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Über dieses Buch

Schüttgüter werden in vielen Industrieanlagen verarbeitet und veredelt. Dabei werden sie zwischen den verschiedenen Prozessschritten hin und her transportiert. Sind Schüttgüter staubfein bis grobkörnig lassen sie sich mit strömendem Gas pneumatisch durch Rohrleitungen transportieren – über Strecken von einigen Metern bis zu mehreren Kilometern.
Dieses Buch führt in die Grundlagen der pneumatischen Förderung, den Bau von Anlagen und deren Betrieb ein. Die ersten drei Kapitel behandeln die physikalischen Eigenschaften des Schüttguts und des Fördergases sowie ihr Verhalten in Gas-Feststoff-Systemen. Im folgenden Kapitel wird die Anwendung dieser Grundlagen in der pneumatischen Förderung beschrieben: angefangen bei verschiedenen Strömungsformen über Vorgänge am Pfropfen bis hin zum Druckverlust in pneumatischen Förderleitungen. Die darauffolgenden Abschnitte sind unter anderem Berechnungsansätzen für die Übertragung von Test-Modellen auf Großanlagen gewidmet sowie den modernen Dichtstromförderverfahren, bei denen sich Fördergut mit niedriger Geschwindigkeit in Form von Fäden, Pfropfen oder fließend bewegt. Jeweils eigene Kapitel befassen sich mit der Auslegung der pneumatischen Förderanlagen und verschiedenen Formen und Ursachen ihres Verschleißes.
Das Buch bietet zu vielen Themen Berechnungsbeispiele und ist auf dem neuesten Stand der Technik. Es richtet sich an Ingenieure, Anlagenbauer und Betreiber von Produktlinien mit pneumatischer Förderung. Sie profitieren von der jahrzehntelangen Erfahrung des Autors in der Entwicklung und Auslegung von Anlagen mit neuen Förderverfahren.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung
In einer Vielzahl von Industrien werden Schüttgüter verarbeitet, veredelt oder in irgendeiner Form gehandhabt. Diese Feststoffe müssen dabei den einzelnen Prozessschritten zugeführt, in diese eingetragen, nach ihrer Behandlung entnommen und zum nächsten Verarbeitungsschritt transportiert werden. Entlang einer solchen Prozesskette können sich die Eigenschaften des Schüttguts, z. B. seine Korngröße oder Korngrößenverteilung, und damit auch sein Handhabungsverhalten signifikant ändern. Die Transporte zwischen den verschiedenen Prozessschritten finden i. Allg. bei Umgebungsdruck statt. Möglich sind aber auch davon abweichende Druckniveaus in einzelnen Prozessstufen. Beispiel: Eintrag von Feinkohle gegen Drücke von ca. 6 bar(ü.) in die Windform eines Hochofens. Die Temperaturen der Schüttgüter können, je nach Prozess, bis zu ca. 500 °C betragen. Übliche innerbetriebliche Förderentfernungen liegen im Bereich von wenigen Metern bis in den Kilometerbereich. Hierbei sind Feststoffmassenströme von einigen kg\(/\)h bis zu mehreren 100 t\(/\)h zu bewältigen. Die Partikelgrößen der zu transportierenden Güter können dabei den Bereich von wenigen Mikrometern bis zu einigen Zentimetern abdecken, wobei eine Tendenz zu immer feinkörnigeren Produkten erkennbar ist.
Den angedeuteten Anforderungen entsprechend müssen die im aktuellen Prozess einzusetzenden Transport-, Eintrags- und Austragssysteme geplant und selektiert werden. Kapitel 1 enthält einen ausführliche Vergleich pneumatischen und mechanischen Förderververfahren.
Peter Hilgraf

2. Allgemeine Grundlagen

Zusammenfassung
Die Ausführungen des Kap. 2 sollen dem Leser/Bearbeiter einige erforderliche Grundlagen bereitstellen und gleichzeitig die Einbindung der pneumatischen Förderung in verwandte/angrenzende Techniken aufzeigen. Hierzu zählen insbesondere die Verhaltensweisen der verschiedenen Schüttgüter und deren Klassifikation sowie die Erhaltungssätze mehrphasiger Systeme, das Scale-up/die Dimensionsanalyse und die einphasigen Druckverluste. Es werden nur die im weiteren Verlauf des Textes benötigten Sachverhalte dargestellt.
Peter Hilgraf

3. Gas/Feststoffsysteme

Zusammenfassung
Nachstehend wird ein komprimierter Überblick über diejenigen Gas/Feststoffsysteme gegeben, die an den Arbeitsbereich der pneumatischen Förderung angrenzen und für die Beschreibung/Berechnung spezieller Ausprägungen der sich einstellenden Betriebs- bzw. Strömungszustände relevant sind. Betrachtet werden u. a. die Umströmung isolierter Einzelpartikel, diejenige von Feststoffpartikeln in Gutwolken, die Strömung von Gas durch Schüttungen, das Betriebsverhalten verschiedener Wirbelschichtsysteme usw.
Peter Hilgraf

4. Grundlagen der pneumatischen Förderung

Zusammenfassung
Im Kap. 4 werden zunächst das Förder-/Zustandsdiagramm der PF und die sich in einer PF einstellenden Strömungsformen sowie deren Abhängigkeit von den Eigenschaften des geförderten Schüttguts dargestellt. Eine Diskussion der für die Anlagendimensionierung erforderlichen Berechnungsgrundlagen, d.h. der Druckverluste und der erforderlichen Fördergasgeschwindigkeiten, und Hinweise zur Anlagengestaltung schließt sich an. Die Zusammenhänge werden anhand umfangreicher Messergebnisse dargestellt.
Peter Hilgraf

5. Spezielle Berechnungsansätze, Scale-up

Zusammenfassung
Das in Kap. 4 beschriebene Modell zur Berechnung des Druckverlusts von Förderstrecken ist, unabhängig von den sich jeweils ausbildenden Strömungsformen, die am häufigsten eingesetzte Auslegungsmethode in der Praxis. Den größten Druckverlustanteil liefert hierbei i. Allg. der durch den \(\lambda_{S}\)-Ansatz definierte Reibungsverlust des Feststoffs gerader horizontaler Rohrabschnitte. Mittels des \(\lambda_{S}\)-Ansatzes werden die bei den verschiedenen Strömungsformen am System agierenden unterschiedlichen Kräfte in eine der Massenträgheit proportionale Darstellungsweise transformiert. Dabei können für den Förderbetrieb wesentliche physikalische Zusammenhänge/Informationen verloren gehen. Im Kap. 5 werden deshalb spezielle Modelle zur Beschreibung der Strähnenförderung feinkörniger und der Pfropfenförderung grobkörniger Schüttgüter sowie ein bewährter Ansatz zum Scale-up von Förderanlagen vorgestellt und anhand von Messwerten verifiziert.
Peter Hilgraf

6. Moderne Dichtstrom-Förderverfahren

Zusammenfassung
Dichtstromförderungen (DPF) sind Langsamförderungen, die nahe der jeweiligen Fördergrenze betrieben werden und mit denen i. Allg. auch nur ein begrenztes Schüttgutband stabil förderbar ist. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit sowie zur Erweiterung des Einsatzbereichs der konventionellen Dichtstromförderung wurden deshalb DPF-Verfahren entwickelt, die verschiedene zusätzliche Kontroll- und Wirkprinzipien zur Unterstützung der Förderung einsetzen. Als konventionelle DPF wird hier eine Förderung in Form hochbeladener Strähnen oder als Folge von Dünen, Ballen und/oder Pfropfen durch glatte Rohre ohne spezielle Zusatzeinrichtungen verstanden. Die für diese bestgeeigneten Schüttgüter liegen in den beiden schraffierten Bereichen des erweiterten Geldart-Diagramms. Anlagenauslegungen müssen dabei sehr genau auf die spezifischen Eigenschaften des zu fördernden Schüttguts abgestimmt werden. Um zum einen die Anforderungen der Anlagenbetreiber nach einem weitestgehend störungsfreien Förderbetrieb und problemlosen Wiederanfahren nach eventuellen Störungen/Stopfern zu erfüllen und zum anderen auch konventionell nicht im Dichtstrom förderbare Schüttgüter im Dichtstrom transportieren zu können, wurden verschiedene neue pneumatische Fördermethoden entwickelt und auf dem Markt angeboten. Von diesen werden einige anhand ihrer Wirkprinzipien, der Vor- und Nachteile sowie empfohlener Einsatzbereiche beschrieben. Anschließend wird ein relativ neues pneumatisches Förderverfahren, die sogenannte FLUIDCON-Förderung, detaillierter dargestellt.
Peter Hilgraf

