Zucker-Silo : Lösung und Verhinderung von Fließe-problemen

Kristallzucker wird sehr oft in großeen Silos >30 m³ die von Lastwagen oder Eisenbahnwagen. Viele Zucker Verklumpung, Verbackung, allgemeiner Fließe-probleme aus dem Silo werden jedoch von Fabriken erlebt. Diese Seite konzentriert sich auf die Ursachen von Zucker-Fließe-Blockierungen in Silos von Fabrikbetreibern, die Zucker von einem Lieferanten erhalten, und wie man sie löst und verhindert. Diese Seite beschäftigt sich nicht mit Konditionierungssilos die von Zucker produzierenden Fabriken (Raffinerien) verwendet werden, obwohl einige der präsentierten Konzepte auch auf diese speziellen Silos angewendet werden können.

1. Zucker-Fließe-probleme im Silo

Welche Probleme werden in Zucker-Silos beobachtet ?

Das weit verbreitete Problem, das von Fabriken auf der ganzen Welt berichtet wird, die Zucker-Silos betreiben, ist die Verklumpung (Verbackung) des gespeicherten Zuckers, die zu Fließe-problemen, Qualitätsproblemen, Reduzierung der Speicherkapazität und der Fabrikleistung und in einigen Fällen zu Sicherheitsproblemen führt.

Zucker hat unter bestimmten Bedingungen die Fähigkeit, Klümmer zu bilden, die mit der Zeit hart und größer werden können. In extremen Fällen können Blöcke von mehreren Dutzend cm in Silos gefunden werden, typischerweise entlang der Silo-Wände. Dieser harte Zucker kann nicht leicht aus dem Silo entfernt werden. Die Anwesenheit dieser großeen Klümmer reduziert das nützliche Volumen des Silos, kann zu Blockierungen führen, wenn Klümmer herunterfallen und den Auslass des Silos blockieren. In bestimmten Fällen kann ein sehr großer Block, der plötzlich herunterfällt, sogar die Struktur des Silos beschädigen, wenn er auf den Kegel trifft.

Abbildung 1 : Beispiel für die Anwesenheit von Zuckerkörpern in einem Silo

Das Verständnis, wie Zucker in einem Silo verklumpt, und die Verhinderung, ist thus entscheidend für Fabrikbetreiber, um eine sichere und zuverlässige Produktion zu gewährleisten.

2. Ursachen von Zuckerverklumpung ?

Warum klumpen Zucker in Silos ?

Die Hauptursache für Zuckerverklumpung in Silos ist Feuchtigkeit Feuchtigkeitsübertragung innerhalb des Schüttgutes, die besonders nahe den Wänden der Silos auftritt und durch andere Faktoren wie ein falsches Fließmuster im Silo verstärkt wird.

2.1 Feuchtigkeit

Zucker, der in einen Silo geladen wird, hat eine bestimmte Feuchtigkeit. Das Feuchtigkeitsniveau ist normalerweise kein Problem für den Zucker selbst, aber wenn der Silo nachts während der kalten Jahreszeit abkühlt, kann die Temperatur in der Nähe der Silowände unter den Taupunkt sinken und Kondensation kann in der Nähe der Wand auftreten. Wenn der Zucker wasserlöslich ist, lösen sich kleine Teile davon, und wenn er wieder trocknet, z.B. wenn die Sonne den Silo aufheizt, verdunstet das Wasser und der gelöste Zucker kristallisiert und bildet feste Bindungen zwischen den Zuckerteilchen, was zu Verklumpung führt, oft mit Anbacken an die Silowände.

Das Wiederholen dieses Zyklus kann zu härteren und größeren Zuckerverklumpungen führen.

2.2 Silo-Fließmuster

Es gibt zwei Arten von Fließverhalten in Silos : Massenfluss, bei dem die gesamte Masse des Materials im Silo in Bewegung ist, wenn der Silo entleert wird, und Trichterfluss, bei dem nur der zentrale Teil des Silos in Bewegung ist und große Bereiche an den Seiten des Silos mit praktisch keinem Fluss zurückbleiben.

