Waar gaat het over?

Tijdens een productieproces moeten poeders getransporteerd worden. Pneumatische transportsystemen zijn vaak een efficiënte manier om poeders te verplaatsen in vergelijking met andere mechanische methoden (gebruik van zakken of containers, gebruik van transportbanden, etc.)

Er bestaan echter verschillende manieren om pneumatisch transport uit te voeren, zoals transport onder overdruk of vacuümtransportsystemen voor poeders. Elke methode heeft voor- en nadelen, dus de keuze van de technologie moet worden gemaakt na een korte studie. Deze studie moet rekening houden met de procesbehoeften, maar ook met de invloed van het pneumatische transport op de producten.

Deze pagina biedt een overzicht van pneumatische transporttechnologie. Powderprocess.net heeft echter ook een online handboek met meer details, klik op deze link om het te bereiken.

---

1. Typen pneumatische transporteurs

Wat is pneumatisch transport?

In elk geval zal pneumatisch transport een gas als drijfkracht voor het poeder gebruiken. Dit gas wordt aan één kant van het proces ingeblazen en het mengsel van gas + poeder stroomt door de transportleidingen totdat het zijn eindbestemming bereikt. In de meeste gevallen is het gebruikte gas lucht. Er zijn echter verschillende manieren om de lucht in te blazen en het poeder in de transportleidingin te voeren. Als gevolg hiervan zijn in de loop der tijd verschillende transporttechnologieën ontwikkeld.

Welke typen pneumatische transportsystemen worden doorgaans gebruikt?

Verdunde / Dunne fase

Een veelvoorkomende manier om poeder te transporteren is in een verdunde fase. Het poeder wordt verdund door de lucht, wat betekent dat de verhouding (kg product/kg lucht) laag is. Het product wordt in de vorm van een wolk door de transportleidingengetransporteerd.

Druktransport in verdunde fase

De lucht in de transportleiding kan worden ingevoerd met behulp van een Geblazen (Blower), met een overdruk aan het begin van de transportleiding. We spreken dan van druktransport in verdunde fase.

Vacuümtransport in verdunde fase

In plaats van de Geblazen (Blower) aan het begin van de transportleidingte plaatsen, kan deze aan het einde worden geplaatst. In dit geval creëert de Geblazen (Blower) een vacuüm dat lucht in de transportleidingzuigt. Deze lucht zal het poeder meeslepen en naar de eindontvanger transporteren.

Dichte fase

De andere optie om poeder te transporteren is transport bij een veel hogere concentratie. Een transport wordt dichte fase genoemd wanneer de verhouding (kg product/kg lucht) hoog is. Ook dit transport kan onder druk of vacuüm worden uitgevoerd.

Druktransport in dichte fase

Bij druktransport in dichte fase moet de lucht onder hogere druk worden gecomprimeerd dan in de verdunde fase. Dit kan worden gedaan door een specifieke compressor te installeren of simpelweg door gebruik te maken van lucht uit het persluchtnetwerk van de fabriek. De bereikte drukken variëren van ongeveer 1 bar(g) tot meerdere bar(g). Om het poeder in de transportleidingin te voeren, worden vaak drukvaten gebruikt die zijn ontworpen om druk te weerstaan. Deze worden drukvaten of drukvoedertrechters genoemd.

Vacuümtransport in dichte fase

Vacuümtransport in dichte fase heeft een vrijwel identieke opstelling als die van de verdunde fase. Om echter hogere vaste stofbelastingen te accommoderen, wat leidt tot een hogere drukval, wordt een vacuümpomp gebruikt in plaats van een eenvoudige Roots- Geblazen (Blower). Er wordt dan een zeer hoog vacuüm gegenereerd.

Samenvattingstabel

Tabel 1 : Voor- en nadelen van verschillende pneumatische transporttechnologieën

Fase	Drijvende kracht	Vaste-stofbelasting	Druk	Haalbare afstand	Voordelen	Nadelen
Verdund	Druk	5-15	Max 800 mbarg	150-200 m of meer	Eenvoudig Intuïtief en gemakkelijk te begrijpen voor operators	Vereist sterklepschuif bij productopname Lucht kan heet zijn na compressie
Verdund	Vacuüm	5-15	Max -500 mbarg	100 m	Eenvoudig Productopname is vereenvoudigd (geen ster-klep nodig) Lucht wordt aangezogen bij omgevingstemperatuur	Beperkt in afstand vergeleken met druktransport De bediening kan gevoeliger lijken voor productieoperators
Dicht (Wervelbed)	Druk	25-30	Van 1 bar(g) tot meerdere bar(g)	Kan 150+ m zijn, maar andere factoren kunnen de afstand beperken	Grote afstanden zijn haalbaar Hoge productdoorstroming is haalbaar	Verbruik van perslucht Gebruik van druktank Moeilijke toegang tot het binnenste van de druktank
Dicht (Wervelbed)	Vacuüm	25-30	Tot -900 mbar	~50-100 m	Geen verbruik van perslucht Eenvoudige productopname, gemakkelijke toegang tot verzendtrechter	Beperkt in afstand en opvoerhoogte

