Het ontwerpen van een pneumatisch transport- en toevoersysteem in een luchtsorteermolen voor calciumcarbonaatpoeder in kunststofcompounderingsprocessen vereist een grondige kennis van het poedergedrag, de stromingseigenschappen en de procesapparatuur. Een slecht ontworpen systeem kan leiden tot materiaalophoping, inconsistente toevoersnelheden en problemen met de productkwaliteit.
In dit artikel vindt u een volledige technische handleiding voor het ontwerpen van een effectief transport- en toevoersysteem dat naadloos integreert met apparatuur zoals een luchtclassificatiemolen, en waarmee u de prestaties, efficiëntie en productconsistentie optimaliseert.
Waarom calciumcarbonaat?
Calciumcarbonaat is een van de meest gebruikte minerale vulstoffen in de kunststofindustrie en wordt gewaardeerd om zijn veelzijdigheid, kosteneffectiviteit en eenvoudige verwerking. Het is compatibel met diverse polymeerharsen en kan fijngemalen worden tot een gewenste deeltjesgrootte voor optimale prestaties. Als additief in kunststofcomposieten verlaagt calciumcarbonaat de oppervlakte-energie, verbetert het de opaciteit en glans en draagt het bij aan een gladdere oppervlakteafwerking. Wanneer de deeltjesgrootte zorgvuldig wordt gecontroleerd, kan het ook de slagvastheid en buigmodulus (stijfheid) verbeteren.
Calciumcarbonaat is geschikt voor een breed scala aan thermoplasten. In polypropyleencomposieten verhoogt het de hardheid – cruciaal voor toepassingen bij hoge temperaturen. In PVC wordt het gebruikt in zowel flexibele producten (bijv. buizen, draad- en kabelisolatie, latex handschoenen, vuilniszakken) als stijve toepassingen (bijv. geëxtrudeerde buizen, waterleidingen, deur- en raamprofielen).
Pneumatische transportsystemen voor calciumcarbonaat
De vorm, grootte (aspectverhouding), grootteverdeling, maar ook de oppervlakteruwheid, hardheid (slijtagebestendigheid) en bulkdichtheid van vaste stoffen spelen een cruciale rol bij het ontwerp van toevoer- en pneumatische transportsystemen.
In het geval van calciumcarbonaat kunnen de fysische eigenschappen sterk variëren, afhankelijk van de bron en het productieproces. Zoals weergegeven in figuur 1, laat zeefanalyse opmerkelijke verschillen zien in de vorm, grootte en verdeling van de deeltjes tussen twee verschillende monsters.
Figuur 1
Vanwege de complexe interacties tussen deeltjes (zoals geïllustreerd in figuur 2) is het lastig om een direct verband te leggen tussen de eigenschappen van een vulstof op deeltjesniveau en de vloeibaarheid ervan in bulk. Pneumatische transportsystemen kunnen daarom niet worden gestandaardiseerd of kant-en-klaar worden aangeschaft; ze moeten op maat worden ontworpen voor elke specifieke toepassing. Variaties in bulkeigenschappen hebben een directe invloed op het systeemontwerp en de apparatuurkeuze, waardoor laboratoriumtests essentieel zijn om de materiaaleigenschappen en het vloeigedrag nauwkeurig te beoordelen.
Deeltjesinteracties
Drie belangrijke soorten interacties beïnvloeden het stromingsgedrag van minerale vulstoffen in pneumatische transport- en toevoersystemen: interacties tussen deeltjes, deeltjes en apparatuur en interacties tussen deeltjes en de omgeving.
Deeltje-deeltjesinteracties
Deze interacties worden bepaald door de chemische samenstelling en de fysieke eigenschappen van de vulstof, onafhankelijk van het bulkgedrag.
De belangrijkste krachten die hierbij een rol spelen, zijn elektrostatische krachten en vanderwaalskrachten tussen deeltjes. Vanderwaalskrachten verzwakken naarmate de deeltjes zich verder afscheiden, waardoor de toevoeging van fijnere deeltjes aan cohesieve poeders soms de vloeibaarheid kan verbeteren.
Andere relevante krachten zijn onder meer: Capillaire krachten, die ontstaan door vloeistofbruggen wanneer er waterdamp in het omringende gas aanwezig is. Sinterkrachten, die vaste brugvorming veroorzaken door materiaalmigratie door diffusie of viskeuze stroming. Deze krachten tussen de deeltjes kunnen leiden tot verhoogde cohesie, wat agglomeratie bevordert en de stromingsefficiëntie vermindert.
Interacties tussen deeltjes en apparatuur
De beweging van vaste deeltjes door trechters, buizen of andere containers hangt grotendeels af van twee materiaaleigenschappen:
Wandwrijving, wat beschrijft hoe deeltjes langs de oppervlakken van de apparatuur glijden. Schuifsterkte, wat verwijst naar de weerstand van een samengeperste poedermassa tegen vervorming of interne deeltjesbeweging. Beide eigenschappen zijn cruciaal voor betrouwbare toevoer- en transportprestaties.
