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EINLEITUNG

In der heutigen Zuckerraffinerie-Landschaft sind sowohl die Nachfrage nach qualitativ hochwertigen Ergebnissen als auch nachhaltigen Praktiken von größter Bedeutung. Während die grundlegenden Prinzipien der Zuckerherstellung konstant geblieben sind, liegt der Fokus zunehmend auf der Verbesserung der Effizienz und der Reduzierung der Umweltbelastung, insbesondere in Bereichen wie der Siebtechnologie. Dieses Papier untersucht die Herausforderungen und Lösungen im Zusammenhang mit dem Sieben verschiedener Zuckertypen, wobei ein starker Schwerpunkt auf umweltfreundlichen Siebmaschinen liegt, die überlegene Effizienz bieten, den Energieverbrauch minimieren und die Betriebskosten erheblich senken.

Da herkömmliche Siebprozesse, wie sie bei der anfänglichen Wäsche oder Entwässerung verwendet werden, relativ einfach sind, konzentriert sich dieses Papier auf die komplexeren und energieintensiveren Siebstufen, die bei der Veredelung des Endprodukts beteiligt sind. Das Fehlen universeller Standards für die Partikelgrößenverteilung von Zucker erfordert anpassungsfähige Maschinen, die in der Lage sind, unterschiedliche Produktionsanforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus führt die steigende weltweite Nachfrage nach Zucker oft zu Modernisierungen von Zuckerfabriken, um die Kapazität zu erhöhen, während der Energieverbrauch niedrig gehalten werden soll. Daher müssen Maschinen, die ersetzt werden sollen, eine höhere Kapazität bei gleichem Platzbedarf haben. Zusätzlich müssen die Produktqualitäten konstant auf einem hohen Niveau gehalten werden.

Dieses Papier wird die betrieblichen Vorteile von direkt angeregten Siebmaschinen im Vergleich zu herkömmlichen linearen Bewegungssieben aufzeigen. Durch eine detaillierte Fallstudie wird die Analyse die Energieeinsparungen und Kostensenkungen quantifizieren, die mit diesen Maschinen erreichbar sind. Der Fokus liegt auf den technischen Prinzipien, die einen hohen Durchsatz und eine präzise Partikeltrennung ermöglichen, während der Energieverbrauch minimiert wird, wodurch die Prozesseffizienz in Zuckerraffinerie-Betrieben verbessert wird.

VERGLEICHENDE ANALYSE DER SIEBMASCHINENLEISTUNG

Um einen Überblick über moderne Siebtechnologien für Zucker und deren Energieeffizienz zu geben, wurde eine Fallstudie durchgeführt. Diese Fallstudie zeigt einen Siebprozess für kristallisierten Zucker mit einer Partikelgrößenverteilung zwischen 0 und 5 mm. Das Ziel ist es, Zucker mit den Siebschnitten 2,0 mm, 1,0 mm und 0,212 mm bei einer Aufgabekapazität von 300 t/h zu klassifizieren. Die herausfordernde Aufgabe besteht darin, die vom Kunden geforderte hohe Produktreinheit von ≥90% für die Produktfraktionen 0,212 bis 1,0 mm und 1,0 bis 2,0 mm bei dieser konstant hohen Aufgaberate zu gewährleisten.

Die Partikelgrößenverteilung des Aufgabematerials ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Schüttdichte des Aufgabematerials beträgt 0,88 kg/l. Der Schüttwinkel beträgt 35°. Der Feuchtigkeitsgehalt liegt bei weniger als 0,2% (m/m) H2O.

