Welkom bij

---

Ontwerpmethode voor dichte-fase pneumatische transportleidingen

Opschalingsberekening op basis van proefinstallatie-testen

Volg ons op Twitter 
Vraag, opmerking? Neem contact op via admin@powderprocess.net

---

Sectie-overzicht
1. Methode en beperkingen
2. Berekeningsprocedure voor dichte-fase transportsysteem op basis van proefinstallatie-resultaten
3. Voorbeeld van ontwerp van een dichte-fase transportsysteem
4. Excel-berekeningstool voor dichte fase (opschaling)
5. Gepubliceerde methoden voor het ontwerp van dichte-fase pneumatisch transport – Drukvalberekening dichte fase

---

1. Methode en beperkingen

Hoe ontwerpt en dimensionert men een dichte-fase pneumatische transportleiding?

Er zijn weinig gepubliceerde methoden beschikbaar om dichte-fase pneumatische transportsystemen maar het merendeel van de kennis blijft bij gespecialiseerde leveranciers. Hoewel verdunde-fase pneumatische transportleidingen redelijk betrouwbaar gedimensioneerd kunnen worden dankzij modellen, geldt dit minder voor dichte-fase transport, daarom worden bijna altijd proefinstallatie-testen uitgevoerd om een nieuwe installatie te ontwerpen en modelresultaten te valideren / bij te stellen.

Figuur 1: Typisch dichte-fase transportsysteem

De onderstaande berekeningen tonen hoe men de resultaten van een - of in sommige gevallen verkleint - de proefinstallatie-resultaten kan opschalen om een industriële leiding te ontwerpen, met speciale aandacht voor de parameters die constant gehouden moeten worden.

2. Berekeningsprocedure: ontwerp van dichte-fase transport op basis van proefinstallatie-resultaten

Om betekenisvolle testresultaten te verkrijgen, moet het volgende worden gewaarborgd:

• De testleiding heeft een buis met een vergelijkbare lengte, maar vooral een vergelijkbaar aantal bochten als de industriële leiding

• De massabelading (solids load ratio) is vergelijkbaar met wat gepland is voor de industriële leiding

• De opnamesnelheid (pick-up speed) en eindsnelheid van de leiding zijn bepaald en gelijk gehouden voor zowel de testleiding als de industriële leiding

Massabelading en luchtsnelheid zijn dus de constanten voor de opschaling. De buisdiameter en de volumetrische luchtstroom moeten bijgevolg worden aangepast.

Als de bovenstaande constanten gerespecteerd worden, zou de waargenomen druk tijdens de tests industrieel hetzelfde moeten zijn; de industriële buisdiameter en de industriële luchtstroomsnelheid kunnen als volgt worden berekend:

Buisdiameter

De massastroom per eenheid van buisdoorsnede wordt constant gehouden:

ṁ_{p_indus}/S_{_indus} = ṁ_{p_pilot}/S_{_pilot}

De luchtstroom kan vervolgens worden berekend met:

Q_{_lucht_indus_N} = S_{_indus} * u_{_opname} * ρ / ρ_{_N} in Nm^³/h

Met:

ṁ_{_p_indus} = massastroom van het product (OPGESCHAALD) in kg/h
ṁ_{_p_pilot} = massastroom van het product (WAARGENOMEN in proefinstallatie) in kg/h
S_{_indus} = buisdoorsnede (OPGESCHAALD) in m^²
S_{_pilot} = buisdoorsnede (GEBRUIKT in proefinstallatie) in m^²
D = diameter van de buis (OPGESCHAALD) in m
d = diameter van de buis (GEBRUIKT in proefinstallatie) in m
Q_{_lucht_indus_N} = luchtstroom (OPGESCHAALD) in Nm^³/h
_opv_{opname_snelheid} = luchtsnelheid aan begin van leiding, WAARGENOMEN in proefinstallatie; parameter constant gehouden voor opschaling
ρ = soortelijk gewicht van lucht aan het begin van de transportleiding, gebaseerd op druk WAARGENOMEN in de proefinstallatie en AANGENOMEN constant voor industriële schaal, in kg/m³
ρ_N = soortelijk gewicht van lucht onder normaalomstandigheden in kg/m³

3. Rekenvoorbeeld voor het ontwerp van een dichtfase-transportsysteem

Voorbeeld van dimensionering van een dichtfase-transportleiding op basis van proefinstallatie-resultaten

Een proef wordt georganiseerd voor het ontwerp van een industriële dichtfase-pneumatische transportleiding voor een breekgevoelig materiaal. De industriële leiding moet 8 t/u kunnen transporteren, de leidinglay-out is 50 m (waarvan 15 m verticaal) en bevat 5 bochten.

