في الصناعة ، هناك عدد كبير من المواد الخام مساحيق. إن فهم خصائص ومعلمات هذه المساحيق مفيد للتشغيل السلس لعمليات الإنتاج. تشمل خصائص الجسيمات للمساحيق حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات والكثافة وقابلية التدفق ومساحة سطح محددة.
أنا. الخصائص الأساسية للمساحيق
حجم الجسيمات: يشار إلى حجم الجسيمات بشكل جماعي بحجم الجسيمات ، المعروف أيضًا باسم قطر الجسيمات. بالنسبة للجسيمات الكروية ، يتم التعبير عن حجم الجسيمات مباشرة بقطر ؛ بالنسبة للجسيمات غير الكروية ، يتم استخدام مفهوم "حجم الجسيمات المكافئ" لوصفه.
توزيع حجم الجسيمات (PSD)يشير ، المعروف أيضًا باسم التشتت ، إلى نسبة الجسيمات ذات الأحجام المختلفة في المسحوق. وفقًا لمعايير القياس ، يمكن تقسيمها إلى توزيع الكمية وتوزيع مساحة السطح وتوزيع الكتلة. تشمل الطرق الشائعة للتمثيل التمثيل الجدولي والرسوم البيانية والوظيفية.
D10 ، D50 ، D90 ، D97: أحجام الجسيمات المميزة المقابلة لمنحنى توزيع حجم الجسيمات التراكمي. يمثل D50 ، المعروف أيضًا باسم القطر الوسيط ، قيمة 50 ٪ من الجسيمات في العينة التي تكون أصغر من هذه القيمة ؛ غالبًا ما يستخدم D90 و D97 لوصف توزيع الجزيئات الكبيرة وهي ضرورية لمراقبة جودة المنتج.
قيمة تمتدمقياس لقياس عرض توزيع حجم الجسيمات ، محسوبا على النحو التالي(D90 - D10) / D50. تشير القيمة الأكبر إلى توزيع أوسع ؛ تشير القيمة الأصغر إلى توزيع أكثر تركيزًا.
الكثافة الحقيقية: الكثافة التي يتم الحصول عليها بقسمة كتلة المسحوق على الحجم (الحجم الفعلي للمادة) باستثناء أي فراغات داخل أو خارج الجسيمات.
كثافة الحبيبات: الكثافة التي يتم الحصول عليها عن طريق تقسيم كتلة المسحوق على حجم الجسيمات ، بما في ذلك المسام المفتوحة والمغلقة.
الكثافة السائبةيُعرف أيضًا باسم الكثافة الظاهرية السائبة السائبة ، ويشير إلى الكثافة التي يتم الحصول عليها عن طريق تقسيم كتلة المسحوق على حجم الحاوية التي يشغلها المسحوق (بما في ذلك المسام داخل الجسيمات والفراغات بين الجسيمات). لنفس المسحوق ، الكثافة الحقيقية ٪ 3E كثافة الجسيمات ٪ 3E الكثافة السائبة.
كثافة مستغلة: الكثافة السائبة للمسحوق بعد أن تم النقر عليه وضغطه عدة مرات في ظل ظروف محددة.
مساميةنسبة الفراغات في طبقة المسحوق ، أي نسبة الحجم الذي تشغله الفراغات بين الجسيمات والمسام داخل الجسيمات نفسها إلى الحجم الإجمالي للمسحوق ، ويعبر عنه كنسبة مئوية.
كروية: يشير إلى مدى قرب شكل الجسيمات من الكرة. كروية أعلى عموما يشير إلى قابلية تدفق أفضل.
نسبة العرض إلى الارتفاعنسبة أطول قطر إلى أقصر قطر للجسيمات. هذه معلمة مهمة للجسيمات الليفية أو الشبيهة بالإبر.
ثانيا. ميكانيكا المسحوق وخصائص التدفق
قابلية التدفقسهولة تدفق المسحوق تحت تأثير القوة الخارجية ، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بعوامل مثل شكل الجسيمات والحجم وحالة السطح والكثافة.
