Zur trennscharfen Feinstsichtung in Fliehkraft-Abweiseradsichtern

1-0: (1-0) Die Erzeugung und Bereitstellung feinkörnigster Feststoffe im Bereich um und unterhalb von einem Mikrometer nimmt in zunehmendem Maße an Bedeutung zu, da die Produkteigenschaften und die Produktqualitäten sehr eng mit den erreichbaren Partikelgrößenverteilungen verbunden sind. Wichtige Anwendungen finden feinste Feststoffe beispielsweise als Füllstoffe in Kunststoffen, deren Festigkeitseigenschaften sie wesentlich beeinflussen. Definiert hergestellte Pulver enger Partikelgrößenverteilungen eignen sich als Schleif- und Poliermittel, die u. a. immer mehr Bedeutung bei der modernen Computerchipherstellung bekommen. Bei der Pigment- und Farbstoffherstellung hat die Partikelgröße wesentlichen Einfluß auf die Farbe und die Farbintensität. Der Trend zur Nanotechnologie mit immer feiner strukturierten Oberflächen verlangt für Beschichtungsmaterialien und Zusatzstoffe von Lacken wachsende Anforderungen an die Feinheit der eingearbeiteten Feststoffe.

In der Regel reichen die technischen Möglichkeiten sowohl zur Größenreduktion durch Zerkleinerung als auch zum Partikelaufbau, z. B. beim Fällen aus Lösungen, selten alleine aus, um Pulver definierter Eigenschaften herzustellen.

Hier ist es, wie H. Rumpf /2/ es formuliert, die Aufgabe der Windsichtung, ein Pulver in Bestandteile bestimmter Korngröße oder bestimmter Kornverteilung zu zerlegen. Durch Windsichtung, d. h. durch Klassieren in Gas- Feststoff- Strömungen, wird ein in einer Gasströmung dispergierter Feststoff in mindestens zwei Fraktionen unterschiedlicher Partikelgrößenverteilungen getrennt. Die dabei wesentliche Einflußgröße ist die Sinkgeschwindigkeit der Partikel, die hauptsächlich von der Partikeldichte und -größe und von der beschleunigenden Kraft abhängt. Die Sinkgeschwindigkeit ist dabei die Partikelgeschwindigkeit relativ zur Gasgeschwindigkeit, bei Schwerkraftsichtern bildlich die Relativgeschwindigkeit von oben nach unten, bei Fliehkraftsichtern mit Wirbelströmungen die radiale Komponente der Relativgeschwindigkeit zur Gasbewegung.

Den Ausgangspunkt auf dem Weg zu hohen Feinheiten skizziert bereits A. Schaich /20/, indem er formulierte: “... beim Schwerkraftsichter setzt die stets konstante Anziehungskraft der Erde bald jedem Streben nach Aussichtung höchster Feinheiten ein Ende.“.

H. Rumpf /2/ hat richtungsweisend die Klassierung in einer freien Wirbelströmung untersucht und die Grundlage für das moderne Verständnis der Wirkungsweise der Fliehkraft-Gegenstrom-Sichter gelegt.

Die technische Lösung zur Herstellung von feinsten Pulvern durch Klassieren stellen heute Fliehkraft-Gegenstrom- Sichter dar, die in einer Wirbelströmung die Fliehkräfte nutzen, um bei höheren Feinheiten Trennungen zu realisieren. Die Wirbelströmung wird meist durch einen Rotor, das sogenannte Abweiserad, erzeugt und aufrechterhalten. Dabei wird der Rotor von außen nach innen durchströmt. Partikel, deren radiale Relativgeschwindigkeit zur Gasbewegung (Sinkgeschwindigkeit) in dem Fliehkraftfeld des Wirbels größer ist als die radial nach innen gerichtete Strömungsgeschwindigkeit, werden anschaulich gesprochen vom Rotor „abgewiesen“ - daher Abweiserad - und können als Grobgut abgeführt werden. Die Partikel mit kleineren radialen Relativgeschwindigkeiten werden von der Luft durch die Wirbelströmung nach innen transportiert und können als Feingut abgeschieden werden.

Partikel gleicher Dichte und Form können so nach der Größe getrennt werden, da dann die groben Partikel die höheren Sinkgeschwindigkeiten haben und der Klassierer „nach der Größe“ trennt.

Industriell eingesetzte Klassierer erreichen selten Trenngrenzen unterhalb von 1 µm. Ihnen gemein ist ein nicht zu vernachlässigender Anteil von ins Feingut ausgetragenen Partikeln, der größer als 4 µm ist. Ebenso läßt die Aussichtung der im Aufgabegut vorhandenen feinen Partikel oft zu wünschen übrig. Ein hoher Fehlaustrag von feinen Partikeln ins Grobgut ist in diesem Partikelgrößenbereich nicht ungewöhnlich.

Vorausgehende Arbeiten am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Umweltverfahrenstechnik der TU Clausthal zeigen die prinzipiellen Möglichkeiten, die konstruktiven Notwendigkeiten und die technische Realisierbarkeit von Klassierungen im Partikelgrößenbereich um und unterhalb von 1 µm /4/ /24/ /32/.

Unter den nach K. Leschonski /3//4/ zur Klassierung notwendigen Verfahrensschritten Dosieren, Dispergieren, Gutaufgabe, Klassieren und Abscheiden kommt dem aktiven Dispergieren in der Trennzone beim Klassieren eine wichtige Bedeutung zu, um Feingutfehlausträge zu vermeiden.

In dieser Arbeit wird eine Weiterentwicklung eines Feinstsichters auf Basis des von J. Galk /32/ beschriebenen Sichters vorgestellt. Der neu entwickelte Sichter ermöglicht Trennungen im Bereich um und unter einem Mikrometer bei Massenströmen von mehreren Kilogramm pro Stunde, die darüberhinaus eine hohe Trennschärfe besitzen. Es wird vorgestellt, wie der Fehlaustrag von Feingut ins Grobgut deutlich reduziert werden kann.