Stofontwikkeling voorkomen: schoon afzakken van poeders en granulaten

Bij het vullen van een zak wordt de lucht die zich daarin bevindt verdrongen. Dat is de belangrijkste oorzaak van stofverspreiding. Hoe groot de uitstoot is, hangt af van hoe deze lucht kan ontsnappen in het gebied van de vulopening en het zakventiel.

Turbulentie, vulsnelheid of zakgeometrie werken hierbij als versterkers, niet als zelfstandige oorzaak.

Tijdens het vullen wordt lucht langs de vulopening en de zakklep verdrongen. Dit leidt tot een terugstroming in de richting van de omgeving van de installatie. In deze terugstromende lucht treden lokaal hoge stroomsnelheden en turbulentiegraden op. Fijne deeltjes met een lage zinksnelheid volgen deze stroming vrijwel zonder traagheid en worden uit de zak afgevoerd.

Dit effect wordt versterkt onder bepaalde procesomstandigheden, met name door:

• turbulente stromingen in het gebied van de vulopening,
• hoge vulsnelheden met lokale drukpieken,
• ongelijkmatige ontvouwing van de zak en ongecontroleerde luchtgeleiding,
• afnemende deeltjesgrootte met lage zinksnelheid.

Stofvorming is dus geen toevallige gebeurtenis, maar reproduceerbaar en voorspelbaar.

Conventionele afzuiginstallaties komen pas achteraf in actie: ze verwijderen stof uit de omgevingslucht, maar voorkomen niet dat het tijdens het vulproces ontstaat.

Stofuitstoot concentreert zich doorgaans op enkele terugkerende procespunten. Een centraal lekpunt bevindt zich bijvoorbeeld op de overgang tussen de vulopening en de zakklep. Op dit punt kan verdrongen lucht met hoge snelheid ontsnappen en daarbij fijne deeltjes meesleuren.

Een ander kritiek moment doet zich voor bij het verwijderen van de zak na het vullen. Bij het losmaken van de zak van de vulopening treedt vaak een kortstondige drukontlasting op. Hierdoor kan stof dat zich nog in het ventielgebied bevindt, vrijkomen.

Ook niet-dichte machinebehuizingen of onvoldoende ingekapselde installatieonderdelen dragen bij aan een voortdurende stofuitstoot.

Het fysisch veroorzaakte stof dat vrijkomt tijdens het zakkenvullen blijft niet zonder gevolgen. Het is de gemeenschappelijke oorzaak van veiligheidsrisico's, gezondheidsproblemen en economische verliezen. Hoe fijner en energieker het stof is, hoe kritischer de gevolgen ervan zijn.

Fijn brandbaar stof kan explosief zijn als aan vijf voorwaarden tegelijk wordt voldaan:

• Brandbaar stof
• Zuurstof
• Ontstekingsbron
• Voldoende stofconcentratie
• Werveling

In zakkenvulinstallaties zijn stofvrijgave en werveling procesgebonden en komen vaak voor. Zelfs kortstondige emissies kunnen lokaal tot een explosieve atmosfeer leiden.

In installaties voor het verpakken van poeder worden daarom vaak verschillende ATEX-zones gedefinieerd. Zo kunnen productverwerkingsgebieden binnen containers of leidingen bijvoorbeeld worden geclassificeerd als zone 20, terwijl er rond de vulopening vaak een zone 21 is.

Andere delen van de installatie, zoals vulkamers of filtersystemen, kunnen worden geclassificeerd als zone 22.

Vanuit technisch oogpunt is het het meest effectief om stofwolken helemaal niet te laten ontstaan, in plaats van ze achteraf te detecteren of te controleren.

Bij poeders die schadelijk zijn voor de gezondheid is niet alleen de efficiëntie van afzonderlijke filters van cruciaal belang, maar ook de architectuur van het gehele verpakkingssysteem. OEL-grenswaarden kunnen alleen permanent worden nageleefd als de productstroom in een grotendeels gesloten systeem plaatsvindt en luchtbewegingen gericht worden gecontroleerd.

Het gaat daarbij minder om het achteraf opvangen van stof dan om het voorkomen ervan binnen het proces. Open overgangen of puntzuigingen bereiken bij stoffen met zeer lage grenswaarden snel hun grenzen.

Stof is geen afval, maar een verloren product. Elke fijne fractie die met de afvoerlucht wordt afgevoerd, leidt tot direct materiaalverlies en verhoogt tegelijkertijd de belasting van filters en afzuigsystemen.

Bij continue afvulprocessen leiden zelfs kleine hoeveelheden stof over lange periodes tot meetbare jaarlijkse verliezen. Daarbij is niet de zichtbare stofafvoer doorslaggevend, maar de continue afvoer van de fijnste deeltjes via afzuig- en filtersystemen.

Vanuit procestechnisch oogpunt is het dus niet de vraag hoe stof zo efficiënt mogelijk kan worden afgezogen, maar hoe het ontstaan ervan in het zakkenvulproces kan worden voorkomen.

Voor stofvrij afzakken is geen hogere afzuigcapaciteit nodig, maar een fundamenteel andere proceslogica: luchtbewegingen worden niet als onvermijdelijk bijverschijnsel geaccepteerd, maar actief gecontroleerd en in het proces geïntegreerd. Alleen een aanpak die stofvorming direct aan de bron voorkomt, is effectief.

