Verstoppingen in silo's: brugvorming (arching/bridging)

De stroming van poeder uit een silo stopt voornamelijk om 2 redenen: ofwel door de vorming van bogen (brugvorming, *arching*) ofwel door ratengaten (*ratholes*). Leer op deze pagina wat de oorzaken zijn van zowel bogen als ratengaten en hoe je ze kunt voorkomen.

1. Poederblokkade in silo's

Elke fabrieksoperator met een silo of trechter in zijn proces is deze situatie wel eens tegengekomen: stroomafwaartse bewerkingen, zoals een transportleiding, een mengstap of een vulstap, vragen poeder aan, maar het stroomt niet uit de silo!

Meestal, als het mogelijk is om de trechter te openen en te inspecteren, zal men zien dat de punt van de kegel, boven het afvoerventiel, leeg is, maar dat het poeder erboven geblokkeerd is en een soort boog of brug vormt.

In andere gevallen zal men een trechter zien lopen van boven naar onder in de silo, vrij van product, maar met al het materiaal aan de zijkanten van de trechter, zonder naar beneden te vallen.

De ^eerste situatie wordt *brugvorming* (*arching*) genoemd, en de tweede situatie *ratengat* (*ratholing*) of *kanaalvorming* (*channelling*).

Brugvorming en ratengaten zijn gerelateerd aan de stromingseigenschappen van bulkvaste stoffen. Om te begrijpen waar de stromingseigenschappen van afhangen, is het interessant om de krachten tussen deeltjes te bekijken:

F = F_{_v} + F_{_c} + F_{_e} + F_{_es} [Lawrence]

Met

F = de totale adhesiekracht tussen deeltjes
F_{_v} = Van der Waals-kracht
F_{_c} = capillaire kracht (gerelateerd aan het vochtgehalte van het product)
F_{_e} = elektrische kracht
F^_es = elektrostatische kracht

Stroombaarheid hangt niet alleen af van de krachten tussen deeltjes; de geometrie van de deeltjes kan bijvoorbeeld meer of minder vergrendeld zijn en daardoor beter of slechter stromen. Hoe lager de adhesiekrachten tussen deeltjes, des te gemakkelijker het poeder zal stromen.

Opmerking: capillaire krachten kunnen op een redelijk niveau worden gehouden als de relatieve luchtvochtigheid in de procesomgeving < 65% RV is [Lawrence].

2. Brugvorming (*arching*)

Brugvorming treedt op wanneer een voldoende cohesief poeder wordt opgeslagen in een trechter met onvoldoende steile wandhoeken **en/of** een te kleine uitlaat.Om te stromen, moeten poeders immers voldoende worden blootgesteld aan een voldoende grote belasting.Deze belasting is afhankelijk van de vorm van de uitlaat van de silo en hoe gemakkelijk het poeder deze kan gebruiken als steun om zich te consolideren en bogen te vormen.

Als de hoek van de uitlaat te vlak is, zal de belasting afnemen, waardoor het voor het poeder gemakkelijk wordt om de zwaartekracht te weerstaan en een boog te vormen. Evenzo, als de uitlaat te klein is – onder een kritische uitlaatdiameter die bepaald kan worden door poedertesten, zal het voor het poeder gemakkelijker zijn om een boog te vormen tussen tegenoverliggende wanden die dicht bij elkaar liggen.

Brugvorming kan worden voorkomen door het ontwerp, door de benodigde trechterwandhoek en de kritische uitlaatdiameter te berekenen, zodat altijd voldoende belasting wordt gegarandeerd om bogen te breken en de poederstroom te waarborgen.

Als het niet mogelijk is om brugvorming via het ontwerp te voorkomen, moeten ontladingshulpmiddelen worden geïnstalleerd.

3. Ratengaten (*ratholes*)

Ratengaten ontstaan in trechters die niet zijn ontworpen als *massa-stroomsilo’s* voor de opgeslagen bulkvaste stof en die een te kleine uitlaat hebben. Het product zal alleen stromen via een kanaal in het midden van de trechter, terwijl de rest van het product aan de zijkanten blijft liggen en niet beweegt.Net als bij bogen kan het poeder zich voldoende consolideren, zodat de belasting op het poeder aan de zijkanten van de trechter onvoldoende is om stroming te veroorzaken.

Ratengaten kunnen worden voorkomen door de trechter te ontwerpen met een uitlaatdiameter groter dan de kritische ratengat-diameter. Deze diameter kan worden bepaald door het poeder te onderwerpen aan schuifcelproeven om de stromeigenschappen te bepalen. Opmerking: de ratengat-diameter is meestal groter dan de brugvormingsdiameter.

Als het niet mogelijk is om een voldoende grote uitlaatdiameter te hebben, of met andere woorden, als de trechter geen massa-stroom trechter is, kunnen ontladingshulpmiddelen worden gebruikt om het product te laten instorten en stromen. Merk op dat dergelijke methoden gevaarlijk kunnen zijn bij grote silo’s, omdat een plotselinge val van grote hoeveelheden materiaal de structuur van de installatie kan beschadigen. Vandaar het belang van een robuust ontwerp vanaf het begin.

4. Ontladingshulpmiddelen

Details over ontladingshulpmiddelen zoals silo-activatoren, fluidiseringsplaten of klopapparaten zijn te vinden op de pagina "Hoe verstoppingen en stroomproblemen in silo’s op te lossen". hoe verstoppingen en stroomproblemen in silo’s op te lossen.

Bron

[Lawrence] Hoe temperatuur en vochtigheid het stroomgedrag van hygroscopische materialen beïnvloeden, Johnselvakumar Lawrence, *Powder Bulk Engineering*, april 2018