60 SILO SILOTRICHTER mit Hammerspuren. Dies zeigt, dass offensichtlich das Schüttgut nicht so geflossen ist, wie es sollte. Fotos: Autor Schüttgutfluss ohne Probleme Schüttgüter sollen in Silos oder Trichtern fließen, ohne dass dabei Schwierigkeiten auftreten, sei es durch verfestigtes und nicht ausfließendes Schüttgut, unregelmäßigen Schüttgutfluss, unkontrolliertes Herausschießen oder gar Siloschäden. Aber auch die Produktqualität kann leiden, bspw. durch Entmischung oder zu kurze/lange Verweilzeiten aufgrund einer inakzeptabel breiten Verweilzeitverteilung. Dies alles kann vermieden werden, wenn ein Silo oder Trichter unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Schüttgutes gestaltet wird. In fast allen Industriezweigen treten Rohstoffe sowie Zwischen- und Endprodukte als Schüttgut auf. Sie müssen in Silos gelagert werden und in Trichtern fließen. Schüttgutbehälter sind aber häufig nicht der Schwerpunkt bei der Planung einer Anlage, da diese in der Regel wenig zur Wertschöpfung durch Veredelung oder Erzeugung eines Produktes beitragen. Sie können allerdings bei nicht sachgerechter Auslegung Anlagendurchsatz oder Produktqualität negativ beeinflussen. Die wichtigsten Probleme Schwierigkeiten treten vor allem dann auf, wenn es beim Schüttgutabzug zum sogenannten Kernfluss kommt (Abb. S. a). Dabei ist nur das Schüttgut in einem Teil des Silos in Bewegung, während der Rest des Inhalts in Ruhe verbleibt und tote Zonen bildet. Eine häufige Ursache für Kernfluss sind Trichterwände, die nicht steil oder glatt genug sind. In diesem Fall kann das Schüttgut im gefüllten Silo nicht auf den Trichterwänden nach unten gleiten (Silo a im Bild 61 oben). Tote Zonen entstehen ausgehend von den Trichterwänden, und nur in einer Fließzone, die sich von der Auslauföffnung nach oben hin erstreckt, bewegt sich das Schüttgut nach unten. Die Form der toten Zonen ist nicht vorherzusagen. So sind wie im erwähnten Bild auch in symmetrischen Trichtern unsymmetrische tote Zonen möglich. Auch bei hinreichend steilen und glatten Trichterwänden können tote Zonen entstehen, bspw. ausgehend von Vorsprüngen oder schlecht ausgeführten Übergängen (Silo b im Bild 61 oben ). Eine weitere Quelle für Kernfluss sind mehrere Auslauföffnungen, die nicht gleichzeitig aktiv sind (Silo c im Bild 61 oben). Auch Austraggeräte, die nicht in der Lage sind, das Schüttgut über der gesamten Auslauföffnung abzuziehen, erzeugen tote Zonen. Silo d im Bild 61 oben zeigt unter einem Auslaufschlitz einen Schneckenförderer mit konstanter Steigung und konstantem Schaft- und Außendurchmesser. Der Schneckenförderer füllt sich bereits am hinteren Ende mit Schüttgut, sodass er im weiteren Verlauf kein Schüttgut mehr aufnehmen kann. Dort ist der Ausgangspunkt für eine ausgedehnte tote Zone. Kernfluss ist Ursache mannigfaltiger Probleme, denn dabei verbleibt Schüttgut, das beim Füllen in die unteren Bereiche der toten Zonen gelangt ist, bis zur vollständigen Entleerung im Silo. Bei Betrieb eines Silos als Puffer kann dies zu sehr langen Verweilzeiten führen, was die Qualität des gelagerten Produktes verändern kann. Eine Verfolgung in den Silo eingefüllter Chargen ist nicht möglich, da die Form der toten Zonen nicht vorhersagbar ist und variiert. Außerdem besteht die Gefahr, dass sich das Schüttgut in den toten Zonen so sehr verfestigt, dass es nicht mehr allein aufgrund der Schwerkraft ausfließen kann. Erkennbar ist dies an einem von der Auslauföffnung nach oben reichenden „Schacht“, dessen Wände aufgrund der Festigkeit des Schüttgutes stabil sind (Bildabschnitt Seite 61 Mitte). Ist die Auslauföffnung zu klein, kann sich aufgrund der Festigkeit des Schüttgutes ein stabiles Gewölbe (Brücke) bilden, sodass der Schüttgutfluss zum Erliegen kommt (Bildabschnitt a Seite 61 Mitte). Je nach den Verhältnissen im Silo kann Kernfluss auch dazu führen, dass Teile des Produktes sehr kurze Verweilzeiten haben (Bildabschnitt c Seite 61 Mitte), sodass frisch eingefülltes Produkt sofort wieder abgezogen wird. Ein leicht fluidisierbares Schüttgut (feines, trockenes Schüttgut) hat dadurch nicht die Zeit, sich zu entlüften, und wird wie eine Flüssigkeit ungebremst aus der Auslauföffnung schießen. GESTEINS PERSPEKTIVEN 6/2019
