Bulksolids-onderwerpen

Gedragingen van bulkgoed, fenomenen, aandachtsgebieden

Dit document behandelt fenomenen die we tegenkomen bij het transport en de opslag van bulkgoed, en onderwerpen die aandacht vereisen.
Zie ook de documenten over bulktechnologie, fenomenen in silo's en belastingen in silo's.

De rol van lucht bij solids handling

Verplaatsingen door lucht; opzettelijk en onopzettelijk.

In een aantal eerdere artikelen is ingegaan op het stromingsgedrag van stortgoederen en de wijze waarop dit gedrag via metingen kon worden voorspeld. Hoewel het stroomgedrag door vele variabelen wordt beïnvloed, is de aanwezigheid van lucht in of in aanraking met het materiaal misschien wel een van de grootste factoren hierbij. De rol die de lucht speelt, kan zowel positief als negatief uitwerken, geheel afhankelijk van het proces waarbij het optreedt. Op de verschillende aspecten van de rol die lucht kan spelen, zowel in positieve als in negatieve zin, zal in een aantal artikelen nader worden ingegaan.
Bij de beschrijving van stromingsgedrag, bijvoorbeeld voor het silo-ontwerp, in de eerdere artikelen is er steeds uitgegaan van lage transportsnelheden, deeltjes in nauw onderling contact, en rusttijden die voldoende lang zijn om eventueel door het poeder ingesloten lucht te laten ontwijken. In de praktijk van de bulkverwerking komen echter vele situaties voor waarbij deze voorwaarden niet op zullen treden. Hier speelt de in het bulkgoed aanwezige lucht (of een ander gas) wel degelijk een rol. Hierna beschrijven we een aantal van die situaties en de specifieke rol van gas hierin. Meestal is dat lucht, voor het gemak noemen we het in het vervolg lucht. Lucht is een veel voorkomend medium om stortgoed direct of indirect te verplaatsen. Er zijn echter ook situaties waarbij de verplaatsing onopzettelijk gebeurd.

Pneumatisch transport

De meest voor de hand liggende toepassing bij gewenste verplaatsing is pneumatisch transport. Hier fungeert lucht als drager om het materiaal via een buizenstelsel van A naar B te transporteren. Voordeel van dit pneumatisch transport is de vrijheid van traject en transportlengte. Transportleidingen kunnen ook in bestaande situaties worden aangelegd.
Nadelen vormen het vrij hoge energiegebruik en, bij bepaalde producten, de grote slijtage van apparatuur of beschadiging van de deeltjes. Bovendien moet aan het eind van de rit lucht en product weer worden gescheiden. Vooral bij zeer kleine deeltjes is dat een lastige opgave, zowel het scheiden als ook de afvoer van het vaak cohesieve fijne materiaal.

Luchtgedragen bandtransporteur

Een tweede toepassing is het gebruik van lucht als dragend medium bij een zogenaamde luchtbandtransporteur. Dit is in feite een normale bandtransporteur, maar de band in het bovenpart wordt nu niet gedragen door rollen maar door een luchtfilm tussen de band en de ronde goot waarin de band loopt (zie hiernaast). Over nagenoeg de volle lengte van de band wordt via een reeks toevoergaatjes lucht onder de band geblazen. Alleen ter plaatse van het opstortpunt zijn een aantal steunrollen nodig om de impulskracht van het opvallende materiaal op te vangen. Voordelen van dit systeem zijn het geringe vermogen dat nodig is voor het aandrijven van de band, een rustiger loop van de band omdat deze niet doorbuigt tussen de rollen en een lager geluidniveau. Het extra vermogen voor het in stand houden van de luchtfilm is relatief gering.
Het energetisch voordeel neemt af wanneer grote hellingen worden toegepast omdat dan de aandrijfenergie voor een deel als hefarbeid nodig is die niet door de wrijving wordt beïnvloed. De band moet verder zelf flexibel zijn om goed aan te sluiten bij de vorm van de goot opdat een gelijkmatige luchtfilm ontstaat. Hierdoor kunnen alleen relatief dunne banden worden toegepast. Daardoor leent dit type transporteur zich minder voor grote lengtes en zware beladingen die veel trekkracht in de band vragen.

Fluïdisatie-goot

Een derde toepassing is het gebruik van lucht in een fluïdisatie- of beluchtingsgoot. Bij een gewone glijgoot wordt stortgoed met behulp van de zwaartekracht getransporteerd, de hellingshoek moet daarbij ruim groter zijn dan de wrijving tussen goot en product. Om ook bij kleinere hellingshoeken transport mogelijk te maken, wordt in de beluchtingsgoot via een luchtdoorlatende bodem of via nozzles lucht tussen goot en materiaal geblazen waardoor de wrijving sterk afneemt en transport kan optreden.

