Untersuchung der Eigenschaften von Scheibenluftstromrechnern auf der Grundlage verschiedener Gasquelltypen

I. Vorstellung

Dieser Artikel gehört zum Thema der Anwendung von Luftstromchlechern und umfasst insgesamt 12.000 Wörter, die Lese dauert etwa 20 Minuten.

Zusammenfassung

Diese Studie untersuchte experimentell die Auswirkungen von vier verschiedenen Molekulargewichtsquellen von Helium, Dampf, Luft und Kohlendioxid auf den Feinschliffprozess von Scheibenluftströmungszerkleinern. Die Ergebnisse zeigen, dass der Typ der Gasquelle keinen signifikanten Einfluss auf die Form der Partikelgrößenverteilung des Produkts hat, aber leichte Gasquellen mit kleinerem Molekulargewicht können die Schleifgrenzen erheblich senken. Die Schleifleistung der einzelnen Gasquellen ist je nach Molekulargewicht zunehmend abnehmend: Helium, Dampf gefolgt, Luft wieder, Kohlendioxid ist am schwächsten, ein Phänomen, das eng mit der Schallgeschwindigkeit und den kinetischen Eigenschaften der Gasquelle verbunden ist. Die Studie ergab weiter, dass das eingebaute Klassifizierungssystem eine effektive Kontrolle der oberen Partikelgröße des Produkts erreichen kann, wenn eine stabile, schnelle und symmetrische drehende Luftstromstruktur (entsprechendes Massenverhältnis von etwa 2) in der Zerkleinerungshalle gebildet wird. Der Energieverbrauch beeinflusst hauptsächlich die Geschwindigkeit, mit der die Schleifgrenzen erreicht werden, ohne den Grenzwert selbst zu ändern. Diese Studie liefert eine wichtige theoretische Grundlage für die Optimierung der Energieeffizienz und der Prozessparameter eines Luftstromrichters.

Schlüsselwörter

Scheiben Luftstrom Zerkleinerung; Typ der Gasquelle; Zerkleinert; Zerbrechen der Grenzen

II. Gesamtrahmen

III. Einleitung

Diese Studie zielt darauf ab, die Auswirkungen verschiedener Gasquelltypen auf die Zerkleinerungsleistung von Scheibenluftstromrechnern zu untersuchen.Durch die eingebaute Klassifizierungsfunktion, die einfache Struktur und die einfache Reinigung wird der Scheibenluftstromrichter in der pharmazeutischen und feinchemischen Industrie weit verbreitet.Die interne Flüssigkeitsstruktur ist jedoch komplex und das fluiddynamische Verhalten wird von der Geometrie und den Betriebsparametern der Anlage erheblich beeinflusst. Kleine Änderungen können zu Leistungsunterschieden führen. Dieser Artikel basiert auf der Forschung der Vorgänger über die flüssigkeitsmechanischen Eigenschaften und den Klassifizierungsmechanismus von Luftstromrechnern und konzentriert sich auf die Analyse der Wirkungsmechanismen der Eigenschaften der Luftquelle auf die Zerkleinerungsgrenzen und die Energieeffizienz, um die theoretische Unterstützung für das optimale Design von Hochleistungszerkleinerungsanlagen zu bieten.

4. Grundprozess

Schallgeschwindigkeit

Wie die Formel zeigt, ist die Schallgeschwindigkeit (Vs) eine Funktion des Gasmolekulangewichts (MW) und der Gastemperatur (T).

In der Formel ist k das Verhältnis von Gas zu Wärme und R die Gaskonstante.

Bei höheren Temperaturen kann ein Gas mit kleinerem Molekulargewicht eine höhere Schallgeschwindigkeit erzeugen und somit eine höhere kinetische Energie aufweisen. undDie Geschwindigkeit des Gases und die von ihm erzeugte kinetische Energie sind entscheidend für die ZerkleinerungsleistungDieses Experiment erweiterte das Umfang der Studie der Gasgeschwindigkeit durch die Auswahl von Gasen mit verschiedenen Molekulargewichten, einschließlich Helium, Dampf, Luft und Kohlendioxid mit einem Molekulargewichtsbereich von 4-44 g/mol. Dabei wird die Temperatur des überhitzten Dampfes auf 200 ° C gesteuert, die übrigen drei Gase liegen unter Umgebungstemperatur (35 ° C). Die tatsächlichen Betriebsbedingungen und die entsprechenden Schallgeschwindigkeiten, die nach den Formeln berechnet wurden, sind in Tabelle 1 dargestellt.

