• Bewerking
  • Verpakking
  • Transport
  • Componenten
  • Opslag
  • Diensten
  • Besturing

Artikel

Homogenisering stortgoed in mammoet silo’s, Schott, D.L.(2004)

woensdag, 01 april 2009

Large_schott

Het onderzoek in dit proefschrift richt zich op de grootschalige homogenisering van stortgoed in mammoet silo’s. Deze silo’s hebben een opslagcapaciteit tot 100.000 m voor zowel vrijstromend als cohesief materiaal. Voor het uitvlakken van kwaliteitsfluctuaties (homogeniseren) en daarmee het verbeteren van de kwaliteit van vrijstromend stortgoed, wordt veelvuldig gebruik gemaakt van menghopen. Voor cohesief materiaal is een dergelijke grootschalige faciliteit nog niet beschikbaar. Wanneer een mammoet silo naast de opslag van het stortgoed ook de homogenisering kan realiseren, ontstaat een grootschalige homogeniseerinstallatie voor zowel vrijstromend als cohesief materiaal.

De marktpositie van mammoet silo’s met homogeniseerfunctie ten opzichte van de menghopen is afhankelijk van de graad van homogenisering die behaald kan worden. Naast de eisen aan homogeniteit zijn investeringskosten en beschikbare ruimte ook relevante factoren, omdat er een toenemende vraag is naar compacte en overdekte opslagfaciliteiten in dichtbevolkte gebieden.

In 1994 is aan de TU Delft een onderzoek gestart dat heeft geresulteerd in diverse methoden om te homogeniseren in mammoet silo’s. Deze methoden zijn vastgelegd in een patent (Gerstel and Van Seters, 1998), maar destijds is de homogeniseringgraad van de verschillende methoden niet bepaald. Daarom kon geen gefundeerde keuze gemaakt worden voor de methode met de hoogste homogeniseringgraad. Het hoofddoel van dit onderzoek is het bepalen van de inslag (vul) en uitslag (leeg) methode die de hoogste graad van homogenisering oplevert. Om dit te bepalen wordt de homogeniseringgraad gebruikt; de reductie van de standaard afwijking (het homogeniseringeffect) en de verbetering van de auto-correlatiefunctie van de stortgoed eigenschappen. Een toename in de homogeniteit van de eigenschappen wordt gekenmerkt door een afname van het homogeniseringeffect en een toename van de coherentie (toename van het karakteristieke volume in de auto correlatie functie).

In de beschikbare literatuur over grootschalig homogeniseren wordt aangenomen dat de input eigenschappen stochastisch en zwakstationair zijn. Deze eigenschappen werden veelvuldig gemodelleerd door een eerste orde auto regressief proces (AR), maar incidenteel werden ook hogere orde modellen (ARMA, Auto Regressive Moving Average modellen) toegepast wanneer de eerste orde auto regressieve modellen niet voldeden. Vanuit de literatuur is ook bekend dat de bestaande theorieën voor het homogeniseren en van stortgoed alleen toepasbaar zijn als van de verschillende lagen de volume of massa schommelingen rond het gemiddelde klein en willekeurig zijn. In die gevallen kan de volume verdeling gelineariseerd worden om het gemiddelde. In dit proefschrift wordt aangetoond dat het homogeniseren van stortgoed in mammoet silo’s gekarakteriseerd wordt door een niet uniforme volume verdeling. Dit heeft tot gevolg dat linearisatie niet toepasbaar is en dat een homogeniseringtheorie voor mammoet silo’s vereist is. Deze theorie is in dit proefschrift uitgewerkt.

De ontwikkelde homogeniseringtheorie voor mammoet silo’s is een functie van:

– De kwaliteitseigenschappen van het materiaal; de fluctuaties hierin zijn de reden voor homogenisering.
– De volume verdeling; het aantal lagen dat doorsneden wordt en het volume van deze lagen in een snede. Verschillen in de silo geometrie en verschillen in de in- en uitslag methoden (inslag- en uitslaghoek, laag- en snededikte) beïnvloeden de volume verdeling en dus ook het homogeniseringresultaat.

In dit proefschrift zijn praktijkgegevens gebruikt om de materiaal eigenschappen te karakteriseren met behulp van verschillende ARMA modellen. Er kan geconcludeerd worden dat AR modellen gebaseerd op ARMA criteria, de stochastische eigenschappen niet altijd juist representeren. Tevens kan geconcludeerd worden dat het voor de bepaling van de homogeniseringgraad belangrijker is om een goede benadering van de auto correlatie functie te hebben dan een perfecte fit op basis van ARMA criteria.

