关于螺旋搅拌过程中物料结块问题

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结块在许多过程中都会损害原材料和产品的价值。Tim Freeman展示了如何使用粉末流变仪可以帮助克服这个问题。

结块，从离散的颗粒或颗粒形成聚集的材料是粉末加工中的普遍问题。许多饲料以及由食品，化学和制药行业使用或制造的产品作为自由流动的易加工粉末出售。结块会损害其价值，不利地影响过程中或最终用途。

随着时间的推移，聚集可以通过一些机械或化学途径发生：一个特别常见的机制是水的迁移或吸收。对于化学和工艺工程师来说，其控制的关键在于管理环境条件，使得饲料或产品保持在最佳状态。这里描述并通过实验研究说明的是粉末流变仪可以通过测量结块过程中粉末性质的变化（例如湿度和固结的函数）来辅助的方式。

固体加工的基本要素是能够以制造特定应用所需特性的粉末来控制制造变量。这些粉末包装成袋子，小桶，散装容器或油罐，离开制造现场处于相对明确的状态。然而，使用前的粉末状况可能通过运输和储存的结果而显着变化。

结块是储存时粉末劣化的主要机理之一，湿度，温度和固结都是影响因素。水可导致材料的有限溶解和随后的晶体桥的形成，其将初级颗粒结合在一起成为较大的附聚物。另一方面，长时间的固结可以通过物理地迫使颗粒靠近在一起来促进机械聚集。不同粉末对这些效应的敏感性差异很大，因此适合一种材料的储存条件可能不适合另一种。

粉末流变学

粉末流变仪测量样品的动态特性，以非常直接的方式表征流动性。基本流能（BFE）是一个关键的基准测量，被定义为“以受控旋转速度将螺旋叶片向下旋转通过样品所需的能量。它来自精确测量作用在叶片上的轴向和旋转力，当它穿过粉末（图1）时。使用精确设计的自动化测试方法的精密工程仪器可以重复测量BFE，使其成为整个粘度范围内粉末的高度差异参数。

结块期间的聚集形成改变了样品的BFE，一些机制阴谋增加BFE。首先，结块会增加在发生流动之前必须克服的颗粒间粘结的强度。其次，结块体积更硬，颗粒的包装具有更大的阻力。精细粉末往往具有相对的粘性，具有捕获颗粒间袋中的空气的能力，因此通常具有高度可压缩性，具有几乎“海绵”的质量。使用这些材料，流变仪叶片的运动仅影响样品的一小部分; 可压缩粉末容易吸收诱发的位移，因此BFE较低。相比之下，较大的附聚物更紧密地包装，留下很少的夹带空气的空间，

最后，如果结块与水分含量的变化相关联，则可以通过改变样品的体积密度来增加BFE，因为更高的体积密度通常与更高的BFE相结合。这些变化使得监测BFE成为检测结块和评估其受环境条件影响的敏感而有效的方法，如下列研究所示。

巩固结块行为

将不同条件下样品的BFE曲线作为时间的函数进行比较，帮助工程师确定给定粉末的最佳储存条件。一个这样的调查的结果显示在图2中。这里显示了两组数据：一个用于在没有施加的合并载荷下保持的样品，另一组用施加的压力9kPa固结。

对于这种粉末混合物，在未固结和固化的粉末的初始四天期间可以看到BFE略微增加。然而，在随后的几天中，BFE以更明显的方式迅速上涨，使得固体粉末成为可能。五年半后，固结粉末在装载到储存容器中时的流动阻力是两倍，而未固化的粉末直到第八天才能达到类似的状态。在这两种情况下，BFE继续快速上涨，没有高原迹象。

在垃圾桶和料斗中，粉末处于其自身重量的压实压力下。这种粉末的性质表明，最小化这种压力在结块方面将是有益的，那么如何才能实现？

一个选择是以相对较低的填充水平运行箱体，以较低的体积以正常的频率增加。这有可能通过两种方式赋予优势。首先，它减少作用在料斗中的材料上的粉末的头部，其中材料处于最大的整合压力。其次，它减少了粉末在料仓中的停留时间，从而限制了结块的程度。然而，第二点值得仔细审查，因为事实上，如果垃圾箱以质量流量运行，而不是漏斗流动状态，停留时间将只能均匀地减少。

随着质量流动，垃圾桶中的所有粉末都在运动中：当材料从料斗中取出时，粉末以先进先出的方式穿过该单元。具有比基于粉末的剪切特性限定的极限值更陡的壁的漏斗将提供这种性能。如果不符合这些标准，则可以开发漏斗流。料斗角度不够陡，以确保粉末沿壁平滑流动，因此材料积聚（图3），粉末在料斗内的停留时间变得不均匀。一些粉末只能短暂地留在容器中，进入“漏斗”的中心并几乎立即离开。更重要的是，从结块的观点来看，粉末群体的其他部分仍然朝向船舶的基部相当长的时间，在上述材料的压力下。这些条件对于结块是理想的，应该避免。

虽然上述示例说明了在适用于进料仓的动态环境中考虑结块的重要性，但是许多技术将这种现象与在一段时间内储存的粉末的“静态”状态更接近，例如在一个封闭的桶。在这里，诸如前面详述的研究量化了结块问题的可能程度，并且通知关于材料需要多少次被碾压或激动以保持其处于适合状态用于后续处理的决定