Dietmar Schulze:

Pulver und Schüttgüter

- Fließeigenschaften und Handhabung -

Reihe: VDI-Buch (Springer Verlag)

Unterreihe: Chemische Technik / Verfahrenstechnik

2006, XVI, 508 S., 337 illus., Geb.

ISBN: 978-3-540-34082-9

Preis:

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Über dieses Buch

Das Wissen um die Eigenschaften und das Verhalten von Pulvern und Schüttgütern beim Fließen ist nicht sehr verbreitet. Das Buch schafft hier Abhilfe, indem der Leser mit dem Verhalten von Pulvern und Schüttgütern in verschiedenen Situationen vertraut gemacht wird.

Es wendet sich an technische Assistenten, Ingenieure, Pharmazeuten und Chemiker, die mit Pulvern und Schüttgütern umgehen bei

- Produktentwicklung,

- Qualitätskontrolle,

- Entwicklung, Planung und Bau von Apparaten und Anlagen,

- Betrieb von Produktionsanlagen,

- Beseitigung von typischen Problemen im Betrieb.

Der Inhalt umfasst zwei Themenbereiche:

Zunächst werden grundlegend die Eigenschaften von Pulvern und Schüttgütern sowie Messmethoden dargestellt: Wechselwirkung zwischen den Partikeln, Spannungen, Reibung, Festigkeit, Dichte, Fließeigenschaften und deren Messung, Schergeräte und andere Messverfahren, Eigenschaften von Pulvern und Beeinflussung ihrer Eigenschaften z.B. durch Feuchtigkeit, Temperatur, Fließhilfsmittel, Beispiele für ausgeführte Messungen.

Anschließend wird die Anwendung der gemessenen Fließeigenschaften zur funktionsgerechten Gestaltung von Schüttgutbehältern wie Silos und Trichtern behandelt. Weitere Themen sind apparative Aspekte ( Silogestaltung, Austraggeräte, Austraghilfen, Einbauten ), die Abschätzung der in Silos wirkenden Spannungen, Entmischung und ihre Vermeidung sowie Erschütterungen in Silos.

Die Darstellung ist allgemein verständlich geschrieben. Sie enthält neben praxisnahen Beispielen auch einige Berechnungsaufgaben mit Lösungen.

Geschrieben für:

Chemieingenieure, Verfahrenstechniker, Anlagenhersteller, Physiker, Chemiker in verfahrenstechnischer Industrie, Studenten, Wissenschaftler in Verfahrenstechnik

Schlagworte:

Fließeigenschaften

Fließfähigkeit

Fließprobleme

Pulver

Schergerät

Schüttgut

Silo

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis.................................................................................. ..XI

1. Einführung......................................................................................... ....1

1.1 Häufig auftretende Probleme mit Schüttgütern...............................1

1.2 Meilensteine der Schüttguttechnik..................................................4

2 Grundlagen.......................................................................................... ...9

2.1 Partikel oder Kontinuum?................................................................9

2.2 Kräfte und Spannungen.................................................................10

2.3 Spannungsverhältnisse in Schüttgütern.........................................12

2.3.1 Einführung des Mohrschen Spannungskreises.......................13

2.3.2 Berechnungen zum Mohrschen Spannungskreis....................16

2.4 Schüttgutdichte..............................................................................20

2.5 Elastische und plastische Verformung...........................................22

2.6 Haftkräfte.......................................................................................24

2.7 Einfluss der Partikelgröße auf das Verhalten des Schüttgutes.......32

3 Fließeigenschaften von Schüttgütern.................................................35

3.1 Einachsiger Druckversuch als Modell...........................................35

3.1.1 Verfestigung von Schüttgütern...............................................35

3.1.2 Zeitverfestigung......................................................................38

3.1.3 Darstellung mit Spannungskreisen.........................................39

3.1.4 Kennzahlen zur Charakterisierung der Fließfähigkeit............42

3.2 Prinzip der Messung mit Schergeräten..........................................47

3.2.1 Messprozedur.........................................................................48

3.2.3 Fließort und Fließeigenschaften.............................................56

3.2.4 Zeitverfestigung (Caking).......................................................67

3.3 Wandreibung.................................................................................71

3.3.1 Messprozedur für Wandfließorte............................................72

3.3.2 Wandfließort und Wandreibungswinkel.................................73

3.3.3 Zeitwandfließort, statische Wandreibung...............................75

4 Praktisches Messen von Fließeigenschaften......................................79

4.1 Messungen mit Schergeräten.........................................................79

4.1.1 Messung von Fließorten mit dem Jenike-Schergerät..............80

4.1.2 Messung von Fließorten mit dem Ringschergerät..................88

4.1.3 Messung der Zeitverfestigung................................................92

4.1.4 Messung der kinematischen Wandreibung.............................94

4.1.5 Messung der statischen Wandreibung....................................97

4.1.6 Abriebmessung.......................................................................98

4.1.6 Messung der Verdichtbarkeit................................................101

4.2 Festlegen der Spannungen...........................................................103

4.2.1 Fließorte (Fließfähigkeit)......................................................103

4.2.2 Zeitfließorte (Fließfähigkeit bei Zeitverfestigung)...............112

4.2.3 Wandfließorte (Wandreibung)..............................................113

4.3 Anwendungsbezogene Messung von Fließeigenschaften............114

4.3.1 Vergleichsmessungen...........................................................114

4.3.2 Verfahrenstechnische Siloauslegung....................................115

5 Anmerkungen zum realen Verhalten von Schüttgütern................117

5.1 Anisotropie und Einfluss der Verformung..................................117

5.1.1 Spannungen..........................................................................119

5.1.2 Schüttgutdichte.....................................................................129

5.1.3 Druckfestigkeit (Schüttgutfestigkeit)...................................130

5.2 Scherverformung, Scherzonen, Lokalisation...............................133

5.2.1 Idealisierung: Einfaches Scheren und reines Scheren..........133

5.2.2 Scherzonen und Scherbänder................................................136

5.2.3 Dilatanz.................................................................................144

5.2.4 Stationäres Fließen und Dilatanz beim Messen von

Fließeigenschaften..........................................................................148

5.3 Fließorte.......................................................................................151

5.3.1 Anscherpunkt, Abscherpunkte und Spannungskreise...........152

5.3.2 Zugfestigkeit und Kohäsion..................................................155

5.3.3 Verhalten bei sehr kleinen Spannungen...............................160

5.4 Einfluss der Geschwindigkeit......................................................164

6 Überblick über Messverfahren und Messgeräte.............................167

6.1 Einflüsse auf das Messergebnis...................................................167

6.1.1 Prozedur und Hauptspannungen...........................................167

6.1.2 Spannungen in der Messebene.............................................171

6.2 Anforderungen an Messgeräte für Fließeigenschaften................172

6.3 Messverfahren (Übersicht)..........................................................173

6.3.1 Trichter.................................................................................175

6.3.2 Böschungswinkel..................................................................176

6.3.3 Lawinenbildung (Avalanching)............................................178

6.3.4 Imse-Test..............................................................................179

6.3.5 Fließfähigkeitsindex nach Carr.............................................180

6.3.6 Rührer...................................................................................181

6.3.7 Verdichtbarkeitsmessung......................................................182

6.3.8 Cohesion Tester, Flowability Test........................................183

6.3.9 Penetration Test....................................................................185

6.3.10 Einachsiger Druckversuch..................................................185

6.3.11 Monoaxial Shear Test.........................................................186

6.3.12 Powder Bed Tester mit Zugfestigkeitsmessung.................187

6.3.13 Einachsige Zugfestigkeitsmessung.....................................188

6.3.14 Zugfestigkeitsmessung mit Gasströmung...........................189

6.3.15 Johanson Hang-up IndicizerTM, ähnliche Messprinzipien..190

6.3.16 Quality Control Tester........................................................192

6.3.17 Zweiachsiger Druckversuch (Biaxial compression test)....193

6.3.18 Jenike-Schergerät................................................................194

6.3.19 Torsionsschergeräte............................................................195

6.3.20 Ringschergeräte..................................................................196

6.4 Bemerkungen zu Aussagekraft und Genauigkeit.........................197

6.5 Messung von Haftkräften............................................................200

6.6 Zusammenfassung.......................................................................202

7 Spezielle Eigenschaften und Einflüsse auf das Fließverhalten......203

7.1 Effekte beim Fließen von Schüttgütern.......................................203

7.1.1 Slip-Stick-Effekt durch Zeit- und

Geschwindigkeitsabhängigkeit.......................................................203

