Секция II Обзор сыпучих материалов и их влияние на выбор оборудования Шарон Новак (Sharon Nowak) K-Tron Глобальный менеджер по развитию бизнеса, пищевая и фармацевтическая промышленность

Программа Сессия I - Общее вступление Сессия II - Обзор сыпучих материалов (K-Tron) Сессия III - Технология пневматической транспортировки и обзор продукции (K-Tron) Сессия IV – Технология подачи и дозирования, обор продукции (K-Tron) Сессия V – Достижения в сфере компаундирования с применением двухшнекового эксрудера (Coperion) Сессия VI (Coperion) Сессия A: Экструзия продуктов питания с применением двухшнековых экструдеров Сессия B: Новые разработки в сфере компаундирования пластиков Сессия VII (K-Tron) Сессия A: Выбор правильной системы подачи для пищевой фармацевтической промышленности Сессия B: Выбор правильной системы подачи для пластиковой промышленности Сессия VIII Пневматическая транспортировка (K-Tron) Сессия A: Системы пневматической транспортировки для пищевой фармацевтической промышленности Сессия B: Системы пневматической транспортировки для пластиковой промышленности

Влажные, клейкие материалы Хрупкие материалы Крупные частицы Смеси Абразивные материалы Малосыпучие материалы Легкосыпучие материалы Продукты, чувствительные к загрязнению Материалы, которые разжижаются или плавятся Продукты, которые собираются, спекаются, закупоривающие и мажущие продукты Опасные материалы Определение сыпучих материалов

Источники материалов Органические Какао-порошок Порошки Сахар Неорганические Карбонат кальция Диоксид титана Двуокись кремния

На что влияет сыпучесть материалов? Физические и химические свойства Свойства материалов С другими частицами, оборудованием и окружающей средой Взаимодействие частиц Сжимаемость и сцепляемость Свойства сыпучих материалов Пропускная способность и скорость потока Текучесть Конфигурация и полировка поверхности Транспортное устройство

Свойства материалов и опыты ОпытИзмеряемое свойствоВлияет на …. Плотность сыпучего материала Рыхлый компактный ρ = Вес на единицу объемаРазмер сосудов для хранения и сжимаемость материала Форма частицКонфигурация частицВыгрузку с бункера Размер частиц и PSDСоотношение размеров (L/D)Текучесть и сжимаемость Твердость частицЧувствительность к царапинам, твердость, hardness, истираемость Истираемость оборудования. Тип хода за металлом и поверхностями труб, бункеров, винтов. Хрупкость частиц. Влажность% воды в материалеСила сцепления и склонность к зависанию сыпучих материалов ПроходимостьВозможность прохождения воздуха через сыпучий материал Сыпучесть СжимаемостьЧувствительность материала к давлениюВозможность загрузить в бункер для подачи материала СвязностьСклонность к склеиванию материалаМинимальный диаметр выпуска для бункеров и выводов

Свойства материалов, которые понижают сыпучесть Высокий коэффициент пропорциональности Широкий диапазон PS & PSD Сжимаемость и сцепляемость

Сравнение плотности сыпучих материалов Плотный материал (CBD) Рыхлый материал (LBD) Аэрированный материал (ABD) 10%

Неплотные сыпучие материалы (Loose Bulk Density - LBD) Масса на объем «неплотного» порошка, г/cм 3 В серии измерений Карра сито с фракцией для частиц с диаметром D100 используется для контроля потока анализируемого материала. 100 cм 3 Сито Воронка Образец материала Слайд с презентации Hosokawa Micron Powder Systems, саммит, Нью-Йорк

Tapping Unit Уплотненные или плотные сыпучие материалы (Compacted Bulk Density - CBD) Масса на объемуплотненного порошка, г/cм 3. В серии измерений Карра контейнер заполняется до вершины стенок держателя, обычно, одинакового размера с чашей. Резьбонарезная головка автоматически поднимает и опускает контейнер. Стандарт Карра : 18 мм 180 taps 100 CC Sieve Funnel Retainer Sample Слайд с презентации Hosokawa Micron Powder Systems, саммит, Нью-Йорк

