簡介

HAVER&BOECKER（哈佛博克）作為專業(yè)的制造業(yè)裝填和篩分設(shè)備供應(yīng)商，主要設(shè)計(jì)和生產(chǎn)粉體、顆粒全套裝填解決方案，包括：存儲(chǔ)筒倉和料斗、中型松裝容器 (IBC) 、 1-50 kg 麻袋裝填站、定量和稱重系統(tǒng)以及氣動(dòng)輸送設(shè)備。為確保合適的設(shè)備選型和高效的優(yōu)化方案，HAVER&BOECKER在大約十年前購置了FT4粉體流變儀™ (英國富瑞曼科技)，用于測量待加工材料的流動(dòng)性。本文將探討測量粉體流動(dòng)性的作用，以及如何使用儀器的數(shù)據(jù)改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)與規(guī)格參數(shù)。

裝填行業(yè)中的流動(dòng)性

對(duì)HAVER&BOECKER而言，每個(gè)新的裝填解決方案都需要從評(píng)估待加工材料的物理屬性開始。確保材料在裝填生產(chǎn)線上連續(xù)流動(dòng)非常重要，設(shè)備與材料匹配不佳會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降，機(jī)器故障和停機(jī)，增加人工干預(yù)，終導(dǎo)致盈利折損。因此，關(guān)鍵的是確定測量哪些物理屬性，有助于避免此類問題。

通常測量密度、粒徑分布、水分、脂肪含量、壓實(shí)和顆粒形貌等特性。這些參數(shù)確實(shí)影響了材料屬性和粉體流動(dòng)性，也是加工和裝填的關(guān)鍵特性。但是，HAVER&BOECKER也意識(shí)到以上參數(shù)不足以量化流動(dòng)性，并與設(shè)備性能進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，仍然缺失關(guān)鍵信息。

早期嘗試通過Jenike剪切盒直接測量流動(dòng)性彌補(bǔ)，該技術(shù)測量了固結(jié)的粉體平面相對(duì)于另一平面剪切所需的力，通過無約束屈服強(qiáng)度 (UYS) 和其它參數(shù)量化粉體的粘結(jié)性。這些數(shù)據(jù)廣泛用于料斗設(shè)計(jì)、料斗卸料故障診斷和通用流動(dòng)性的比較。事實(shí)上剪切盒費(fèi)時(shí)耗力，不同操作人員之間的差異大，并且依賴于儀器本身性能。HAVER&BOECKER發(fā)現(xiàn)，僅僅測量一種產(chǎn)品要耗時(shí)半天，不同的操作人員導(dǎo)致獲得粉體是“自由流動(dòng)”或“具有粘性”兩種明顯不同的結(jié)果。顯然這一技術(shù)并非理想方案，也促使HAVER&BOECKER研究可替代的方法。

逐步采用動(dòng)態(tài)粉體測試

2005年左右，當(dāng)HAVER&BOECKER開始深入研究替代測試方法時(shí)，動(dòng)態(tài)測試還是相對(duì)較新的技術(shù)，并未充分證實(shí)其工業(yè)應(yīng)用的關(guān)聯(lián)，但已逐漸顯現(xiàn)了優(yōu)勢。與現(xiàn)有的剪切盒相比，動(dòng)態(tài)測試能夠提供高效的結(jié)果，并與加工過程相關(guān)聯(lián)。動(dòng)態(tài)測試靈敏度高，能夠分辨出剪切盒識(shí)別為同類的粉體，尤其是加工性能確實(shí)存在差異的粉體。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的應(yīng)用

選定加工設(shè)備的難點(diǎn)在于，不同的設(shè)備性能與粉體屬性之間的關(guān)聯(lián)算法非常少。料斗設(shè)計(jì)是目前 “科學(xué)”法完善的方向，然而實(shí)現(xiàn)全面的優(yōu)化仍然很困難。因此，真正的實(shí)操方法是開發(fā)數(shù)據(jù)庫，將材料屬性與工藝性能關(guān)聯(lián)。那么對(duì)于某一屬性粉體適用的解決方案，很可能對(duì)類似的粉體也適用。

過去十年間HAVER&BOECKER通過測量處理后粉體的基本流動(dòng)能（BFE），研究流動(dòng)性對(duì)設(shè)備性能的影響，具有相近BFE值的粉體適配相似的裝填設(shè)備，也應(yīng)考量其它屬性，確保得到解決方案。通過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，開發(fā)針對(duì)性的設(shè)計(jì)，減少過程中的進(jìn)氣量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量大。大程度地降低裝填粉中的空氣量，能夠顯著地提高袋裝填量，從而達(dá)到既定要求。粉體空氣量同時(shí)也影響了粉體流動(dòng)的難易程度，通常使用充氣射流機(jī)等設(shè)備改善流動(dòng)。

動(dòng)態(tài)粉體測試

動(dòng)態(tài)粉體測試測量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的粉體，當(dāng)螺旋槳葉沿著的路徑在粉體樣品內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過測量作用于槳葉的扭矩和阻力確定動(dòng)態(tài)屬性。可以測試固結(jié)、中等應(yīng)力、充氣或甚至流化狀態(tài)下的樣品，滿足日常加工中涉及的應(yīng)力范圍。實(shí)際上，該技術(shù)于粉體測試，并為過程設(shè)計(jì)、優(yōu)化和故障診斷提供支持，大程度地理解在特定加工環(huán)境下粉體的表現(xiàn)。

