Pneumatischer Feststofftransport

Dipl.-Ing. B.Eng.(Hons.) Thomas Ramme

Vakuumfördersysteme sind in vielfältiger Weise mit Schwerpunkten im Chemie-, Pharma-, und Lebensmittelbereich einsetzbar. Selbst Speckwürfel und Sauerkraut gehören zu den gängigen Fördergütern. Dabei wird der Feststoff zunächst aus Big Bags, Fässern, Säcken oder ähnlichen Gebinden unter Vakuum abgesaugt, um dann pneumatisch durch eine Förderleitung transportiert zu werden. Über dem Pulverbestimmungsort wie beispielsweise Mischer oder Reaktor befindet sich der Abscheidebehälter mit integrierter Vakuumpumpe und Filtereinheit (Abb. 1). Ein Entleerklappensystem sorgt für den Produktaustrag. Das Schüttgut gelangt dann, in der Regel mittels Schwerkraft, in die zu beschickende Einheit.

Bisher wurden Vakuumtransportsysteme vorwiegend als reine Förderaggregate für Schüttgüter aller Art benutzt. Um ein Höchstmaß an Flexibilität zu erzielen, hat sich hier die Edelstahl-Modulbauweise (VR) besonders bewährt. Zum einen erlaubt diese Bauweise die Anpassung des Vakuumförderers an pulverspezifische Daten wie Schüttgewichte und Partikelgrößen, zum anderen finden bauliche Gegebenheiten Berücksichtigung, da das Raumangebot über Rührbehältern und Silos häufig eingeschränkt ist. Nach Festlegung der Förderparameter erfolgt in der Auslegungsphase die Zusammenstellung der Module durch ein auf Anwendererfahrungen beruhendes Expertensystem. Aufgrund der großen Anzahl der Einzelkomponenten ergeben sich nach dem Baukastenprinzip praktisch unendlich viele Möglichkeiten.

Mit einem Basis-Vakuumförderer findet der pneumatische Transport diskontinuierlich statt. Die geförderte Pulvermenge pro Teilcharge läßt sich durch Vergrößerung des Füllvolumens mit einem Zusatzsegment variieren. Das Filtermodul erlaubt zunächst die Wahl unterschiedlicher Filtermedien wie beispielsweise PTFE, Polyethylen, Edelstahl oder Zellulose, und gleichzeitig, durch vielfältige Größen, eine individuelle Ermittlung der nötigen Filterfläche. Dazu passend erfolgt dann die Bestimmung der jeweiligen Filterabreinigung. Eine weitere Besonderheit stellt die Wahlmöglichkeit des Einsaugmoduls dar: Entscheidend für eine erfolgreiche Förderung ist nicht nur die Bestimmung des richtigen Förderleitungs- und Einsaugquerschnittes, sondern auch die Art der Strömungsführung im Abscheider (Abb. 2).

Das tangentiale Einsaugsegment findet hauptsächlich für trockene, gut rieselfähige Fein- und Feinststäube Verwendung. Dazu gehören zum Beispiel Puderzucker, Lactose, Ascorbinsäure-Pulver, oder Sorbit. Durch die Zentrifugalkräfte erfolgt eine optimale Separierung des eingesaugten Produkt-Luftgemisches, die Filterbelastung bleibt gering. Soll dieser Effekt noch verstärkt werden, wird ein zusätzlicher Trichter eingelegt (Doppelzyklonwirkung). Falls jedoch feuchte und anhaftende Produkte wie Stärke, Kokosraspeln, Knoblauchpulver oder Pfifferlinge zu fördern sind, empfiehlt sich das radiale Einsaugsegment. Anhaftungen im Behälter lassen sich damit vermeiden und die ausgeprägte Verwirbelung im Abscheider sorgt für eine verbesserte Fließeigenschaft beim Entleeren. Diese Auflockerung ist darüber hinaus vorteilhaft, wenn nachfolgend eine Dispergierung des Feststoffes in einer Flüssigkeit stattfindet. Besonders im pharmazeutischen Bereich ist die Gefahr der Entmischung zu beachten. Bei stark unterschiedlichen Schüttdichten und/oder Partikelgrößen von Trägermaterial und Wirkstoff wird durch strömungstechnische Versuche die geeignete Einsaugungsvariante ermittelt. Trotz dieser großen Anpassungsfähigkeit an die unterschiedlichsten Aufgabenstellungen kann für bestimmte Anwendungen eine Modifikation des Modulkonzeptes sinnvoll sein.

Das Ergebnis ist die PPC (Pneumatical Pharma Conveyor)-Baureihe von Volkmann (Abb. 3). Im Unterschied zu der VR-Bauform ist bei den PPCs der produktberührende Teil des Abscheiders aus einem Stück. Damit ergibt sich ein innen absolut glatter und totraumfreier Raum, der beispielsweise mit einer Spüldüse die CIP-Reinigung erlaubt. Alle produktberührenden Teile sind FDA-konform, und für die polierten Edelstahlteile finden je nach Anforderung die im chemisch-pharmazeutischen Bereich üblichen Qualitäten Verwendung.