Er is een simulatie programma ontwikkeld voor het berekenen van de mate van homogenisering. Dit was nodig omdat de volume verdeling diskreet is en varieert voor elke homogeniseringmethode en silo geometrie. Een bijkomend voordeel van het simuleren is dat er geen beperking aan gegenereerde input eigenschappen is; naast stochastische signalen kunnen ook deterministische signalen gebruikt worden als input eigenschap. Het simulatie programma is gevalideerd met:

– Proces dynamica (PD). De impuls respons functies van het gedeelte van de silo waar zowel de vul als leeghoeken constant zijn, komen overeen met de theoretische impuls respons functie volgens de proces dynamica.
– Situaties waarvan het resultaat bekend is, zoals van menghopen.

De simulaties zijn uitgevoerd met één en dezelfde set van input eigenschappen. Deze eigenschappen zijn gemodelleerd door een eerste orde auto regressief proces (AR) met verschillende correlatie (verschillende karakteristieke volumes). De resultaten van de simulaties waren als volgt:

– Een afname van de hoogte-diameter verhouding bij gelijkblijvende opslagcapaciteit verbetert het homogeniseringeffect (reductie van de standaard afwijking).
– Een afname van de gemiddelde laagdikte (in mammoet silo’s van het Eurosilo type vaak 10 cm) leidt niet tot een substantieel betere homogenisering.
– Het aantal sneden heeft vrijwel geen invloed op de homogeniseringgraad.
– Een toename van de in- en uitslag hoeken tot een maximum van de hoek van inwendige wrijving van het materiaal leidt tot een verbetering van het homogeniseringeffect.
– De inslagmethode die gebaseerd is op gecontroleerd dumpen zorgt voor een betere homogenisering dan het gebruik van een schuinstaande transporteur voor het vullen van de silo.
– Het homogeniseringeffect hangt sterk af van het karakteristieke volume van de input eigenschappen wanneer het groter is dan een derde van het laagvolume en kleiner dan de opslagcapaciteit van de silo. In dit bereik neemt de homogeniseringgraad af voor een toename van het karakteristieke volume van de input eigenschappen.

Om het gebruik van een schuinstaande schroeftransporteur voor het homogeniseren te onderzoeken, zijn experimenten opgezet. Het doel van deze experimenten was om de prestatie van de schroef in schuinstand te vergelijken met de conventionele horizontale stand. De experimenten zijn uitgevoerd met zowel cohesief als vrijstromend materiaal. Uit de resultaten van de experimenten kan geconcludeerd worden dat de schroeftransporteur geschikt is om de inslag en uitslag onder een hoek uit te voeren zolang het materiaal neerwaarts getransporteerd wordt.

De resultaten van de simulaties moeten kwalitatief geïnterpreteerd worden. Het homogeniseringeffect hangt namelijk sterk af van de input eigenschappen en daarom heeft de homogeniseringgraad geen kwantitatieve waarde wanneer van een specifiek materiaal de input eigenschappen onbekend zijn. In verband hiermee zouden de input eigenschappen van elke silo bekend moeten zijn om een redelijke absolute schatting te kunnen maken.

Met behulp van de simulaties is aangetoond dat de combinatie van inslag met behulp van gecontroleerd dumpen en uitslag met behulp van een schuinstaande transporteur de beste homogenisering oplevert (zie de figuur op de volgende pagina) wanneer de silo configuratie verder identiek is.

De nauwkeurigheid van het simulatie programma voor het schatten van de homogeniseringgraad is onbekend omdat de resultaten niet zijn gevalideerd met praktijkwaarden. Tot nu toe zijn er namelijk geen mammoet silo’s met homogeniseringfunctie gebouwd, zodat geen gegevens van input en output eigenschappen van zo’n systeem beschikbaar waren. Op het moment dat er een mammoet silo met grootschalige homogeniseerfunctie beschikbaar komt, wordt aanbevolen om de resultaten van de simulaties met de praktijkwaarden te vergelijken. Op die manier kan het simulatie programma gevalideerd worden en kan ook de kwantitatieve waarde van de simulaties beoordeeld worden.

Voor het hele onderzoek klik op de link hieronder.