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Trichterauslegung – Schüttgutfluss

Berechnungsmethode für Trichter- und Siloauslegung

Möchten Sie nicht selbst auslegen? Möchten Sie stattdessen ein Austragsproblem in Ihrem Silo lösen ? Falls ja, greifen Sie auf unsere Anleitung zu: Wie löst man Fließprobleme?

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Abschnittszusammenfassung
1. Auslegungsberechnungen für Silos / Trichter
2. Austragshilfen
3. Luftbilanzierung
4. Gute Praxis in der Siloauslegung

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Worum es auf dieser Seite geht

Schüttgutprozesse bestehen aus vielen Einzelprozessen, manche komplex, manche scheinbar einfach. Der Schüttgutaustrag wird oft unterschätzt, doch Probleme in diesem vermeintlich einfachen Schritt können zu erheblichen Verlusten führen.

Der Schüttgutaustrag muss

• zuverlässig
• schnell genug
• kontrolliert

erfolgen. Die Leistung eines industriellen Prozesses wird unter anderem daran gemessen, ob er eine Nennleistung (ausgedrückt in Durchsatz, Zykluszeit oder Anzahl Chargen/h) erreicht. Wenn ein Trichter, der Schüttgut mit einer bestimmten Rate abgeben soll, dies nicht schafft – egal ob am Anfang, in der Mitte oder am Ende des Prozesses –, wird die gesamte Anlagen"geschwindigkeit" beeinträchtigt.

Diese Seite ermöglicht Ihnen Folgendes:

• Auslegung eines Silos / Trichters für einen optimalen Schüttgutfluss
• Abschätzung der Austragsrate eines Silos / Trichters
• Maßnahmen bei Fließproblemen

Hinweis: Die Fließeigenschaften eines Schüttguts hängen von seinen Materialeigenschaften ab. Allgemeine Schüttguteigenschaften, einschließlich Fließeigenschaften, sind auf dieser Seite aufgelistet: Schüttguteigenschaften.

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1. Berechnungsmethoden für die Silo-/Trichterauslegung

1.1 Warum dies wichtig ist

Schüttgut besitzt eine bestimmte Fähigkeit zu gleiten und zu fließen, wenn es in einem Trichter gelagert wird. Eine entscheidende Variable, die den Produktfluss aus einem Behälter beeinflusst, ist seine Kohäsionsfestigkeit.

In einem Behälter unterliegt das Schüttgut Druck, da die Schütthöhe im Silo das darüberliegende Material auf das darunterliegende im Trichter drückt. Durch den Druck neigen manche Feststoffe zu stärkerer Kohäsion. Wenn Schüttgüter kohäsiv werden, können sie Bogenbildungen oder Rattenlöcherausbilden – zwei Phänomene, die den Schüttgutfluss und den Trichteraustrag stark beeinträchtigen.

Allerdings ist zu beachten, dass die Spannungsverteilung (Druck) in einem mit Schüttgut gefüllten Silo ein völlig anderes Profil aufweist als bei Flüssigkeiten.

Abbildung 1: Spannungsprofil in Schüttgutsilos

Das Schüttgut wird im oberen Bereich durch Druck verdichtet. Im Trichterbereich nimmt die Spannung jedoch ab, was bedeutet, dass die Kräfte, die das Produkt zum Fließen bringen, minimal sind: Bogenbildung (das Schüttgut bleibt in einem stabilen Zustand blockiert) kann daher in diesem Bereich des Trichters auftreten. Ziel der Siloauslegung ist es, den optimalen Kombination aus Trichterwinkel und Austrittsdurchmesser zu finden, um eine ausreichend hohe Beanspruchung des Schüttguts aufrechtzuerhalten, damit Bögen brechen und das Produkt natürlich fließt.

