Probleme verursachen. Sowohl beim Dense-Phase- als auch beim Lufttransport kann durch zu große Adhäsion eine Verstopfung entstehen. Der Lufttransport ist besonders empfindlich gegenüber Adhäsion. Sobald sich Material an den Wänden absetzt, wird der Lufttransport allmählich verstopfen. Beim Dense-Phase-Transport muss Materialablagerung nicht immer ein Problem darstellen. Wenn der Druck erhöht werden kann, bleibt das Material transportierbar. Wenn das Pulver hygroskopisch ist, kann Kohäsion im Pulver entstehen. Durch aufgenommenes Wasser kann das Pulver verklumpen. Dadurch nimmt die Dichte und das Volumen der Partikel zu. Die Transporteigenschaften verändern sich dann vollständig. Da beim Dense-Phase-Transport die Pulverpartikel bereits zusammen transportiert werden, entsteht hier kein Problem. Beim Lufttransport jedoch schon.
Obwohl es scheint, dass ein feuchteres Produkt kaum oder gar nicht mit Lufttransport bewegt werden kann, ist dies nicht der Fall. In einem Vakuum-Lufttransport wird Feuchtigkeit ein viel kleineres Problem darstellen. Der Druck liegt unter einem Bar, wodurch der Taupunkt schwerer erreicht werden kann. Wenn dieser Punkt nicht erreicht wird und trockenes Pulver zugeführt wird, stellt Feuchtigkeit kein Problem dar. Auch nicht für ein hygroskopisches Pulver.
Der Einfluss der Fluidisation auf den Transport
Eine weitere wichtige Variable ist die Fluidisation. Fluidisation beschreibt das Verhalten eines Schüttguts, das sich wie eine Flüssigkeit verhält. Dies tritt bei dem richtigen Luftdruck, einer guten Belüftung des Pulvers sowie der richtigen Partikelgröße und Dichte auf. Es ist möglich, das Fluidisationsverhalten anhand eines Geldart-Diagramms abzuschätzen. Im Diagramm werden die Pulver in vier Bereiche unterteilt: A, B, C und D. Im Geldart-Diagramm wird die Dichte gegen die durchschnittliche Partikelgröße aufgetragen.
Im Bereich A befinden sich Pulver mit einer kleineren durchschnittlichen Partikelgröße und einer niedrigeren Dichte. Die Pulver in Bereich A zeigen schneller Flüssigkeitsverhalten als die Pulver in den anderen Bereichen. Im Allgemeinen sind Pulver in Bereich A ideal für Dense-Phase-Transport, aufgrund der guten Fluidisationseigenschaften. Da sowohl die Partikelgröße als auch die Dichte klein sind, ist auch Lufttransport ein gutes Transportsystem.
Im Bereich B befinden sich Pulver mit einer größeren durchschnittlichen Partikelgröße und einer höheren Dichte. Diese Pulver werden nur fluidisieren, wenn zusätzliche Systeme im Transport eingesetzt werden, wie zusätzliche Luftinjektoren oder zusätzliche Fluidisationsluft. Daher können diese Pulver sowohl mit Dense-Phase-Transport transportiert werden, wenn entsprechende Vorrichtungen eingebaut sind, als auch mit Lufttransport, da dort immer eine ausreichende Luftzufuhr vorhanden ist.
Bereich D enthält alle Pulver mit einer größeren Dichte und/oder einer größeren durchschnittlichen Partikelgröße als die Pulver in Bereich B. Diese Pulver sind im Allgemeinen zu groß oder zu schwer, um über Lufttransport transportiert zu werden. Es ist auch nicht ideal, diese Pulver im Dense-Phase-Transport zu bewegen, aufgrund der schlechten Fluidisationseigenschaften. Dense-Phase-Propfen-Transport ist jedoch ideal für diese Art von Pulver. Bei kurzen Propfenlängen spielt Fluidisation eine geringere Rolle, da die Länge, durch die die Luft hindurchströmen muss, kürzer ist als bei vollständig Dense-Phase- und Duinen-Transport.
Die Pulver in Bereich C sind sehr klein und sehr leicht. Aufgrund dessen haben diese Pulver in der Regel eine hohe Kohäsion untereinander. Wie bereits erwähnt, sind Pulver mit hohen Kohäsionseigenschaften weniger für Lufttransport und mehr für Dense-Phase-Transport geeignet. Kurz gesagt ist Bereich C daher besser für Dense-Phase-Transport geeignet.

Das Geldart-Diagramm sollte als erste Indikation betrachtet werden. Es kann nicht einfach angenommen werden, dass ein Pulver, das in einem bestimmten Bereich liegt, genau nach diesen Richtlinien transportiert werden kann. Dies liegt daran, dass das Diagramm keine Berücksichtigung der Oberfläche des Pulvers vornimmt. Zudem berücksichtigt es nicht die Brüchigkeit und die Qualitätsanforderungen des Pulvers. Auch der Feuchtigkeitsgehalt und die hygroskopischen Eigenschaften des Pulvers werden nicht berücksichtigt, wobei jedoch Kohäsion einbezogen wird. Die Eigenschaften des Systems, wie Rohrdurchmesser, Rauigkeit und die Anzahl der Ein- und Auslasspunkte, sind ebenfalls nicht Teil des Diagramms. Das Diagramm ist also ein guter Anfang, bietet aber keinesfalls eine endgültige Entscheidung über das ideale Transporttyp, da noch viele weitere Variablen und Faktoren zu berücksichtigen sind.
Für einige Variablen gilt, dass sie sehr schwer und nicht eindeutig zu quantifizieren sind. Diese Variablen hängen in irgendeiner Weise miteinander zusammen und beeinflussen alle den Transport. Daher ist eine eindeutige Quantifizierung, nach der ein Pulver für jedes Transporttyp idealerweise beschaffen sein sollte, nicht festzulegen. Bei einer theoretischen Annäherung müssen immer Annahmen getroffen werden, weshalb die Ergebnisse in der Praxis nicht mit der Theorie übereinstimmen. Aufgrund der Vielzahl an Faktoren, die berücksichtigt werden müssen und die sich auch gegenseitig beeinflussen, ist die richtige Wahl für den pneumatischen Transport komplex, und es ist ratsam, Spezialisten hinzuzuziehen.

Name: Juul Jenneskens
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