Poederreometertesten: een handleiding voor poederstroombaarheidstesten

Poederreometers¹ worden de afgelopen 10 jaar steeds vaker gebruikt als snelle methode om stroombaarheidsgegevens van poeders te verkrijgen. Het meest voorkomende type reometer is de Freeman FT4. Deze pagina legt het werkingsprincipe van een poederreometer uit, evenals hoe de stroombaarheid van een poeder kan worden bepaald met behulp van dit type instrument.

1. Poederreometer: werkingsprincipes

Poederreometers zijn ontwikkeld als alternatief, of in sommige gevallen als aanvulling op schuifcelmetingen , wat de traditionele methode is om de stroombaarheid van poeders te testen en trechters en silo’s te ontwerpen. Het meest gebruikte reometermodel in de industrie is de Freeman FT4. De informatie op deze pagina is van toepassing op deze apparatuur.

Een poederreometer is uitgerust met een roerwerk (een helix) dat in een monster van het te testen poeder wordt ondergedompeld. Het roerwerk wordt vervolgens volgens verschillende patronen geroteerd, waarbij snelheid, koppel en hoogte in het poedervolume worden geregistreerd. De verzamelde gegevens kunnen vervolgens worden uitgezet en kan de stroombaarheid worden bepaald.

Figuur 1: Hoofdcomponenten van een poederreometer

Opmerkelijk is dat de tests kunnen worden uitgevoerd met het poeder in verschillende beluchtingstoestanden. Bij sommige reometers is het ook mogelijk het poeder te fluidiseren . Deze verschillende toestanden zijn bedoeld om de daadwerkelijke procesomstandigheden te simuleren. Hoe hoger de benodigde energie (koppel) om het roerwerk te laten draaien, hoe groter de weerstand tegen stroming in geconfineerde poederstroomprocessen en eenheidsbewerkingen (-> minder stroombaar onder die omstandigheden).

In bepaalde gevallen, mits de juiste/relevante accessoires worden gebruikt, is het ook mogelijk om klassieke schuifcelmetingen uit te voeren.

2. Gegevens van een poederreometer en interpretatie voor het bepalen van stroombaarheid

Hoe meet je stroombaarheid met een poederreometer?

Het poedermonster wordt in de testbeker gegoten en het roerwerk wordt bedekt met poeder.

Verschillende tests kunnen vervolgens worden uitgevoerd. De meest voorkomende test is eenvoudigweg het meten van de energie die nodig is wanneer het roterende roerwerk door het poeder naar beneden wordt bewogen (Basische Stromingsenergie, BFE). Hoe meer energie er nodig is, hoe groter de weerstand tegen stroming in geconfineerde processen en eenheidsbewerkingen (-> het materiaal is minder stroombaar onder die omstandigheden).

Grafiek 1: Basische Stromingsenergie-curve verkregen met een poederreometer

Het moet worden opgemerkt dat het moeilijk is om een enkel geïsoleerd resultaat te interpreteren. De analyse wordt relevanter als er al een database beschikbaar is,, met de energiecurve, en dat de daadwerkelijke stroombaarheid in het proces van belang bekend is (de resultaten van de poederreometer maken het immers mogelijk om de stroombaarheid in een specifieke procesomgeving te definiëren). Vervolgens is het mogelijk om bij nieuwe stoffen in te schatten of de stroombaarheid waarschijnlijk slechter, gelijk of beter is dan bij bekende verbindingen.

Andere tests

Een poederreometer meet de stroombaarheid dynamisch, wat betekent dat er andere tests kunnen worden uitgevoerd. De relevantie van de tests moet worden gedefinieerd op basis van het proces waarin het poeder wordt gebruikt. De stromingsenergie, zoals hierboven getoond, kan worden aangevuld met de volgende metingen:

• Beluchting
• Consolidatie
• Stroomsnelheid
• Specifieke energie

De beluchtingstest is interessant om te bepalen hoe cohesief een poeder is en hoe gemakkelijk het te fluidiserenis. Dit levert informatie op voor het ontwerp van trechters (kan het poeder worden gefluidiseerd om de stroming te bevorderen). De test wordt op een vergelijkbare manier uitgevoerd als bij de stromingsenergie, maar ditmaal wordt de stromingsenergie gemeten bij verschillende luchtsnelheden door een wervelbedte creëren. Als de stromingsenergie een laag plateau bereikt bij hoge luchtsnelheid, betekent dit dat het poeder niet cohesief is en gemakkelijk zal fluidiseren. Als het plateau daarentegen bij hoge energie wordt bereikt, betekent dit dat de lucht "kanaalvorming" veroorzaakt door het poeder en het niet echt belucht.

Grafiek 2: Resultaten van een beluchtingstest verkregen met een poederreometer

De consolidatietest meet de stromingsenergie als functie van het aantal tikken dat wordt gebruikt om de bulkdichtheid van een monster te verhogen. Hoe meer de benodigde stromingsenergie toeneemt met de consolidatie van het monster, hoe gevoeliger het product zal zijn voor langdurige opslag (bijv. in silo’s) of transport, wat de bulkdichtheid zal verhogen.

De stroomsnelheidstest maakt het mogelijk om te controleren of de stroombaarheid van het poeder verandert met de stroomsnelheid waarmee het wordt doen stromen. Cohesieve poeders zullen verschillende stromingsenergieën hebben, afhankelijk van de stroomsnelheid (gesimuleerd door variatie in de snelheid van het roerwerk).

De specifieke energietest is interessant om te meten of deeltjes de neiging hebben om zich "in elkaar te grijpen" (door hun vorm), wat kan helpen bij het detecteren van potentiële slechte stroombaarheid, slechte mengbaarheid (ten minste in bepaalde soorten mengers), maar aan de andere kant een vermogen om segregatie te verminderen, eenmaal goed gemengd.

3. Gegevens van een poederreometer en interpretatie voor dichtfase-transport

Bij dichtfase-transportis het belangrijk dat het materiaal in staat is om lucht vast te houden, belucht te blijven, zodat het materiaal een drukval kan creëren die leidt tot de beweging van de materiaalplug. Een test van permeabiliteit kan worden uitgevoerd door druk uit te oefenen op een **wervelbed** van deeltjes (om expansie te voorkomen) en de drukval van lucht door het **wervelbed** te meten.

Hoe hoger de drukval, des te lager de permeabiliteit.

Grafiek 3: Resultaten en interpretatie van een permeabiliteitstest, verkregen met een **poederreometer**.

Let op: er zijn andere tests mogelijk met een **poederreometer**; bovenstaande tests zijn de meest gebruikelijke.

"Powder Rheometer" is een geregistreerd handelsmerk van Freeman Technologies.