Interacties tussen deeltjes en omgeving
Externe factoren – zoals temperatuur, relatieve vochtigheid, trillingen, zwaartekracht en luchtstroom – hebben ook invloed op de poederstroom. Vochtigheid beïnvloedt capillaire krachten via vochtadsorptie en de vorming van vloeistofbruggen, met name in hygroscopische materialen.
Temperatuur beïnvloedt de kristalliniteit en kan sinteren bevorderen, waardoor de deeltjesstructuur en vloeibaarheid veranderen. Druk verhoogt het contact tussen de deeltjes, wat leidt tot een hogere pakkingsdichtheid en een sterkere hechting. Samen bepalen deze omgevingsomstandigheden de algehele vloei-eigenschappen van het bulkmateriaal.
Pneumatische transportsystemen voor calciumcarbonaat
Een pneumatisch transportsysteem bestaat doorgaans uit vijf basiscomponenten: een aandrijfeenheid, een transportlijn, een batcheenheid, een materiaal-gasscheidingseenheid en een besturingssysteem.
Batching-apparatuur
Bij het selecteren van een batching unit is het essentieel om rekening te houden met het feit dat bepaalde calciumcarbonaatdeeltjes licht van gewicht en zeer vrijstromend zijn, wat ertoe kan leiden dat er overtollig materiaal in de transportlijn terechtkomt. Om de toevoersnelheid te regelen, wordt vaak een roterende klep gebruikt om materiaal in het pneumatische transportsysteem te doseren, ongeacht of dit onder druk of vacuüm werkt.
Door de wisselende cohesie van calciumcarbonaat kan er echter materiaalophoping optreden op de schoepen van een doorvalschuif. In dergelijke gevallen wordt een doorblaasschuif aanbevolen. Dit type schuif gebruikt luchtstralen om materiaal van de schoepen te verwijderen terwijl de schuif draait, waardoor ophoping wordt voorkomen. Bovendien kan het installeren van een fluïdiserende kegel onderin de voersilo de stroomregeling verder verbeteren door een consistente materiaalafvoer te bevorderen.
Transportbanden
Calciumcarbonaatpoeder kan tal van problemen veroorzaken in transportsystemen van luchtclassificatiemolens. Problemen zijn onder andere vastlopen van materiaal in de trechter, overstroming van de transportband, ophoping in de transportband en verstopping van filterzakken of silo's in de opvangeenheid.
Stijve slangen kunnen worden gebruikt als transportleidingen voor zowel sterk gefluïdiseerd als licht kleverig calciumcarbonaat. Als het calciumcarbonaat echter de neiging heeft zich aan de binnenkant van de transportleiding te hechten, overweeg dan flexibele slangen. De flexibele aard voorkomt ophoping op de pijpwanden.
In continue vacuümsystemen is het gebruik van spoelkleppen een goede manier om ervoor te zorgen dat de transportleiding schoon blijft tussen de transfers. Sluit eerst de afsluitklep aan de toevoerzijde van het vacuümsysteem om de luchtdruk in de transportleiding te verhogen. Open vervolgens de klep; de resulterende drukgolf helpt om materiaal dat aan de binnenkant van de transportleiding kleeft, te verwijderen.
Materiaalgasscheidingsunits
Calciumcarbonaat heeft de neiging zich aan filters te hechten, waardoor verstoppingen ontstaan en de filterefficiëntie afneemt. Bij kleverig calciumcarbonaat kan het gebruik van filterzakken in plaats van geplisseerde filterpatronen helpen voorkomen dat calciumcarbonaat zich aan het filter hecht. In ernstige gevallen wordt het gebruik van PTFE-filtermedia aanbevolen. Sommige soorten calciumcarbonaat vereisen mogelijk een steilere, meer taps toelopende afvoer om de trechter volledig te kunnen legen. Hulpmiddelen, zoals trilplaten of fluïdisatiepads in de opvangtrechter, zorgen vaak voor een snellere en volledigere afvoer.
Calciumcarbonaatvoeding
Twee primaire variabelen bepalen de selectie van een luchtclassificatiemolentoevoersysteem voor elk calciumcarbonaatmonster: de kenmerken van de minerale vulstof (bijv. deeltjesgrootte en -vorm, gasdoorlaatbaarheid, bulkdichtheid en storthoek) en de gewenste toevoersnelheid.
Loss-in-weight (LIW) feeders bieden een volledig gesloten materiaalverwerking, minimaliseren stof en zorgen voor nauwkeurige invoersnelheden om de kwaliteit van het eindproduct te behouden. Deze feeders zijn verkrijgbaar in verschillende configuraties, waardoor de trechtergrootte, invoermechanismen en weegsystemen kunnen worden aangepast aan specifieke materiaaleigenschappen, stromingsgedrag en vereiste invoersnelheden.
Volumetrische meting versus gravimetrische meting
De meeste voeders kunnen worden gecategoriseerd als volumetrisch of gravimetrisch.
