분리

분리(Segregation)란 혼합 공정 후 또는 운송, 저장, 이송 중에 발생할 수 있는 벌크 재료, 분말 또는 과립의 분리 현상을 말합니다. 이때 입자들은 입자 크기, 밀도, 형태 또는 표면 상태와 같은 서로 다른 특성으로 인해 서로 분리됩니다. 전형적인 분리 메커니즘으로는 여과(퍼콜레이션, 체 분리라고도 함), 밀도 분리, 관성 분리, 그리고 쏠림각 및 유동성 차이에 의한 분리가 있습니다. 분리는 사일로 충전, 투하, 공압 이송 또는 진동 시에 자주 발생합니다. 이는 제품의 균질성을 상당히 저해할 수 있습니다. 고체 분말의 분리를 설명하기 위해 주로 운동론적 모델, 연속체 역학 모델 및 경험적 매개변수가 활용된다. 자주 사용되는 접근 방식은 대류-확산-분리 모델이다. 이 모델은 방향성 분리 현상과 반대 방향의 혼합 현상의 상호작용을 설명한다.

∂c/∂t = − ∇· (v_s c) +∇·(D_(eff) ∇c)

여기서 c는 입자 분획의 국소 농도를, v_s는 분리 속도를, D_(eff)는 유효 분산 계수를 나타냅니다. 항 −∇·(v_s c)는 예를 들어 여과나 중력의 영향에 의한 방향성 분리 현상을 설명합니다. 항 ∇·(D_(eff) ∇c)는 입자의 무작위 운동에 따른 균등한 혼합을 나타낸다.

작은 입자가 큰 입자 사이로 흘러내리는 크기 주도 분리(size-driven segregation)의 경우, 종종 비례 관계가 가정된다.

v_s = k · g · (Δd/d_m) ; Δd = d_g−d_k)

여기서 v_s는 분리 속도, g는 중력 가속도, d_g는 큰 입자의 직경, d_k는 작은 입자의 직경, Δd는 입자 크기 차이, d_(mittel)는 특징적인 평균 직경, k는 경험적 비례 계수를 나타낸다.

밀도 주도형 분리에서는 다음과 같이 유사하게 표현할 수 있다:

v_s ∝ g ((ρ_s − ρ_L)/ρ_L)

여기서 ρ_s는 고체 입자의 밀도이고, ρ_L은 주변 상의 밀도이다. 이 관계는 입자 부력에 대한 고찰과 일치한다. 분리를 정량적으로 평가하기 위해 종종 분리 지수가 정의된다.

S = σ / σ_(max)

여기서 σ는 농도의 표준편차이고, σ_(max)는 가능한 최대 표준편차이다. S = 0일 때는 이상적인 혼합 상태이며, S = 1일 때는 완전한 분리 상태이다. 경사면이 있는 층 내의 자유 유동성 벌크 재료의 경우, 흔히 그레이-손튼(Gray-Thornton) 모델이 사용된다.

∂c/∂t +∇·(c · u) + ∂/∂z (w_s · c · (1 - c)) = ∇·(D · ∇c)

여기서 u는 평균 유속, w_s는 특성 분리 속도, D는 확산 계수이다.

항 w_s c (1 − c)는 입자성 눈사태 유동에서 나타나는 비선형 분리 유동을 설명한다.

실제 벌크 재료 산업에서는 일반적으로 여러 메커니즘의 상호 작용으로 인해 분리가 발생한다.

• 투과,
• 밀도 차이,
• 비행 경로 분리,
• 공기 유도 유동화 및
• 벽면 및 경계 영역 유동.

이러한 점에서, 특히 유동 거동이 다양한 응집성 분말의 경우, 실무에 기반한 혼합 및 충전 실험이 순수 이론적 모델보다 더 신뢰할 수 있는 결과를 제공하는 경우가 많습니다. Amixon GmbH는 독일, 인도, 일본, 중국, 한국, 태국 및 미국에 위치한 잘 갖춰진 기술 센터에서 테스트 서비스를 제공합니다.