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Verfahrenstechnik 4/2019

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TOP-THEMA I POWTECH

TOP-THEMA I POWTECH Fließverhalten bestimmen Pulver zu feucht? Dynamische Pulverprüfung ermittelt Fließfähigkeit und Auswirkungen des Feuchtigkeitsgehaltes Es gibt zahlreiche Faktoren, die das Prozessverhalten eines Pulvers beeinflussen – dabei ist die Feuchtigkeit vielleicht am offensichtlichsten. Viele Anlagen zeigen signifikante, von der Jahreszeit oder Luftfeuchtigkeit abhängige Leistungsschwankungen. Um eine Strategie zur Optimierung der Umgebungsbedingungen – insbesondere der Luftfeuchtigkeit – zu entwickeln, gilt es, die Auswirkungen der Feuchtigkeit auf prozessrelevante Pulvereigenschaften zu verstehen und möglichst messtechnisch zu erfassen. Den größten Einfluss nimmt die Feuchtigkeit auf die Fließeigenschaften von Pulvern. Messergebnisse zeigen, dass Feuchtigkeit nicht immer schädlich für das Fließverhalten des Pulvers ist und unterstreichen die Bedeutung geeigneter Pulverprüfungen, um festzustellen, wie empfindlich ein Material gegenüber Feuchtigkeit reagiert. Damit ein Pulver fließen kann, müssen sich die Partikel darin relativ zueinander bewegen. Nach einer weitläufig verbreiteten Meinung können Pulver in Gegenwart von Wasser weniger frei fließen. Dafür gibt es eine mechanische Erklärung, denn Wasser kann in einem Pulver Flüssigkeitsbrücken zwischen Partikeln bilden, die Autor: Jamie Clayton, Operations Manager, Freeman Technology Ltd., Tewkesbury, Gloucestershire, UK ihre Bewegung behindern und die Fließfähigkeit beeinträchtigen. Es gibt jedoch auch Beispiele, dass Feuchtigkeit das Fließverhalten von Pulvern verbessern kann. Ein Grund liegt darin, dass Partikel mit einer rauen Oberfläche durch Wasser geschmiert werden. Aber auch in Systemen mit feinen elektrostatisch geladenen Partikeln kann Feuchtigkeit die Fließeigenschaften verbessern, da sie zur Änderung der elektrischen Leitfähigkeit und Abführung der starken interpartikulären elektrostatischen Anziehungskräften führt. Nachdem die Partikelgröße von Pulvern inzwischen in der Regel bereits durch die Spezifikation definiert ist, und der Einfluss der Partikelform immer mehr als Kriterium für die Fließeigenschaften herangezogen wird, werden Umwelteinflüsse weit weniger berücksichtigt. Die dynamische Pulverprüfung basiert auf Messungen eines Pulvers in Bewegung im Gegensatz zur Messung im statischen Zustand und stellt ein direktes Maß für die Fließeigenschaften dar. Dies ermöglicht die Charakterisierung des Pulvers sowohl unter Spannung als auch unter Belüftung und die Bestimmung der Fließgrenze. Dadurch kann die Prozessumgebung simuliert und Daten mit hoher Relevanz für einen bestimmten Prozess ermittelt werden. Dynamische Pulvereigenschaften werden aus der Messung des Drehmoments und der Kraft bestimmt, die auf ein Rotorblatt wirkt, das sich durch eine Pulverprobe entlang einer definierten Bahn dreht. Die Basisströmungsenergie (BFE, Basic Flowability Energy) wird bei der Abwärtsbewegung des Blattes gemessen und spiegelt die Eigenschaften unter Zwangsströmungsbedingungen wider, wie sie bspw. durch einen Extruder oder in einem Zuführrahmen auftreten. Drei ausgewählte Pulver – Kalkstein, Laktose und mikrokristalline Cellulose (MCC) – zeigen unterschiedliche Feuchtigkeitsadsorption und ein grundlegend unterschiedliches Verhalten bezüglich der BFE in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit. Zunächst wurde ermittelt, wieviel Feuchtigkeit jedes Material adsorbiert, wenn man es unter entsprechend relativer Feuchtigkeit equilibrieren lässt (Tabelle). Die dynamische Pulverprüfung wurde jeweils für die trockene und die drei Feuchtigkeit beinhaltenden Proben durchgeführt und die Werte gegen den Feuchtigkeitsgehalt in % aufgetragen. Ergebnisse der Untersuchung Die Laktose weist eine stetige Verringerung der BFE auf, ein Hinweis, dass die Feuchtigkeit eine schmierende Wirkung hat und sich die Fließeigenschaften mit höherer Feuchtigkeit verbessern. Die Kurve von MCC durchläuft ein Minimum der gemessenen BFE, das zeigt, dass die Fließeigenschaften bei weniger und bei mehr Feuchtigkeit schlechter waren. Die getrocknete MCC- Probe neigt dazu, sich an den Wänden des Testgefäßes abzulagern, was darauf hindeutet, dass das trockene Pulver möglicherweise elektrostatisch aufgeladen ist. Es ist Was 1924 begann... Mit einer hochspezialisierten Produktpalette und einem kundenorientierten Service bietet Ihnen NARA Machinery seit über 90 Jahren für jede Aufgabe bei einer Verarbeitung von pulverförmigen Feststoffen eine maßgeschneiderte Lösung. Vereinbaren Sie doch einfach einen Besuchstermin bei Ihnen oder bei uns in Frechen. NARA Machinery Co., Ltd · Europaallee 46 · 50226 Frechen

