Pulver und Schüttgüter

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1 Dietmar Schulze Pulver und Schüttgüter Fließeigenschaften und Handhabung Mit 350 Abbildungen Springer

2 XI 1. Einführung Häufig auftretende Probleme mit Schüttgütern Meilensteine der Schüttguttechnik 4 2 Grundlagen Partikel oder Kontinuum? Kräfte und Spannungen Spannungsverhältnisse in Schüttgütern Einführung des Mohrschen Spannungskreises Berechnungen zum Mohrschen Spannungskreis Schüttgutdichte Elastische und plastische Verformung Haftkräfte Einfluss der Partikelgröße auf das Verhalten des Schüttgutes 32 3 Fließeigenschaften von Schüttgütern Einachsiger Druckversuch als Modell Verfestigung von Schüttgütern Zeitverfestigung Darstellung mit Spannungskreisen Kennzahlen zur Charakterisierung der Fließfähigkeit Prinzip der Messung mit Schergeräten Messprozedur Fließort und Fließeigenschaften Zeitverfestigung (Caking) Wandreibung Messprozedur für Wandfließorte Wandfließort und Wandreibungswinkel Zeitwandfließort, statische Wandreibung 75

3 XII 4 Praktisches Messen von Fließeigenschaften Messungen mit Schergeräten Messung von Fließorten mit dem Jenike-Schergerät Messung von Fließorten mit dem Ringschergerät Messung der Zeitverfestigung Messung der kinematischen Wandreibung Messung der statischen Wandreibung Abriebmessung Messung der Verdichtbarkeit Festlegen der Spannungen Fließorte (Fließfähigkeit) Zeitfließorte (Fließfähigkeit bei Zeitverfestigung) Wandfließorte (Wandreibung) Anwendungsbezogene Messung von Fließeigenschaften Vergleichsmessungen Verfahrenstechnische Siloauslegung Anmerkungen zum realen Verhalten von Schüttgütern Anisotropie und Einfluss der Verformung Spannungen Schüttgutdichte Druckfestigkeit (Schüttgutfestigkeit) Scherverformung, Scherzonen, Lokalisation Idealisierung: Einfaches Scheren und reines Scheren Scherzonen und Scherbänder Dilatanz Stationäres Fließen und Dilatanz beim Messen von Fließeigenschaften Fließorte Anscherpunkt, Abscherpunkte und Spannungskreise Zugfestigkeit und Kohäsion Verhalten bei sehr kleinen Spannungen Einfluss der Geschwindigkeit Überblick über Messverfahren und Messgeräte Einflüsse auf das Messergebnis Prozedur und Hauptspannungen Spannungen in der Messebene Anforderungen an Messgeräte für Fließeigenschaften Messverfahren (Übersicht) Trichter Böschungswinkel 176

4 XIII Lawinenbildung (Avalanching) Imse-Test Fließfähigkeitsindex nach Carr Rührer Verdichtbarkeitsmessung Cohesion Tester, Flowability Test Penetration Test Einachsiger Druckversuch Monoaxial Shear Test Powder Bed Tester mit Zugfestigkeitsmessung Einachsige Zugfestigkeitsmessung Zugfestigkeitsmessung mit Gasströmung Johanson Hang-up Indicizer, ähnliche Messprinzipien Quality Control Tester Zweiachsiger Druckversuch (Biaxial compression test) Jenike-Schergerät Torsionsschergeräte Ringschergeräte Bemerkungen zu Aussagekraft und Genauigkeit Messung von Haftkräften Zusammenfassung Spezielle Eigenschaften und Einflüsse auf das Fließverhalten Effekte beim Fließen von Schüttgütern Slip-Stick-Effekt durch Zeit- und Geschwindigkeitsabhängigkeit Wegabhängigkeit der Wandreibung Einflüsse auf das Fließverhalten Partikelgrößenverteilung Fließhilfsmittel Flüssigkeit, Feuchtigkeit Gasströmung Partikelform Beispiele gemessener Fließeigenschaften Fließhilfsmittel Feuchtigkeit Temperatur Zeitverfestigung Feinheit Abrieb Schüttgutdichte 247

5 XIV 8.8 Spannungsabhängigkeit des Wandreibungswinkels.' Wandreibungswinkel in Abhängigkeit vom Wandmaterial Spannungen im Schüttgut SpannungsVerhältnisse bei der Lagerung in Silos Horizontallastverhältnis Spannungsverläufe Berechnungsverfahren (Übersicht) Berechnung der Spannungen im Siloschaft Weitere Anwendungen der Janssen-Gleichung Schüttguteigenschaften zur Spannungsberechnung Abschätzung der Spannungen an der Auslauföffnung Spannungsberechnung für das Gesamtsystem Belastung von Austraggeräten Vertikalspannung an der Auslauföffnung Abschätzen von Abzugskräften Einflüsse auf die Spannungsverteilung Lokale Querschnittsänderungen Exzentrisches Entleeren Verfahrenstechnische Siloauslegung Fließprofile: Massenfluss und Kernfluss Probleme beim Lagern von Schüttgütern in Silos Das Auslegungsverfahren von Jenike Auslegung von Massenflusssilos Auslegung von Kernflusssilos Anwendungen der Ergebnisse der Siloauslegung Diagramme zur Siloauslegung Silogestaltung Einfluss der Fließeigenschaften auf die Silogestaltung Trichtergestaltung Trichterformen Übergänge und Wandgestaltung Mehrere Auslauföffnungen Sonderfälle: Unterschiedliche Wandneigungswinkel Einbauten Verdrängende Einbauten Trichterförmige Einbauten Rohrförmige Einbauten 335

6 XV 12 Schüttgutaustrag Freier Auslauf und maximaler Massenstrom Abschätzung des Auslaufmassenstroms grobkörniger Schüttgüter Auslaufmassenstrom feinkörniger Schüttgüter Austraghilfen Pneumatische Austraghilfen Mechanische Austraghilfen Einsatz von Austraghilfen Austraggeräte Regeln zur Gestaltung hinsichtlich Massenfluss Übersicht Einsatz von Austraghilfen und Austraggeräten Entmischung Entmischungsmechanismen Siebeffekt und andere Entmischungsmechanismen auf Böschungen Perkolation bei Verformung des Schüttgutes Flugbahn und Gasströmung Reduzieren der Entmischung beim Lagern von Schüttgütern Veränderung des Schüttgutes Optimieren von Einfüllprozessen Zusammenführen des entmischten Schüttgutes Probenahme Schlussfolgerungen Erschütterungen und Schwingungen in Silos Phänomen Erschütterungen als Ergebnis schlagartig bewegter Schüttgutmassen Schlagartiges und pulsierendes Fließen durch Slip-Stick Scherzonen im Silo Erschütterungen durch Slip-Stick-Reibung Scherzonen im fließenden Schüttgut Veränderliche tote Zonen (Kernfluss) Fließen an der Silowand Kombinationen verschiedener Mechanismen Erschütterungen durch andere Ursachen Große Massenströme bei kleinen Auslauföffnungen Zyklische Anregung durch das Austraggerät Zusammenbrechende Brücken und Schächte 432

7 XVI 14.7 Maßnahmen zur Reduzierung von Silobeben und Silohupen Verringerung der beschleunigten Masse Regelmäßiges Auslösen von kleinen Erschütterungen Erhöhung der Wandrauhigkeit im Siloschaft Vergleichmäßigung des Fließprofils Umwandeln von Kernfluss in Massenfluss Beispielaufgaben mit Lösungen Allgemeine Hinweise zu den Aufgaben Aufgaben und Lösungen 441 Aufgabe 1: Spannungen im Siloschaft 441 Aufgabe 2: Maximale Spannung im Massenflusssilo (Abrieb) 443 Aufgabe 3: Entleerungsrohr 444 Aufgabe 4: Abzugskraft 446 Aufgabe 5: Presse 447 Aufgabe 6: Spannungen bei Kombination von Behältern 449 Aufgabe 7: Spannungen in BigBags und gestapelten Säcken 451 Aufgabe 8: Auslaufmassenstrom 452 Aufgabe 9: Auswahl eines Wandmaterials für Massenfluss 453 Aufgabe 10: Auslegung eines Massenflusssilos 454 Aufgabe 11: Auslegung eines Kernflusssilos 458 Aufgabe 12: Auslegung eines Silos bei Zeitverfestigung 461 Symbolverzeichnis 467 Literaturverzeichnis 471 Sachverzeichnis 501