Het navullen van een loss-in-weight doseersysteem (bijvoorbeeld
hopper met schroef) is minder eenvoudig dan het lijkt. Immers, op het
moment dat de hopper wordt nagevuld, kan geen gewichtsafname worden
gemeten. Toch blijft het systeem doseren. Het stapt daarbij tijdelijk
over van gravimetrische op volumetrische dosering. De wijze van navulling
bepaalt in hoge mate de nauwkeurigheid van het totale doseersysteem.
Dankzij de innovatieve ‘Smart Refill Technology’ (SRT) van
K-Tron wordt ook tijdens het navullen een hoge nauwkeurigheid gewaarborgd.
Loss-in-weight doseersystemen worden toegepast in batch- en continuprocessen.
Het principe berust op het meten van de gewichtsafname van een hopper
met het te doseren product. De doseerinrichting is daartoe gekoppeld
aan een weegsysteem. Overigens kan men bij batch-processen ook de gewichtstoename
van het ontvangende vat meten. Men spreekt dan van gain-in-weight systemen.
Het navullen is hier niet van directe invloed op de doseernauwkeurigheid.
Gain-in-weight systemen worden daarom in dit artikel niet aan de orde
gesteld.
De hopper van een loss-in-weight doseersysteem wordt in de regel nagevuld
vanuit een bovengelegen voorraadvat. Dit gebeurt zodra het gewicht van
het product in de hopper zodanig is gedaald, dat de ingestelde ondergrens
(minimum-navulgewicht) wordt bereikt. Het doseersysteem schakelt dan
over van gravimetrisch doseren op volumetrisch doseren. Dit betekent
dat het product in principe iets minder nauwkeurig wordt gedoseerd dan
bij gravimetrisch doseren het geval is.
Het is echter van groot belang dat ook tijdens het navullen een maximale
doseernauwkeurigheid wordt gerealiseerd. Afwijkingen tijdens het navullen
kunnen leiden tot een over- of onderdosering. Bij een continu-proces
moet bovendien de juiste hoeveelheid product per tijdseenheid worden
gedoseerd. Zelfs al wordt bij een continu-proces exact x kg/uur gedoseerd,
dan nog kan de productie waardeloos blijken als tijdens het navullen
grote afwijkingen in de doseercapaciteit optreden. Het toegevoerde materiaal
is dan immers ongelijkmatig over de geproduceerde partij verdeeld.
Grote hopper
Dit zou de indruk kunnen wekken dat de navulling zo kort mogelijk moet
duren of zelfs geheel moet worden vermeden. Men zou de hopper dermate
groot kunnen maken, dat deze niet vaak behoeft te worden nagevuld. Toch
heeft een dergelijke ‘oplossing’ meer nadelen dan voordelen.
Het navullen, wanneer het dan toch nodig is, zou veel tijd in beslag
nemen. Tenzij een investering wordt gedaan in een navulsysteem met grote
capaciteit. Een belangrijker bezwaar is echter dat een te grote hopper
de weegcapaciteit nadelig beïnvloedt. De hoeveelheid te doseren
product is dan in vergelijking met het totale gewicht van de hopper
met inhoud zo klein, dat de gevoeligheid van de weegcel (het opdelend
vermogen) te laag wordt. Om dezelfde reden kan men geen postzegels wegen
op een personenweegschaal.
Snelle navulling
Het zo snel mogelijk navullen van een hopper is evenmin een oplossing.
De verstoring van het weegsysteem door de val van product in de hopper
is groter dan een eventuele afwijking door volumetrisch te doseren.
Daarbij is het gevaar van overvullen niet denkbeeldig. Bovendien is
snel navullen ook niet nodig om een hoge nauwkeurigheid te waarborgen.
Veel hangt af van de aard van het stortgoed en de toegepaste volumetrische
techniek. Eén methode is om het motortoerental van de doseerschroef
te handhaven op laatst bepaalde waarde. Tijdens het navullen doseert
het systeem als het ware ‘blind’ door.
Bij een niet te grote hopper duurt die periode kort. Naar analogie met
het auto rijden is het beter enkele keren kortdurend, dan éénmaal
een lange periode ‘blind’ te werken. Het handhaven van een
bepaald, constant toerental is met name bij goed stromende materialen
een geschikte techniek.
Referentiemodus
Het is echter ook mogelijk om het toerental tijdens het navullen te
laten verlopen met behulp van een referentiemodus. Deze ‘Smart
Refill Technology’ van K-Tron is van belang als de vulgraad van
de schroef afhankelijk is van de hoeveelheid product in de hopper. Bij
sommige materialen neemt de vulgraad van de schroef af, wanneer de hoeveelheid
product in de hopper vermindert. In zo’n geval neemt het toerental
tijdens het gravimetrisch doseren geleidelijk toe. Het toerental als
functie van de hopperinhoud wordt in de referentiemodus opgeslagen en
tijdens het navullen hieruit weer opgehaald. De nauwkeurigheid tijdens
het navullen is dan maximaal gewaarborgd. Deze optie is niet altijd
noodzakelijk en kan daarom worden uitgeschakeld.
Ontwerpcriteria
Loss-in-weight doseersystemen kunnen dus het beste regelmatig worden
nagevuld vanuit een goed ontworpen navulsysteem. Als vuistregel geldt
dat een doseerhopper tien tot dertig keer per uur moet worden nagevuld,
telkens gedurende 10 tot 30 seconden. De navulcapaciteit bedraagt circa
tien maal de doseercapaciteit. Het navulvolume bedraagt over het algemeen
60% van het hoppervolume. Dit betekent dat de navulling begint als de
hopper nog voor circa 20% gevuld is en stopt als de hopper voor 80%
gevuld is. Bij een fluïdiserend product zal de ondergrens hoger
komen te liggen, bijvoorbeeld bij 40% of 50% van het hoppervolume. Dit
voorkomt dat het product tijdens het navullen door de doseerschroef
schiet en een ongecontroleerde dosering plaats vindt. Het beëindigen
van de navulling bij 80% hoppervulling gaat overvulling als gevolg van
de responstijd en de naval van het product tegen. Op basis van deze
gegevens kan ongeveer het volume van het voorraadvat boven het doseersysteem
worden bepaald. Deze voorraad dient niet al te groot te zijn.
Navulcapaciteit
Het ontwerp van het navulsysteem wordt onder meer bepaald door de stromingseigenschappen
van het product. Het product moet namelijk beheerst en reproduceerbaar
worden toegevoerd. Tevens spelen de beschikbare ruimte, veiligheidsvoorschriften
en economische randvoorwaarden een rol. Ook moet vaak aan sanitaire
eisen worden voldaan.
Het eenvoudigste navulsysteem bestaat uit een voorraadvat met afsluiter,
bijvoorbeeld een vlinderklep, schuif of quetschventiel. Men dient zich
te realiseren dat de navulcapaciteit van dit systeem niet of slecht
regelbaar is. Een trilgoot, schroef of transportband geeft meer grip
of de navulcapaciteit. Tevens kunnen deze apparaten een afstand overbruggen
tussen de voorraadopslag en het doseersysteem. De trilgoot wordt bijvoorbeeld
ingezet voor breukgevoelige producten, zoals glasvezels. De schroef
is meer universeel inzetbaar, maar minder gemakkelijk te reinigen. Wel
treedt bij deze apparaten naval op. Dit nadeel kan men ondervangen door
de genoemde afsluiters toe te passen of door gebruik te maken van bijvoorbeeld
cellenradsluizen, conische afsluiters of diafragma-afsluiters. Tril-
en beluchtingsbodems in het voorraadvat vereenvoudigen de uitstroom
van slechtlopend product. Deze bodems moeten altijd zijn voorzien van
een afsluiter om de uitstroom volledig te kunnen stoppen. Het conische
uitdraagsysteem van Matcon combineert een goed regelbare productstroom
met een volledige, stofvrije afsluiting.
Krachten
Ter voorkomiong van onevenredige naval geldt voor alle navulsystemen
dat ze zo dicht mogelijk boven de doseerhopper moeten worden gepositioneerd.
