Brokkelaars: een overzicht

Brokkelaars worden in de bulkvastestof-handling gebruikt om de grootte van ongewenste agglomeraten te reduceren, die vaak ontstaan tijdens het opslaan van poeders. Deze pagina richt zich op de beste ontwerpen van brokkelaars die in de industrie worden aangetroffen.

1. Wat is een brokkelaar?

Bulkvastestoffen zijn soms onderhevig aan klontering, verharding (caking), wat leidt tot agglomeratie van individuele vaste-deeltjes tot grotere brokken die in sommige gevallen enkele centimeters of zelfs tientallen centimeters kunnen bereiken. Wanneer dit gebeurt, veroorzaken de brokken belangrijke operationele problemen, zoals blokkades in leidingen of apparatuur, en verminderen ze de capaciteit en/of kwaliteit van een productieproces.

Een typisch voorbeeld is suiker: wanneer suiker wordt blootgesteld aan vochtigheidsvariaties, kan water condenseren en vervolgens verdampen, waardoor vaste verbindingen tussen suikerkorrels ontstaan en zo een brok ontstaat.

Brokkelaars hebben als doel de agglomeraten te vergruizen, zodat de individuele deeltjes worden teruggewonnen, evenals de eigenschappen van de bulkvastestof, met name de stromingscapaciteit.

Het is belangrijk om te begrijpen dat brokkelaars (meestal) niet bedoeld zijn om een fijnere materiaalfractie te verkrijgen dan de verharding van de vaste stoffen, maar enkel om de individuele deeltjes te scheiden en de oorspronkelijke korrelgrootteverdeling (PSD) te herstellen, zoals waargenomen in het materiaal voor de verharding.

2. Werkingsprincipe van een brokkelaar

Hoe werkt een brokkelaar?

Brokkelaars bestaan uit een rotor en een stator. Het roterende deel is meestal ontworpen met een as waaraan pennen zijn gelast. Het statordeel bestaat ook uit pennen, soms "kam" genoemd; de roterende pennen bewegen tussen twee statische pennen door.

Fijn poeder stroomt gemakkelijk door de machine, tussen de pennen door, en door de rotatie van de pennen. Brokken blijven echter tussen de pennen steken en worden vergruisd. De fijnheid van het verkregen product is afhankelijk van de opening tussen de pennen.

Specifiekere ontwerpen gebruiken twee roterende assen, die tegen elkaar in draaien, met de "kammen" aan de zijkanten van de brokkelaar. Andere ontwerpen maken gebruik van principes die dichter liggen bij hamermolens , met een soort slagstaven en een geperforeerde plaat die het materiaal dat de brokkelaar verlaat, zeeft.

3. Ontwerp van brokkelaars

3.1 "Kam"-ontwerp

De eenvoudigste brokkelaars gebruiken een systeem van statische pennen die in elkaar grijpen met de tanden of messen van de roerder om de brokken te breken. De opening tussen de "kam" van statische pennen (ook wel brekerrooster of brekerstaven genoemd) en die van de roerder bepaalt tot welke grootte de brokken worden vergruisd.

Figuur 1: Brokkelaar - bovenaanzicht (schema)

3.2 Brokkelaar met zeefroosters

Andere ontwerpen van brokkelaars, die een gedefinieerd en vaak fijnere korrelgrootteverdeling mogelijk maken, zijn uitgerust met een gaas of geperforeerde plaat aan de uitlaat van de vergruizer en hebben ook roerders die meer lijken op de slagstaven van andere soorten molens.

Figuur 2: Brokkelaar met zeefrooster aan de uitlaat

3.3 Assen

Het is mogelijk om twee assen te hebben in plaats van één, met name voor vergruizers zonder zeefroosters maar met een kam. De assen draaien tegen elkaar in, zodat elke as kan bijdragen aan het malen door materiaal te vergruizen op de kammen die aan weerszijden van de vergruizer zijn geïnstalleerd.

3.4 Assnelheid

Brokkelaars werken meestal op lage snelheid (75 omw/min), waarbij het breken meer een kwestie is van koppel dan van snelheid. Sommige brokkelaars, die dan dichter bij molens opereren, gebruiken hogere snelheden (>1000 omw/min [Stolhanske]). De benodigde snelheid hangt ook af van de toepassing, afhankelijk van hoe hard de brokken zijn en hoe fijn ze gemalen moeten worden.

3.4 Aandrijving

Vanwege de aard van de bewerking die ze uitvoeren, kunnen brokkelaars overbelast raken, bijvoorbeeld wanneer te harde brokken worden verwerkt of wanneer plakkerig materiaal zich ophoopt en de vergruizer blokkeert. Daarom is het belangrijk om rekening te houden met stroomoverbelastingsbeveiliging. Voor grote brokkelaars kan mechanische beveiliging, zoals een luchtkoppeling, vereist zijn.

3.5 Producttoevoer

Het is aan te raden de toevoer naar de brokkelaar (althans globaal) te regelen met doseerapparatuur, zoals een trillende buis, een schroeftransportband of een cellenradsluis. In sommige gevallen kan de brokkelaar in belaste toestand werken, onder een trechter, maar in elk geval moet de uitlaat vrij zijn van product, anders is rotatie van de as niet mogelijk.

3.6 Productafvoer

De afvoer van de molen moet in het algemeen vrij zijn, wat betekent dat het product zich niet mag ophopen onder de roerders. Als de brokkelaar afvoert naar een trechter, moeten niveausensoren in de trechter worden geplaatst om te voorkomen dat het product de uitlaat van de vergruizer bereikt. Als er wordt afgevoerd naar een transportband, moet de capaciteit van de transportband hoger zijn dan de productinlaatstroom naar de vergruizer.

3.7 Losstaande brokkelaars

Kleine brokkelaars kunnen op een chassis worden gemonteerd. Voor toepassingen met een kleine capaciteit is het dan mogelijk om het materiaal eerst door de brokkelaar te laten gaan en het in zakken op te vangen voordat het aan het hoofdproces wordt toegevoegd.

3.7 Veiligheid

Er zijn typisch 2 hoofdrisico's verbonden aan brokkelaars:

• Arboveiligheid: de toegang tot het roterende deel van de brokkelaar moet worden voorkomen.Dit kan worden bereikt door afscherming of vergrendeling, maar het "geen toegang"-principe moet worden gerespecteerd. Dit moet ook de bescherming van de toegang vanaf de inlaat omvatten, maar ook vanaf de uitlaat of via inspectieluiken die de vergruizer kan hebben.
• Stofexplosie : brokkelaars moeten bijzonder aandacht krijgen bij het uitvoeren van DHA (Dust Hazard Analysis) of ATEX-risicobeoordeling. De rotatiesnelheid van de as moet immers worden beperkt om mechanische vonken te voorkomen, maar ook risico's van productophoping die kunnen leiden tot oververhitting moeten in overweging worden genomen.

Een brokkelaar mag daarom ALLEEN worden bediend wanneer zowel de arboveiligheids- als stofexplosierisicoanalyse zijn uitgevoerd en de conclusies zijn geïmplementeerd.

4. Industriële brokkelaars

Industriële brokkelaars bestaan in verschillende maten. De inlaat is meestal rechthoekig of vierkant, variërend van 20 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm... voor de meest voorkomende modellen, tot 90 cm * 200 cm voor dubbel-assige brokkelaars die in de minerale industrie worden gebruikt. Het aandrijfvermogen ligt in het bereik van 1,5–15 kW voor standaard brokkelaars tot 45 kW voor de grotere modellen.

De capaciteit hangt af van het ontwerp, en met name van het zeefrooster als de brokkelaar daarmee is uitgerust. Het bereik dat in leveranciersbrochures wordt gevonden, loopt van 1,5 m³/h tot 125 m³/h voor grotere machines. Voor machines die zijn uitgerust met een zeefrooster kunnen brokken van enkele centimeters worden vergruisd tot deeltjes van enkele millimeters. Voor machines die een kam gebruiken voor grootte-reductie, zal de verwachte deeltjesgrootte iets grover zijn, maar dit hangt allemaal af van de toepassing.

Om slijtvast te zijn, kunnen brokkelaars, die meestal zijn gemaakt van constructiestaal of roestvrij staal, worden vervaardigd van speciale legeringen of voorzien worden van speciale slijtvaste coatings.

De volgende bedrijven produceren brokkelaars:

Mecaroanne: https://www.mecaroanne.com/en/grinding-breaking-crushing/know-how

Palamatic Process: https://www.palamaticprocess.fr/machines-industrielles/emotteur

5. Toepassingen

Brokkelaars kunnen in veel bulkvastestof-industrieën worden gebruikt wanneer er een risico bestaat op ongewenste agglomeratie van het verwerkte materiaal. De volgende voorbeelden geven een idee van de verscheidenheid aan toepassingen waarin deze vergruizers worden gebruikt:

• Steenkool
• Houtskool
• Alu-Magnesium
• Cacao
• Suiker
• Cacaopoeder
• Zouten
• Bentoniet
• Kokos
• Kunstmeststoffen

Over het algemeen zijn droge en broze producten het meest geschikt voor brokkelbrekers. Het is echter ook mogelijk om vochtigere, kleverige materialen te verwerken, maar in dat geval is een transparante uitwisseling met de leverancier vereist, aangezien het ontwerp mogelijk moet worden aangepast (bijv. kleverige materialen kunnen een zeef voor grootteclassificatie verstoppen).

Bron

[Stolhanske] "Breaking your lumps : crushers and how to select one", PBE, 1997