Eine Auswahl häufiger Probleme 


Brückenbildung

Arching problemEine Brücke (links) ist ein stabiles Schüttgutgewölbe über der Auslauföffnung. Die Ursache ist bei schlecht fließenden Schüttgütern die Schüttgutfestigkeit (Druckfestigkeit des verdichteten Schüttgutes). Ist eine Auslauföffnung nicht groß genug gegenüber den Partikelabmesssungen, kann es zur Brückenbildung durch Verkeilen der Partikel kommen.

Schachtbildung

Ratholing problemSchachtbildung (rechts) entsteht, wenn sich beim Ausfließen im Randbereich tote Zonen bilden, in denen das Schüttgut auch während des Schüttgutabzugs in Ruhe liegen bleibt. Ist dieses Schüttgut hinreichend kohäsiv oder nimmt seine Festigkeit während der Ruhezeit zu (sogenannte Zeitverfestigung), bleibt es beim Entleeren des Silos aufgrund seiner Festigkeit stabil stehen. Es bildet dann die Wände eines leeren "Schachts".


Entmischung




Entmischung entsteht beim Bewegen von Schüttgütern, die aus unterschiedlichen Partikeln bestehen. Ein sehr häufig auftretendes Problem ist die Entmischung beim Füllen von Behältern oder beim Aufschütten von Haufen/Halden.

Das Video zeigt, wie sich durch Entmischung beim Fließen auf der geneigten Oberfläche ("Siebeffekt") die größeren gelben Partikel bevorzugt außen ansammeln, während die feineren roten Partikel bevorzugt in der Mitte zu finden sind. Würde dieses Schüttgut anschließend von der Mitte her abgezogen, würde bei Kernfluss zuerst das Schüttgut aus der Mitte ausfließen, und erst später das in den toten Zonen lagernde Schüttgut. Der entnommene Schüttgutstrom enthielte also zunächst eine erhöhte Konzentration der roten Partikel, später der gelben.


Wesentlich zur Beurteilung und Vermeidung von Problemen: Das Fließprofil

Als Fließprofil wird die Geschwindigkeitsverteilung im Silo während des Ausfließens bezeichnet. Hier ist zwischen zwei grundsätzlichen Fließprofilen zu unterscheiden: Kernfluss (nur ein Teil des Schüttgutes im Silo bewegt sich) oder Massenfluss (die gesamte Schüttgutmasse im Silo ist in Bewegung). 

Kernfluss

KernflussDie Animation zeigt vereinfacht* die Schüttgutbewegung bei Kernfluss. Im Innern des Silos hat sich die "Fließzone" gebildet, in der  das Schüttgut zur Auslauföffnung fließt. Ausgehend von den geneigten Trichterwänden liegt eine "tote Zone" vor, in der das Schüttgut auch während des Schüttgutabzugs ruht. Eine tote Zone entsteht z.B. durch Trichterwände, die für den vorliegenden Wandreibungswinkel nicht steil genug sind, aber auch durch nach innen ragende Vorsprünge oder ein einseitig abziehendes Austraggerät.

*) vereinfacht, weil tatsächlich das Schüttgut in der Siloachse schneller fließen würde als dicht an der toten Zone bzw. an der Silowand

Massenfluss

MassenflussIst die Trichterwand steil genug im Hinblick auf den Reibungswinkel an der Wand (größere Reibungswinkel erfordern steilere Wände), kann das Schüttgut auch auf der Trichterwand nach unten fließen. Wird das Schüttgut außerdem über der gesamten Auslauföffnung abgezogen, ist der gesamte Siloinhalt in Bewegung, was die nebenstehende Animation vereinfacht* zeigt.

Im Unterschied zu Kernfluss zeigt ein Massenflusssilo näherungsweise ein first-in-first-out-Verhalten, was Vorteile für die Schüttgutlagerung hat.


Wie lassen sich die Probleme vermeiden?

