Oktober 2010

Kalziumkarbonat ist überall auf der Erde verfügbar, kostengünstig, einfach auf die gewünschte Feinheit zu mahlen und geeignet zur Aufbereitung der meisten Thermoplaste. Kalziumkarbonat wirkt sich dank seiner Wärmeleitfähigkeit positiv auf den Aufbereitungsprozess des Kunststoffs aus, erhöht dessen Lichtundurchlässigkeit und verbessert die mechanischen Eigenschaften, wie die Erhöhung des E-Moduls oder die Druckfestigkeit. Im täglichen Gebrauch sind unzählige Produkte aus Kunststoff zu finden, die mit Kalziumkarbonat gefüllt sind. Beispielhaft dafür sind Plastiktragetaschen, Kabelisolierungen und Fensterprofile.

Obwohl die chemische Zusammensetzung von Kalziumkarbonat immer gleich ist, unterscheiden sich die Schüttguteigenschaften je nach Typ, Qualität, Feinheit und Korngröße erheblich. So können die Schüttgewichte von etwa 0,3 bis 1,4 kg/dm3 variieren und dabei Eigenschaften wie anhaftend und klumpend bis fluidisierend festgestellt werden.

Schüttguteigenschaften bestimmen die Auslegung

Die Schüttguteigenschaften bestimmen die Auslegung der pneumatischen Förderanlage nachhaltig. Es ist einleuchtend, dass schweres Schüttgut im Vergleich zu leichtem eine höhere Luftgeschwindigkeit benötigt, um im Förderluftstrom transportiert zu werden. Allerdings spielen hierbei Korngröße, Form und Adhäsionsverhalten auch eine gewichtige Rolle. Diese Einflussgrößen sind jedoch viel komplexer und schwieriger zu beschreiben als das reine Schüttgewicht. Was ist zu berücksichtigen, um zum Haften neigendes Material zuverlässig in die Förderleitung aufzugeben? Welche Vorkehrung hilft, wenn das Fördergut beginnt, in der Leitung aufzubauen? Für all diese Fragestellungen gibt es Antworten und Lösungen.

Allerdings ist zur Auslegung eines zuverlässig funktionierenden Fördersystems die richtige Beurteilung der Schüttguteigenschaften der Schlüssel zum Erfolg. Schon relativ einfache Schüttgutuntersuchungen wie Schüttgewichte lose, gesetzt und fluidisiert, Winkel des Schüttkegels, Fließwinkel, Ausflusswinkel, Siebanalyse, Messung der Schwebegeschwindigkeit und der Absauggeschwindigkeit geben hier Auslegungssicherheit. Diese Untersuchungen zusammengefasst nennt der Förderanlagenhersteller K-Tron Benchtest, aus welchem das Unternehmen Auslegungsparameter und Korrekturfaktoren zur Berechnung und Auslegung der Förderanlage aus lediglich fünf Litern Testmaterial ableitet. Mittels diesem internen standardisierten Schüttgutuntersuchungs- und Berechnungsverfahren bestimmt und dimensioniert das Unternehmen die Anlagenkomponenten. Im Ergebnis ist jede Förderanlage individuell, basierend auf Förderrate, Distanz und Schüttguteigenschaft, ausgelegt.

Druck oder Vakuum

Das gewählte pneumatische Förderverfahren, Druck oder Vakuum, definiert, welche Produktaufgabe geeignet ist. Erst im nächsten Schritt bestimmen Förderleistung, Schüttguteigenschaften und Differenzdruck am Aufgabepunkt die Ausführung der Produktaufgabe. Bei Druckförderung dient die Zellenradschleuse als Barriere zwischen Produktaufgabe und Überdruck führender Förderleitung. Dank dem Volumen abgrenzenden Arbeitsprinzip der Zellenradschleuse, lässt sich so leichtes und fluidisiertes Kalziumkarbonat problemlos in die Förderleitung eintragen. Zu beachten ist hierbei, dass die Leckluft der Zellenradschleuse abzuführen ist, damit diese nicht das Füllen der Kammern auf der Einlaufseite der Schleuse behindert. Mit steigendem Schüttgewicht und Feinheitsgrad des Schüttguts nimmt die Tendenz zum Anhaften und Brücken im Vorlagebehälter zu. Demzufolge sind geeignete Fließhilfen im Vorlagebehälter einzubauen, damit das Schüttgut auch sicher in den Einlauf der Zellenradschleuse gelangt. Verstärkt sich die Neigung zum Anhaften des Kalziumkarbonats weiter, sodass sich in den Kammern der Zellenradschleuse Ablagerungen bilden, helfen verschiedene Antihaftbeschichtungen oder die Wahl einer Durchblaseschleuse. Bei der Durchblaseschleuse unterstützt der Förderluftstrom aktiv den Materialaustrag aus der Kammer.

Im Falle der Vakuumförderung wird keine Druckbarriere am Aufgabepunkt in die Förderleitung benötigt. Aus diesem Grund reicht hier in der einfachsten Ausführung eine Sauglanze, die das Produkt aus dem Vorlagebehälter absaugt. Sofern das Kalziumkarbonat sich fluidisieren lässt und wenig Neigung zum Anhaften zeigt, funktioniert auch hier diese Technik. Für alle anderen Kalziumkarbonatqualitäten empfiehlt sich ein definierter Eintrag in die Förderleitung mittels Zellenradschleuse oder Vordosierschnecken gleich der Druckförderung.
Sehr adhäsive Kalziumkarbonatqualitäten können in der Förderleitung aufbauen und diese über die Zeit zusetzen. Insbesondere Bögen sind hier gefährdet, da durch die Richtungsumlenkung das Produkt verstärkt an der Innenwand reibt und anhaftet. In solchen Fällen empfehlen wir einen flexiblen Förderschlauch. Durch leichte Eigenbewegung während der Förderung brechen beim Schlauch die Anhaftungen ab und werden im Förderluftstrom abtransportiert.

Bei sequenziell betriebenen Vakuumfördersystemen fällt nach Beendigung der Saugzeit das Fördergut aus dem Luftstrom aus und bleibt in der Leitung liegen bis es mit dem folgenden Saugzyklus weitertransportiert wird. Problematisch sind hier lange vertikale Rohrleitungsstrecken, da alles Produkt in der Vertikalen nach unten fällt und die Leitung am Bogen vor dem Anstieg verstopfen kann. Um das zu verhindern, gibt es zu Beginn der Vertikalen eingebaute Leersaugventile. Etwa drei bis fünf Sekunden vor Ende des Saugzyklus öffnet dieses Ventil und die vertikale Leitung wird mit Luft gespült, sodass kein Produkt darin verbleibt.

Die Filterabscheider sind so ausgelegt, dass über 90 % des Kalziumkarbonats alleine durch den Geschwindigkeitsabfall der Förderluft im Abscheidergehäuse aus dem Luftstrom ausfallen und separieren. Diese und noch weitere Luftgeschwindigkeiten werden beim Benchtest gemessen, um Durchmesser und Filterfläche des Abscheiders zu bestimmen. Grundsätzlich gilt der Zusammenhang: Je leichter ein Produkt, umso geringer die Schwebegeschwindigkeit, was wiederum einen größeren Durchmesser des Abscheiders verlangt. Mit diesem Vorgehen wird verhindert, dass die Filter mit Produkt überladen werden.

Verschiedene Filtertypen

Welcher Filtertyp und welches Filtermaterial zum Einsatz kommen, hängt davon ab, wie kohäsiv das Produkt ist. Bei stark anhaftendem Kalziumkarbonat empfiehlt der Förderanlagenbauer PTFE beschichtete Schlauchfilter oder Kartuschenfilter mit einem größeren Öffnungswinkel der Faltung zur besseren Abreinigung. Das Fließverhalten des Produkts bestimmt auch die Geometrie des Abscheiders. So benötigen schlecht fließende Schüttgüter einen steileren Auslaufkonus und größeren Auslaufquerschnitt.

