Wählen Sie die beste Technologie für den Transfer von entwässertem Kuchen

Das Bewegen von entwässertem Kuchen kann eine große Herausforderung sein und mit der Zeit ziemlich frustrierend sein. Exzenterschneckenpumpen (PC) pumpen seit über 70 Jahren entwässerten Kuchen, aber wie schlagen sich PC-Pumpen im Vergleich zu anderen heute verwendeten Methoden? Hier finden Sie weitere Untersuchungen zu diesem Thema, die sich auf die Vor- und Nachteile einer bestimmten Installation konzentrieren.

Die meisten Prozesse, die mit der Entwässerung von Schlamm enden, erfordern eine Methode, um das entwässerte Material zu einem bereitstehenden LKW, einem Trockenbett, einer Verbrennungsanlage oder einem Trockner zu transportieren. Um dies zu erreichen, muss ein System zum Transport des Kuchens von Punkt A nach Punkt B verwendet werden, das normalerweise in zwei Gruppen unterteilt ist: Pumpen und Förderbänder.

Die beiden Gruppen können weiter in die Hauptprodukte jeder Kategorie unterteilt werden:

Es gibt Unterschiede in den beiden Gruppen – Vorteile zwischen der Pumpengruppe gegenüber der Fördergruppe, Vorteile zwischen PC-Pumpen gegenüber Kolbenpumpen und schließlich, was PC-Hersteller voneinander unterscheidet.

Bei der Betrachtung der beiden Gruppen fallen Unterschiede hinsichtlich Kosten und Platzbedarf auf. Die Produkte innerhalb jeder Gruppe sind unterschiedlich, aber einige Merkmale stechen hervor.

Die gebräuchlichsten Fördersysteme in Kuchenanlagen erfordern geringe Winkel für Höhenänderungen oder zumindest ununterbrochene Läufe, um an ihr Ziel zu gelangen. Dies führt zu einer erheblichen Bodenfläche entweder für den Förderer selbst oder für die Stützkonstruktion, um das Gerät vom Boden abzuheben. Wenn ein großer Höhenunterschied erforderlich ist, benötigen Förderbänder dafür große Entfernungen.

Pumpen verwenden Rohrleitungen, die am Ende der Pumpe austreten und bei Bedarf vollständig vertikal verlegt werden können. Aus diesem Grund können Rohre über Kopf verlegt werden, wodurch Platz auf dem Boden für andere Geräte oder Bewegungen in der Umgebung frei bleibt. Pumpen benötigen nur so viel Platz wie die Pumpengrundfläche.

Je nach Konstruktion verfügen Förderbänder über völlig offene oder teilweise offene Bereiche, die das Entweichen von Gerüchen ermöglichen. Diese Offenheit führt oft auch zu erhöhten Anforderungen an die Haushaltsführung. Kuchen in einem überfüllten Schneckensystem kann unter dünnen Abdeckungen hervortreten. Bei Bandförderern ist es konstruktionsbedingt erforderlich, dass sich das Band während der gesamten Förderstrecke auf den Kopf stellt, wodurch jeglicher Inhalt verschüttet wird, der nicht am Auswurf heruntergefallen ist.

Pumpen verwenden abgedichtete Rohrleitungssysteme, wodurch Probleme im Hinblick auf Sauberkeit und Geruch vermieden werden können.

Die Kosten des Systems können je nach Gesamtreisestrecke, Höhenunterschieden und ausgewähltem Produkttyp variieren. Einfache kurze Strecken ohne Kurven (weniger als 20 Fuß) sind mit Förderbändern manchmal wirtschaftlicher.

Bei größeren Systemen kann ein Pumpensystem wirtschaftlicher sein, insbesondere beim Heben und Wenden, da ein Fördersystem immer dann ein neues Antriebssystem erfordert, wenn eine Richtungsänderung erforderlich ist. Die Pumpenpreisgestaltung ist grundlegend und bietet die Möglichkeit, einen Preis pro Gallone festzulegen. Ein Förderband erhöht den Preis mit der Länge.

Für Benutzer, die mehrere Abgabepunkte benötigen, können beide Systeme dies mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad und unterschiedlichen Kosten realisieren. Bei einer Pumpe werden Ventile in Verbindung mit Rohrleitungen verwendet, um wählbare Abgabepunkte zu ermöglichen. Bei einem Förderer kommen entweder mehrere Förderer zum Einsatz oder es kann ein reversierbarer Förderer mit Abwurfstellen eingesetzt werden.

