Development of a Model for the Separation Characteristics of a Deflector Wheel Classifier Including Particle Collision and Rebound Behavior

Abstract

Deflector wheel classifiers are widespread in industry for the separation of powders into fine and coarse powders. Even though this separation process has been known for quite some time, it is not yet fully understood, and existing models fail to precisely predict the separation characteristics. Due to the high throughput of deflector wheel classifiers, it is greatly beneficial to estimate the separation characteristics before the experiment. Here, the developed model critically examines the usual assumptions, such as ideal airflow, neglection of particle–wall and particle–particle interactions, or spherically-shaped particles. First, the investigation of the air flow using a Particle Image Velocimetry (PIV) system showed significant differences to the assumed ideal flow field, then particle sphericity and its influence on the interaction between the particles and the paddles of the deflector wheel was investigated and compared with particle rebound behavior on a static wall. Surprisingly, comminuted glass behaves similarly to comminuted limestone in multiple aspects and not like glass beads. To determine the number of particle–particle collisions, Discrete Element Method (DEM) simulations were performed. The aforementioned aspects found application in the model and the separation behavior was well-estimated.

Dynamisches Verhalten eines Abweiseradsichters beim Anfahrprozess und Materialwechsel

“…Darstellung des Sichtraumes des ATP 50 Abweiseradsichters als 3D‐CAD‐Konstruktion (a) und als schematische Prinzipdarstellung (b). Urheberrechtlich geschützter Nachdruck mit Genehmigung, in Anlehnung an 11.…”

“…Die spezifische Lo ¨sung aus Gl. (11) gilt ebenfalls fu ¨r den Anfahrprozess, wie fu ¨r den Materialwechselprozess, wenn die einzelnen Gro ¨ßen mit einer Materialzugeho ¨rigkeit konnotiert werden.…”

“…Der exakte Ansatz eines Trennprozesses ist die Beschreibung der Trennung auf Basis des Aufgabegutmassenstroms () mit der Aufgabegutpartikelgrößenverteilung ( q A(x) ), des Grobgutmassenstroms () mit der Grobgutverteilung ( q G(x) ) und des Feingutmassenstroms () mit der Feingutverteilung ( q F(x) ). Die Trennung am Sichtrad ( T x,t ) ist damit allgemein zeit‐ und partikelgrößenabhängig und stellt für die Abschätzung der Trennkurven von Abweiseradsichtern eine größere Herausforderung dar 3, 11.…”

“…Fu ¨r die Betrachtung der Vorga ¨nge am Sichtrad wurde auf einen Umbau von Stender et al [9] zuru ¨ckgegriffen [2], bei dem der optische Zugang zum Sichtrad durch den Wechsel von beidseitiger Lagerung des Sichtrads zu einer einseitigen Lagerung realisiert wurde. Dadurch wurde es erstmals mo ¨glich, verschiedene Partikelund Stro ¨mungsmesstechniken, wie Hochgeschwindigkeitskamera [10], Particle Image Velocimetry (PIV) und Laser-Doppler-Anemometrie (LDA), auch zwischen den Schaufeln einzusetzen und somit die Partikelbewegung zu charakterisieren [3,11]. Es zeigte sich, dass in der Peripherie um das Sichtrad periodisch Stra ¨hnen gebildet und wieder abgeworfen werden [6].…”