Suikersilo: oplossen en voorkomen van stroomproblemen

Kristalsuiker wordt vaak opgeslagen in grote silo's >30 m³ die worden bevoorraad door vrachtwagens of treinwagons. Veel fabrieken ervaren echter klontering, samenklontering, en meer algemeen stroomproblemen uit de silo. Deze pagina richt zich op de hoofdoorzaken van suikerstroomblokkades in silo's van fabrieksoperators die suiker ontvangen van een leverancier, en hoe deze op te lossen en te voorkomen. Deze pagina behandelt geen conditioneringsilo's die worden gebruikt door suikerproducerende fabrieken (raffinaderijen), hoewel sommige van de gepresenteerde concepten ook op deze specifieke silo's kunnen worden toegepast.

1. Suikerstroomproblemen in silo's

Welke problemen worden waargenomen in suikersilo's?

Het meest voorkomende probleem dat wereldwijd door fabrieken met suikersilo's wordt gerapporteerd, is het samenklonteren (klontering) van opgeslagen suiker, wat leidt tot stroomproblemen, kwaliteitsproblemen, vermindering van opslagcapaciteit en fabrieksproductie, en in sommige gevallen veiligheidsproblemen.

Suiker kan, onder bepaalde omstandigheden, klonten vormen die kunnen verharden en groter worden in de loop der tijd. In extreme gevallen kunnen blokken van tientallen centimeters in silo's worden aangetroffen, meestal langs de silowanden. Deze harde suiker kan niet eenvoudig uit de silo worden verwijderd. De aanwezigheid van deze grote klonten vermindert het bruikbare volume van de silo en kan leiden tot blokkades als klonten naar beneden vallen en de uitlaat van de silo verstoppen. In bepaalde gevallen kan, als een zeer groot blok plotseling valt, dit zelfs de structuur van de silo beschadigen bij impact op de kegel.

Figuur 1: voorbeeld van suikerblokken in een silo

Het begrijpen van hoe suiker in een silo klontert en hoe dit te voorkomen, is cruciaal voor fabrieksoperators om een veilige en betrouwbare productie te garanderen.

2. Hoofdoorzaken van suikerklontering?

Waarom klontert suiker in silo's?

De belangrijkste oorzaak van suikerklontering in silo's is vocht -overdracht binnen het bulkgoed, vooral nabij de wanden van de silo's, en wordt verergerd door andere factoren zoals een onjuist stroompatroon in de silo.

2.1 Vochtigheid

Suiker die in een silo wordt geladen, heeft een bepaald vochtgehalte. Dit niveau is meestal geen probleem voor de suiker zelf, maar zodra deze in een silo wordt geladen, kunnen de wanden van de silo voldoende afkoelen, bijvoorbeeld 's nachts tijdens het koude seizoen. De temperatuur nabij de silowanden kan dan onder het dauwpunt dalen [Linek], waardoor condensatie kan optreden in het gebied dicht bij de wand. Omdat suiker oplosbaar is in water, lossen kleine delen ervan op. Wanneer het weer droogt, bijvoorbeeld wanneer de zon de silo opnieuw verlicht en verwarmt, verdampt het water en kristalliseert de opgeloste suiker, waardoor vaste verbindingen tussen suikerdeeltjes ontstaan, wat leidt tot klontering, vaak hechtend aan de silowanden [Linek].

Het herhalen van deze cyclus kan leiden tot hardere en grotere suikerklonten.

2.2 Silo-stroompatroon

Er zijn 2 soorten stroming in silo's : massa-stroming, waarbij de gehele massa van het materiaal in de silo in beweging is bij het lossen van de silo, en trechter- stroming, waarbij alleen het centrale deel van de silo in beweging is, waardoor grote gebieden aan de zijkanten van de silo vrijwel geen stroming ervaren.

Als de suikersilo een trechterstroming heeft, betekent dit dat de verblijftijd van de suikerkristallen, die het meest gevoelig kunnen zijn voor klontering (zoals uitgelegd in paragraaf 2.1), zeer lang zal zijn. Ze zullen gedurende lange tijd consolidatiekrachten (compressie) ondergaan, wat zeer grote klonten, of eerder blokken, suiker kan genereren.

Deze suikerblokken kunnen tientallen tot honderden kilo's wegen, wat ze gevaarlijk maakt: als ze plotseling naar beneden vallen terwijl de silo bijna leeg is, kunnen ze de structuur van de silo beschadigen. Als het blok niet te hard is, kan een ander fenomeen optreden wanneer het blok valt: overstroming (*flooding*). In dit geval kan de aankomst van een grote hoeveelheid product bij de uitlaat van de silo niet worden gecontroleerd, wat leidt tot een hoge stroomsnelheid van gefluidiseerd materiaal uit de silo.

2.3 Ratgaten en bruggen

Gerelateerd aan paragraaf 2.2: als de silokeel niet correct is ontworpen, kunnen problemen zoals brugvorming (*bridging*) en ratgaten (*ratholing*) optreden, zelfs bij afwezigheid van klonten.

3. Hoe los je suikerstroomproblemen in silo's op?

Oplossingen om suikerklontering in silo's te voorkomen

De onderstaande voorstellen moeten worden overwogen voor alle nieuwe silo's die bedoeld zijn voor de opslag van grote hoeveelheden suiker. Fabrieksoperators moeten deze met hun leveranciers bespreken om de juiste oplossingen te selecteren. Het is echter ook mogelijk om bestaande silo's aan te passen, indien de silo niet is uitgerust met deze kenmerken en suikerklontering, samenklontering en stroomproblemen ervaart.

