एयर क्लासिफायर मिल (एसीएम) की वर्गीकरण दक्षता को कौन से कारक प्रभावित करते हैं?

आधुनिक अति-सूक्ष्म पाउडर प्रसंस्करण के क्षेत्र में, एयर क्लासिफायर मिल (एसीएम) कई उद्योगों के लिए एक मूलभूत उपकरण बन गया है। इसका व्यापक रूप से औद्योगिक खनिजों (कैल्शियम कार्बोनेट, टैल्क, काओलिन), अधात्विक खनिजों, लिथियम बैटरी कैथोड/एनोड सामग्री, खाद्य पदार्थों और फार्मास्यूटिकल्स में उपयोग किया जाता है। इसकी लोकप्रियता इसके कॉम्पैक्ट, एकीकृत "पीसने और वर्गीकृत करने" वाले डिज़ाइन के कारण है।

एयर क्लासिफायर मिल (एसीएम) की सबसे बड़ी तकनीकी विशेषता इसकी आंतरिक दक्षता है। पिसी हुई सामग्री को मशीन से बाहर निकालने की आवश्यकता नहीं होती। इसके बजाय, यह एक अंतर्निर्मित, उच्च गति वाले वर्गीकरण पहिये द्वारा कक्ष के भीतर ही तुरंत छान ली जाती है। कण आकार की आवश्यकताओं को पूरा करने वाला महीन पाउडर निकास पंखे द्वारा बाहर निकाल लिया जाता है। वहीं, अयोग्य मोटा पाउडर पुनः पीसने के लिए सीधे पिसाई क्षेत्र में वापस गिर जाता है। इसलिए, वर्गीकरण दक्षता एक महत्वपूर्ण मापदंड है। यह सीधे उत्पादन, ऊर्जा खपत और अंतिम उत्पाद के कण आकार वितरण (पीएसडी) की सटीकता को निर्धारित करती है।

वास्तविक उत्पादन के दौरान पर्दे के पीछे एसीएम मिल की वर्गीकरण दक्षता को वास्तव में कौन सी चीज़ें प्रभावित करती हैं? यह लेख तीन महत्वपूर्ण आयामों का गहन विश्लेषण प्रदान करता है: संरचनात्मक डिजाइन, परिचालन प्रक्रिया मापदंड और सामग्री की भौतिक विशेषताएं।

I. मूल संरचनात्मक डिजाइन: वर्गीकरण दक्षता के “जन्मजात जीन”

यांत्रिक संरचना एयर क्लासिफायर मिल (एसीएम) इसके वर्गीकरण प्रदर्शन का आधार बनता है। एक बार संरचना को अंतिम रूप दे दिए जाने के बाद, दक्षता की ऊपरी सीमा काफी हद तक निर्धारित हो जाती है।

क्लासिफायर व्हील की ब्लेड संरचना और ज्यामिति

वर्गीकरण पहिया संपूर्ण वर्गीकरण प्रणाली का "हृदय" है। जब सामग्री वायु प्रवाह के साथ वर्गीकरण क्षेत्र में प्रवेश करती है, तो उसे दो बलों के बीच संघर्ष का सामना करना पड़ता है। ये बल वर्गीकरण पहिये के ब्लेडों के बीच निरंतर कार्य करते हैं। पहला बल है... अपकेन्द्रीय बल पहला बल पहिये के घूमने से उत्पन्न होता है, जो कणों को बाहर की ओर उछालने की प्रवृत्ति रखता है। दूसरा बल निकास पंखे द्वारा उत्पन्न आंतरिक वायुगतिकीय प्रतिरोध बल है, जो कणों को पहिये के भीतरी भाग की ओर खींचने की प्रवृत्ति रखता है।

• ब्लेड की संख्या और उनके बीच की दूरी: अधिक संख्या में ब्लेड और कम अंतराल वाला डिज़ाइन अधिक एकसमान प्रवाह क्षेत्र प्रदान करता है। इससे बड़े कणों के रिसाव की संभावना कम हो जाती है। परिणामस्वरूप, इससे अधिक सटीक कटाई का आकार प्राप्त होता है।
• ब्लेड की घिसावट की स्थिति: उच्च कठोरता वाली सामग्रियों (जैसे क्वार्ट्ज़ या ज़िरकोनियम सिलिकेट) को लंबे समय तक संसाधित करने पर, वर्गीकरण पहियों के ब्लेड के किनारे घिस जाते हैं। घिसाव के कारण ब्लेड के मुड़ जाने पर प्रवाह क्षेत्र में स्थानीय भंवर उत्पन्न हो जाते हैं। इससे वर्गीकरण दक्षता में तेज़ी से गिरावट आती है और तैयार उत्पाद में बड़े, अत्यधिक आकार के कण दिखाई देने लगते हैं।

क्लासिफायर व्हील और सीलिंग रिंग के बीच का अंतर

यह एक महत्वपूर्ण पहलू है जो अक्सर समस्याओं का कारण बनता है, फिर भी कई कारखाने इसे नज़रअंदाज़ कर देते हैं। वर्गीकरण पहिये के घूमने वाले ऊपरी भाग और स्थिर आवरण घटकों के बीच एक निश्चित अंतराल होना आवश्यक है। अवर्गीकृत मोटे पाउडर को इस अंतराल से सीधे तैयार बारीक पाउडर में मिलने से रोकने के लिए, "शॉर्ट-सर्किट प्रवाह" नामक एक प्रक्रिया होती है। इसे रोकने के लिए, आमतौर पर लेबिरिंथ सील या एयर सील का उपयोग किया जाता है। यदि यह अंतराल बहुत अधिक हो जाता है, या यदि सील घिस जाती हैं, तो मोटे कण सीधे तैयार उत्पाद में मिल जाएंगे। इससे वर्गीकरण दक्षता और उत्पाद की शुद्धता दोनों में तुरंत गिरावट आती है।

II. परिचालन पैरामीटर: वर्गीकरण के गतिशील नियंत्रण "जादुई हाथ"

एक निश्चित उपकरण संरचना के साथ, इंजीनियर विभिन्न उत्पाद ग्रेड (जैसे, D50 3 μm से 45 μm तक) के बीच ACM मिल को स्विच करने के लिए परिचालन मापदंडों को समायोजित करते हैं। निम्नलिखित चार प्रमुख मापदंड संयुक्त रूप से वर्गीकरण के गतिशील संतुलन को निर्धारित करते हैं।

1. क्लासिफायर व्हील की गति

उत्पाद की सूक्ष्मता को नियंत्रित करने के लिए क्लासिफायर व्हील की गति सबसे प्रत्यक्ष और प्रभावी पैरामीटर है।

• उच्च गति: अपकेंद्रीय बल घूर्णन गति के वर्ग के समानुपाती होता है। जब क्लासिफायर की गति बढ़ती है, तो कणों पर लगने वाला अपकेंद्रीय बल तेजी से बढ़ता है। केवल अति-सूक्ष्म पाउडर ही इतने अधिक अपकेंद्रीय बल को पार करके पहिये में प्रवेश कर सकता है। इन परिस्थितियों में, उत्पाद के कणों का आकार और भी महीन हो जाता है। हालांकि, यदि गति बहुत अधिक हो और वायु प्रवाह उसके अनुरूप न हो, तो बड़ी मात्रा में योग्य महीन पाउडर पहिये में प्रवेश नहीं कर पाएगा। यह वापस पीसने वाले क्षेत्र में चला जाएगा और अधिक पीस जाएगा। इससे वर्गीकरण दक्षता कम हो जाती है और सिस्टम की ऊर्जा खपत बढ़ जाती है।
• धीमी गति: अपकेंद्रीय बल में कमी के कारण मोटे कण क्लासिफायर व्हील में प्रवेश कर पाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद मोटा हो जाता है।

2. सिस्टम वायु प्रवाह और गैस वेग

वायु प्रवाह की मात्रा सीधे तौर पर घर्षण बल को निर्धारित करती है।

• यदि वायु की गति बहुत अधिक हो, तो अंतर्मुखी घर्षण बल अत्यधिक हो जाता है। यह बल आवश्यक आकार से छोटे मोटे कणों को भी तैयार उत्पाद में खींच लेता है। परिणामस्वरूप, इससे वर्गीकरण दक्षता में कमी आती है और कणों के आकार का वितरण व्यापक हो जाता है।
• यदि वायु की गति बहुत कम हो, तो अंदर की ओर लगने वाला घर्षण बल योग्य महीन पाउडर को दूर ले जाने के लिए अपर्याप्त होता है। ऐसे में ये महीन कण वर्गीकरण क्षेत्र में ही रुक जाते हैं और उनका द्वितीयक एकत्रीकरण हो जाता है। या फिर, वे सीधे पीसने वाले क्षेत्र में वापस गिर जाते हैं, जिससे अत्यधिक पिसाई हो जाती है। इससे न केवल वर्गीकरण दक्षता कम होती है, बल्कि एसीएम मिल कक्ष के अंदर का तापमान भी तेजी से बढ़ जाता है।

3. फ़ीड दर और सामग्री सांद्रता

कई संचालक अधिक उत्पादन प्राप्त करने के उद्देश्य से चारे की दर बढ़ा देते हैं, जिसका अक्सर विपरीत प्रभाव पड़ता है।

• अत्यधिक फीड दर के कारण वर्गीकरण क्षेत्र में कणों की सांद्रता अधिक हो जाती है।
• इस भीड़भाड़ वाले वातावरण में, कणों के बीच बार-बार टकराव और हस्तक्षेप होता है, जिससे अव्यवस्थित स्थिरीकरण व्यवहार होता है।
• बारीक कण मोटे कणों के साथ क्लासिफायर में जा सकते हैं, जबकि मोटे कण बारीक कणों को रोक देते हैं, जिससे वे वापस पीसने वाले क्षेत्र में चले जाते हैं।
• उच्च सांद्रता प्रवाह क्षेत्र की स्थिरता को गंभीर रूप से बाधित करती है, जिससे ओवरलोड होने पर वर्गीकरण दक्षता में तीव्र गिरावट आती है।

III. पदार्थ की भौतिक विशेषताएँ: अदृश्य चर

एक ही प्रकार की एसीएम मिल सामग्री के आधार पर बिल्कुल अलग-अलग वर्गीकरण क्षमताएं दिखा सकती है। कैल्शियम कार्बोनेट के प्रसंस्करण से हर्बल दवाओं या लिथियम बैटरी सामग्री के प्रसंस्करण की तुलना में पूरी तरह से अलग परिणाम मिल सकते हैं। इसका कारण सामग्री के भौतिक गुणों में निहित है।

1. कण का आकार

वायुगतिकीय गणनाओं में आमतौर पर यह माना जाता है कि कण पूर्ण गोले होते हैं। हालाँकि, वास्तविक पदार्थ विभिन्न आकारों में पाए जाते हैं:

• गोलाकार या नियमित बहुफलकीय कण: ये प्रवाह क्षेत्र में स्थिर बलों का अनुभव करते हैं। इस स्थिरता के परिणामस्वरूप असाधारण रूप से उच्च वर्गीकरण दक्षता प्राप्त होती है।
• परतदार या सुई के आकार के कण (जैसे, टैल्क, अभ्रक): जैसे-जैसे ये कण वायु प्रवाह के साथ ऊपर उठते हैं, उन पर लगने वाला वायुगतिकीय प्रतिरोध तेजी से घटता-बढ़ता रहता है। ऐसा उनकी सतह के क्षेत्रफल में लगातार बदलाव के कारण होता है। उदाहरण के लिए, टैल्क का एक बड़ा, चपटा टुकड़ा पतंग की तरह सीधे वर्गीकरण पहिये में खिंच सकता है। इससे तैयार उत्पाद में "अनियमित बड़े कण" दिखाई देते हैं और वर्गीकरण की सटीकता बुरी तरह प्रभावित होती है।

2. सामग्री की चिपकने की क्षमता और नमी

यदि सामग्री में नमी की मात्रा निर्धारित मानकों से अधिक हो जाती है तो समस्याएँ उत्पन्न होती हैं। इसी प्रकार की समस्याएँ तब भी होती हैं जब सामग्री स्वाभाविक रूप से स्थिर विद्युत उत्पन्न करती है और आसानी से चिपक जाती है, जैसे कि कुछ कृत्रिम रासायनिक रेजिन या माचा पाउडर।

• बारीक कण वर्गीकरण पहिये के ब्लेडों से मजबूती से चिपक जाते हैं। समय के साथ, वे धीरे-धीरे एक परत बना लेते हैं। इस जमाव से ब्लेडों की ज्यामिति बदल जाती है और वर्गीकरण चैनल अवरुद्ध हो जाते हैं, जिससे प्रवाह क्षेत्र अशांत हो जाता है।
• कण भी प्रवण होते हैं द्वितीयक समूहकई उच्च गुणवत्ता वाले महीन कण मिलकर एक बड़ा समूह बना लेते हैं। वर्गीकरण पहिया इस समूह को "मोटा कण" समझकर वापस पीसने वाले क्षेत्र में फेंक देता है, जिससे पीसने का एक व्यर्थ चक्र शुरू हो जाता है।

IV. गहन प्रश्नोत्तर: एयर क्लासिफायर मिल (एसीएम) वर्गीकरण की बाधा को दूर करना

विश्व भर में तकनीकी कर्मियों को एसीएम मिलों के संचालन में कई व्यावहारिक बाधाओं का सामना करना पड़ता है। इन बाधाओं को दूर करने के लिए, आइए दो मुख्य प्रश्नों का गहराई से विश्लेषण करें।

प्रश्न 1: अति महीन पाउडर (जैसे, D97 < 5μm) का उत्पादन करते समय मेरी ACM मिल का उत्पादन अत्यंत कम और ऊर्जा की खपत इतनी अधिक क्यों होती है?

उत्तर: यह एक उत्कृष्ट उदाहरण है "अत्यधिक पिसाई और वर्गीकरण का दुष्चक्र।" एयर क्लासिफायर मिल (एसीएम) से अत्यंत बारीक पाउडर बनाने का प्रयास करते समय, आपको क्लासिफाइंग व्हील की गति को बहुत उच्च स्तर पर बढ़ाना होगा। इस स्तर पर, बारीक पाउडर को अवरुद्ध करने वाले क्लासिफाइंग ज़ोन की सीमा काफी बढ़ जाती है।

अति महीन पाउडर का विशिष्ट सतही क्षेत्रफल बहुत अधिक होता है। इसी कारण यह गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त होने की प्रबल संभावना रखता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक समूह और वायु प्रवाह अवरोध उच्च सांद्रता वाले वर्गीकरण कक्ष के भीतर, 2-3 माइक्रोमीटर आकार के उच्च गुणवत्ता वाले महीन पाउडर की एक बड़ी मात्रा वर्गीकरण पहिये से गुजरने के संक्षिप्त समय के दौरान अवशोषित नहीं हो पाती है। यह विफलता बड़े कणों द्वारा अवरुद्ध होने या आपस में गुच्छे बन जाने के कारण होती है। इसके बजाय, यह बड़ी मात्रा में वापस पीसने वाले क्षेत्र में गिर जाती है। पीसने वाले क्षेत्र में, ये महीन कण मुख्य शाफ्ट लाइनर और हथौड़ों द्वारा बार-बार और व्यर्थ रूप से पीसे जाते हैं। यह क्रिया एक "कुशनिंग प्रभाव" उत्पन्न करती है। यह न केवल भारी मात्रा में यांत्रिक ऊर्जा की खपत करती है, जिससे मशीन अधिक गरम हो जाती है, बल्कि नए प्रवेश करने वाले थोक पदार्थों के चूर्णीकरण में भी गंभीर रूप से बाधा डालती है।

समाधान:

1. द्वितीयक वायु का परिचय: पिसाई क्षेत्र और वर्गीकरण क्षेत्र के बीच एक सुव्यवस्थित द्वितीयक वायु प्रवाह स्थापित करें। यह द्वितीयक वायु नीचे से ऊपर की ओर प्रवाहित होती है। यह एकत्रित महीन पाउडर को तोड़ देती है और गिरते हुए मिश्रण का "पूर्व-वर्गीकरण" करती है। इस क्रिया से महीन कण वापस वर्गीकरण क्षेत्र में चले जाते हैं और यह दुष्चक्र टूट जाता है।
2. पीसने में सहायक सामग्री की उचित मात्रा मिलाएं: यह उन खनिजों के लिए उपयोगी है जिनकी कठोरता अधिक होती है या जिनमें गुच्छे बनने की प्रबल प्रवृत्ति होती है, जैसे कि भारी कैल्शियम कार्बोनेट। थोड़ी मात्रा में गैर-विषैले सर्फेक्टेंट को इनलाइन स्प्रे किया जा सकता है। इससे कणों की सतह पर स्थैतिक विद्युत काफी हद तक समाप्त हो जाती है। यह महीन पाउडर को वर्गीकरण पहिये के सामने इकट्ठा होने से रोकता है, जिससे वर्गीकरण दक्षता 20% से अधिक बढ़ जाती है।

V. निष्कर्ष और प्रक्रिया अनुकूलन संबंधी अनुशंसाएँ

एसीएम मिल में वर्गीकरण दक्षता एक पृथक पैरामीटर नहीं है, बल्कि यह संरचनात्मक डिजाइन और संपूर्ण प्रणाली में गतिशील वायु प्रवाह संतुलन का परिणाम है।

वास्तविक उत्पादन में अधिकतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए:

• “कम वायु प्रवाह + ओवरलोडिंग” की रणनीति के बजाय “उच्च वायु प्रवाह + उच्च गति” की रणनीति अपनाएं।.
  स्थिर पृथक्करण स्थितियों को सुनिश्चित करने के लिए वर्गीकरण क्षेत्र में एक तनु चरण बनाए रखें।
• स्वचालित पीएलसी नियंत्रण प्रणालियों का उपयोग करें.
  वर्गीकरण की स्थितियों को स्थिर करने के लिए क्लोज्ड-लूप नियंत्रण प्रणाली में फीड दर को क्लासिफायर करंट और सिस्टम प्रेशर से लिंक करें।
• सामग्री के गुणों के आधार पर घटकों को अनुकूलित करें.
  संदूषण रोधी और घिसाव प्रतिरोध के लिए सिरेमिक क्लासिफायर व्हील चुनें, या बेहतर दक्षता और स्थिरता के लिए मल्टी-ब्लेड डिज़ाइन चुनें।

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