Stofvorming

Er zijn ook situaties waarbij de verplaatsing van (de fijnste fractie van) solids onopzettelijk gebeurd. In diverse processen waarbij stortgoed wordt bewerkt of getransporteerd komen fines uit het product vrij, of ontstaat het zelfs. Bijvoorbeeld stof dat ontstaat tijdens het malen en breken van het materiaal, stof dat vrijkomt op de overstortpunten van transportsystemen of tijdens het vullen van silo’s. Door spontane of opgewekte luchtstromen kunnen deze kleine deeltjes worden meegevoerd. In de meeste gevallen is het noodzakelijk om het ontstaan van stof te bestrijden en/ of het te verzamelen door het af te zuigen. Eén methode van stofbestrijding is te sproeien met een mist van kleine waterdruppels. Hierdoor wordt het stof wordt ingevangen en komt het terug bij de hoofdstroom. Het is alleen niet altijd toepasbaar omdat de meeste processen niet gebaat zijn bij toevoeging van extra vocht.

Stofexplosies

Een ander voorbeeld waarbij lucht een ongewenste rol speelt zijn stofexplosies. Deze kunnen in principe optreden wanneer er wordt gewerkt met brandbare producten, zoals meel, diervoeder, melkpoeder, houtmot, suikers en poederkool. Voorwaarde voor het ontstaan van een stofexplosie is een brandbaar mengsel van stof en zuurstof (meestal in de vorm van lucht) en een ontstekingsbron van voldoende energie om het mengsel te laten ontbranden. De benodigde ontstekingsenergie hangt hierbij af van het soort product, de deeltjesgrootte, het vochtgehalte en de stofconcentratie. De benodigde ontstekingsbronnen blijken vaak voorhanden in de vorm van een elektrische vonk (statische ontlading), een gloeiend oppervlak (door broei in een stoflaag, langzame verbranding van een stoflaagje op een heet oppervlak, zoals een heetgelopen lager) of menselijke fouten zoals het lassen of slijpen in een te stoffige omgeving.
Stofexplosies zijn niet alleen meestal krachtiger dan gasexplosies (er is meer massa bij betrokken), vaak kunnen er nog secundaire explosies optreden. Door de snelle verbranding en snel toenemende druk in de ruimtelijk opgesloten stofwolk ontstaat er bij de primaire explosie een drukgolf die zich in het opslag- of processysteem voortzet en waarbij nieuwe stofmassa’s kunnen opwervelen zodat nieuwe explosiebronnen ontstaan. Door de hoge temperatuur in de aanwezige gassen kunnen dan secundaire explosies optreden waarbij een geheel traject in een bedrijf kan worden afgelegd. De beste manier om de kans op dit soort explosies zo klein mogelijk te houden, is goede stofbestrijding en verwijderen van stof in de omgeving. Om de gevolgen van (niet altijd te vermijden) explosies te beperken, worden vaak maatregelen als explosieluiken toegepast. Hiermee wordt de opgebouwde druk beperkt en worden drukgolven voorkomen. Ook het explosieveilig uitvoeren van constructies waarbij wel vervorming en beschadiging door een explosie mag ontstaan, maar geen volledig bezwijken mag optreden, bieden soelaas.

Lucht als procesmiddel

In een aantal processen wordt lucht of een (inert) gas toegepast om een proces te doen verlopen of te verbeteren. Hierbij kunnen we denken aan gepakte bedden waar lucht doorheen wordt geblazen om te drogen, te koelen of om eventuele reactieproducten af te voeren. Wanneer het brandbare producten betreft of er kans op broei bestaat, is het aan te bevelen inert gas te gebruiken. De kans dat in deze processen kleinere deeltjes worden meegenomen, is meestal klein omdat de luchtsnelheden laag zijn. Maar als de fijne fractie erg klein is (en belangrijk, zoals bijvoorbeeld bij medicijnen), is dit toch een risico. Een aparte toepassing is het gefluïdiseerde bed. Hierbij ligt de luchtstroom zodanig hoog dat de deeltjes los van elkaar komen en een soort vloeistofgedrag vertonen. Door het hierbij optredende innige contact tussen stortgoeddeeltjes en lucht (of gas) is fluïdisatie uitermate geschikt voor het laten verlopen van allerlei processen. Deze toepassing zal in een apart artikel uitvoerig worden behandeld. Ook bij opslag van stortgoed in silo’s speelt lucht een al dan niet gewenste rol, zie onder.