يتطلب تصميم نظام نقل وتغذية هوائي في مطحنة تصنيف هوائي لكربونات الكالسيوم المسحوقة في عمليات تصنيع البلاستيك فهمًا شاملًا لسلوك المسحوق، وخصائص التدفق، ومعدات المعالجة. قد يؤدي سوء تصميم النظام إلى تراكم المواد، وعدم ثبات معدلات التغذية، ومشاكل في جودة المنتج.
تقدم هذه المقالة دليلاً فنيًا كاملاً حول كيفية تصميم نظام نقل وتغذية فعال يتكامل بسلاسة مع المعدات مثل مطحنة تصنيف الهواء، مما يعمل على تحسين الأداء والكفاءة واتساق المنتج.
لماذا كربونات الكالسيوم؟
يُعد كربونات الكالسيوم من أكثر الحشوات المعدنية استخدامًا في صناعة البلاستيك، ويتميز بتعدد استخداماته وفعاليته من حيث التكلفة وسهولة معالجته. وهو متوافق مع مختلف راتنجات البوليمر، ويمكن طحنه بدقة للحصول على حجم جسيمات مُحدد لتحقيق الأداء الأمثل. كمادة مضافة في المركبات البلاستيكية، يُقلل كربونات الكالسيوم من طاقة السطح، ويُعزز العتامة واللمعان، ويُساهم في الحصول على سطح أملس. وعند التحكم الدقيق في حجم الجسيمات، يُمكنه أيضًا تحسين قوة التأثير ومعامل الانحناء (الصلابة).
كربونات الكالسيوم مناسبة لمجموعة واسعة من اللدائن الحرارية. في مركبات البولي بروبيلين، تزيد من صلابتها، وهو أمر بالغ الأهمية لتطبيقات درجات الحرارة العالية. أما في البولي فينيل كلوريد (PVC)، فيُستخدم في كل من المنتجات المرنة (مثل الأنابيب، وعزل الأسلاك والكابلات، وقفازات اللاتكس، وأكياس القمامة) والتطبيقات الصلبة (مثل الأنابيب المبثوقة، وأنابيب المياه، ومقاطع الأبواب والنوافذ).
أنظمة النقل الهوائية لكربونات الكالسيوم
يلعب شكل الجسيمات وحجمها (نسبة العرض إلى الارتفاع) وتوزيع الحجم، فضلاً عن خشونة السطح وصلابتها (مقاومة التآكل) والكثافة الظاهرية للمواد الصلبة دورًا حاسمًا في تصميم أنظمة التغذية والنقل الهوائي.
في حالة كربونات الكالسيوم، تختلف خصائصها الفيزيائية اختلافًا كبيرًا تبعًا لمصدرها وعملية تصنيعها. وكما هو موضح في الشكل 1، يكشف تحليل الغربال عن اختلافات ملحوظة في شكل الجسيمات وحجمها وتوزيعها بين عينتين مختلفتين.
الشكل 1
نظرًا لتفاعلات الجسيمات المعقدة (كما هو موضح في الشكل 2)، يُعدّ إثبات وجود علاقة مباشرة بين خصائص الجسيمات في مادة الحشو وتدفقها الكلي أمرًا صعبًا. ونتيجةً لذلك، لا يُمكن توحيد أنظمة النقل الهوائية أو شراؤها جاهزة للاستخدام، بل يجب تصميمها خصيصًا لكل تطبيق محدد. تؤثر الاختلافات في خصائص المواد الكلية بشكل مباشر على تصميم النظام واختيار المعدات، مما يجعل الاختبارات المعملية ضرورية لتقييم خصائص المواد وسلوك تدفقها بدقة.
تفاعلات الجسيمات
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التفاعلات تؤثر على سلوك تدفق الحشوات المعدنية في أنظمة النقل والتغذية الهوائية: تفاعلات الجسيمات مع الجسيمات، والجسيمات مع المعدات، والجسيمات مع البيئة.
تفاعلات الجسيمات-الجسيمات
يتم التحكم في هذه التفاعلات من خلال التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للحشو، بغض النظر عن سلوك الكتلة.
القوى الرئيسية المؤثرة هي القوى الكهروستاتيكية وقوى فان دير فالس بين الجسيمات. تضعف قوى فان دير فالس مع زيادة انفصال الجسيمات، مما يعني أن إضافة جسيمات أدق إلى المساحيق المتماسكة قد يُحسّن أحيانًا من سيولتها.
تشمل القوى الأخرى ذات الصلة: القوى الشعرية، التي تنشأ من جسور السوائل عند وجود بخار الماء في الغاز المحيط. قوى التلبيد، التي تسبب جسورًا صلبة نتيجةً لهجرة المواد عبر الانتشار أو التدفق اللزج. يمكن أن تؤدي هذه القوى بين الجسيمات إلى زيادة التماسك، مما يعزز التكتل ويقلل من كفاءة التدفق.
تفاعلات الجسيمات والمعدات
تعتمد حركة الجسيمات الصلبة عبر القادوس أو الأنابيب أو الحاويات الأخرى إلى حد كبير على خاصيتين ماديتين:
احتكاك الجدار، الذي يصف كيفية انزلاق الجسيمات على أسطح المعدات. قوة القص، التي تشير إلى مقاومة كتلة المسحوق المضغوط للتشوه أو حركة الجسيمات الداخلية. هاتان الخاصيتان أساسيتان لضمان موثوقية أداء التغذية والنقل.
تفاعلات الجسيمات مع البيئة
تؤثر العوامل الخارجية، مثل درجة الحرارة والرطوبة النسبية والاهتزاز والجاذبية وتدفق الهواء، على تدفق المسحوق. تؤثر الرطوبة على القوى الشعرية من خلال امتصاص الرطوبة وتكوين الجسور السائلة، وخاصةً في المواد الماصة للرطوبة.
تؤثر درجة الحرارة على التبلور، وقد تُعزز التلبيد، مما يُغير بنية الجسيمات وتدفقها. يزيد الضغط من التلامس بين الجسيمات، مما يؤدي إلى كثافة تعبئة أعلى وقوة التصاق أقوى. تُشكل هذه الظروف البيئية، مجتمعةً، خصائص التدفق العامة للمادة السائبة.
أنظمة النقل الهوائية لكربونات الكالسيوم
يتكون نظام النقل الهوائي عادة من خمسة مكونات أساسية: وحدة الطاقة، وخط النقل، ووحدة التجميع، ووحدة فصل المواد والغاز، ونظام التحكم.
معدات الدفعات
عند اختيار وحدة تجميع، من الضروري مراعاة أن بعض أحجام جزيئات كربونات الكالسيوم خفيفة الوزن وذات تدفق حر، مما قد يؤدي إلى دخول كميات زائدة من المواد إلى خط النقل. للتحكم في معدل التغذية، يُستخدم صمام دوار غالبًا لقياس المواد في نظام النقل الهوائي، سواءً كان يعمل تحت الضغط أو الفراغ.
مع ذلك، نظرًا لتفاوت تماسك كربونات الكالسيوم، قد تتراكم المواد على ريش صمام الدوران. في هذه الحالات، يُنصح باستخدام صمام الدوران المندفع. يستخدم هذا النوع من الصمامات نفاثات هواء لإخراج المواد من الريش أثناء دورانه، مما يمنع تراكمها. بالإضافة إلى ذلك، يُحسّن تركيب مخروط مُميّع في أسفل صومعة التغذية التحكم في التدفق من خلال ضمان تفريغ المواد بشكل منتظم.
خطوط النقل
قد يُسبب مسحوق كربونات الكالسيوم مشاكل عديدة في أنظمة ناقل مطاحن التصنيف الهوائي. تشمل هذه المشاكل انغماس المواد في القادوس، وغمر خط الناقل، وتراكمها داخله، وانسداد أكياس الترشيح أو الصوامع في وحدة الاستقبال.