Dynamik und Energieverbrauch

Die Gasdynamik (KE) wird als Maß für die Gesamtenergieeingabe angesehen und kann durch das Verhältnis der Wärmekapazität (k), das Molekulargewicht (MW), die Temperatur (T) und den Druck (P) eines Gases aus den Formeln (2) und (3) berechnet werden.

In der Formel steht Mg für den Massenstrom des Gases und A für die Umlauffläche,

Formel (1) ist bekannt, dass die Schallgeschwindigkeit des Gases nicht mit dem Druck verbunden ist; Der Massenstrom des Gases ist positiv proportional zum Druck, daher ist die Gesamtenergieeingabe auch positiv proportional zum Gasdruck. In der Praxis ändert der erhöhte Gasdruck nicht die Geschwindigkeit des Gases, sondern erhöht nur den Gasfluss und die Gesamtenergieeingabe. Ein höherer Gasdruck kann Partikel dünner zerschlagen, aber dieses Phänomen wird oft als eine Verbesserung der Energieeffizienz missverstanden, die durch den Energieverbrauch beurteilt werden sollte. Der Vergleichsenergieverbrauch (SEC) ist definiert als die Energie, die die Partikelgröße eines Materials pro Einheit der Masse von der Zuführungspartikelgröße auf die für die Partikelgröße des Produkts benötigte reduziert wird. Während des Experiments kann der relative Energieverbrauch einfach angepasst werden, indem der Gasfluss unverändert gehalten wird und die Feststoffzufuhrgeschwindigkeit (F) geändert wird. Die Berechnungsformel lautet:

Durch die Zeichnung einer Beziehungskurve zwischen dem Energieverbrauch und der Partikelgröße des Produkts kann eine Grundlage für die Bewertung der Energieeffizienz des Zerkleinerns bereitgestellt werden.

V. Ergebnisse und Diskussionen

Partikelgrößenverteilung

Die Korngrößenverteilung von Zerkleinerungsprodukten wird mit der Laserstreuungsmethode gemessen. Abbildungen 2 - 5 zeigen die Korngrößenverteilungsfamilien bei der Verwendung von Helium, Kohlendioxid, Dampf und Luft als Antriebsgas im Verhältnis zum Energieverbrauch.

Das Experiment beobachtete, dass der Prozess der Korngrößenreduktion bei verschiedenen Gastypen ähnlich ist: Unter geringeren Bedingungen als der Energieverbrauch (oder ein niedrigeres Gasverhältnis) werden feine Partikel erzeugt, aber ein Teil der Rohpartikel in der Zufuhr bleibt immer noch erhalten, was ein typisches Phänomen bei der Zerkleinerung des Luftstroms ist. Die Verbesserung des Energieverbrauchs (oder des Gasfestheitsverhältnisses) kann das Produkt nicht nur dünner machen, sondern auch die Korngrößenverteilung verkürzen, indem der Grobpartikelgehalt reduziert wird, was darauf hindeutet, dass die Korngrößenverteilung der dominierende Prozess ist, wenn die Gasfestheit niedriger ist, und die Gradierungswirkung auf die Korngrößenverteilung des Produkts weniger wirkt. Wenn der Energieverbrauch etwa 1.000 kWh/t erreicht wird (das Feststoffverhältnis für Kohlendioxid, Luft, Dampf und Helium liegt im Bereich von 8 bis 100), wird ein kritisches Energieverbrauchsniveau erreicht, bei dem sich die Produktteilchengrößenverteilung mit einer Schnittteilchengröße von etwa 30 Mikron schrumpft. Wenn das kritische Feststoffverhältnis mit dem jeweiligen Molekulargewicht eines Gases normalisiert wird, ergibt sich ein gemeinsamer Wert, der den kritischen Feststoffverhältnisindex repräsentiert, der für alle Testgase 2 ist. Dieser kritische Gasfestheitsverhältnis-Index zeigt, dass ein voll entwickelter Strömungszustand in der Zerkleinerungshalle gebildet wurde, der eine Voraussetzung für die effektive Funktion der Gradifizierung ist.

