Estudo das características do triturador de fluxo de ar em disco com base em diferentes tipos de fontes de gás

I. Apresentação

Este artigo pertence ao tópico de aplicação do triturador de fluxo de ar, o texto completo é de 12.000 palavras, a leitura leva cerca de 20 minutos.

Resumo

Este estudo examinou experimentalmente o impacto de quatro fontes diferentes de peso molecular de hélio, vapor, ar e dióxido de carbono no processo de moagem fina da trituradora de fluxo de ar em disco. Os resultados sugerem que o tipo de fonte de gás não afeta significativamente a forma de distribuição do tamanho das partículas do produto, mas fontes de gás leves com menor peso molecular podem reduzir significativamente os limites de moagem. A eficiência de moagem de cada fonte de gás tem uma tendência decrescente de acordo com o aumento do peso molecular: hélio, vapor seguido, ar novamente, o dióxido de carbono é o mais fraco, um fenômeno estreitamente relacionado com a velocidade sonora e as propriedades de energia cinética da fonte de gás. O estudo descobriu ainda que, quando uma estrutura de fluxo de ar rotativo estável, de alta velocidade e simétrica é formada na cavidade de trituração (correspondente a uma relação de massa sólida de gás crítico de cerca de 2), o sistema de classificação incorporado permite um controle eficaz do tamanho máximo de partículas do produto. O consumo de energia afeta principalmente a taxa de atingir o limite de moagem sem alterar o próprio valor limite. Este estudo fornece uma base teórica importante para otimizar a eficiência energética e os parâmetros de processo dos trituradores de fluxo de ar.

Palavras-chave

Disco de fluxo de ar esmagado; Tipo de fonte de gás; esmagamento; Limite de esmagamento

II. Quadro geral

III. Introdução

O objetivo deste estudo é explorar o impacto de diferentes tipos de fontes de ar no desempenho da trituradora de fluxo de ar em disco.A trituradora de fluxo de ar de disco é amplamente utilizada em processos de trituração de microns na indústria farmacêutica e química fina devido às características de classificação incorporada, estrutura simples e fácil de limpar.No entanto, sua estrutura interna de campo de fluxo é complexa e o comportamento da dinâmica dos fluidos é significativamente influenciado pela geometria do equipamento e pelos parâmetros operacionais, e pequenas alterações podem levar a diferenças de desempenho. Este artigo baseia-se em pesquisas anteriores sobre as propriedades mecânicas dos fluidos do triturador de fluxo de ar e o mecanismo de classificação, com foco na análise do mecanismo de efeito das propriedades da fonte de ar no limite de trituração e eficiência energética, com o objetivo de fornecer apoio teórico para o projeto otimizado de equipamentos de trituração de alto desempenho.

IV. Processo Básico

Velocidade do som

Como a fórmula mostra, a velocidade do som (Vs) é uma função do peso molecular do gás (MW) e da temperatura do gás (T).

Na fórmula, k é a relação de gás a capacidade térmica e R é a constante de gás.

Em temperaturas mais elevadas, gases com menor peso molecular podem produzir velocidades sonoras mais elevadas e, por sua vez, ter maior energia dinâmica. EA velocidade do gás e a energia dinâmica que ele gera são fatores-chave que determinam o desempenho da trituraçãoEste experimento expandiu o escopo do estudo da velocidade do gás selecionando gases de diferentes pesos moleculares, incluindo hélio, vapor, ar e dióxido de carbono, com pesos moleculares variando de 4 a 44 g/mol. A temperatura do vapor sobreaquecido é controlada em 200 ° C, e os três outros gases estão a temperatura ambiente (35 ° C). As condições reais de operação e a velocidade sonora correspondente calculada de acordo com a fórmula são mostradas na Tabela 1.

Energia dinâmica e consumo de energia

A energia dinâmica do gás (KE) é considerada uma medida da entrada total de energia e pode ser calculada pela relação de capacidade térmica (k), peso molecular (MW), temperatura (T) e pressão (P) do gás, usando as fórmulas (2) e (3).

Na fórmula, Mg é o fluxo de massa do gás, A é a área de circulação,

Fórmula (1) sabe que a velocidade sonora do gás não tem nada a ver com a pressão; O fluxo de massa do gás é proporcional à pressão, portanto, a entrada de energia dinâmica total também é proporcional à pressão do gás. Na prática, aumentar a pressão do gás não altera a velocidade do gás, apenas aumenta o fluxo de gás e a entrada total de energia. A maior pressão do gás pode fazer com que as partículas sejam esmagadas mais finamente, mas este fenômeno é muitas vezes mal interpretado como um aumento da eficiência energética, que deve ser avaliada pelo consumo de energia. O consumo de energia comparativo (SEC) é definido como a energia necessária para reduzir o tamanho das partículas por unidade de massa do material do tamanho das partículas de alimentação para o tamanho das partículas do produto. Durante o experimento, o consumo de energia pode ser facilmente ajustado mantendo o fluxo de gás constante e alterando a taxa de alimentação de sólidos (F), com a seguinte fórmula de cálculo:

O desenho de uma curva de relação entre o consumo de energia e o tamanho das partículas do produto fornece uma base para a avaliação da eficiência energética do esmagamento.

V. Resultados e discussões

Distribuição de tamanho de partículas

A distribuição de tamanho de partículas dos produtos triturados é medida usando o método de dispersão a laser. As Figuras 2 - 5 representam as famílias de curvas de distribuição de tamanho de partículas quando o hélio, o dióxido de carbono, o vapor e o ar são usados como gases de propulsão, respectivamente, com variações relativas ao consumo de energia.