يمكن استخدام الأنابيب الصلبة كخطوط نقل لكربونات الكالسيوم عالية السيولة وقليلة اللزوجة. ومع ذلك، إذا كانت كربونات الكالسيوم تميل إلى الالتصاق بداخل خط النقل، فيُنصح باستخدام أنابيب مرنة. فمرونتها تمنع تراكمها على جدران الأنابيب.
في أنظمة التفريغ المستمر، يُعد استخدام صمامات التنظيف طريقةً جيدةً لضمان نظافة خط الناقل بين عمليات النقل. أولاً، أغلق صمام الإغلاق على جانب التغذية في نظام التفريغ لزيادة ضغط الهواء في خط الناقل. ثم افتح الصمام، وستساعد موجة الضغط الناتجة على إزالة أي مواد ملتصقة بالأسطح الداخلية لخط الناقل.
وحدات فصل الغازات المادية
يميل كربونات الكالسيوم إلى الالتصاق بالفلاتر، مما يُسبب انسدادًا ويُقلل من كفاءتها. في حالة كربونات الكالسيوم اللزجة، يُمكن استخدام أكياس الترشيح بدلًا من خراطيش الترشيح المطوية لمنع التصاقها بالفلاتر. في الحالات الشديدة، يُنصح باستخدام وسائط ترشيح من مادة PTFE. قد تتطلب بعض أنواع كربونات الكالسيوم تفريغًا أكثر حدةً وانحدارًا للمساعدة في تفريغ القادوس بالكامل. غالبًا ما تضمن مُساعدات التدفق، مثل الهزازات أو وسادات التسييل داخل قادوس المُستقبِل، تفريغًا أسرع وأكثر اكتمالًا.
تغذية كربونات الكالسيوم
هناك متغيران أساسيان يحددان اختيار نظام تغذية مطحنة تصنيف الهواء لكل عينة من كربونات الكالسيوم: خصائص الحشو المعدني (على سبيل المثال، حجم الجسيمات وشكلها، ونفاذية الغاز، والكثافة الظاهرية، وزاوية الراحة) ومعدل التغذية المطلوب.
توفر مغذيات فقدان الوزن (LIW) مناولةً مُغلقةً للمواد، مما يُقلل من الغبار ويضمن معدلات تغذية دقيقة للحفاظ على جودة المنتج النهائي. تتوفر هذه المغذيات بتكوينات مُتنوعة، مما يسمح بتخصيص حجم القادوس، وآليات التغذية، وأنظمة الوزن بما يتناسب مع خصائص المواد المُحددة، وسلوك التدفق، ومعدلات التغذية المطلوبة.
القياس الحجمي مقابل القياس الوزني
يمكن تصنيف معظم المغذيات على أنها حجمية أو وزنية.
تُوفر المغذيات الحجمية حجمًا ثابتًا من المواد لكل وحدة زمنية، وتُقدم أقل حلول التغذية تكلفةً رأسمالية. مع ذلك، تفتقر المغذيات الحجمية اللولبية إلى قدرات الكشف، ولا يمكنها التكيف مع تغيرات الكثافة الظاهرية. لذلك، تُعدّ هذه المغذيات الأنسب للمواد ذات التدفق الحر نسبيًا والكثافة الظاهرية الثابتة (مثل الكريات)، والتطبيقات التي لا تُعدّ فيها دقة التغذية أمرًا بالغ الأهمية.
تُنتج المغذيات الوزنية وزنًا ثابتًا للمواد لكل وحدة زمنية. لا تراقب المغذيات الوزنية عملية التغذية فحسب، بل تحتوي أيضًا على حلقة تغذية راجعة تقيس الوزن والسرعة لتحديد الوزن الفعلي المُغذّى في الثانية.
اختيار القادوس
بمجرد تحديد حجم ونوع المغذي، يجب اختيار قادوس بالشكل والحجم المناسبين لحمل المواد المطلوبة لعمليات تصنيع البلاستيك المستمرة.