De VeloVac-technologie richt zich niet op het afvoeren van reeds ontstaan stof, maar op de gecontroleerde afvoer van de bij het vullen verdrongen lucht, voordat deze stof kan transporteren.

De kern van het systeem is een gesloten vacuümkamer, waarin tijdens het vullen een bepaalde onderdruk wordt gecreëerd. In de praktijk werkt VeloVac doorgaans in een onderdrukbereik van ongeveer 400 tot 600 mbar. De lucht die bij het invoeren van het stortgoed wordt verdrongen, wordt gericht uit de zak afgevoerd.

De parameters van het vacuüm worden productspecifiek ingesteld en houden rekening met de eigenschappen van het stortgoed, de verdichting ervan en de gebruikte zakcombinatie. Met de vacuümregeling kunnen de vulsnelheid en het debiet worden beïnvloed en tegelijkertijd de mechanische belasting van de zak worden gecontroleerd.

Vanuit procestechnisch oogpunt heeft dit verschillende effecten:

• geen terugstroming langs de vulopening en de zakklep
• minder turbulente stromingen in het invoergedeelte
• geen stofverspreiding in de omgeving, omdat het proces plaatsvindt in een gesloten vacuümkamer

Het belangrijkste verschil met de klassieke afzuigtechniek is dat VeloVac niet werkt als een nageschakelde stofafzuiging. Het doel is een gecontroleerde afvulling waarbij helemaal geen stof vrijkomt.

Een aanzienlijk deel van de stofemissies ontstaat niet tijdens het vullen zelf, maar vlak daarvoor. De oorzaak hiervan zijn defecte of niet correct geopende ventielzakken.

Het ValvoDetect-systeem detecteert dergelijke fouten echter al vóór het vullen. Tijdens het aanvoeren van de lege ventielzak controleren optische sensoren of het ventiel correct is geopend. Defecte zakken worden automatisch gedetecteerd en uit het proces verwijderd.

Persluchtmondstukken en drukopnamesensoren zorgen er bovendien voor dat de zak vóór het sluiten exact wordt gepositioneerd. Dit voorkomt onvolledige lasnaden en daarmee zowel productverlies als stofemissies door lekkende ventielen.

Zo worden defecte zakken al op twee kritieke punten in het proces gedetecteerd: bij de toevoer van de zakken en vóór het lassen.

Na het vullen is het veilig afsluiten van de zakklep een andere kritieke fase in het proces. Stof in het klepgebied kan de dichtheid van mechanische of thermische afsluitingsmethoden aantasten.

Bij ultrasoon sealen met ValvoSeal worden daarentegen hoogfrequente mechanische trillingen gebruikt om het zakmateriaal lokaal te lassen. Omdat het lasproces direct in het materiaalcomposiet plaatsvindt, kan ook bij aanwezigheid van stofdeeltjes in het klepgebied een stabiele verbinding worden gemaakt. Hierdoor kunnen typische fouten zoals scheuren of onvolledige naden worden voorkomen en wordt het risico van latere stofemissies door lekkende klepgebieden geëlimineerd.

De rendabiliteit van een afzakinstallatie wordt niet alleen bepaald door de investeringskosten of het nominale vermogen. Doorslaggevend zijn de lopende kosten en risico's gedurende de gehele levenscyclus van de installatie. Stofarme afzakprocessen verminderen een reeks indirecte kostenfactoren.

Stofuitstoot leidt tot regelmatige reinigingswerkzaamheden aan de machine, de randapparatuur en de halomgeving. Naast de tijd die dit kost, ontstaan er ook kosten door stilstand, personeelsinzet en reinigings- en afvalverwerkingskosten. Als stofuitstoot al tijdens het proces wordt voorkomen, worden deze kosten structureel verminderd.

Ook de installatietechniek zelf wordt door stof belast. Filters, sensoren en bewegende onderdelen worden daardoor zwaarder belast en slijten sneller. Stofarme processen verlengen daarentegen de onderhoudsintervallen en verhogen de beschikbaarheid van de installatie.

Stofvrije zakken en pallets verminderen het aantal klachten in de toeleveringsketen. Vervuilde verpakkingen kunnen logistieke processen verstoren en ertoe leiden dat de goederen door de klant worden geweigerd.

Onze praktijkervaring bevestigt: het vroegtijdig herkennen van defecte zakken verlaagt onder andere de kosten voor klachten en reiniging meetbaar. Een technisch schoon afzakproces vermindert niet alleen stofemissies, maar verbetert ook de veiligheid, productkwaliteit en rendabiliteit van het gehele verpakkingsproces.

Stofuitstoot bij het afvullen van poeders en granulaten is geen onvermijdelijk bijproduct. Het is het gevolg van ongecontroleerde luchtverplaatsing tijdens het afvulproces. Wie stof pas na het ontstaan ervan opvangt, bestrijdt de symptomen. Wie daarentegen de luchtstroom in het proces zelf controleert, pakt de oorzaak aan.

Technologieën zoals vacuümkamer-vulling, optische zakherkenning en ultrasone afdichting tonen aan dat stofvrijheid, procesveiligheid en economisch rendement elkaar niet uitsluiten, maar juist wederzijds afhankelijk zijn. Minder stof betekent minder explosiegevaar, minder productverlies, minder reinigingswerk en schonere verpakkingen in de hele toeleveringsketen.

De cruciale vraag voor installatiebeheerders is daarom niet hoe krachtig hun afzuigsysteem is, maar of hun zakkenvulproces überhaupt nog stof produceert.