Um diese Aufgabe zu lösen, wurden Versuche im RHEWUM-Labor durchgeführt. Ziel der Versuche war es, zu prüfen, ob die gewünschten Produktparameter garantiert werden können und den wirtschaftlichsten Siebtyp und dessen erforderliche Abmessungen zu finden. Der erste Schritt besteht darin, den am besten geeigneten und effizientesten Siebtyp auszuwählen. Grundsätzlich werden derzeit vier verschiedene Siebtypen in der Zuckerindustrie verwendet:

1. Geneigte Siebe mit Linearbewegung

Diese Siebtypen werden üblicherweise als ”Sizer” bezeichnet. Ihr Vorteil besteht darin, dass der Materialfluss auf dem Siebgewebe aufgrund der Neigung schnell ist. Normalerweise variiert die Neigung zwischen 20° und 45°. Die Transportgeschwindigkeit kann zwischen 0,5 und 1,3 m/s variieren. Daher ist die Kapazität relativ hoch. Dennoch hat dieser Siebtyp keine Reinigungsvorrichtungen, die für feine Siebgewebe verwendet werden können, sodass die Neigung zum Verstopfen hoch ist. Darüber hinaus ist die Siebeffizienz aufgrund der relativ kurzen Siebdecks und der daraus resultierenden Verweilzeit des Aufgabematerials auf jedem Deck relativ gering.

2. Flachsiebe mit Kreisschwingbewegung

Diese Siebe haben normalerweise eine Neigung zwischen 5° und 15°. Der Transport des Materials erfolgt teilweise durch die Neigung und teilweise durch die Kreisschwingbewegung. Die Transportgeschwindigkeit des Materials auf dem Siebgewebe ist im Vergleich zu geneigten Sieben viel langsamer. Daher ist die Produktschicht auf einem Flachsieb mit den gleichen Abmessungen wie ein geneigtes Sieb bei der gleichen Aufgaberate höher. Normalerweise werden für diesen Siebtyp Prellkugeln als Antiverstopfungsvorrichtungen verwendet. Aufgrund der Kreisschwingbewegung des Siebs gibt es jedoch keine Kraft, die die Prellkugeln direkt gegen das Siebgewebe wirft. Daher muss die Bewegung der Prellkugeln durch geneigte Seitenwände abgelenkt werden.
Aufgrund der Geometrie der geneigten Seitenwände und der Prellkugeln haben letztere nur eine begrenzte Aufprallzone auf dem Sieb, die sich in der Mitte jeder Kammer konzentriert. Infolgedessen hat dieser Siebtyp eine relativ geringe spezifische Belastung und neigt dazu, relativ schnell zu verstopfen.

3. Flachsiebe mit Linearbewegung

Flachsiebe mit Linearbewegung haben normalerweise eine Neigung zwischen 0° und 10°. Typische Vertreter für diese Siebtypen sind die RHEstack (Abbildung 2) und RHEflex (Abbildung 3) Siebe.
Je nach Neigungsgrad erfolgt der Transport nur, oder hauptsächlich durch das Werfen der Partikel über eine kleine Distanz bei jeder Siebschwingung. Die Transportgeschwindigkeit für diesen Siebtyp ist relativ niedrig. Sie variiert normalerweise zwischen 0,08 und 0,3 m/s. Die spezifische Kapazität eines solchen Siebs ist daher im Vergleich zu geneigten Sieben gering. Ein Vorteil im Vergleich zu Flachsieben mit Kreisschwingbewegung besteht darin, dass die Prellkugeln direkt gegen das Siebgewebe geworfen werden, wodurch Verstopfungen effizient verhindert werden. Für grobe Zuckertrennungen (z. B. Siebschnitte >1,0 mm) oder sehr hohe Produktqualitätsanforderungen wird dieser Siebtyp wahrscheinlich die besten Ergebnisse liefern.

4. Geneigte Siebe mit Direkterregung

Geneigte Siebe mit direkter Siebgewebeanregung werden normalerweise verwendet, wenn hohe Aufgaberaten und hohe Produktqualitäten gleichzeitig gewünscht sind. Ein typischer Vertreter dieser Siebtechnologie ist die RHEsono® (Abbildung 4) bzw. RHEmoto (Abbildung 5).
Das Material auf dem Sieb wird durch eine hochfrequente Vibration des Siebgewebes in rechten Winkeln vom Siebgewebe hochgeworfen. Für den Siebtyp RHEsono wird die Vibration durch robuste elektromagnetische Vibrationsköpfe erzeugt, die außerhalb der Maschine montiert sind, für den Siebtyp RHEmoto durch kleine Unwuchtmotoren. Vibrationen werden durch schwenkbare Achsen auf das Siebgewebe übertragen. Am Siebgewebe können Beschleunigungen von bis zu 15 g und mehr erreicht werden (1 g ≈ 9,81 m/s²). Aufgrund der Neigung ist die Transportgeschwindigkeit des Materials auf dem Sieb sehr hoch, was eine niedrige Produktschicht bei hohen Aufgaberaten ermöglicht. Im Vergleich zu geneigten Sieben mit Linearbewegung ist dieser Maschinentyp aufgrund der direkten Anregung des Siebgewebes vorteilhaft. Dies hilft, das Material zu verteilen und das Siebgewebe effizient vor Verstopfung zu schützen, da die hohen Kräfte auf das Produkt einwirken. Zusätzlich kann ein automatischer Reinigungszyklus eingestellt werden, um die Kräfte periodisch auf ein Maximum zu erhöhen, was zu einer hocheffizienten Antiverstopfung führt.

