DE19839106A1 - Großgebinde für hochdisperse, hochlufthaltige Feststoffe und ein Verfahren zu deren Befüllung - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Großgebinde für hochdisperse, hochlufthaltige Feststoffe zur mehrmaligen Befüllung und Entleerung durch Vakuumabfüllanlagen und ein Verfahren zu deren Befüllung. Die Gebinde bestehen dabei aus mindestens zwei übereinander liegenden Lagen, wobei eine innere Lage aus unbeschichteten, luftdurchlässigem Gewebe besteht, eine äußere Lage staubdicht und feuchtesperrend beschichtet ist und diese Lagen durch eine spezielle Nahtausführung so miteinander verbunden sind, daß die Entlüftung des Gebindes nur durch diese möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft Großgebinde für hochdisperse, hochlufthaltige Feststoffe und ein Verfahren zu deren Befüllung.

Der Umgang mit schüttfähigen, hochdispersen und hochlufthaltigen Feststoffen mit extrem niedriger Schüttdichte, wie beispielsweise hochdisperse Kieselsäure (HDK) bereitet in verschiedener Hinsicht Probleme. Sowohl die Hersteller als auch die Endverbraucher sind damit konfrontiert, daß solche Stoffe schon bei geringster Luftkonvektion Staub aufwirbeln. Die Staubentwicklung muß vermieden werden, um Personal, das mit dem Gut umgehen muß, vor eventuell auftretenden gesundheitlichen Schäden durch Einatmen des Staubs zu bewahren. Darüber hinaus verursacht die geringe Schüttdichte erhöhte Transportkosten, weil das Verhältnis Gebindegewicht zu Füllgewicht groß ist und entsprechend viel Verpackungsmaterial benötigt wird.

HDK ist aufgrund ihrer räumlichen, dreidimensionalen Ast- Struktur ein Produkt, das eine äußerst geringe Stampfdichte von etwa 40 bis 50 g/l aufweist. Weiterhin ist zwischen der Betriebsschüttdichte und dem Stampfdichtewert nach DIN ISO 787/11 zu unterscheiden. Durch seine Feinstruktur ist HDK in der Lage sehr viel Gas, beispielsweise Luft zu binden, wodurch das Produkt in einen quasi-fluiden Zustand mit etwa 20 bis 30 g/l versetzt wird. Dieser entfernbare Luftanteil entweicht freiwillig nur sehr langsam und nicht vollständig. In diesem fluiden Zustand ist auch die Staubproblematik erhöht, da die Beweglichkeit der HDK-Agglommerate extrem hoch ist.

In der Produktion bedeutet das, daß durch jeden Fördervorgang die HDK in diesen fluiden Zustand versetzt wird, der dann zwangsläufig das Abfüllen in Gebinde erschwert, da sich der spezifische Zeitaufwand pro Gebinde erhöht, was wiederum kapazitätsmindernd ist.

Schüttfähige, hochdisperse und hochlufthaltige Feststoffe mit extrem niedriger Schüttdichte, wie beispielsweise HDK, werden deshalb überwiegend mit Hilfe von einem außen angelegten Vakuum in luftdurchlässige Säcke eingebracht. Die Fülldauer steigt dabei mit zunehmender Lufthaltigkeit an. Die Säcke bestehen dabei aus 3 bis 4 Lagen Papier, wobei zusätzlich eine Lage des Papiers zur Sperrung von eindringender Feuchtigkeit mit Polyethylen (PE) kaschiert sein kann. Um die gewünschte Luftdurchlässigkeit beim Befüllen zu erreichen, sind alle Schichten mikroperforiert. Dies hat den Vorteil, daß das Gut beim Einbringen in den Sack komprimiert wird und seine Fülldichte gegenüber der natürlichen Schüttdichte ansteigt. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit durch spezielle Preßwalzen eine Vorentlüftung durchzuführen, wobei aber damit immer eine Strukturschädigung der HDK erfolgt, die die Verdickungseigenschaft, d. h. die Thixotropieeigenschaft, der pyrogenen Kieselsäure verringert.

Durch den höheren Anteil des Gutes am Gebindegewicht verringern sich die Transportkosten. Allerdings stehen dieser Kostenersparnis ein Mehraufwand für die Beschaffung der speziellen Säcke und der dazu benötigten Befüllanlage gegenüber.

