Belüftung, Fluidisierung, Permeabilität von Pulvern

Die Wechselwirkung von Pulvern mit Luft verändert ihre Eigenschaften und muss daher von Prozessingenieuren gut verstanden werden. Diese Seite erklärt, warum verschiedene Pulvertypen unterschiedlich auf Belüftung reagieren und Belüftung und Permeabilität mit Prozessbeobachtungen verknüpft (in pneumatisch Förderung, fluidisierende Wirbelschichten, Pulver Dosierung...

1. Belüftung von Pulver

Die Perkolation eines Gases durch ein Pulverwirbelschicht kann die Schüttdichte stark verändern sowie auch seine Fließfähigkeit. Der Luftstrom ist tatsächlich \"areating\" das Pulver, wodurch es aufgelockert wird.

Jedoch zeigen nicht alle Pulver das gleiche Verhalten, wenn sie einem Luftstrom ausgesetzt werden. Einige Pulver werden sich homogen ausdehnen, während andere kompakter bleiben und die Luft in \"Kanälen\" sammelt.

Wie kann man Pulver gemäß ihrem Belüftungsverhalten klassifizieren ?

Die Fluidisierung von Pulvern wurde von Geldart untersucht der 4 Gruppen von Produkten definiert hat und ein Graph, der erlaubt, aus den Materialeigenschaften abzuschätzen, zu welcher Gruppe ein Pulver gehört [Rhodes]. Die Erfahrungen wurden an einem fluidisierte Wirbelschicht.

Der Dichte ρ_p der Teilchen wie im obigen Graphen verwendet, wird definiert als die Masse eines Teilchens geteilt durch sein Volumen, einschließlich offener und geschlossener Poren.

Die folgenden Gruppen sind definiert :

• Gruppe A : belüftbare Pulver. Diese Pulver halten Luft sehr gut und homogen. Sie besitzen eine geringe Permeabilität (siehe nächster Absatz), die es ihnen ermöglicht, Luft über Zeit zu halten und fluidisiert zu bleiben. Sie können gefördert werden pneumatisch, insbesondere in dichter Phase.
• Gruppe B : sandähnliche Pulver, die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen sind gering, mit einer geringen Permeabilität (siehe Absatz unten), was bedeutet, dass die Teilchen sofort nicht mehr fluidisiert sind, sobald die Luft abgeschaltet wird. Die Blasen können in Größe wachsen und den Durchmesser des fluidisierenden Wirbelschichts erreichen, wodurch \"Schläge\" entstehen.
• Gruppe C : kohäsive Pulver, das Gas kann nicht gleichmäßig in Blasen im Wirbelschicht der Teilchen verteilt werden, sondern bildet eher Kanäle (daher der Name Kanälebildung). Es ist möglich, vorherzusagen, ob ein Pulver zur Gruppe C gehört, indem man die lose Schüttdichten und angeklopfte Schüttdichten. Wenn das Verhältnis Schüttdichte / lose > 1.4 liegt, kann das Pulver zur Gruppe C gehören.
• Gruppe D : ausstoßfähige Pulver, mit einem Verhalten ähnlich Gruppe B, obwohl der \"Ausstoß\"-Zustand erreicht werden kann, bei dem eine Gas-säule in der Mitte des fluidisierten Wirbelschichts positioniert werden kann (es erfordert jedoch, dass die Luft durch einen einzelnen Punkt eingespeist wird statt über den gesamten Boden des Wirbelschichts der Teilchen verteilt zu werden).

Zusammenhang zwischen Belüftung und Fließfähigkeit von Pulvern

Die Fluidisierung des Pulvers verringert die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen, die weiter voneinander entfernt sind und durch Luft (\"belüftet\") getrennt werden. Als Folge sind die Pulver besser fließfähig. Dieses Fluidisierungsprinzip wird tatsächlich von einigen Entleerungshilfen which Luft in Trichtern blasen, um Schüttgut zu fluidisieren, sowie auch in fluidisierten Wirbelschichten verwendet wird, wo Luft am Boden eines Pulverwirbelschichts verteilt wird, um es zu fluidisieren. Auf der anderen Seite können einige Pulver zu stark fluidisieren und unkontrolliert außerhalb der Silos fließen (Überflutung), was insbesondere bei Pulvern der oben erwähnten Gruppe A der Fall sein könnte.

2. Permeabilität von Pulvern

Die Permeabilität eines Pulvers ist ein Maß dafür, wie leicht es von einem Luftstrom durchdrungen werden kann. Ist das Pulver nicht sehr permeabel, so ist ein hoher Luftdruckabfall erforderlich, um einen Fluss durch das Pulver zu etablieren. Ist es hingegen sehr permeabel, dringt die Luft sehr leicht hindurch bei minimalem Druckabfall.

Die Permeabilität kann gemessen werden durch Vorbereitung eines Produktmusters, Aufbringen einer Last auf die Oberseite des Musters, um sicherzustellen, dass es sich nicht ausdehnt (ansonsten würde man die Belüftung oder Fluidisierung des Pulvers messen) und Unterwerfung des Systems einem Luftstrom von unten des Musters. Der Druckabfall wird anschließend gemessen. Der Vergleich des Druckabfalls, der durch verschiedene Materialien verursacht wird, ermöglicht die Definition ihrer Permeabilität.

Die Permeabilität ist auch mit der Luftspeicherfähigkeit verbunden. Ein Pulver mit geringer Permeabilität behält nach der Fluidisierung die Luft für eine Weile und fließt weiter, selbst wenn der Luftstrom abgeschaltet wird. Dies kann für die dichte-Phase-Förderung interessant sein, da das Pulver weniger empfindlich auf Prozessstörungen reagiert.

Quellen

[Rhodes] Principles of Powder Technology, Seite 123, Rhodes, Wiley, 1990