In den stoffumwandelnden Industrien spieltdie Verarbeitung von Feststoffen eine wich-tige Rolle. Probleme bei der Verfahrensaus-legung treten immer dann auf, wenn dieFeststoffzusammensetzung hinsichtlichMaterialart, Dichte und Partikelgröße sehrheterogen oder zeitlich stark schwankend ist,wenn mittlere Korngröße und Dichte desProdukts sehr niedrig liegen oder das Pro-dukt zu Verklebungen und Verklumpungenneigt. Aufgrund dieser nachteiligen Produkt-charakteristika werden nachfolgende Prozeß-schritte wie Dosieren, Fördern, Mischen

und Lagern erschwert, in vielen Fällenunmöglich gemacht.

Um die genannten Produkt-nachteile zu kompen-

sieren, ist es zweck-mäßig, ein Ver-

fahren zur

Feststoff-Veredelung durch Preßgranulation mitFlachmatrizenpressen

INHALT

Einsatzmöglichkeiten des Pelletierens

Die Anwendungsbereiche, in denen pelletiert wird

Strangpreßgranulation mit Flachmatrize

Vorteile der Flachmatrizen-presse

■ Materialzuführung

■ Kollerkopf

■ Matrizen

■ Scherwirkung

■ Wechsel der Preßwerkzeuge

■ Pelletkühlung, Trocknung

Produktversuche können im hauseigenen Technikumdurchgeführt werden

Herstellung eines Granulats, also einerSchüttung einheitlicher Partikelgröße miteinem Minimum an Feinanteil, einzusetzen.

Die Verfahrenstechnik bietet hierfür imwesentlichen drei Methoden an: Die Auf-baugranulation, die Stück-Preßgranulation(Brikettieren) und die Strang-Preßgranulation(Pelletieren). Diese Verfahren werden auchals Agglomerationsverfahren bezeichnet, dasie Einzelpartikel zusammenfügen.

Im Gegensatz zur Aufbaugranulation, die vonfeinen Pulvern unter Zusatz von Flüssigkeitenals Bindemittel ausgeht und die ohne äußereDruckgradienten arbeitet, handelt es sich bei der Preßgranulation um eine Technologie,bei der die zu behandelnden Feststoffe auchohne Bindemittelzusatz aufgrund der sehrhohen äußeren Druckgradienten extrembruch- und abriebsstabil agglomeriert undformschlüssig verdichtet werden können.Während das Brikettieren in der Regel auf dieVerarbeitung von pulverförmigem Materialbeschränkt ist, handelt es sich beim Pelle-tieren um ein Verfahren, bei dem der granu-lometrische Zustand der Eingangsprodukte,also Form und Größenverteilung, in weitenBereichen variieren kann. Besonders vorteil-

haft arbeiten in diesem ZusammenhangMaschinen der Bauart Flachmatrizenpresse,da aufgrund der dort auftretenden Scher-kräfte eine zusätzliche Materialzerkleinerungim Inneren der Maschine erreicht wird.

Beim Pelletieren läßt sich – in Kombinationmit vorgeschalteten Konditionierverfahren –neben den erwähnten Produktveränderun-gen, die vornehmlich die mechanischeStabilität der Feststoffe erhöhen, eine Reiheweiterer Veredelungseffekte gezielt einstellen.So ist es möglich, durch Veränderung derVerfahrensparameter (Druck, Temperatur,Verweilzeit) und der Maschinenkonstruktion,sowie durch Zugabe funktioneller Hilfsstoffein den zu behandelnden Produkten spezi-fische Stoffwerte (Dichte, Brennwert) einzu-stellen, strukturelle Veränderungen herbeizu-führen (z.B. Modifizierung von Eiweiß undStärke) und die Keimbelastung zu reduzie-ren. Aus Sicht des Marketings von Bedeu-tung ist in vielen Fällen das äußere Erschei-nungsbild der Endprodukte. Beim Pelletierenist es unter gewissen Voraussetzungen(Produkt, Prozeßbedingungen) möglich, eineglatte, glänzende Oberfläche zu schaffen.