3.1 Luchtconditionering

Het conditioneren van de lucht in de silo kan helpen bij het verminderen van klonteringsproblemen met suiker. Een droge-lucht-deklaag (*dry air blanketing*) voorkomt dat vochtige lucht uit de externe omgeving de silo binnendringt en water overbrengt naar de suiker, wat kan leiden tot klontering (zie paragraaf 2). Het kan ook helpen bij het verwijderen van overtollig vocht in de opgeslagen suiker, maar als de luchtconditionering alleen bovenaan de silo wordt geïntroduceerd, zal het effect beperkt zijn.

Om de silo te conditioneren in het bereik van 20-25°C en 50-60% RV, kan een standalone ontvochtigingssysteem worden gebruikt en via leidingen worden aangesloten op de bovenkant van de silo.

3.2 Silo-isolatie

Temperatuurschommelingen aan de wanden van de silo's kunnen condensatie veroorzaken, vorming van vloeistofbruggen tussen suikerkristallen die een beetje suiker oplossen, gevolgd door verdamping van het vloeibare water wanneer de temperatuur weer stijgt, wat leidt tot de vorming van vaste bruggen tussen suikerdeeltjes. Deze cyclus herhaalt zich met temperatuurschommelingen en versterkt zo de gevormde klonten, die aan de wand kunnen hechten en uiteindelijk gevaarlijke suikerblokken in de silo vormen. Ook vochtmigratie vanuit de bulk van de opgeslagen suiker levert het water voor dit fenomeen.

Een manier om de omvang van suikerklontering aan de wanden van de silo's te verminderen, is door deze te isoleren. Temperatuurschommelingen zullen minder zijn en condensatie zal worden geëlimineerd of verminderd. Het is met name belangrijk om suikersilo's te isoleren in gebieden waar het temperatuurverschil tussen dag en nacht groot is.

3.3 Silo-stroompatroon

Klonten ontwikkelen en verharden zich in de loop der tijd, des te meer als het materiaal gedurende lange tijd wordt blootgesteld aan sterke consolidatiekrachten (dit is met name het geval in silo's bij de overgang tussen de cilindrische mantel en de kegel). Als de verblijftijd van suiker in de silo lang is, zullen klonten waarschijnlijk grote afmetingen bereiken en verharden. Aan de andere kant, als de suiker in beweging wordt gehouden, kunnen de meeste vaste bruggen tussen deeltjes worden verbroken, waardoor de groei en verharding van suikerblokken wordt voorkomen.

De manier om ervoor te zorgen dat de gehele suikermassa in beweging blijft, is door een silo metmassa-stroming te ontwerpen. Omdat alle suiker, inclusief en met name aan de wand, naar beneden beweegt, wordt deze blootgesteld aan schuifkrachten en mengen, waardoor deze stromend blijft of ten minste oncontroleerbare groei van klonten wordt voorkomen. Massa-stromingssilo's kunnen worden gerealiseerd door de silo te ontwerpen met de methode van Jenike of door de silo aan te passen. Belangrijke ontwerpparameters om massa-stroming te garanderen zijn:

• Voldoende steile kegel
• Grote genoeg uitlaatdiameter van de kegel
• Als de silo is uitgerust met een schroeftransportband : de schroeftransportband moet zo zijn ontworpen dat deze suiker gelijkmatig over het gehele oppervlak van de uitlaat onttrekt.

Het kan onmogelijk zijn om massa-stroming te garanderen, met name in bestaande silo's die anders zijn ontworpen. In dat geval kunnen de volgende maatregelen worden toegepast:

• De silo systematisch en zeer regelmatig leegmaken: dit zorgt ervoor dat geen suiker te lang in de silo blijft
• Gebruik hulpmiddelen voor lossen : trillende bodems, fluidiserende systemen kunnen de suikerstroom bevorderen en, zonder massa-stroming te bereiken, ervoor zorgen dat de stroming voldoende is om de vorming van grote blokken in de silo te voorkomen.

3.4 Combinatie van oplossingen

Het implementeren van één van de bovenstaande oplossingen kan helpen, maar is mogelijk niet voldoende. Fabrieksoperators moeten ervoor kiezen om deze oplossingen te combineren om er zeker van te zijn dat suiker niet klontert in de silo. Dit verhoogt de investeringskosten (CAPEX), maar het geïnvesteerde geld zorgt voor een betrouwbare productie die de investering terugverdient.

Figuur 2: ontwerpaspecten van suikersilo's voor een goede stroming en bediening

4. Stofexplosie

Tot slot een herinnering dat suikersilo's gevoelig kunnen zijn voor stofexplosies. Fabrieksoperators MOETEN de risico's van stofexplosies in hun installatie, en met name in hun suikersilo, beoordelen en de verplichte risicoanalyse (DHA, DSEAR, ATEX) in hun land uitvoeren. Typisch moeten suikersilo's worden beschermd tegen explosies met explosiepanelen en snelwerkende kleppen. Het exacte type bescherming en de afmetingen daarvan volgen uit de risicoanalyse en verdere studies.

Om de risico's van stofexplosies te verminderen, mag de relatieve vochtigheid in de silo niet te laag zijn (de waarde varieert afhankelijk van de bronnen, in het bereik van 40-50% [Linek] of 55-60% [Kochergin]). Dit helpt om stofvorming en statische elektriciteit te verminderen, terwijl een goede stroming behouden blijft [Linek].

Bron

[Linek] *The right approach how to design the conditioning system of a sugar silo*, Linek en Rosch, *Sugar Industry*, 2017
[Kochergin] *Sugar Storage Silos: A Slow Conditioning Approach*