Việc thiết kế hệ thống vận chuyển và cấp liệu khí nén trong máy nghiền phân loại khí cho quá trình phối trộn bột canxi cacbonat trong nhựa đòi hỏi sự hiểu biết toàn diện về đặc tính của bột, đặc tính dòng chảy và thiết bị xử lý. Một hệ thống được thiết kế kém có thể dẫn đến tích tụ vật liệu, tốc độ cấp liệu không đồng đều và các vấn đề về chất lượng sản phẩm.
Bài viết này trình bày hướng dẫn kỹ thuật đầy đủ về cách thiết kế hệ thống vận chuyển và cấp liệu hiệu quả, tích hợp liền mạch với các thiết bị như máy nghiền phân loại bằng khí, tối ưu hóa hiệu suất, hiệu quả và tính đồng nhất của sản phẩm.
Tại sao lại là Canxi Cacbonat?
Canxi cacbonat là một trong những chất độn khoáng được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành nhựa, được đánh giá cao nhờ tính linh hoạt, hiệu quả về chi phí và dễ gia công. Nó tương thích với nhiều loại nhựa polymer và có thể được nghiền mịn đến kích thước hạt mong muốn để đạt hiệu suất tối ưu. Là một chất phụ gia trong vật liệu composite nhựa, canxi cacbonat làm giảm năng lượng bề mặt, tăng độ mờ đục và độ bóng, đồng thời góp phần tạo nên bề mặt nhẵn mịn hơn. Khi kích thước hạt được kiểm soát cẩn thận, nó cũng có thể cải thiện độ bền va đập và mô đun uốn (độ cứng).
Canxi cacbonat thích hợp cho nhiều loại nhựa nhiệt dẻo. Trong vật liệu composite polypropylene, nó làm tăng độ cứng - rất quan trọng cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Trong PVC, nó được sử dụng trong cả các sản phẩm mềm (ví dụ: ống, vật liệu cách điện dây và cáp, găng tay cao su, túi đựng rác) và các ứng dụng cứng (ví dụ: ống đùn, ống nước, khung cửa sổ và cửa ra vào).
Hệ thống vận chuyển khí nén cho canxi cacbonat
Hình dạng hạt, kích thước (tỷ lệ khung hình), phân bố kích thước, cũng như độ nhám bề mặt, độ cứng (khả năng chống mài mòn) và khối lượng riêng của chất rắn đóng vai trò quan trọng trong thiết kế hệ thống nạp liệu và vận chuyển bằng khí nén.
Đối với canxi cacbonat, tính chất vật lý của nó có thể thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào nguồn gốc và quy trình sản xuất. Như thể hiện trong Hình 1, phân tích sàng cho thấy sự khác biệt đáng kể về hình dạng, kích thước và phân bố hạt giữa hai mẫu riêng biệt.
Hình 1
Do các tương tác hạt phức tạp (như minh họa trong Hình 2), việc thiết lập mối tương quan trực tiếp giữa các đặc tính ở cấp độ hạt của chất độn và khả năng chảy khối của nó là một thách thức. Do đó, các hệ thống vận chuyển khí nén không thể được tiêu chuẩn hóa hoặc mua sẵn mà phải được thiết kế riêng cho từng ứng dụng cụ thể. Sự thay đổi về đặc tính khối ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị, khiến việc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trở nên cần thiết để đánh giá chính xác các đặc tính vật liệu và hành vi dòng chảy.
Tương tác hạt
Ba loại tương tác chính ảnh hưởng đến hành vi dòng chảy của chất độn khoáng trong hệ thống vận chuyển và cấp liệu bằng khí nén: tương tác hạt-hạt, hạt-thiết bị và hạt-môi trường.
Tương tác hạt-hạt
Những tương tác này được điều chỉnh bởi thành phần hóa học và tính chất vật lý của chất độn, không phụ thuộc vào hành vi khối lượng.