Плотность сыпучих материалов влияет на …

Неорганические материалы: Плотность карбоната кальция LBD 0.3 g/cm 3 CBD0.4 g/cm 3 LBD1.38 g/cm 3 CBD 1.47 g/cm 3 CaCO 3 (95%)CaCO 3 (99%)

Органические материалы: Плотность сахаров LBD.88 g/cm 3 CBD1.06 g/cm 3 LBD.68 g/cm 3 CBD.95 g/cm 3

Форма частиц Круглые Сахар Кубики CaCO3 Полевой шпат Гранулы Смола Дерево Цилиндри- ческие SiO2 BaSO 4 Пластины Слюда Тальк Волокна Стекло Волластонит APIs Соотношение размеров

Пример ситового анализа сахарной пудры

Размер частиц Код A Код C Код B

Размер частиц и PSD % Прохождение Размер частиц (мм) Номер сита /43 1/ Широкое распределение Узкое распределение Верхнее сечение d50

Твердость частиц TiO2 6-7 CaCO3 3-4 Kaolin 4-8 Talc 1 – 1.5 SiO2 6-7

Твердость Методы по Роквеллу по Бринеллю по Виккерсу по Кнупу по Шору по Моосу по Барколу Название минерала Твердость (по Моосу) Твердость (по Виккерсу) kg/mm 2 Графит1–2VHN 10 =7–11 Олово1½VHN 10 =7–9 Висмут2–2½VHN 100 =16–18 Золото2½VHN 10 =30–34 Серебро2½VHN 100 =61–65 Халькоцит2½–3VHN 100 =84–87 Медь2½–3VHN 100 =77–99 Галенит2½VHN 100 =79–104 Сфалерит3½–4VHN 100 =208–224 Хизлевудит4VHN 100 =230–254 Карролит4½–5½VHN 100 =507–586 Гётит5–5½VHN 100 =667 Гематит5–6VHN 100 =1,000–1,100 Хромит5½VHN 100 =1,278–1,456 Анатаз5½–6VHN 100 =616–698 Рутил6–6½VHN 100 =894–974 Пирит6–6½VHN 100 =1,505–1,520 Бовенит7VHN 100 =858–1,288 Эвклаз7½VHN 100 =1,310 Хром8½VHN 100 =1,875–2,000

Взаимодействие частиц… Частица – Частица Ван-дер-ваальсовы силы Электростатические силы Капиллярные силы Спекание Collisions Частица – Оборудование Трение Сопротивление сдвигу Частица – Окружающая среда Влажность Температура Проходимость Вибрация Время

Содержание влажности Увеличение сцепляемости Образование жидкой перемычки между частицами Значительное влияние на фрикционные свойства материалов

Взаимодействие между частицами Капиллярные силыСпекание Образование жидких перемычек! Образование твердых перемычек! F c = 2πRγ ε n = kt R

Взаимодействие между частицами F νω = AR / 12a 2 F νω = hŵ 1+ hŵ__ 8πa 2 8πa 2 H F νω =1 to 10eV (most solids) Сопротивление силе притяжения! Ван-дер-ваальсовы силы

Взаимодействие между частицами и оборудованием Трение Внутреннее Твердые частицы, которые движутся навстречу друг другу Угол внутреннего трения Трение о поверхность Твердые частицы, которые скользят вдоль поверхности Угол трения о поверхность V = K ΔФΔФ A σAσA ζAζA FRFR

Взаимодействие между частицами и оборудованием

Взаимодействие между частицами и окружающей средой

Консолидация времени Повышение прочности при хранении в спокойном состоянии под сжимающим напряжением на протяжении длительного времени Спекание Деформация пластика в месте столкновения частиц Интерактивные силы! σvAσvAσcAσcA

Напряжение в сыпучих материалах Неньютоновская жидкость! Напряжение сдвига может передаваться даже в состоянии покоя Напряжение сдвига отличается в разных секущих плоскостях Напряженное состояние в сыпучих материалах невозможно описать полностью одним числовым значением Сжимаемость Сцепляемость X Y Z dy dz dx σ zz ζ zy ζ zx ζ xz ζ xy σ xx ζ yz σ yy ζ yx σ = напряжение ζ = сдвиг