Dichte fase – Enkele variaties

Bij transport in dichte fase kunnen leveranciers verschillende technologieën gebruiken die een ander gedrag van het poeder in de transportleiding veroorzaken. In de eenvoudigste configuratie zullen zich van nature pluggen van verschillende lengtes vormen. Dit kan problemen veroorzaken met betrekking tot de drukval, aangezien er mogelijk slechts één lange plug aanwezig is. Om dit fenomeen te verminderen, zijn er mogelijkheden om actief de vorming van kortere pluggen af te dwingen. Dit wordt gedaan door een klep te pulseren die lucht toelaat aan het begin van de transportleiding of op tussenliggende secties. Een nadeel is dat de lucht die in de transportleiding wordt geïnjecteerd, een versnelling van het getransporteerde product aan het einde van de leiding veroorzaakt, wat schadelijk kan zijn voor de productkwaliteit (breuk).

Stroomregimes

Niet alle vaste stoffen kunnen met elke technologie getransporteerd worden. De geschiktheid van een bepaalde technologie hangt af van de fluidisatie-eigenschappen van de te transporteren vaste stof. Voordat een systeem wordt ontworpen, moet de klasse van de vaste stof worden vastgesteld. Een dergelijke klasse wordt bepaald aan de hand van een classificatie voorgesteld door Geldart in 1973.

• Klasse A : poeders geschikt voor transport in dichte fase, ze hebben een zeer hoge en aanhoudende beluchting. Ze kunnen bij hoge concentratie worden getransporteerd, maar vormen niet natuurlijk pluggen; een actief systeem is daarom vereist om deze te creëren.

• Klasse B: poeders geschikt voor transport in dichte fase, zullen van nature in pluggen (duin) stromen

• Klasse C: deze cohesieve poeders zijn waarschijnlijk niet transporteerbaar in dichte fase, hoewel er uitzonderingen bestaan

• Klasse D: deze poeders kunnen in dichte fase worden getransporteerd bij concentraties tussen klasse B en klasse A

Figuur 1 : Geldart-classificatie

De dichtheid ρ_p van de deeltjes in de bovenstaande grafiek is gedefinieerd als de massa van een deeltje gedeeld door het volume, inclusief open en gesloten poriën.

Het is belangrijk om te begrijpen hoe de concepten van verdunde fase en dichte fase zich vertalen naar de manier waarop het product in de leiding stroomt. Afhankelijk van de snelheid van het transportgas kunnen 5 stroomregimes worden geïdentificeerd.

Tabel 2 : Transportfasen

Gassnelheid	Stroomregime	Transportleiding Uiterlijk	Opmerkingen
Hoge snelheid (15-40 m/s)	Verdunde fase		In principe kan elke vaste stof in verdunde fase worden getransporteerd, echter zijn de beperkingen voor de vaste stof alleen geschikt voor producten die niet gevoelig zijn voor breuk en die niet te hard en slijtend zijn voor de leidingen. Deeltjes zijn in suspensie in het gas en zetten zich niet af op de transportleidingen.
Gemiddelde snelheid (8-15 m/s)	Dichte fase (saltatie-stroom)		Wanneer de gassnelheid afneemt, neemt de drukval af tot een minimum en vormen sommige deeltjes een continue laag in horizontale leidingsecties. Afzettingen zijn niet permanent en transport vindt daadwerkelijk plaats. De concentratie is niet constant over een leidingsectie, aangezien zich meer deeltjes aan de onderkant van de leiding bevinden.
Lage snelheid (3-8 m/s)	Dichte fase, discontinu – Duin		Bij verdere afname van de gassnelheid neemt de drukval weer toe en ontstaat een stroomregime waarbij pluggen worden gevormd. De duinstroom treedt op bij fijn materiaal. De drukval hangt af van de lengte van de gevormde pluggen, vandaar de aanleiding om deze actief te regelen via het proces. Een veelgebruikte methode voor dit type stroomregime is het installeren van regelmatige luchinjectie in de leiding, die helpt om de pluggen te "snijden".
Lage snelheid (3-8 m/s)	Dichte fase, discontinu – Pulserend		Dit stroomregime lijkt op de duinstroom hierboven, maar komt vaker voor bij grof materiaal. Bij observatie van de stroom is duidelijk te zien dat deze start/stopt, dus "pulserend". Pluggen ontstaan van nature dankzij de hogere porositeit van de vaste stof in vergelijking met meer cohesieve poeders.
Zeer lage snelheid (3-8 m/s)	Dichte fase, continu		Bij verdere afname van de gassnelheid en voor vaste stoffen die onder dit regime getransporteerd kunnen worden, wordt een continue dichte fase-stroom gevestigd. In wezen is er slechts één grote plug. Dit veroorzaakt echter zeer grote drukval, waardoor dit regime beperkt blijft tot zeer korte afstanden.

