Passen Sie Ihren Separator für ein optimales Materialmuster an

Jul 09, 2023

Jeff Dierig, globaler Marketingmanager, SWECO | 19. August 2021

Ein standardmäßiger runder Vibrationsabscheider verwendet ein montiertes Vibrationssiebgewebe, das in Rahmen eingeschlossen ist, als Medium, auf dem die Partikelgrößenbestimmung oder Flüssigkeits-/Feststofftrennung erfolgt. Die Vibration des Separators wird einem Bewegungsgenerator zugeschrieben, der aus einem Doppelwellenmotor mit exzentrischen Gewichten an der Ober- und Unterseite des vertikal montierten Motors besteht. Von oben gesehen dreht sich der Motor gegen den Uhrzeigersinn. Wenn sich der Motor dreht, erzeugen die Gewichte eine radiale Zentrifugalkraft, die die gefederte Maschine zum Vibrieren bringt.

Abbildung 1

Das Obergewicht verfügt über eine einstellbare Kraftabgabe und eine feste Position auf der Motorwelle. Das untere Gewicht verfügt ebenfalls über eine einstellbare Kraftabgabe, verfügt jedoch über eine variable Winkelausrichtung im Verhältnis zum oberen Gewicht.

Es gibt drei unabhängige Variablen oder Einstellungen für einen Vibrationsabscheider: Oberkraft, Unterkraft und Steigungswinkel. Durch Anpassen dieser Variablen werden die horizontale Amplitude, die vertikale Amplitude und der Phasenwinkel geändert. Die oberen und unteren Gewichte gleiten von der Motorwelle weg und näher an sie heran, um die horizontale (oben) und vertikale (unten) Amplitude anzupassen (siehe Abbildung 2). Der untere Gewichtssatz kann im Verhältnis zu den statischen oberen Gewichten um die Motorwelle gedreht werden, um den Steigungswinkel zu erzeugen. Durch Ändern dieser Variablen kann ein Benutzer das Materialmuster auf dem Bildschirm anpassen, um seinen Prozess zu optimieren.

Figur 2

Die oberen Gewichte des Exzentermotors wurden so konstruiert, dass sie sich im Schwerpunkt (CG) des Separators befinden. Im Schwerpunkt wirkende Kräfte bewirken eine gleichmäßige ebene Bewegung der Masse. In diesem Fall erzeugt die im Schwerpunkt rotierende Spitzengewichtskraft eine horizontale Radialbewegung der Maschine. Daher ändert sich die horizontale Amplitude, wenn die Einstellungen für das Obergewicht erhöht oder verringert werden. Eine Erhöhung der oberen Gewichtseinstellung führt zu einer größeren horizontalen Amplitude, während eine Verringerung der Gewichtseinstellung zu einer geringeren horizontalen Amplitude führt.

Die unteren Gewichte des Exzentermotors liegen direkt unter den oberen Gewichten und somit unter dem Schwerpunkt des Separators. Das untere Gewicht erzeugt ein Drehmoment um den Schwerpunkt und erzeugt eine vertikale Bewegung, wenn die Maschine von der vertikalen Achse kippt. Wie bei den oberen Gewichtseinstellungen führt eine Erhöhung der unteren Gewichtseinstellung zu einer größeren vertikalen Amplitude und eine Verringerung der Gewichtseinstellung zu einer geringeren.

Bei Vibrationsabscheidern ist der Steigungswinkel definiert als der Winkel gegen den Uhrzeigersinn (CCW) zwischen dem oberen und unteren Gewicht, von oben gesehen. Wenn die Gewichte vertikal ausgerichtet sind, ergibt sich ein Steigungswinkel von null Grad. Wenn das untere Gewicht 120° gegen den Uhrzeigersinn vom oberen Gewicht entfernt ist und sich der Motor im Uhrzeigersinn dreht, eilt das untere Gewicht dem oberen Gewicht voraus. Dies bedeutet, dass die maximale vertikale Bewegung, die durch das untere Gewicht erzeugt wird, 120° Motordrehung vor der maximalen horizontalen Bewegung erfolgt, die durch das obere Gewicht erzeugt wird.