زاوية راحة: الزاوية بين مولد المخروط والمستوي الأفقي بعد تدفق المسحوق بشكل طبيعي من أسفل القمع وتتراكم في مخروط. إنه أبسط مؤشر لتقييم قابلية التدفق ؛ كلما كانت الزاوية أصغر ، كانت قابلية التدفق أفضل. وهي تعرف عادة باسم زاوية من راحة.
زاوية الخريف/زاوية الاختلاف: بعد قياس زاوية الارتداد ، يتم تطبيق تأثير محدد على كومة المسحوق ، وتتشكل الزاوية بعد انهيار سطح الوبر. الفرق بين زاوية السقوط وزاوية راحة يعكس ميل المسحوق إلى القوس.
زاوية الاحتكاك الداخلي: الزاوية المقابلة لنسبة إجهاد القص إلى الإجهاد الطبيعي عند الانزلاق يحدث بين الجسيمات داخل المسحوق ، مما يعكس قدرة المسحوق على مقاومة تشوه القص.
زاوية احتكاك الجدار: زاوية الاحتكاك عندما ينزلق المسحوق بين جدار الموصل (مثل جدار القادوس) ، وهي معلمة رئيسية لتصميم زاوية مخروط القادوس.
مؤشر الانضغاطية/مؤشر كارمؤشر قابلية التدفق محسوب من كثافة التعبئة السائبة والكثافة التي تم النقر عليها ، باستخدام الصيغة[(كثافة مستغلّة-كثافة تعبئة فضفاضة)/كثافة مستغلّة] × 100 ٪. كلما كانت القيمة أصغر ، كانت قابلية التدفق أفضل.
نسبة هاوزنر: نسبة الكثافة المستغلة إلى كثافة التعبئة السائبة. على غرار مؤشر كار ، فهو مؤشر مهم للسيولة ؛ كلما ارتفعت النسبة ، زادت السيولة.
معدل التدفق: كتلة المسحوق المتدفقة من قمع بفتحة محددة لكل وحدة زمنية ، تُستخدم لقياس قابلية التدفق مباشرة.
قابلية الانضغاط: يشير إلى قدرة المسحوق على تقليل الحجم تحت الضغط.
قابليةيشير إلى قدرة المادة على أن تكون مضغوطة ومقيدة بإحكام في شكل محدد سلفة (كتلة) بقوة معينة.
ثالثا. خصائص سطح المسحوق والخصائص الكيميائية
مساحة سطح محددة: إجمالي مساحة السطح لكل وحدة كتلة من المواد. إنها معلمة مهمة تميز حجم الجسيمات للمسحوق وسعة امتصاص المواد الصلبة.
استرطابييشير إلى ظاهرة سطح صلب يمتص الرطوبة من البيئة. هذا يمكن أن يؤدي إلى انخفاض قابلية تدفق المسحوق ، أو التكتل ، أو الترطيب ، أو حتى الإسالة.
ترطيب: يشير إلى الظاهرة التي تتغير فيها الواجهة الصلبة من واجهة الغاز الصلب إلى واجهة السائل الصلب.
التصاق: يشير إلى الجاذبية بين الجزيئات المختلفة التي تسبب التصاق جزيئات المسحوق بسطح التلامس (مثل جدار الحاوية).
التماسكيشير الالتصاق ، المعروف أيضًا باسم الالتصاق ، إلى الظاهرة التي يؤدي فيها الانجذاب بين الجزيئات المتشابهه إلى التصاق جزيئات المسحوق ببعضها البعض وتشكيل المجاميع.
إلكتروستاتيكسميل المساحيق إلى توليد وتجميع الشحنات أثناء النقل والاصطدام والاحتكاك ، مما يؤثر على قابلية التدفق والسلامة التشغيلية.
إمكانية زيتا: إمكانية وجود جسيم على مستوي انزلاق في المحلول ، وهو مؤشر رئيسي لاستقرار نظام التفريق الغرواني. كلما زادت القيمة المطلقة ، زاد التنافر الكهروستاتيكي بين الجسيمات ، وكلما كان النظام أكثر استقرارًا.
الطاقة السطحيةالطاقة الزائدة للجزيئات على سطح الجسيمات مقارنة بالجزيئات الداخلية. كلما ارتفعت طاقة السطح ، قل استقرار الجسيمات ، وأقوى التصاقها وتماسكها.
4. طرق القياس والتحليل
تحليل النخلطريقة تقليدية لتحليل حجم الجسيمات باستخدام مجموعة من المناخل القياسية. يتم التعبير عن النتائج ككسر كتلة وهي مناسبة للجسيمات الخشنة (3 ٪ إلى 38 ميكرون).
حشرات الليزرتقنية قياس حجم الجسيمات السائدة الحالية ، والتي تحسب توزيع حجم الجسيمات من خلال تحليل نمط تشتت ضوء الليزر بواسطة الجسيمات. لديها مجموعة قياس واسعة وسرعة عالية.
تحليل الصور الديناميكيةتستخدم هذه الطريقة كاميرا عالية السرعة لالتقاط صور للجسيمات المتحركة وتحليل حجم وشكل الجسيمات (مثل الكروية ونسبة العرض إلى الارتفاع) في الوقت الفعلي.
طريقة الرهاناستنادًا إلى نظرية بروناور-إيميت-تيلر ، فهي طريقة قياسية لحساب مساحة سطح محددة باستخدام بيانات امتصاص النيتروجين بدرجة حرارة منخفضة. يمكن استخدامه أيضًا لتحليل توزيع حجم المسام.
قياس تسلل الزئبق (MIP)تستخدم خاصية عدم ترطيب الزئبق في المواد. ويدخل الزئبق إلى المسام تحت ضغط عالٍ ، ويحسب توزيع حجم المسام على أساس العلاقة بين الضغط وحجم الزئبق المحقون. يستخدم أساسا لقياس المسام الكبيرة.
V. عمليات وحدة المعالجة
سحق/طحن: عملية كسر المواد الصلبة الكبيرة إلى مسحوق ناعم باستخدام القوة الميكانيكية.
تصنيفعملية فصل الجسيمات وفقًا لحجمها ، وغالبًا ما يتم دمجها مع التكسير لتشكيل نظام حلقة مغلقة.
خلط: عملية الخلط الموحد لمساحيق أو أكثر من المكونات المختلفة.
التحبيب/التكتل: عملية تكتل المسحوق الناعم إلى جزيئات أكبر وأكثر سوائل ، تهدف إلى تحسين قابلية التشغيل ومنع الغبار.
تجفيف: وحدة تشغيل تزيل الرطوبة (الماء أو المذيب) من المساحيق أو الجزيئات.
نقل هوائيطريقة لنقل المواد المسحوقة في خطوط الأنابيب باستخدام طاقة الغاز ، والتي تنقسم إلى مرحلة تخفيف النقل والمرحلة الكثيفة.
التخزين والتغذية: ينطوي ذلك على تصميم الصوامع/النطاطات ومعدات تفريغ مستقرة ويمكن التحكم فيها (مثل الصمامات الدوارة والمغذيات اللولبية).
VI. المشاكل والظواهر الشائعة
العزليحدث الفصل أثناء الاهتزاز والنقل والعمليات الأخرى بسبب الاختلافات في حجم الجسيمات وكثافتها وشكلها ، والتي يمكن أن تعطل تجانس الخليط.
غبار: ظاهرة جزيئات المسحوق الناعم التي يتم تعليقها في الهواء عن طريق تدفق الهواء ، والتي ترتبط بالصحة والسلامة المهنية.
مقوس/راثولينجعندما يتم تغذية المسحوق في صومعة ، فإنه يشكل بنية مقوسة مستقرة أو قناة مركزية بسبب التماسك والاحتكاك ، مما يؤدي إلى انقطاع التدفق.
التميععندما يمر غاز أو سائل لأعلى عبر طبقة مسحوق بسرعة معينة ، يتم رفع الجسيمات بواسطة السائل ، ويظهر الكل حالة تشبه السوائل. يستخدم على نطاق واسع في التجفيف والتفاعل وغيرها من العمليات.
انفجار الغبارعندما يصل الغبار القابل للاحتراق المعلق في الهواء إلى حد تركيزه الانفجاري ، فإنه يخضع لتفاعل أكسدة عنيف عند مواجهة مصدر اشتعال ، وهو أمر مدمر للغاية.