Eine weitere Besonderheit stellt die extern angesteuerte Entleerklappe des PPC-Vakuumförderers dar. Hier befindet sich die gesamte Pneumatik außerhalb des produktberührenden Bereichs. Diese Drehklappe kann sowohl CIP-gereinigt als auch wie gewohnt einfach und werkzeugfrei in ihre Einzelteile zerlegt werden. Dabei besteht die Klappe selbst nur aus drei Teilen: Teller, Dichtung und Spannsystem mit pneumatischem Antrieb. Falls in lösemittelhaltige Behälter eingefördert wird, ist es darüber hinaus von Vorteil, dass im Ruhezustand dieses Ventil zwangsgeschlossen ist und damit für eine gasdichte Trennung von Rührkessel und Vakuumförderer sorgt.

Neben dem großen Anwendungspotential für allgemeine Förderaufgaben ist mit den PPC-Vakuumförderern auch die Mischerbeschickung problemlos lösbar. Zunächst sind PPC-Förderer – genauso wie die modularen VR-Geräte – zündquellenfrei. Bei beiden Sys-temen wird die Saugluft mit mehrstufigen, gasstrahlbetriebenen Vakuumpumpen erzeugt, die eine Ex-Sicherheit garantieren. Gleichzeitig ist für die Ableitung der durch den Förderprozess auftretenden elektrostatischen Aufladungen gesorgt, da alle produktberührenden Teile durchgängige elektrische Leitfähigkeit zeigen. Für eine kritische Ladungsdichte sind die PPC- und VR-Geräte in der Regel zu klein und kompakt. Im Grenzfall lassen sich durch Versuche aber genaue Werte ermitteln.

Wenn jedoch beispielsweise beim Beschicken eines temperierten Mischbehälters die Gefahr besteht, dass durch aufsteigende Dämpfe bedingte Produktanhaftungen der Förderprozess zum Erliegen kommt, kann der PPC nicht nur als Förderer, sondern gleichzeitig als Schleuse dienen: Gegen Ende des Fördertaktes wird ein saugseitiges Ventil verschlossen. Durch den weiteren Betrieb der Multijector-Vakuumpumpe ist die Vorevakuierung des Feststoffes im PPC möglich. Somit reduziert sich der Sauerstoff-anteil im Abscheider. Mit den mehrstufigen, gasstrahlbetriebenen Multijector-Vakuumpumpen sind Enddrücke von bis zu 100 mbar absolut mög-lich. In der Regel ist schon bei 500 mbar eine unkritische Sauerstoffkonzentration erreicht. Nach Beendigung der Vorevakuierung wird die Vakuumpumpe abgeschal-tet und es erfolgt wie üblich der Druckausgleich über die Impuls-Filterabreingung, hier natürlich nicht mit Druckluft, sondern mit Stickstoff. Erst jetzt öffnet sich die Entleerklappe und der Feststoff gelangt unter leichtem Überdruck in den Mischkessel. Dieses Prinzip ist beliebig erweiterbar, so dass der PPC-Vakuumförderer bei entsprechender Auslegung sogar als Überdruckschleuse dienen kann. Für diesen Fall finden spezielle druckfeste Abscheider und Klappen Verwendung. Alternativ können Fördervorgang und Einschleusung auch separat stattfinden. Dies ist besonders für Anwendungen interessant, bei denen anfangs nicht sicher ist, ob der Einschleusungsvorgang überhaupt notwendig wird. Durch den modularen Aufbau ist hier die Schleuse jederzeit nachrüstbar.

Die PPC- wie auch die VR-Modulbaureihe lassen sich beliebig mit den weiteren Pulver-Handling-Lösungen von Volkmann kombinieren. Mit dem Automatik-Gebinde-Entleersystem (kurz Ages) sind Fässer, Säcke, Octabins oder andere Kleingebinde ohne läs-tiges Umfüllen und ohne mühevolles manuelles Hantieren einfach zu entleeren. Die Absaugung erfolgt dann beispielsweise über einen PPC-Vakuumförderer.

Ist neben dem reinen Fördervorgang auch eine Ermittlung der geförderten Menge gewünscht, wird aus dem VR- oder PPC-Förderer das Vakuum-, Wiege- & Dosiersystem (kurz Vawidos). Hierbei befindet sich der Abscheider in einem störkraftkompensierenden Halterahmen. Das eingeförderte Produkt wird gravimetrisch über Wägezellen erfasst. Neben Restmengenoptimierung und Feinstromregelung ist die intelligente Steuerung auch in der Lage, bis zu 256 verschiedene Pulverdaten zu speichern, so dass selbst komplexe Rezepturen förderbar sind.

Halle 7, Stand 209

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