Os experimentos observaram uma semelhança no processo de redução do tamanho das partículas em diferentes tipos de gás: partículas finas são produzidas em condições de menor consumo de energia (ou menor proporção de solidez de gás), mas algumas partículas grossas originais permanecem na alimentação, um fenômeno típico no processo de esmagamento do fluxo de gás. Aumentar o consumo de energia (ou a relação de solidez do gás) não só torna o produto mais fino, mas também estreita a distribuição de tamanho de partículas reduzindo o conteúdo de partículas grossas, o que sugere que a redução do tamanho de partículas é o processo dominante quando a solidez do gás é baixa, e o efeito de classificação tem menos impacto na distribuição de tamanho de partículas do produto. Quando o consumo de energia comparativo atinge cerca de 1.000 kWh/t (a proporção de solidez de carbono, ar, vapor e hélio varia de 8 a 100), um nível crítico de consumo de energia comparativo é alcançado, quando a distribuição de partículas do produto começa a estreitar e as partículas de corte são de cerca de 30 micrômetros. Normalizando a relação de solidez do gás crítico com o peso molecular correspondente a cada gás, obtém-se um valor comum que representa o índice de solidez do gás crítico, que é 2 para todos os gases de teste. Este índice de solidez de gás crítico indica que um estado de fluxo totalmente desenvolvido se formou dentro da cavidade de trituração, um pré-requisito para o desempenho eficaz do papel hierárquico.

Limite de esmagamento

O limite de esmagamento é definido como o estado mais fino em que a distribuição do tamanho de partícula do produto não muda quando o consumo de energia continua a aumentar. O limite de esmagamento do triturador de fluxo de ar pode ser estudado por dois métodos experimentais diferentes: um é manter a energia do gás inalterada, reduzindo constantemente a taxa de alimentação de sólidos até atingir o limite de esmagamento; O outro é que, sob condições de proporção fixa de solidez de gás, o produto triturado é submetido repetidamente à trituradora para triturar várias vezes até atingir o limite de trituração. O primeiro método é mais difícil de implementar, porque reduzir a taxa de alimentação não só requer um controle preciso de alimentação, mas também faz com que as condições operacionais estejam rapidamente além do âmbito da aplicação real, por isso este estudo usa o último método (esmagamento repetido) para determinar os limites de esmagamento.

A Figura 6 mostra os resultados experimentais quando o ar é o tipo de fonte de gás. Três conjuntos de experimentos foram realizados a uma taxa de alimentação de sólidos selecionada para aumentar o consumo de energia ao esmagar o produto esmagado repetidamente (aumentando o número de passagens). Curiosamente, todos os três grupos de experimentos chegaram ao mesmo limite de esmagamento, com a diferença de que quanto maior a relação de solidez do gás, mais rápido o limite de esmagamento foi alcançado. Neste experimento, o limite de esmagamento do lote de areia de silício foi de tamanho médio de partículas de 4 micrômetros, e os limites de esmagamento variam para diferentes materiais.

Outra maneira de observar o limite de esmagamento é que, quando o tamanho da partícula se aproxima do pólo de esmagamento, a inclinação da curva de consumo de energia se torna anormalmente íngreme (como mostrado na Figura 7). Neste momento, o consumo de energia cresce exponencialmente e a eficiência energética é extremamente baixa, portanto, a trituradora não deve ser operada em condições próximas do limite de trituração na operação real.

Vale a pena notar que o tipo de fonte de gás afeta os limites de esmagamento:Quanto menor o peso molecular do gás, mais fino o limite de esmagamento pode ser alcançado, na sequência de hélio > vapor > ar > dióxido de carbonoEm intervalos de trituração convencionais de tamanho médio de partículas de 5 a 80 mícrons, independentemente da fonte de gás ou das condições de operação utilizadas, é necessário obter o mesmo tamanho de partícula do produto específico do que o consumo de energia, ou seja, a eficiência energética da trituração é semelhante.

VI. Conclusões

• O tipo de fonte de gás não tem um efeito morfológico significativo na distribuição do tamanho das partículas do produto, o mesmo que a entrada de consumo de energia, a fineza do produto é aproximadamente equivalente;
• Tipos de fontes de gás com peso molecular menor têm a capacidade de produzir produtos mais finos, ou seja, o efeito de esmagamento: hélio > vapor > ar > dióxido de carbono;
• Somente quando um estado de fluxo totalmente desenvolvido é formado na cavidade de trituração, a função de classificação de fluxo de ar incorporada pode controlar eficazmente o tamanho máximo de partículas do produto;

Os resultados do estudo indicam que a relação de solidez crítica necessária para formar uma estrutura de fluxo de ar rotativo estável, de alta velocidade e simétrica é de aproximadamente 2, ou seja, cada 1 kg / h de alimentação sólida deve ser combinada com um fluxo de gás de 2 kg / h, a relação de solidez do gás corresponde ao nível de consumo de energia de aproximadamente 1.000 kWh / t;

Solução integral para preparação de partículas inaladas

Referências

[1] Zhao Q Q, Schurr G. Efeito dos gases motores na moagem fina em um moinho de energia fluida[J]. Tecnologia do pó, 2002, 122(2):129-135.DOI:10.1016/S0032-5910(01)00408-9.