簡(jiǎn)介

HAVER&BOECKER（哈佛博克）作為專(zhuān)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(cāng)和料斗,、中型松裝容器 (IBC) 、 1-50 kg 麻袋裝填站,、定量和稱(chēng)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(gòu)置了FT4粉體流變儀™ (英國(guó)富瑞曼科技),，用于測(cè)量待加工材料的流動(dòng)性,。本文將探討測(cè)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(kāi)始,。確保材料在裝填生產(chǎn)線(xiàn)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(cè)量哪些物理屬性,，有助于避免此類(lèi)問(wèn)題,。

通常測(cè)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(guò)Jenike剪切盒直接測(cè)量流動(dòng)性彌補(bǔ),，該技術(shù)測(cè)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(guò)無(wú)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(lài)于儀器本身性能。HAVER&BOECKER發(fā)現(xiàn),，僅僅測(cè)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(cè)試

2005年左右，當(dāng)HAVER&BOECKER開(kāi)始深入研究替代測(cè)試方法時(shí),，動(dòng)態(tài)測(cè)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(shì),。與現(xiàn)有的剪切盒相比,，動(dòng)態(tài)測(cè)試能夠提供高效的結(jié)果，并與加工過(guò)程相關(guān)聯(lián)。動(dòng)態(tài)測(cè)試靈敏度高,，能夠分辨出剪切盒識(shí)別為同類(lèi)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(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，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(lèi)似的粉體也適用。

過(guò)去十年間HAVER&BOECKER通過(guò)測(cè)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(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)針對(duì)性的設(shè)計(jì),，減少過(guò)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(cè)試

動(dòng)態(tài)粉體測(cè)試測(cè)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(guò)測(cè)量作用于槳葉的扭矩和阻力確定動(dòng)態(tài)屬性,。可以測(cè)試固結(jié),、中等應(yīng)力,、充氣或甚至流化狀態(tài)下的樣品，滿(mǎn)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(cè)試，并為過(guò)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(cè)量粉體在槳葉下切過(guò)程中承受的扭矩和阻力,。BFE區(qū)分度*,，能夠檢測(cè)出其它測(cè)量方式歸為同類(lèi)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(guò)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(cè)試結(jié)果，包括水分含量,、密度和 BFE 值(表觀(guān)狀態(tài)參見(jiàn)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(guān)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(cè)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(jiàn)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(lèi)產(chǎn)品中都可觀(guān)察到類(lèi)似的結(jié)果,，驗(yàn)證了BFE值可用于預(yù)測(cè)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(cè)量項(xiàng)目,，但該測(cè)量值并不能用于判別流動(dòng)性,。經(jīng)驗(yàn)也說(shuō)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(wú)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(hù)的滿(mǎn)意度取決于優(yōu)質(zhì)的解決方案,，無(wú)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(cè)試方法相比，采用FT4粉體流變儀測(cè)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(guò)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(kù),，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(yíng)風(fēng)險(xiǎn),。

欲知更多信息，或預(yù)約FT4粉體流動(dòng)性測(cè)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(zhuān)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(cè)定,、粉末流變學(xué)和催化劑活性測(cè)試。公司在美國(guó),、英國(guó)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(xiāo)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(guò)將Micromeritics技術(shù)應(yīng)用于客戶(hù)的需求,，幫助客戶(hù)獲得成功,。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn):