| Geen ontwerp willen maken? Wilt u een ontladingsprobleem in uw silo oplossen ? Als ja, ga dan naar onze HOE-DAN gids: Hoe stroomproblemen op te lossen? |
Volg ons op Twitter ![]()
Vraag of opmerking? Neem contact met ons op via admin@powderprocess.net
| Sectie-overzicht |
|---|
| 1. Ontwerpberekeningsmethoden voor Silo / Trechter |
| 2. Ontladingshulpmiddelen |
| 3. Luchthuishouding |
| 4. Goede praktijken voor Silo-ontwerp |
Poederverwerkingsprocessen bestaan uit vele unit operations (eenheidsbewerkingen), sommige complex, andere ogenschijnlijk eenvoudiger. Het ontladen van poeder wordt vaak over het hoofd gezien, maar problemen in deze *a priori* eenvoudige bewerking kunnen leiden tot enorme verliezen.
Het ontladen van poeder moet

De prestaties van een industrieel proces worden, naast andere parameters, beoordeeld op basis van het vermogen om een nominale snelheid te bereiken (uitgedrukt in doorvoer, cyclusduur of aantal batches/partijen per uur). Als een trechter die poeder met een bepaalde snelheid moet afgeven dit niet kan, ongeacht of deze aan het begin, midden of einde van het proces staat, zal de snelheid van de gehele installatie worden beïnvloed.
Op deze pagina kunt u:
Let op: de manier waarop een poeder stroomt, hangt af van zijn eigenschappen. Algemene poedereigenschappen, inclusief stromeigenschappen, zijn opgesomd op deze pagina: Poedereigenschappen.
Poeder heeft een bepaald vermogen om te glijden en te vallen wanneer het in een trechter wordt opgeslagen. Een cruciale variabele die invloed heeft op de stroming van het product uit een silo is zijn cohesieve sterkte.
In een silo wordt het poeder blootgesteld aan druk, omdat er een bepaalde hoogte poeder in de silo aanwezig is, waarbij het poeder bovenaan druk uitoefent op het poeder onderin de trechter. Door de druk hebben sommige vaste stoffen de neiging cohesiever te worden. Wanneer poeders cohesief worden, kunnen ze bogen ("arching") of ratengaten ("ratholes")vormen, twee verschijnselen die zeer schadelijk zijn voor de poederstroming en de ontlading van trechters.
Het moet echter worden opgemerkt dat de spanning (druk) in een silo gevuld met bulkvastestoffen een heel ander profiel heeft in vergelijking met wat er gebeurt bij vloeistoffen.

Figuur 1: Spanningsprofiel in silo's voor bulkvastestoffen
Het poeder wordt in het bovenste deel geconsolideerd door druk. Maar in de kegel neemt de spanning op het poeder af, wat betekent dat de krachten die het product doen stromen minimaal zijn: boging ("arching") (het poeder is geblokkeerd in een stabiele toestand) kan dus op dit niveau in de trechter optreden. Het doel van het silo-ontwerp is om de combinatie van kegelhoek + diameter van de uitlaat te vinden die ervoor zorgt dat de spanning op het poeder hoog genoeg blijft om bogen te breken en het product natuurlijk te laten stromen. op het poeder hoog genoeg om bogen te breken en het product natuurlijk te laten stromen.
De diameter van de uitlaat van een silo kan worden berekend om zowel boging als ratengaten ("ratholing")te voorkomen, waardoor de kans op een goede productstroming wordt gemaximaliseerd. Bij het ontwerpen van een silo moeten de volgende parameters worden berekend:
Top 5 Meest Populair
1. Voorkomen en oplossen van leidingverstoppingen bij pneumatische transport
2. Massastroomsilo's
3. Ontwerp en berekening van pneumatisch transport in verdunde fase
4. Mengapparatuur voor IBC-bakken
5. Meten van de menggraad
--------------
--------------
Top 5 Nieuw
1. Continu droog mengen
2. Mengsnelheid
3. Optimalisatie van mengcapaciteit
4. Batch-/continu mengvergelijking
5. Verbeter de energie-efficiëntie van uw proces
Tabel 1: Silo-ontwerpparameters
| Belangrijke silo-ontwerpparameters |
|---|
| Ontladingsdiameter (voorkomt boging en ratengaten) |
| De ontladingshoek |
| Het volume van de silo |
| De ontladingssnelheid van de silo |
De stroming van poeder in een trechter hangt af van 3 eigenschappen:
De hieronder beschreven methode is bedoeld om deze verschillende eigenschappen te meten en stelt u in staat om op basis daarvan een aanbevolen trechterontwerp voor een goede stroming te bepalen.
STAP 1 – Verkrijg informatie over het poeder
De volgende gegevens moeten bekend zijn om de silo te kunnen berekenen: de Poederstromingsfunctie (Powder Flow Function), de wandwrijvingshoek en de statische hoek van interne wrijving.
Het kennen van de karakteristieken van het te lossen product is de eerste en verplichte stap voor een correct trechterontwerp. De poedereigenschappen kunnen worden bepaald met behulp van een schuiftester (zie sectie over poederkarakteristieken). Uit deze karakteristieken kan een kritische afvoerdiameter worden berekend. De kritische afvoerdiameter is de diameter waaronder het product risico loopt om een brug te vormen. Het moet worden opgemerkt dat verschillende diameters kunnen worden berekend, afhankelijk van het type silo dat wordt geïmplementeerd.
STAP 2 – Bereken de trechterhoek voor massastroom
Over het algemeen is het wenselijk om een massastroom te hebben in silo’s of trechters. Jenike heeft in tabellen weergegeven, voor verschillende wandwrijvingshoeken en interne wrijvingshoeken, de maximale trechterhoek waarbij massastroom kan optreden. Eerst moet worden bepaald of een conische trechtervorm de voorkeur heeft of dat een wigvormige trechter kan worden gebruikt. In voedingsmiddelenapplicaties hebben conische trechters de voorkeur vanwege de eenvoudiger reiniging. Wigvormige trechters kunnen de voorkeur hebben om de trechtergrootte te maximaliseren, maar het type poederfeeder aan de basis van de silo moet ook worden bepaald (bijv. een sterkafsluiter is moeilijk te monteren op een wigvormige trechter).

Figuur 2: Abacus voor de berekening van de trechterhoek bij afvoer [1]
Grafieken kunnen als volgt worden gebruikt:
Bijvoorbeeld: het poeder heeft een wandwrijvingshoek van 5 graden en een interne wrijvingshoek van 30 graden.
Neem de 5 graden wandwrijvingshoek en trek een rechte lijn tot deze de 30-graden-kromme snijdt. De abscis geeft een minimale hoek van 23 graden. Neem 3 graden marge en kies 20 graden voor uw trechter.
STAP 3 – Bereken de stromingsfactor (FF)
De stromingsfactor (FF) kan worden berekend met behulp van een abacus die de wandwrijvingshoek weergeeft als functie van de trechterhoek. De grafiek is onderverdeeld in verschillende gebieden die verschillende stromingsfactoren vertegenwoordigen.
| Voor conusvormige trechters |
Voor wigvormige trechters |
Figuur 3: Abacus voor de berekening van de stromingsfactor [2]
STAP 4 – Bereken de kritische cohesieve sterkte (fc_crit)
Op de stromingsfactorgrafiek wordt een rechte lijn getrokken met de helling 1/FF. Het punt waar deze de stromingsfunctie snijdt, geeft de kritische cohesieve sterkte fc_crit.

Figuur 4: Stromingsfunctie en Materiaalstromingsfuncties voor de berekening van de kritische toegepaste spanning
STAP 5 – Bereken de parameter H
De parameter H wordt gebruikt in de formule voor de berekening van de kritische uitlaatdiameter om brugvorming te voorkomen. Deze wordt berekend met behulp van een abacus, waarbij de trechterafvoerhoek (berekend in stap 2) bekend is.

Figuur 5: Abacus voor de berekening van de H-parameter
Opmerking: de groene lijn correspondeert met wigvormige trechters, de rode lijn met axiaal-symmetrische trechters (conus).
STAP 6 – Bereken de kritische uitlaatdiameter
Alle benodigde gegevens zijn bekend om de minimale uitlaatdiameter te berekenen om brugvorming te voorkomen:

Vergelijking 1: Kritische uitlaatdiameter om brugvorming te voorkomen [2]
Met ρb de bulkdichtheid onder een consolidatie overeenkomend met σcrit= fccrit
Opmerking: Voor grote silo’s moet ook het effect van tijdsconsolidatie, overeenkomend met de geschatte maximale tijd dat het poeder in de silo kan verblijven, worden bepaald. Dit kan leiden tot de berekening van 2 kritische diameters en helpen bij het positioneren van hulpmiddelen voor afvoer in de trechter/silo.
STAP 7 – Bereken de "rat hole"-diameter
De kritische "rat hole"-diameter wordt bepaald met de volgende vergelijking:

Vergelijking 2: Kritische uitlaatdiameter om "ratholing" te voorkomen [2]
met fc de cohesieve sterkte van het poeder bij de berekende consolidatiedruk
Figuur 6: Abacus voor de berekening van de G-parameter
Na het berekenen van de bovenstaande diameters, moet de grootste worden overwogen om zowel brugvorming als "ratholing" te voorkomen. Als de berekende diameter te groot is om haalbaar te zijn, is het noodzakelijk om hulpmiddelen voor afvoer aan de silo toe te voegen.
De volgende typen silo’s kunnen worden ontworpen:
Massastroom-silo: de gehele massa van het product beweegt tegelijkertijd. Dit type is te prefereren om dicht bij een FIFO (First In First Out) te komen. Deze silo’s kunnen gevoelig zijn voor brugvorming.
Trechterstroming-silo: de afvoer van het product in het midden van de silo wordt bevorderd, waardoor een trechter ontstaat. Deze silo’s zijn gevoelig voor zowel brugvorming als "ratholing".
Over het algemeen is het in de industrie voordelig om een massastroom-silo te ontwerpen, die, wanneer correct ontworpen, een betrouwbare stroming uit de silo garandeert.Wat ook kan gebeuren is dat een silo bedoeld is om als een massastroom-silo te functioneren, maar zich in werkelijkheid gedraagt als een trechterstroming-silo... Er moeten dan vragen worden gesteld om te begrijpen waarom dit gedrag optreedt. Het herberekenen van de minimale diameters en afvoerhoek kan een startpunt zijn voor het oplossen van het waargenomen gedrag. Trechterstroming-silo’s zijn onderhevig aan "ratholes". "Ratholes" kunnen ernstige problemen veroorzaken voor zeer grote silo’s op het moment dat het product aan de zijkant loskomt en instort: het instorten kan ertoe leiden dat een grote hoeveelheid materiaal valt. Als de silo niet is ontworpen om dergelijke druk te weerstaan, zal deze bezwijken en vervormen [4].

Figuur 7: Afvoerpatronen van silo’s
Voor elk van deze silotypen moet de kritische uitlaatdiameter, om brugvorming en "ratholing" te voorkomen, worden berekend om een goede stroming te garanderen.
Voeders worden na een trechter geplaatst om de afvoer te regelen, het vast materiaal te doseren indien nodig, of om een volgende bewerkingsstap te bereiken terwijl de hoogte van de installatie wordt verminderd (bijv. schroef- en trilvoeders). Hier worden vier voeders beschouwd die de meeste industriële toepassingen dekken: eenvoudige vlinderkleppen, pneumatische roterende kleppen of Luchtvergrendelings-roterende klep, schroefvoeders en trilbuizen.
Het is belangrijk om dergelijke voeders correct te dimensioneren, aangezien een te klein uitgevoerde voeder nadelige gevolgen kan hebben voor de wijze waarop het poeder in de trechter stroomt, en een massastroom-silo kan omzetten in een trechterstroming-silo. De voeder moet zo worden ontworpen dat deze het vaste materiaal over de gehele doorsnede van de trechteruitlaat afvoert (wat kan leiden tot enige overdimensionering ten opzichte van wat daadwerkelijk voor het proces vereist is). Als dit niet het geval is, zullen er voorkeurskanalen ontstaan, waardoor de trechter een trechtergedrag zal vertonen.
De belangrijkste aspecten om rekening mee te houden bij het ontwerpen van voeders onder een trechter zijn de volgende:
Tabel 2: Overwegingen bij voederontwerp
| Voeder | Specifieke voorzorgsmaatregelen |
|---|---|
| Schroefvoeder |
Als deze onder een langgerekte trechter is geplaatst, gebruik dan een spoed die toelaat om meer en meer poeder op te nemen in de richting van de stroming [3] (anders zal de schroef vanaf het begin vol zitten en wordt het poeder alleen aan één kant van de trechteruitlaat afgevoerd). Het moet worden opgemerkt dat een ongelijke poederafname door een schroef zelfs structurele gevolgen kan hebben voor zeer grote silo’s. |
| Luchtvergrendelings-roterende klep | Voor dit type voeder is het belangrijk om een kort buisstuk (2 diameters) tussen de trechter en de klep voor te zien. Dit maakt het mogelijk om de stroming naar de klep te reguleren en een betere massastroom te verkrijgen. |
| Vlinderklep | Een vlinderklep vormt de eenvoudigste uitrusting die aan de uitlaat van een silo kan worden geplaatst. Vlinderkleppen zijn hygiënischer in vergelijking met schuif- of diafragmakleppen, maar hebben, in tegenstelling tot de laatste twee, het nadeel dat de klep in de doorgang blijft zitten wanneer deze open is. Dit kan voldoende zijn voor sommige materialen om een nieuwe brug te vormen. Zelfs trillende vlinderkleppen kunnen noodzakelijk zijn voor zeer cohesieve poeders. |
Grove deeltjes (>400 micron)
In de literatuur worden meestal twee typen vergelijkingen gevonden: de vergelijking van Johanson en de vergelijking van Beverloo. Het moet worden opgemerkt dat deze vergelijkingen een schatting van de stroming mogelijk maken, maar in geen geval een nauwkeurige waarde opleveren.
De vergelijking van Beverloo is de meest directe uitdrukking, hoewel verschillende "klont"-parameters worden gebruikt. Het is belangrijk op te merken dat de vergelijking van Beverloo voor fijn poeder de afvoersnelheid zal overschatten (in werkelijkheid treedt bij het afvoeren van fijn poeder luchtfluidisatie op, wat schadelijk is voor de afvoersnelheid in vergelijking met grove deeltjes).
Vergelijking van Beverloo
![]()
Vergelijking 3: Vergelijking van Beverloo (afvoersnelheid door uitlaat voor grove deeltjes)
W = afvoersnelheid in kg/sC=f(ρb) en ligt in het bereik 0,55<C<0,65
k=f(deeltjesvorm, trechterhoek) en ligt in het bereik 1<k<2, behalve voor zand, waar k = 2,9
Indien onbekend, neem C=0,58 en k=1,6 aan
De vergelijking van Johanson heeft de volgende vorm:
Johanson-vergelijking

Vergelijking 4: Johanson-vergelijking (ontladingssnelheid door uitlaat voor grove deeltjes)
m_ontlading: ontladingssnelheid in kg/sTabel 3: Parameters voor de Johanson-vergelijking
| Parameter | Conische trechter | Wigvormige trechter |
|---|---|---|
| B | D, diameter van de uitlaat | W |
| A | π*D²/4 | W*L |
| m | 1 | 0 |
Fijne deeltjes (<400 micron)
Zoals hierboven vermeld, zal de stroming van fijne deeltjes gevoelig zijn voor de luchtstroom die terugkeert vanaf het ontladingspunt en de materiaalstroom tegenwerkt. De ontladingssnelheid kan dan 100 keer lager zijn dan voorspeld door de Beverloo- of Johanson-vergelijkingen. Carleton stelt een vergelijking voor om de ontladingssnelheid van fijne deeltjes te schatten.
Carleton-vergelijking

![]()
Vergelijking 5: Carleton-vergelijking (ontladingssnelheid door uitlaat voor fijne deeltjes)
V0 gemiddelde snelheid van ontladende vaste stoffenEen goed trechterontwerp is de eerste noodzakelijke voorwaarde om een goede productstroom te garanderen bij het ontladen van een trechter. Het kan echter nodig zijn om aanvullende apparatuur te gebruiken om de materiaalstroom te bevorderen. Dit kan het geval zijn bij zeer slecht stromende materialen (waarvoor de kritische uitlaatdiameter te groot zou zijn voor praktische toepassing), bij materialen die tijdens opslag kunnen transformeren (bijv. suikerklontering) of als beperkingen het ontwerpen van de optimale trechtergeometrie verhinderen.
Typische ontladingshulpmiddelen worden beschreven in de volgende tabel:
Tabel 4: De verschillende soorten ontladingshulpmiddelen
| Groep | Ontladingshulpmiddel | Kenmerken |
|---|---|---|
| Mechanisch | Roerwerk | Het gebruik van een roerwerk in poeder is efficiënt, hoewel dit leidt tot een zekere mechanische complexiteit voor grote silo’s. Deze oplossing wordt daarom vooral toegepast bij kleine trechters (bijv. voor *Loss-In-Weight Feeders*). Het mechanische ontwerp van het roerwerk moet gedetailleerd worden bestudeerd om de krachten te weerstaan die nodig zijn om het poeder te verplaatsen. Een dergelijk ontwerp is ook minder geschikt voor hygiënische toepassingen (risico op vreemde voorwerpen, reiniging van de trechter). |
| Mechanisch | Klumpenbrekers | Klumpenbrekers worden na een trechter geplaatst; ze bevorderen de stroming niet, maar voorkomen problemen met de dosering die direct daarop volgt. |
| Mechanisch | Kloppers | Kloppers worden meestal aangedreven door perslucht. Ze worden met name gebruikt om de ontlading te finaliseren. Een klopper die tegen een lege trechter slaat, helpt om aan de wanden klevend poeder los te maken. De ontlading zal completer zijn en accumulatie tussen verschillende *batches* kan worden verminderd. |
| Pneumisch | Fluidisatieplaten | Rubberen platen, direct gemonteerd aan de binnenzijde van een trechter, gebruiken persluchtinjectie om de stroming te bevorderen. Een puls perslucht door de plaat heeft twee effecten: - Trilling van de fluidisatieplaat - Luchtinjectie Dergelijke hulpmiddelen zijn zeer effectief om bogen te breken, vooral wanneer trillende bodems niet kunnen worden gebruikt (comprimeerbare materialen). Er moet echter aandacht worden besteed aan materialen die gevoelig zijn voor *ratholing* bij het gebruik van dergelijke activatieplaten. Opmerking: andere pneumatische systemen bestaan (luchtkanonnen) die lucht injecteren onder hoge druk (tot 10 bar(g)). Dergelijke systemen moeten alleen tijdens de ontlading worden gebruikt om verdere consolidatie van het poeder te voorkomen. |
| Trilling | Trillende bodem | Zeer gebruikelijke oplossing om stroming te bevorderen. NIET te gebruiken bij poeders met een hoge samendrukbaarheidsindex. Een flexibel, maar zeer rigide membraan verbindt de bovenkant van de trechter met het uiteinde van de kegel. Een trilmotor (onbalans) is bevestigd aan het onderste deel. De motor wordt in korte intervallen in- en uitgeschakeld. Om de trilling optimaal over te dragen op het product en het effect van de trillende bodem te verbeteren, wordt een "Chinese Hoed" verbonden met het trillende deel. Het gebruik van deze "Chinese Hoed" maakt de trillende bodem moeilijk schoon te maken, wat in gedachten moet worden gehouden voor hygiënische toepassingen. Trillende bodems worden vaak gebruikt wanneer er onvoldoende ruimte is om de juiste trechterhoek te realiseren. Ze maken het mogelijk om een platter ontwerp te hanteren, aangezien de trilling de stroming bevordert. |
| Trillingen | Vibrators | Vibrators zijn onbalansmotoren die direct op de trechter zijn gemonteerd. Ze kunnen worden gebruikt bij kleine trechters. Bij grote trechters zal de trilling zeer beperkt zijn en weinig effect hebben op de stroming. Opmerking: sommige kleine vibrators kunnen ook worden aangedreven door perslucht. Ze worden vaker toegepast op leidingen of zeer kleine trechters (enkele liters). |
| Materiaal | Materiaalbehandeling | Het veranderen van de eigenschappen van de trechterwand door mechanische of chemische behandeling (polijsten, elektropolijsten,...) zal de wandwrijvingshoek beïnvloeden en kan leiden tot een verbeterde stroming. |
| Materiaal | Stroommiddel | Indien mogelijk kan het toevoegen van een kleine hoeveelheid stroommiddel helpen om het poeder te "smeren" en de stroming te verbeteren. |
Luchtdrukbalans, bij het ontladen van een trechter – en met name wanneer dit voor doseerdoeleinden gebeurt – wordt vaak over het hoofd gezien. Een slechte luchtdrukbalans kan echter ernstige gevolgen hebben voor de procesprestaties.
Typische gevolgen van een slechte luchtdrukbalans zijn: een verminderde stroming aan de uitlaat van de trechter of een onnauwkeurige dosering.
Luchtdrukbalans wordt hier gedefinieerd als het vermogen van het proces om drukken in evenwicht te brengen: bijv. voor een trechter die ontlaadt in een mixer, moet lucht kunnen worden toegevoerd om vacuüm in de ontladende trechter te voorkomen, en moet lucht kunnen worden afgevoerd uit de mixer om overdruk te vermijden.
Een dergelijke luchtdrukbalans wordt gegarandeerd door het juist dimensioneren van filters die groot genoeg zijn om een voldoende luchtuitwisseling mogelijk te maken, zonder de maximaal toelaatbare druk te overschrijden. Een mogelijkheid is het installeren van een leiding tussen het ontladende vat en het ontvangstvat, waardoor een exacte drukcompensatie in beide trechters wordt gegarandeerd. Een dergelijk systeem is echter niet altijd geschikt (hygiënische redenen, lay-out,...).