Zerbrechen der Grenzen

Die Zerkleinerungsgrenze ist definiert als der kleinste Zustand, in dem sich die Korngrößenverteilung des Produkts nicht mehr ändert, wenn der relative Energieverbrauch weiter steigt. Die Zerkleinerungsgrenzen von Luftstromrechnern können durch zwei verschiedene experimentelle Methoden untersucht werden: Eine ist die kontinuierliche Reduzierung der Feststoffzufuhrgeschwindigkeit, während die Gasenergie unverändert bleibt, bis die Zerkleinerungsgrenzen erreicht werden; Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Zerkleinerungsprodukt unter den Bedingungen eines festen Gasverhältnisses wiederholt in den Zerkleinerer zu bringen, um mehrmals zu zerkleinern, bis die Zerkleinerungsgrenze erreicht wird. Die erste Methode ist schwieriger zu implementieren, da die Reduzierung der Zufuhrgeschwindigkeit nicht nur eine präzise Zufuhrsteuerung erfordert, sondern auch die Betriebsbedingungen schnell außerhalb des praktischen Anwendungsbereichs bringt, so dass diese Studie die letztere Methode (wiederholtes Zerkleinern) verwendet, um die Zerkleinerungsgrenzen zu bestimmen.

Abbildung 6 zeigt die Ergebnisse von Experimenten mit Luft als Gasquelle. Drei Reihen von Experimenten wurden bei der gewählten Feststoffzufuhrgeschwindigkeit durchgeführt, um den relativen Energieverbrauch zu erhöhen, indem das Zerkleinerte Produkt wiederholt zerkleinert wurde (die Anzahl der Durchgänge erhöht wurde). Interessanterweise erreichten alle drei Gruppen von Experimenten schließlich die gleiche Zerkleinerungsgrenze, nur der Unterschied lag darin, dass je höher das Verhältnis zu der Festigkeit des Gases war, desto schneller die Zerkleinerungsgrenze erreicht wurde. In diesem Experiment betrug die Zerkleinerungsgrenze für diese Partie Siliziumsand eine durchschnittliche Partikelgröße von 4 Mikron, und die Zerkleinerungsgrenzen variieren von Material zu Material.

Eine andere Möglichkeit, die Zerkleinerungsgrenzen zu beobachten, ist: Wenn sich die Partikelgröße dem Zerkleinerungspol nähert, wird die Neigung ungewöhnlich steil als die Energieverbrauchskurve (wie in Abbildung 7 gezeigt). Zu diesem Zeitpunkt steigt der Energieverbrauch exponentiell und die Energieeffizienz ist sehr niedrig, daher sollte der Zerkleinerer im praktischen Betrieb nicht unter Bedingungen in der Nähe der Zerkleinerungsgrenze betrieben werden.

Es ist bemerkenswert, dass der Typ der Gasquelle Auswirkungen auf die Zerkleinerungsgrenzen hat:Je kleiner das Molekulargewicht des Gases ist, desto feiner ist die Zerkleinerungsgrenze, deren Reihenfolge Helium > Dampf > Luft > Kohlendioxid ist.In einem normalen Zerkleinerungsbereich mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 5 bis 80 Mikron wird ungeachtet der Gasquelle oder der Betriebsbedingungen ungefähr der gleiche Energieverbrauch benötigt, um eine bestimmte Produktpartikelgröße zu erzielen, d. h. eine ähnliche Zerkleinerungsenergieeffizienz.

6. Schlussfolgerungen

• Der Typ der Gasquelle hat keinen signifikanten morphologischen Einfluss auf die Partikelgrößenverteilung des Produkts, und die Feinheit des Produkts ist ungefähr gleichwertig als bei der Energieeingabe;
• Gasquelltypen mit kleinerem Molekulargewicht haben die Fähigkeit, feinere Produkte zu erzeugen, nämlich den Zerkleinerungseffekt: Helium > Dampf > Luft > Kohlendioxid;
• Erst wenn ein vollständig entwickelter Flusszustand in der Zerkleinerungskammer gebildet wird, kann die eingebaute Luftstromsklassifizierungsfunktion die maximale Partikelgröße des Produkts effektiv steuern;

Die Ergebnisse zeigen, dass für die Bildung einer stabilen, hohen Geschwindigkeit und symmetrischen rotierenden Luftstromstruktur das kritische Feststoffverhältnis von etwa 2 erforderlich ist, d. h. Jede Feststoffzufuhr von 1 kg / h muss mit einem Gasstrom von 2 kg / h kombiniert werden, was einem relativen Energieverbrauch von etwa 1000 kWh / t entspricht.

Integrale Lösung für die Einatmung von Partikeln

Referenzen

[1] Zhao Q Q, Schurr G. Wirkung von Bewegungsgasen auf das Feinmahlen in einer Flüssigkeitsenergiemühle[J]. Pulvertechnologie, 2002, 122(2):129-135.DOI:10.1016/S0032-5910(01)00408-9.