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Energieverbrauch Energieeinsparungen bei der Klassierung mineralischer Füllstoffe

| Autor / Redakteur: Dr. Steffen Sander, Daniel Droop / Sabine Mühlenkamp

Nicht immer ist es einfach, das richtige Schräubchen für das Drehen an der Energieeffizienz zu finden. Bei der Entwicklung eines neuen Sichters setzte man dafür auf die Kombination aus alternierender CFD-Simulation, Konstruktion und Kostenoptimierung. Das Ergebnis ist ein um ein Viertel gesenkter spezifischer Energieverbrauch.

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Der neue Sichter für mineralische Füllstoffe wurde gleich im Betrieb getestet.
Der neue Sichter für mineralische Füllstoffe wurde gleich im Betrieb getestet.
(Bild: Hosokawa )

Für die Herstellung mineralischer Füllstoffe, insbesondere von gemahlenem Kalziumkarbonat (GCC), kommen seit längerer Zeit Kugelmahl-Sichtkreisläufe zum Einsatz. Wie in vielen Industriebereichen besteht auch hier die Tendenz zu immer feineren Produkten. Diese werden in großen Mengen beispielsweise als Füllstoffe in Kunststoffen oder Bestandteile von Farben, Lacken sowie Coatings eingesetzt. Allen Anwendungen gemein ist, dass gesteigerte Qualitätsstandards meist nur mit feineren Füllstoffen erreicht werden. Häufig liegen daher die geforderten Partikelgrößen im Oberkorn (x97) bei 8 bis 25 µm. Gleichzeitig stellen die Betreiber angesichts hoher Investitionssummen steigende Anforderungen an die Anlageneffizienz (Zeit-/Materialeffizienz), die Anlagenausnutzung sowie an die spezifischen Betriebskosten (Euro/Tonne). Dabei bedingen die meist hohen Anlagendurchsätze, dass in besonderer Weise die spezifischen Energieverbräuche über den wirtschaftlichen Betrieb entscheiden.

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Für das Vermahlen von natürlichem Kalziumkarbonat (GCC) haben sich Kugelmühlen bewährt. Sie arbeiten effizient bis zu Feinheiten von größer 5 µm (x97). Zudem besitzen sie ein breites Arbeitsfenster und zeichnen sich durch Robustheit, geringen Instandhaltungsaufwand und einen einfachen Betrieb aus. Da diese Mühlen einen hohen Energieverbrauch aufweisen (60-70 % des Gesamtverbrauchs des Mahlkreislaufs), müssen alle weiteren Aggregate so betrieben werden, dass die Kugelmühle optimal arbeitet. Die weiteren 30-40 % werden daher durch den pneumatischen Transport sowie den Sichter und den Filter hervorgerufen. Diese Prozesse führen zu hohem Druckverlust und damit einem hohem Energieverbrauch am Gebläse. In den Anlagen werden üblicherweise hohe installierte Gebläseleistungen bevorzugt, um hohe Umläufe zu realisieren. Wie Betriebserfahrungen und Simulationen zeigen, führt dies bei hoher Auslastung der Anlagen zum geringsten spezifischen Gesamtenergieverbrauch.

Allerdings führte eine breit angelegte Untersuchung der Betriebsdaten in Mahlanlagen zur Herstellung von GCC zu der Erkenntnis, dass diesbezüglich ein großes Verbesserungspotenzial im Bereich der Sichtung besteht. Neben den Antrieben für die Sichträder spielt vor allem der Druckverlust über den Sichter eine besondere Rolle.

Speziell für die Herstellung von Füllstoffen im Feinheitsbereich von x97 = 8...45 µm wurde daher von Hosokawa Alpine ein neuer Sichter entwickelt, der mit geringen Druckverlusten auskommt.

Die Vorgaben für die Entwicklung im Einzelnen waren:

  • Feingutmassenstrom: 7…25 t/h
  • Luftvolumenstrom: 40 000-60 000 m3/h
  • Sichtradantrieb: <132 kW
  • Druckverlust Gesamtanlage: ≤1600 daPa
  • robuste Bauweise

Entwicklung eines Prototyps

Der Prototyp des Sichters wurde in einer industriell nutzbaren Baugröße entworfen. Dessen weiterentwickeltes Sichtrad der Baugröße 1250 arbeitet nach dem patentierten Alpine NG-Sichtradprinzip, was momentan das wohl energiesparendste Sichtradkonzept überhaupt ist. Für die Maschinenentwicklung wurden unterschiedliche Konzepte mithilfe einer CFD-Simulation hinsichtlich des Druckverlusts miteinander verglichen und Kosten-Nutzen-Optimierungen durchgeführt. Obwohl die Lagerung der Maschine deutlich ertüchtigt wurde, konnten bewährte Guss-Gehäuseteile aus der MS-Sichterbaureihe verwendet werden.

Neben der Robustheit war den Entwicklern vor allem die Verringerung der Komplexität und der Stückkosten wichtig. Der Schwerpunkt bei der Neugestaltung des Sichters lag jedoch auf der Optimierung der Produktführung im Sichter, mit dem Ziel hohe Durchsätze betriebssicher verarbeiten zu können.

Überprüfung in der Praxis

Bei einem Betreiber einer Mahlanlage für GCC-Produkte bestand die Möglichkeit zum Test des Sichters unter realen Bedingungen. Im Fokus standen dabei zwei verschiedene GCC-Produkte (Produkteigenschaften siehe Kasten):

Dabei wurden beispielsweise für das Produkt mit xF97 = 25 µm Feingutauszüge von über 26 t/h erreicht. Bei einem Luftvolumenstrom von 60.000 m3/h wurde dabei ein Druckverlust über den Sichter von lediglich 36 mbar gemessen. Der spezifische Energieverbrauch des Sichterantriebs lag mit 13 kWh/t mehr als 25 % unter dem der in der Anlage installierten Sichter.

Zusammenfassung: Der neu entwickelte Sichter ACP zielt auf mittlere Feinheiten und hohe Durchsätze. Weitere Charakteristika sind geringe Druckverluste und eine geringe Sichterantriebsleistung. Daneben zeichnet er sich durch einen guten Feingutauszug und Topcut aus. Die Marktfreigabe für ACP 1250 wurde im Dezember 2017 erteilt, jetzt wird an der Erweiterung der Baureihe mit ACP 1000 und ACP 800 gearbeitet.

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