ما هي ريولوجيا المسحوق؟

اعرف المزيد عن ريولوجيا المساحيق

مشاكل المسحوق المتعلقة بسلوك تدفق الجاذبية

سيتضمن خط معالجة المسحوق الصناعي النموذجي العديد من حاويات التخزين (مثل الصناديق ، القواديس ، الصوامع ، القواديس ، حاويات السوائب الوسيطة أو حاويات السوائب الوسيطة ، الأكياس ، إلخ) ، خطوات التغذية أو المناولة (على سبيل المثال ، ناقل الحزام ، الناقل اللولبي ، الناقل الهوائي ، مزالق الجاذبية ، إلخ) وخطوات المعالجة (مثل الطحن ، والخلط ، والتجفيف ، والتعبئة ، وما إلى ذلك). تتمثل إحدى المشكلات الصناعية الرئيسية في ضمان تفريغ المسحوق بشكل موثوق من التخزين إلى المرحلة التالية من العملية. لذلك ، لفهم تطبيق قياسات تدفق المسحوق ، من المفيد أن يكون لديك معرفة أساسية بأنماط التدفق وعوائق التدفق التي يمكن أن تحدث داخل صهاريج التخزين على خط المعالجة.

ما هي أنماط تدفق المسحوق التي يمكن أن تحدث في خزان تخزين العملية؟

هناك نوعان أساسيان من أنماط التدفق المختلفة التي يمكن أن تحدث:

التدفق المركزي (كما هو موضح في الشكل 1 أ) يمكن اعتباره نمط التدفق الافتراضي ويتميز بتفريغ المسحوق من خلال قناة تدفق تفضيلية أعلى نقطة سحب المخرج. يتم سحب المسحوق إلى قناة التدفق من السطح العلوي الحر للمخزون. ينتج عن هذا نظام تصريف أول من يخرج أخيرًا ، وإذا تم تشغيله في وضع مستمر (بدلاً من وضع الدُفعات) ، فإن المسحوق حول جدران القسم السفلي سيظل ثابتًا في الحاوية حتى يحين الوقت. استنزاف. لتفريغ.

تدفق شامل (كما هو موضح في الشكل 1 ب) هو نمط التدفق المرغوب فيه للمساحيق التي تتدفق بشكل ضعيف أو حساسة للوقت ، ولكنها تحتاج إلى أن تكون مصممة خصيصًا من أجلها. هنا ، جميع محتويات الحاوية "حية" ، مما أدى إلى نظام تفريغ أول ما يرد أولاً يخرج. للقيام بذلك ، يجب أن تكون جدران القادوس صلبة وناعمة بدرجة كافية. بالنسبة إلى مادة حائط / زاوية تقارب معينة ، يجب أن يكون احتكاك جدار المسحوق أقل من قيمة حرجة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب التحكم في تفريغ المنتج بواسطة صمام أو وحدة تغذية تسمح بتدفق المسحوق عبر المقطع العرضي بأكمله للمخرج. (هذه هي النقطة الأخيرة التي تمنع العديد من السفن من العمل في التدفق الجماعي.)

سيكون اختبار احتكاك الجدار قادرًا على إعطاء تقدير تقريبي لما إذا كانت هندسة قادوس معينة ستقاوم تدفق الكتلة (بشرط أن تكون منطقة المخرج نشطة بالكامل). لإجراء حساب دقيق لأقصى نصف زاوية لقادوس تدفق الكتلة ، يجب إجراء اختبارات احتكاك الجدار ووظيفة التدفق.

ما هي عوائق المسحوق التي يمكن أن تحدث لمنع التدفق:

بشكل أساسي ، هناك نوعان من عوائق التدفق التي يمكن أن تحدث:

"ثقب الجرذ" (كما هو موضح في الشكل 2 أ) هو العائق الرئيسي للتدفق في وعاء التدفق المركزي حيث يتدفق المسحوق في قناة التدفق فوق مخرج التصريف ويترك بنية داخلية مستقرة.

يتقوس (كما هو موضح في الشكل 2 ب) هو إعاقة التدفق في وعاء تدفق الكتلة ، حيث يتشكل قوس مسحوق ثابت من خلال مخرج أو جدران النطاط المتقاربة ، وبالتالي منع التدفق.