Các lực chính tác động là lực tĩnh điện và lực Van der Waals giữa các hạt. Lực Van der Waals yếu đi khi độ phân tách hạt tăng lên, nghĩa là việc thêm các hạt mịn hơn vào bột kết dính đôi khi có thể cải thiện độ chảy.
Các lực liên quan khác bao gồm: Lực mao dẫn, phát sinh từ cầu nối lỏng khi có hơi nước trong khí xung quanh. Lực thiêu kết, gây ra cầu nối rắn do vật liệu di chuyển qua dòng khuếch tán hoặc dòng chảy nhớt. Các lực liên kết này có thể dẫn đến tăng độ kết dính, thúc đẩy sự kết tụ và làm giảm hiệu suất dòng chảy.
Tương tác hạt-thiết bị
Sự di chuyển của các hạt rắn qua phễu, ống hoặc các vật chứa khác phụ thuộc phần lớn vào hai đặc tính của vật liệu:
Ma sát thành, mô tả cách các hạt trượt trên bề mặt thiết bị. Cường độ cắt, đề cập đến khả năng chống lại biến dạng hoặc chuyển động bên trong của khối bột nén. Cả hai đặc tính này đều quan trọng đối với hiệu suất nạp liệu và vận chuyển đáng tin cậy.
Tương tác hạt-môi trường
Các yếu tố bên ngoài—chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, độ rung, trọng lực và luồng không khí—cũng ảnh hưởng đến dòng chảy của bột. Độ ẩm ảnh hưởng đến lực mao dẫn thông qua sự hấp phụ độ ẩm và hình thành cầu lỏng, đặc biệt là trong các vật liệu hút ẩm.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ kết tinh và có thể thúc đẩy quá trình thiêu kết, làm thay đổi cấu trúc hạt và khả năng chảy. Áp suất làm tăng tiếp xúc giữa các hạt, dẫn đến mật độ đóng gói cao hơn và độ bám dính mạnh hơn. Cùng nhau, những điều kiện môi trường này định hình các đặc tính dòng chảy tổng thể của vật liệu dạng khối.
Hệ thống vận chuyển khí nén cho canxi cacbonat
Hệ thống vận chuyển khí nén thường bao gồm năm thành phần cơ bản: một bộ phận nguồn, một dây chuyền vận chuyển, một bộ phận trộn, một bộ phận tách khí-vật liệu và một hệ thống điều khiển.
Thiết bị trộn
Khi lựa chọn thiết bị trộn, điều quan trọng cần lưu ý là một số hạt canxi cacbonat có kích thước nhẹ và độ chảy tự do cao, điều này có thể dẫn đến việc vật liệu đi vào đường truyền quá mức. Để kiểm soát tốc độ nạp liệu, van quay thường được sử dụng để định lượng vật liệu vào hệ thống truyền tải khí nén—cho dù hệ thống hoạt động dưới áp suất hay chân không.
Tuy nhiên, do độ kết dính khác nhau của canxi cacbonat, vật liệu tích tụ trên các cánh van quay dạng thả. Trong những trường hợp như vậy, nên sử dụng van quay dạng thổi. Loại van này sử dụng tia khí để thổi vật liệu ra khỏi các cánh van khi van quay, ngăn ngừa tích tụ. Ngoài ra, việc lắp đặt một phễu hóa lỏng ở đáy silo nạp liệu có thể cải thiện hơn nữa khả năng kiểm soát dòng chảy bằng cách thúc đẩy việc xả vật liệu đồng đều.
Dây chuyền băng tải
Bột canxi cacbonat có thể gây ra nhiều vấn đề trong hệ thống băng tải máy phân loại bằng khí. Các vấn đề này bao gồm vật liệu bị kẹt trong phễu, làm ngập đường băng tải, tích tụ bên trong đường băng tải và làm tắc nghẽn túi lọc hoặc silo trong bộ phận tiếp nhận.
