Mechanische Verfahrenstechnik

Abstract

A. Kwade, Braunschweig; J. Schwedes, Berlin N2.1 Einführung Die Mechanische Verfahrenstechnik behandelt die Wandlung stofflicher Systeme durch vorwiegend mechanische Einwir-kungen. Darunter versteht man die Umwandlung und den Transport mechanisch beeinflussbarer disperser Systeme. Mit mechanischen Kräften lassen sich Partikeln (Feststoffpartikeln, Flüssigkeitstropfen, Gasblasen) bis unter 1 µm Partikelgröße beeinflussen, in extrem hohen Fliehkraftfeldern noch eine 10er Potenz weiter. Die Mechanische Verfahrenstechnik umfasst so-mit schwerpunktmäßig den grobdispersen Bereich (0,1 µm bis 1 m) im Gegensatz zur Thermischen Verfahrenstechnik, deren Elemente molekulardispers und kolloiddispers sind (s. N 3). In neusten Entwicklungen werden auch Nanopartikel über Zer-kleinern hergestellt, getrennt und in mechanischen Verfahren zu Produkten wie Granulaten verarbeitet. Die Stoffumwandlungen durch mechanische Einwirkungen lassen sich in Grundverfahren aufgliedern. Man unterscheidet zwei Hauptgruppen, die Verfahren mit Änderung der Partikel-größe und die Verfahren ohne Änderung der Partikelgröße. Beide Gruppen können weiter in Trenn-und Vereinigungs-verfahren unterteilt werden. Zur ersten Gruppe gehören das Zerkleinern und das Agglomerieren (Tablettieren, Brikettie-ren, Pelletieren, usw.), zur zweiten das Trennen (Sortieren, Klassieren, Abscheiden, Filtrieren) und das Mischen. Zu den Transportvorgängen zählen das pneumatische und hydrauli-sche Fördern, das Lagern und das Dosieren von Schüttgütern. Zur Charakterisierung der Grundverfahren hat sich eine spe-zielle Messtechnik entwickelt, die Partikelmesstechnik. Sie ist eine eigene Messtechnik der Mechanischen Verfahrenstechnik und dient zur Messung der das disperse System beschrei-benden Größen. Das sind Partikelgrößen, Partikelgrößenver-teilung, Partikelform, spezifische Oberfläche, Schüttgutdichte, Porosität u. a. Die Partikelmesstechnik ist unabdingbar. Sonst fehlen die wesentlichen Aussagen über die betrachteten Syste-me. Diese Dispersitätsgrößen haben für die Mechanische Ver-fahrenstechnik die Bedeutung, die die Zustandsgrößen Druck, Temperatur, Mischungszustand u. a. für die thermischen Ver-fahren haben. Nur sind sie ungleich schwieriger zu messen. Im Folgenden werden die Grundverfahren Zerkleinern, Ag-glomerieren, Trennen, Mischen und Lagern dargestellt, wo-bei jeweils nach einer kurzen Darlegung der physikalischen Grundlagen exemplarisch auf einige wenige technische An-wendungen eingegangen wird. Auf die Partikelmesstechik muss aus Platzgründen verzichtet werden. Bezüglich des pneu-matischen und hydraulischen Förderns sei auf den Beitrag über Mehrphasenströmungen hingewiesen (s. N 5). N2.2 Zerkleinern Der Bedeutung des Zerkleinerns wird man sich bewusst, wenn man Art und Menge der industriell zerkleinerten Stoffe be-trachtet. Erze werden zerkleinert und aufbereitet, um sie zur Metallgewinnung zu verhütten. Getreide wird gemahlen, um Mehl zum Brotbacken zu erhalten. Die mit Mahlsteinen be-triebenen Mühlen gehören zu den ältesten Techniken der Men-schen und werden heute noch – zumindest dem Prinzip nach – ähnlich eingesetzt. Nahezu alle anorganischen festen Rohstoffe müssen aufgeschlossen und zerlegt werden, wozu Zerkleine-rungsvorgänge nötig sind. Das gleiche gilt heute für die festen Abfälle. Auch sie werden in speziellen Zerkleinerungs-und Trennverfahren aufbereitet, um zumindest anteilmäßig in den industriellen Stoff-und Energiekreislauf zurückgeführt zu wer-den (Recycling). Zerkleinerungsprozesse sind sehr energieaufwändig. Weltweit werden nahezu 4 % des Gesamtstromverbrauchs dafür benö-tigt, wobei allein auf die Zementherstellung 1 % entfällt. Bei Massenprodukten wie Zement, Kohle und Erzen belastet das Zerkleinern die Herstellungskosten beachtlich, z. B. bei Ze-ment mit fast 25 %.