Pulververklumpung

1. Was ist Pulververklumpung?

Haben Sie ein Problem mit Pulververklumpung?

Pulververklumpung, auch als Pulverklumpenbildung bezeichnet, ist die physikalische Transformation eines Schüttguts von einem frei fließenden Zustand zu einer teilweisen oder vollständigen Verfestigung, mit unterschiedlichen Ausmaßen. Die Verklumpung eines Pulvers kann sehr schwach sein, das Pulver wird in den nachfolgenden Prozessstufen zerbrochen, was nicht allzu problematisch ist, oder es kann viel härter sein, mit Klumpen, die hartnäckig sind und einige Betriebsprobleme in Fabriken verursachen oder sogar Beschwerden von Verbrauchern, wenn das Material für den Verkauf aufbereitet wurde. Verklumpung tritt bei allen Arten von Pulvern auf vorausgesetzt, die Bedingungen sind günstig, zum Beispiel Zucker, aber auch Salze oder Reinigungsmittel.

Das gesamte Schüttgut kann verklumpen oder nur ein Teil davon mit einigen Klumpen zufällig gefunden. In jedem Fall ist ein physikalisches Phänomen, das von verschiedener Natur sein kann, hält die einst frei fließenden Pulverpartikel zusammen. Das Ziel dieser Seite ist es, zu überprüfen was die ursprünglichen Ursachen sein könnten, die die Klumpenbildung von Pulvern erklären und was kann getan werden, um das Problem zu lösen.

Beachten Sie, dass es andere Flussprobleme gibt, die unterschiedliche Symptome zeigen, aber sind irgendwie weniger häufig und nicht im Detail auf dieser Seite. Zu diesen Problem, wir können das Phänomen des Spülens hervorheben, das ist eigentlich das genaue Gegenteil der oben genannten Probleme: die Fluidisierung des Pulvers endet in einem unkontrollierbaren Fluss außerhalb des Silos.

2. Ursprüngliche Ursachen der Pulververklumpung?

Warum verklumpt Pulver? Analyse der Hauptursachen für die Verklumpung von Pulvern

Es gibt viele mögliche Ursachen, die die Klumpenbildung von Pulver [Zafar] erklären können, sie können mechanischer, chemischer, plastischer oder elektrischer Herkunft sein. Fließen oder elektrischer Herkunft. In jeder Kategorie gibt es eine Vielzahl von Phänomenen, die zu einer Pulververklumpung in unterschiedlichem Ausmaß führen können, aber die wichtigsten Phänomene in der Industrie sind unten aufgeführt.

2.1 Festbrücken

Die stärkste Verbindung zwischen Partikeln, die zu einem sehr hartnäckiges Verklumpungs-Phänomen führt, ist eine feste Brücke zwischen Partikeln. Nach diesem Phänomen die Partikel sind tatsächlich miteinander verschmolzen, was bedeutet, dass der Kuchen nicht mehr aus einzelnen lose verbundenen Partikeln besteht, sondern tatsächlich ein einzelner Partikel ist.

Solche festen Brücken können durch eine mechanische Kraft zwischen Partikeln entstehen: die Partikel werden einer Belastung ausgesetzt, lange genug so dass eine feste Bindung entsteht. Es wird jedoch berichtet, dass eine solche Bindung ist ziemlich schwach.

Eine stärkere Bindung kann durch Verdunstung von Lösungsmitteln gebildet werden. Wenn ein Lösungsmittel in ausreichend hohen Mengen vorhanden ist, so dass es einen Teil des Materials auflösen und Brücken zwischen Partikeln bilden kann, dann, wenn verdunstend, die aufgelöste Festigkeit endet zwischen den Partikeln und bildet eine feste Bindung.