بالنسبة لمسحوق معين ، هناك بُعد إخراج حاسم يجب تجاوزه لضمان تفريغ موثوق من تدفق مركزي أو وعاء تدفق جماعي. هذه هي القطر الحرج لثقب الجرذ D rh وقطر القوس الحرج DC أو D p (اعتمادًا على هندسة القادوس - انظر الشكل 3). يمكن لاختبار تدفق مسحوق AMETEK Brookfield (PFT) حساب هذه الأبعاد الحرجة كنتيجة لقياس دالة التدفق. تتطلب الأبعاد الدقيقة أيضًا اختبار احتكاك الجدار. لاحظ أنه بالنسبة لمسحوق معين ، يكون قطر فتحة الجرذ أكبر بكثير من قطر القبو.

الاختلافات الرئيسية بين المساحيق والسوائل

بالنسبة للسوائل النيوتونية ، تكون مقاومة القص (اللزوجة) مستقلة عن الضغط الطبيعي ولكنها تعتمد على معدل القص. في المساحيق ، يتم عكس تأثير هذه العوامل بحيث يعتمد إجهاد القص للمسحوق بشدة على الإجهاد الطبيعي ولكنه مستقل عن معدل القص. وبالتالي ، أثناء توصيف المساحيق ، يتم إجراء الاختبارات بسرعة واحدة ولكن على نطاق من الضغوط العادية. الاختلاف الرئيسي الآخر هو أن المساحيق متباينة الخواص ، وبالتالي فإن الضغوط ليست متساوية في جميع الاتجاهات وهي احتكاكية بحيث يمكنها توليد ضغوط القص عند حدود الجدران (انظر قسم احتكاك الجدار).

اختبار وظيفة التدفق

المقياس الأساسي لقابلية تدفق المسحوق هو وظيفة تدفق المسحوق - والتي تعطي مقياسًا لمدى المقاومة التي تحتفظ بها المادة على سطح غير مجهد بعد الدمج إلى مستوى إجهاد معين. إن أبسط طريقة لشرح وظيفة التدفق هي استخدام اختبار الفشل أحادي المحور الموضح في الشكل 4 ، والذي يقيس مقاومة عمود مسحوق قائم بذاته. هذه الحالة مماثلة لحالة قوس المسحوق من خلال منفذ القادوس الموضح في الشكل 2 ب.

1) توحيد العينة.

يوضع المسحوق في خلية أسطوانية ويضغط تحت ضغط طبيعي s1.

2) عينة غير محصورة.

يتم الآن إزالة القالب بعناية ليكشف عن عمود من المسحوق المضغوط.

3) فشل غير محصور للعينة.

يزداد الضغط الطبيعي الذي يعمل على عمود المسحوق تدريجياً حتى يحدث الفشل ، ويتم تسجيل الحد الأقصى للضغط الطبيعي.

يتم إجراء اختبار الفشل أحادي المحور غير المحدود عبر مجموعة من ضغوط التوحيد ويتم إنشاء وظيفة التدفق من خلال رسم قوة الكسر غير المحصورة ضد إجهاد التوحيد ، كما هو موضح في الشكل 5. كلما زادت قيمة عامل التدفق (ff) ، بالإضافة إلى تدفق المسحوق (الجدول 1).

الاستخدامات المقصودة من مقياس ريومتر مسحوق Brookfield PFT

- قياس خصائص التدفق على جميع المساحيق الخام والمخاليط لتحديد ما إذا كانت هناك أي اختلافات في قابليتها للتدفق وما إذا كانت متوافقة مع تجربة النبات.

- مواد جديدة - اختبر المكونات / المخاليط الجديدة مقابل المكونات / المخاليط الموجودة لتحديد ما إذا كان من المحتمل أن تكون المادة البديلة أسهل أو أكثر صعوبة في التعامل معها. يمكن أن تؤخذ هذه التكلفة المحتملة للمناولة في الاعتبار في قرار الشراء.

- الهندسة العكسية - إذا كانت لديك خبرة في المصنع مع المساحيق على خط معالجة معين ، فيمكنك استخدام PFT لتحديد خصائص التدفق لكل مسحوق واستخدامه كمعيار تدفق للدفعات المستقبلية.

- التصميم- تصميم الهندسة (زاوية التقارب وحجم المخرج) للقواديس / الصوامع الجديدة لتدفق موثوق.