7.1.2 Wegabhängigkeit der Wandreibung.....................................213

7.2 Einflüsse auf das Fließverhalten..................................................215

7.2.1 Partikelgrößenverteilung......................................................215

7.2.2 Fließhilfsmittel.....................................................................215

7.2.3 Flüssigkeit, Feuchtigkeit.......................................................220

7.2.4 Gasströmung.........................................................................223

7.2.5 Partikelform..........................................................................227

8 Beispiele gemessener Fließeigenschaften.........................................237

8.1 Fließhilfsmittel.............................................................................237

8.2 Feuchtigkeit.................................................................................239

8.3 Temperatur...................................................................................241

8.4 Zeitverfestigung...........................................................................242

8.5 Feinheit........................................................................................244

8.6 Abrieb..........................................................................................246

8.7 Schüttgutdichte............................................................................247

8.8 Spannungsabhängigkeit des Wandreibungswinkels....................249

8.9 Wandreibungswinkel in Abhängigkeit vom Wandmaterial.........251

9 Spannungen im Schüttgut.................................................................255

9.1 Spannungsverhältnisse bei der Lagerung in Silos.......................255

9.1.1 Horizontallastverhältnis........................................................255

9.1.2 Spannungsverläufe...............................................................258

9.2 Berechnungsverfahren (Übersicht)..............................................263

9.2.1 Berechnung der Spannungen im Siloschaft..........................265

9.2.2 Weitere Anwendungen der Janssen-Gleichung....................268

9.2.3 Schüttguteigenschaften zur Spannungsberechnung..............272

9.2.4 Abschätzung der Spannungen an der Auslauföffnung.........275

9.2.5 Spannungsberechnung für das Gesamtsystem......................276

9.3 Belastung von Austraggeräten.....................................................277

9.3.1 Vertikalspannung an der Auslauföffnung.............................278

9.3.2 Abschätzen von Abzugskräften............................................280

9.4 Einflüsse auf die Spannungsverteilung........................................284

9.4.1 Lokale Querschnittsänderungen...........................................284

9.4.2 Exzentrisches Entleeren........................................................291

10 Verfahrenstechnische Siloauslegung..............................................295

10.1 Fließprofile: Massenfluss und Kernfluss...................................295

10.2 Probleme beim Lagern von Schüttgütern in Silos.....................297

10.3 Das Auslegungsverfahren von Jenike........................................299

10.3.1 Auslegung von Massenflusssilos........................................299

10.3.2 Auslegung von Kernflusssilos............................................310

10.4 Anwendungen der Ergebnisse der Siloauslegung......................314

10.5 Diagramme zur Siloauslegung...................................................316

11 Silogestaltung...................................................................................321

11.1 Einfluss der Fließeigenschaften auf die Silogestaltung.............321

11.2 Trichtergestaltung......................................................................322

11.2.1 Trichterformen....................................................................322

11.2.2 Übergänge und Wandgestaltung.........................................325

11.2.3 Mehrere Auslauföffnungen.................................................328

11.2.4 Sonderfälle: Unterschiedliche Wandneigungswinkel.........328

11.3 Einbauten...................................................................................330

11.3.1 Verdrängende Einbauten....................................................331

11.3.2 Trichterförmige Einbauten.................................................334

11.3.3 Rohrförmige Einbauten......................................................335

12 Schüttgutaustrag..............................................................................341

12.1 Freier Auslauf und maximaler Massenstrom.............................341

12.1.1 Abschätzung des Auslaufmassenstroms grobkörniger

Schüttgüter......................................................................................3 43

