Rozwiązania filtracyjne do transportu pneumatycznego

Transport pneumatyczny stanowi ważny proces w wielu gałęziach przemysłu, m.in. w produkcji i transporcie tworzyw sztucznych, przetwórstwie i pakowaniu żywności oraz transporcie i przechowywaniu nasion rolniczych, by wymienić tylko kilka. Rozwiązania filtracyjne i wyciszające stanowią integralną część efektywnego systemu transportu pneumatycznego. Zakres obowiązków obejmuje ochronę urządzeń przemieszczających powietrze oraz wyciszanie hałasu emitowanego przez te urządzenia. Filtracja jest konieczna w celu oczyszczenia powietrza atmosferycznego, które dostaje się do procesu przez wlot dmuchawy/pompy oraz wszelkie zawory odpowietrzające i zawory bezpieczeństwa w systemie. W artykule omówiono proces transportu pneumatycznego oraz znaczenie filtracji w systemie.

Przezroczysty lej i rurociąg pozwalają na wizualną kontrolę prawidłowego działania pneumatycznego układu transportowego.

 

Czym jest system transportu pneumatycznego?

Transport pneumatyczny to proces, w którym do przemieszczania produktów sypkich, takich jak proszki, granulki i inne ciała stałe z punktu A do punktu B wewnątrz rurociągu lub przewodu rurowego wykorzystuje się powietrze. Skuteczny transport materiałów zależy od przepływu powietrza pomiędzy punktem początkowym i końcowym systemu. Przepływ uzyskuje się zazwyczaj za pomocą dmuchawy, sprężarki, wentylatora lub pompy próżniowej.

Projektanci i konstruktorzy systemów transportu pneumatycznego przy wyborze najodpowiedniejszego systemu transportu pneumatycznego biorą pod uwagę rodzaj transportowanego produktu.

W tym zakładzie formowania wtryskowego stosuje się pneumatyczny system transportu w celu rozładunku granulatu plastiku z wagonów kolejowych do silosów magazynowych i dystrybucyjnych.

 

Podstawowe rodzaje transportu

Najbardziej powszechnym typem układu transportu pneumatycznego jest układ fazy rozcieńczonej lub ubogiej, w którym przepływ powietrza można wytworzyć przy użyciu urządzeń ciśnieniowych lub próżniowych. W środowiskach ciśnieniowych ciśnienie robocze jest zazwyczaj niższe niż 1 bar(g), a systemy próżniowe zazwyczaj działają przy ciśnieniu około 500 mbar. W systemach tych wykorzystuje się duże prędkości w celu fluidyzacji produktu w strumieniu powietrza.

Transport pneumatyczny w fazie gęstej jest stosowany jako metoda przemieszczania ciężkich, kruchych lub ściernych materiałów z małą prędkością. Materiał przemieszcza się w zamkniętej rurze z niewielką prędkością. Dzięki temu możliwe jest zmniejszenie zużycia zarówno rurociągów, jak i transportowanych materiałów. Dlatego faza gęsta jest często wybieranym systemem, gdy materiały muszą być transportowane na duże odległości.

Transport pneumatyczny w fazie gęstej i rozcieńczonej jest wykorzystywany w rolnictwie do przemieszczania zbóż, kukurydzy i innych produktów do i z silosów magazynowych.

 

Prędkość saltacji

Wspólnym czynnikiem w procesie projektowania transportu pneumatycznego jest obliczenie prędkości saltacji. Prędkość saltacji to prędkość powietrza, poniżej której transportowane ciała stałe zaczynają osiadać na dnie poziomych odcinków rur. Informacje te są istotne przy wyborze właściwego typu sprzętu niezbędnego do prawidłowego funkcjonowania systemu transportu. Nieprawidłowy sprzęt do przemieszczania powietrza może spowodować uszkodzenie transportowanych produktów lub w ogóle uniemożliwić ich transport. W przypadku transportu materiałów stałych luzem, takich jak proszek lub granulat, minimalna prędkość transportu powietrza musi być WYŻSZA od prędkości saltacji.