طرق بديلة لعرض نتائج اختبار دالة التدفق

لإثبات سيولة المسحوق ، يمكن تقديم وظيفة التدفق بيانياً (كما في الشكل 5) لوصف السلوك عبر نطاق الإجهاد الذي يبلغ حوالي 0.3 كيلو باسكال إلى 13 كيلو باسكال. هذه المجموعة من الضغوط تمثل تلك التي يتعرض لها المسحوق في الصوامع الصغيرة إلى المتوسطة الحجم. ومع ذلك ، فإن وصف السيولة بوظيفة ما يمكن أن يعقد التحليل لأنه وجد أحيانًا أن وظائف التدفق لمادتين مختلفتين تتقاطع ، لذلك يتغير ترتيبها النسبي مع مستويات الإجهاد. بدلاً من ذلك ، يمكن تحديد معدلات السيولة لمستويات إجهاد معينة عن طريق حساب المعلمات التالية:

قطر القبو المقدر [m]: الحد الأدنى لحجم مخرج الصومعة لتفريغ الجاذبية الموثوق به في تدفق الكتلة ، محسوبًا باستخدام معادلة القوس في الشكل 2 ب. قيمة الإجهاد هي تقاطع دالة التدفق بخط ff = 1.4. هذه هي إعدادات عامل الإنتاجية الافتراضية ، ولكن يمكن تعديلها بواسطة المستخدم في نطاق يتراوح من 1.0 إلى 1.8 لتطبيقات تصميم الصومعة.

يقدر القطر الحرج لـ "ثقب الجرذ" " في [m] : الحد الأدنى لقطر المخرج لمنع تكوين "ثقب جرذ" ثابت في وعاء التدفق المركزي. يتم حساب قطر المخرج باستخدام معادلة ثقب الجرذ في الشكل 2 أ. قيمة الإجهاد هي تقاطع وظيفة التدفق مع السطر ff = 2.5 ويمكن تحديدها من قبل المستخدم في أي مستوى ضغط.

مؤشر التدفق: التدرج اللوني لخط من الأصل إلى آخر نقطة في دالة التدفق ، عادةً بين 0.1 و 1.0. سيعطي هذا المؤشر مقارنة لسلوك المواد عند ضغوط ضغط وسيطة أكبر من متر واحد من عمق المسحوق.

اعتراض التدفق : اعتراض وظيفة الفشل الخطي الأفضل تركيبًا مع محور قوة الكسر غير المحصور الذي يعطي رقمًا بالكيلو باسكال. يعطي هذا رقمًا يعكس سيولة المسحوق عند ضغوط الضغط بشكل عام أقل من 0.15 م من عمق المسحوق.

لاحظ أن اختبار وظيفة التدفق الموحد بمرور الوقت يسمح للمستخدم بتحديد ما إذا كانت المادة تكتسب قوة أثناء التخزين على المدى الطويل.

اختبار احتكاك الجدار

يؤثر الاحتكاك الذي يعمل على واجهة الجدار / المسحوق بشكل كبير على توزيع الضغوط في خزانات المعالجة والصوامع والقواديس.

كلما زاد احتكاك الجدار ، تم نقل المزيد من وزن المسحوق لأسفل عبر جدران الصومعة / الخزان / الحاوية ، بدلاً من ضغط المادة الصلبة السائبة أدناه. كلما انخفض الاحتكاك ، زاد وزن المسحوق الذي ينتقل عبر الكتلة الصلبة. تم توضيح "تأثير Janssen" في الشكل 6 ، والذي يوضح كيف أن الضغوط الرأسية في القسم الرأسي للصومعة قد تختلف إذا زاد احتكاك الجدار من صفر إلى قيمة عالية قدرها 400. وجود احتكاك الجدار له تأثير تأثير ردود الفعل السلبية على زيادة الضغط مع العمق ، بحيث تقترب الضغوط عمومًا من القيم الثابتة على عمق حوالي 4 أقطار للحاويات.

يمكن استخدام البرنامج لتقدير الضغوط في الحاوية بناءً على قياسات الكثافة الظاهرية ρ ، واحتكاك الجدار ، ورمز احتكاك الجدار الداخلي δj ، وقطر الحاوية D. يتم الحصول على ضغط التوحيد الرئيسي 1 عند العمق Z بالمعادلة:

يمثل رمز زاوية احتكاك الجدار لاحتكاك الجدار الزاوية التي يجب إمالة سطح الجدار عندها كما هو موضح في الشكل 7 لتحريك المسحوق. تتراوح زاوية الاحتكاك بالجدار عادةً من 10 إلى 45 درجة. تسمى زاوية احتكاك الجدار أيضًا بزاوية الانحدار.