Der Durchmesser des Austritts eines Behälters kann so berechnet werden, dass sowohl Bogenbildung als auch Rattenlöchervermieden werden, um die Wahrscheinlichkeit eines ordnungsgemäßen Produktflusses zu maximieren. Bei der Siloauslegung müssen folgende Parameter berechnet werden:

Tabelle 1: Siloauslegungsparameter

Wichtige Siloauslegungsparameter
Austrittsdurchmesser (verhindert Bogenbildung und Rattenlöcher)
Der Austrittswinkel
Das Silovolumen
Die Austragsrate aus dem Silo

1.2 Berechnung des Silo-Austrittsdurchmessers mit der Jenike-Methode

Der Schüttgutfluss in einem Trichter hängt von 3 Eigenschaften ab:

• Die innere Reibung des Pulvers: Wie leicht sich die Pulverpartikel gegeneinander bewegen können
• Die Reibung des Pulvers an der Wand des Trichters: Wie leicht sich das Pulver auf der Oberfläche der Behälterwände bewegt
• Die Kompressibilität des Pulvers: Wie stark das Pulver durch eine verdichtende Spannung komprimiert wird (was potenziell den Fluss erschwert)

Die nachstehend beschriebene Methode zielt darauf ab, diese verschiedenen Eigenschaften zu messen und ermöglicht die Ableitung eines empfohlenen Trichterdesigns für einen guten Fluss.

SCHRITT 1 – Informationen über das Pulver beschaffen

Folgende Daten müssen bekannt sein, um den Silo zu berechnen: Die Fließfunktion des Pulvers, der Wandreibungswinkel und der statische innere Reibungswinkel

Die Kenntnis der Eigenschaften des auszutragenden Produkts ist der erste und obligatorische Schritt zur korrekten Auslegung eines Trichters. Die Pulvereigenschaften können mithilfe eines Scherprüfgeräts (siehe Abschnitt zu Pulvereigenschaften) bestimmt werden. Aus diesen Eigenschaften lässt sich ein kritischer Austragsdurchmesser berechnen. Der kritische Austragsdurchmesser ist der Durchmesser, unter dem das Produkt zur Brückenbildung neigt. Es ist zu beachten, dass je nach Art des zu implementierenden Behälters unterschiedliche Durchmesser berechnet werden können.

SCHRITT 2 – Berechnung des Trichterwinkels für Massenfluss

In der Regel ist ein Massenfluss in Silos oder Trichtern erwünscht. Jenike hat für verschiedene Wandreibungswinkel und innere Reibungswinkel den maximalen Trichterwinkel tabelliert, bei dem ein Massenfluss erreicht werden kann. Zunächst muss entschieden werden, ob eine konische Trichterform bevorzugt wird oder ob ein keilförmiger Trichter verwendet werden kann. In der Lebensmittelindustrie werden konische Trichter aufgrund der einfacheren Reinigung bevorzugt. Keilförmige Trichter können gewählt werden, um die Trichtergröße zu maximieren, jedoch muss auch die Art des Pulverdosierers am Siloboden berücksichtigt werden (z. B. ist ein Sternventil schwer an einen keilförmigen Trichter anzupassen).

Abbildung 2: Abakus zur Berechnung des Trichterwinkels [1]

Die Grafiken können wie folgt verwendet werden:

Angenommen, das Pulver weist einen Wandreibungswinkel von 5 Grad und einen inneren Reibungswinkel von 30 Grad auf.
Wählen Sie den Wandreibungswinkel von 5 Grad und ziehen Sie eine gerade Linie, bis sie die 30-Grad-Kurve schneidet. Die Abszisse gibt einen minimalen Winkel von 23 Grad an. Wählen Sie einen Sicherheitszuschlag von 3 Grad und legen Sie 20 Grad für Ihren Trichter fest.

SCHRITT 3 – Berechnung des Fließfaktors (FF)

Der Fließfaktor (FF) kann aus einem Abakus bestimmt werden, der den Wandreibungswinkel in Abhängigkeit vom Trichterwinkel darstellt. Die Grafik ist in verschiedene Bereiche unterteilt, die unterschiedliche Fließfaktoren repräsentieren.

Für kegelförmige Trichter

Für keilförmige Trichter

Abbildung 3: Abakus zur Berechnung des Fließfaktors [2]

SCHRITT 4 – Berechnung der kritischen Kohäsionsfestigkeit (f_c,crit)

Im Fließfaktordiagramm wird eine Gerade mit der Steigung 1/FF eingezeichnet. Der Punkt, an dem sie die Fließfunktion schneidet, gibt die kritische Kohäsionsfestigkeit f_c,crit an.

Abbildung 4: Fließfunktion und Materialfließfunktionen zur Berechnung der kritischen angelegten Spannung

SCHRITT 5 – Berechnung des Parameters H

Der Parameter H wird in der Formel zur Berechnung des kritischen Austrittsdurchmessers zur Vermeidung von Brückenbildung verwendet. Er wird aus einem Abakus bestimmt, wobei der in Schritt 2 berechnete Trichteraustrittswinkel bekannt sein muss.

Abbildung 5: Abakus zur Berechnung des Parameters H

Hinweis: Die grüne Linie entspricht keilförmigen Trichtern, die rote Linie axialsymmetrischen Trichtern (Kegel).

Wie berechnet man den Austrittsdurchmesser eines Silos?

SCHRITT 6 – Berechnung des kritischen Austrittsdurchmessers

Alle notwendigen Daten sind bekannt, um den minimalen Austrittsdurchmesser zur Vermeidung von Brückenbildung zu berechnen:

Gleichung 1: Kritischer Austrittsdurchmesser zur Vermeidung von Brückenbildung [2]

Mit ρ_b der Schüttdichte unter einer Verdichtung, die σ_{_crit}= f_c,_{_crit}

entspricht. Hinweis: Bei großen Silos muss zusätzlich der Effekt der Zeitverdichtung berücksichtigt werden, der der geschätzten maximalen Verweilzeit des Pulvers im Silo entspricht. Dies kann zur Berechnung von zwei kritischen Durchmessern führen und bei der Positionierung von Austragshilfen im Trichter/Silo helfen.

SCHRITT 7 – Berechnung des Rattenloch-Durchmessers

Der kritische Rattenloch-Durchmesser wird mit folgender Gleichung bestimmt:

Gleichung 2: Kritischer Austrittsdurchmesser zur Vermeidung von Rattenlöchern [2]

wobei f_c die Kohäsionsfestigkeit des Pulvers bei dem berechneten Verdichtungsdruck ist.

Abbildung 6: Abakus zur Berechnung des Parameters G

Nach der Berechnung der oben genannten Durchmesser ist der größere Wert maßgeblich, um sowohl Brückenbildung als auch Rattenlöcher zu vermeiden. Falls der berechnete Durchmesser zu groß für eine praktische Umsetzung ist, sind zusätzliche Austragshilfen im Silo erforderlich.

1.3 Arten von Behältern

Folgende Behältertypen können ausgelegt werden:

• Massenfluss- Behälter: mit konischem Austrag und kreisförmigem Auslass oder mit nicht-konischem Austrag mit keilförmigem Auslass

Massenfluss-Behälter: die gesamte Masse des Produkts bewegt sich gleichzeitig. Dieser Typ ist vorzuziehen, um einen FIFO-Fluss (First In First Out) zu erreichen. Diese Behälter können anfällig für Brückenbildung sein.

• Trichterfluss- Behälter: mit kreisförmigem oder rechteckigem Auslass

Trichterfluss-Behälter: der Austrag des Produkts erfolgt bevorzugt in der Mitte des Behälters, wodurch sich ein Trichter bildet. Diese Behälter sind anfällig für Brückenbildung UND Rattenlöcher.

In der Industrie ist es im Allgemeinen vorteilhaft, einen Massenfluss-Behälter zu konstruieren, der – bei korrekter Auslegung – einen zuverlässigen Austrag aus dem Silo gewährleistet.Es kann jedoch auch vorkommen, dass ein Behälter als Massenfluss-Behälter ausgelegt ist, sich aber tatsächlich wie ein Trichterfluss-Behälter verhält. In diesem Fall müssen Fragen gestellt werden, um das beobachtete Verhalten zu verstehen. Eine Neuberechnung der Mindestdurchmesser und Austragswinkel kann ein Ansatz zur Fehlerbehebung sein. Trichterfluss-Behälter sind anfällig für Rattenlöcher. Rattenlöcher können in sehr großen Silos schwere Probleme verursachen, wenn das an den Wänden haftende Produkt kollabiert: Der Kollaps kann dazu führen, dass eine große Materialmenge plötzlich nachgibt. Falls der Silo nicht für solche Belastungen ausgelegt ist, kann dies zu einem Versagen und einer Verformung führen [4].

