Fließgerechte Silogestaltung

Auf der Grundlage der gemessenen Fließeigenschaften eines Schüttgutes lassen sich Silotrichter fließgerecht dimensionieren. Der erste Schritt hierzu ist die Festlegung des Fließprofiles. Man unterscheidet zwischen Massenfluß und Kernfluß.

Beim Massenfluß, welcher einen steilen Trichter erfordert, ist das gesamte im Silo befindliche Schüttgutvolumen gleichzeitig in Bewegung. Dies kann wie folgt gekennzeichnet werden:

• annähernde Kolbenströmung;
• weitgehend konstanter Auslaufmassenstrom;
• zuerst eingetragenes Schüttgut wird zuerst auch wieder ausgetragen (enge Verweilzeitverteilung);
• die Wandreibung wird voll mobilisiert;
• Entmischungen über dem Querschnitt werden beim Auslauf weitgehend rückgängig gemacht, während solche in axialer Richtung (Schichtung) nur schwer abgebaut werden;
• die Schüttgutoberfläche bleibt während des gesamten Austragvorganges relativ eben und ermöglicht so eine zuverlässige Füllstandsmessung z.B. mit Sonden.

Bei zu kleiner Auslauföffnung kommt es zur Brückenbildung.

Kernfluß gestattet die Verwendung relativ flacher Trichter. Dadurch fließt zunächst nur das Schüttgut aus einer zentralen Zone direkt über der Auslauföffnung aus. Danach rutschen die Randzonen in den sich bildenden Abflußtrichter. Weitere Merkmale sind:

• breite Verweilzeitverteilung (zeitweise Totzonen);
• keine Rückvermischung von Inhomogenitäten über dem Querschnitt, jedoch bedingte Rückvermischung axialer Inhomogenitäten;
• unebene Schüttgutoberfläche;
• infolge hoher örtlicher Geschwindigkeitsdifferenzen besteht bei feinkörnigen Schüttgütern die erhöhte Gefahr der Fluidisierung bzw. des Schießens.

Bei zu kleiner Auslauföffnung bildet sich über dieser ein stabiler Kamin aus.

Ob Massen- oder Kernfluß herrscht, kann man, wie schon angedeutet, durch die Wahl des Trichterneigungswinkels festlegen. JENIKE definierte hierfür ein Grenzkriterium. Der Grenzneigungswinkel zwischen den beiden Fließprofilen hängt vom Wandreibungswinkel PHI_W und vom effektiven Reibungswinkel PHI_e ab.
Zur Vermeidung der beiden Störfälle Brücken- oder Kaminbildung muß die Weite b_min der Auslauföffnung so groß gewählt werden, daß sich keine stabilen Brücken oder Schächte bilden können. Dies bedeutet, daß die in der Brücke oder im Schacht infolge der Gravitation herrschenden Spannungen größer sein müssen als die Schüttgutfestigkeit, welche durch die Fließfunktion SIGMA_c(SIGMA₁) bzw. die Zeitfließfunktions SIGMA_c,t(SIGMA₁) beschrieben wird. Anhand der Ergebnisse der Auslaufdimensionierung kann entschieden werden, ob und welche Austragsgeräte oder Austragshilfen zum Einsatz kommen.

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