Het moet worden opgemerkt dat de deeltjes met een lagere snelheid circuleren dan het gas. Afhankelijk van het stroomregime kan de gemiddelde deeltjessnelheid 0,4 tot 0,8 maal de gassnelheid bedragen.

2. Opbouw van de verschillende typen pneumatische transportsystemen

DRUK – Verdunde fase

De luchtverplaatser in druk-verdunde fase is in de meeste gevallen een Geblazen (Roots-type) of compressor. Het meest voorkomende type is een Roots-blower. Geblazen (luchtverplaatser) die betrouwbaarheid combineert met een hoge luchtstroom en voldoende druk kan leveren voor de meeste industriële toepassingen. Deze Geblazen maakt een maximale druk van 1 bar(g) mogelijk.

Een andere mogelijkheid is het gebruik van perslucht voor specifieke gevallen met een venturi voor het opnemen van het poeder. Deze oplossing is niet economisch voordelig en dient beperkt te blijven tot zeer specifieke gevallen met lage doorvoercapaciteit.

Om het poeder in de transportleiding in te brengen, dient een Celsluis (roterende klep) te worden gebruikt. Deze apparatuur zorgt voor een grove dosering van het poeder in de leiding, wat noodzakelijk is om verstopping te voorkomen, maar heeft als hoofdtaak het scheiden van het hoge-drukgebied (de leiding) en het lage-drukgebied (de trechter voor poederinvoer). Hierdoor wordt voorkomen dat lucht in het product stroomt en de doorstroming belemmert.

De ontvanger is meestal uitgerust met een Celsluis (roterende klep) om een scheiding tussen lucht en product mogelijk te maken. In sommige gevallen kan een dergelijke ster-klep worden vermeden als de ontvanger groot genoeg is en de situatie veilig is (bijv. directe lozing in een silo).

Figuur 2: Typische procesopstelling voor drukverdund-fase-transport

VACUUM - Verdunde Fase

Bij vacuümverdunde-fase-transport is de luchtverplaatser in principe hetzelfde als bij drukverdunde-fase-transport, met als verschil dat deze aan het einde van de leiding is geplaatst, waardoor lucht wordt aangezogen en een vacuüm ontstaat. Het gegenereerde vacuüm bedraagt ongeveer -500 mbar(g) aan de zuigzijde van de compressor.

Bij het opnemen van het product is een luchtaanzuiging nodig om de aangezogen lucht in de leiding te laten stromen. Aan de productzijde is geen Celsluis (roterende klep) nodig, aangezien de lucht in de richting van het product stroomt en de doorstroming niet belemmert. Een systeem om de productinvoer te regelen (bijv. een schroef of een eenvoudige klep) is echter wel noodzakelijk om te voorkomen dat een plotselinge toename van de productstroom de leiding verstopt.

Bij ontvangst is het aanbevolen een cycloon met een Celsluis (roterende klep)te plaatsen. Het ontwerp moet er rekening mee houden dat de luchtstroom van de downstream-apparatuur ditmaal tegen de productstroom in gaat. Een adequate ontluchting moet worden overwogen.

Typische instrumentatie dient het volgende te omvatten: druksensor aan de zuigzijde van de compressor, differentiaaldrukval over de filter, niveausensor bij de ontvanger

Figuur 3: Typische procesopstelling voor vacuümverdund-fase-transport

Vacuümsystemen voor poedertransport winnen aan populariteit vanwege hun eenvoud bij het opnemen van product en verbeterde insluiting. Bij lekkage stroomt lucht namelijk naar het proces toe, waardoor het product in de apparatuur blijft.