SILO 61 Kernfluss kann auch zur Verschlechterung der Produktqualität durch Entmischung führen (Bildabschnitt d, mittleres Bild). Beim Füllen eines Silos ist stets damit zu rechnen, dass sich das Produkt über dem Siloquerschnitt entmischt. Bei zentrischer Befüllung befinden sich die kleineren Partikel meist in der Siloachse und die größeren Partikel am Rand. Herrscht im Silo Kernfluss, wird zunächst das Produkt aus der Mitte (Feingut) ausfließen, während das gröbere Produkt vom Rand erst später folgt. Dadurch entsteht am Auslauf ein zeitlich entmischter Schüttgutstrom, was nicht nur beim Befüllen von Gebinden zu variierender Zusammensetzung führt, sondern auch den stationären Betrieb nachfolgender Prozesse unmöglich macht. Unsymmetrisches Ausfließen wie im Bild oben bei den Silos c und d, aber auch der unsymmetrische Aufbau von toten Zonen wie in Bild a oben führt zu einer ungünstigen unsymmetrischen Belastung der Silostruktur [1]. Besonders ungünstig ist es, wenn sich die Fließzone einseitig an der Silowand bildet. Die Spannungen innerhalb der Fließzone sind kleiner als die in der toten Zone, da sich die Fließzone an der toten Zone über Schubspannungen (Reibung) abstützt. Durch die kleineren Spannungen plattet sich ein dünnwandiger Metallsilo im Bereich der Fließzone ab (sein Krümmungsradius nimmt dort zu), sodass er weniger stabil gegenüber der Belastung durch die vertikal in der Silowand verlaufenden Spannungen ist. Damit vergrößert sich die Gefahr des Beulens der Silowand wie beim Silo e im mittleren Bild dargestellt. KERNFLUSS und mögliche Ursachen: a. zu flache/raue Trichterwand; b. plötzliche Querschnittsverengung; c. nur eine von mehreren Auslauföffnungen ist aktiv; d. einseitiger Schüttgutabzug durch ungünstig gestaltetes Austraggerät. MÖGLICHE PROBLEME BEI KERNFLUSS: a. Schachtbildung, b. Brückenbildung, c. Schießen, d. Entmischung, e. Beulen Probleme vermeiden Die meisten der gezeigten Probleme lassen sich allein dadurch vermeiden, dass sämtliches Schüttgut während des Schüttgutabzugs in Bewegung ist. Dies wird „Massenfluss“ genannt. Die Darstellung des Silos a im Bild unten zeigt ein Massenflusssilo. Die Trichterwände sind hier steil und/ oder glatt genug, um die Bildung toter Zonen zu verhindern. Außerdem sind die in Bild a mit den Silos b bis d gezeigten Ursachen für Kernfluss vermieden worden, bspw. indem die Schnecke unter dem Silo b im Bild unten mit einer zunehmenden Steigung in Förderrichtung ausgerüstet wurde. Dadurch steigt ihre Förderkapazität in Förderrichtung an, sodass sie auf ihrer gesamten Länge Schüttgut aufnehmen kann und keine toten Zonen durch die Schnecke verursacht werden. Entsprechende Lösungen gibt es auch für andere Austraggeräte wie SILOGESTALTUNG FÜR MASSENFLUSS: a. mit Zellenradschleuse; b. mit Schneckenförderer mit steigender Kapazität in Förderrichtung; c. mit Schwingtrichter zum Erreichen eines hinreichend großen Auslaufquerschnitts 6/2019 GESTEINS PERSPEKTIVEN
E 43690 Ausgabe 6/2019 Offizielles
LE ITARTIKEL 3 Bürokratieabbau: of
INHALT 5 66 Potenzial: Viel hilft v
ZUR SACHE 7 CHRISTIAN HAESER formul
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