2.2 Flüssigkeitsbrücken

Flüssigkeitsbrücken sind eine der häufigsten Ursachen für Pulververklumpung caking, und eines der am intuitivsten verstandenen Phänomene, da es sehr oft Wasser (Feuchtigkeit) beteiligt.. In diesem Modus der Verklumpung ist ein Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche des Pulvers, es füllt bei 1^st einige Porosität, aber über einem bestimmten Schwellenwert kann es beginnen, Brücken zwischen den Partikeln zu bilden. Die Brücken halten dann die Partikel zusammen und bilden einen Klumpen. Dieser Art von Brücke zwischen Partikeln ist nicht besonders stark und kann nur auftreten, wenn die Partikel klein genug sind und der Flüssigkeitsanteil hoch genug ist.

Um einen Eindruck zu vermitteln, erwähnt [Zafar], dass die kapillare Kraft, die die Stärke der Flüssigkeitsbrücke definiert kann berechnet werden für Partikel < 1 mm Durchmesser, während [Modugno] für Lactose-Partikel ein Schwellenwert von d50 < 400 Mikron und / oder Wassergehalt > 3%.

2.3 Glasübergang

Der Glasübergang ist ein Phänomen, das bei amorphen Materialien auftritt. Über einer bestimmten Temperatur, der Glasübergangstemperatur, wird das Material weich, klebrig und neigt daher dazu, zu verklumpen. Es muss beachtet werden dass die Glasübergangstemperatur stark vom Feuchtigkeit des Materialsbeeinflusst wird. Wasser wirkt tatsächlich als Weichmacher, was bedeutet, dass es die Glasübergangstemperatur senkt.

Für amorphe Materialien ist es wichtig, die Glasübergangstemperatur als Funktion des Feuchtigkeitsgehalts des Materials zu bestimmen. Es ermöglicht dann, zu überprüfen, bei welcher Feuchtigkeit die Glasübergangstemperatur unter der Verarbeitungs- oder Lagertemperatur liegen kann, in einem solchen Fall wird das Material weich und beginnt zu verklumpen.

2.4 Messung

Sorptionsisothermen, Scherzellen-Tests, Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) können verwendet werden, um die Ursache der Verklumpung zu bestätigen, den Umfang der Verklumpung zu messen und Versuchsbedingungen zu ermitteln Parameter, bei denen keine Verklumpung auftritt.

• Sorptionsisothermen: diese Messung ermöglicht die Bestimmung der Feuchtigkeitsgehalt eines Pulvers als Funktion der Wasser Aktivität (= relative Luftfeuchtigkeit). Die Form der Isotherme kann bereits einige Informationen über die Mechanismen liefern, die bei der Verklumpung eine Rolle spielen (z. B. kann es eine kapillare Kondensation anzeigen, die bei einem bestimmten Stadium auftritt, ein Zeichen für die Bildung von Flüssigkeitsbrücken)
• Scherzellen / Schüttgut-Rheometer : diese Instrumente können helfen, zu bestimmen wie schwerwiegend die Verklumpung ist (wird viel Scherung benötigt, um den Klumpen zu brechen) und kann auch einige Informationen über die Kinetik der Verklumpung liefern (z. B. kann ein Probenmaterial gemessen werden nach unterschiedlicher Zeit der Exposition gegenüber Feuchtigkeit, Belastung, Temperatur...)
• Differential-Scanning-Kalorimetrie: diese Messung ist relevant für Materialien, die aufgrund des Überschreitens ihrer Glasübergangstemperatur verklumpen. Die Tg kann dann gemessen werden bei unterschiedlicher Feuchtigkeitsgehalt) und die Daten können dann mit der Sorptionsisotherme gekoppelt werden, um eine Variation der Tg als Funktion der relativen Luftfeuchtigkeit zu bestimmen. Dies kann helfen, zu überprüfen, ob in bestimmten Prozessbedingungen, für die die relative Luftfeuchtigkeit und die Temperatur bekannt sind, ob das Material Gefahr läuft, zu verklumpen.3. Wie löst man Pulververklumpung?

Lösungen für die Verklumpung von Pulvern

Wie kann man die Verklumpung von Schüttgütern verhindern?

Die Lösung für ein Problem mit der Pulververklumpung ist tatsächlich abhängig von dem Phänomen, das die Klumpenbildung der Schüttgüter verursacht. In der Praxis ist es jedoch für Fabrikbetreiber schwierig, schnell eine solche Ursache zu identifizieren. Die folgenden Lösungen (vorgeschlagen von [Zafar]) sind daher eher als Hinweise und entweder eine tiefere Studie muss durchgeführt werden oder einige Versuche und Fehlertests können durchgeführt werden, um eine effiziente Lösung für die Pulververklumpung zu finden.

