Voor een optimale verwerking van poeders zijn goede stroomeigenschappen wenselijk.

In dit artikel wordt ingegaan op:

  • De factoren die bijdragen aan goede stroomeigenschappen
  • Maten voor stroomeigenschappen
  • Verschillende soorten stromingen

De experts van Dinnissen Process Technology staan klaar voor al uw vragen:

Neem contact op met Juul Jenneskens 077 467 3555

De zes factoren die bijdragen aan goede stroomeigenschappen

Voor een optimale verwerking van poeders zijn goede stroomeigenschappen wenselijk. Hoe beter de poeders bijvoorbeeld in en uit een trechter stromen, hoe sneller en gemakkelijker de verwerking. Goede stroomeigenschappen zijn voor het grootste deel afhankelijk van de wrijving tussen de poederdeeltjes. Die ontstaan door (statische) ladingen aan het oppervlak van de poederdeeltjes tussen de deeltjes en de sfericiteit. Een minimale cohesie tussen de poederdeeltjes resulteert in maximale stroomeigenschappen. 

De stroomeigenschappen van een installatie zijn terug te voeren naar zes verschillende facetten: 

  • De stroomeigenschappen van het poeder,
  • Zwaartekracht,
  • Compressie van poeders in de installatie,
  • Vibraties in de installatie,
  • Aerodynamica in de installatie,
  • Mechanische eigenschappen van de installatie.

Door te focussen op een combinatie van deze zes facetten, kunnen slechte stroomeigenschappen verbeteren. Daarnaast zorgen aanpassingen in de poedereigenschappen zoals vorm en grootte voor verschil in de stroomeigenschappen van een poeder. Stroomeigenschappen veranderen ook door de toevoegingen van andere poeders. Door het toevoegen van fijne poeders kan de oppervlakte van poederdeeltjes bedekt worden, waardoor de wrijving aanzienlijk afneemt en de stroomeigenschappen van het poeder verbeteren. 

Maten voor stroom eigenschappen

Zoals hiervoor aangegeven worden de stroomeigenschappen van een poeder mede beïnvloed door de compressie. In de onderstaande grafiek is weergegeven hoe een poeder zich kan gedragen door compressie. Op de x-as is de consoliderende spanning om het poeder te comprimeren weergegeven, ook wel Major principal consolidatie spanning genoemd. De y parameter is de sterkte van het poeder welbekend als Unconfined failure strenght. De verhouding tussen deze getallen is een maat voor de stroomeigenschappen wat gelijk staat aan ff, flow function. Dit levert de volgende formule op:

$ff\ =\frac{Major\ principal\ consoledating\ stress}{Unconfined\ failutre\ strenght\ } $

 

ff<1Niet stromend
ff>1>2Erg cohesief
ff>2<4Cohesief
ff>4>10Makkelijk stromend
ff>10Vrij stromend

Een andere belangrijke maat voor stroomeigenschappen is de Hausner ratio. De Hausner ratio kan berekend worden met de volgende formule:

$Hausner\ ratio\ =\frac{Tap\ density}{Stortgewicht\ } \left(dimensieloos\right)$

De Hausner ratio geeft een index van de stroomeigenschappen van het poeder. 

In de onderstaande tabel is weergegeven hoe de stroomeigenschappen zich verhouden tot de Hausner ratio.

Hausner ratioStroomeigenschappen
1.00 - 1.11Excellent
1.12 - 1.18Goed
1.19 - 1.25Redelijk
1.26 - 1.34Acceptabel
1.35 - 1.45Slecht
1.46 - 1.59Heel slecht
>1.60Zeer slecht

Hoe kleiner het deeltje hoe groter het contactoppervlak per massa-eenheid en hoe groter de van der Waals-aantrekkingskracht

De twee soorten stromingen

Binnen het begrip stroomeigenschappen wordt weer onderscheid gemaakt tussen twee termen: interne frictie en cohesie. Onder interne frictie wordt wrijving verstaan die plaatsvindt tussen twee poederdeeltjes onder normale druk. Wanneer er op een zeker moment geen druk is, is er nog wel een bepaalde aantrekkingskracht tussen de poederdeeltjes die de stroming weerstand biedt. Dit is cohesie. In de industrie van de droge poeders wordt deze kracht de Van der Waals kracht genoemd. Dit is een elektrische en magnetische kracht die ontstaat op moleculair level door de polarisatie en resulteert in positieve of negatieve aantrekkingskrachten tussen atomen aan de oppervlakte van de poederdeeltjes. Hoe kleiner het deeltje is, hoe groter het contactoppervlak per massa-eenheid en hoe groter de Van der Waals aantrekkingskracht.

Naast de grootte van de poederdeeltjes, is de aanwezigheid van vloeistoffen een tweede factor die invloed heeft op de cohesie. Vloeistoffen zoals water of olie vergroten het contactoppervlak tussen deeltjes, waardoor er vloeibare bruggetjes tussen de delen worden gevormd en waardoor een capillaire kracht de stofdeeltjes uiteindelijk met elkaar verbindt. De Van der Waals kracht neemt dan af door de aanwezigheid van vloeistof.                               

Poeders met goede stroomeigenschappen zullen door zwaartekracht uit een bunker komen. Bij het ontwerpen van bunkers is de eerste stap dan ook altijd om met behulp van een powder flow tester de stroomeigenschappen van het poeder te bepalen. Hierbij wordt de hiervoor genoemde ff bepaald. Met de powder flow tester kan geanalyseerd worden hoe de krachten tussen de poederdeeltjes onderling en de poederdeeltjes met de wand veranderen met een veranderende druk. Boven in een bunker zal immers minder druk op een deeltje uitgeoefend worden dan onder in een bunker.

Om een goed ontwerp te maken voor een bunker is het dan ook belangrijk om de stroomeigenschappen van poeders te kennen.

Stroomeigenschappen van poeders_Van Der Waals krachten bij water.jpg

Vanderwaalskrachten bij water