POWTECH I TOP-THEMA wahrscheinlich, dass niedrige Feuchtigkeitsniveaus die interpartikulären Anziehungskräfte reduzieren, indem elektrostatische Ladung abgebaut wird, während h öhere Feuchtigkeitsniveaus Flüssigkeitsüberbrückung zwischen Partikeln induzieren, was die Adhäsion im System erhöht und eine Erhöhung der Strömungsenergie verursacht. Kalkstein hingegen zeigt einen stetigen Aufwärtstrend mit steigendem Feuchtigkeitsgehalt – ein Zeichen dafür, dass sich Wasser anlagert, als Bindemittel wirkt und Flüssigkeitsbrücken sowie kleine Agglomerate bildet. Mit der dynamischen Pulverprüfung wird hier direkt ein Wert für die Fließfähigkeit des Pulvers ermittelt und die Auswirkungen des Feuchtigkeitsgehaltes, der häufig lagerungs- oder transportbedingt ist, aufgezeigt. Da während eines Prozesses die Umgebungsfeuchtigkeit (relative Feuchte) schwanken kann, ist nicht nur die Abhängigkeit des Fließverhaltens (der BFE) vom Feuchtigkeitsgehalt des eingesetzten Pulvers selbst, sondern auch von der relativen Feuchte der Betriebsumgebung ein interessanter Parameter. Auch hier zeigen die drei Materialien unterschiedliches Verhalten mit der gleichen Tendenz wie bei der Messung der BFE gegen den Feuchtigkeitsgehalt. Prozessoptimierung Wie so oft bei einzelnen Parametern ist dies nur eine Momentaufnahme bei der Bewertung von Prozessen. Eine vielseitige Charakterisierung des Pulvers durch die Kombination von dynamischer Pulverprüfung mit Scher- und Schüttgutmessungen liefert Informationen über Fließeigenschaften, Kompaktierbarkeit, Agglomerationsverhalten, Neigung zur elektrostatischen Aufladung und damit Merkmale, die ein essentieller Bestandteil der Pulverherstellung und -verarbeitung sind und zur Rationalisierung von Verarbeitungsprozessen beitragen. Kosten-Nutzen-Relation Feuchtigkeit in Pulvern als Problem ist weithin bekannt, dem wird durch definierte Lagerungs- und Transportbedingungen vielseitig Rechnung getragen, da das Entfernen von Wasser aus Pulver sehr kostenintensiv sein kann. Doch dass selbst die Umgebungsbedingungen während der Verarbeitung großen Einfluss auf den Prozess nehmen können, wird häufig noch außer Acht gelassen. Es lohnt sich also auf jeden 01 Lösungen zur Bestimmung der Fließeigenschaften von Pulvern Eine vielseitige Charakterisierung von Pulvern liefert Informationen, die zur Rationalisierung von Verarbeitungsprozessen beitragen. Jamie Clayton Fall, die Kosten für den Aufwand, das Wasser aus der Atmosphäre der Verarbeitungsumgebung zu entfernen, mit den Ersparnissen einer guten Verarbeitungsleistung abzugleichen. Halle 4, Stand 547 Fotos: Freeman, Fotolia (#29718375, Natalja Osokina) www.freemantech.co.uk 02 Die dynamische Pulverprüfung wurde jeweils für die trockene und die drei Feuchtigkeit beinhaltenden Proben durchgeführt und die Werte gegen den Feuchtigkeitsgehalt in % aufgetragen Relative Luftfeuchte [%] Feuchtigkeitsgehalt [%] Kalkstein Laktose Mikrokristalline Cellulose 0 0,05 0,29 3,6 34 0,15 0,39 4,9 56 0,35 0,52 6,1 95 0,72 0,71 8,8 Es wurde ermittelt, wieviel Feuchtigkeit jedes Material adsorbiert, wenn man es unter entsprechend relativer Feuchtigkeit equilibrieren lässt ww POWTECH 2019 Stand 570 Halle 4 TROCKNUNG ZERKLEINERUNG PARTIKEL DESIGN ...gilt auch heute: Maßgeschneiderte Lösungen in der Pulververarbeitung. Tel: 0 22 34 - 27 76-0·Fax: 0 22 34 -230 67 · contact@nara-e.de·www.nara-e.de

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