7. Schüttgutschleusen

Zusammenfassung
Die Aufgabe der Schüttgutschleuse in einer Druckförderanlage besteht darin, einen vorgegebenen Feststoffmassenstrom gegen den Förderleitungsüberdruck in den Fördergasstrom/die Transportleitung einzutragen und dabei den Systemüberdruck gegenüber der Umgebung bzw. den vorgeschalteten Anlagenteilen abzudichten, d. h. die Gasleckage über die Schleuse so gering wie möglich zu halten. Bei Sauganlagen muss die Schleuse den Austrag des am Ende der Förderstrecke vom Fördergas abgetrennten Feststoffs aus dem Unterduck des Systems auf den Umgebungsdruck unter Vermeidung des Eindringens von Leckagegas realisieren. In Druckförderanlagen wird der vom Druckerzeuger gelieferte Gasmassenstrom \(\dot{m}_{F,V}\) durch die Gasleckage auf den für den Feststofftransport nutzbaren Fördergasstrom \(\dot{m}_{F,F}=(\dot{m}_{F,V}-\dot{m}_{F,\mathrm{leck}})\) verringert. In Saugförderanlagen saugt das nachgeschaltete Gebläse lediglich den Gasstrom \((\dot{m}_{F,V}-\dot{m}_{F,\mathrm{leck}})\) durch die eigentliche Förderstrecke. In beiden Fällen kann es bei zu großen Werten von \(\dot{m}_{F,\mathrm{leck}}\) zu Beeinträchtigungen der Förderung kommen bzw. muss, um dies zu vermeiden, der Druckerzeuger für einen energetisch ungünstigeren größeren Gasmassenstrom ausgelegt werden. Wechselnde Betriebsbedingungen, z. B. durch Druckschwankungen in der Förderstrecke, und der laufzeitbedingte Schleusenverschleiß sollten den Schleusvorgang nicht oder nur wenig beeinflussen. Die verschiedenen auf dem Markt verfügbaren Schleusverfahren werden detailliert vorgestellt, ihre Auslegung und Einsatzbereiche beschrieben.
Peter Hilgraf

8. Verschleiß in Förderanlagen

Zusammenfassung
Die Lebensdauer bzw. Verfügbarkeit der Apparate und Anlagen, die für den Transport oder die Handhabung von Schüttgütern eingesetzt werden, wird häufig durch den Verschleiß der vom Feststoff temporär oder permanent kontaktierten Wandoberflächen bestimmt. Das heißt aber nicht, dass allein die Schüttgut- und Feststoffeigenschaften diesen Vorgang dominieren. Auch die speziellen Betriebsbedingungen, z. B. Relativgeschwindigkeit Schüttgut/Wand, Anpressdruck oder Arbeitstemperatur, sowie die Wandgeometrie, die Struktur und Eigenschaften des Wandwerkstoffs und das Zwischenraummedium nehmen Einfluss auf die Intensität des Verschleißes. Für eine Verschleißanalyse ist somit die alleinige Bewertung des Schüttguts nicht ausreichend, vielmehr ist in jedem Fall eine Analyse des gesamten Verschleißsystems erforderlich. Es gilt: Verschleiß ist keine Stoff- sondern eine Systemeigenschaft. Die verschiedenen, die Größe des Verschleißes bestimmenden, Einflussgrößen werden beschrieben und in ihren Auswirkungen diskutiert.
Peter Hilgraf

9. Auslegung einer Förderanlage

Zusammenfassung
Die Vorgehensweise zur Auslegung einer pneumatischen Förderanlage wird anhand eines konkreten Beispiels detailliert/in allen Einzelheiten dargestellt.
Peter Hilgraf

Backmatter

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