Производитель из стран Персидского залива, поставляющий продукцию как на рынок компаундов для пластмасс, так и на рынок архитектурных красок. На практике он пропускает через один и тот же классификатор два совершенно разных продукта. Известняк один и тот же. Мельница одна и та же. Но распределение частиц по размерам, необходимое производителю пленочных покрытий, отличается от распределения, необходимого разработчику эмульсионных красок. Если пропустить оба сорта с одинаковыми настройками классификатора, один из них окажется неверным — вероятно, оба.
Хорошая новость заключается в том, что динамический воздушный классификатор обеспечивает прямой и непрерывный контроль именно над этими параметрами. Скорость вращения ротора, поток воздуха и скорость подачи можно регулировать для смещения точки отсечки и сужения или расширения распределения без остановки линии. Практический вопрос заключается в том, в каком направлении и насколько изменять каждый параметр при переходе от производства пластика к производству лакокрасочных материалов.
В этой статье рассматриваются реальные физические требования каждого рынка к GCC. Как эти требования преобразуются в конкретные настройки классификатора? Как выглядят реальные производственные линии при правильных настройках и при неправильных.
Что на самом деле требуется от стран Персидского залива для производства пластмасс и красок — и почему эти требования различаются.
GCC используется на обоих рынках в качестве экономически эффективного наполнителя, но физические свойства, которые он должен обеспечивать в готовом продукте, достаточно различны, поэтому требуемые распределения размеров частиц практически не совпадают.
Пластмассы: более крупное распределение, плотная верхняя резка.
В компаундировании пластмасс — ПВХ-труб, полиэтиленовой пленки, полипропиленовых компаундов — GCC используется в основном в качестве наполнителя и упрочняющего агента, снижающего затраты. Целевой размер частиц относительно крупный по промышленным стандартам минералов: D97 в диапазоне 15-25 микрон типичен для большинства применений в производстве пластмасс, а D50 часто находится в диапазоне 5-12 микрон.
Критически важным параметром в производстве пластмасс является не средний размер частиц, а верхний предел — D97 или Dmax. Одна крупная частица в пленочном производстве может стать причиной разрыва. При экструзии ПВХ-труб крупные частицы вызывают поверхностные полосы и могут создавать точки концентрации напряжений, снижающие ударопрочность. Большинство производителей пластмасс устанавливают жесткий верхний предел — иногда D97 ниже 20 микрон, иногда Dmax ниже 45 микрон — и проверяют его на поступающем материале.
Другая важная характеристика пластмасс — низкая удельная площадь поверхности. Более мелкие частицы означают большую площадь поверхности, а это значит, что наполнитель поглощает больше пластификатора и связующего агента, что увеличивает стоимость рецептуры. Для производителей пластмасс, которые используют GCC в количестве 30-50% по весу для снижения стоимости компаунда, поддержание достаточно низкой площади поверхности для сохранения технологичной вязкости является реальным ограничением. Это говорит против использования частиц мельче, чем требуется для конкретного применения.
Краски: более тонкое распределение, узкий диапазон применения.
В архитектурных красках — эмульсионных красках, грунтовках, текстурированных покрытиях — ГЦК выполняет другую функцию. Мелкодисперсный ГЦК с показателем D50 в диапазоне 2-5 микрон способствует укрывистости за счет рассеяния света, улучшает непрозрачность и влияет на реологические свойства влажной краски. Чем мельче частицы, тем выше удельная площадь поверхности и тем больше потребность в связующем веществе, но также и тем лучше блеск и гладкость высохшей пленки.
В большинстве случаев производители красок более строго указывают значения GCC, чем переработчики пластмасс. Указываются значения D50 и D90, и диапазон — (D90-D10)/D50 — имеет значение, поскольку широкое распределение с примесью очень мелких и несколько более крупных частиц приводит к неравномерному рассеиванию света и непостоянному формированию пленки. Крупные частицы в составе глянцевой краски проявляются в виде видимой зернистости в высохшей пленке и приводят к снижению показателей блеска.
В отличие от пластмасс, в случае с красками направление погрешности иное: слишком крупное помол портит блеск и гладкость, в то время как немного более мелкий помол, чем указано в спецификации, обычно допустим. Но более мелкий помол требует больше энергии на тонну и снижает производительность — поэтому точность важна как с экономической, так и с технической точки зрения.
| Параметр | Пластмассы класса GCC | Класс краски GCC |
| Типичный D50 | 5-12 микрон | 2-5 микрон |
| Типичный D97 | 15-25 микрон | <10 микрон |
| Dmax / верхняя резка | <45 микрон (жесткий предел для пленки) | <15 микрон для глянцевой краски |
| Приоритет полосы | Более низкий приоритет — пропускная способность важнее. | Высокий приоритет — узкий диапазон = равномерный блеск |
| Удельная площадь поверхности | Предпочтительный нижний предел (снижает поглощение масла) | Более высокая степень принятия (способствует скрытности) |
| Ключевой режим отказа качества | Крупные частицы, вызывающие разрывы пленки или дефекты поверхности. | Крупная зернистость приводит к снижению блеска; широкий разброс зерен вызывает неравномерное покрытие. |
| Настройка приоритета классификатора | Управление верхним срезом при максимальной производительности | Точность D50 и минимизация размаха |
Четыре параметра классификатора, управляющие переключением.
Динамический воздушный классификатор имеет четыре регулируемых параметра, которые напрямую влияют на распределение частиц по размерам (PSD) продукта. Понимание того, за что отвечает каждый из них и как они взаимодействуют, является основой для плавного перехода от производства изделий из пластика к производству изделий, предназначенных для покраски.
1. Скорость вращения классификационного колеса (скорость вращения ротора)
Скорость вращения ротора является основным фактором, определяющим точку отсечения. Вращающееся классификационное колесо оказывает центробежное воздействие на частицы на своей поверхности. Более высокая скорость вращения колеса означает более высокую центробежную силу. Это отбрасывает более крупные частицы обратно в мельницу и пропускает в продукт только более мелкие. Более низкая скорость вращения колеса снижает центробежный барьер и позволяет проходить более крупным частицам.
Для грануляторов GCC пластикового класса (D97 15-25 микрон) скорость вращения ротора находится в нижней части рабочего диапазона. Обычно она составляет 1200-2500 об/мин в зависимости от размера мельницы, хотя точное значение зависит от геометрии классификатора. Для грануляторов GCC лакокрасочного класса (D97 менее 10 микрон) скорость вращения ротора необходимо существенно увеличить — обычно на 30-601 TP3T выше, чем для грануляторов пластикового класса. Это самое значительное изменение параметра между двумя классами грануляторов.
Одно важное взаимодействие: более высокая скорость вращения ротора снижает производительность. Классификатор отбраковывает большую долю сырья обратно в мельницу, поэтому циркуляционная нагрузка контура возрастает, а чистый выход продукции падает. Именно поэтому производство гранулированного целлюлозного сырья для лакокрасочных работ неизменно обходится дороже за тонну, чем для пластмасс из того же сырья — энергетические и производственные потери от более тонкой классификации реальны.
2. Скорость воздушного потока
Скорость воздушного потока определяет, насколько быстро частицы транспортируются из мельницы в классификатор и с какой силой они подаются на классификационное колесо. Более высокий воздушный поток доставляет частицы к колесу быстрее и с большей скоростью, что увеличивает силу сопротивления, конкурирующую с центробежным отбрасыванием.
При производстве пластмасс поток воздуха обычно настраивается таким образом, чтобы максимизировать производительность. Он достаточно высок, чтобы эффективно перемещать более крупнозернистый продукт без чрезмерного падения давления. При производстве лакокрасочных материалов необходимо тщательно сбалансировать соотношение потока воздуха и скорости вращения ротора. Слишком высокий поток воздуха при высокой скорости вращения ротора проталкивает более крупные частицы через колесо к центробежному барьеру, расширяя зону резания и увеличивая показатель D97 — а это прямо противоположно желаемому результату. Классификация лакокрасочных материалов обычно осуществляется при умеренном или низком потоке воздуха, при этом скорость вращения ротора выполняет работу по тонкому резанию.