RHEWUM-Siebmaschinen vom Typ RHEsono und Typ RHEmoto sind staubdicht. Das Maschinengehäuse bleibt statisch. Daher werden keine Vibrationen und dynamischen Lasten auf das Gebäude und die Stahlkonstruktion übertragen. Zusätzlich ermöglicht dieses System feste Verbindungen ohne Kompensatoren zu den Zu- und Abführaggregaten.
Beim Vergleich dieser Siebtypen wird deutlich, dass das RHEsono-Sieb bei der gegebenen Siebaufgabe wahrscheinlich die besten Ergebnisse zeigen wird.

ERGEBNISSE

Die Ergebnisse des Labortests mit der RHEsono®-Siebmaschine sind in Abbildung 6 dargestellt. Ein sogenanntes Entlastungsdeck zwischen den Siebschnitten 0,212 mm und 1,0 mm hilft, die hohe Belastung auf dem untersten Deck zu verringern und somit die Siebeffizienz zu verbessern. Der relevante Prozessparameter war es, Produktreinheiten von mehr als 90% in den Produktfraktionen 0,212 – 1,0 mm und 1,0 – 2,0 mm zu erreichen, die sogar mit Produktreinheiten von 92,4% bzw. 92,5% übertroffen werden konnten.
Basierend auf den Versuchsergebnissen war es möglich, die erforderliche Maschinengröße zu entwerfen. Für die Zuführung von kristallisiertem Zucker bei 300 t/h wurden zwei RHEsono®-Maschinen mit einer Breite von 3,9 m und einer Länge von 4,5 m installiert. Um die gleiche Kapazität zu bewältigen, wären mindestens acht Linearbewegungs-”Sizer” mit einer Kapazität von jeweils 37,5 t/h erforderlich. Langfristige Erfahrungen zeigen jedoch, dass aufgrund fehlender Reinigungsmechanismen die Effizienz dieser Siebe während des Betriebs aufgrund von Verstopfungen drastisch abnimmt.

Ein weiterer technischer Vorteil der gewählten geneigten Siebe mit Direkterregung ist das statische Gehäuse, das etwa 20-mal weniger dynamische Lasten in das Gebäude überträgt, da weniger Masse bewegt wird. Dies wird im Folgenden näher untersucht, wo die bewegte Masse und der Energieverbrauch zwischen diesen beiden Arten von Siebmaschinen verglichen werden.

Bewegte Masse von Linearbewegungs- und Direktangeregten Sieben
Eine typische ”Sizer”-Siebmaschine, die in der Zuckerindustrie verwendet wird, wiegt etwa 3,5 t. Da die gesamte Maschine vibriert, werden bei einer Zuckerzufuhr von 300 t/h etwa 28 t Masse im Siebhaus bewegt (ohne Siebzubringer). Dies erzeugt nicht nur erhebliche statische, sondern auch dynamische Kräfte in alle Richtungen, die bei der Planung der Gebäudestruktur berücksichtigt werden müssen.
Die beiden direkt angeregten RHEsono-Siebmaschinen, die für eine Aufgabekapazität von 300 t/h benötigt werden, wiegen zusammen etwa 26,5 t (einschließlich Untertrichter, ohne Zubringer). Die bewegte Masse besteht jedoch nur aus den Klopfwellen, die sich auf etwa 5,6 t summieren.