Haben Sie ein Produkt mit weniger feinen Partikeln / weniger Feinanteilen in der

• PSD (wie oben erwähnt, sind kleine Partikel anfälliger für Verklumpung als größere) Reduzieren Sie den
• Feuchtigkeitsgehalt (dies wird die Bildung von Flüssigkeitsbrücken verhindern, die Bildung von festen Brücken, wenn das Wasser einige Produkt auflöst, bevor es verdampft, und wird verhindern, die Glasübergangstemperatur einiger Materialien zu senken) Entfernen Sie aus der Zusammensetzung den Hauptverklumpungsbeitrag
• Vermeiden Sie Temperatur- und Feuchtigkeitszyklen (dies wird die Bildung von Flüssigkeitsbrücken verhindern, die Bildung von festen Brücken, wenn das Wasser einige Produkt auflöst, bevor es verdampft, und wird verhindern, die Glasübergangstemperatur einiger Materialien zu senken)
• Reduzieren Sie die Konsolidierungsbelastung, die oft ein verschärfender Faktor ist
• Fügen Sie einen Zusatzstoff hinzu, typischerweise einen Fließhilfsmittel, das auch eine anti-Verklumpungswirkung hat: solche Zusatzstoffe können helfen, Feuchtigkeit aufzusaugen zum Beispiel, oder können helfen, den Kontakt zwischen Partikeln zu vermeiden, indem sie sich zwischen ihnen befinden.
• Beachten Sie, dass ein besonderer Fall für Zusatzstoffe im Fall von Sprühtrocknung, die Zugabe eines hohen Molekulargewichts (z. B. Maltodextrin) wird helfen, die Glasübergangstemperatur (Tg) des gesprühten Bestandteils zu erhöhen.

Wenn es nicht möglich ist, die Verklumpung von Schüttgütern zu verhindern, kann man dann daran denken die Auswirkungen der Klumpenbildung im Prozess zu mildern. Einige Möglichkeiten, an die man denken kann, sind [Johanson]:

Reduzieren Sie die Lagerzeit:

• Verklumpung ist kein augenblickliches Phänomen, es dauert einige Zeit (sehr variabel je nach Material und den beteiligten Mechanismen), so dass es möglich ist, das Risiko der Verklumpung zu reduzieren, indem man sicherstellt, dass das Material nicht zu lange in einem Trichter bleibt Vermeiden Sie
• tote Bereiche in Trichter : Massen Flüsse Trichter werden weniger anfällig sein als Trichterfluss für Verklumpung, obwohl es möglicherweise nicht ausreicht, die Verklumpung völlig zu vermeiden In einigen Fällen, für Materialien, deren Verklumpungsmechanismus mit Feuchtigkeit zusammenhängt, ist es möglich,
• die Innenseite eines Silos mit trockener Luft um Feuchtigkeit zu vermeiden, die eine Aktivität erreicht, die ausreicht, um feste oder flüssige Brücken zu schaffen, oder die Tg zu senken. Im Fall von festen Brücken und Einfluss auf die Tg kann dies gekoppelt werden durch eine Temperaturkontrolle zum Beispiel durch Isolierung des Silos, so dass Zyklen von Temperatur und Feuchtigkeit vermieden werden Wenn die Verklumpung beginnt, aber nicht zu einem harten Material führt, einige
• Entleerungshilfen wie Fluidisierungspolster, vibrierender Boden können helfen, die Scherung zu überwinden Rate, die erforderlich ist, um die Klumpen zu brechen und dem Produkt zu helfen, zu fließen Quelle [Zafar] Eine Überprüfung der Verklumpung von Schüttgütern, Zafar et al, 2017, Powder Technology

[Johanson] Verständnis und Lösung von Materialverklumpungsproblemen in Trockenschüttgutbehältern, PBE, 2014

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