Während die oberen und unteren Gewichte (horizontale und vertikale Amplituden) das Materialflussmuster auf dem Sieb beeinflussen können, ist der Steigungswinkel der Steuerparameter, der einem runden Vibrationsabscheider eine beispiellose Funktionalität verleiht, indem er das Materialflussmuster im Abscheider steuert.

Nachdem wir nun ein grundlegendes Verständnis der Eingabeparameter der Maschine haben – Obergewicht, Untergewicht und Steigungswinkel – können wir diskutieren, wie sich die Unterschiede dieser Parameter auf den Materialfluss im Abscheider auswirken können.

Figur 3

Die meisten Vibrations-Rundabscheider-Gewichtssysteme verfügen über Steigungswinkel in Fünf-Grad-Schritten zwischen 0 und 355° (siehe Abbildung 3). Auch wenn es Fälle gibt, in denen ein höherer Steigungswinkel angemessen wäre, fallen fast alle Anwendungen in den Steigungswinkelbereich von 0° und 90°. Wenn wir diesen Bereich in drei Unterbereiche aufteilen würden (niedrig = 0–30°; mittel = 30–60°; hoch = 60–90°), könnten wir sagen, dass die meisten Anwendungen im mittleren Bereich liegen würden 30-60°.

Bei einem Separator mit einem Steigungswinkel von 0° bewegt sich das Material, wenn es in der Mitte des Siebs zugeführt wird, von der Mitte radial über das Sieb zum Rahmen. Diese Einstellung führt bei den meisten Anwendungen zu einer unzureichenden Trennung und das Material wickelt sich normalerweise um den Rand des Siebs, ohne dass es vollständig entladen wird. Es gibt Anwendungen, bei denen diese Art der Einstellung sinnvoll wäre, aber es gibt nur wenige davon.

0° Voreilung – Material wird gerade geschleudert und sorgt für eine unzureichende Trennung

Durch die geringeren Steigungswinkel wird das Material von der Siebmitte radial zum Rahmen bewegt. Mit zunehmenden Steigungswinkeln beginnt das Material auf dem Sieb ein spiralförmiges Muster anzunehmen, wobei jede 5°-Inkrementierung einen ausgeprägteren Spiraleffekt erzeugt. Bei einem Steigungswinkel von 15° ist das Spiralmuster des Materials deutlich genug ausgeprägt, um auf dem Bildschirm erkennbar zu sein.

15° Steigung – Material beginnt sich zu spiralisieren

Während die unteren Steigungswinkel das Material radial von der Mitte zum Rand des Siebes bewegen, bewegen die mittleren Steigungswinkel das Material spiralförmig von der Mitte zum Rand. Dieses Spiralmuster maximiert die Verweildauer des Materials auf dem Bildschirm. In vielen Anwendungen ist dies ideal, denn je länger das Material auf der Siebgewebeoberfläche bleibt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die kleinere Fraktion durch das Sieb gelangt. Dadurch kann die Effizienz des Prozesses gesteigert werden. Ein Steigungswinkel von 30–35° sorgt für eine Bewegung, die ein maximal effizientes Siebmuster liefert und die Verweildauer des Materials auf dem Sieb maximiert.

35° Steigung – sorgt für ein maximal effizientes Abschirmmuster des Materials

Wenn der Steigungswinkel im mittleren Bereich zunimmt, nimmt die Spirale des Materials zusammen mit der Geschwindigkeit des Materialaustrags zu. Wenn jedoch die Steigungswinkel in den höheren Bereich zunehmen, tendiert das Material dazu, sich in sich selbst zu drehen und zurück zur Mitte des Siebes zu gelangen, was den Austrag des übergroßen Materials erschwert. Es gibt viele Anwendungen, die einen größeren Steigungswinkel erfordern. Bei einigen Vorsiebanwendungen, bei denen das Material länger auf dem Sieb gehalten werden muss, um sicherzustellen, dass das gesamte gute Material durchläuft und nicht mit dem groben Material ausgetragen wird, könnte ein Steigungswinkel im Bereich von 70–90° verwendet werden.