Проницаемость Способность газа проходить через материал

Газопроницаемость Величина, показывающая, насколько легко газ проходит через материал в состоянии покоя Зависит от размера частиц, формы и плотности материала Почему важно знать газопроницаемость? Способность сыпучего материала к разжижению или «текучести» Шарообразные частицы более газопроницаемы и поэтому не склонны к текучести Микрокремнезем имеет низкую газопроницаемость и поэтому легко текуч, сверхтонкие легкие частицы вовлекаются в воздух

Сжимаемость Способность порошка к сжатию внутри определенного контейнера Примечание: Карр использовал контейнер объемом 100 см3 Значение определяется путем вычисления: показания плотности аэрированного материала вычитаются из показаний плотности уплотненного. 100 x ( уплотненный - аэрированный ) Плотность уплотненного материала = % Сжимаемость Слайд с презентации Hosokawa Micron Powder Systems, саммит, Нью-Йорк

Дополнительные лабораторные опыты Угол естественного откоса Угол откоса насыпи Угол Шпателя Допустимая скорость Конечная скорость Переносная скорость точки Текучесть Нормативы Ассоциации производителей конвейерного оборудования CEMA Standard 550, март 26, 2009

Угол естественного откоса Гранулы полиэтиленаИзмельченный полистирол Сахар Циклосерин

4.5 м. Дополнительная высота 58 cм. 3.9 м. 3 м. диаметр 22 м 3 4 м м 3. 2 м 3. 2 м 3 Объем заполнения водой данного контейнера - 28 м 3 Объем заполнения водой данного контейнера - 33 м 3. Угол естественного откоса (рыхлые материалы) Вставьте изображение массы Укажите угол естественного откоса Преобразуйте в метрическую систему мер

Допустимая скорость Допустимая скорость – скорость газа в пределах определенной области Допустимая скорость = фут³/мин /ABH фут³/мин = объем газа ABH = площадь поперечного сечения (корпуса приемника, пылеуловительной камеры с рукавными фильтрами и т. д.) Скорость ожижения – наблюдаемая скорость газа во время его прохождения через мешочные фильтры. Её можно рассчитать, разделив объем коллектора газа на площадь его поперечного сечения, после вычитания площади поперечного сечения камер из площади поперечного сечения коллектора.

Ниже 100 фут в мин Допустимая скорость

Кинематический угол поверхностного трения Трение частиц о стенки Давление или сила Кинематический угол трения F F

Угол воронки при выгрузке Рассчитайте объем перевернутого конуса, который образуется во время выгрузки. Определите полезную площадь бункера хранения, от сигнала низкого уровня. Определите, где должен быть расположен индикатор низкого уровня. Полезная площадь пополнения. Расположение индикатора низкого уровня.

Четыре основные категории потока Текучие потоки При смешении с воздухом/газом становятся высоко заряженными подобно жидкостям Тяжело поддаются обработке. Текут свободно. Текут вдоль конвейерных лент и прокручиваются быстрее скорости лент Связанные потоки Сжимаемый материал. Легко уплотняется Вязкий Гигроскопичный Легко текучие потоки Легко текучие. Частицы не склеиваются Одинаковые размер и форма частиц Не абсорбируют воздух/газ и не становятся текучими Плохо текучие потоки Материал склонен к сваливанию Неоднообразные размер и форма частиц Хрупкий Шероховатый или абразивный

С течением лет в попытке уменьшить влияние человеческого фактора при применении методов Карра приборы прошли путь от строго ручных до компьютеризированных систем управления. Тестер порошков на текучесть Слайд с презентации Hosokawa Micron Powder Systems, саммит, Нью-Йорк

Текучесть по системе индексов Ральфа Карра 41 Слайд с презентации Hosokawa Micron Powder Systems, саммит, Нью-Йорк

Водопоглотительная способность по системе индексов Ральфа Карра 42 the Ralph Carr series of Indices

Резюме: Общая шкала сыпучести Характеристики потока Индекс сжимаемости (%) Коэффициент Хауснера Отлично – 1.11 Хорошо – 1.18 Терпимо – 1.25 Удовлетворительно – 1.34 Плохо – 1.45 Очень плохо – 1.59 Очень, очень плохо> 38> 1.60 Источник: Carr. R.L. Evaluating Flow Properties of Solids. Chem. Eng. 1965, 72, 163 – 168

Вопросы?