Wenn der Zuckersilo einen Trichterfluss aufweist, bedeutet dies, dass die Verweilzeit der Zuckerkristalle, die am anfälligsten für Verklumpung sind, sehr lang ist und sie über einen langen Zeitraum Konsolidierungsbelastungen (Kompression) ausgesetzt sind, was sehr große Klumpen oder sogar Blöcke von Zucker erzeugen kann.

Diese Zuckerblöcke können mehrere Dutzend oder hundert Kilogramm wiegen und sind daher gefährlich: Wenn sie plötzlich herabfallen, während der Silo größtenteils leer ist, können sie die Silostruktur beschädigen. Wenn der Block nicht zu hart ist, kann ein weiteres Phänomen auftreten, wenn der Block herabfällt: Flutung. In diesem Fall kann der Zufluss einer großen Menge an Produkt am Auslass des Silos nicht kontrolliert werden und führt zu einem hohen Flüssigkeitsfluss von fluidisiertem Material aus dem Silo.

2.3 Rathöhlen und Brücken

Im Zusammenhang mit Absatz 2.2 können, wenn der Silokegel nicht ordnungsgemäß ausgelegt ist, Probleme wie Brückenbildung und Rathöhlen auftreten, die auch ohne Klumpenbildung auftreten können.

3. Wie können Zuckerverklumpungsprobleme in Silos gelöst werden ?

Lösungen zur Vermeidung von Zuckerverklumpung in Silos

Die folgenden Vorschläge sollten für alle neuen Silos, die zum Lagern von Zucker in großen Mengen bestimmt sind, in Betracht gezogen werden. Fabrikbetreiber sollten diese mit ihren Lieferanten diskutieren, um die geeigneten auszuwählen. Es ist jedoch auch möglich, bestehende Silos nachzurüsten, wenn der betreffende Silo nicht mit diesen Funktionen ausgestattet ist und Zuckerverklumpungs-, Verbackungs- und Fließprobleme aufweist.

3.1 Klimaanlage

Die Konditionierung der Luft im Silo kann dazu beitragen, einige Verklumpungsprobleme mit Zucker zu lindern. Trockene Luft kann verhindern, dass feuchte Luft aus der Umgebung in den Silo eindringt und Wasser auf den Zucker überträgt, was zu Verklumpung führen kann (siehe Absatz 2). Sie kann auch dazu beitragen, überschüssige Feuchtigkeit im gelagerten Zucker zu entfernen, aber wenn die Klimaanlage nur am oberen Ende des Silos eingeführt wird, ist der Effekt begrenzt.

Um den Silo auf eine Temperatur von 20-25°C und eine relative Feuchtigkeit von 50-60% zu konditionieren, kann ein separates Entfeuchtungssystem verwendet werden, das über eine Leitung mit dem oberen Ende des Silos verbunden ist.

3.2 Silo-Isolierung

Temperaturänderungen an den Wänden der Silos können Kondensation verursachen, Bildung von Flüssigbrücken zwischen Zuckerkristallen, die ein wenig Zucker auflösen, dann Verdunstung des Wassers, wenn die Temperatur wieder ansteigt, was zur Bildung von festen Brücken zwischen den Zuckerteilchen führt. Dieser Zyklus wiederholt sich mit den Temperaturänderungen und verstärkt so die gebildeten Klumpen, die an der Wand anbacken und schließlich große, gefährliche Zuckermassen im Silo bilden können. Die Feuchtigkeitsmigration aus dem Zuckervorrat trägt auch dazu bei, das Wasser für dieses Phänomen bereitzustellen.

Ein Weg, um das Ausmaß der Zuckerverklumpung an den Wänden der Silos zu reduzieren, besteht darin, den Silo zu isolieren. Die Temperaturänderungen werden geringer, und Kondensation wird eliminiert oder reduziert. Es ist besonders wichtig, Zuckersilos in Gebieten zu isolieren, in denen der Temperaturgradient zwischen Tag und Nacht groß ist.