Практическая корректировка при переходе от пластика к краске: сначала увеличить скорость вращения ротора, затем уменьшать поток воздуха с шагом 5-10%, контролируя при этом показатель D97 продукта. Цель — достижение максимальной производительности, при которой показатель D97 остается в пределах допустимых значений для краски.
3. Скорость подачи
Скорость подачи влияет на концентрацию частиц в зоне классификации. При высоких скоростях подачи концентрация частиц вблизи классификационного колеса достаточно высока, чтобы взаимодействие между частицами влияло на то, какие частицы будут классифицированы. Это явление называется эффектом скученности. В результате эффективная точка отсечения смещается в сторону более крупных частиц по мере увеличения скорости подачи, поскольку частицы препятствуют классификации друг друга.
Для грануляторов марки GCC, предназначенных для производства красок, это означает работу с более низкой скоростью подачи, чем для грануляторов марки D97, что, в свою очередь, увеличивает энергозатраты на тонну продукции. Поддержание постоянной и стабильной скорости подачи (с использованием управляемого вибрационного или шнекового питателя) более важно для производства грануляторов марки D97, где необходимо строго соблюдать требования к содержанию D97, чем для грануляторов марки D97, где допустимо использование немного более крупнозернистого продукта для достижения максимальной производительности.
4. Отказаться от рециркуляции и циркулирующей нагрузки.
В замкнутой системе материал, отбракованный классификатором, возвращается в мельницу для дальнейшего измельчения. Циркуляционная нагрузка возрастает по мере перехода к более тонкой классификации. Это происходит потому, что большая доля материала, прошедшего через классификатор, отбраковывается. Для грануляторов, предназначенных для производства лакокрасочных материалов, циркуляционная нагрузка составляет 200-4001 тонну на 3 тонны. Для грануляторов, предназначенных для производства пластмасс, типичная нагрузка составляет 100-2001 тонну на 3 тонны.
Высокая циркуляционная нагрузка сама по себе не является проблемой, но она имеет два важных следствия. Она увеличивает время пребывания материала в контуре и повышает энергопотребление двигателя мельницы. Если циркуляционная нагрузка превышает 400%, это обычно указывает либо на то, что подаваемый материал тверже, чем рассчитана мельница, либо на то, что порог отсечки классификатора установлен на более мелкий уровень, чем может эффективно выдержать контур.
| Сводка по настройке параметров: переход от пластика к лакокрасочному покрытию. Скорость вращения ротора: Увеличение на 30-60% по сравнению с настройкой для пластика. Это основная контрольная переменная. Расход воздуха: После установки скорости вращения ротора уменьшите значение на 10-20% от значения, соответствующего обработке пластика. Это предотвратит чрезмерное увеличение толщины обрабатываемого материала. Скорость подачи: Снизьте концентрацию на 15-25%. Более низкая концентрация в зоне классификации улучшает остроту реза. Циркулирующая нагрузка: Ожидается повышение показателя — 200-400% является нормой для лакокрасочных материалов. При показателе выше 400% следует проверить производительность мельницы или твердость сырья. Мониторинг: В течение первых 2 часов после изменения сорта продукции отбирайте пробы порошка с заданным размером пор каждые 30 минут. Перед утверждением рецептуры параметров необходимо дождаться стабилизации процесса. |
Две перемены в оценках, которые пошли в разных направлениях.
ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 1
Производитель ПВХ-труб: Крупные частицы вызывают появление полос на поверхности — проблема решается регулировкой скорости вращения ротора и воздушного потока.
Ситуация
Производитель ПВХ-труб получал гранулированный карбонат кальция (GCC) от поставщика, использующего кольцевую вальцовую мельницу с динамическим воздушным классификатором. Технические характеристики предусматривали показатель D97 ниже 22 микрон и показатель Dmax ниже 45 микрон. Периодические полосы на поверхности экструдированных труб были связаны с поступающими партиями GCC с показателями D97 28-32 микрона — выше спецификации — и отдельными частицами размером более 50 микрон, обнаруженными методом анализа с помощью счетчика Культера на производственных образцах.
Что было не так?