Jede Option sollte für die jeweilige Situation bewertet werden, um die wirtschaftlichste Installation zu ermitteln.

Einige Entwässerungsanlagen können zeitweise geringere Feststoffkonzentrationen des Produkts ausstoßen oder verfügen sogar über Reinigungszyklen, die eine große Flüssigkeitsmenge ausstoßen.

Wenn dieses Szenario Teil des Betriebs ist, kann ein Förderband diese Art von Produkt nicht transportieren und muss über Vorkehrungen zum Abfluss aus dem Gerät verfügen. Pumpen zur Förderung von Kuchen können diese Flüssigkeiten mit niedrigerer Viskosität bewegen und eignen sich daher für Systeme, die sowohl Kuchen als auch Medien mit niedrigerer Viskosität austragen.

Die Effizienz hängt davon ab, welche Distanz zurückgelegt werden muss und bei Förderbändern von der Anzahl der Richtungsänderungen. Im Allgemeinen ist eine kurze, einzelne Förderstrecke effizienter als jeder Pumpentyp. Wenn eine längere Laufzeit oder zusätzliche Motoren erforderlich sind, wird die PC-Pumpe mindestens genauso effizient, wenn nicht sogar effizienter.

Genau wie bei den Pumpen gegenüber den Förderbändern gibt es auch bei der Betrachtung der verschiedenen Pumpentypen einige deutliche Unterschiede. Bei beiden Pumpentypen handelt es sich um Verdrängerpumpen, d. h. bei jeder Umdrehung oder jedem Hub wird eine bestimmte Produktmenge gefördert. Dies ist die einzige wirkliche Gemeinsamkeit dieser beiden Pumpen.

Bei den Kosten variieren die beiden Pumpentypen am stärksten. Wenn der Druckbedarf steigt, ist für eine Kolbenpumpe möglicherweise nur ein größerer Motor erforderlich. Bei einer PC-Pumpe muss die Länge des Pumpelements (Stufen) vergrößert werden, um einem Druckanstieg Rechnung zu tragen.

Während dies wie ein Nachteil für die PC-Pumpe erscheinen mag, sind die PC-Pumpen mit dem höchsten Druck drei- bis fünfmal günstiger als die entsprechenden Kolbenpumpen. Es ist möglich, eine PC-Pumpe mit integriertem Trichter zu geringeren Kosten als das Netzteil einer Kolbenpumpe zu installieren.

Die typische Kolbenpumpe ist mit einem Doppelschnecken-Einfülltrichter (TSF) ausgestattet, der das entwässerte Material der Pumpe zuführt – beide Geräteteile werden hydraulisch betrieben. Daher ist ein Netzteil oder eine Hydraulikeinheit erforderlich, die sich in unmittelbarer Nähe der Pumpe/TSF-Einheit befinden muss. Es gibt also drei Geräte, die Platz auf dem Boden beanspruchen. Die PC-Pumpe nutzt einen in die Pumpenelemente integrierten Einfülltrichter, was die Installation, den Betrieb und die Wartung vereinfacht und Platz spart.

Kolbenpumpen sind seit jeher für ihre Hochdruckfähigkeiten bekannt, die die von Standard-PC-Pumpen übertreffen. Wenn der Förderdruck in der Vergangenheit über 600 Pfund pro Quadratzoll (psi) lag, war eine Kolbenpumpe die einzige Wahl. PC-Pumpen konnten dem entgegenwirken, indem sie einen Grenzschichtinjektionsaufbau (BLI) verwendeten. Dabei wurde Polymer (oder ein anderes Schmiermittel) um die Innenseite des Rohrs gespritzt, um die Reibung und damit den Druckbedarf zu verringern. Dies war in vielen Fällen effektiv, bei extrem langen Rohrleitungen jedoch nicht praktikabel.

Um die Druckverhältnisse auszugleichen, kann die Lufteinblasung am Pumpenauslass genutzt werden. Dieses System injiziert Luft und drückt Kuchenpfropfen mit viel geringerem Druck, aber viel größeren Entfernungen. Die Kombination aus BLI und Luftinjektion ermöglicht Pumpentfernungen von 3.280 Fuß bei reduziertem Druck an der Pumpe und in den Rohrleitungen. Diese Leistungsreduzierung ermöglicht den Einsatz kleinerer Pumpen, senkt den Stromverbrauch und ermöglicht in manchen Fällen den Einsatz von Kunststoffrohren.