Die beschriebene Vakuumabfüllung in mehrlagige, zum Teil PE- kaschierte Papiersäcke ist heute allgemeiner Verpackungsstandard für sogenannte "fumed silica". Bei diesem Verfahren sind die Probleme hinsichtlich Luftdurchlässigkeit, Staubdichtigkeit, Gebindestabilität und Feuchtesperreigenschaften befriedigend gelöst. Bedingt durch ihre Beschaffenheit sind diese Papiersäcke nicht für große Füllmengen geeignet. Gängige Füllmengen für derartige Gebinde sind üblicherweise 10-20 kg.

Auf EP-A 0 773 159 (US-A 5682929) ist ein Verfahren und ein Behältnis zum mehrmaligen Befüllen und Entleeren mit schüttfähigem Gut mit geringer Schüttdichte bekannt. Der darin beschriebene Gewebecontainer, der sogenannte Big-Bag oder auch Super-Bag, besitzt dabei eine Füllkapazität von 90 bis 350 kg. Der Gewebecontainer besteht aus flexiblem, luftdurchlässigem Gewebe, bevorzugt ein ein- oder mehrlagiges Kunststoffgewebe, mit mindestens einer Zugangsöffnung. Die Befüllung dieser Gewebecontainer erfolgt ebenfalls mittels Vakuumabfüllsystemen. Dabei wird der Gewebecontainer mit Unterdruck beaufschlagt und das Gut durch die geöffnete Zugangsöffnung in den Gewebecontainer gesaugt, bis ein vorbestimmtes Füllgewicht erreicht ist. Das Gas tritt dabei verteilt über die gesamte Oberfläche des Gewebecontainers aus. Beim Befüllen wird das Gut, ähnlich wie beim Abfüllen in Säcken, reversibel verdichtet, ohne das seine Struktur dabei zerstört wird.

Die genannten Gebinde weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Bei flexiblen Großgebinden kann nicht auf Papiersäcke zurückgegriffen werden, da diese einerseits nicht die erforderliche Festigkeit und Transportsicherheit erfüllen, und andererseits eine Mehrfachnutzung nicht möglich ist. Weiterhin stehen auch keine Fertigungsanlagen und Befüllvorrichtungen für diese Papiersackgrößen zur Verfügung.

Bei der Verwendung der marktüblichen flexiblen Großgebinde, beispielsweise aus Polypropylengewebe, können diese nur für den Transport von feuchtigkeitsunempfindlichen Füllstoffen verwendet werden, da die Feuchtesperreigenschaft der verwendeten Gewebe nicht ausreicht, um eine unzulässige Erhöhung des Feuchtegehalts der HDK zu verhindern.

Die Feuchtesperreigenschaft ist eine der Hauptvoraussetzungen für den breiten Einsatz dieser flexiblen Großgebinde bei allen HDK-Typen und HDK-Awendungsgebieten.

Es bestand somit die Aufgabe flexible und mehrfach befüllbare Großgebinde bereitzustellen, die den geforderten Ansprüchen entsprechen. Dabei standen verschiedene Anforderungen im Vordergrund. Zum einen soll eine hohe Luftdurchlässigkeit gegeben sein, um eine hohe Füllgeschwindigkeit zu erreichen.

Weiterhin wird eine große Gebindestabilität und eine Staubdichtheit, während der Abfüllung, beim Transport und bei der Entleerung, verlangt. Zum anderen soll der flexible Großcontainer feuchtesperrend sein, d. h. es ist nur ein geringer Feuchteanstieg des Füllguts bei der Abfüllung und der Lagerung zulässig. Mit den bekannten Sackverpackungen und flexiblen Großgebinden, oder einer Kombination derer waren die genannten Vorgaben nicht befriedigend zu vereinen.

Es wurde nun gefunden, daß durch die Kombination einer speziellen Ausführung des flexiblen Containers, der die Staubdichtheit und die Feuchtesperreigenschaft sicherstellt, und eines Verfahrens zur Vorentlüftung des hochdispersen, hochlufthaltigen Füllguts, was die für den Füllvorgang erforderliche Gasdurchlässigkeit des Gebindes bei gleichbleibender Abfüllkapazität minimiert, die oben erwähnten Vorzüge in sich vereint werden konnten.

Gegenstand der Erfindung ist ein flexibles Gebinde, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mindestens zwei übereinander liegenden Lagen besteht, wobei eine innere Lage aus unbeschichteten, luftdurchlässigem Gewebe besteht, eine äußere Lage staubdicht und feuchtesperrend beschichtet ist und diese Lagen durch eine spezielle Nahtausführung so miteinander verbunden sind, daß die Entlüftung des Gebindes nur durch diese möglich ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Gebinde die Entlüftung nur über die speziellen Nähte geschehen kann, und der Luftdurchsatz bei angelegtem Vakuum, wie er beispielsweise beim Befüllen auftritt, geringer ist als bei den bereits bekannten flexiblen Gebinden, wird das hochdisperse, hochlufthaltige Füllgut vor der Abfüllung noch mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorentlüftet. Diese Vorentlüftung hat zur Folge, daß die Betriebsschüttdichte des Füllguts vor dem Einfüllen in den erfindungsgemäßen flexiblen Container reduziert wird, ohne dabei einen relevanten Einfluß auf dessen räumliche Struktur zu nehmen.

Dieses Verfahren eignet sich besonders gut zum Verpacken von hochdispersen hochlufthaltigen Materialien mit äußerst geringer Schüttdichte von 20 bis 150 g/l, wie beispielsweise den verschiedenen Modifikationen der HDK. Besonders bevorzugt sind dabei Modifikationen von HDK die leicht Feuchtigkeit aus ihrer Umgebung aufnehmen können. Es ist besonders bevorzugt, Gewebecontainer mit einer Kapazität von 90 bis 350 kg Füllgewicht zu verwenden.

Unmittelbar nach der Befüllung des Vorlagesilos der Großcontainer-Füllanlage ist die HDK noch lufthaltig. Unter diesen Bedingungen sind die Betriebsschüttdichte und der Agglomerationsgrad gering. Durch den Vorentlüftungsschritt wird die Betriebsschüttdichte und damit der Agglomerationsgrad auf dem Weg vom Vorlagesilo in die Abfüllvorlage erhöht. In diesem Zustand läßt sich der Füllvorgang das Containers deutlich verkürzen, da nicht die gesamte Entlüftung des Füllmaterials während der Befüllung über die erfindungsgemäßen Nahtausführungen des Gebindes erfolgen muß.

Durch die Erhöhung des Agglomerationsgrades bei der Vorentlüftung verringert sich auch die Staubproblematik, da die entstandenen Agglomerate nicht mehr durch die Poren des Gewebematerials hindurch passen.

Bei der Vorentlüftung wird über luftdurchlässige Trennwände aus porösem Material, vorzugsweise Sintermetall, Gewebe oder Sinterkunststoffe, Gas über ein angelegtes Vakuum aus dem Produkt abgesaugt. Durch diesen Absaugvorgang bildet sich eine Produktschicht auf dem Filtermedium, die den Absaugvorgang mit zunehmender Schichtdicke oder Produktdicke zum Erliegen bringen würde. Um dies zu vermeiden, wird diese Produktschicht durch Druckimpulse wieder abgelöst. Die Druckimpulse zum Lösen dieser Schicht tragen dabei deutlich weniger Gas in das System ein, als abgesaugt wird, so daß die Gas-Gesamtbilanz zu einer Entlüftung führt.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Figuren in schematischer Darstellung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Vorentlüftung. Die Absaugfläche im erfindungsgemäßen Verfahren wird in verschiedene Segmente unterteilt, damit eine gezieltes Entlüften eingestellt werden kann. Über das Vakuumventil (3) wird das Gas aus dem Siloboden und dem Rohrbereich über luftdurchlässige Trennwände (6 und 7) aus porösem Material abgesaugt. Die Impulsabreinigung erfolgt über die Druckluftreservoirs (1) mittels der Impuls- Abreinigungsventile (2). Die Abreinigung mittels Druckimpuls kann dabei unter Vakuum oder auch unter Normaldruck erfolgen. Im letzteren Fall wird das Vakuumventil (3) geschlossen und nach dem Erreichen des Atmosphärendrucks erfolgt die Abreinigung.

Durch intervallmäßiges, wechselseitiges Ansaugen und Abwerfen der verdichteten Produktschicht wird der Produkttransport vom Silo (4), in dem die HDK noch hochlufthaltig ist, in die Abfüllvorlage (5) für entlüftete HDK bewerkstelligt. Durch die räumliche Struktur der HDK bleibt ein einmal erreichter Verdichtungsgrad zu einem hohen Grad erhalten, sofern keine erneute mechanische Dispergierung erfolgt. Der Füllvorgang wird dadurch erheblich beschleunigt.