Tevens verdient het aanbeveling om het instromende product zo gelijkmatig
mogelijk in de hopper te verdelen. Dit betekent dat de productinloop
zich het beste in het midden van de hopper kan bevinden. Bij een grote
hopper kan bovendien een verdeelhoed (‘Chinese hat’) worden
geïnstalleerd. Deze verdeelt het instromend product en dempt tijdens
het navullen de verticale krachten op de hopper.
Hoewel het navul- en doseersysteem een zekere eenheid vormen, mag het
navulsysteem tijdens het gravimetrisch doseren geen krachten uitoefenen
op het verwegend opgestelde doseersysteem. Dit geldt uiteraard ook voor
het ontluchtingssysteem en andere randapparatuur. Het doseerresultaat
zou daardoor nadelig worden beïnvloed. Om toch stofdicht te kunnen
werken, zijn tussen het navul- en doseersysteem flexibele verbindingen
nodig (bijvoorbeeld op basis van siliconen), eventueel voorzien van
drukcompensatie en afzuiging.
De optredende krachten zijn alleen negatief tijdens de gravimetrische
dosering. Wanneer de omschakeling van volumetrische naar gravimetrische
dosering na de navulling lang genoeg wordt vertraagd, kan het systeem
zich stabiliseren. Een schommeling in de besturing wordt dan vermeden.
Het blijft echter raadzaam de selectie van de ontluchting voldoende
aandacht te geven (zie kader).
Controle
Om te controleren of het navulsysteem inderdaad geen kracht uitoefent
op het doseersysteem, kan een ijkgewicht op de weegschaal worden gelegd.
Men controleert of de aangedreven gewichtsverandering overeenkomt met
het ijkgewicht. Na verwijdering van het ijkgewicht kan men checken of
de aanduiding naar de oorspronkelijke waarde terugkeert. Deze controle
is regelmatig nodig. Overigens zal bijvoorbeeld een moersleutel die
per ongeluk op de hopper is blijven liggen, het gravimetrische doseerproces
niet verstoren. Het systeem meet immers een gewichtsafname.
Kritische verbindingspunten zijn vooral de productinloop- en uitloop
en het ontluchtingssysteem. Productophoping kan worden vermeden door
de inloop van de doseerhopper een grotere diameter te geven dan de uitloop
van het navulsysteem. Ook het aankoeken van product in de hopper moet
worden vermeden. Anders loopt men het risico dat het minimum navulgewicht
niet meer kan worden bereikt, waardoor de hopper zelfs kan leeglopen
en niet meer wordt nagevuld.
Ontluchting doseersysteem
De meest eenvoudige oplossing om een doseersysteem te ontluchten, is
het plaatsen van een filterkous op de ontluchtingsopening van de hopperdeksel.
De maaswijdte van de kous hangt af van de deeltjesgrootteverdeling van
het te doseren product. De filterkous moet regelmatig op verstopping
worden gecontroleerd, omdat anders in de hopper een overdruk kan ontstaan.
Deze oplossing leent zich echter niet voor alle producten. Zeer fijne
en/of toxische producten zouden namelijk kunnen doorslaan. In dergelijke
gevallen dient men te kiezen voor een ontluchting middels een afzuigsysteem.
Dit kan via een open of gesloten verbinding. Bij een open verbinding
wordt een afzuigkap vlak boven de ontluchtingsopening geplaatst. De
omgevingslucht wordt mee aangezogen, zodat in de hoppper geen onderdruk
ontstaat.
Wanneer stofontwikkeling in de doseeromgeving ontoelaatbaar is of het
product niet in aanraking mag komen met de buitenlucht, dient de afzuigleiding
flexibel te worden verbonden met de doseerhopper. Hierbij moet men erop
letten dat geen (zuig)kracht op de hopper wordt uitgeoefend. Een horizontale
flexibele verbinding heeft dan de voorkeur, eventueel in combinatie
met een gestuurd afzuigsysteem dat tijdens het navullen wordt ingeschakeld.
