Was ist der Unterschied zwischen der Förderung in dichter Phase und in verdünnter Phase?

Jacqui Meany, Marketingmanagerin, Dynamic Air Inc. | 01. Dezember 2022

Pneumatische Fördersysteme werden im Allgemeinen entweder als Dichtstrom- oder Dünnstromfördersysteme klassifiziert. Aber was bedeutet das? Und wie sehen diese Systeme generell aus? In diesem Artikel wird versucht, diese Frage zu beantworten und die Unterschiede zwischen diesen beiden Systemtypen zu erläutern.

Lassen Sie uns zunächst einige Definitionen klären. Mit „Gas“ ist das Fördergas gemeint. Dies wird am häufigsten Luft sein. Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen andere Gase zur Förderung eingesetzt werden. Stickstoff ist wahrscheinlich das am häufigsten verwendete „andere“ Gas, da es sich um ein relativ kostengünstiges Inertgas handelt, da 78 % unserer Atmosphäre aus Stickstoff besteht. Stickstoff wird üblicherweise dort eingesetzt, wo die Oxidation des geförderten Materials ein Problem darstellt, oder für die Förderung explosiver Materialien. Zweitens bezieht sich „Material“ auf die geförderten Feststoffe. Drittens bezieht sich „Effizienz“ auf die erforderliche Leistung im Verhältnis zur Geschwindigkeit und Entfernung des Systems. Das System, das bei gleicher Geschwindigkeit und Entfernung weniger Strom (Gas) verbraucht, ist vom Standpunkt des Stroms (Gasverbrauchs) aus effizienter. Kommen wir nun zum interessanten Teil.

Pneumatische Fördersysteme mit verdünnter Phase werden im Allgemeinen als konstante Dosierung von Material in einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom beschrieben. Der gebräuchlichste Feeder ist ein Zellenradschleusenfeeder. Verdünnte Phasensysteme können entweder unter Druck- oder Vakuumbedingungen betrieben werden. Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für eine gängige Konstruktion eines pneumatischen Druck-Verdünnungsphasen-Fördersystems.

Pneumatisches Fördersystem für verdünnte Phasen

Obwohl ein pneumatisches Dünnphasen-Fördersystem im Allgemeinen wie das oben beschriebene System aussieht, sind es die Bedingungen im Förderrohr während der Förderung, die ein Dünnphasen-System wirklich ausmachen. Das entscheidende Merkmal besteht darin, dass das Material bei einem verdünnten Phasensystem mit hohen Geschwindigkeiten nahe der Gasgeschwindigkeit gefördert wird und das Material im Gasstrom zu schweben scheint (siehe unten). Ein Staubsauger ist ein gutes Beispiel dafür: ein hohes Gas-zu-Material-Verhältnis.

Förderrohr für verdünnte Phase

Bei Systemkonstruktionen mit verdünnter Phase ist es nicht ungewöhnlich, dass die Hälfte der gesamten Systemleistung nur für die Bewegung des Fördergases durch ein leeres Förderrohr verwendet wird. Dies ist auf den niedrigen Betriebsdruck und die hohe Geschwindigkeit des Gasstroms zurückzuführen. Daher werden diese Systeme weniger praktisch, wenn die Anforderungen an die Fördergeschwindigkeit steigen oder die Förderstrecke zunimmt. Es ist auch nicht ungewöhnlich, dass bei Fördersystemen mit verdünnter Phase Gasgeschwindigkeiten von mehr als 5.000 Fuß/Minute auftreten. Dies macht ein pneumatisches Fördersystem mit verdünnter Phase auch weniger praktisch für Anwendungen, in denen zerbrechliche oder abrasive Materialien verarbeitet werden, da hohe Materialgeschwindigkeiten mehr Verschleiß und Partikelschäden verursachen.

Warum ist die Förderentfernung ein Faktor? Denn mit zunehmender Förderstrecke steigt auch die Kraft, die zum Bewegen eines Materials benötigt wird. Wie das Tragen einer schweren Tasche über eine Distanz ist es aufwändiger, diese schwere Tasche über eine Distanz von 1 Meile statt über 10 Fuß zu tragen. Aus diesem Grund wird die Effizienz immer wichtiger, wenn es sich um eine Anwendung mit hoher Geschwindigkeit oder über große Entfernungen handelt.

Dichtes Phasensystem

Bei pneumatischen Dichtstromfördersystemen wird im Allgemeinen Material beschrieben, das durch den Druck des Fördergases durch das Förderrohr gedrückt oder extrudiert wird. Eine gute Analogie wäre ein Bierfass, aus dem Bier gezapft wird. Pneumatische Dichtstromfördersysteme können sowohl unter Druck- als auch unter Vakuumbedingungen betrieben werden. Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für ein gängiges Design für ein pneumatisches Druckdichtstrom-Fördersystem.

Obwohl ein pneumatisches Dichtstrom-Fördersystem im Allgemeinen wie das oben beschriebene System aussieht, sind es die Bedingungen im Förderrohr während der Förderung, die ein Dichtstrom-System wirklich ausmachen. Das bestimmende Merkmal ist, dass bei einem Dichtstromsystem das Material in „Pfropfen“ fließt. Dies bedeutet, dass sich das Material mit einer Schüttdichte durch das Förderrohr bewegt, die der im Ruhezustand gemessenen Schüttdichte sehr nahe kommt, und dass zwischen den Material-„Pfropfen“ Gastaschen vorhanden sind (siehe unten):

Dichtstrom-Förderrohr

Ein weit verbreitetes Missverständnis ist, dass diese „Schnecken“ irgendwie durch das pneumatische Fördersystem erzeugt werden. Das ist falsch. Das Dichtstrom-Fördersystem kann diese Schlacken aufrechterhalten und verhindern, dass sich kleinere Schlacken zu weniger größeren Schlacken verbinden. Diese Schlacken bilden sich jedoch auf natürliche Weise, da sich das geförderte Material und das Fördergas wie Öl und Wasser auf natürliche Weise trennen.

Bei einem pneumatischen Dichtstrom-Fördersystem sind die Fördergeschwindigkeiten im Allgemeinen niedriger als bei Systemen mit verdünnter Phase. Mit einem Dichtstromsystem können Fördergeschwindigkeiten erreicht werden, die unter der durchschnittlichen Gehgeschwindigkeit liegen. Daher eignen sich pneumatische Dichtstrom-Fördersysteme im Allgemeinen für Anwendungen mit langen Förderstrecken, hohen Geschwindigkeiten oder für die Förderung zerbrechlicher oder abrasiver Materialien.

Aber wie sieht es mit der Rate aus? Wenn die Geschwindigkeit niedrig ist, wird dann nicht auch die Rate niedrig sein? Der Teufel steckt im Detail. Das wichtige Detail hierbei ist die Förderdichte. Die Förderdichte ist die Dichte des Gemisches aus Material und Fördergas im Förderrohr. Wenn wir den Fördervorgang stoppen, ein Rohrstück entfernen und den Inhalt wiegen, können wir die Förderdichte im Förderrohr berechnen. Bei einem pneumatischen Dichtstrom-Fördersystem beträgt die Förderdichte im Förderrohr typischerweise etwa 50 % der Schüttdichte des ruhenden Materials. Im Gegensatz dazu beträgt die Förderdichte in einem zentralen Staubsammelrohr eines Dünnphasensystems typischerweise das Doppelte der Luftdichte. Das ist sehr niedrig. Pneumatische Dichtstrom-Fördersysteme können eine Förderdichte haben, die 20- bis 400-mal so hoch ist wie die Förderdichte von Systemen mit verdünnter Phase.

Es ist wichtig zu beachten, dass die meisten pneumatischen Fördersysteme zwar entweder in die Kategorie der verdünnten Phase oder der dichten Phase fallen, es jedoch einige Ausnahmen, Extreme und Zwischenfälle gibt. Pneumatische Fördersysteme können für den Betrieb in verschiedenen Spektren vom reinen Suspensionsfluss bis zum reinen Schwallfluss angepasst werden. Es gibt viele verschiedene Arten von Dünnphasen- und Dichtphasensystemen. Der Nachteil dabei ist, dass sich bei geringfügigen Materialänderungen, Änderungen der Rohrroute oder Änderungen der Förderentfernung (z. B. bei mehreren Zielen) auch der optimale Fördermodus ändert. Seien Sie also auf der Hut vor dem fein abgestimmten Testszenario, das den „perfekten“ Fördermodus demonstriert. Dies ist in der Praxis möglicherweise nicht möglich, wenn das Material nicht konsistent ist oder die Anwendung mehrere Ziele mit unterschiedlichen Förderentfernungen und Rohrrouten erfordert.

Zusätzlich zu den vielen verschiedenen Arten von Systemen mit verdünnter und dichter Phase gibt es noch andere Technologien, die in Betracht gezogen werden sollten. Dazu gehört auch, wie die Booster- (oder Luftspar-)Technologie die Schlackenlänge und -menge im Förderrohr aufrechterhält. Aber das ist eine Diskussion für einen anderen Artikel.

Jacqui Meany ist Marketingmanagerin bei Dynamic Air Inc. (St. Paul, MN). Dynamic Air entwickelt und fertigt seit mehr als 50 Jahren pneumatische Fördersysteme für die verarbeitende Industrie. Weitere Informationen finden Sie unter www.dynamicair.com.

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