Schüttgut-Handling bei Arizona Chemical

Dosieren und Fördern kombiniert

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Die Kombination von Prozeßschritten oder die Integration von Prozeßschritten in logistische Aufgaben vereinfacht die Anlagengestaltung, verbessert die Automatisierung, reduziert die Schnittstellen und erhöht die Wirtschaftlichkeit von Produktionsanlagen. Ein Beispiel ist das bei Arizona Chemical realisierte System aus Dichtstromförderung und hochpräziser Dosierung.

Markus H. Gericke

Die zur amerikanischen Gruppe International Paper gehörige Arizona Chemical produziert in ihrem Werk im französischen Niort Harze für Klebstoffe und Tinte. Um die Produktivität zu erhöhen und gleichzeitig die Wertschöpfung zu steigern, wurden in den letzten Jahren 40 Mio. DM in moderne Produktionsanlagen investiert. Dazu gehörte auch ein automatisches Zuführsystem für Paraformaldehyd und Pentaerithritol, zwei Ausgangsprodukte für die Herstellung der Harze. Beide Produkte wurden in der Vergangenheit manuell den Reaktoren zugeführt. Diese Manipulationen erwiesen sich als sehr teuer und waren mit Risiken verbunden, die im manuellen Umgang mit Schüttgütern auftreten können. Gewisse Produkte neigen zu Staubexplosionen, was den Umgang damit weiter erschwert. Aus diesen Gründen beschloß man bei Arizona Chemical, die manuelle Bearbeitung dieser Produkte durch automatische Zuführungssysteme zu ersetzen und gleichzeitig Rationalisierungserfolge durch die Automatisierung der Anlage zu erreichen.
Konzept der geplanten Anlage
In der neuen Anlage sollten die Schüttgüter statt in Big Bags und 25 kg-Säcken per Silofahrzeug angeliefert und in Silos gefördert werden. Genau dosierte Mengen können dann von dort automatisch zu den Reaktoren gefördert und dem Prozeß zugeführt werden. Mit den optimierten Anliefermengen und dem Wegfall von Gebinden durch das Silofahrzeug reduzieren sich durch dieses automatisierte System gleichzeitig die Beschaffungs- und Einkaufskosten. Weitere Vorteile resultieren aus der somit möglichen staubfreien Umgebung und günstigeren Produktionskosten.
Als Lieferant für eine solche anspruchsvolle Aufgabe wurde Gericke gewählt, da das Unternehmen als innovativer und kompetenter Partner für die Dichtstromförder- und Dosiertechnik bekannt ist und die notwendigen Kenntnisse im Umgang mit staubex-gefährdeten Produkten besitzt. Die Realisierung dieses Projekts beschreiben die folgenden Abschnitte anhand des Weges der Schüttgüter.
Entleerung der Silofahrzeuge
Die geforderte Entleerleistung beträgt ungefähr 25 t/h. Um das Überfüllen und Ansteigen des Drucks zu vermeiden, wurde ein raffiniertes System eingesetzt. Eine Niveausonde zeigt dem Fahrzeugchauffeur an, wenn der Silo voll ist. Er verfügt anschließend über 30 s, um den Entleervorgang abzubrechen. Verstreicht diese Zeit ohne Reaktion, schließt ein Quetschventil die Förderleitung, so daß ein unerwünschter Druckanstieg im Silo vermieden wird.
Das gewählte System, eine Dichtstromförderanlage vom Typ PTA, benötigt nur 7,5 Nm3/h Fördergas. Um zu verhindern, daß bei der Befüllung feuchte Luft in die Silos gelangt, wird zwar mit normaler Luft gefördert. Diese stammt jedoch nicht vom fahrzeugeigenen Kompressor, sondern wird über das Druckluftnetz des Werkes eingespeist, das aufbereitete, kontrollierte Druckluft zur Verfügung hält.
Zwei Lagersilos à 100 m3