3.3 Silo-Fließmuster

Klumpen bilden und verhärten sich im Laufe der Zeit, umso mehr, wenn das Material über einen langen Zeitraum einer starken Konsolidierungsbelastung (insbesondere in Silos im Übergang zwischen dem zylindrischen Mantel und dem Kegel) ausgesetzt ist. Wenn die Verweilzeit des Zuckers im Silo lang ist, werden Klumpen wahrscheinlich eine große Größe erreichen und sich verhärten. Andererseits kann, wenn der Zucker in Bewegung gehalten wird, die meisten festen Brücken zwischen den Teilchen gebrochen werden, was das Wachstum und die Verhärtung der Zuckermassen verhindert.

Der Weg, um sicherzustellen, dass die gesamte Zuckermasse in Bewegung ist, besteht darin, einen Massenfluss-Silo zu entwerfen. Da der gesamte Zucker, einschließlich und insbesondere der an der Wand, nach unten fließt, wird er Scherkräften und Mischung ausgesetzt, die es ermöglichen, den Zucker fließfähig zu halten oder zumindest das unkontrollierte Wachstum der Klumpen zu verhindern. Massenfluss-Silos können durch Auslegung des Silos mit der Methode von Jenike oder durch Nachrüstung des Silos erreicht werden. Schlüssel-Entwurfsparameter, um Massenfluss zu gewährleisten, sind :

• Steiler Kegel
• Großer Kegelauslassdurchmesser
• Wenn der Silo mit a Schneckenförderer : der Schneckenförderer muss so konzipiert werden, dass er Zucker gleichmäßig durch die gesamte Auslassfläche fördert

Es kann nicht immer sichergestellt werden, dass ein Massenfluss gewährleistet ist, besonders in bestehenden Silos, die anders konzipiert wurden. In diesem Fall kann Folgendes angewendet werden:

• Systematisches Entleeren des Silos in sehr regelmäßigen Abständen: es stellt sicher, dass kein Zucker zu lange im Silo verbleibt
• Verwendung von Entladehilfen : vibrierende Böden, Fluidisierungssysteme können den Fluss des Zuckers unterstützen und, ohne Massenfluss zu erreichen, sicherstellen, dass der Fluss ausreichend ist, um die Bildung großer Klumpen im Silo zu vermeiden

3.4 Kombination von Lösungen

Die Implementierung einer der oben genannten Lösungen kann helfen, aber möglicherweise nicht ausreichen. Anlagenbetreiber sollten sich für die Kombination jeder dieser Lösungen entscheiden, um sicherzustellen, dass der Zucker im Silo nicht verklumpt, dies erhöht die Investitionskosten (CAPEX), aber das investierte Geld ermöglicht eine zuverlässige Produktion, die die Investition zurückzahlt.

Abbildung 2: Aspekte der Zuckersilos konstruktion, um einen guten Fluss und Betrieb zu gewährleisten

4. Staubexplosion

Um zu schluss zu folgern, ein Hinweis darauf, dass Zuckersilos von Staubexplosionen betroffen sein können. Anlagenbetreiber MÜSSEN die Risiken von Staubexplosionen in ihrer Anlage und insbesondere in ihrem Zuckersilo bewerten und die obligatorische Risikobewertung (DHA, DSEAR, ATEX) in ihrem Land durchführen. Typischerweise sollten Zuckersilos gegen Explosionen mit Explosionsschutzpaneelen und schnell wirkenden Ventilen geschützt werden, die genaue Art des Schutzes und deren Größe ergeben sich aus der Risikobewertung und weiteren Studien.

Um die Risiken von Staubexplosionen zu reduzieren, sollte die relative Feuchtigkeit im Silo nicht zu niedrig sein (der Wert ist variabel, je nach Autor, im Bereich 40-50% [Linek] oder 55-60% [Kochergin]), dies hilft, die Staubigkeit und die elektrostatische Aufladung zu reduzieren, während ein guter Fluss [Linek] gewährleistet wird.

Quelle

[Linek] Der richtige Ansatz, um das Konditionierungssystem eines Zuckersilos zu konzipieren, Linek und Rosch, Sugar Industry, 2017
[Kochergin] Zuckersilos: Ein langsamer Konditionierungsansatz