基本流動(dòng)能 (BFE) 參數(shù)是基本動(dòng)態(tài)屬性，可以量化粉體在強(qiáng)制或受約束狀態(tài)下的流動(dòng)。槳葉推動(dòng)粉體對(duì)樣品容器產(chǎn)生作用，測量粉體在槳葉下切過程中承受的扭矩和阻力。BFE區(qū)分度*，能夠檢測出其它測量方式歸為同類的粉體間差異。能夠表征粉體和顆粒特性之間極小的變化，并能夠區(qū)分極度相似的材料 (同時(shí)與其加工過程相關(guān)聯(lián))。

實(shí)例研究：可可粉裝填方案

表1演示了兩種可可粉的測試結(jié)果，包括水分含量、密度和 BFE 值(表觀狀態(tài)參見圖1)。這些數(shù)據(jù)顯示，雖然它們是“相同”的可可粉產(chǎn)品，但實(shí)際觀察就存在區(qū)別。1號(hào)可可粉的松裝和壓實(shí)密度較大，具有均勻的充氣特性，表明充入空氣能夠有效地改善流動(dòng)。然而2號(hào)可可粉充氣時(shí)形成通道，與較強(qiáng)的顆粒間作用力相關(guān)，并且脫氣也更快。以上特性均與裝填方案緊密相關(guān)。而2號(hào)可可粉的BFE值明顯低于1號(hào)可可粉地，表明該樣品更易流動(dòng)。

表1 兩種可可粉的測試數(shù)據(jù)

圖1 典型可可粉樣品：

1號(hào)可可粉 (左) 和2號(hào)可可粉(右)

將兩種產(chǎn)品放入充氣裝填設(shè)備中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（參見圖2）。充氣裝填設(shè)備包括傾斜座壓力腔 (方便卸料和清潔)，也可根據(jù)產(chǎn)品特性更改充氣率。裝填時(shí)持續(xù)吸氣，確保袋內(nèi)較低的壓力，實(shí)現(xiàn)較高的裝填率。

在實(shí)驗(yàn)中，裝填一袋25公斤的2號(hào)可可粉需要23秒，此時(shí)裝填機(jī)每小時(shí)產(chǎn)量為110袋。1號(hào)可可粉的BFE明顯較大，流動(dòng)性不佳，裝填一袋需要30秒，設(shè)備每小時(shí)產(chǎn)量降至90袋。各類產(chǎn)品中都可觀察到類似的結(jié)果，驗(yàn)證了BFE值可用于預(yù)測裝填方案的表現(xiàn)，確保裝填率和產(chǎn)量達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。雖然壓實(shí)或松裝密度是常規(guī)的測量項(xiàng)目，但該測量值并不能用于判別流動(dòng)性。經(jīng)驗(yàn)也說明松裝密度受溫度、濕度、原材料質(zhì)量和樣品處理的影響，無法與BFE一樣和裝填性能之間產(chǎn)生直接的關(guān)聯(lián)性。

圖2 帶吸氣裝置的裝填設(shè)備示意圖

結(jié)論

對(duì)HAVER&BOECKER而言，客戶的滿意度取決于優(yōu)質(zhì)的解決方案，無需再修改或故障診斷。全面的物理特性表征是裝填解決方案設(shè)計(jì)和選擇的基礎(chǔ)，因此如何優(yōu)化表征顯得尤為重要。與其它粉體測試方法相比，采用FT4粉體流變儀測量動(dòng)態(tài)流動(dòng)特性相對(duì)有效，可以為加工設(shè)備的選擇提供密切關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。公司針對(duì)每種樣品的流動(dòng)性結(jié)果與過去十多年的驗(yàn)結(jié)合，確定每種產(chǎn)品適合的裝填設(shè)備。應(yīng)用這一數(shù)據(jù)庫，公司可為多種材料提供高效的裝填方案，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量大，盡可能地降低運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。

欲知更多信息，或預(yù)約FT4粉體流動(dòng)性測試儀演示：

麥克默瑞提克（上海）儀器有限公司

地址：上海市民生路600號(hào)船研大廈1503-1509室

關(guān)于麥克儀器公司

麥克儀器公司是專業(yè)提供表征顆粒，粉體和多孔材料的物理性能，化學(xué)活性和流動(dòng)性的高性能設(shè)備生產(chǎn)商。我們的技術(shù)包括：比重密度法、吸附、動(dòng)態(tài)化學(xué)吸附、顆粒大小和形狀、壓汞孔隙度測定、粉末流變學(xué)和催化劑活性測試。公司在美國、英國和西班牙設(shè)有研發(fā)和生產(chǎn)基地，并在美洲、歐洲和亞洲設(shè)有直銷和服務(wù)業(yè)務(wù)。麥克儀器是創(chuàng)新性的公司，產(chǎn)品是著名的政府和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的10,000多個(gè)實(shí)驗(yàn)室儀器。我們擁有世界科學(xué)家和積極響應(yīng)的支持團(tuán)隊(duì)，通過將Micromeritics技術(shù)應(yīng)用于客戶的需求，幫助客戶獲得成功。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問: