در زمینه فرآوری پودرهای فوق ریز مدرن، آسیاب طبقهبندی کننده هوا (ACM) به تجهیزات اساسی برای بسیاری از صنایع تبدیل شده است. این دستگاه به طور گسترده برای مواد معدنی صنعتی (کربنات کلسیم، تالک، کائولن)، مواد معدنی غیرفلزی، مواد کاتد/آند باتری لیتیومی، مواد غذایی و دارویی استفاده میشود. این محبوبیت به لطف طراحی فشرده و یکپارچه "آسیاب و طبقهبندی" آن است.
بزرگترین نکته فنی برجسته آسیاب طبقهبندی کننده هوا (ACM) راندمان داخلی آن است. مواد پودر شده نیازی به تخلیه از دستگاه ندارند. در عوض، فوراً توسط یک چرخ طبقهبندی کننده پرسرعت داخلی، درون محفظه غربالگری میشوند. پودر ریز که الزامات اندازه ذرات را برآورده میکند، توسط فن اگزوز بیرون کشیده میشود. در همین حال، پودر درشت نامرغوب مستقیماً برای آسیاب مجدد به منطقه آسیاب برمیگردد. بنابراین، راندمان طبقهبندی یک معیار حیاتی است. این پارامتر مستقیماً میزان تولید، مصرف انرژی و وضوح توزیع اندازه ذرات (PSD) محصول نهایی را تعیین میکند.
دقیقاً چه چیزی باعث افزایش راندمان طبقهبندی یک آسیاب ACM در پشت صحنه و در حین تولید واقعی میشود؟ این مقاله تحلیلی عمیق در سه بُعد حیاتی ارائه میدهد: طراحی سازه، پارامترهای فرآیند عملیاتی و ویژگیهای فیزیکی مواد.
I. طراحی ساختار اصلی: «ژنهای ذاتی» کارایی طبقهبندی
ساختار مکانیکی آسیاب طبقه بندی هوا (ACM) پایه و اساس عملکرد طبقهبندی آن را تشکیل میدهد. پس از نهایی شدن ساختار، حد بالای کارایی تا حد زیادی تعیین میشود.
ساختار تیغه و هندسه چرخ طبقهبندی کننده
چرخ طبقهبندی «قلب» کل سیستم طبقهبندی است. وقتی مواد به همراه جریان هوا وارد منطقه طبقهبندی میشوند، نبردی بین دو نیرو را تجربه میکنند. این نیروها دائماً بین پرههای چرخ طبقهبندی عمل میکنند. اولین نیرو نیروی گریز از مرکز نیرویی که توسط چرخش چرخ ایجاد میشود و ذرات را به سمت بیرون پرتاب میکند. نیروی دوم، نیروی پسای آیرودینامیکی رو به داخل است که توسط فن اگزوز ایجاد میشود و ذرات را به داخل چرخ میکشد.
- تعداد و فاصله تیغهها: طرحی با تعداد تیغههای بیشتر و فاصله باریکتر، میدان جریان یکنواختتری را فراهم میکند. این امر احتمال "نشت" ذرات بزرگ را کاهش میدهد. در نتیجه، اندازه برش دقیقتری ارائه میدهد.
- وضعیت سایش تیغه: هنگام پردازش مواد با سختی بالا (مانند کوارتز یا سیلیکات زیرکونیوم) در مدت زمان طولانی، لبههای تیغههای چرخ طبقهبندی ناگزیر ساییده میشوند. هنگامی که تیغهها به دلیل سایش تاب برمیدارند، گردابههای موضعی در میدان جریان ایجاد میشوند. این امر باعث میشود راندمان طبقهبندی به شدت کاهش یابد و ذرات بزرگ و بیش از حد در محصول نهایی ظاهر شوند.
فاصله بین چرخ طبقه بندی و حلقه آب بندی
این یک ناحیه بحرانی است که اغلب باعث ایجاد مشکل میشود، با این حال بسیاری از کارخانهها آن را نادیده میگیرند. باید بین قسمت بالای چرخان طبقهبندی و اجزای ثابت محفظه، فاصلهای وجود داشته باشد. برای جلوگیری از ورود مستقیم پودر درشت طبقهبندی نشده از طریق این فاصله به پودر ریز نهایی، پدیدهای به نام "جریان اتصال کوتاه" رخ میدهد. برای جلوگیری از این امر، معمولاً از یک آببند لابیرنتی یا یک آببند هوا استفاده میشود. اگر این فاصله خیلی زیاد شود، یا اگر آببندها فرسوده شوند، ذرات درشت مستقیماً با محصول نهایی مخلوط میشوند. این امر باعث میشود که هم راندمان طبقهبندی و هم خلوص محصول فوراً از بین برود.
دوم. پارامترهای عملیاتی: کنترل دینامیکی «دستان جادویی» طبقهبندی
با ساختار تجهیزات ثابت، مهندسان پارامترهای عملیاتی را تنظیم میکنند تا آسیاب ACM را بین درجات مختلف محصول تغییر دهند (مثلاً D50 از 3 میکرومتر به 45 میکرومتر). چهار پارامتر کلیدی زیر به طور مشترک تعادل پویای طبقهبندی را تعیین میکنند.
۱. سرعت چرخ کلاسیفایر
سرعت چرخ کلاسیفایر مستقیمترین و مؤثرترین پارامتر برای کنترل ظرافت محصول است.
- سرعت بالا: نیروی گریز از مرکز با مربع سرعت چرخش متناسب است. وقتی سرعت طبقهبندی کننده افزایش مییابد، نیروی گریز از مرکز وارد بر ذرات به صورت تصاعدی افزایش مییابد. فقط پودر فوقالعاده ریز میتواند بر چنین نیروی گریز از مرکز عظیمی غلبه کند و به داخل چرخ کشیده شود. در این شرایط، اندازه ذرات محصول ریزتر میشود. با این حال، اگر سرعت خیلی زیاد باشد و با جریان هوا هماهنگ نباشد، مقدار زیادی پودر ریز واجد شرایط وارد چرخ نمیشود. این پودر برای "سنگزنی بیش از حد" به منطقه آسیاب بازگردانده میشود. این امر راندمان طبقهبندی را کاهش داده و مصرف انرژی سیستم را افزایش میدهد.
- سرعت پایین: نیروی گریز از مرکز کاهش یافته به ذرات درشتتر اجازه میدهد تا وارد چرخ طبقهبندی کننده شوند و در نتیجه محصول درشتتری تولید شود.
۲. جریان هوای سیستم و سرعت گاز
حجم جریان هوا مستقیماً نیروی درگ را تعیین میکند.
- اگر سرعت هوا خیلی زیاد باشد، نیروی کشش داخلی بیش از حد میشود. این نیرو ذرات درشتی را که به اندازه مورد نیاز نرسیدهاند، به شدت به داخل محصول نهایی میکشد. در نتیجه، باعث افت راندمان طبقهبندی و افزایش توزیع اندازه ذرات میشود.
- اگر سرعت هوا خیلی کم باشد، نیروی کشش داخلی برای حمل پودر ریزدانهی واجد شرایط کافی نیست. سپس ذرات ریزدانه در ناحیهی دستهبندی راکد شده و دچار تجمع ثانویه میشوند. از طرف دیگر، آنها مستقیماً به ناحیهی آسیاب برمیگردند و باعث آسیاب بیش از حد میشوند. این امر نه تنها راندمان دستهبندی را کاهش میدهد، بلکه باعث میشود دمای داخل محفظهی آسیاب ACM به سرعت افزایش یابد.
۳. نرخ تغذیه و غلظت مواد
بسیاری از اپراتورها برای دستیابی به خروجی بالاتر، نرخ تغذیه را افزایش میدهند که اغلب نتیجهی معکوس میدهد.
- نرخ تغذیه بیش از حد منجر به غلظت بالای ذرات در ناحیه طبقهبندی میشود.
- در این محیط شلوغ، برخوردها و تداخلهای مکرر بین ذرات رخ میدهد و باعث رفتار بینظم تهنشینی میشود.
- ذرات ریز ممکن است همراه با ذرات درشت به داخل طبقهبند منتقل شوند، در حالی که ذرات درشت، ذرات ریز را مسدود کرده و آنها را مجبور به بازگشت به منطقه آسیاب میکنند.
- غلظت بالا به شدت پایداری میدان جریان را مختل میکند و باعث افت شدید راندمان طبقهبندی پس از وقوع اضافه بار میشود.
III. ویژگیهای فیزیکی ماده: متغیر نامرئی
یک آسیاب ACM دقیقاً مشابه میتواند بسته به نوع ماده، راندمان طبقهبندی کاملاً متفاوتی را نشان دهد. پردازش کربنات کلسیم میتواند نتایج کاملاً متفاوتی در مقایسه با پردازش داروهای گیاهی یا مواد باتری لیتیومی داشته باشد. دلیل آن در خواص فیزیکی خود ماده نهفته است.
۱. شکل ذرات
محاسبات آیرودینامیکی معمولاً فرض میکنند که ذرات کرههای کاملی هستند. با این حال، مواد واقعی اشکال مختلفی دارند:
- ذرات کروی یا چندوجهی منظم: اینها نیروهای پایداری را در میدان جریان تجربه میکنند. این پایداری منجر به راندمان طبقهبندی فوقالعاده بالایی میشود.
- ذرات پوسته پوسته یا سوزنی شکل (مثل تالک، میکا): با بالا رفتن این ذرات با جریان هوا، نیروی آیرودینامیکی که تجربه میکنند به شدت نوسان میکند. این اتفاق به دلیل تغییرات مداوم در سطح رو به روی آنها رخ میدهد. به عنوان مثال، یک پوسته بزرگ و صاف از تالک ممکن است مانند یک بادبادک مستقیماً به داخل چرخ طبقهبندی کشیده شود. این باعث میشود که "ذرات بزرگ نامنظم" در محصول نهایی ظاهر شوند و دقت طبقهبندی را به شدت مختل کنند.
۲. چسبندگی و رطوبت مواد
اگر رطوبت ماده از حد استاندارد بیشتر شود، مشکلاتی ایجاد میشود. اگر ماده به طور طبیعی الکتریسیته ساکن ایجاد کند و به راحتی بچسبد، مانند برخی رزینهای شیمیایی مصنوعی یا پودر ماچا، مشکلات مشابهی رخ میدهد:
- ذرات ریز به طور محکم به پرههای چرخ طبقهبندی میچسبند. با گذشت زمان، آنها به تدریج پوستهای تشکیل میدهند. این تجمع، هندسه پرهها را تغییر میدهد و کانالهای طبقهبندی را مسدود میکند و میدان جریان را آشفته میسازد.
- ذرات همچنین مستعد هستند تجمع ثانویهچندین ذره ریز واجد شرایط به صورت تودهای بزرگ در میآیند. سپس چرخ طبقهبندی، این توده را به اشتباه به عنوان یک «ذره درشت» تفسیر میکند و آن را به منطقه آسیاب برمیگرداند و باعث یک چرخه آسیاب بیفایده میشود.
چهارم. پرسش و پاسخ عمیق: شکستن گلوگاه طبقهبندی کارخانه طبقهبندی هوایی (ACM)
پرسنل فنی در سراسر جهان هنگام کار با آسیابهای ACM با تنگناهای عملی ناامیدکنندهای روبرو هستند. برای پرداختن به این موارد، اجازه دهید دو سوال اصلی را به طور عمیق بررسی کنیم.
سوال ۱: چرا خروجی آسیاب ACM من هنگام تولید پودر بسیار ریز (مثلاً D97 < 5μm) بسیار کم و مصرف انرژی آن به طرز چشمگیری زیاد است؟
پاسخ: این یک مورد کلاسیک از یک «چرخه معیوبِ تلاش بیش از حد و طبقهبندی». هنگام تلاش برای تولید پودر بسیار ریز با آسیاب طبقهبندی کننده هوا (ACM)، باید سرعت چرخ طبقهبندی را تا حد بسیار بالایی افزایش دهید. در این مرحله، آستانه مسدود کردن پودر ریز توسط ناحیه طبقهبندی به طور قابل توجهی افزایش مییابد.
پودر فوق ریز سطح ویژه بسیار زیادی دارد. به همین دلیل، بسیار مستعد آسیبهای شدید است. تجمع الکترواستاتیک و گیر افتادن جریان هوا درون محفظه طبقهبندی با غلظت بالا. حجم زیادی از پودر ریز واجد شرایط که قبلاً به 2 تا 3 میکرومتر رسیده است، نمیتواند در طول مدت کوتاه عبور از چرخ طبقهبندی مکیده شود. این خرابی به این دلیل اتفاق میافتد که توسط ذرات بزرگ مسدود شده یا به هم چسبیدهاند. در عوض، در مقادیر زیاد به منطقه آسیاب برمیگردد. در منطقه آسیاب، این ذرات ریز بارها و بارها توسط آسترها و چکشهای اصلی آسیاب میشوند. این عمل یک "اثر ضربهگیر" ایجاد میکند. این نه تنها مقدار زیادی انرژی مکانیکی مصرف میکند و باعث گرم شدن بیش از حد دستگاه میشود، بلکه به شدت مانع از پودر شدن مواد فله تازه وارد شده میشود.
راه حل ها:
- هوای ثانویه را وارد کنید: یک جریان هوای ثانویه با طراحی خوب را بین ناحیه آسیاب و ناحیه طبقهبندی وارد کنید. این هوای ثانویه از پایین به سمت بالا جریان مییابد. پودر ریزدانههای متراکم را میشکند و یک "پیش طبقهبندی" روی مخلوط در حال سقوط انجام میدهد. این عمل، ریزدانهها را به ناحیه طبقهبندی برمیگرداند و چرخه معیوب را میشکند.
- مقدار مناسبی از مواد ساینده اضافه کنید: این برای مواد معدنی با سختی بالا یا تمایل شدید به تجمع، مانند کربنات کلسیم سنگین، مفید است. مقدار کمی از سورفکتانت غیرسمی میتواند به صورت خطی اسپری شود. این امر به طور قابل توجهی الکتریسیته ساکن روی سطوح ذرات را از بین میبرد. این امر از "جمع شدن" پودر ریز در جلوی چرخ طبقهبندی جلوگیری میکند و راندمان طبقهبندی را بیش از 20% افزایش میدهد.
V. نتیجهگیری و توصیههای بهینهسازی فرآیند
راندمان طبقهبندی در آسیاب ACM یک پارامتر مجزا نیست، بلکه نتیجه طراحی سازه و تعادل دینامیکی جریان هوا در کل سیستم است.
برای به حداکثر رساندن عملکرد در تولید واقعی:
- به جای «جریان هوای کم + بار اضافی»، استراتژی «جریان هوای زیاد + سرعت بالا» را اتخاذ کنید..
برای اطمینان از شرایط جداسازی پایدار، یک فاز رقیق را در منطقه طبقهبندی حفظ کنید. - استفاده از سیستمهای کنترل PLC خودکار.
نرخ تغذیه را با جریان طبقهبندیکننده و فشار سیستم در یک سیستم کنترل حلقه بسته مرتبط کنید تا شرایط طبقهبندی را تثبیت کنید. - سفارشیسازی اجزا بر اساس خواص مواد.
چرخهای کلاسیفایر سرامیکی را برای ضد آلودگی و مقاومت در برابر سایش، یا طرحهای چند تیغهای را برای بهبود کارایی و پایداری انتخاب کنید.
«ممنون از مطالعه. امیدوارم مقاله من مفید باشد. لطفاً نظر خود را در زیر بنویسید. همچنین میتوانید برای هرگونه سوال بیشتر با نماینده مشتریان آنلاین Zelda تماس بگیرید.»
— ارسال شده توسط امیلی چن
