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Partikelgrößenmessung Partikelgrößenmessung im Prozess spart Zeit und Energie

Redakteur: Wolfgang Ernhofer

Die Probenahme ist der wichtigste Teil einer Online-Messung für die Partikelgrößenbestimmung von trockenen Pulvern während des laufenden Herstellungsprozesses. Die richtige Menge und die saubere Entnahme der Probe ermöglichen eine Online-Erfassung der Partikelgrößenverteilung in Echtzeit und geben dem Techniker schnell Aufschluss über die Auswirkungen von Prozessänderungen auf das fertige Produkt.

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Funktionsweise des Optisizer Partikelgrößenmesssensor
Funktionsweise des Optisizer Partikelgrößenmesssensor
(Bild: Hosokawa)

Die Zerkleinerung von Materialien verbraucht viel Energie: für die Mahlung, für die Sichtung und für den pneumatischen Transport des Materials innerhalb der Anlage. Grundsätzlich gilt: Mit zunehmender Feinheit des Produkts verringert sich die Produktionsleistung der Anlage und erhöht sich gleichzeitig der spezifische Energieeinsatz. Bei abrasiven Produkten erhöht sich außerdem der Verschleiß. Es ist daher unwirtschaftlich ein Pulver feiner zu mahlen als es vom Abnehmer eigentlich verlangt wird.

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Bisher werden viele Anlagen für die Herstellung von Pulvern und Schüttgütern ohne integrierte Messung der erzielten Partikelverteilung gefahren. Mittels der Optisizer-Online-Partikelgrößenmessung lässt sich die Produktion laut Hosokawa sehr viel enger an die Produktvorgaben führen ohne dabei die Qualitätsvorgaben zu gefährden. Gleichzeitig lässt sich die Anlagenleistung erhöhen und der Energieeinsatz verringern.

Permanente Partikelgrößenmessung in den Produktionsprozess integrieren

Zur Einhaltung der Vorgaben war es bisher gängige Praxis, eine Mahl- und Sichtanlage mit großzügig bemessenen Betriebsparametern zu betrieben. Die Anlage wurde mit einer Sicherheitsmarge auf eine höhere Feinheit eingestellt, um bei den üblichen Schwankungen immer innerhalb des zulässigen Korridors zu liegen. Oder anders ausgedrückt: Das Produkt wurde zu fein gemahlen. Diese Vorgehensweise war auch der manuellen Stichprobenkontrolle geschuldet, deren Ergebnisse erst mit deutlichem Zeitversatz dem Anlagenführer vorliegen.

Mit einer permanenten, in den Produktionsprozessen, integrierten Partikelgrößenmessung liegen dem Anlagenführer und der Steuerung stets aktuelle Messwerte vor.

Die Integration des Optisizer-Systems in die Anlagensteuerung kann von einer einfachen Messwertanzeige bis hin zu einer automatischen Nachregelung von Betriebsparametern reichen.

Funktion der Online-Partikelgrößenmessung

Die Probe wird aus dem laufenden Produktstrom entnommen, durch eine Messzelle gefördert und dann wieder zurückgeführt. Das an den Partikeln gestreute Laserlicht wird vom Detektor erfasst und die so gewonnenen Daten werden an den Computer weitergeleitet, der die Partikelgröße berechnet. Dieser Vorgang geschieht in Echtzeit bei laufender Produktion, weshalb eine Anpassung der Produktqualität mit nur minimalem Produktausschuss möglich ist. Optional ist eine automatische Regelung individuell gewünschter Korngrößen möglich.

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Partikelgrößenmessung
Interview: „Der wichtigste Punkt ist die Probenahme“

Produktentwickler Dipl.-Ing. Hans Kaiser und Produktmanager Dipl.-Oec. Karl Kraus wissen, mit welchen Problemen Anwender bei der Partikelgrößenmessung zu kämpfen haben und berichten über die weitere Entwicklung der Optisizer bei Hosokawa Alpine.