12.1.2 Auslaufmassenstrom feinkörniger Schüttgüter...................344

12.2 Austraghilfen.............................................................................349

12.2.1 Pneumatische Austraghilfen...............................................349

12.2.2 Mechanische Austraghilfen................................................352

12.2.3 Einsatz von Austraghilfen..................................................354

12.3 Austraggeräte.............................................................................355

12.3.1 Regeln zur Gestaltung hinsichtlich Massenfluss................355

12.3.2 Übersicht.............................................................................359

12.4 Einsatz von Austraghilfen und Austraggeräten.........................379

13 Entmischung.....................................................................................383

13.1 Entmischungsmechanismen.......................................................383

13.1.1 Siebeffekt und andere Entmischungsmechanismen auf

Böschungen....................................................................................384

13.1.2 Perkolation bei Verformung des Schüttgutes.....................386

13.1.3 Flugbahn und Gasströmung................................................388

13.2 Reduzieren der Entmischung beim Lagern von Schüttgütern...392

13.2.1 Veränderung des Schüttgutes.............................................393

13.2.2 Optimieren von Einfüllprozessen.......................................394

13.2.3 Zusammenführen des entmischten Schüttgutes..................398

13.3 Probenahme...............................................................................405

13.4 Schlussfolgerungen....................................................................406

14 Erschütterungen und Schwingungen in Silos................................407

14.1 Phänomen..................................................................................407

14.2 Erschütterungen als Ergebnis schlagartig bewegter

Schüttgutmassen.................................................................................408

14.3 Schlagartiges und pulsierendes Fließen durch Slip-Stick.........411

14.4 Scherzonen im Silo....................................................................411

14.5 Erschütterungen durch Slip-Stick-Reibung...............................415

14.5.1 Scherzonen im fließenden Schüttgut..................................415

14.5.2 Veränderliche tote Zonen (Kernfluss)................................421

14.5.3 Fließen an der Silowand.....................................................425

14.5.4 Kombinationen verschiedener Mechanismen.....................431

14.6 Erschütterungen durch andere Ursachen...................................431

14.6.1 Große Massenströme bei kleinen Auslauföffnungen..........431

14.6.2 Zyklische Anregung durch das Austraggerät.....................432

14.6.3 Zusammenbrechende Brücken und Schächte.....................432

14.7 Maßnahmen zur Reduzierung von Silobeben und Silohupen....433

14.7.1 Verringerung der beschleunigten Masse............................434

14.7.2 Regelmäßiges Auslösen von kleinen Erschütterungen.......436

14.7.3 Erhöhung der Wandrauhigkeit im Siloschaft.....................437

14.7.4 Vergleichmäßigung des Fließprofils..................................438

14.7.5 Umwandeln von Kernfluss in Massenfluss........................439

15 Beispielaufgaben mit Lösungen......................................................441

15.1 Allgemeine Hinweise zu den Aufgaben....................................441

15.2 Aufgaben und Lösungen............................................................441

Aufgabe 1: Spannungen im Siloschaft...........................................441

Aufgabe 2: Maximale Spannung im Massenflusssilo (Abrieb)......443

Aufgabe 3: Entleerungsrohr............................................................444

Aufgabe 4: Abzugskraft.................................................................446

Aufgabe 5: Presse...........................................................................447

Aufgabe 6: Spannungen bei Kombination von Behältern..............449

Aufgabe 7: Spannungen in BigBags und gestapelten Säcken........451

Aufgabe 8: Auslaufmassenstrom....................................................452

Aufgabe 9: Auswahl eines Wandmaterials für Massenfluss..........453

Aufgabe 10: Auslegung eines Massenflusssilos.............................454

Aufgabe 11: Auslegung eines Kernflusssilos.................................458

Aufgabe 12: Auslegung eines Silos bei Zeitverfestigung...............461

Symbolverzeichnis.................................................................................46 7

Literaturverzeichnis..............................................................................47 1

Sachverzeichnis..................................................................................... .501

Weitere Informationen zum Autor:

https://edir.bulk-online.com/profile...esstechnik.htm

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