Abbildung 7: Austragsmuster von Behältern

Für jeden dieser Behältertypen sollte der kritische Austrittsdurchmesserzur Vermeidung von Brückenbildung und Rattenlöchern berechnet werden, um einen guten Fluss zu gewährleisten.

1.4 Dosiergeräte am Trichteraustrag

Dosiergeräte werden nach einem Trichter positioniert, um den Austrag zu steuern, das Schüttgut bei Bedarf zu dosieren oder eine weitere Verfahrensstufe zu erreichen, während die Bauhöhe der Anlage reduziert wird (z. B. bei Schnecken- und Schwingförderern). Vier Dosiergeräte werden hier betrachtet und decken die meisten industriellen Anwendungen ab: einfache Klappenventile, pneumatische Drehschieber oder Druckluft-Zellenradschleusen, Schneckenförderer und Schwingförderröhren.

Es ist wichtig, solche Dosiergeräte korrekt auszulegen, da ein unterdimensioniertes Gerät negative Auswirkungen auf den Pulverfluss im Trichter haben und einen Massenfluss-Behälter in einen Trichterfluss-Behälter verwandeln kann. Das Dosiergerät muss so ausgelegt sein, dass es das Schüttgut über den gesamten Querschnitt des Trichters abzieht (was im Vergleich zum tatsächlichen Prozessbedarf zu einer Überdimensionierung führen kann). Falls dies nicht der Fall ist, entstehen bevorzugte Kanäle, die dazu führen, dass sich der Trichter wie ein Trichterfluss-Behälter verhält.

Die wichtigsten Aspekte, die bei der Auslegung von Dosiergeräten unter einem Trichter zu berücksichtigen sind, lauten:

• Stellen Sie sicher, dass die Rohrneigungen ausreichend groß und steil sind, um einen ordnungsgemäßen Materialfluss zu gewährleisten (keine Totzonen).
• Stellen Sie sicher, dass das Dosiergerät das Pulver über den gesamten Querschnitt des Austritts aufnehmen kann.

Tabelle 2: Überlegungen zur Auslegung von Dosiergeräten

Dosiergerät	Besondere Vorsichtsmaßnahmen
Schnecken-	förderer: Falls dieser unter einem länglichen Trichter positioniert wird, verwenden Sie eine Steigung, die es ermöglicht, in Fließrichtung zunehmend mehr Pulver aufzunehmen [3] (andernfalls füllt sich die Schnecke bereits am Anfang, und Pulver wird nur auf einer Seite des Trichterauslasses ausgetragen). Zu beachten ist, dass ein ungleichmäßiger Pulverabzug durch eine Schnecke sogar strukturelle Auswirkungen auf sehr große Silos haben kann.
Druckluft-	Zellenradschleuse: Bei diesem Dosiergerät ist es wichtig, zwischen Trichter und Ventil einen kurzen Rohrabschnitt (2 Durchmesser) vorzusehen. Dies ermöglicht eine Regulierung des Flusses zum Ventil und fördert einen besseren Massenfluss.
Klappen-	ventil: Ein Klappenventil stellt die einfachste Ausrüstung dar, die am Auslass eines Silos positioniert werden kann. Klappenventile sind im Vergleich zu Schieber- oder Membranventilen hygienischer, haben jedoch den Nachteil, dass die Klappe nach dem Öffnen im Durchflussbereich verbleibt. Dies kann ausreichen, damit sich bei manchen Materialien eine neue Brücke bildet. Austragshilfen, selbst vibrierende Klappenventile, können für stark kohäsive Pulver erforderlich sein.

1.5 Berechnung der Austragsrate

Grobe Partikel (> 400 Mikrometer)

In der Literatur finden sich in der Regel zwei Arten von Gleichungen: die Johanson-Gleichung und die Beverloo-Gleichung. Es ist zu beachten, dass diese Gleichungen zwar eine Schätzung des Flusses ermöglichen, jedoch keinen genauen Wert liefern.

