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      粉體混合技術

      2019-02-18 16:33:41 246

      一、概述
        混合技術是將兩種或兩種以上物料均勻混合起來的技術,它包括混合工藝和混合機械裝備,這里重點談談混合機械裝配。
        混合機械是利用機械力和重力等,將兩種或兩種以上物料均勻混合起來的機械。它廣泛用于各類工業和日常生活中。 混合機械可以將多種物料配合成均勻的混合物,如將鐵精粉與煤粉的混合、鐵精粉與粘結劑的混合、水泥、砂、碎石和水混合成混凝土濕料等;還可以增加物料接觸表面積,以促進化學反應;還能夠加速物理變化,例如粒狀溶質加入溶劑,通過混合機械的作用可加速溶解混勻。
        常用的混合機械分為氣體和低粘度液體混合器、中高粘度液體和膏狀物混合機械、熱塑性物料混合機、粉狀與粒狀固體物料混合機械、粉體和少量中、高粘度液體的混合機械五大類。本文重點談談粉體與粒狀固體(或粉體)的混合以及粉體與少量中高度粘度液體的混合。
        混合時要求所有參與混合的物料均勻分布?;旌系某潭确譃槔硐牖旌?、隨機混合和完全不相混三種狀態。各種物料在混合機械中的混合程度,取決于待混物料的比例、物理狀態和特性,以及所用混合機械的類型和混合操作持續的時間等因素。對于粉體混合或粉體與少量中高粘度液體的混合其混合速度遠低于液體的混合,混合程度一般也只能達到隨機混合。
        隨著工業技術的發展,新材料、新工藝的出現,混合機械設備也在不斷發展,就其混合原理而言,主要有:擴散混合、剪切混合和對流混合,事實上它們經常是伴隨出現的,每一種混合機械設備的混合效果經常是兩種以上混合原理綜合作用的結果。
        工業的飛速發展對混合機械的要求也越來越高,低能耗的、環保的、高混合均勻度的、運行可靠使用成本低等始終是對混合機不變的要求。由于混合物料的多樣性,混合設備所處工況要求的千差萬別,出現了各種各樣的混合設備,本文僅淺談幾種工況以及幾種混合機械設備。
        二、幾種混合工況要求
        鑒于混合設備應用工況的千差萬別,本文僅探討筆者研究的幾種行業工況,它們主要涉及鋼鐵行業、建筑行業、鑄造行業。
        1、鋼鐵行業
        混合機在鋼鐵行業的應用領域有:氧化球團、復合溶劑型球團、燒結礦、金屬化球團等
        1.1、氧化球團行業
        隨著氧化球團工藝的發展,新設備的引進,高壓輥磨機的應用逐漸增多,在用用高壓輥磨機的氧化球團工業生產中,必須在其后用混合機,用以對鐵精粉與粘結劑的混合,這里粘結劑通常使用的是膨潤土,其形態為固態,摻入量1-2%。
        混合機的作業工況為:混合鐵精粉與膨潤土,其體積組分比約為98:2, 物料水分約為8% 。鐵精粉細度為:200目占70-80%以上。
        在該工藝中混合機還可能用來混合系統滾軸篩篩下的粒度不合格物料。
        近幾年氧化球團行業還有另外一種新工藝,就是用對壓塊機機進行造球,在用該工藝中,混合機是必不可少的設備,混合機的作業工況是:混合鐵精粉與膨潤土,其體積組分比約為98:2, 物料水分約為8% 。鐵精粉細度為:-10mm。
        混合后的物料必須滿足造求需要。
        1.2、復合溶劑型球團
        溶劑型球團技術也在不斷進步,日本較早就有該工藝,我國在該工藝的開發上還處于起步階段,起點較高,宣化某公司一致以來致力于這方面的研究,并開發出自己擁有自己知識產權的工藝—復合溶劑型球團工藝。
        復合溶劑型球團工藝中混合機的工況為:混合物料為:鐵精粉(占83%)、赤鐵礦粉(10%)、石灰石粉(4%)、秸稈粉(2%)、膨潤土(1%)?;旌衔锪纤旨s為10%。物料細度為:鐵精粉、赤鐵礦粉為-200目占70-80%,石灰石粉為-3mm
        秸稈粉為-80目?;旌虾蟮奈锪媳仨殱M足造求需要。
        1.3、燒結礦
        燒結礦的組分比較復雜,其組分有鐵精粉、煤粉、石灰石粉、有的還有高爐灰、鋼渣塵泥等。燒結礦有一混和二混兩種工況,其中一混主要是為混合,二混兼有造粒作用。
        1.4、金屬化球團
        鋼鐵行業金屬化球團名目繁多,歸納一下,大致有以下工況。
        1.4.1、直接還原鐵
        在煤基還原工藝中,需要對鐵精粉和煤粉以及適當粘結劑進行混合,該工藝中混合機的工況是:鐵精粉(占78%左右)、煤粉(18%)、粘結劑(5-6%)、混合物料水分約在5-7%左右,。物料細度為:鐵精粉為-200目占70-80%,煤粉為-50目mm,粘結劑的粘度較大。
        1.4.2、煉鋼塵泥造塊
        塵泥造球后一般是用來添加轉爐作為煉鋼的冷渣機使用,烘干后的塵泥水分一般在2-4%,有時需要添加一些氧化鐵皮然后還必須加上粘結劑(粘結劑可能有液體粘結劑和固體粘結劑)混合好后直接造塊。
        1.4.3、冶金塵造塊
        冶金塵造塊有兩種工藝,一種是添加粘結劑并混合后直接冷壓造塊,其所用混合機工況和塵泥造塊基本差不多,另一種工藝是采用直接還原方法,即添加煤粉和粘結劑混合后造塊,該工藝中其混合機工況可直接還原鐵工況基本一致。有區別的是混合物料的容重。細度上的區別。
        以上混合機的混合效果必須滿足成型機的工況需要,在直接還原鐵行業,還必須滿足鐵精粉與煤粉的均勻混合,滿足其工藝需要。
        2、型煤行業
        型煤制備有多種工藝,普遍采用的是有粘結劑型煤工藝,該工藝中就必須有混合工序,即需要把煤粉和粘結劑進行充分混合后成型。根據型煤所采用粘結劑的不同,可分冷混合和熱混合兩種,如采用腐殖酸、石油焦等,就需要熱混合,其混合溫度一般不超過150°C。
        3、建筑行業
        建筑行業的混合機應用主要有兩種工況,一種是建筑沙、石灰、少量水分的“干混合”,另一種是建筑沙、石灰、、石子以及適量水分的“濕混合”。 砂漿產品的一項重要質量指標是它們的均勻度?;旌蠙C及混合過程是達到高混合均勻度的關鍵。如果加入的物料沒有被充分混合,就無法得到預期的產品質量;或質量不穩定?;旌腺|量決定了最終產品的質量。按生產方法不同分為砌筑砂漿、抹面砂漿、地坪砂漿、瓷磚黏結劑等。
        4、飼料行業
        飼料行業的混合物料通常是多組分的,所采用混合機工況與冶金和建筑行業顯著不同的是混合物料的容重較輕,它對混合機本身的磨蝕性也較低。
        三、混合設備
        通過對混合機應用工況的分析,可知其基本應用工況是一種或多種組分與少量固體粘結劑的混合和一種或多種組分與少量高粘度液體粘結劑的混合兩種。根據生產實踐,可知尤其對少量高粘度液體的混合難度,對混合機的要求也。
        臥式強力混合機是洛陽凱正環保工藝設備有限公司推出專利產品,其技術核心主要有:(1)、混合工具結構的獨特,有利于降低功耗和提高混合精度,(2)、動力參數選擇合理 (3)、混合工具在轉子軸上的排列有專用工裝保證其相對角度,這是獲得動、靜平衡的關鍵。
        該混合機功耗指標在1KW/t左右,目前單機產量可達400t/h。
        當需要添加少量高粘度液體粘結劑時,設置有液體粘結劑的霧化裝置,該裝置也是多年經驗的積累。
        當需要熱態混合時,該混合機有專用的熱混結構,可實現對物料的加熱和保溫。
        其混合效果普遍較好,實現連續大產量作業,是一種全國產化的混合設備。
        四、物料混合的特點簡介
        不同膏狀物的混合主要是將待混物料反復分割并使其受到壓、輾、擠等動作所產生的強剪切作用,隨后又經反復合并、捏合,達到所要求的混合程度。這種混合很難達到理想混合,僅能達到隨機混合。粉狀固體與少量液體混合后為膏狀物,其混合機理與膏狀物料混合的機理相同。
        不同的熱塑性物料以及熱塑性物料與少量粉狀固體的混合,需要依靠強剪切和強對流作用,反復地揉搓和捏合,才能達到隨機混合。
        流動性好的顆粒狀固體物主要是靠容器本身的回轉,或靠裝在容器內運動部件的作用,反復地翻動、摻和而得以混合,這類物料也可用氣流產生對流或湍流以達到混合。固體顆粒的對流或湍流不易產生渦流,混合速度遠低于液體的混合,混合程度一般也只能達到隨機混合。
        流動性很差的、互相發生粘附的顆?;蚍蹱罟腆w,則常需用帶有機械翻動和壓、輾等動作的混合機械。
        一般來說對于較大產量作業的工況,其對混合機的選擇范圍較窄,雙軸、三軸混合機一般只能用于干粉混合或調濕工況,對于混合組分差別較大或需要添加粘結劑的場合,一般只有國外設備或臥式強力混合機供選擇。
        五、粉體混合質量的定量分析
        EYH—系列二維運動混合機或其它粉體混合設備GMP認證工作的第四階段——性能確認(PQ)中,提到了混合均勻度的檢測(RSD)。毫無疑問,混合均勻度是評定混合機性能的最重要指標。
        1、 粉體混合的含義
        粉體混合是二種以上組份在干燥狀態或有少量液體存在下,以外力作用攪混,使其不均一性不斷降低的過程。所謂二種以上組份,可以是不同的物質,也可以是同一物質而有不同的物理特性:如含水率不同、顆粒直徑不同、顏色不同等等。
        粉體混合是一個復雜的隨機過程,混合質量的評估及測定方法一直是困擾著人們的棘手問題。隨著時代的發展,憑人的五官感覺來判定混合均勻度的日子已經過去。用科學的、數量形式來判定混合均勻度,就是粉體混合的定量分析。要做到定量分析,必然要有取樣、檢測、統計分析(數據處理)幾個過程,從而得到一個單一的量值來表達混合物的均勻度。
        2、 取樣
        從混合物中某一位置取出少量的物料,叫“取樣”,這少量的物料叫作“觀測樣品”又稱“點樣品”,取樣的位置稱“取樣點”。
        在同一容器內,同一時間水平上,不同取樣點取得的樣品組成這一時間水平上的“樣本”。點樣品的個數即樣本的大小。
        關于樣品的大?。涸跐M足檢測需要的量并可能對取樣點周圍物料具有代表性的前提下,樣品越小越好。樣品過大,不僅浪費物料,且對定量分析的正確性不利。
        關于樣品個數多少(即樣本的大?。簶悠穫€數越多,即樣本越大,定量分析結果越可靠,誤差率越小。但迄今為止,確定樣品個數尚未研究出來。據美國化學工程協學建議,要求5~15個樣品,也有人認為至少需要20個乃至50個樣品。我國習慣上取5~10個樣品。關于取樣點位置,在物料處于靜止狀態下取樣時,取樣點應盡可能均布在物料的各個位置。如果能在混合物的運動流中取樣,則比靜止狀態下取樣所得出分析結果要準確。所以,在條件許可的情況下(如混合時間已經確定),在混合器出口物流中取樣的辦法好。
        3、 檢測
        將取得樣品,用化學或物理的方法,測定各組分(尤其是關鍵組分——示蹤物)的含量:
        X。如果樣品個數是5,則檢測到5個結果:X1;X2;X3;X4;X5。關于檢測方法,應由組分的性質,混合的目的和實際條件來決定。
        四、 統計分析
        將上述檢測結果,用統計學的方法,進行計算,得出單一的數值,來評估混合物的混合質量,叫統計分析法。
        1. 算術平均值,又稱樣本均值:X
        X= — Σxi
        式中:n——點樣品數(樣本大?。?/span>
        Xi——第i個樣品測得的參數。如質量、含水量、顆粒數等。
        2. 方差:σ2
        σ2 = —— Σ(Xi — X)2
        3. 標準偏差,又稱SD(Standard Deviation的縮寫):σ
        σ=√σ2 =√——Σ(Xi – X)2
        在20世紀40年代以前,一直用σ來定義(評估)粉體混合質量,σ值越小,混合越均勻。然而,實踐表明,這一定義在某些情況下很不,誤差較大。英國粉體工程權威N.哈恩貝在其專著“工業中的混合過程”(中國石化出版社1991)說過這樣一句話:“……由樣品中得到的實踐方差(σ2)數值沒有多大價值,除非與極限方差值可以關聯”。
        4. 相對標準偏差,又稱RSD(Relative Standard Deviatio):V
        V有很多種算法,以下僅提供2個常用算法。
        算法1:V= ×100%
        算法2:V= (×100%)
        5、一種簡單的定量分析方法
        實踐中,囿于檢驗設備的限制,有時難以實現對混合各組分進行定量分析,這里介紹一種簡單的混合均勻度定量分析方法,可用于對混合均勻度進行粗略分析。
        按照上述2中介紹的方法進行取樣,要求,取樣體積相同,然后對其進行稱重,對各取樣進行重量比較,并與理論重量進行比較,根據其差值來判斷混合均勻度,理論上,當混合均勻時,相同體積的樣品,其重量也應一樣。
        對各樣本與理論重量的偏差按統計分析的方法,計算其不均勻度。
        六、結語
        混合工況和混合效果要求千差萬別,所需求的混合設備也是多種多樣,從目前的混合裝備看,其性能還不能很好適應各種混合工況的要求,因此更為高效可靠的混合設備開發是急需解決的問題,尤其是對少量該粘度液體與粉體的大產量作業混合更是急需攻關的難題。
        混合效果的定量分析也是需要解決的問題,目前多采用的是粗略的分析方法,這是不能適應工業生產的要求的。

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