Скорость вращения ротора классификатора поставщика из стран Персидского залива снизилась на 121 TP3T ниже заданного значения из-за износа ремня — постепенное изменение, которое осталось незамеченным, поскольку ежедневные проверки распределения частиц по размерам проводились методом ситового анализа (325 меш), который не может надежно обнаруживать частицы в диапазоне 25-50 микрон. Эффективная точка отсечки сместилась с D97 21 микрон до D97 29 микрон примерно за три месяца эксплуатации.
Исправление и результат
Скорость вращения ротора была восстановлена до заданного значения с помощью нового ремня и натяжителя. Одновременно был уменьшен поток воздуха на 8% (по сравнению с исходным значением для компенсации смещения точки отсечения). На выходе продукта из классификатора был добавлен лазерный дифракционный мониторинг.
Д97: Толщина пленки вернулась к 20 микронам в течение одной производственной смены после корректировки.
Дмакс: Толщина нити во всех последующих партиях не превышает 38 микрон.
Дефекты поверхности труб: Исключено — в последующие шесть месяцев случаев обнажения не зафиксировано.
Мониторинг PSD: Была внедрена технология лазерной дифракции в режиме реального времени, что устранило задержку, позволявшую дрейфу продолжаться незамеченным.
ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 2
Производитель краски: Плохой блеск из-за крупных частиц — проблема решена путем затягивания верхнего среза.
Ситуация
Производитель полуглянцевой эмульсионной краски столкнулся с колебаниями показаний блеска при 60 градусах от партии к партии в пределах ±8 единиц блеска — этого было достаточно, чтобы вызвать проблемы с подбором цвета и периодические жалобы клиентов на видимую зернистость в высохшей пленке. Их показатель GCC был установлен на уровне D50 3,5 микрона, а D98 — ниже 12 микрон. Анализ методом ИСП исключил загрязнение. Анализ размера частиц в отобранных образцах показал, что показатель D98 варьировался от 10 до 18 микрон в разных партиях GCC от одного и того же поставщика.
Что было не так?
Поставщик GCC использовал один и тот же классификатор для производства лакокрасочных и пластиковых материалов с неполным протоколом смены класса. После переключения с пластикового на лакокрасочный классификатору давали возможность достичь стационарного состояния по времени (30 минут), а не по подтверждению PSD. Остаточный пластиковый материал в цепи — с более высоким значением D97 — попадал в первые партии лакокрасочного материала каждого производственного цикла. Скачки D98 точно соответствовали партиям, произведенным в первый час после переключения класса.
Исправление и результат
Был введен формальный протокол смены марки продукта: после изменения скорости вращения ротора и параметров воздушного потока первые 200 кг продукта после смены марки отбираются в отдельную партию для тестирования перед выпуском в поток лакокрасочных материалов. Пробы отбираются каждые 15 минут, и для повторной классификации партии как соответствующей спецификации необходимо, чтобы показатель D98 был ниже 12 микрон в двух последовательных пробах.
Соответствие стандарту D98: 100% на выпущенных партиях лакокрасочных материалов в течение трех месяцев после введения протокола.
Разница в единицах блеска: Снижение с ±8 до ±2,5 ГУ по всем производственным партиям.
Жалобы клиентов: ноль в течение шести месяцев после изменения
Объем партии на хранении: В среднем 180 кг на каждое изменение класса — переклассифицировано как пластик класса GCC без потери стоимости.
Практическое руководство по нанесению обоих уровней на одну линию.
Если ваша линия классификации должна производить как пластиковый, так и лакокрасочный GCC, следующие методы позволят вам добиться бесперебойной работы с несколькими сортами и избежать ситуации, когда каждая смена сорта приводит к образованию партии бракованной продукции.
Создавайте отдельные, проверенные рецепты параметров.
Не полагайтесь на память оператора или рукописные заметки при настройке параметров изменения сорта. Сохраняйте проверенные настройки скорости вращения ротора, расхода воздуха и скорости подачи для каждого сорта в виде именованных рецептов в системе управления классификатором. Проверенный рецепт означает: эти настройки были подтверждены методом лазерной дифракции как обеспечивающие стабильное получение целевого распределения частиц по размерам в стационарном режиме. Считайте их заблокированными, пока не будет проведена формальная повторная проверка.
Разработайте протокол изменения оценок с подтверждением PSD.
Никогда не объявляйте изменение сорта завершенным только на основании времени. Стационарное состояние после изменения параметра классификатора зависит от циркулирующей нагрузки в цепи в момент изменения — это может занять от 20 до 90 минут в зависимости от условий. Единственным надежным триггером для перевода продукции в поток нового сорта являются два последовательных измерения PSD, соответствующих спецификации, а не фиксированное прошедшее время.
Используйте временный раствор, а не полную промывку.
Материал, образующийся сразу после изменения сорта, является переходным — он будет содержать некоторые характеристики распределения частиц по размерам (PSD) предыдущего сорта. Вместо того чтобы сбрасывать этот материал в отходы, соберите его в качестве накопительной партии. Проведите его тестирование. В большинстве случаев переходный материал от крупнозернистого к мелкозернистому сорту будет немного крупнее целевого мелкозернистого, но все еще соответствовать спецификации крупнозернистого сорта. Переклассифицируйте его и переместите в соответствующий производственный поток, а не выбрасывайте.
Мониторы D97 и D10 отслеживаются отдельно.
Большинство производителей из стран Персидского залива используют показатель D50 в качестве основного критерия контроля процесса. Для многосортных производств этого недостаточно. D97 является критическим показателем для пластмасс (контроль верхнего слоя), а D10 важен для красок (контроль тонкого хвоста, определяющего площадь поверхности и вязкость). Добавьте оба показателя к мониторингу в процессе производства. Вложение в линию многосортного классификатора оправдано приобретением встроенного лазерного дифракционного прибора, непрерывно регистрирующего D10, D50, D90 и D97.
| Используете ли вы один и тот же классификатор для сортировки пластмасс и лакокрасочных материалов? Инженеры-технологи компании EPIC Powder Machinery работают с производителями из стран Персидского залива, которые поставляют продукцию на несколько рынков с одной производственной линии. Если вы стремитесь к более жестким техническим характеристикам, снижению брака между сменами сортов или сокращению энергозатрат на производство мелкодисперсного порошка для лакокрасочных работ, мы можем протестировать ваш материал на нашей испытательной площадке и предоставить вам конкретные рекомендации по параметрам, основанные на фактическом составе вашего сырья. Никаких обязательств не требуется — мы предоставляем полный отчет о распределении частиц по размерам, рекомендуемые параметры скорости вращения ротора и расхода воздуха, а также рекомендации по конфигурации классификатора. Запросите бесплатную консультацию по технологическому процессу: www.powder-air-classifier.com/contact Ознакомьтесь с нашим ассортиментом классификаторов для стран Персидского залива: www.powder-air-classifier.com |
Часто задаваемые вопросы
Может ли один и тот же классификатор обрабатывать как пластик, так и лакокрасочные материалы без загрязнения?
Да, при условии соблюдения надлежащего протокола смены марки. Основной риск загрязнения связан с остаточными крупнозернистыми частицами из партии пластика, попадающими в первые партии краски. Это проявляется в повышенных значениях D97 и D98 в лакокрасочном продукте, что вызывает проблемы с блеском. Решение заключается в протоколе контроля качества партии: первые 150-250 кг продукта после смены марки отбираются отдельно, с помощью лазерной дифракции подтверждается, что значение D97 соответствует спецификации краски на двух последовательных пробах, и только после этого продукт выпускается в поток краски. Остаточные частицы от перехода с мелкозернистой на крупнозернистую (краска на пластик) представляют меньшую проблему. Слегка мелкозернистые частицы в партии пластика редко вызывают дефекты, хотя и незначительно увеличивают маслопоглощение.
В чём заключается наиболее важное различие между классификацией GCC для пластмасс и лакокрасочных материалов?
