Niet alle bulkmaterialen zijn even lastig uit een silo te verwijderen. Sommige stromen eruit met minimale tussenkomst. Anderen vereisen dagenlang hameren, snijden en uitgraven. Begrijpen waarom materialen verschillen wat betreft hun reinigingsmoeilijkheden is de eerste stap in de richting van het ontwerpen van effectieve reinigingsstrategieën en het selecteren van geschikte interventiemethoden.
Dit artikel biedt een praktische referentiegids voor de materiaaleigenschappen die de moeilijkheidsgraad van het reinigen bepalen. Er wordt uitgelegd hoe elke woning het accumulatiegedrag en de schoonmaakvereisten beïnvloedt. Het biedt eenvoudige tests die fabrieksingenieurs kunnen uitvoeren om hun materialen te karakteriseren. En het biedt richtlijnen voor het afstemmen van reinigingsmethoden op materiaaleigenschappen.
Deeltjesgrootte en -verdeling
De deeltjesgrootte is de meest zichtbare materiaaleigenschap en heeft een direct effect op de moeilijkheidsgraad van het reinigen.
Grove materialen, met deeltjes groter dan ongeveer vijf millimeter, zijn over het algemeen gemakkelijker schoon te maken dan fijne materialen. De deeltjes hebben minder oppervlakte per massa-eenheid, wat betekent dat er minder ruimte beschikbaar is voor adhesiekrachten. Het is ook minder waarschijnlijk dat ze samenhangende bogen vormen. Mechanische bogen kunnen optreden wanneer grote deeltjes in elkaar grijpen, maar deze zijn meestal gemakkelijker te breken dan samenhangende bogen in fijne materialen.
Fijne materialen, met deeltjes kleiner dan honderd micron, zijn aanzienlijk moeilijker schoon te maken. Door het hoge oppervlak per massa-eenheid kunnen sterke Van der Waals-krachten en elektrostatische aantrekkingen ontstaan. Fijne materialen consolideren onder druk en worden na verloop van tijd sterker. Ze vormen dichte, harde afzettingen die bestand zijn tegen mechanische verstoring.
De deeltjesgrootteverdeling, en niet alleen de gemiddelde grootte, is ook van belang. Materialen met een brede grootteverdeling, dat wil zeggen een mengsel van grote en kleine deeltjes, zijn vaak lastiger schoon te maken dan materialen met een smalle verdeling. De kleine deeltjes vullen de ruimtes tussen de grote deeltjes, waardoor een dichte pakking ontstaat die zeer samenhangend is.
Voor een praktische beoordeling van de deeltjesgrootte is geen laboratoriumapparatuur vereist. Een eenvoudige zeefanalyse met behulp van standaardschermen levert bruikbare gegevens op. Voor de meeste fabrieksingenieurs is het relevante onderscheid of het materiaal grof genoeg is om met eenvoudig gereedschap te worden gehanteerd, of fijn genoeg om aangedreven apparatuur of waterstralen te vereisen.
Vochtgehalte
Vocht is de belangrijkste factor bij het reinigen van de meeste bulkmaterialen. Een materiaal dat droog en vrij vloeiend is, kan plakkerig en onbeweeglijk worden als het vocht toeneemt.
De werking van vocht is afhankelijk van het materiaal. Voor veel poeders is er een kritisch vochtgehalte waarboven de stroming onbetrouwbaar wordt. Beneden dit niveau gedraagt het materiaal zich als een vrij stromende vaste stof. Daarboven ontwikkelt het materiaal een cohesiesterkte die toeneemt met vocht. Het kritische vochtniveau varieert sterk. Cement kan effecten vertonen bij een vochtgehalte van slechts één procent. Andere materialen kunnen tien procent of meer verdragen voordat ze problematisch worden.
Vocht heeft ook een secundaire invloed op de reiniging. Wanneer water wordt toegevoegd om een verstopping te verwijderen, hetzij door waterstralen of door condensatie, kan het resterende materiaal uitharden of hard worden. Cement en kalk zijn klassieke voorbeelden waarbij het toevoegen van water het probleem eerder verergert dan verergert.
Het meten van het vochtgehalte vereist eenvoudige apparatuur. Een vochtmeter of een laboratoriumoven kunnen kwantitatieve gegevens opleveren. Zelfs een kwalitatieve beoordeling, zoals het uitknijpen van een handvol materiaal en het observeren of het bij elkaar blijft, levert nuttige informatie op voor beslissingen over schoonmaakstrategieën.
Voor faciliteiten waar vochtgevoelige materialen worden verwerkt, is het beheersen van vocht vaak effectiever dan het beheersen van de schoonmaak. Verbeterde dakafdichtingen, betere inlaat- en uitlaatafdichtingen en geconditioneerde lucht kunnen het binnendringen van vocht verminderen en de schoonmaakfrequentie verminderen.
Cohesie en rusthoek
Cohesie is de interne sterkte van een bulkmateriaal. Materialen met een hoge cohesie blijven aan elkaar plakken en zijn bestand tegen vloeien. Materialen met een lage cohesie vloeien gemakkelijk.
Cohesie hangt vaak samen met de deeltjesgrootte en het vochtgehalte, maar is een aparte eigenschap. Sommige fijne, droge materialen hebben een lage cohesie en vloeien vrij. Anderen hebben, zelfs als ze droog zijn, een hoge cohesie vanwege de deeltjesvorm of elektrostatische effecten.
De rusthoek is een praktische indicator van cohesie. Dit is de maximale hoek waaronder een stapel materiaal kan worden gestapeld voordat deze instort. Materialen met lage rusthoeken, minder dan dertig graden, hebben een lage cohesie en vloeien gemakkelijk. Materialen met grote rusthoeken, meer dan vijfenveertig graden, hebben een hoge cohesie en zijn moeilijk te vloeien.
Het meten van de rusthoek vereist eenvoudigweg het gieten van materiaal op een vlak oppervlak en het meten van de hoek van de resulterende kegel. Deze test kan worden uitgevoerd met een klein monster in het fabriekslaboratorium of zelfs in de onderhoudswerkplaats.
Materialen met een hoge cohesie vereisen agressievere reinigingsmethoden. Eenvoudige trillingen of stangen zijn mogelijk niet voldoende. Mogelijk zijn aangedreven sloophamers, waterstralen of op afstand bediende sloopapparatuur nodig. Materialen met een lage cohesie kunnen vaak worden verwijderd door trillingen of stangen.
Hardheid en abrasiviteit
Hardheid is de weerstand van het materiaal tegen mechanische verstoring. Harde materialen zijn moeilijk te breken. Zachte materialen zijn gemakkelijk te breken.
De hardheid wordt significant wanneer materiaal zich heeft geconsolideerd in harde afzettingen. Cementafzettingen kunnen een hardheid bereiken die vergelijkbaar is met die van beton. Bepaalde chemische tussenproducten kunnen extreem harde korsten vormen die bestand zijn tegen mechanische brekers.
Schuurvermogen houdt verband met hardheid, maar verwijst naar het effect van het materiaal op apparatuur. Schurende materialen verslijten de punten van de brekers, snijgereedschappen en silovoeringen. Een hoge abrasiviteit verhoogt de reinigingskosten en de schade aan de silo.
Voor het testen van de hardheid is geen gespecialiseerde apparatuur vereist. Een eenvoudige krastest, vergelijkbaar met het testen van de hardheid van mineralen, kan een ruwe schatting opleveren. Materialen waar je met een zakmes krassen op kunt maken, zijn zacht. Materialen die het mes bot maken, zijn hard. Materialen die helemaal niet bekrast kunnen worden, zijn erg hard en vereisen speciale apparatuur om ze te verwijderen.
Harde materialen vereisen vaak waterstralen als primaire verwijderingsmethode. Waterjetting snijdt door harde afzettingen zonder de slijtage die mechanische brekers ervaren. De waterdruk moet aangepast zijn aan de hardheid van het materiaal. Zachtere materialen kunnen door overmatige druk beschadigd raken.
Stroomfunctie en samendrukbaarheid
De vloeifunctie is de relatie tussen de spanning die op een materiaal wordt uitgeoefend en zijn vermogen om te vloeien. Het is de meest complete karakterisering van stromingsgedrag, maar er zijn laboratoriumtests voor nodig om dit nauwkeurig te kunnen bepalen.
Voor praktische doeleinden dient samendrukbaarheid als proxy voor de stromingsfunctie. Samendrukbaarheid is de volumevermindering die optreedt wanneer een materiaal aan druk wordt onderworpen. Materialen met een hoge samendrukbaarheid zijn doorgaans moeilijk te vloeien omdat de deeltjes stevig consolideren.
Een eenvoudige samendrukbaarheidstest omvat het plaatsen van een materiaalmonster in een maatcilinder, het toepassen van een bekend gewicht en het meten van de volumereductie. De volumereductie als percentage van het oorspronkelijke volume is de samendrukbaarheid. Materialen met een samendrukbaarheid van meer dan dertig procent worden als zeer samendrukbaar en moeilijk te vloeien beschouwd.
Sterk samendrukbare materialen vereisen zorgvuldige aandacht voor het siloontwerp en de reinigingsfrequentie. Ze zijn gevoelig voor consolidatie tijdens opslag en vereisen mogelijk vaker reiniging dan minder samendrukbare materialen. Stroomhulpmiddelen zoals luchtkanonnen of fluïdisatoren zijn vaak gunstig voor samendrukbare materialen.