Das vorentlüftete Material wird anschließend in die erfindungsgemäßen flexiblen Großcontainer mittels bekannter Vakuumbefüllanlage abgefüllt.

Der schematische Aufbau der erfindungsgemäßen flexiblen Großgebinde ist in Fig. 2 zur besseren Anschaulichkeit dargestellt.

Die Gebinde bestehen aus mindestens zwei Lagen, vorzugsweise aus flexiblen Gewebe.

Eine innere Lage (2) besteht dabei aus einem unbeschichtetem, luftdurchlässigem Gewebe. Eine äußere Lage (1) ist staubdicht und feuchtesperrend beschichtet, vorzugsweise mit Polypropylen und/oder Polyethylen. Im Gegensatz zu den bekannten Großgebinden, bei denen die Entlüftung während des Befüllvorgangs über die gesamte Oberfläche stattfindet, kann diese bei den erfindungsgemäßen Gebinden nur über die spezielle Nahtausführung (3) der unterschiedlichen Schichten erfolgen.

Der Aufbau der speziellen Nahtausführung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.

Bei der Befüllung der erfindungsgemäßen Gebinde wird die vorentlüftete HDK während der Vakuumbefüllung an einer inneren unbeschichteten Lage (2) abgeschieden. Durch die bereits erwähnte Erhöhung des Agglomerationsgrades durch die Vorentlüftung und den niedrigen Differenzdruck ist ein möglicher Staubdurchtritt in den Zwischenraum der unbeschichteten, luftdurchlässigen Lage und einer äußeren, beschichteten und damit dichten Lage (1), gering. Das abgesaugte Gas wird nun zwischen einer inneren und äußeren Lage zu den speziellen Nähten geleitet und dort abgesaugt.

Die Lagen des flexiblen Gebindes sind dabei so miteinander verbunden, daß zwischen den einzelnen Lagen jeweils ein Streifen aus luftdurchlässigem, filterartigem Material (3) eingearbeitet wird. Durch diese eingearbeiteten Streifen, kann zum einen das Gas abgesaugt werden und zum anderen werden Staubpartikel zurückgehalten, die durch eine innere unbeschichtete Lage (2) entweichen konnten. Als Filterstreifen können dabei alle bekannten flexiblen Filtermaterialien, wie beispielsweise Filzstreifen aus Natur- oder Kunsstofffasern, Polyester- oder Teflonmodellfilze, Papierfilter und/oder Polypropylen-Dochte zum Einsatz kommen.

Die erfindungsgemäße Begrenzung der luftdurchlässigen Bereiche auf die Nähte stellt eine ausreichende Feuchtesperre zur Umgebungsluft dar.

Claims (9)

1. Flexibles Großgebinde für hochdisperse, hochlufthaltige Feststoffe, zur mehrmaligen Befüllung und Entleerung durch Vakuumabfüllanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mindestens zwei übereinander liegenden Lagen besteht, wobei eine innere Lage aus unbeschichteten, luftdurchlässigem Gewebe besteht, eine äußere Lage staubdicht und feuchtesperrend beschichtet ist und diese Lagen durch eine spezielle Nahtausführung so miteinander-verbunden sind, daß die Entlüftung des Gebindes nur durchs diese möglich ist.

2. Flexibles Großgebinde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Lage mit Polyethylen oder Polypropylen beschichtet ist.

3. Flexibles Großgebinde nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der speziellen Nahtausführung ein luftdurchlässiges, staubzurückhaltendes Filtermaterial, vorzugsweise ein Filzstreifen oder ein Docht aus Polpropylen, eingearbeitet ist.

4. Verfahren zur Befüllung von flexiblen Großgebinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial vor der Abfüllung vorentlüftet wird und beim Befüllen eine weitere Entlüftung über die Nähte des Gebindes vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorentlüftung mittels Vakuum über luftdurchlässige Trennwände aus porösem Material, vorzugsweise Sintermetall, Gewebe oder Sinterkunststoffe erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der porösen Trennwände und der damit verbundene Produkttransport durch intervallmäßiges, wechselseitiges Ansaugen und Abwerfen der verdichteten Produktschicht, vorzugsweise mittels Preßluft, geschieht.

7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervall-Steuerung des Vakuums und der Preßluft mittels rechnergesteuerten Ventilen erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgut eine Schüttdichte von 20 bis 150 g/l aufweist und das Füllgewicht 90 bis 350 kg beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgut pyrogen erzeugte Kieselsäure oder eine Modifikation davon ist.