Die Beverloo-Gleichung ist der direkteste Ausdruck, obwohl verschiedene "pauschale" Parameter verwendet werden. Wichtig ist, dass die Beverloo-Gleichung bei feinen Partikeln die Austragsrate überschätzt (tatsächlich tritt bei feinen Partikeln eine Luftfluidisierung auf, die im Vergleich zu groben Partikeln nachteilig für die Austragsrate ist).

Beverloo-Gleichung

Gleichung 3: Beverloo-Gleichung (Austragsrate durch den Auslass für grobe Partikel)

W: Austragsrate in kg/s
C: empirischer Austragskoeffizient
k: empirischer Formkoeffizient
ρ_{_b} : Schüttdichte in kg/m³
g: Erdbeschleunigung 9,81 m/s²
d_p: Partikeldurchmesser in m
d₀ ist der Austrittsdurchmesser in m (Hinweis: bei nicht kreisförmigem Auslass ist der hydraulische Durchmesser zu verwenden: 4*(Querschnittsfläche)/(Auslassumfang)

C=f(ρ_b) und liegt im Bereich 0,55<C<0,65
k=f(Partikelform, Trichterwinkel) und liegt im Bereich 1<k<2, außer bei Sand, wo k = 2,9 beträgt

Falls unbekannt, setze C=0,58 und k=1,6 an

Die Johanson-Gleichung hat folgende Form:

Johanson-Gleichung

Gleichung 4: Johanson-Gleichung (Austragsrate durch den Auslass für grobe Partikel)

m_Austrag: Austragsrate in kg/s
θ: Trichterwinkel in Grad
ρ_b Schüttdichte in kg/m³
g: Erdbeschleunigung (9,81 m/s²)

Tabelle 3: Parameter für die Johanson-Gleichung

Parameter	Kegeltrichter	Keiltrichter
B	D (Durchmesser des Auslasses)	W
A	π*D²/4	W*L
m	1	0

Feine Partikel (<400 Mikrometer)

Wie oben erwähnt, ist der Fluss feiner Partikel empfindlich gegenüber der Gegenströmung von Luft aus der Austragsstelle, die dem Materialfluss entgegenwirkt. Die Austragsrate kann dann bis zu 100-mal niedriger sein als von den Gleichungen nach Beverloo oder Johanson vorhergesagt. Carleton schlägt eine Gleichung zur Abschätzung der Austragsrate feiner Partikel vor.

Carleton-Gleichung

Gleichung 5: Carleton-Gleichung (Austragsrate durch den Auslass für feine Partikel)

V₀ mittlere Austrittsgeschwindigkeit der Feststoffe
A, B (wie oben angegeben)
ρ_p Partikeldichte

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2. Austragshilfen

Ein gutes Trichterdesign ist die erste notwendige Voraussetzung für einen gleichmäßigen Produktfluss beim Austrag aus einem Trichter. Es kann jedoch erforderlich sein, zusätzliche Ausrüstungen einzusetzen, um den Materialfluss zu fördern. Dies kann bei sehr schlecht fließfähigen Materialien (für die der kritische Austrittsdurchmesser zu groß für eine praktische Umsetzung wäre), bei Materialien, die während der Lagerung ihre Eigenschaften ändern (z. B. Zuckerverklumpung), oder bei geometrischen Einschränkungen, die ein optimales Trichterdesign verhindern, der Fall sein.

Typische Austragshilfen sind in der folgenden Tabelle beschrieben:

Tabelle 4: Verschiedene Arten von Austragshilfen

Gruppe	Austragshilfe	Merkmale
Mechanisch	Rührwerk	Ein Rührwerk in Pulvern ist effizient, führt jedoch bei großen Silos zu mechanischer Komplexität. Die Lösung wird daher bevorzugt für kleine Trichter (z. B. in Verlust-in-Gewicht-Dosierern) eingesetzt. Die mechanische Auslegung des Rührwerks muss detailliert erfolgen, um den Kräften standzuhalten, die zum Bewegen des Pulvers erforderlich sind. Eine solche Konstruktion ist auch für hygienische Anwendungen weniger geeignet (Risiko von Fremdkörpern, Reinigung des Trichters).
Mechanisch	Agglomeratbrecher	Agglomeratbrecher sind nach dem Trichter positioniert; sie fördern nicht den Fluss, sondern verhindern Probleme mit dem nachgeschalteten Dosiergerät.
Mechanisch	Klopfvorrichtungen	Klopfvorrichtungen werden meist mit Druckluft betrieben. Sie werden insbesondere eingesetzt, um den Austrag zu finalisieren. Das Klopfen auf einen leeren Trichter hilft, an den Wänden haftendes Pulver abzulösen. Der Austrag wird vollständiger, und Rückstände zwischen den Chargen können reduziert werden.
Pneumatisch	Fluidisiermatten	Gummimatten, die direkt an der Innenseite eines Trichters montiert sind, nutzen Drucklufteinblasung zur Flussförderung. Ein Druckluftstoß durch die Matte hat zwei Effekte: - Vibration der Fluidisiermatte - Lufteinblasung Solche Systeme sind besonders effektiv, um Brückenbildungen zu brechen, insbesondere wenn vibrierende Böden nicht eingesetzt werden können (kompressible Materialien). Bei Materialien, die zur Rattenlochbildung neigen, ist jedoch Vorsicht geboten. Zu beachten ist, dass andere pneumatische Systeme existieren (z. B. Druckluftkanonen), die Luft mit hohem Druck (bis zu 10 bar Überdruck) einblasen. Solche Systeme sollten nur während des Austrags verwendet werden, um eine weitere Verdichtung des Pulvers zu vermeiden.
Vibration	Vibrierender Trichterboden	Häufig eingesetzte Lösung zur Flussförderung. **Nicht** für Pulver mit hohem Kompressibilitätsindex geeignet. Eine flexible, aber sehr starre Membran verbindet die Oberseite des Trichters mit der Spitze des Konus. Ein Vibrationsmotor (Unwuchtmotor) ist am unteren Teil befestigt. Der Motor wird in kurzen Intervallen ein- und ausgeschaltet. Um die Vibration optimal auf das Produkt zu übertragen und die Wirkung des vibrierenden Bodens zu verbessern, wird oft ein "Chinesischer Hut" mit der vibrierenden Einheit verbunden. Die Verwendung dieses "Chinesischen Huts" erschwert die Reinigung des vibrierenden Bodens, was für hygienische Anwendungen zu berücksichtigen ist. Vibrierende Böden werden häufig eingesetzt, wenn nicht genug Platz für den optimalen Trichterwinkel vorhanden ist. Sie ermöglichen flachere Auslässe, da die Vibration den Fluss fördert.
Vibrationen	Vibratoren	Vibratoren sind Unwuchtmotoren, die direkt am Trichter montiert werden. Sie eignen sich für kleine Trichter. Bei großen Trichtern ist die Vibration begrenzt und hat kaum Einfluss auf den Fluss. Zu beachten ist, dass kleine Vibratoren auch mit Druckluft betrieben werden können. Sie werden eher an Rohrleitungen oder sehr kleinen Trichtern (wenige Liter) eingesetzt.
Material	Materialbehandlung	Die Änderung der Eigenschaften der Trichterwand durch mechanische oder chemische Behandlung (Polieren, Elektropolieren usw.) verändert den Wandreibungswinkel und kann den Fluss erleichtern.
Material	Fließhilfsmittel	Falls möglich, kann die Zugabe einer kleinen Menge Fließhilfsmittel das Pulver "schmieren" und die Fließeigenschaften verbessern.

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3. Druckausgleich (Luftbalancierung)

Der Druckausgleich beim Austrag aus einem Trichter – insbesondere bei Dosieranwendungen – wird oft vernachlässigt. Ein unzureichender Druckausgleich kann jedoch erhebliche Auswirkungen auf die Prozessleistung haben.

Typische Folgen eines schlechten Druckausgleichs sind: reduzierter Fluss am Trichterauslass oder ungenaue Dosierung.

Unter Druckausgleich versteht man hier die Fähigkeit des Prozesses, Drücke auszugleichen: d. h., bei einem Trichter, der in einen Mischer entleert, muss Luft zugeführt werden, um ein Vakuum im Trichter zu vermeiden, und gleichzeitig muss Luft aus dem Mischer abgelassen werden, um Überdruck zu verhindern.

Ein solcher Druckausgleich wird durch die Dimensionierung von Filtern sichergestellt, die groß genug sind, um einen ausreichenden Luftaustausch zu ermöglichen, ohne den maximal zulässigen Druck zu überschreiten. Eine Möglichkeit besteht darin, eine Leitung zwischen dem abgebenden und dem aufnehmenden Behälter zu installieren, um einen exakten Druckausgleich zu gewährleisten. Allerdings ist ein solches System nicht immer geeignet (z. B. aus hygienischen Gründen oder aufgrund der Anlagenkonfiguration).

Abbildung 8: Druckeffekte während des Pulveraustrags

Filter müssen unter Verwendung der Filterflächenbelastung (Face Velocity) des zu filternden Materials ausgelegt werden. Verschiedene Korrekturfaktoren sind anzuwenden.

4. Grundsätze für den Silo-Design

Für die korrekte Auslegung eines Silos müssen mehrere Aspekte berücksichtigt werden, die das zu lagernde Produkt, das Silomaterial und die Sicherheit der Anlage betreffen.

Tabelle 5: Prüfungen für das Silo-Design

Designbereich	Durchzuführende Prüfung
Zu verarbeitendes Schüttgut	Führen Sie eine rheologische Analyse nach der Methode von Jenike durch. Berechnen Sie den Austragsdurchmesser, den Konuswinkel sowie die Position von Austragshilfen, falls erforderlich Bestimmen Sie Schüttdichte (locker und gerüttelt) Prüfen Sie Feuchtigkeit und Feuchtigkeitsempfindlichkeit Ermitteln Sie alle ATEX-relevanten Daten des Produkts (Pmax, Kst, EMI, Korngrößenverteilung usw.)
Silogeometrie	Definieren Sie Austragsdurchmesser und Konuswinkel basierend auf den Schütteigenschaften Legen Sie die Zylinderhöhe entsprechend der benötigten Kapazität und der lockeren Schüttdichte des Pulvers fest
Silobauwerkstoff	Muss anwendungsbezogen überprüft werden. Häufig verwendete Materialien sind Aluminium und Edelstahl, einige Silos bestehen auch aus Kunststoffen Der Werkstoff sollte frühzeitig festgelegt werden, damit die Produktprüfungen (z. B. Wandreibungsversuche) mit dem tatsächlichen Konstruktionsmaterial durchgeführt werden können
Instrumentierung	Typische Instrumentierungen umfassen diskrete Füllstandssensoren (Sicherheit) und kontinuierliche Füllstandsmessungen (Bestandsbewertung). Auch Wägezellen können eingesetzt werden. Der Druck im Silo ist ebenfalls ein wichtiger Parameter, insbesondere bei nicht belüfteten Silos. Gegebenenfalls sind auch Temperatursensoren erforderlich (temperaturempfindliche Produkte usw.)
Sicherheit	Ein entscheidender Prüfschritt ist die Auslegung von Druckentlastungsventilen und Vakuumbruchsicherungen. Hierfür müssen die Szenarien ermittelt und validiert werden, die das größte Luftvolumen freisetzen oder aufnehmen ATEX ist ebenfalls zu berücksichtigen, z. B. durch den Einsatz von Explosionsklappen, falls Risiken zu minimieren sind
Austragsvorrichtung	Wie oben definiert, muss das Design der Austragsvorrichtung so ausgelegt werden, dass die gewünschte Austragsrate erreicht wird und gleichzeitig ein gleichmäßiger Produktfluss aus dem Silo gewährleistet ist

[1] Zehn Schritte zum effektiven Bunkerdesign, Eric Maynard, CEP, November 2013

[2] Trichterauslegungsgrundsätze, Mehos und Morgan, Chemical Engineering, 2016

[3] Siloversagen: Fallstudien und Lehren, Carson, Jenike und Johanson

[4] Austragsvorrichtungsdesign für Schüttguthandhabung, Chemical Engineering, Marinelli und Miller, 2017