بينما يمكن عرض نتائج اختبار احتكاك الجدار بيانياً كموقع لانهيار الجدار كما هو موضح في الشكل 8 أ (يمثل إجهاد القص المحدود الذي يمكن أن يتحمله المسحوق عند الحائط) ، أو كدالة لزاوية احتكاك الجدار كما هو موضح في الشكل 8 ب (يوضح كيف تتغير زاوية احتكاك الجدار مع انخفاض الضغط) ، أحد المؤشرات الأربعة د التدفق التالي المشتق من موضع احتكاك الجدار الأقصى مناسب بشكل عام. خصائص تكسير الجدران هي:

θ c θ p = أقصى معدل تدفق للكتلة لقادوس نصف الزاوية (يقاس رأسياً) للقواديس المخروطية أو المستوية.

رمز احتكاك الجدار = أقصى زاوية احتكاك بالجدار لتحديد أدنى زاوية هبوط لتدفق الجاذبية (انظر الشكل 8 ب).

Grad = أقصى زاوية احتكاك للجدار تُعرض كمعامل.

cw = إجهاد القص المتماسك للجدار بالكيلوباسكال الذي يمكن دعمه على الحائط تحت ضغط طبيعي صفري (انظر الشكل 8 أ). هذا يحدد "الالتصاق" ، أي ما إذا كان المسحوق من المحتمل أن يلتصق بسطح الجدار تحت ضغط قريب من الصفر. أي أن المسحوق سوف يتراكم على جدران المزالق حول نقاط التفريغ / النقل.

يسمح اختبار احتكاك الجدار الممتد بأن تخضع عينة الجدار لعمليات إزاحة قص كبيرة (في حدود 30 مترًا) لتحديد ما إذا كان من المتوقع تراكم مسحوق طويل المدى على الحائط.

اختبار الكثافة الظاهرية

إن وزن المسحوق نفسه ، وكثافته الظاهرية ، هو الذي يتحكم في الضغوط التي تعمل على المسحوق أثناء التدفق أو عندما يكون ثابتًا في خطوط المعالجة / الصوامع ، إلخ. يتم قياس كثافة الكتلة أثناء اختبار وظيفة التدفق (وهي ضرورية لحساب أبعاد المخرج الحرجة) واختبار احتكاك الجدار ، ولكن يمكن أيضًا قياسها في اختبار منفصل للكثافة الظاهرية.

عادة ما يتم عرض الكثافة الظاهرية على شكل منحنى الكثافة الظاهرية (الشكل 9). بشكل عام ، المادة التي تتدفق بحرية ستكون غير قابلة للضغط ، لذلك ستظهر فقط زيادة طفيفة في الكثافة مع الضغط. وبالمقارنة ، فإن المادة الصلبة السائبة شديدة التماسك وذات التدفق المنخفض ستظهر زيادة كبيرة في الكثافة الظاهرية مع زيادة الضغط.

ρ التعبئة = كثافة التعبئة الظاهرة المتوقعة عند سكب المسحوق في وعاء

ρ comp = الكثافة الظاهرية المعبأة تعطي مؤشرًا على الكثافة الظاهرية التي يمكن توقعها إذا تم صب المادة وضغطها بجهد عالٍ

ملخص

يقدم Brookfield Powder Flow Tester أربعة اختبارات قياسية:

اختبار وظيفة التدفق - يقيس القوة الداخلية ووظيفة التدفق ووظيفة الاحتكاك الداخلي ووظيفة الكثافة الظاهرية - يستخدم لتوصيف قوة التدفق وإمكانية الانحناء / ثقب الجرذ للمساحيق.

اختبار وظيفة التدفق الموحد للوقت - نفس ما ورد أعلاه ولكن بعد التخزين الثابت لفترة محددة من قبل المستخدم.

اختبار احتكاك الجدار - يقيس الاحتكاك بين المسحوق وسطح جدار معين ووظيفة الكثافة الظاهرية - يستخدم لتقييم نصف زوايا قادوس تدفق الكتلة وزوايا مجرى تدفق الجاذبية.

اختبار الكثافة الظاهرية - يقيس منحنى الكثافة الظاهرية للمسحوق.

لاحظ أنه لإجراء تصميم كامل للصومعة ، يجب على المستخدم تشغيل ودمج نتائج الاختبارات 1 و 2 و 3.