 

Jakie rodzaje urządzeń do transportu powietrza są stosowane w transporcie pneumatycznym

W zastosowaniach transportu pneumatycznego stosuje się kilka rodzajów technologii przemieszczania powietrza; wybór należy do producenta systemu. W systemach transportu pod ciśnieniem dodatnim do urządzeń wymuszających ruch powietrza zalicza się:

 

W systemach transportu podciśnieniowego (próżniowego) do urządzeń przemieszczających powietrze zalicza się:

Urządzenia transportu pneumatycznego w zakładzie produkcji kawy. System wykorzystuje pompy próżniowe i dmuchawy PD do pchania i ciągnięcia materiałów.

 

Dlaczego filtracja jest potrzebna w transporcie pneumatycznym

Bez odpowiedniej filtracji pneumatyczny system transportu narażony jest na obniżenie wydajności sprzętu, w tym na awarię i zanieczyszczenie procesu, co może skutkować wzrostem kosztów eksploatacyjnych i odpadów.

Przestój procesu jest niepożądany i kosztowny. Częstym czynnikiem przyczyniającym się do przestojów w procesach jest awaria sprzętu spowodowana przedostaniem się zanieczyszczeń środowiskowych i materiałów procesowych do urządzeń przemieszczających powietrze. Można tego uniknąć wybierając odpowiednio dobrane rozwiązanie filtracyjne.

Filtry wlotowe i tłumiki filtrów odgrywają kluczową rolę w ochronie urządzeń tłoczących powietrze pod ciśnieniem dodatnim. Bez odpowiednio dobranego filtra istnieje ryzyko, że ciała obce, takie jak unoszące się w powietrzu kurz i cząsteczki, owady, zwierzęta lub elementy metalowe (nakrętki, śruby itp.) zostaną wciągnięte do urządzenia. Może to doprowadzić do awarii maszyny i przestoju systemu. Dodanie wysokiej jakości filtra do oczyszczania wlotowego powietrza atmosferycznego i ochrony dmuchawy, sprężarki lub wentylatora może zmniejszyć ryzyko przestojów. Gdy problemem jest hałas w otaczającym środowisku, tłumienie można zintegrować z filtrem w kompaktowym rozwiązaniu zwanym tłumikiem filtra wlotowego.

W zależności od warunków pracy i możliwości sprzętu można dobrać specjalny rodzaj materiału filtracyjnego, który spełni wymagania dotyczące wydajności i skuteczności usuwania. Na przykład w środowisku pakowania żywności może być wymagany filtr powietrza o wysokiej skuteczności (HEPA) klasy E12 w celu wychwytywania 99,97% cząstek o wielkości 0,3 mikrona lub większej. W tym scenariuszu dobór rozmiaru filtra ma kluczowe znaczenie, aby mieć pewność, że spadek ciśnienia na filtrze będzie miał nieistotny wpływ na wydajność urządzenia.

W kontekście przetwarzania/dostawy urządzeń do tłoczenia powietrza pod ciśnieniem dodatnim często zachodzi potrzeba stosowania rozwiązań filtracyjnych w zastosowaniach związanych z transportem pneumatycznym. Filtry typu inline chronią materiały przetwarzane przed cząsteczkami obcymi i gwarantują dostarczanie czystego powietrza. Również w tym przypadku dobór rozmiaru ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia optymalnej wydajności pracy urządzeń do przemieszczania powietrza. W przemyśle farmaceutycznym powszechnie stosuje się filtrację liniową ze względu na delikatną naturę transportowanego produktu. Jeśli produkt jest zanieczyszczony, koszty zmarnowanych zasobów mogą być bardzo wysokie. W wielu przypadkach wymagane będą wysokowydajne media filtracyjne, takie jak filtr powietrza o ultraniskiej zawartości cząstek (ULPA) klasy H14 ze względu na oferowane właściwości usuwania cząstek stałych, tj. 99,995% skuteczności usuwania cząstek o wielkości 0,1 mikrona.