DRUK - Dichte Fase

Drukdichte-fase-transport vereist een speciaal ontworpen invoertrechter die bestand is tegen drukken van 1 tot 3-4 bar(g) in de meeste gevallen. Een dergelijke tank wordt een druktank genoemd. Deze is voorzien van een persluchtinlaat bovenaan en een tweede na de afvoer-klep. Daarnaast moet deze zijn uitgerust met een drukveiligheidsklep om ongecontroleerde drukstijging te voorkomen. Een ontluchtings-systeem met een filter moet eveneens worden geïnstalleerd.

De ontvanger moet zijn uitgerust met een filter en kan indien nodig ook worden voorzien van een celsluis. Als de ontvanger groot genoeg is en is ontworpen om bij atmosferische druk te werken, kan dergelijke apparatuur mogelijk niet nodig zijn.

Als onderdeel van de instrumentatie zijn druksensoren in de tank, aan het begin van de leiding en bij de ontvanger essentieel, aangezien het hele systeem wordt aangestuurd op basis van de drukken. Niveausensoren in de invoertrechter voor het detecteren van het einde van de vulling en het einde van de afvoer zijn noodzakelijk, terwijl een niveausensor bij de ontvanger moet worden geïnstalleerd om overvulling te voorkomen. Perslucht-debietmeters zijn optioneel, maar vormen een nuttig hulpmiddel voor probleemoplossing.

Figuur 4: Typische procesopstelling voor drukdichte-fase-transport

VACUUM - Dichte Fase

Een vacuüm-dichte-fase-systeem lijkt sterk op een verdunde-fase-opstelling, met als verschil dat een vacuümpomp moet worden geïnstalleerd die een druk < -900 mbar(g) kan bereiken.

De materiaalinvoer gebeurt meestal via een invoertrechter. Er is geen specifieke constructie voor de invoertrechter vereist, wat een voordeel kan zijn ten opzichte van drukdichte-fase-transport, aangezien de toegang eenvoudiger is.

De ontvanger moet daarentegen zijn ontworpen voor volledig vacuüm, wat betekent dat deze moet worden versterkt, hetgeen extra kosten met zich meebrengt. Deze moet worden uitgerust met een celsluis of, bij batch-transport, met een vlinderklep.

Een druksensor bij de ontvanger en aan de zuigzijde van de pomp is noodzakelijk. De pomp dient te zijn voorzien van een frequentie-regelaar.

Figuur 5: Typische procesopstelling voor vacuüm-dichte-fase-transport

3. Ontwerp - Snelle ontwerpmethode voor Verdunde-Fase pneumatisch transport

De details van de methode en voorbeelden zijn opgenomen in ons handboek pneumatisch transport

STAP 1 - Verzamel de invoergegevens voor de studie

Het te transporteren product moet bekend zijn, met name:
- Gemiddelde deeltjesgrootte (micron)
- Bulkdichtheid (kg/m³)
- Deeltjesdichtheid (kg/m³)

De geometrie van de leiding moet bekend zijn:
- Lengte (m)
- Elevatie (m)
- Aantal bochten en hoek

De doel-doorvoersnelheid (kg/u) moet van tevoren worden bepaald.

Enkele aannames of ontwerpbeslissingen moeten worden genomen:
- Type luchtverplaatser / Beschikbare drukval
- Druk bij productopname / ontvanger - Beoogde transportcapaciteit

STAP 2 - Neem een leidingdiameter aan

Schat de buisdiameter op basis van ervaring. Dit is het startpunt voor de ontwerpprocedure; de waarde zal later in het ontwerp worden gecontroleerd en indien nodig aangepast.

STAP 3 - Neem een drukval voor de leiding aan

Schat op basis van ervaring de drukval die in de leiding zal optreden. Deze waarde zal later in de procedure worden gecontroleerd en herzien. Voor een specifieke technologie zou deze waarde niet te veel mogen afwijken. Bijvoorbeeld: de drukval met een Roots- Geblazen dient ongeveer tussen 0,3-0,7 bar te liggen.

STAP 4 - Bereken de inlaatluchtsnelheid

Een veelgebruikte regel is om C1 (snelheid bij opname) = 1,2 * Cmin (minimale luchtsnelheid) te nemen. Cmin is bekend als het materiaal gebruikelijk is voor het bedrijf dat het product verwerkt. Indien onbekend, moet deze worden berekend door de eindsnelheid van een vrij vallend deeltje te bepalen; de minimale luchtsnelheid moet groter zijn dan deze waarde.

