← Назад к Категория обработки и обработки порошков

Порошковая характеристика и прогнозируемая производительность для разработчиков и инженеров процессов

Предсказание производительности оборудования для обработки порошка может стать серьезной проблемой, но жизненно важно для разработчиков процессов, определяющих новый завод. Он требует всестороннего понимания всего процесса и ознакомления с взаимосвязи между свойствами порошка и технологическим оборудованием, а также тем, как они сочетаются для доставки продукта с требуемыми свойствами и качеством. Такое же понимание требуется также инженерам, работающим в составе производственной команды, которые должны использовать указанный завод для достижения оптимальной производительности.

Тим Фриман, директор Freeman Technology

Тим Фримен, директор Freeman Technology

Сложные инструменты для определения порошков позволяют прогнозировать поведение порошка в производственных процессах и использовать эту информацию для ускорения и оптимизации выбора технологического оборудования. В этой статье используются примеры двух типичных операций по обработке порошка, чтобы проиллюстрировать этот подход.

Протоколы проектирования и заполнения бункера

Рассмотрим смесь, вытекающую из бункера в раму подачи таблеточного пресса, при этом бункер заправляется каждый раз, когда уровень порошка падает ниже определенной точки. При определенных смесях поток нагнетания становится неустойчивым вскоре после заправки, что приводит к несогласованному заполнению и остановке установки. Не все смеси демонстрируют это поведение, и анализ показывает, что материал на выходе из бункера, который уже сжат весом порошкового слоя над ним, дополнительно уплотняется вибрацией окружающих механизмов, когда поток приостанавливается во время заправки. Поэтому реакция порошка на вибрацию очень важна, и проблемы с большей вероятностью возникают, если вибрация вызывает серьезные изменения.

Универсальные тестеры порошков включают измерения объемного, сдвигового и динамического расхода в одном приборе, измерение порошка в движении и возможность анализа образцов в консолидированном, кондиционированном, аэрированном или даже псевдоожиженном состоянии. Это позволяет сравнить энергию потока условного образца с образцом, уплотненным уплотнением или вибрацией, с получением количественного индекса консолидации (CI) и предоставления необходимой информации для оптимизации описанного выше поведения обработки.

Иллюстрацией этой точки служат сравнительные исследования характеристик заполнения матрицы двух разных порошков А и В. Образец A имеет CI (нажатый) 1.11, а образец B - 2.32. Это указывает на то, что В, относительно когезивный материал с очень тонкими (4 микрон) угловыми частицами, значительно сильнее подвержен вибрации, чем A. Испытания на заливку подтверждают, что характеристики B заметно ухудшаются, если они консолидируются, как и следовало ожидать от результаты, тогда как А, скорее всего, проявит гораздо более устойчивое поведение.

Дизайнер, имеющий доступ к информации об испытаниях порошков, имеет варианты - укажите более удобный бункер с более крутыми углами и / или большим выходом; проводить политику снижения вибрации оборудования; и / или установить оборудование для быстрого освобождения заблокированного бункера. Эта же информация приводит к тому, что производственная группа улучшает эксплуатационную практику в отношении заполнения бункера и улучшает реакцию в случае блокировки, заправляя бункер меньшими количествами, которые чаще всего являются одним из лучших решений.

Коррелирующие свойства порошков с производительностью шнекового питателя

Разработчики процессов обычно используют шнековые питатели для управления потоком материала из бункеров.

Свойства порошка будут напрямую влиять на производительность податчика, а плохо подобранная комбинация порошков / фидеров обычно будет связана с низкой скоростью подачи, высокими крутящими моментами винтов и накоплением порошка на стенках трубы, уменьшая как краткосрочную, так и долгосрочную работу эффективность. К переменным параметрам, которые можно манипулировать, относятся: размер фидера (диаметр и длина); геометрия, привод и высота шнека; и принадлежности, используемые для обеспечения постоянного потока, такие как вибрационные питатели, псевдоожижение или перемешивание в загрузочном бункере. Указание оптимального шнекового питателя для данного применения имеет решающее значение для успеха в эксплуатации, поэтому характеристика порошков для прогнозирования чрезвычайно полезна.

Совместное исследование Gericke AG (Цюрих, Швейцария) и Freeman Technology Ltd (Tewkesbury, UK) провело исследование свойств пяти различных порошков и их характеристик в двух разных типах шнековых питателей. GLD - это компактный универсальный фидер, используемый для высокоточной подачи сухих твердых веществ, для применения в пилотных масштабах и для тех, кому требуется частая перемена материалов. Блок GZD представляет собой компактный самоочищающийся двухшнековый экструдер, используемый для применений с малой производительностью и особенно подходит для материалов с плохими характеристиками потока.

Испытываемые пять порошков:

  • цитрата кальция
  • Гидроксид кальция
  • Целлюлоза
  • Мальтодекстрин
  • Молочный белок

Таблица 1 показывает динамические, объемные и сдвиговые порошковые свойства для пяти порошков наряду с объемной скоростью подачи для каждого типа порошка при прохождении через шнековый питатель GLD. Используя множественную линейную регрессию для определения корреляций между этими двумя наборами данных, было обнаружено два динамических свойства потока для прогнозирования производительности в податчике GLD: удельная энергия (SE) и индекс скорости потока (FRI). SE отражает то, как порошок ведет себя, когда находится в неограниченном состоянии, и на него в значительной степени влияют взаимные блокировки и трения. FRI описывает, как сопротивление порошка течению изменяется в зависимости от скорости потока или сдвига.

свободный стол 1

Таблица 2 снова показывает свойства порошка, но теперь сравнивается с объемными скоростями подачи при прохождении через податчик GZD. В этом случае более простая корреляция наблюдалась с помощью Аэрированной энергии (AE), которая достоверно предсказывала фактическую скорость подачи. AE - энергия потока, измеренная, когда образец аэрируется воздухом, протекающим через него с определенной линейной скоростью - в этом случае 40 мм / с, следовательно, AE40. Когезионные порошки имеют относительно высокое значение AE, поскольку аэрация мало способствует уменьшению сопротивления, которое они представляют для потока, в то время как для свободнотекущих порошков AE может приближаться к нулю при псевдоожижении порошков. Испытываемые пять материалов показали относительно широкий диапазон значений AE, но надежная связь между AE и объемной скоростью подачи сохраняется для всех материалов.

свободный стол 2

На рисунке 1 показаны измеренные скорости подачи для пяти порошков вместе с прогнозируемыми значениями. Прогнозируемые значения точно отражают наблюдаемые характеристики в податчике GLD. Чтобы оспорить прогностическую способность этого подхода, были испытаны два дополнительных порошка - цемент и лактоза.

На рисунке 1 показаны измеренные скорости подачи для пяти порошков вместе с прогнозируемыми значениями

На рисунке 2 показаны измеренные скорости подачи для каждого из первоначальных пяти порошков, а также два новых материала (показаны красным) вместе с прогнозируемыми значениями.

На рисунке 2 показаны измеренные скорости подачи для каждого из первоначальных пяти порошков, а два новых материала (показаны красным) вместе с прогнозируемыми значениями

Тот же эксперимент был проведен с устройством подачи GZD, а на рисунке 3 показаны измеренные скорости подачи для всех семи порошков. Опять же, предсказанные значения точно описывают производительность в податчике GZD.

Рисунок 3 показывает измеренные скорости подачи для всех семи порошков

Это исследование демонстрирует возможность разработки надежных корреляций между измеряемыми свойствами порошка и объемной скоростью подачи, поставляемой различными конструкциями шнекового питателя. В обоих случаях это динамические свойства порошка, которые оказались наиболее важными.

Прогнозирование производительности

Многогранная характеристика порошка обеспечивает существенную основу для определения свойств, которые наиболее важны для производительности при любой конкретной операции устройства. Поэтому порошковые тестеры, которые обеспечивают такой подход, могут быть чрезвычайно полезными для оптимизации ряда порошковых процессов.

Ссылки: 1. Freeman R. «Измерение свойств потока консолидированных, кондиционированных и аэрированных порошков - сравнительное исследование с использованием порошкового реометра и вращательной срезной ячейки», Powder Technology 174 (2007) 25-33.

Индустрия технологической промышленности

новости по теме

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены * *

Этот сайт использует Akismet для уменьшения количества спама. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.