Скорость вращения ротора классификатора значительно влияет на производительность. Скорость вращения ротора является основным управляющим параметром для определения точки отсечения — она определяет положение центробежного барьера и, следовательно, какие частицы возвращаются в мельницу, а какие проходят в готовую продукцию. Переход от типичного показателя D97 для пластмасс (20 микрон) к показателю D97 для лакокрасочных материалов (8 микрон) обычно требует увеличения скорости вращения ротора на 40-701 TP3T в зависимости от конструкции классификатора и характеристик сырья. Расход воздуха и скорость подачи являются второстепенными параметрами, которые позволяют точно настроить форму распределения и производительность после того, как скорость вращения ротора определила приблизительную точку отсечения. Если у вас есть время изменить только один параметр при аварийном переключении сортировки, измените скорость вращения ротора.
Как твердость известняка влияет на настройки классификатора для GCC?
Твердость известняка (3-4 по шкале Мооса для кальцита, до 5 для более твердых примесных известняков) влияет на мельницу, расположенную выше по потоку, более непосредственно, чем на сам классификатор, но этот эффект распространяется. Более твердый известняк приводит к тому, что в классификатор поступает больше крупных частиц, поскольку мельница менее эффективна в измельчении на единицу энергии. Это означает, что циркуляционная нагрузка возрастает при тех же настройках классификатора — классификатор отбрасывает больше материала, который возвращается в мельницу и с трудом измельчается. На практике, если твердость вашего сырья увеличивается, вы увидите, что показатель D97 становится более крупным при той же скорости вращения ротора, и вам может потребоваться увеличить скорость вращения ротора на 5-101 Т/3 тонны для поддержания заданных параметров. Если показатель D97 меняется, а настройки классификатора не изменились, одним из первых шагов является проверка изменения твердости сырья.
Если замедлить вращение ротора классификатора для гранулированного целлюлозного картона, не загрязнят ли продукт частицы крупного размера?
Нет, если ваш классификатор работает правильно. Динамический воздушный классификатор не пропускает частицы, превышающие пороговое значение, при снижении скорости вращения ротора — он просто перемещает пороговое значение в сторону более крупного размера. Частицы, превышающие новое пороговое значение, по-прежнему центрифугируются обратно в зону измельчения. Риск заключается не в просачивании крупных частиц, а в том, что новое более крупное пороговое значение может быть крупнее, чем допускает спецификация вашего сорта пластика. Перед снижением скорости вращения ротора для производства пластика убедитесь, что полученный показатель D97 при целевом пороговом значении по-прежнему соответствует требованиям к верхнему пределу отсечения. Проведите короткий пробный запуск при новых настройках, возьмите пробу продукта и подтвердите, что показатель D97 находится в пределах спецификации, прежде чем запускать полномасштабное производство.
Имеет ли смысл перемалывать пластиковый GCC для получения материала, пригодного для покраски?
Редко и только в экстренных случаях. Основная проблема повторного измельчения заключается в том, что вы платите дважды за уменьшение размера частиц: один раз за производство продукта, пригодного для производства пластмасс, и еще раз за его дальнейшее измельчение до лакокрасочного качества. Удельная энергия (кВт·ч на тонну) для тонкого измельчения значительно выше, чем для грубого — по разумной оценке, переход от D97 20 микрон к D97 8 микрон требует в 2-3 раза большей удельной энергии, чем производство продукта D97 20 микрон изначально. Существует также морфологический эффект: повторное измельчение уже классифицированного продукта, как правило, приводит к более широкому распределению с большим количеством мелких частиц, чем классификация свежего сырья до того же целевого значения D97. Результатом является более высокое маслопоглощение и худшие реологические свойства в лакокрасочной композиции. Практически всегда экономичнее производить лакокрасочное сырье непосредственно из свежего сырья, регулируя настройки классификатора, чем повторно измельчать сырье, пригодное для производства пластмасс.
Эпический порошок
Эпический порошокБолее 20 лет опыта в индустрии ультратонких порошков. Активно содействуем развитию ультратонких порошков, уделяя особое внимание процессам дробления, измельчения, классификации и модификации ультратонких порошков. Свяжитесь с нами для бесплатной консультации и индивидуальных решений! Наша команда экспертов стремится предоставлять высококачественные продукты и услуги для максимальной эффективности обработки ваших порошков. Epic Powder — ваш надежный эксперт по обработке порошков!
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с онлайн-представителем EPIC Powder. Зельда для любых дальнейших запросов».
— Эмили Чен, Инженер