STAP 5 - Bereken het luchtmassadebiet

Op basis van de eerder gemaakte aannames kan het luchtmassadebiet worden berekend met behulp van de volgende formule:

STAP 6 - Bereken de vaste-stof/lucht-verhouding (solids loading ratio)

De verhouding wordt berekend op basis van het beoogde vaste-stof-transportdebiet en het luchtmassadebiet zoals hierboven berekend.

Met m_p het productdebiet in t/u, m_a het luchttransportdebiet in kg/s.

STAP 7 - Controleer de inlaatluchtsnelheid van de transportleiding

Deze stap is alleen van toepassing op materialen die in dichte fase worden getransporteerd.Voor dergelijke materialen geldt: C1 = 36Φ^{^(-0,3)}– 7 m/s.

Als deze benaderende waarde verschilt van die in stap 4, ga dan terug naar stap 4 en vervang de waarde.

STAP 8 - Controleer de drukval in de transportleiding

Gebruik een model om de drukval in de leiding te berekenen met alle gegevens die in de vorige stappen zijn verzameld. Als de berekende drukval verschilt van die in stap 3, moet u teruggaan naar stap 3 en de waarde vervangen.

Modellen

Dergelijke modellen zijn beschikbaar voor verdunde-fase-transport. Indien het systeem wordt ontworpen voor dichte fase, zijn empirische waarden uit een test noodzakelijk.

Vereenvoudigde berekeningsmethode voor verdund-fase pneumatisch transport

Drukvalmethode voor alleen lucht

Universele transportkarakteristiekenmethode

Details over dergelijke methoden zijn te vinden in de literatuur.

STAP 9 - (Alleen als de in STAP 8 berekende drukval sterk afwijkt van de oorspronkelijke schatting) Pas het materiaaldebiet aan

Als de berekende drukval sterk afwijkt van de waarde die in STAP 3 is aangenomen, kan het nodig zijn ook het productdebiet te corrigeren.

STAP 10 - (Alleen als de twee vorige stappen geen bevredigend resultaat opleveren) Selecteer de leidingdiameter opnieuw

Als het ontwerp sterk afwijkt van het doel, moet de leidingdiameter worden gewijzigd en moet de berekening worden herhaald totdat de invoer- en uitvoerwaarden voor de drukval bijna gelijk zijn.

STAP 11 - Bereken het benodigde vermogen

Voor deze snelle methode kan het vermogen worden berekend met de volgende schatting:

STAP 12 - Systeemherbeoordeling

Deze stap is toegevoegd om de ingenieur in staat te stellen een kritische blik te werpen op de tot nu toe berekende gegevens en deze af te zetten tegen zijn ervaring. Indien nodig moeten sommige waarden worden gewijzigd en moet de procedure worden herhaald.

SPECIFICEER het systeem

Op basis van de uitgevoerde berekeningen dient de gekozen leidingdiameter te worden gespecificeerd, evenals de luchteisen.

4. Probleemoplossing bij pneumatische transportsystemen

De volgende verschijnselen kunnen worden waargenomen bij het bedienen van een pneumatische transportleiding. Voor elk probleem wordt een veelvoorkomende oorzaak en actie gegeven.

Tabel 3: Storingzoeken bij transportleidingbedrijf

5. Fabrikanten van pneumatische transportsystemen

De selectie van een leverancier voor uw nieuwe pneumatische transportsysteem moet zeer zorgvuldig gebeuren om ervoor te zorgen dat de gekozen fabrikant de juiste kennis en ervaring heeft in uw toepassingsgebied. Als onderdeel van de selectiecriteria moeten hun bestaande referenties worden beoordeeld, evenals of zij beschikken over een proefinstallatie om uw materialen te testen, aangezien pneumatisch transport sterk materiaalafhankelijk is. Daarnaast moet de fabrikant in staat zijn u gedurende de bespreking van uw project precieze en beknopte technische uitleg te geven.

De volgende bedrijven zijn leveranciers van pneumatische transportsystemen (verdun-fase-transportsystemen of dichte-fase-transportsystemen):

• Sautelma : http://www.sautelma-rotolok.fr/

• Linxis Group : https://linxisgroup.com/

• Lessine : https://www.lessine.com/

(PowderProcess.net heeft geen banden met deze bedrijven)