Themenbereich: Prozesstechnik

Optimierung eines Kugelmühlensystems durch Einsatz eines hocheffizienten NEA DCX Feinstsichters

Bei einem italienischen Hersteller von Farben und Pigmenten für die Keramikindustrie optimierte NEUMAN & ESSER ein bestehendes Kugelmühlensystem durch den Austausch des bestehenden Sichters gegen einen NEA DCX Feinstsichter. Nach der Optimierung liefert die Anlage nun sowohl 50 % mehr Durchsatz als auch eine Korngrößenverteilung, die der Kunde zuvor nicht im kontinuierlichen Betrieb herstellen konnte. Der spezifische Energiebedarf der Anlage konnte durch den nun kontinuierlichen Betrieb und den deutlich erhöhten Durchsatz um 30 % gesenkt werden.

Zahlreiche bereits viele Jahre eingesetzte Mahlanlagen werden auch heute noch mit nicht mehr zeitgemäßen Leistungsdaten betrieben. Anspruchsvolle Produkte mit hohen Qualitätsanforderungen lassen sich auf diesen Anlagen daher meist nur sehr ineffizient und verbunden mit hohen Produktionskosten herstellen. Um diese ansonsten zuverlässigen Systeme nahezu so effizient wie moderne Einheiten arbeiten zu lassen, empfiehlt sich häufig eine Modernisierung, um so eine Anpassung an die neuen Anforderungen zu ermöglichen. Ein zentrales Element so einer Modernisierung ist der Austausch des Sichtaggregats. Dadurch lassen sich die Produktqualität und der Durchsatz oft erheblich steigern und der spezifische Energiebedarf deutlich senken, wodurch die Anlage noch viele Jahre wettbewerbsfähig produzieren kann.

»Durch den neuen DCX Sichter kann das Kugelmühlensystem nun mit einem um 50 % erhöhten Durchsatz betrieben werden. Gleichzeitig ist der spezifische Gesamtenergiebedarf um 30 % gesunken.«

Andreas Henßen, Vertrieb Neumaschinen und Dr. Daniel Karhoff, Forschung und Entwicklung bei NEUMAN & ESSER Process Technology

Problemstellung

Bei der Anlage eines Farb- und Pigmentherstellers für die Keramikindustrie aus Norditalien gab es Schwierigkeiten mit einer bestehenden Kugelmühle. Das Produkt erfüllte in Bezug auf Feinheit und Farbe nicht konstant die gewünschte Qualität. So musste jeder Produktionslauf nach wenigen Tagen gestoppt werden, da sich die Farbe des Pigments während der Vermahlung verschob. Ursache für diese Farbverschiebung war die Verbreiterung der Partikelgrößenverteilung. Insbesondere der hohe Anteil von Partikeln < 1 µm korrelierte deutlich mit der unerwünschten Farbverschiebung. Sobald das Material außerhalb der Produktspezifikation lag, musste die Anlage gestoppt und vollständig leergefahren werden. Dadurch wurden immer etwa 5 t Ausschussmaterial aus der Mühle befördert, die entsorgt werden mussten. Gemeinsam mit dem Wiederanfahren der Mahlanlage sorgte dieser zeitintensive Vorgang für eine Produktionsunterbrechung von jeweils etwa 24 Stunden.

Bestehende Kugelmühle des Kunden

Lösungssuche

NEA DCX

Aufgrund der dargestellten Problematik suchte der Kunde Kontakt zu NEUMAN & ESSER Process Technology, um sich über mögliche alternative Mahlprinzipien zur Herstellung des gewünschten Produkts in einem kontinuierlichen, stabilen Prozess zu informieren. Untersucht wurden die Prallzerkleinerung auf einer Feinstprallsichtermühle sowie die Zerkleinerung auf einer Strahlmühle. Dabei hat sich gezeigt, dass insbesondere das Strahlmühlenverfahren den Nachteil eines extrem hohen spezifischen Energiebedarfs aufweist. Daraus ergaben sich die Alternativen, das bestehende Kugelmühlensystem entweder durch eine Optimierung der Einstellungen oder den Austausch einzelner Komponenten zur kontinuierlichen Produktion eines qualitativ hochwertigen Produktes zu befähigen. Dazu wurde eine Observation der bestehenden Anlage durchgeführt, bei der sämtliche Prozessparameter (Antriebsleistungen, Luftmengen, Massenfluss, Feinheit etc.) sowie die kompletten geometrischen Abmessungen der Anlage aufgenommen wurden.