Innym potencjalnym wyzwaniem, które należy wziąć pod uwagę, jest oddzielenie cieczy, które mogą znajdować się pomiędzy urządzeniami do przemieszczania powietrza a procesem. Niektóre technologie wykorzystują olej jako płyn smarujący, a w razie awarii olej może przedostać się do układu transportowego. Separator mgły olejowej może zagwarantować skuteczne usunięcie nadmiernej ilości oleju ze strumienia powietrza. Osiąga się to dzięki wielostopniowym rozwiązaniom separacyjnym, które obejmują szereg technologii mechanicznych, w tym przegrody, zmiany prędkości i kierunku, a także wysokowydajny pakiet koalescencyjny na ostatnim etapie z mgłą olejową.

W systemach transportu podciśnieniowego, rozwiązania filtracyjne służą jako ochrona pompy próżniowej. Właściwości i charakterystyka transportowanej substancji mają duży wpływ na wybór odpowiedniego typu obudowy filtra, materiałów konstrukcyjnych i mediów filtracyjnych niezbędnych do zoptymalizowania wydajności i trwałości (np. plastik, cement, popiół lotny, mąka, zboże itp.). Wybór najlepszego filtra do danego zadania jest ważny, a podczas przeglądania specyfikacji należy wziąć pod uwagę kilka czynników.

Dmuchawa PD z tłumikiem filtra wlotowego chroniąca aplikację transportu cementu.

Na przykład, jaka jest wielkość cząstek transportowanego produktu? Jeśli jest to produkt gruboziarnisty, taki jak granulat plastikowy, do tego zadania prawdopodobnie wystarczy przemysłowy materiał poliestrowy o wydajności 5 mikronów.

Jakie są ilości pyłu docierającego do filtra? W wielu systemach transportu pneumatycznego filtr może być narażony na znaczne ilości cząstek stałych. Jeśli ilość cząstek stałych jest ekstremalnie duża, filtry mogą bardzo szybko się zapychać, co prowadzi do nadmiernych odstępów między przeglądami i przestojów w procesie. W takich sytuacjach pojedynczy zespół filtrów głównych może szybko ulec przeciążeniu, co może prowadzić do dużych różnic ciśnień i obniżenia wydajności sprzętu, jeśli filtr nie jest prawidłowo konserwowany. Idealnym rozwiązaniem w tym przypadku jest wielostopniowy system z filtrem wstępnego oczyszczania, który zatrzymuje większość pyłu, a następnie filtrem cząstek stałych. Mechaniczny filtr wstępny, taki jak seria SM Spinmeister® produkowana przez firmę Solberg, wykorzystuje wirnik do odśrodkowego oddzielania cząstek o wielkości 15 mikronów i większych od strumienia powietrza. Wstępny filtr Spinmeister® usuwa większość kurzu i cząstek, dzięki czemu filtr główny może działać dłużej, wydłużając tym samym okresy między przeglądami.

Innym rozwiązaniem specjalistycznym jest samoczyszczący system filtracji, taki jak seria filtrów RST z przedmuchem wstecznym, opracowana przez Solberg. System z przedmuchem wstecznym wykorzystuje sprężone powietrze do oczyszczenia elementu filtrującego z nagromadzonych pyłów, dzięki czemu jest samoczyszczącym systemem filtracji. Obie opcje pomagają wydłużyć żywotność filtra głównego, a tym samym zmniejszyć częstotliwość serwisowania i konserwacji. Rezultatem jest maksymalny czas sprawności procesu.

Seria filtrów ST zabezpiecza pneumatyczny system transportu materiałów pochodzących z recyklingu w zakładzie wytłaczania tworzyw sztucznych.

W zastosowaniach wymagających wysokiej temperatury, w których strumień gazu ma temperaturę ponad 100°C, materiał filtracyjny należy dostosować do środowiska pracy. W zależności od wymagań dotyczących efektywności filtracji można dobrać odpowiedni materiał filtracyjny dedykowany do wysokich temperatur, aby zapewnić długą żywotność. Do wyboru są m.in. włókna aramidowe, włókno szklane i pleciona stal nierdzewna.

Jeśli w aplikacji występuje wilgoć, wielostopniowy zespół separatora cieczy/filtra próżniowego jest zaprojektowany tak, aby sprostać wyzwaniom związanym z procesem. Większość technologii pomp próżniowych nie działa dobrze w przypadku zanieczyszczenia cieczą, dlatego ważna jest właściwa filtracja i separacja.

Jeśli ciecz zawiera silne substancje chemiczne lub substancje żrące, materiały konstrukcyjne filtra i elementu filtrującego muszą być odporne. Materiały odpowiednie do środowisk korozyjnych obejmują stal nierdzewną, aluminium lub tworzywa sztuczne w przypadku obudów oraz różnorodne materiały syntetyczne lub metalowe w przypadku elementów filtrujących. Aby zwiększyć odporność na korozję, na obudowy metalowe można nakładać specjalistyczne powłoki, takie jak PTFE lub wielowarstwowe kombinacje podkładów i farb.

W niektórych technologiach pomp próżniowych, na przykład w pompach łopatkowych, śrubowych, tłokowych i z pierścieniem cieczowym, jako płyn smarujący stosuje się olej. W trudnych warunkach pracy pompa próżniowa może odprowadzać do środowiska pracy mgłę olejową i dym. Chociaż większość systemów pomp próżniowych uszczelnionych olejem jest wyposażona w separator powietrza/oleju, czasami konieczne jest zastosowanie dodatkowego filtra w celu utrzymania środowiska pracy w czystości i bez mgły olejowej. Zewnętrzny eliminator mgły olejowej, zawierający wkład z włókna szklanego, będzie zatrzymywał emisję mgły olejowej ze sprzętu z elementami wirującymi. Dzięki skuteczności usuwania zanieczyszczeń na poziomie 99,97% przy wielkości cząstek 0,3 mikrona, operatorzy w zakładzie mają zapewnione o wiele czystsze środowisko pracy.

Innym obszarem, w którym filtracja ma znaczenie w pneumatycznym systemie transportowym, są zawory napowietrzające i odpowietrzające. W momencie uruchomienia zaworu upustowego podciśnienia do układu przedostaje się powietrze, które może wprowadzić zanieczyszczenia do strumienia powietrza procesowego. Dodanie filtra w punkcie wlotu powietrza zapewnia ochronę urządzeń przemieszczających powietrze i pomaga zachować integralność produktu w przypadku projektów systemów push-pull. Tłumik z filtrem jest popularnym wyborem, ponieważ jego funkcje pomagają zmniejszyć hałas emitowany przez układ, który jest powodowany przez powietrze przepływające przez otwór zaworu. Bez tłumika hałas może mieć wysokie tony i być nieprzyjemny dla ludzkiego ucha.

Filtry odpowietrzające silosy stanowią istotną część systemu. Ich zadaniem jest oczyszczenie powietrza wylotowego z silosu, które zawiera cząsteczki produktu wdmuchiwanego do silosu. Odpowiednio dobrany filtr powietrza lub zespół filtra-tłumika pomoże zminimalizować emisję produktu do środowiska. Podobnie jak w przypadku wszystkich opisanych filtrów, rozmiar jest kluczowym czynnikiem gwarantującym minimalne ograniczenia dla sprzętu, który ma chronić.

 

Jak proces wpływa na wydajność filtra? 

