Warum sollte man Sichtprozesse simulieren?
Sichtanlagen existieren in einer Vielzahl von Ausführungen. In Abhängigkeit des zu sichteten Materials bzw. der nach dem Sichtprozess angestrebten Schüttgutfraktionen, ist neben der Art des Sichters, auch stets die Wahl der Prozessparameter von entscheidender Bedeutung.
Hierbei sind u.a. die zugeführte Menge an Schüttgut und die vorherrschenden Druckbedingungen besonders relevant. Die Drücke die zum Betrieb des Sichters verwendet werden und die sich daraus ergebenden Strömungsbedingungen, entscheiden maßgeblich über die Qualität der Sichtung. Dabei ist die ausschließliche Betrachtung der Gas- oder Fluidströmung allein nicht ausreichend, da starke Wechselwirkungen mit dem Schüttgut vorliegen.
Bisherige Simulationsmethoden, die primär auf Strömungssimulationen mittels CFD oder SPH beruhen, können diese Effekte nur teilweise abbilden und die Aussagekraft über die realen Mechanismen im Sichter ist beschränkt. Die Kopplung der Diskreten Elemente Methode (DEM) mit der CFD oder SPH bietet jedoch die Möglichkeit, die realen Wechselwirkungen abzubilden und somit ein tiefgehendes Verständnis zu generieren.
CFD: Computational Fluid Dynamics
SPH: Smoothed Particle Hydrodynamics
Simulation eines Windsichters
Was sind die Vorteile?
Im Gegensatz zur versuchsbasierten Einstellung von Prozessparametern, der erfahrungsbasierten oder rein auf Strömungssimulationen basierenden Konstruktion von Maschinen, bietet die Simulation u.a. folgende Vorteile:
- Prozesssimulation bei Berücksichtigung der realen Strömungs-Schüttgut-Wechselwirkungen
- digitale Ermittlung von u.a. Druckverhältnissen, max. Massenströmen und der Sichtqualität
- Konstruktive Optimierung ohne aufwändigen Prototypenbau
- Prozessverständnis ohne komplexe Messtechnik
- kein Verbrauch von Material
- Aufbau von Prozesswissen mit jeder weiteren Simulation
- Berechnung unabhängig von einer Tageszeit oder einem Wochentag möglich
Mit der Simulation können Kosten für Materialien, für die Umsetzung von Anlagen sowie den Testbetrieb eingespart werden, der Personal- und Energieaufwand deutlich verringert werden und die Maschinenstillstandszeiten auf ein Mindestmaß verringert werden.
Was ist mit der Simulation möglich?
Die Simulation von Sichtprozessen ermöglicht die Analyse des Bewegungsverhaltens der einzelnen Schüttgutfraktion in der Anlage, um somit z.B. kritische Bereiche mit Partikelansammlungen zu identifizieren und daraus Änderungen der Konstruktion oder der Prozessparameter abzuleiten.
Gerade in Sichtprozessen mit stark turbulenten Strömungen können Kollisionen zwischen Partikeln auftreten, welche wiederum zu einem Bruch und somit Verringerung der Partikelgröße führen können. Es können also Mahlvorgänge auftreten. In Abhängigkeit des verwendeten Schüttguts ist dies z.T. zwingend zu vermeiden, um z.B. im Vorprozess definiert erzeugte Partikelgeometrien beizubehalten.
Es können daher Bereiche, in denen Stöße zwischen den Partikel auftreten, identifiziert werden und zudem auch das Bruchverhalten abgebildet werden.
Strömungspfade des Schüttgut-Feinanteils
Volumetrische Auslastung des Windsichters
Durch die Analyse der volumetrischen Auslastung des Bereichs der Schüttgutzuführung sowie der beiden Auslassbereiche, kann die volumetrische Auslastung des Sichters bestimmt werden.
In Abhängigkeit der Partikelgrößenverteilung und der einzustellenden Schüttgutfraktionen kann bereits vor der Inbetriebnahme sichergestellt werden, dass die volumetrische Auslastung des Sichters lokal definierte Grenzwerte nicht überschreitet und die Betriebssicherheit garantiert ist.
Fazit
Durch die Simulation von Sichtprozessen mithilfe der Kopplung von Diskreter Elemente Methode und klassischer Strömungssimulation lassen sich also umfangreiche Analysen durchführen, die es ermöglichen den Bearbeitungsprozess schneller und umfangreicher zu verstehen, als es bisher mit versuchsbasierten, erfahrungsbasierten Ansätzen oder reinen Strömungssimulationen möglich war. Neben dem hier gezeigten, existieren unzählige weitere Möglichkeiten durch die Prozesssimulation.
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