Die Silos à 100 m3 sind beide mit Explosionsberstscheiben ausgerüstet und für einen Grenzdruck von 2 bar ausgelegt. Damit halten sie dem Druckanstieg sowie dem Druckausgleich über die Berstscheiben stand. Nach beendeter Füllphase werden die Silos leicht unter Druck gesetzt und mit Stickstoff gespült, um den Feuchtigkeitsgehalt niedrig zu halten. Um die zuverlässige Befüllung und Entleerung der Silos zu gewährleisten, sind sie mit Kerzenfiltern ausgerüstet. Der Produktaustrag erfolgt mittels Vibrationsschwingtrichter (Abb. 1 und 2).
Dichtstromförderung, um die Staubbildung zu verhindern
Bei der Wahl eines geeigneten Fördersystems für die Überbrückung der 40 m Förderdistanz zwischen Silo und Rührkessel entschied man sich für ein Dichtstromfördersystem, weil die Fördergeschwindigkeit bei 6 m/s gehalten werden kann. Dadurch ist die Beanspruchung des Fördergutes klein, was wiederum die Bildung von Feinanteil und Staub reduziert. Feinanteile lagern sich im Himmel und an den Wänden der Reaktoren ab, so daß die Reaktionsbedingungen verändert werden.
Ein weiterer Vorteil ist die wirtschaftliche und fördergasarme Technik. Dieser Vorteil wiegt um so mehr, als die ganze Anlage mit Stickstoff betrieben wird, der nicht zurückgeführt wird. In einem Versuch in der Testanlage des Herstellers wurden die einzelnen Parameter des Fördersystems genau bestimmt (Abb. 3).
Genaue Dosierung der Chargen
Eines der Ziele der Anlagenoptimierung war, den Prozeß zu automatisieren. Dabei sind die hohen Anforderungen zu berücksichtigen, die an die Genauigkeit der Zudosierung der Chargen gestellt werden – diese haben schließlich einen direkten Einfluß auf die Reaktion. Die Chargengrößen variieren zwischen 500 kg und 3 000 kg pro Stunde bei einer Abweichung von ±0,5%. Um diese hohe Wiegegenauigkeit zu erfüllen, wurden die Senderbehälter auf Wägezellen montiert. Die Beschickung der Sender, die in diesem Fall auch als Wägebehälter dienen, erfolgt über eine speziell entwickelte Dosierschnecke.
Um die hohe Genauigkeit sicherzustellen und trotzdem eine hohe Füllleistung zu erreichen, wurde eine Feindosierschnecke in die Grobdosierschnecke integriert. Pro Senderfüllung werden ca. 80 kg Produkt abgewogen und zu den Reaktorbehältern gefördert. Ausgeklügelt ist die Steuerung, die die Chargengröße pro Förderung so verändert, daß auch bei der letzten Charge der Reaktorbefüllung eine genügend große Menge verwogen wird, so daß die erforderte Genauigkeit erfüllt wird.
Erfolgreiche Bilanz
Die hochgesteckten Erwartungen in die Leistungsfähigkeit der Anlage wurden erfüllt. Philippe Dorsemaine, verantwortlicher Projektingenieur bei Arizona Chemical, unterstreicht: „Seit der Inbetriebnahme dieser Anlage arbeitet das Personal in einer gesünderen Umwelt und konnte von der mühsamen und körperlich anstrengenden Arbeit entlastet werden. Aber auch die finanziellen Ziele wurden übertroffen, da die ganze Logisitik automatisiert und die Prozeßsteuerung verbessert wurde. Zudem ist die Anlieferung per Zisternenfahrzeug günstiger als mit Big Bags oder 25-kg-Säcken.“
Weitere Möglichkeiten
Neben der oben beschriebenen Lösung bietet der Hersteller auch andere Dosier-Fördersysteme an. Dazu zählen konventionelle Systeme wie Saugwaagen und auch kontinuierlich gravimetrisch gesteuerte Fördersysteme. Diese Technik erlaubt nicht nur die gewichtsmäßige Kontrolle von Chargengrößen, sondern ermöglicht die kontinuierliche Steuerung des Dosierstromes während der Förderung ähnlich bekannter Differentialdosierwaagen. Die Anlagen werden zusammen mit dem Anwender konzipiert. In verschiedenen hauseigenen Technika können Versuche zur Entwicklung neuer Produkte oder zur Verbesserung von Prozessen durchgeführt werden.
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