1333-Pressgranu-6d 27.03.2008 14:55 Uhr Seite 2

Feststoff-Veredelung durch Preßgranulation mit Flachmatrizenpressen

Einsatzmöglichkeiten des Pelletierens

Pelletierverfahren werden mit verschiedenenZielrichtungen eingesetzt:■ Rohstoffaufbereitung■ Formgebung■ Verschneiden mit Füllstoffen■ Aufbereiten von Abfallstoffen zum

Recycling■ Herstellung und Veredelung von Fertig-

produkten

Die Anwendungsbereiche, in denenpelletiert wird

■ Brauereien ■ Chemische Werke■ Eisenhütten ■ Futtermittelwerke ■ Kraftwerke ■ Kunststoffindustrie■ Landwirtschaft■ Mineralindustrie ■ Nahrungsmittelwerke ■ Ölmühlen ■ Pharma-Industrie ■ Trocknungsanlagen ■ Zellstoffwerke■ Zuckerfabriken u.v.m.

Strangpreßgranulation mit Flach-matrize

Die Strangpreßgranulation mit Flachmatrizen-pressen hat sich als ein universell einsetz-bares, wirtschaftliches Kompaktierverfahrenfür alle stückigen, langfaserigen, pulverför-migen, pastösen Produkte ohne Vorzerklei-nerung erwiesen. Das Endprodukt wird jenach Branche Pellet, Granulat, Cob, Preßlingoder Brikett genannt. Die für den Preßvor-gang wichtigen Werkzeuge sind Koller undgelochte Matrize. Die Verdichtung erfolgt inoffenen Preßkanälen, die sich in der Matrizebefinden (vgl. Abb.1 und 2).

Die grob vorzerkleinerten Produkte werdensenkrecht von oben in den Pressenraumdosiert und bilden auf der Matrize einenMaterialteppich. Die Koller überrollen dieseSchicht und verdichten sie (vgl. Abb. 3). DieDruckkraft steigt beim Rollen in RichtungPreßkanal stetig an, bis sie so groß gewor-den ist, daß der im Kanal befindliche Materi-alzylinder (Pfropfen) ein Stück weitergescho-ben wird. Damit das möglich ist, darf dieReibkraft des Pellets im Kanal nicht größerals die wirksame Preßkraft des Kollers sein.

Es wird in den Preßkanal also eine kleineScheibe eingewalzt und mit dem in diesembefindlichen Preßling verbunden. Dabei wirdder Pfropfen gleichzeitig ein Stück vorge-schoben und tritt nach unten aus der Matrizeaus.

Abb. 3: Flachmatrizenpresse

Speisung

Aufgabe

Einstellmutter für Kollerspalt,

hydraulisch

Elastischer Ring

Koller

Kollerkopf

Räumer

Matrize

Abschneide-vorrichtung

Königswelle

Abb. 1: Die wichtigsten Konstruktionsmerkmale der Flachmatrizenpresse:

Abb. 2: Pelletiervorgang bei der Flachmatrizen-presse

1333-Pressgranu-6d 27.03.2008 14:55 Uhr Seite 3

Zwischen Matrize und Kollern bleibt bewußteine Restschicht, damit eine bessere Vorver-dichtung und Materialbindung erreicht wirdund nicht Metall auf Metall läuft, was eineunnötige Abnutzung der Preßorgane zurFolge hätte.

Jeder Preßkanal wird mehrmals je Sekundeüberrollt. Es handelt sich bei diesem Preßver-fahren also um einen diskontinuierlichen Vor-gang im Gegensatz zum Extruder. Die ein-zelnen in den Preßkanal eingewalzten Schei-ben verbinden sich jedoch zu einem endlo-sen Preßstrang, der auf der Matrizenunter-seite austritt und mit verstellbaren Messern in gewünschte Zylinderlängen zerteilt wird.

Ziel ist es, homogene Pellets zu erhalten,denen man die scheibchenweise Herstellungnicht ansieht und deren Konsistenz auch beimechanischer Beanspruchung weitgehenderhalten bleibt.

Es gibt eine Reihe von Einflußmöglichkeiten,um dieses Ziel bei den verschiedenenMaterialarten zu erreichen:1. Zerkleinerungsgrad des Preßmaterials2. Komponentenanteile bei Produkt-

mischungen3. Feuchtigkeitsgehalt des Preßmaterials4. Bindemittelzusatz, Dampfzusatz,

Konditionierung des Preßmaterials5. Kolleranzahl, Kollerabmessungen6. Matrizendurchmesser, Anzahl der

Preßkanäle7. Länge, Durchmesser und geometrische

Form der Preßkanäle8. Abstand zwischen Kollern und Matrize9. Trocknung der Pellets

10. Kühlung der Pellets

Entsprechend der Materialart des Aufgabe-gutes können Matrizendurchmesser, freieLochfläche, Kollerbahnbreite, Kollerdurch-messer, Kollerbreite und Kollerzahl variiertwerden. Eine Kollerkopfhydraulik ermöglichtdie Veränderung des Abstandes zwischenKollern und Matrize während des Betriebes.Damit kann die Stärke der Materialschichtbeeinflußt und den Erfordernissen des Pro-duktes angepaßt werden. Bei Abnutzung der Preßorgane wird der Kollerkopf ohneBetriebsunterbrechung nachgestellt.

Vorteile der Flachmatrizenpresse

Materialzuführung

Die Materialzuführung erfolgt senkrecht vonoben im freien Fall ohne Umlenkung, ohne Leitbleche und ohne mechanische Hilfsmittel(Zwangsspeisung). Dadurch ist eine Blockier-gefahr bzw. eine Brückenbildung durch eineungewollte Verdichtung speziell bei geringerSchüttdichte fast vollständig ausgeschlos-sen.

Für die Materialzuführung und die Material-annahme durch die Preßorgane steht eingroßer, freier Presseninnenraum zur Verfü-gung, der wirksame Matrizendurchmesserbeträgt z.Zt. max. 1250 mm. Ein großer An-nahmeraum ist speziell bei Produkten mitgeringer Schüttdichte erforderlich. Verdich-tungsverhältnis bei Altpapier und Stroh z.B.15:1, d.h. pro t Pellets sind ca. 15 m3 Ein-gangsmaterial zu verarbeiten.

Kollerkopf

Der Kollerkopf bildet mit Kollerachsen undrotierenden Kollern eine Einheit. Kolleranzahl,Kollerdurchmesser, Kollerbreite, Kollerform(zylindrisch oder konisch) und Kollerober-

fläche werden optimal zum jeweiligen Pro-dukt ausgewählt. Bei Material mit geringerSchüttdichte arbeitet man mit geringerKollerzahl und schafft dadurch zusätzlichfreien Pufferraum.

Die Kollerumfangsgeschwindigkeit ist mit 2,5 m/sec. relativ gering. Dadurch ergebensich ein besseres Einzugsverhalten, eineleichtere Materialentlüftung, eine geringereSchlupfgefahr der Koller und ein geräusch-armer Pressenbetrieb mit geringerem Ge-räuschpegel als dem des Antriebsmotors.

Die hydraulische Kollerkopfverstellung (vgl.Abb. 5) ermöglicht die Optimierung des Abstandes zwischen Kollern und Matrize

Abb. 4: Anlagenbeispiel für den Pelletierungsprozess

B

R

D

W

M

D

PT

Rv

F

Bk

Zk

Sm

G

Ss

Bigbag-Entleerstation

Rührwerksbehälter

DosierschneckeDampf-/Wasserdosiersystem

Mischkonditionierer Radial-ventilator

PelletpresseType 33-390

Filter

Sieb-maschine

Bandkühler/-trockner

Schaltschrank Pellets/Granulat

Durchlaufmischer

Zerkleinerer

1333-Pressgranu-6d 27.03.2008 14:55 Uhr Seite 4

AMANDUS KAHL GmbH & Co. KG

Dieselstrasse 5-9

D-21465 Reinbek / Hamburg

Telefon: (040) - 727 71 - 0

Fax: (040) - 727 71 - 100

info@amandus-kahl-group.de

www.akahl.de

Die spezifische Kollerbahnfläche liegt je nachEinsatzzweck und gewünschter Materialver-dichtung zwischen 25 und 30 cm2 je kWinstallierter Leistung. Nur bei einer spezifischgroßen Preßkanalfläche kann die installierteEnergie voll in Durchsatzleistung umgesetztwerden.

Scherwirkung

Die Scherwirkung der Koller auf dem Materi-alteppich zwischen Kollern und Matrize ergibteine bessere Vorverdichtung, eine geringeZerkleinerung des Materials, ein gutes Ein-zugsverhalten, geringere Preßkanallängesowie glattere, härtere und zähere Pellets beigleichem Energieaufwand. Bei Materialien,die keine zusätzlichen Scherkräfte vertragenoder bei denen die Matrizenabnutzungüberproportional ansteigt, können konischeKoller eingesetzt werden. Aufgrund derdirekten Materialeinspeisung, des großenPresseninnenraumes und der Scherwirkungder Koller kann sehr grobes Material verar-beitet werden. Man spart bei einigen Pro-dukten, z. B. bei Müll, eine Zerkleinerungs-stufe ein bzw. kann die vorhandene Mahl-anlage mit größerer Sieblochung fahren.Ergebnis: Energie- und Investitionseinspa-rung sowie Vereinfachung des Betriebsab-laufes.

Wechsel der Preßwerkzeuge

Die Matrizen liegen in vollem Umfange aufdem Pressengehäuse auf und werden nurdurch Keile gehalten, dadurch ist die Bruch-gefahr sehr gering.

Der Kollerkopf sitzt lose auf der Königswelleund wird über Paßfedern mit dieser verbun-den. Nach oben wird der Kollerkopf durchdie verstellbare Hydraulikmutter gehalten.

Dadurch ergibt sich ein sehr einfacher undschneller Matrizenwechsel, weil außer derHydraulikmutter keine Schrauben oder Klem-men zu lösen sind. Kollerkopf und Matrizekönnen mit einem Elektrohebezug problem-los ohne Reinigung des Innenraumes abge-hoben und ausgetauscht werden.

Pelletkühlung, Trocknung

Falls die Materialfeuchte zur Verbesserungder Lagerstabilität, des Heizwertes oder der

Feststoff-Veredelung durch Preßgranulation mit Flachmatrizenpressen

während des Betriebes. Damit wird die Stär-ke der Materialschicht beeinflußt und so diewirtschaftlichste Pressenleistung erreicht.

Matrizen

Matrizendicke, Lochanzahl, Lochform undLochdurchmesser sowie Kollerbahnbreiteder Matrizen können, dem zu verarbeitendenMaterial entsprechend, variiert werden. Füreine spezifisch hohe Pressenleistung beigeringem Energieverbrauch je Mengeneinheitist u.a. die Verweildauer des Materials imPreßkanal maßgebend.

Die Pellethärte wird mit abnehmender Ver-weildauer geringer, d.h. die Pelletqualitätnimmt mit steigender Durchsatzleistung ab.Zur Kompensation kann man die Kanallängesolange vergrößern, bis die zur Verfügungstehende Motorleistung verbraucht ist. Beilängeren Preßkanälen besteht jedoch einegroße Blockiergefahr der Koller. Deshalb istes viel sinnvoller, die Zahl der Preßkanäle soweit wie möglich zu vergrößern, also einegroße Kollerbahnfläche pro Antriebs- undPresseneinheit zu schaffen.

Besonders wichtig ist eine große Kollerbahn-fläche bei der Verpressung von Material mitgeringer Schüttdichte und Teilchengrößenvon max. 100 x 100 mm, z. B. Papier undPlastikfolie.

1333

-D 0

6/06

Abb. 5: Wirkung der hydraulischen Koller-kopfverstellung, links in entspanntem Zustand,rechts in Arbeitsstellung.

Brenneigenschaften verringert werden muß,können die Pellets mit billiger Abwärme imKAHL-Bandtrockner nachgetrocknet wer-den.

Produktversuche können im haus-eigenen Technikum durchgeführtwerden

Im KAHL-Technikum (vgl. Abb. 6) wurden im Laufe der vergangenenen Jahre über5000 Produkte erfolgreich pelletiert.

Nachfolgend einige Beispiele:■ Katalysatoren■ Vulkanisationsbeschleuniger■ Tablettiermassen■ Vitamin C - Instantprodukte■ Pharma-Grundstoffe■ Graphit■ Pigmente■ Stearate■ Kunststoffpulver, -abfälle■ Düngemittel■ Waschmittelzusätze■ Aktivkohle■ Schlämme■ Talkum■ BRAMund vieles mehr.

Abb. 6: Alle Produkte können im KAHL-Technikum getestet werden

1333-Pressgranu-6d 27.03.2008 14:55 Uhr Seite 1