Wszystkie filtry wymagają okresowej konserwacji. Brak regularnych kontroli może doprowadzić do zatkania filtra zanieczyszczeniami, co może prowadzić do nadmiernego spadku ciśnienia i obniżenia wydajności systemu. Różne rodzaje mediów filtracyjnych mogą wymagać odmiennej obsługi. Niektóre z nich są projektowane jako jednorazowego użytku, jak np. większość papierowych elementów filtrujących. Niektóre nośniki syntetyczne, np. poliester, można czyścić poprzez pranie, szczotkowanie lub odkurzanie w celu usunięcia nagromadzonego pyłu. Ważne jest wdrożenie harmonogramu konserwacji zapobiegawczej w celu zapewnienia maksymalnego czasu sprawności procesu.

 

Specjalne uwagi

Certyfikacja ATEX jest często wymagana w zastosowaniach związanych z transportem pneumatycznym. Jest to norma Unii Europejskiej, której celem jest ograniczenie do minimum ryzyka wybuchu związanego z urządzeniami pracującymi w potencjalnie wybuchowych środowiskach gazowych lub pyłowych. Zespoły filtrów mogą wymagać certyfikacji ATEX, ponieważ potencjalnie stanowią źródło zapłonu ze względu na gromadzenie się ładunków elektrostatycznych. Obudowa filtra z certyfikatem ATEX jest zaprojektowana w taki sposób, że sama obudowa, element filtrujący i wszystkie pozostałe komponenty przewodzą prąd elektryczny. W związku z tym po prawidłowym uziemieniu nie mogą gromadzić ładunku statycznego. Produkty filtracyjne posiadające certyfikat ATEX przechodzą rygorystyczne testy. Tabliczki znamionowe i dokumentacja potwierdzająca odpowiednie warunki pracy są standardem w przypadku każdej obudowy filtra.

Filtr wlotowy ATEX chroni przed zanieczyszczeniem, gdy śluza powietrzna podaje materiał do linii transportowej.

 

Materiały konstrukcyjne ze stali nierdzewnej są często wymagane do montażu filtrów, aby spełnić określone wymagania danego zastosowania, zapobiec problemom z korozją lub zminimalizować ogólne zużycie. W zależności od branży i charakteru procesu wymagania wahają się od stali nierdzewnej 304 do 316L. W zastosowaniach, w których środowisko pracy jest trudne lub charakter transportowanego produktu jest szczególnie agresywny, na metalowy zbiornik filtra można nałożyć niestandardowe powłoki, aby sprostać wyzwaniom, np. powłoki PTFE, wysokiej jakości epoksydy lub farby do stali nierdzewnej.

W niektórych przypadkach, gdy ciśnienie robocze przekracza 0,5 barg (7,5 PSI), PED (Dyrektywa w sprawie urządzeń ciśnieniowych) lub ASME Sekcja VIII, mogą być wymagane aby spełniać normy bezpieczeństwa obowiązujące w danym regionie. Normy dotyczące zbiorników ciśnieniowych różnią się w zależności od kraju i regionu, dlatego przy wyborze metody filtracji dla pneumatycznego systemu transportowego należy zapoznać się z lokalnymi wymogami.

 

Wniosek

Mimo że przy projektowaniu efektywnego systemu transportu pneumatycznego należy wziąć pod uwagę szereg zmiennych, jedna rzecz jest niezmienna: filtracja ma kluczowe znaczenie. Odpowiednie rozwiązania filtracyjne ochronią urządzenia przemieszczające powietrze i utrzymają czystość transportowanego produktu.

Solberg Manufacturing jest wiodącym w branży ekspertem w zakresie wszelkiego rodzaju filtrów powietrza i gazów, a także separatorów cieczy, tłumików i elementów zamiennych. Aby dowiedzieć się więcej o naszych rozwiązaniach filtracyjnych lub złożyć zamówienie, skontaktuj się z nami za pomocą formularza online, a przedstawiciel zespołu Solberg wkrótce się z Tobą skontaktuje.