Ống cứng có thể được sử dụng làm đường ống vận chuyển cho cả canxi cacbonat lưu hóa cao và canxi cacbonat hơi dính. Tuy nhiên, nếu canxi cacbonat có xu hướng bám vào mặt trong của đường ống vận chuyển, hãy cân nhắc sử dụng ống mềm. Tính chất mềm dẻo của ống mềm giúp ngăn ngừa sự tích tụ trên thành ống.
Trong các hệ thống chân không liên tục, sử dụng van xả là một cách tốt để đảm bảo đường băng tải luôn sạch sẽ giữa các lần chuyển liệu. Trước tiên, đóng van ngắt ở phía cấp liệu của hệ thống chân không để tăng áp suất không khí trong đường băng tải. Sau đó, mở van, sóng áp suất tạo ra sẽ giúp làm sạch bất kỳ vật liệu nào bám dính trên bề mặt bên trong của đường băng tải.
Thiết bị tách khí vật liệu
Canxi cacbonat có xu hướng bám vào bộ lọc, gây tắc nghẽn và làm giảm hiệu suất lọc. Đối với canxi cacbonat dính, sử dụng túi lọc thay vì lõi lọc xếp nếp có thể giúp ngăn canxi cacbonat bám vào bộ lọc. Trong trường hợp nghiêm trọng, nên sử dụng vật liệu lọc PTFE. Một số canxi cacbonat có thể cần xả dốc hơn, thuôn hơn để giúp xả hoàn toàn phễu. Các thiết bị hỗ trợ dòng chảy, chẳng hạn như máy rung hoặc miếng đệm lưu hóa bên trong phễu thu, thường đảm bảo xả nhanh hơn và toàn bộ hơn.
Cho ăn canxi cacbonat
Hai biến số chính quyết định việc lựa chọn hệ thống cấp liệu máy nghiền phân loại bằng khí cho mỗi mẫu canxi cacbonat: đặc điểm của chất độn khoáng (ví dụ: kích thước và hình dạng hạt, độ thấm khí, khối lượng riêng và góc nghỉ) và tốc độ cấp liệu mong muốn.
Máy nạp liệu giảm trọng lượng (LIW) cung cấp khả năng xử lý vật liệu hoàn toàn khép kín, giảm thiểu bụi và đảm bảo tốc độ nạp liệu chính xác để duy trì chất lượng sản phẩm cuối cùng. Các máy nạp liệu này có nhiều cấu hình khác nhau, cho phép tùy chỉnh kích thước phễu, cơ chế nạp liệu và hệ thống cân để phù hợp với đặc tính vật liệu, hành vi dòng chảy và tốc độ nạp liệu cần thiết.
Đo thể tích so với đo trọng lượng
Hầu hết các thiết bị nạp liệu có thể được phân loại thành thiết bị theo thể tích hoặc thiết bị theo trọng lượng.
Máy cấp liệu thể tích cung cấp một lượng vật liệu không đổi trên một đơn vị thời gian và mang lại giải pháp cấp liệu với chi phí vốn thấp nhất. Tuy nhiên, máy cấp liệu thể tích kiểu trục vít thiếu khả năng phát hiện và không thể điều chỉnh theo những thay đổi về mật độ khối. Do đó, loại máy cấp liệu này phù hợp nhất với các vật liệu có độ chảy tương đối tự do với mật độ khối ổn định (ví dụ: viên) và các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cấp liệu cao.
Máy nạp liệu trọng lượng cung cấp khối lượng vật liệu không đổi trên một đơn vị thời gian. Máy nạp liệu trọng lượng không chỉ theo dõi quá trình nạp liệu mà còn có vòng phản hồi đo trọng lượng và tốc độ để xác định khối lượng thực tế được nạp mỗi giây.
Lựa chọn phễu
Sau khi xác định được kích thước và loại máy nạp, cần phải chọn phễu có hình dạng và kích thước phù hợp để chứa vật liệu cần thiết cho quá trình trộn nhựa liên tục.
Phễu có sẵn các hình dạng hình trụ, bất đối xứng và đối xứng, với kích thước từ một lít đến vài trăm lít. Kích thước phễu nạp liệu phụ thuộc vào nhu cầu nạp liệu của phễu và không gian có sẵn. Thông thường, nếu nạp liệu vào phễu 12 lần mỗi giờ, mức nạp liệu tối đa sẽ là 80% thể tích phễu. Kích thước phễu không nên quá lớn do chi phí tăng thêm và yêu cầu về không gian. Khả năng nén vật liệu tăng lên là do tương tác giữa các hạt. Do đó, có thể sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết sau để ước tính sơ bộ kích thước phễu: Dung tích phễu = lưu lượng / (mật độ khối × 0,8 × 12).
Canxi cacbonat kết tủa trong phễu có xu hướng bị nén chặt. Nó có thể dẫn đến tình trạng tắc nghẽn và đóng cầu.
Thiết bị cho ăn
Thiết bị nạp liệu được sử dụng sẽ khác nhau tùy thuộc vào vật liệu được nạp.
Máy nạp liệu trục vít đơn có thể được sử dụng cho bột và hạt dễ chảy. Máy nạp liệu trục vít đôi dành cho bột khó chảy, và khay rung dành cho vật liệu dạng sợi và dễ vỡ.
Thiết kế vít đôi
Đối với canxi cacbonat chảy tự do, chỉ cần một bộ nạp vít đơn là đủ. Bộ nạp vít đôi thường được khuyến nghị để có kết quả đáng tin cậy hơn. Có thể sử dụng nhiều loại vít khác nhau, tùy thuộc vào lưu lượng và đặc tính của chất độn khoáng. Các loại vít thường được sử dụng nhất là vít lõm, vít khoan, vít xoắn và vít đôi. Mục đích của vít là cấp đồng đều một lượng lớn vật liệu rắn vào quá trình trộn nhựa. Các vít này cũng có thể chặn dòng vật liệu khi bộ nạp vít dừng lại, ngăn chặn dòng vật liệu rắn chảy vào lớn.
Canxi cacbonat cũng có xu hướng bị nén chặt trên bề mặt kim loại, chẳng hạn như vít cấp liệu. Để giải quyết vấn đề này, hai vít ăn khớp, quay cùng chiều với tính năng tự làm sạch được sử dụng để đảm bảo bề mặt vít sạch sẽ và môi trường không tích tụ cặn bẩn.
Cân cầu
Hệ thống cân đảm bảo việc cấp liệu vào máy nghiền phân loại được kiểm soát và đồng đều. Các tùy chọn bao gồm từ cân sàn công suất nhỏ đến hệ thống treo ba điểm lớn. Việc tích hợp với bộ cấp liệu cho phép kiểm soát chính xác tốc độ cấp liệu và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Phần kết luận
Từ hành vi hạt đến thiết kế thiết bị, việc vận chuyển và cấp liệu bột canxi cacbonat vào máy nghiền phân loại bằng khí đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng về khoa học vật liệu và kỹ thuật cơ khí. Bằng cách tối ưu hóa từng bộ phận như dây chuyền vận chuyển, bộ nạp liệu, phễu và hệ thống cân, máy đảm bảo độ đồng nhất cao của sản phẩm, giảm thiểu thời gian chết và hiệu quả trong việc điều chỉnh chất độn.
Giới thiệu về EPIC Powder Machinery
Tại Máy móc bột EPICChúng tôi cung cấp các hệ thống tiên tiến cho nghiền siêu mịn, vận chuyển khí nén và phân loại bằng khí. Các giải pháp tùy chỉnh của chúng tôi, bao gồm máy nghiền phân loại khí hiệu suất cao, được tin cậy để xử lý canxi cacbonat và các chất độn khoáng chất khó xử lý khác trong ngành nhựa, sơn phủ và hóa chất. Hãy để các chuyên gia của chúng tôi giúp bạn thiết kế hệ thống lý tưởng cho ứng dụng của bạn.
Hãy liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để tìm hiểu thêm.