90°-Führung – verhindert, dass übergroßes Material ausgeworfen wird, und unterstützt den maximalen Durchsatz von Minusmaterial

Verschiedene Hersteller verwenden möglicherweise unterschiedliche Terminologie, wenn sie die Trennprozesse beschreiben. Aber egal welche Begriffe verwendet werden, die meisten Anwendungen fallen unter einen der vier primären Trennprozesse: Klassierung, Grobsiebung, Schwerkraftfilterung und Abwasserreinigung.

Bei der Größenbestimmung handelt es sich um die Aufteilung verschiedener Feststoffpartikel in separate Gruppen mit vergleichbaren Größen. Je nach Typ und Größe der Maschine können einige Separatoren bis zu fünf Fraktionen gleichzeitig produzieren.

Verschiedene Lebensmittel- und Chemieprodukte werden mithilfe von Vibrationsrundseparatoren klassiert. Die meisten Dimensionierungsanwendungen werden mit Steigungswinkeln von 30–60° abgedeckt. Typischerweise erfordert die Größenbestimmung, dass das Material so weit wie möglich auf dem Bildschirm verbleibt. Die Schaffung einer effizienten Spirale und die Erhöhung der Verweilzeit sorgen also für sauberere, effiziente Schnitte und maximieren den Durchsatz.

Es gibt jedoch Entstaubungsanwendungen, bei denen ein viel geringerer Steigungswinkel (0–10°) erforderlich wäre. Ein Produkt wie Hundefutter weist einen geringen Anteil an Feinanteilen und einen hohen Anteil an Überschüssen auf. Der Separator muss die Feinstoffe (Staub) entfernen und das gute Material (Hundefutter) schnell vom Sieb entfernen, um das höhere Futtervolumen bewältigen zu können. Der geringere Steigungswinkel ist ideal für eine Anwendung mit diesen Anforderungen.

Beim Scalping handelt es sich um die Entfernung einer kleinen Menge unerwünschter übergroßer Partikel in einem Hochdurchsatzverfahren. Typischerweise muss das Material länger auf dem Sieb gehalten werden, um sicherzustellen, dass das gesamte gute Material hindurchtritt und nicht mit dem groben Material ausgetragen wird. Wenn die Anwendung nur minimales Überkornmaterial aufweist, kann ein höherer Steigungswinkel (70–90°) verwendet werden, wenn das Überkorn nicht ausgetragen werden muss. Wenn das Material jedoch erheblich übergroß ist, sollte der Steigungswinkel etwas geringer sein (40–60°), damit das Material austreten kann.

Bei den meisten Scalping-Anwendungen wird der untere Rahmen zu einem sogenannten „Scalping-Rahmen“ umgebaut, um der großen Menge an feinem Material Rechnung zu tragen, die durch das Sieb geht und aus der Maschine austritt. Dieser sorgt für einen steil geneigten Austrag, um den Materialaustritt zu erleichtern Separator. Zusätzlich zum größeren Steigungswinkel sind aufgrund des zusätzlichen Gewichts des Vorziehrahmens größere horizontale und vertikale Amplituden erforderlich.

Bei vielen pulverförmigen Lebensmitteln und Getränken handelt es sich um typische Scalping-Anwendungen, bei denen ein größerer Steigungswinkel verwendet wird, um das Material länger auf dem Sieb zu halten als bei anderen Verfahren.

Bei der Schwerkraftfiltration oder Produktrückgewinnung handelt es sich um die Abtrennung übergroßer Feststoffe aus allen Arten von Schlämmen oder die Entwässerung von Feststoff-Flüssigkeits-Mischungen. Das Ziel besteht darin, die Flüssigkeit von den Feststoffen zu trennen, um alle verwendbaren Feststoffe oder Klärflüssigkeiten zurückzugewinnen, die jeweils einen weiteren wirtschaftlichen Wert haben.

Eine typische Anwendung, bei der die Schwerkraftfilterung zum Einsatz kommen kann, wären Fruchtsäfte oder andere Arten von Lebensmitteln. Erwägen Sie eine Orangensaftverarbeitungsanlage. Der Prozess würde die Entfernung verschiedener Feststoffe (Schalen und Fruchtfleisch) aus dem Endprodukt (Saft) vor den letzten Verarbeitungsstufen erfordern. Typische Steigungswinkel für eine solche Anwendung sowie für die meisten Nassanwendungen liegen zwischen 40 und 60°.