Voor het ontwerp moeten de volgende gegevens bekend zijn:

Een proefinstallatietest wordt uitgevoerd op een leiding met een diameter van 60 mm. De lay-out is 50 m, met slechts 5 m hoogteverschil maar 5 bochten. De tests bevestigen de mogelijkheid om het materiaal in dichtfase te transporteren. De testresultaten zijn als volgt:

De volgende berekening kan vervolgens worden uitgevoerd:

• Q_lucht = 67 * 1 / 2,2 = 30,5 m³/u
• U_opname = 30,5 / (π * 0,06²/4) / 3600 = 3 m/s
• m_lucht = 67 * 1,2 = 80 kg/u
• τ = 2000 / 80 = 25

De materiaalstroom en luchtstroom relatief aan de leidingdoorsnede blijven behouden bij opschaling.
Voor dit voorbeeld: D = (8000 / 2000 * 0,06²)^0,5 = 0,12 m
De transportsnelheid van de lucht blijft behouden tussen de proef en de industriële installatie; hiermee kan de luchtstroom worden berekend:
Q_lucht = U_opname * S_indus = 3 * π * D² /4 = 122 m³/u bij 1,2 bar (overdruk)
Dit komt overeen met 267 Nm³/u

Samenvatting

Let op: aangezien de industriële lijn een grotere hoogte heeft dan de testinstallatie, dient de ontwerper rekening te houden met een extra druk veroorzaakt door de kolom product die getild moet worden en de berekening hierop aan te passen – dit wordt hier niet gedetailleerd weergegeven.

4. Excel-berekeningstool voor dichte-fase-transport (opschaling)

U kunt de Excel-berekeningsblad hier downloaden

Zoals hierboven vermeld, is dichte-fase-transport altijd een gevoelig transportproces en dient het ontwerp altijd te worden uitgevoerd door een erkend bedrijf. De bovenstaande procedure is slechts bedoeld voor bewustwording, om een globale indruk van de opschaling te krijgen, en *niet* voor gedetailleerd ontwerp.

Deze opschalingsprocedure kan ook worden toegepast bij verdunde-fase-transport.

5. Gepubliceerde methoden voor het ontwerp van dichte-fase pneumatisch transport – Drukvalberekening in dichte fase

Ontwerpmethoden voor dichte-fase-transport, wat neerkomt op het berekenen van de drukval in een pneumatisch transportsysteem in dichte fase, gegeven een leidingindeling, materiaaleigenschappen en debiet, worden meestal niet gedetailleerd beschreven in boeken over bulkvaststoffenhandling, met enkele uitzonderingen – althans, volgens de auteur van deze website. Het is daarom bijzonder moeilijk voor ingenieurs buiten gespecialiseerde bedrijven die deze systemen produceren, om zelfs maar globale ontwerpen voor dichte-fase pneumatisch transport uit te voeren. Deze paragraaf poogt een literatuuroverzicht te geven van gepubliceerde methoden of onderzoek naar dichte-fase pneumatisch transport, die interessant kunnen zijn voor ingenieurs in dit vakgebied:

Auteur	Boek-, artikel- of scriptietitel	Jaar	Beschrijving
Sprouse en Schuman	Dichte-fase-voeding van gepulveriseerde steenkool in uniforme plugflow (AICHE Journal)	1983	Specifiek voor continue dichte-fase-stroom (zuigerstroom)
Luis Sancheza, Nestor A. Vasqueza, George E. Klinzing, Shrikant Dhodapkarb	Evaluatie van modellen en correlaties voor drukvalschatting in dichte-fase pneumatisch transport en een experimentele analyse (Powder Technology)	2005	Beoordeelt meerdere modellen; het Mi-model komt het beste overeen met de dataset
Bo Mi	B. Mi, "Pneumatisch transport bij lage snelheid van bulkvaststoffen"	1994	Stelt een model voor voor horizontaal dichte-fase-transport
Geldart en Ling	Dichte-fase-transport van fijnkolen bij hoge totale drukken (Powder Technology)	1990	Model voor dichte-fase-transport
G.E. Klinzing, F. Rizk, R. Marcus, L.S. Leung	Pneumatisch transport van vaste stoffen: een theoretische en praktische benadering (Springer)	2010	Delen van het boek behandelen dichte-fase pneumatisch transport van vaste stoffen
Mills	Ontwerpgids voor pneumatisch transport (Butterworths), pagina 421	2013	Mills past de "Universal Conveying"-methode toe op dichte-fase-transport; deze zijn relatief hoog in capaciteit en druk