Begrippen

Toelichting bij een aantal vaktermen in de bulktechnologie

Hieronder wordt een toelichting gegeven bij een aantal belangrijke begrippen in het vakgebied van de bulktechnologie. Allereerst een toelichting op de stof die we bulkgoed noemen. Verder een korte uitleg bij twee belangrijke stromingspatronen: massastroming en kernstroming, en waarom stroming niet altijd goed verloopt: brugvorming.

Bulkgoed

Massastroming

Kernstroming

Brugvorming

Ontmenging (segregatie)

Artikelen

Voor een meer uitgebreide toelichting op fenomenen bij transport en opslag van bulkgoed, zie de documenten over bulktechnologie, fenomenen en problemen in silo's en de artikelen in de leesmap.

Stortgoed, vaste stof, poeder, droge stof, granulaat, korrelvormig materiaal..

Bulkgoed heeft geen eenduidige naam; het is geen eenduidige stof.
Het gedraagt zich niet als een vaste stof, zoals ijzer of steen, maar ook niet als een vloeistof of gas. Het kan stromen, maar is geen vloeistof: een vloeistof kan in rust geen schuifspanningen opnemen: je kunt er geen bult van maken. Bulkgoed kan dat wel. En dat is de reden waarom het niet zomaar uit een opening hoeft te stromen.

Een definitie voor deze stof kan zijn: een hoeveelheid deeltjes, die in principe vrij kunnen bewegen, maar een duidelijke interactie vertonen en tevens beïnvloed worden door in of tussen deze deeltjes aanwezige gassen en/of vloeistoffen.

Hoe het ook genoemd wordt, door fundamentele kennis en jarenlange ervaring is BSE specialist op het gebied dat wij bulktechnologie noemen.

Massastroming

FIFO: first-in, first-out

Voordelen:

• "first in - first out".
• weinig ontmenging.
• gelijkmatige en goed regelbare stroming.
• geen veroudering of bederf.
• geen versleping.
• geschikt voor HACCP.
• produktbatches zijn te "volgen".

Nadelen:

• Bij abrasieve produken: slijtage van de wand.
• Risico op schokken.

Bij massastroming is de hele inhoud van de silo in beweging zodra er produkt wordt onttrokken. Voor meer informatie over massastroomontwerp zie Bulktechnologie: Silo-ontwerp: Massastroming.

Wanneer in de silo geen massastroming optreedt, wordt het stromingstype kernstroming genoemd (funnel flow, core flow of ratholing), zie hieronder.

Kernstroming

Soms zinvol, meestal ongewenst

Het stromingspatroon waarbij een deel van het produkt in de silo stil staat, wordt kernstroming (funnel flow, core flow, of ratholing) genoemd.

Kernstroming is alleen toepasbaar bij grove, vrijstromende produkten, waarbij bederf of veroudering geen rol speelt. In alle andere gevallen is massastroming vereist, vanwege de volgende redenen:

• Veroudering en bederf zullen optreden als silo wordt bijgevuld voordat hij geheel leeg is.
• Contaminatie (versleping) treedt op, als de silo voor meerdere produkten wordt gebruikt.
• Flooding, het onbeheersbaar uitstromen van produkt, kan optreden als dode zones instorten.
• Stroming zal stagneren in de gevallen waarbij de dode zones blijven aangroeien, zodat de uitstroomopening te klein wordt.

Zie ook Bulktechnologie: Silo's met kernstroming.

Brugvorming

Bulkgoed stroomt niet uit elk gat

Brugvorming is één van de lastigste en meest opvallende problemen met silo's. Het kan optreden omdat de deeltjes van een produkt verklemmen boven de opening, maar de meeste brugvormingsproblemen komen juist voor bij poeders. Hier is het de cohesie, het aan elkaar plakken van deeltjes, die ervoor zorgt dat het produkt blijft hangen. Afhankelijk van de omstandigheden (bijvoorbeeld opslagduur) kan stabiele brug van een poeder een overspanning bereiken van wel vijf meter.

Wanneer produkt wordt onttrokken uit de silo, moet het door een vernauwing (de trechter) stromen. Hierbij steunt het product af op de trechterwand, in de vorm van bogen/gewelven.
Stroming in een silo is het continu bezwijken (instorten) van deze bogen (tijdelijke bruggen).

Voor elke situatie is de zogenaamde kritische uitstroom-diameter te bepalen. Is de uitstroomopening van de silo groter dan deze kritische diameter, dan zal het produkt uitstromen. Is de bestaande diameter kleiner, dan treedt brugvorming op.
De kritische diameter hangt af van de vorm van de trechter en van de silodrukken, maar voornamelijk van de eigensterkte van het produkt. De eigensterkte is de samenhang bij een bepaalde druk, en is in hoge mate afhankelijk van de condities.
Vergelijk dit met het bakken van zandtaartjes. Met droog zand is dat niet mogelijk.

De eigensterkte van een produkt is afhankelijk van:
* de samenstelling,
* de deeltjesgrootteverdeling,
* de druk die het heeft ondergaan,
* het vochtpercentage,
* de temperatuur,
* de opslagduur.

Vooral de laatste speelt in veel situaties een rol, zoals vaak blijkt uit de opstartproblemen na een weekend. Om de kritische diameter te kunnen berekenen worden de metingen daarom onder de condities uitgevoerd die van toepassing zijn.

Voor silo-ontwerp met betrekking tot brugvorming zie het Bulktechnologie: Ontwerp op brugvorming.

Ontmenging

Ongewenste segregatie van gemengde producten

Veel producten die in de procesindustrie worden verwerkt, zijn samengesteld uit diverse componenten die in één of meerdere stappen zijn gemengd tot een zo homogeen mogelijk product. Soms blijkt echter de samenstelling niet meer overeen te komen met de gewenste mengverhouding: er is ontmenging (segregatie) opgetreden.
Bij segregatie gaat het altijd om verschil in gedrag tussen grote en kleine deeltjes, of lichte en zware deeltjes. Belangrijk hierbij is de bewegingsvrijheid die de deeltjes krijgen, de snelheden die optreden en mogelijke luchtstromen.

Ontmenging en producteigenschappen
Van de deeltjes zelf zijn de volgende eigenschappen belangrijk:

• gemiddelde korrelgrootte
• spreiding van de korrelgrootteverdeling
• echte dichtheid (solid density) van de verschillende componenten
• inwendige wrijving en wandwrijving
• vorm van de deeltjes, elasticiteit, hardheid, brosheid
• cohesie en adhesie
• gevoeligheid voor vocht en temperatuur

Globale indeling ontmenging: stoffig vs korrelig
Bij mengsels met een groot aandeel fijne deeltjes die beïnvloed worden door luchtstromen, zullen de grotere, zwaardere deeltjes voornamelijk onder het stortpunt terecht komen. Bij het storten van een korrelig mengsel, bijvoorbeeld zand, bewegen de grotere deeltjes sneller en langer dan de kleine, zodat ze juist verder van het stortpunt vandaan terecht komen.

Zie verder Fenomenen in silos: Ontmenging.