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Feststofftransport

Fein- und grobkörnige Feststoffe können durch Flüssigkeitsströme fortbewegt werden. Das gilt auch für den Transport in Rohrleitungen. Im Unterschied zu klaren Flüssigkeiten muss bei Gemischen wie bspw. Schlämmen, Trüben und Aufschwemmungen die Tendenz beachtet werden, sich unter der Wirkung der Schwer- oder Fliehkraft zu entmischen. Grobe Körnung und große Unterschiede in der Dichte zwischen Feststoff und Trägerflüssigkeit begünstigen diesen Effekt, dessen Ausmaß durch die Sinkgeschwindigkeit eines Feststoffteilchens in ruhender Flüssigkeit bestimmt wird. Dabei wirken dieser Entmischung die Turbulenz (siehe Strömungslehre) in der Rohrströmung sowie Druckunterschiede durch eine unsymmetrische Anströmung der Teilchen in der Nähe der Rohrwandung (siehe Grenzschicht) entgegen. Aus diesem Grund bestimmt die Durchflussgeschwindigkeit neben der Korngröße und dem Feststoffgehalt in der Flüssigkeit (Konzentration) die Erscheinungsformen der Feststoffförderung.

Beispiele für Feststofftransporte 

  • Schlammförderung (homogene Mischung kleinster Teilchen hoher Konzentration) 
  • Schwebeförderung (homogene Mischung geringer Konzentration) 
  • Sprungförderung (inhomogene Mischung, höhere Konzentration am Boden horizontaler Rohre) 
  • Strähnenförderung (erste Ablagerungen bei horizontalen bzw. Konzentration in der Mitte von vertikalen Rohren) 
  • Propfenförderung (instationäre Förderung) 

Bei dem Überschreiten zulässiger Konzentrationen oder bei der Unterschreitung von Mindestgeschwindigkeiten besteht die Gefahr, dass die Rohrleitungen verstopfen. Bei der Förderung von Stoffsuspensionen (siehe Stoffförderung) spielen diese Vorgänge aber eine geringere Rolle. 

Die Feststoff-Flüssigkeitsgemische können auch gepumpt werden. Verschleiß und Wirtschaftlichkeit bestimmen die hierfür am besten geeignete Pumpe. So kommen bei feinkörnigem Material bis zum Durchmesser von 3 mm Kolbenpumpen zum Einsatz, wenn deren periodische Druckschwankungen nicht aus anderen Gründen gegen ihren Einsatz sprechen (siehe Verdrängerpumpe). Bei größeren Korndurchmessern (siehe Erosion) werden die verwendeten Pumpen bei der Berührung mit Feststoffen mehr oder weniger starkem Verschleiß ausgesetzt. Spezielle Pumpenbauarten wie die Feststoffpumpe oder die Verwendung besonders geeigneter Pumpenwerkstoffe (siehe Werkstoffe, Gleitlager) können den Prozess stark verzögern, sodass er wirtschaftlich tragbar ist. 

In Extremfällen werden Aufgebevorrichtungen verwendet, bei denen die Hochdruckpumpe nur die reinen Flüssigkeiten fördert, während die Feststoffe über Schleusen oder Rohrkammeraufgeber in die Pumpendruckleitung (siehe Pumpenanlage) eingeführt werden. 

Der Druckverlust durch strömende Feststoff-Flüssigkeitsgemische in Rohrleitungen wird nach den gleichen Formeln berechnet wie der von klaren Flüssigkeiten. Der Rohrreibungsbeiwert (λ) berücksichtigt hier zusätzlich noch die Reibungsverluste, welche durch die Berührung der Feststoffe untereinander und an den Rohrleitungswänden entstehen. Die Druckverluste, welche auf diese Weise für jede Konzentration (cT) ermittelt werden können, lassen sich als Funktion des Förderstromes (Q) darstellen.
siehe Abb. 1 Feststofftransport

Druckdifferenz der Pumpe pp und Druckverluste pA der Anlage bei verschiedenem Feststofgehalt (Konzentration cT) des Förderstrom Abb. 1 Feststofftransport: Druckdifferenz der Pumpe Δpp und Druckverluste ΔpA der Anlage bei verschiedenem Feststoffgehalt (Konzentration cT) des Förderstromes


Die Druckdifferenz der Pumpe Δpp = f (cT) kann mit zunehmender Konzentration bei Feststoffen sehr hoher Dichte auch ansteigen. 

Das Minimum der Widerstandslinien bestimmt zugleich die Durchflussgeschwindigkeit, welche zur Vermeidung von Verstopfungen nicht unterschritten werden sollte (siehe Betriebspunkt).

Feststofftransport