Процессы смачивания особенно сложны, когда жидкость обладает высокой вязкостью, а порошок имеет очень мелкие частицы.
Реология жидкостей в контексте смешивания порошков
В этом блоге мы рассмотрим один из ключевых аспектов увлажнения порошка: влияние реологических свойств различных жидкостей на результат смешивания. Реология в значительной степени определяет, как течет жидкость, как она ведет себя под действием сдвигового напряжения и насколько хорошо она может смачивать частицы порошка. Эти взаимосвязи напрямую влияют на внешний вид смаченного порошка — на его текучесть, однородность смеси, склонность к образованию агломератов, а также на сохранение первоначальной формы и размера частиц.
Для однородного увлажнения порошка все частицы должны получить сопоставимый слой жидкости, соответствующий их удельной поверхности. Поэтому цель процесса смешивания состоит в том, чтобы равномерно распределить как небольшие, так и большие количества жидкости по огромной общей контактной поверхности порошка. После процесса смешивания не должно оставаться ни переувлажненных, ни сухих участков. Достижимое качество продукта в значительной степени определяется взаимодействием определенного размера капель, точной стратегией дозирования и адаптированной энергией смешивания. В этом контексте полезно иметь обширные знания о химических и физических свойствах смачивающей жидкости.
Вязкость и зависимость от температуры
Динамическая вязкость η описывает сопротивление жидкости сдвигу или деформации и является основным показателем для определения смешиваемости. Для многих жидкостей с низкой и средней вязкостью зависимость вязкости от температуры можно приблизительно описать с помощью уравнения Аррениуса:
η(T) = η0 * exp ( Eη / (R * T) )
где
η … динамическая вязкость,
η0 … константа материала (вязкость при эталонной температуре),
Eη … энергия активации процесса течения,
R … универсальная газовая постоянная,
T … абсолютная температура в кельвинах.
С повышением температуры вязкость большинства органических жидкостей значительно снижается, так что высоковязкие компоненты, такие как лецитины, меласса, мед, олеорезины или некоторые растительные масла, при умеренном нагревании легче перекачиваются, дозируются и распределяются в смесительной камере. Во многих случаях изменения вязкости являются обратимыми, однако в случае жидкостей сложной структуры (например, эмульсий, концентрированных растворов сахара или систем со структурно-вязкой консистенцией) термически или механически индуцированные изменения структуры могут приводить к эффектам гистерезиса, в результате чего поведение при нагревании и охлаждении становится неидентичным.
Жидкости различных родов. В основном изменения вязкости обратимы. Но часто со значительным гистерезисом.
Влияние сдвигового напряжения и скорости сдвига
Для понимания поведения в смесителе решающее значение имеет взаимодействие сдвигового напряжения τ и скорости сдвига γ˙. В простейшем случае кажущаяся вязкость может быть определена как
η = τ / γ˙
где
η … кажущаяся вязкость
τ … сдвиговое напряжение,
γ˙ … скорость сдвига.
Ньютоновские жидкости
В случае ньютоновских жидкостей вязкость не зависит от скорости сдвига:
τ = η * γ˙, η = постоянная
Типичными примерами являются вода, многие пищевые масла и сильно разбавленные растворы. Их текучесть линейна и хорошо поддается расчету. Поверхностное натяжение можно надежно охарактеризовать. Вискоеластические эффекты не возникают. Вязкость изменяется только с температурой.
Благодаря этому ньютоновские жидкости особенно хорошо контролируются в процессах смешивания. Они обеспечивают воспроизводимое и равномерное смачивание – при условии, что дозировка и способ добавления жидких веществ выбраны правильно.
Двухвалковый смеситель amixon® для кормов для животных (партии 16 м³).
Двухвалковый смеситель amixon® с двумя режущими роторами и жидкостными ланцами.
Средоразжижающиеся или псевдопластичные жидкости
Средоразжижающиеся или псевдопластичные жидкости демонстрируют снижение кажущейся вязкости с увеличением скорости сдвига. Их поведение часто можно описать с помощью модели Оствальда-де-Ваэле или степенной модели. Как правило, эти жидкости очень хорошо распыляются. Они могут распыляться с помощью однокомпонентных или многокомпонентных сопел (atomizing nozzles).
τ = K * γ˙n ; n < 1
с
γ˙ … скорость сдвига
K … индекс консистенции,
n … индекс текучести (степень сдвигового разжижения).
Примерами таких жидкостей являются томатная паста, многие гелеобразующие вещества, растворы полисахаридов и многочисленные эмульсии. В условиях высокого локального сдвига в смесительной камере эти жидкости становятся более вязкими, что облегчает их распределение по поверхности порошка. В то же время в состоянии покоя они остаются достаточно вязкими, чтобы уменьшить осаждение или расслоение.
Показанный слева конусный смеситель amixon® осуществляет непрерывное смешивание. Он установлен на весовых датчиках. Несколько порошков и жидкий компонент гравиметрически дозируются и поступают в конусный смеситель. Разгрузочный клапан находится внизу. Он непрерывно выгружает смешанные продукты, так что степень наполнения всегда остается постоянной. Таким образом, порошки смешиваются очень аккуратно и равномерно увлажняются. Непрерывный смеситель AMK 600 рассчитан на производительность от 12 до 15 м³/ч.
Хорошие результаты увлажнения в результате процесса смешивания
Увлажнение порошковых смесей однородно и без агломератов не является тривиальной задачей. amixon@ имеет большой опыт и разработал отличные решения. Обратитесь за нашей поддержкой в технический центр.
Ввод жидкости: e) Впрыск в зону действия мешалки, f) Распыление с помощью ввода газа.
© Copyright by amixon GmbH