Volumetrische doseerapparaten leveren een constant volume materiaal per tijdseenheid en bieden de laagste investeringskosten. Volumetrische doseerapparaten met schroeftype missen echter detectiemogelijkheden en kunnen zich niet aanpassen aan veranderingen in bulkdichtheid. Daarom zijn deze doseerapparaten het meest geschikt voor relatief vrijstromende materialen met een stabiele bulkdichtheid (bijv. pellets) en toepassingen waarbij doseernauwkeurigheid niet cruciaal is.
Gravimetrische doseerapparaten leveren een constant gewicht aan materiaal per tijdseenheid. Gravimetrische doseerapparaten bewaken niet alleen het doseerproces, maar hebben ook een feedbacklus die het gewicht en de snelheid meet om het werkelijke gewicht per seconde te bepalen.
Hopperselectie
Nadat de grootte en het type van de invoerbak zijn bepaald, moet een trechter met de juiste vorm en grootte worden geselecteerd om het materiaal te bevatten dat nodig is voor continue kunststofmengbewerkingen.
Trechters zijn verkrijgbaar in cilindrische, asymmetrische en symmetrische vormen, variërend in grootte van één liter tot enkele honderden liters. De grootte van de trechter is afhankelijk van de vulvereisten van de trechter en de beschikbare ruimte. Als we de trechter 12 keer per uur bijvullen, mag het maximale vulniveau doorgaans 80% van het trechtervolume bedragen. De trechtergrootte mag niet te groot zijn vanwege de toenemende kosten en ruimtevereisten. De kans op verhoogde materiaalverdichting is te wijten aan de interactie tussen deeltjes. Daarom kan de volgende theoretische berekeningsmethode worden gebruikt om een voorlopige schatting van de trechtergrootte te maken: Trechtercapaciteit = stroomsnelheid / (bulkdichtheid × 0,8 × 12).
Neergeslagen calciumcarbonaat in de trechter heeft de neiging compact te worden. Dit kan leiden tot gaten en brugvorming.
Voederapparatuur
Welke toevoerapparatuur gebruikt wordt, hangt af van het soort materiaal dat wordt aangevoerd.
Enkelvoudige schroefdoseerders kunnen worden gebruikt voor gemakkelijk stromende poeders en granulaten, dubbelvoudige schroefdoseerders voor moeilijk stromende poeders en trilgoten voor vezelige en broze materialen.
Dubbelschroefsontwerp
Voor vrijstromend calciumcarbonaat is een enkele schroefdoseerder voldoende. Een dubbele schroefdoseerder wordt over het algemeen aanbevolen voor betrouwbaardere resultaten. Afhankelijk van de stroomsnelheid en de eigenschappen van de minerale vulstof kunnen verschillende schroeftypen worden gebruikt. De meest gebruikte schroefprofielen zijn concaaf, boor, spiraal en dubbelschroef. Het doel van een schroef is om grote hoeveelheden vaste stoffen gelijkmatig in het kunststofcompoundingproces te brengen. Deze schroeven kunnen ook de materiaalstroom blokkeren wanneer de schroefdoseerder stopt, waardoor een grote instroom van vloeibare vaste stoffen wordt voorkomen.
Calciumcarbonaat heeft ook de neiging zich te verdichten op metalen oppervlakken, zoals schroeftransporteurs. Om dit probleem aan te pakken, worden twee in elkaar grijpende, meedraaiende schroeven met zelfreinigende eigenschappen gebruikt om schone schroefoppervlakken en een omgeving zonder afzettingen te garanderen.
Brugschalen
Weegsystemen zorgen voor een consistente, gecontroleerde toevoer naar de classificatormolen. De opties variëren van platformweegschalen met een kleine capaciteit tot grote driepuntsophangingssystemen. Integratie met feeders maakt nauwkeurige controle van de toevoersnelheid mogelijk en garandeert de kwaliteit van het eindproduct.
Conclusie
Van deeltjesgedrag tot apparatuurontwerp: het transporteren en doseren van calciumcarbonaat in poedervorm in een luchtclassificatiemolen vereist zorgvuldige overweging van materiaalkunde en werktuigbouwkunde. Door elk onderdeel, zoals transportlijnen, toevoersystemen, trechters en weegsystemen, te optimaliseren, wordt een hoge productconsistentie, minimale downtime en efficiënte vulstofaanpassing gegarandeerd.
Over EPIC Powder Machinery
Bij EPIC PoedermachinesWij leveren geavanceerde systemen voor ultrafijn malen, pneumatisch transport en luchtclassificatie. Onze oplossingen op maat, waaronder hoogwaardige luchtclassificatiemolens, zijn betrouwbaar bij de verwerking van calciumcarbonaat en andere uitdagende minerale vulstoffen in de kunststof-, coating- en chemische industrie. Laat onze experts u helpen bij het ontwerpen van het ideale systeem voor uw toepassing.
Neem vandaag nog contact met ons op voor meer informatie.