تتوفر القواديس بأشكال أسطوانية، وغير متماثلة، ومتماثلة، وتتراوح أحجامها بين لتر واحد وعدة مئات من اللترات. يعتمد حجم قادوس التغذية على متطلبات إعادة تعبئة المغذي والمساحة المتاحة. عادةً، عند إعادة تعبئة القادوس ١٢ مرة في الساعة، يجب أن يكون الحد الأقصى لمستوى التعبئة ٨٠١TP٣T من حجم القادوس. يجب ألا يكون حجم القادوس مفرطًا نظرًا لارتفاع التكلفة ومتطلبات المساحة. ويرجع احتمال زيادة ضغط المواد إلى تفاعل الجسيمات. لذلك، يمكن استخدام طريقة الحساب النظرية التالية لتقديم تقدير أولي لحجم القادوس: سعة القادوس = معدل التدفق / (الكثافة الظاهرية × ٠٫٨ × ١٢).
يميل كربونات الكالسيوم المترسبة في القادوس إلى التكتل، مما قد يؤدي إلى تكوّن جحور وتجسير.
معدات التغذية
تختلف معدات التغذية المستخدمة حسب المادة التي يتم تغذيتها.
تُستخدم المغذيات أحادية اللولب للمساحيق والحبيبات سهلة التدفق، بينما تُستخدم المغذيات ثنائية اللولب للمساحيق صعبة التدفق، وتُستخدم الصواني الاهتزازية للمواد الليفية والهشة.
تصميم المسمار المزدوج
لكربونات الكالسيوم ذات التدفق الحر، يكفي استخدام وحدة تغذية لولبية واحدة. يُنصح عمومًا باستخدام وحدة تغذية لولبية مزدوجة للحصول على نتائج أكثر دقة. يمكن استخدام أنواع متنوعة من البراغي، حسب معدل التدفق وخصائص حشو المعدن. أكثر أنواع البراغي شيوعًا هي المقعرة، والمثقبة، واللولبية، واللولبية المزدوجة. الغرض من البرغي هو تغذية كميات كبيرة من المواد الصلبة بالتساوي في عملية تصنيع البلاستيك. كما يمكن لهذه البراغي أن تعيق تدفق المواد عند توقف وحدة التغذية اللولبية، مما يمنع تدفق كميات كبيرة من المواد الصلبة المميعة.
يميل كربونات الكالسيوم أيضًا إلى التكتل على الأسطح المعدنية، مثل براغي التغذية. ولمعالجة هذه المشكلة، يُستخدم برغيان متشابكان يدوران معًا بخاصية التنظيف الذاتي لضمان نظافة أسطح البراغي وبيئة خالية من التراكمات.
موازين الجسر
تضمن أنظمة الوزن تغذيةً متسقةً ومنضبطةً في مطحنة التصنيف. تتراوح الخيارات المتاحة من موازين منصة صغيرة السعة إلى أنظمة تعليق ثلاثية النقاط كبيرة الحجم. يتيح التكامل مع وحدات التغذية التحكم الدقيق في معدل التغذية ويضمن جودة المنتج النهائي.
خاتمة
من سلوك الجسيمات إلى تصميم المعدات، يتطلب نقل وتغذية مسحوق كربونات الكالسيوم إلى مطحنة تصنيف هوائي دراسةً دقيقةً لعلوم المواد والهندسة الميكانيكية. ومن خلال تحسين كل مكون، مثل خطوط النقل، والمغذيات، والقمعات، وأنظمة الوزن، يضمن ذلك اتساقًا عاليًا للمنتج، وتقليلًا لوقت التوقف، وتعديلًا فعالًا للحشو.
نبذة عن شركة EPIC Powder Machinery
في آلات مسحوق EPICنقدم أنظمة متطورة للطحن فائق الدقة، والنقل الهوائي، والتصنيف الهوائي. حلولنا المُخصصة، بما في ذلك مطاحن التصنيف الهوائي عالية الأداء، موثوقة لمعالجة كربونات الكالسيوم وغيرها من الحشوات المعدنية الصعبة في صناعات البلاستيك والطلاء والمواد الكيميائية. دع خبراءنا يساعدونك في تصميم النظام المثالي لتطبيقك.
اتصل بنا اليوم لمعرفة المزيد.