Den Optisizer gibt es in drei Messbereichen. Lässt sich technisch am Partikelgrößenbereich noch etwas optimieren?

Kaiser: Bei den beiden Messbereichen von 0,5 bis 220 Mikron bzw. 1,2 bis 550 Mikron ist das Verhältnis von Brennweite und Detektor in Bezug auf die Auflösung optimiert. Deshalb sehen wir hier keine sinnvolle Optimierung. Bei dem Messbereich von 2,5 bis 1100 Mikron kann es mit einer veränderten Matrix sinnvoll sein, den Messbereich für einzelne Anwender geringfügig zu vergrößern.

Was kann gegen die häufigsten Anwenderprobleme bei der Partikelgrößenmessung unternommen werden?

Kaiser: Der wichtigste Punkt ist die Probenahme. Hier liefern wir aufgrund unseres Know-How als Anlagenbauer Rohrleitungsteile mit entsprechenden Einbauten, damit eine repräsentative bzw. pseudo-repräsentative Probenahme gewährleistet wird. Eine an die Bedingungen beim Kunden angepasste und optimierte Probenahme ist immer Bestandteil unseres Lieferumfangs. Eine weitere Diskussion ergibt sich bei der Vergleichbarkeit von Ergebnissen aus der Onlinemessung mittels Laser und den meist im Labor des Kunden vorhandenen Messgeräten für die Qualitätssicherung (Laser/Sedigraph/Sieb). Auch hier helfen wir mit unserem Wissen Korrelationen zu definieren.Häufig sind neben der Korngröße andere Produkteigenschaften für die Anwendung von Bedeutung. In Zusammenarbeit mit Anwendern lösen wir dann die teilweise recht komplexen Aufgaben, den Zusammenhang der verschiedenen Eigenschaften herauszufinden und zu beschreiben.

Wohin entwickelt sich die Online-Analytik, speziell die Partikelgrößenmessung?

Kraus: Ziel der Onlineanalytik soll die Sicherung der Prozessstabilität und somit der Produktqualität sein. Die Onlineanalytik soll in erster Linie das bessere Verständnis der Prozesse unterstützen und ermöglichen. Dies zu visualisieren und somit leicht verständlich für den Anwender darzustellen, ist uns sehr wichtig. Unter Verwendung anderer Prozessparameter ist somit eine Anlagendiagnostik mit entsprechenden Aktionen möglich.

Mit dem Wissen über die aktuelle Partikelgrößenverteilung hat der Anlagenbetreiber die Möglichkeit der gezielten Einflussnahme auf den Prozess, den er jetzt viel näher an die Vorgaben heranführen kann. Somit eröffnen sich neue Möglichkeiten der Leistungssteigerung und der Kostenreduktion.

Das Messgerät ermittelt per Laserbeugungsmethode mehrfach pro Sekunde die aktuelle Partikelverteilung im Materialstrom und zeichnet die Messwerte als fortlaufendes Diagramm auf. Im Vergleich dazu ist eine manuelle Stichprobe nur eine Momentaufnahme die zu Fehlschlüssen führen kann. Den Optisizer-Partikelmesssensor gibt es in drei Messbereichen, die sich insgesamt über den Partikelgrößenbereich ab 0,5 μm bis 1100 μm erstreckt. Das System eignet sich für eine Vielzahl an Stoffen, und kann sowohl für kleine Laboranlagen wie auch bei Produktionsanlagen mit einem Rohrquerschnitt von bis zu 80 cm verwendet werde. Die Nachrüstung mit dem Gerät bei bestehenden Anlagen ist möglich.

Eine Online-Partikelgrößenmessung ist kein Ersatz für eine Qualitätskontrolle durch ein Labor, welche auch weiterhin erforderlich ist. Aber die Installation des Geräts bei Anwendern hat gezeigt, dass die Online-Partikelgrößenmessung mit einem Laserbeugungssystem im Labor gut zueinander korrespondieren und sich damit ergänzen.

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