Auf der Basis des mit Hilfe der aufgenommenen Daten erstellten PIDs konnte dann eine detaillierte Problemanalyse durchgeführt werden. Es zeigte sich, dass Feinstpartikel aufgrund unzureichender Dispergierung und unzweckmäßiger Partikelführung nicht in ausreichendem Maße durch den bestehenden Sichter abgeschieden werden konnten. Dadurch wurden diese Partikel im Mahlkreislauf angereichtert, was zur Erhöhung des Feinstanteils im Endprodukt führte.

Auf dieser Basis erarbeitete NEUMAN & ESSER daraufhin einen Lösungsvorschlag, der zum einen den Austausch des bestehenden Sichters durch einen NEA DCX Sichter vorsah. Dieser Sichter zeichnet sich durch eine enorme Effizienz im Feinstbereich aus, sodass Feinstpartikel kontinuierlich ausgetragen werden. Dadurch wird dem Aufbau eines hohen Feinstanteils im Kreislauf der Mahlanlage vorgebeugt. Zum anderen wurden neue Konzepte für den Luftmengenhaushalt, die Partikelabscheidung sowie die Dosierung des Aufgabegutes erarbeitet. Durch die Abstimmung dieser Maßnahmen auf den deutlich effizienteren Sichtprozess lag nun ein umfassendes Gesamtkonzept zur Anlagenmodernisierung vor.

Der Austausch des Sichters wurde im Juni 2019 vollzogen, sodass der Farben- und Pigmentehersteller im Juli desselben Jahres mit der nun umgebauten Anlage schnell wieder in Betrieb gehen konnte. Die erheblichen Vorteile wurden unmittelbar mit der Wiederaufnahme der Produktion deutlich. Nachdem die Anlagenparameter zur Gewährleistung der geforderten Partikelgrößenverteilung gefunden waren, kann die Anlage nun mit einem um 50 % erhöhten Durchsatz betrieben werden. Gleichzeitig ist der spezifische Gesamtenergiebedarf um 30 % gesunken. Diese Effizienzsteigerung ist vor allem auf den neuen Sichter vom Typ DCX zurückzuführen, dessen spezifischer Energiebedarf nur etwa halb so groß ist, wie beim vorherigen Sichter. Der DCX weist im Vergleich zum vorherigen Sichter eine deutlich höhere Trennschärfe und Trenneffizienz auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass beim DCX nahezu alle von der Kugelmühle vermahlenen Partikel sofort dem Klassierprozess zugeführt werden. Diese Vorteile sind das Ergebnis der gezielten Strömungs- und Produktführung innerhalb des Sichters.

Außerdem wurde das komplette pneumatische Fördersystem der vermahlenen Partikel aus der Kugelmühle durch Umbau der Luftzu- und abfuhr verbessert, um so den unerwünschten Feinstaubanteil mit Partikelgrößen < 1 µm deutlich zu reduzieren.

Die massiv erhöhte Effizienz war schon sehr bald nach Produktionsbeginn offensichtlich. Nun lag das Augenmerk des Kunden auf dem kontinuierlichen Produktionsbetrieb. Das Ziel war, die zeit- und kostenintensiven Unterbrechungen in der Produktion zu vermeiden. Der Feinstanteil (Anteil Partikel < 1µm) liegt nun konstant deutlich unter dem Limit von 8 %, womit auch dieses Ziel erreicht werden konnte. Mehr als ein Jahr nach der Wiederaufnahme der Produktion musste die Anlage kein Mal aufgrund von zu hohem Feinstanteil heruntergefahren werden.


Zeitliche Entwicklung des Feinstanteils im Endprodukt
Vergleich der Trennschärfen und Trenneffizienzen

Im nächsten Blog wird Marc Giersemehl die neueste Entwicklung von NEUMAN & ESSER Process Technology vorstellen. Lesen Sie den Beitrag am 11. September zum NEATiReX.