Unter Abwasserreinigung oder Wasserverschmutzungskontrolle versteht man die effiziente Rückgewinnung verwertbarer Feststoffe aus einem Abfallstrom oder die Reinigung eines Wasserstroms zum Zwecke der Wiederverwendung.

In den meisten, wenn nicht allen Lebensmittelverarbeitungsbetrieben gibt es einen Abfallstrom, der gereinigt werden muss. Beispielsweise müssen Konservenfabriken das Obst und Gemüse vor der endgültigen Verarbeitung reinigen. Dieses Waschwasser, das typischerweise einen hohen Anteil an Feststoffen enthält, wird entweder entsorgt oder wiederverwendet. Wenn das Wasser entsorgt werden soll, kann es nicht einfach in die Kanalisation geleitet werden. Es gäbe Umweltbedenken und Konsequenzen für die Regierung. Die im Wasser enthaltenen Feststoffe müssen vor der Entsorgung entfernt werden. Ebenso muss das Wasser, wenn es wiederverwendet werden soll, zunächst gereinigt werden. Aus diesem Grund nutzen die meisten Lebensmittelverarbeiter Vibrationsabscheider, um ihre Abfallströme zu reinigen. Und wie bei den meisten Nassanwendungen liegt der typische Steigungswinkel für Abwasserreinigungsanwendungen zwischen 40 und 60°.

Selbst wenn zwei Materialien von ähnlicher Natur sind, bedeutet dies nicht, dass die exakten Parametereinstellungen am Separator für beide Materialien verwendet werden. Nehmen wir zum Beispiel Zucker und Salz. Beide können in granulierter Form verarbeitet werden und haben ähnliche Attribute, was jedoch nicht bedeutet, dass ihre Trennzeicheneinstellungen identisch sind. Sogar das gleiche Material von verschiedenen Prozessoren könnte möglicherweise unterschiedliche Einstellungen verwenden, da die Eigenschaften der Materialien leicht unterschiedlich sein könnten, was dazu führen könnte, dass das Material auf dem Bildschirm anders reagiert. Jede Anwendung verfügt über ihre eigenen optimalen Einstellungen.

Da gleiche oder ähnliche Produkte dennoch sehr unterschiedlich sein können, empfiehlt es sich, vor dem Kauf eines Vibrationstrenngeräts den Hersteller Tests an Ihrem Material durchführen zu lassen, um sicherzustellen, dass das Trenngerät geeignet ist, und um die optimalen Einstellungen zu ermitteln Separator. Dies stellt sicher, dass Sie die richtige Ausrüstung auswählen und zeigt Ihnen die Einstellungen an, die die maximale Effizienz und den maximalen Durchsatz für das Material liefern.

Alle in diesem Artikel erwähnten Steigungswinkelreferenzen gingen von der Verwendung eines standardmäßigen runden Separators mit 1.200 U/min ohne Zusatzfunktionen aus. Wenn der Separator mit einem Selbstreinigungsset, einer Kugelwannenbaugruppe, Ultraschalltechnologie oder einer anderen Funktion ausgestattet wäre, könnte dies das Materialmuster auf dem Sieb verändern und somit eine Anpassung der Einstellungen zur Korrektur des Zusatzes erforderlich machen. Wenn der Separator eine Hochgeschwindigkeitseinheit mit 1.800 U/min wäre, könnte sich das Muster ebenfalls dramatisch verändern. Aufgrund der zusätzlichen Geschwindigkeit könnte eine Änderung des Steigungswinkels von 30° auf bis zu 90° erforderlich sein.

Es gibt viele Faktoren, die zu Anpassungen der Einstellungen eines Separators führen können. Das Finden der idealen Einstellungen ist jedoch von entscheidender Bedeutung, um Ihren Abscheider so zu qualifizieren, dass er bei jedem Prozess die optimale Durchflusskapazität und Effizienz erreicht.

Jeff Dierig ist Global Marketing Manager, SWECO (Florence, KY). Für weitere Informationen rufen Sie 859-727-5116 an oder besuchen Sie www.sweco.com.

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