Temperatuurgevoeligheid
Temperatuur beïnvloedt zowel de materiaaleigenschappen als het reinigingsproces. Sommige materialen worden gemakkelijker te hanteren bij verhitting. Anderen worden moeilijker.
Materialen die door hitte zacht worden, zoals bepaalde harsen of asfaltsoorten, kunnen bij verhitting moeilijker schoon te maken zijn omdat ze plakkeriger worden. Materialen die bij hitte uitzetten, kunnen minder dicht worden en gemakkelijker stromen. Het effect van temperatuur is materiaalspecifiek en moet per situatie worden bepaald.
Temperatuur heeft ook invloed op de veiligheid. Silo's die hete materialen bevatten, zoals vliegas van energiecentrales, vormen thermische gevaren voor werknemers en apparatuur. Het reinigen van hete silo’s vereist extra veiligheidsmaatregelen.
De praktische implicatie van temperatuurgevoeligheid is dat de reinigingsstrategie mogelijk moet variëren afhankelijk van de temperatuur. Een methode die werkt bij omgevingstemperatuur kan mislukken bij verhoogde temperatuur. Voorzieningen die temperatuurgevoelige materialen verwerken, moeten bij hun schoonmaakplanning rekening houden met de temperatuur.
Chemische eigenschappen
De chemische eigenschappen van het materiaal beïnvloeden zowel het vloeigedrag als de veiligheid van reinigingswerkzaamheden.
Materialen die reageren met water, zoals cement, kalk of sommige chemische katalysatoren, worden moeilijker schoon te maken als er vocht in komt. Waterstralen, dat voor veel materialen effectief is, is voor deze materialen niet geschikt. Mechanische verwijdering heeft de voorkeur.
Materialen die corrosief zijn, vereisen een speciale behandeling. Zure of basische materialen kunnen apparatuur beschadigen en werknemers schaden. Reinigingsapparatuur die voor corrosieve materialen wordt gebruikt, moet van compatibele materialen zijn gemaakt en vereist mogelijk speciale reinigingsprocedures.
Materialen die giftig of gevaarlijk zijn, vereisen strikte veiligheidsprocedures. De reinigingsmethode moet het ontstaan en de blootstelling aan stof voorkomen. Op afstand bediende apparatuur heeft vaak de voorkeur voor gevaarlijke materialen om de blootstelling van het personeel tot een minimum te beperken.
Het begrijpen van de chemische eigenschappen van het materiaal is essentieel voor het selecteren van veilige reinigingsmethoden. Het veiligheidsinformatieblad bevat deze informatie en moet vóór elke reinigingsoperatie worden doorgenomen.
Praktische beoordelingsmethoden
Fabrieksingenieurs kunnen hun materialen beoordelen met behulp van eenvoudige, goedkope methoden die nuttige informatie opleveren voor de schoonmaakplanning.
De handvol test is de eenvoudigste beoordeling. Neem een handvol materiaal en knijp het uit. Als het uit elkaar valt wanneer het wordt losgelaten, heeft het een lage cohesie. Als het in een brok bij elkaar blijft, heeft het een hoge cohesie. De handvoltest geeft ook het vochtgehalte aan. Als het materiaal vocht op de hand achterlaat, is het nat.
De paaltest levert gegevens over de storthoek op. Giet het materiaal op een vlak oppervlak en meet de hoek van de stapel. Een lage hoek duidt op een goede stroming. Een hoge hoek duidt op een slechte stroming.
De krastest geeft de hardheid aan. Probeer het materiaal te krassen met een zakmes. Als het gemakkelijk krast, is het zacht. Als het bestand is tegen krassen, is het moeilijk. Als het niet kan worden bekrast, is het erg moeilijk.
De watertest geeft gevoeligheid voor vocht aan. Voeg een kleine hoeveelheid water toe aan een monster. Als het materiaal hard wordt of uithardt, is waterstralen niet geschikt. Als het materiaal los blijft, kan waterstralen effectief zijn.
De zettingstest geeft de samendrukbaarheid aan. Vul een doorzichtige container met materiaal, oefen druk uit en meet de volumereductie. Een hoge volumereductie duidt op een hoge samendrukbaarheid en stromingsproblemen.
Deze tests zijn niet nauwkeurig. Ze vervangen laboratoriumtests niet. Maar ze bieden nuttige richtlijnen voor de keuze van de reinigingsmethode en zijn gratis verkrijgbaar.
Eigenschappen afstemmen op reinigingsmethoden
De onderstaande richtlijnen bieden een raamwerk voor het afstemmen van materiaaleigenschappen op reinigingsmethoden.
Droge materialen met een lage cohesie, grote deeltjes en een laag vochtgehalte zijn het gemakkelijkst schoon te maken. Trillingen of stangen zijn meestal voldoende. Als schoonmaken überhaupt nodig is, kan dit met eenvoudig gereedschap worden gedaan.
Droge, fijne materialen met een laag vochtgehalte maar kleine deeltjes kunnen nog steeds moeilijk zijn vanwege cohesiekrachten. Luchtkanonnen of fluïdisatoren zijn vaak effectief. Bij hardnekkige verstoppingen kan op afstand bediende apparatuur nodig zijn.
Natte materialen met een hoog vochtgehalte zijn mechanisch moeilijk schoon te maken, omdat het materiaal aan gereedschappen en apparatuur blijft plakken. Waterstralen kan effectief zijn, maar alleen als het materiaal niet reageert met water. Voor watergevoelige materialen is mechanische verwijdering met zorgvuldige vochtbeheersing vereist.
Geharde materialen met een hoge hardheid vereisen krachtige methoden. Op afstand bediende sloopapparatuur met hydraulische sloophamers heeft de voorkeur. Waterstralen onder hoge druk kan ook effectief zijn. Handmatige invoer met handgereedschap is niet geschikt voor geharde materialen.
Schurende materialen vereisen duurzame apparatuur. Slijppunten en snijgereedschappen slijten snel. Onderhoud van apparatuur is essentieel. Waterstralen, waarbij geen slijtdelen in contact komen met het materiaal, kan de voorkeur verdienen.
Gevaarlijke materialen vereisen methoden op afstand. Het binnendringen van personeel moet worden vermeden. Op afstand bediende apparatuur, die op de juiste manier wordt onderhouden en bediend, is de standaardaanpak.
Materiaalbeoordeling gebruiken bij preventieve planning
Materiële beoordeling is geen eenmalige activiteit. Materiaaleigenschappen veranderen met de inkoop-, verwerkings- en opslagomstandigheden. Regelmatige evaluatie zorgt ervoor dat de reinigingsmethoden geschikt blijven.
Wanneer een nieuwe materiaalbron wordt geïntroduceerd, voer dan de eenvoudige tests uit die in dit artikel worden beschreven. Vergelijk de resultaten met eerdere materialen. Als het nieuwe materiaal aanzienlijk anders is, pas dan de reinigingsfrequentie en -methoden aan.
Wanneer seizoensveranderingen het vochtgehalte beïnvloeden, pas dan de reinigingsprocedures aan. Materialen die in de zomer droog zijn, kunnen in de winter nat zijn. Het schoonmaakplan moet rekening houden met deze seizoensvariaties.
Wanneer de opslagduur van het materiaal verandert, moet u de eigenschappen ervan opnieuw beoordelen. Materialen die langer worden bewaard, kunnen moeilijker en moeilijker te reinigen worden. Als de opslagduur langer wordt, moet de reiniging mogelijk agressiever worden.
Documenteer de resultaten van materiaalbeoordelingen. Houd een register bij van de materiaaleigenschappen voor elke silo en elk materiaaltype. Gebruik dit overzicht als leidraad voor schoonmaakbeslissingen en om trends te identificeren die kunnen duiden op zich ontwikkelende problemen.
Conclusie
Materiaaleigenschappen bepalen de moeilijkheidsgraad van het reinigen. Door deze eigenschappen te begrijpen, kunnen fabrieksingenieurs de juiste reinigingsmethoden selecteren, de reinigingstijd en -kosten inschatten en preventief onderhoud plannen.
De eenvoudige beoordelingsmethoden die in dit artikel worden beschreven, zijn beschikbaar voor elke fabrieksingenieur zonder gespecialiseerde apparatuur. De handvoltest, de paaltest, de krastest, de watertest en de zettingstest bieden praktische informatie die richting geeft aan schoonmaakbeslissingen.
De belangrijkste eigenschap van de meeste materialen is het vochtgehalte. Droge materialen stromen gemakkelijker dan natte materialen. Het beheersen van vocht is vaak de meest effectieve preventieve maatregel. Voor materialen die niet vochtregulerend zijn, moeten reinigingsmethoden worden geselecteerd op basis van hun andere eigenschappen.
Deeltjesgrootte, cohesie, hardheid, samendrukbaarheid, temperatuurgevoeligheid en chemische eigenschappen hebben allemaal invloed op de moeilijkheidsgraad van het reinigen. Het afstemmen van de reinigingsmethode op deze eigenschappen vergroot de kans op succes en vermindert de tijd en kosten van het reinigen.
Fabrieksingenieurs die hun materialen begrijpen, nemen betere schoonmaakbeslissingen. Ze maken schoon wanneer dat nodig is, niet volgens een vast schema. Ze selecteren methoden die werken, niet methoden die beschikbaar zijn. En ze voorkomen problemen door te anticiperen op de manier waarop materiaaleigenschappen de prestaties van de silo beïnvloeden.
