26. - 28. September 2017 // Nürnberg, Germany

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Fließeigenschaften von Schüttgütern und verfahrenstechnische Siloauslegung

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Fließeigenschaften von Schüttgütern und verfahrenstechnische Siloauslegung

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Fließfähigkeit
Mit dem Begriff  "gute Fließfähigkeit" wird ausgedrückt, dass ein Schüttgut leicht zum Fließen zu bringen ist. Als "nicht fließend" werden Produkte bezeichnet, die zu Auslaufstörungen neigen (z.B. durch Bildung von Schüttgutbrücken oder Schächten) oder sich während Lagerung und Transport verfestigen. Ursache hierfür ist die Druckfestigkeit des Schüttgutes (Schüttgutfestigkeit).

Ringschergerät
Typische Schergeräte sind die Ringschergeräte RST-01.01, RST-01.pc und RST-XS, die in Industrie und Forschung eingesetzt werden. Die Schüttgutprobe wird in den von der Scherzelle gebildeten ringförmigen Scherkanal gefüllt und von oben über einen Deckel mit einer Kraft N belastet (Einstellung des Spannungsniveaus). Bei der Messung rotiert die Scherzelle langsam in Pfeilrichtung, während der Deckel mit Hilfe von zwei Zugstangen am Drehen gehindert wird. Dadurch entsteht eine Scherverformung der Schüttgutprobe. Die hierzu notwendige Kraft (F1 +F2 ) wird gemessen. Aus einem vorgegebenen Ablauf der Messung ergeben sich die Fließeigenschaften.

Bei der rechnergesteuerten Version RST-01.pc des Ringschergerätes laufen Messung und Auswertung automatisch (vom PC gesteuert) ab. Für kleine Mengen feiner Pulver, wie sie z.B. in der Pharmazeutischen Industrie vorkommen, gibt es das ebenfalls automatische, aber kleinere (Tischgerät) Ringschergerät RST-XS.

Einige Vorteile der Ringschergeräte sind:
  • Vielseitige Anwendbarkeit.
  • Messung definierter Fließeigenschaften.
  • Unterschiedliche Spannungsniveaus.
  • Einfach zu bedienen.
  • Automatische Messung/Auswertung (RST-01.pc, RST-XS).

Damit ist das Ringschergerät auch eine sinnvolle Alternative zu so genannten Einfachmessgeräten, da es leicht zu bedienen ist, dabei aber klar definierte physikalische Größen liefert.

Fließen von Schüttgütern in Silos
Beim Fließen von Schüttgütern in Silos unterscheidet man zwischen Massenfluss und Kernfluss. Bei Massenfluss ist beim Schüttgutabzug der ganze Siloinhalt in Bewegung. Massenfluss ist nur möglich, wenn die Trichterwände ausreichend steil und/oder glatt sind. Ist dies nicht der Fall, stellt sich Kernfluss ein. Dabei wird das Schüttgut in den "toten Zonen" im Randbereich erst bei der vollständigen Entleerung des Silos ausgetragen.

Die häufigsten Probleme bei Silos sind:
  • Brückenbildung.
  • Schachtbildung.
  • Unregelmäßiger Fluss und Schießen durch alternierendes Aufbauen und Zusammenbrechen von Brücken oder Schächten.
  • Breite Verweilzeitverteilung: Das Schüttgut in den toten Zonen eines Kernflusssilos ist u.U. extrem lange Zeit im Silo.
  • Entmischung nach der Partikelgröße, -dichte oder -form. In Kernflusssilos entsteht dadurch eine schwankende Produktzusammensetzung am Auslauf.

Im Kernflusssilo können alle genannten Probleme auftreten, während beim Massenflusssilo nur das Problem der Brückenbildung berücksichtigt werden muss. Auch die praktische Erfahrung bestätigt, dass Kernfluss die Hauptursache für Fließprobleme ist. Zur Auslegung eines Massenflusssilos muss zum einen die erforderliche Steilheit der Trichterwände berechnet werden. Zum anderen ist die minimale Auslaufgröße zur Vermeidung von Brückenbildung festzulegen. Für die Auslegung sind die Fließeigenschaften des Schüttgutes zu messen (Schergerät). Mit der entsprechenden Erfahrung in der Anwendung dieser Größen lassen sich Silos unterschiedlichster Form auslegen, aber auch bestehende Silos sanieren.

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