Wie bereits erwähnt, sind Kolbenpumpen möglicherweise nicht so effizient wie PC-Pumpen. Das Hydrauliksystem der Kolbenpumpe nimmt elektrische Energie (Motor) auf, entwickelt über eine Pumpe Hydraulikdruck und liefert dann die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit an die Pumpe, um mechanische Arbeit zu verrichten. Die PC-Pumpe nutzt elektrische Energie entweder direkt für mechanische Arbeit oder über ein Getriebe, das als Drehmomentvervielfacher für mechanische Arbeit fungiert.

Berücksichtigt man diese eine Komponente, die nicht Teil der PC-Pumpe ist – den Hydraulikmotor –, ergibt sich ein Leistungsverlust von 15 %, der hauptsächlich auf Wärme zurückzuführen ist.

Die meisten modernen Kolbenpumpen in Entwässerungsanwendungen verwenden zwei Kolben. Zwei Kolben tragen dazu bei, Pulsationen und Druckspitzen zu minimieren, können diese jedoch nicht vollständig beseitigen. Bei kontinuierlicher Zufuhr laufen die Kolben nicht, sodass ein Kolben in das Rohr drückt, während der andere sich füllt. Dieses Szenario führt jedes Mal, wenn ein Kolben evakuiert wird, zu vorübergehenden Druckspitzen von bis zu 75 psi, was zu Rohrbewegungen und allgemeiner Ermüdung der Rohrleitungen und Zubehörteile führt. PC-Pumpen bilden Hohlräume, in denen das Material bewegt wird. Während sich ein Hohlraum schließt, öffnet sich ein anderer, wodurch eine lineare Entladung ohne Druckspitzen oder Rohrerschütterungen erfolgt.

Kolbenpumpen erfordern eine kontinuierliche Wartung, um die Dichtungen sauber und ohne Schäden oder Leckagen zu halten. Hydraulikleitungen weisen Undichtigkeiten auf und müssen nachgezogen oder ausgetauscht werden. Auch Hydraulikflüssigkeit und Filter müssen in regelmäßigen Abständen gewechselt werden. Die PC-Pumpe wird elektrisch angetrieben und muss alle sechs bis zwölf Monate regelmäßig gewartet werden, um das Getriebeöl zu prüfen.

Hydraulikaggregate enthalten große Mengen Hydrauliköl, das regelmäßig gewechselt und ordnungsgemäß entsorgt werden sollte. Öllecks treten typischerweise im Bereich von Armaturen auf und können im Normalbetrieb zu Umweltproblemen führen. PC-Pumpen werden elektrisch angetrieben und haben diese Probleme nicht.

Kolbenpumpen können laut sein, da der Kolbenzyklus und die Hydraulikaggregate unter Druck stehende Flüssigkeit fördern. In manchen Fällen ist je nach Installation ein Gehörschutz erforderlich. PC-Pumpen sind leise und erzeugen ein leises Heulen des Motors, wenn zur Steuerung ein Frequenzumrichter (VFD) verwendet wird.

Exzenterschneckenpumpe vs. Exzenterschneckenpumpe

Obwohl es stimmt, dass Exzenterschneckenpumpen auf den ersten Blick ähnlich aussehen, gibt es Unterschiede in der Art und Weise, wie der entwässerte Kuchen den Pumpelementen zugeführt wird.

Viele PC-Pumpenhersteller verfügen über ein offenes Trichterdesign mit einer Förderschnecke, die die Pumpelemente versorgt. Diese Konstruktion gilt im Allgemeinen nicht als eigenständige Kuchenpumpe, es sei denn, sie ist unter einem Trichter mit lebendem Boden montiert, sodass der Kuchen ohne Brückenbildung zu den Pumpelementen gefördert werden kann.

Um Brückenbildung zu verhindern, wenn Kuchen frei in den Pumpentrichter fällt, rüsten Hersteller Pumpen mit nahezu vertikalen Seitenwänden, größeren Förderschnecken und in manchen Fällen einer Vorrichtung zum Brechen von Brücken aus. Eine größere Schnecke und nahezu vertikale Seitenwände ermöglichen das Pumpen von Kuchen mit geringem Feststoffgehalt, sind jedoch nicht ideal für Kuchen mit einer Feststoffkonzentration von mehr als 20 % bis 22 %.

Bei höheren Konzentrationen verfügen die Hersteller über eine Brückenbrechervorrichtung, die sich im Einlass des Trichters befindet und verhindert, dass das Produkt Brücken über die Schnecke bildet. Dieses Design funktioniert gut, erfordert jedoch ein oder zwei weitere Laufwerke, was die Kosten erhöht und die Effizienz verringert.

Im Laufe der Jahre wurden weitere Konstruktionen entwickelt, beispielsweise eine Option mit einem Doppelschneckenförderer (TSF) zur Speisung der Pumpe. Es wurde eine konzentrisch rotierende integrierte Schnecke entwickelt; andere Schneckensysteme werden exzentrisch angetrieben. Durch den konzentrischen Betrieb der Schnecke mit vertikalen Seitenwänden wird der Bereich entlang der Seite der Schnecke eliminiert, in dem sich Kuchen bilden und schließlich eine Brücke über die Schnecke bilden kann.

Der maximale Druck, den eine PC-Pumpe ohne Hilfsmittel bewältigen kann, beträgt normalerweise 600 psi, was einer Rohrlänge von etwa 300 Fuß entspricht. Durch die Verwendung eines BLI-Aufbaus, bei dem Polymer (oder ein anderes Schmiermittel) um die Innenseite des Rohrs gespritzt wird, um die Reibung zu verringern, kann die effektive Länge des Rohrs verdoppelt oder der Druck halbiert werden.

Der Einsatz von Luftinjektion bringt dies auf die nächste Stufe. Die Kombination aus BLI und Luftinjektion ermöglicht Pumpentfernungen von 3.280 Fuß bei reduziertem Druck an der Pumpe und in den Rohrleitungen. Diese Leistungsreduzierung ermöglicht den Einsatz kleinerer Pumpen, senkt den Stromverbrauch und ermöglicht in manchen Fällen den Einsatz von Kunststoffrohren. Dadurch bleiben die Installationskosten und die laufende Wartung gering.

Pumpen mit integriertem Trichter haben einen ähnlichen Platzbedarf, mit Ausnahme von Einheiten, die über einen separaten Doppelschneckenförderer (TSF) verfügen. Bei Verwendung des TSF ist mehr Stellfläche erforderlich, es sei denn, das Gerät kann über der Pumpe montiert werden.

Bei Pumpen mit integriertem Trichter liegt der Kostenaufwand unter Berücksichtigung geringfügiger Abweichungen im Design innerhalb eines bestimmten Prozentsatzes. Die Ausnahme bildet wiederum die Doppelschnecken-Förderpumpe, die tendenziell doppelt so viel kostet wie eine Standard-Trichterpumpe, da zwei Ausrüstungsteile statt einer vorhanden sind.

Die Füllstandskontrolle erfolgt typischerweise über Wägezellen oder ein einzelnes Messgerät im Trichter. Diese Methoden waren problematisch, da Wägezellen nur einen kleinen Bruchteil des Gewichts im Vergleich zum Gesamtgewicht der Einheit messen und komplexe Grundplatten und komplexe Aufbauten erfordern. Einstufige Geräte erfordern eine Produktmenge oberhalb der Pumpe, um eine gleichmäßige Geschwindigkeitsregelung zu ermöglichen, was zu Brückenbildung führen kann. Sie neigen auch dazu, durch Feuchtigkeit und Produktansammlungen zu verstopfen, wenn sie im oder über dem Einfülltrichter positioniert werden.

Benutzer können die Implementierung eines Laser-Nivelliersystems in Betracht ziehen, das drei Laser verwendet, zwei zur Erkennung der Abwesenheit und Anwesenheit von Produkten und der dritte zur Füllstandsmessung. Der Füllstandmesssensor ist außen am Trichter angebracht. Dies ermöglicht eine Messung von der Seite, um Ablagerungen und Feuchtigkeit zu vermeiden, erhöht die Genauigkeit und sorgt für Redundanz.

Mark Yingling ist Direktor für Produkt- und Marktmanagement bei SEEPEX, Inc. Er hat einen Bachelor of Science in Umweltwissenschaften von der University of Cincinnati und verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Mühlen- und Exzenterschneckenpumpenindustrie. Er ist unter [email protected] erreichbar. Weitere Informationen finden Sie unter www.seepex.com.