Figuur 8: Drukeffecten tijdens poederontlading
Filters moeten worden ontworpen op basis van de oppervlakteluchtsnelheid van het te filteren materiaal. Verschillende correctiefactoren moeten worden toegepast.
Om een silo correct te ontwerpen, moeten verschillende overwegingen in acht worden genomen, gerelateerd aan het op te slaan product, het materiaal waaruit de silo zal worden gebouwd, en de veiligheid van de installatie.
Tabel 5: Ontwerpcontroles voor silo’s
| Ontwerpgebied | Uit te voeren controle |
|---|---|
| Te verwerken materiaal | Voer een reologische analyse uit volgens de methode van Jenike. Bereken de uitloopaansluiting-diameter, kegelhoek en positie van eventuele ontlaat-hulpmiddelen Bepaal de losse en aangestampte bulkdichtheid Controleer vochtgehalte en gevoeligheid voor vocht Verkrijg alle ATEX-gerelateerde productgegevens (Pmax, Kst, EMI, korrelgrootteverdeling...) |
| Silo-geometrie | Bepaal de uitloopdiameter en kegelhoek op basis van poedereigenschappen Bepaal de hoogte van de mantel op basis van de benodigde capaciteit en de losse bulkdichtheid van het poeder |
| Silo-constructiemateriaal | Moet worden beoordeeld op basis van de toepassing. Aluminium en roestvrij staal zijn veelvoorkomende materialen; sommige silo’s zijn ook gemaakt van synthetische materialen Het materiaal dient zeer vroegtijdig te worden vastgesteld, zodat de tests op het product (wandwrijvingstests) kunnen worden uitgevoerd met het daadwerkelijke constructiemateriaal |
| Instrumentatie | Typische instrumentatie omvat discrete niveausondes (veiligheid) en continue niveausondes (voorraadbeheer); ook lastcellen kunnen worden toegepast. De druk in de silo is eveneens een belangrijke parameter om te controleren, met name bij silo’s die niet vrij afblazen naar de atmosfeer. In sommige gevallen zijn ook temperatuursondes nodig (bij temperatuurgevoelige producten...) |
| Veiligheid | Een zeer belangrijke controle is het bepalen van drukveiligheidskleppen en vacuümbrekers. Hiervoor moeten de scenario’s die het grootste luchtvolume vereisen voor afvoer of toelating worden geïdentificeerd en gevalideerd. ATEX-maatregelen, zoals het gebruik van explosiepanelen, moeten eveneens worden overwogen bij risico’s die gemitigeerd moeten worden |
| Doseringssysteem | Zoals hierboven gedefinieerd, moet het ontwerp van het doseringssysteem worden bestudeerd om de juiste ontlaatsnelheid te bereiken en tevens een gelijkmatige ontlading uit de silo te waarborgen. |