Der folgende Systemvergleich zeigt eine Anlagenauslegung für zwei sehr unterschiedliche Kalziumkarbonatmuster, dargestellt in den Mustern A und B. Muster A ist ein sehr reines und fein gemahlenes Kalziumkarbonat und weist ein loses und gesetztes Schüttgewicht von 300kg/m3 und 400 kg/m3 auf. Muster B ist ein körniges Kalziumkarbonat mitetwa 5% Verunreinigung und einemlosen und gesetzten Schüttgewicht von 1380kg/m3 und 1470 kg/m3.
Beide Produktmuster sollen mittels Vakuum kontinuierlich mit einer Leistung von 4500 kg/h gefördert werden. Aus dem Vorlagebehälter wird das Kalziumkarbonat über eine Zellenradschleuse mit einer Leistung von 4500 kg/h in die Förderleitung eingetragen. Der Förderweg bis zum Filterabscheider beträgt 30m horizontal, 15 m vertikal und hat maximal vier Bögen. Im Filterabscheider separiert sich das Fördergut von der Luft und wird kontinuierlich über die Zellenradschleuse in den Nachfolgeprozess ausgetragen. Die Vakuumpumpe ist über die Vakuumleitung mit dem Filterabscheider verbunden. Um die Druckverluste in der Vakuumleitung in einen vernachlässigbaren Rahmen zu halten, sollte die Pumpe mit weniger als 20 m Abstand vom Abscheider installiert sein. Die Pumpe wird mittels eines Sekundärfilters, eingebaut in der Vakuumleitung, geschützt für den Fall, dass die Primärfilter im Abscheider schadhaft sind.
Die Förderung der beiden extrem unterschiedlichen Kalziumkarbonatmuster ergibt eine völlig unterschiedliche Auslegung der Anlagenkomponenten. Beide Zellenradschleusen tragen 4500kg/hCaCO3 in die Förderleitung ein. Im Vergleich zu dem sehr schweren Produktmuster B muss die Zellenradschleusefür A mit einem Schüttgewicht von 300kg/m3 gut den vierfachen Volumenstrom in die Förderleistung eintragen. Wie zu erwarten, benötigt das schwere Muster eine viel höhere Luftgeschwindigkeit am Absaugpunkt als das leichte Muster. Es errechnen sich auch unterschiedliche Förderleitungsquerschnitte für die beiden Qualitäten.

Die Größe der Filterabscheider ist durch die Luftgeschwindigkeiten definiert. Der Förderluftvolumenstrom bestimmt die Filterfläche, während der Durchmesser des Abscheiders sich aus der vertikalen Luftgeschwindigkeit errechnet, bei der mehr als 90 % des Förderguts bereits alleine über die Schwerkraft abscheiden. Diese vertikale Luftgeschwindigkeit wird als „CAN Velocity“ bezeichnet. Vergleichen wir die benötigte Absauggeschwindigkeit und „CAN Velocity“ der beiden Muster, wird hieraus der große Unterschied in der Ausführung der Filterabscheider ersichtlich.

Erhöhte Marktchancen
Optimal auf das Material abgestimmt

Entscheidend für die Auslegung einer Förderanlage sind genaue Kenntnisse über die Produkteigenschaften. Nur durch dieses Wissen lässt sich eine zuverlässige Förderanlage bauen und wirtschaftlich betreiben. K-Tron nutzt die Ergebnisse von Schüttgutuntersuchungen, den so genannten Benchtests, zur optimalen Abstimmung. Durch diese Vorgehensweise greift das Unternehmen auf einen Erfahrungsschatz von über 17000 dokumentierten Benchtests, gesammelt in über zwei Jahrzehnten, zurück.

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