Das oben gezeigte Problem der Brückenbildung lässt sich lösen, indem die Auslauföffnung groß genug ist. Bei kohäsiven Schüttgütern lässt sich die erforderliche Größe aus den mit Schergeräten gemessenen Fließeigenschaften ermitteln (vor allem Druckfestigkeit, Zeitverfestigung, Schüttgutdichte). Beruht die Brückenbildung auf dem Verkeilen von Partikeln, muss Sie ein Vielfaches der Partikelgröße betragen.

Schachtbildung lässt sich im Prinzip auch durch eine hinreichend große Auslauföffnung vermeiden, jedoch sind die dazu erforderlichen Abmessungen häufig sehr groß. Außerdem neigen Schüttgüter häufig zur Zeitverfestigung. Dadurch wird die Festigkeit des lange Zeit unbewegt in der toten Zone eines Kernflusssilos lagernden Schüttgutes immer größer, was das Ausfließen immer unwahrscheinlicher macht.  Die bessere Lösung lautet daher "Massenfluss": Bei Massenfluss gibt es keine toten Zonen, die später zur Schachtbildung führen können!

Auch die gezeigte Entmischung beim Füllen eines Silos oder Behälters lässt sich kaum vermeiden. Herrscht beim Entleeren eines Behälters Kernfluss, fließt erst das Schüttgut aus der Behältermitte, später das vom Rand aus. So führt die beim Füllen entstehende Entmischung über dem Querschnitt zu einem zeitlich entmischten Produkt an der Auslauföffnung. Wollte man einzelne  Packungen befüllen, müssten die Kunden mit unterschiedlichen Zusammensetzungen der einzelnen Packungen rechnen. Daher ist die in den meisten Fällen beste Lösung zur Vermeidung der Entmischung, dass diese beim Befüllen des Behälters in Kauf genommen wird, aber der Trichter so ausgelegt wird, dass sich beim entleeren Massenfluss einstellt. Dadurch gelangt gleichzeitig Schüttgut aus der Mitte und vom Rand des Behälters zur Auslauföffnung (Rückvermischung).

Auch andere Probleme lassen sich mit Massenfluss vermeiden: Die Verweilzeitverteilung im Silo ist eng - im Gegensatz zu Kernfluss, bei dem sie u.U. überhaupt nicht bekannt ist, wenn ein Silo als Puffer eingesetzt wird. Somit hilft Massenfluss bei der Nachverfolgbarkeit von Chargen und bei der Vermeidung eines zu sehr gealterten Produktes. Auch wird bei Massenfluss vermeiden, dass frisch nachgefülltes Produkt zu schnell an der Auslauföffnung erscheint und nicht genug Zeit zum Entlüften hat. Letzteres könnte zur Staubbildung bis hin zum Schießen führen. Als Schießen wird das flüssigkeitsartige, kaum kontrollierbare Fließen das fluidisierten Schüttgutes bezeichnet, das zum Überfluten von Fördergeräten und zur Gefährdung des Anlagenpersonals führen kann. 

Trichterwandneigung und Auslaufgrößen zur Vermeidung der genannten Probleme werden im Rahmen einer verfahrenstechnischen Siloauslegung ermittelt.  Dazu werden die Fließeigenschaften des Schüttgutes benötigt, die Sie mit unseren Ringschergeräten messen können. Das von uns entwickelte Programm "CAHD - Computer-aided hopper design" ermittelt aus den Messwerten interaktiv Auslaufgrößen und Wandneigung.

Mehr zur CAHD - Computer-aided hopper design:

Mehr zur verfahrenstechnischen Siloauslegung:

Benötigen Sie Beratung zur Schüttgut- und Silotechnik wie etwa eine verfahrenstechnische Siloauslegung, um neue Silos zu konzipieren oder bestehende Silos zu sanieren, wenden Sie sich bitte  an die Schwedes + Schulze Schüttguttechnik GmbH. Die Schwedes + Schulze Schüttguttechnik GmbH befasst sich u.a. mit dem Messen von Fließeigenschaften (auch für die Silostatik) und der verfahrenstechnischen Siloauslegung.