ترکیب پودرها عملکردی شایع در تمامی صنایع است .
بیشتر پودرها به چسبندگی معروفند و بسیاری از آنها وقتی در معرض هوای مرطوب یا در دمای بالا قرار می گیرند ، انباشته می شوند .
مخلوط کردن پودر ممکن است منجر به انتقال ذرات کوچکتر به سمت پائین و ذرات بزرگتر به سمت بالا شود .
مشکل دیگر تفکیک است که علت اصلی آن تفاوت در اندازۀ ذرات شکل تراکم و جهندگی است .
دستگاه های مخلوط کن استانداردی مانند لیوان های استوانه ای شکل یا مخلوط کن های توربولا وجود دارد .
دستگاه جایگزین استفاده شده مخلوط کن ثابت نوع کنسیس است .
مخلوط کن های ثابت انرژی را ذخیره می کنند ، مانع تفکیک و انتقال ذرات می شوند.
در این نوشته ، مخلوط کن های ثابت به عنوان وسایلی برای ترکیب پودرها مانند مخلوط کن های v شکل و توربولا امتحان می شوند و معمولاً برای ترکیب پودرها در صنعت بکار می روند .
مخلوط هایی که با این سه وسیله مخلوط می شوند خارج از مواد نمونه ، شن کوارتز در نسبت های متفاوت بکار می روند .
(30:70 و 2:80) نتایج را رضایتمندانه محاسبه کردیم آن را نوشتیم و ارائه کردیم .
شاخص های پیوند را با استفاده از آنالیزور گردش ذرات به منظور مشاهدۀ تاثیر گردش مواد ددر کیفیت ترکیب اندازه گرفتیم .
نتایج بدست آمده ازا ین سه وسیله ، تاثیر اندازه ی ذرات و شاخص های پیوند ما را به این نتیجه می رساند که مخلوط کن های ثابت می توانند برای ترکیب پودرها استفاده شوند اما شکل آنها ، تعداد عناصر ترکیبی و طول مخلوط کن برای هر ترکیب باید جداگانه آزمایش و از لحاظ ریاضی در طول نمونه یابی سیستم انحاذ شود.
کلمات کلیدی : ترکیب – گردش پذیری – مخلوط کن – رقم پارامتری
1- مقدمه
اختلاط ترکیبات را پخش یک فاز در فازی دیگر عملی است که در صنعت فراوان صورت می گیرد .
هدف این عملکرد ساخت محصولی همگون با استفاده از حداقل انرژی و زمان است .
سختی ها بواسطه ی گوناگونی محصولات برحسب اندازه – ذرات یا دانه های ریز ، شکل – ذرات بی شکل ، رطوبت و ماهیت سطح – چسبندگی و غیر چسبندگی پودرها ، آشکار می شوند .
در ترکیب انواع مختلف مواد سه جنبه ی وسیع وجود دارد .
نوع مخلوط کن انتخاب یا طرح شده و سبک عملکرد آن ، مشخصه بندی حالت نهایی مخلوط کن و میزان مکانیزم فرآیند ترکیب در این حالت مطرح می شود .
فرآیند ترکیب به شدت تاثیر ویژگی جریان مواد مخصوص ترکیبی است .
شناخت موجود دو نوع مادۀ خاص ، جریان پذیری و چسبندگی آزاد ، به منظور طبقه بندی و مشخصه بندی ترکیبات و فرآیندهای اختلاط شکل می گیرد .
تفاوت در مشخصه های فیزیکی به ترکیب و عدم ترکیب کمک می کند و پیش بینی نقطه همگونی عملاً غیر ممکن می شود.
مکانیزم ترکیب نتیجه ی مشخصه هایی هیدرو دینامیک و جریان شناسی همانند تقابلات فیزیکی و شیمیایی بین ترکیب کننده هاست .
تفاوت شکل در پودرها سیارست و محدوده نر آنها از اشکال بلوری خوش ترکیب و بی شکل می باشد .
مشخصه های فیزیکی و شیمیایی مواد ، هندسه ، ویژگی های سطح و اندازه و ذرات و تاریخچه ی کلی سیستم ، مشخصات عمدۀ پودرهای خوب را مشخص می ند .
بیشتر پودرها به چسبنده بودن معروفند .
بسیاری پودرها و قتی در معرض هوا یا دمای بالای انبار قرار می گیرند انباشته می شوند .
این پدیده می تواند منجر به وجود توده های نرم کوچک که به راحتی می شکنند ، گلوله های سفت در اندازه های متفاوت یا استحکام توده ی پودری می شود .
مشکل بزرگ دیگر در مورد پودرها تفکیک است که هنگامی که ذرات با ویژگی های متفاوت در بخش های متفاوت بستر پخش می شوند ، اتفاق می افتد .
تفاوت اصلی مسئول تفکیک از لحاظ اندازۀ ذرات ، تراکم ، شکل و مقاومت متفاوت هستند که در سیستم های واقعی اجتناب ناپذیر است .
کلاً فرآیند تفکیک وقتی اتفاق می افتد که پودرهای آزاد محدودۀ چشمگیری از اندازۀ ذرات دارند که در معرض برخی حرکات مکانیکی است ؛ ذرات به قعر بستر حرکت می کنند بنابراین تجمع آنها همزمان با ارتفاع بستر ، کاهش می یابد .
تفاوت در این ویژگی ها می تواند باعث عدم ترکیب یاتفکیک در طی ترکیب یا جنبش مکانیکی ترکیب شود .
در کل ، موادی که از لحاظ اندازه ، شکل و تراکم مشابه هستند ، قادرند که اکثر ترکیبات نافرم را شکل دهند .
ما وسایل مخلوط کن را با توجه به تفکیک به دو گروه دسته بندی کرده ایم : مخلوط کن های تفکیک – که مکانیزم های انتشاری اساسی دارند ، تشویق حرکت ذرات منحصر به فرد ، تفکیک کردن با اهمیت بیشتر ، مخلوط کن های نوع غیر پروانه مکنده تمایل دارند از این نوع باشند .
مخلوط کن های کم تفکیکی تر ، اساساً مکانیزم های اختلاط همرفتی دارند .
اینها معمولاً نوع پروانه مکنده هستند که در آنها تیغه ها ، پیچ ها ، دو شاخه ها و غیره که ذرات را در منطقه ترکیب از سمتی به سمت دیگر حرکت می دهد .
وسایل مخلوط کن بر طبق مواد مخلوط شده انتخاب می شوند ؛ بنابراین دانستن اندازۀ ذرات همانند مشخصه های گردش آنها مهم است .
تنوع پودرها از روش های بسیاری نشأت می گیرد که در آن ویژگی های گردش مثل ویژگی های فیزیکی اجزای پودر مانند اندازۀ آنها ، محدودۀ اندازه ، شکل ، سفتی ، قابلیت ارتجاعی ، نفوذ پذیری ، توده ، تقابل بین اجزاء ، بافت ، زاویه داری و غیره ، ممکن است تغییر کنند .
عوامل محیطی روی مشخصات عمده ی پودر مثل محتوای نم یا هوا ، فشار خارجی ، لرزش و غیره تاثیر می گذارند .
این عوامل توزیع فیزیکی و تنظیم اجزا در تودۀ پودری را تغییر می دهد .
تغییرات اجزای منحصر به فرد به وسیله ی عواملی مثل فرسایش ، انباشتگی ، تغییرات شیمیایی صورت می گیرد .
با به حساب آوردن عوامل ذکر شدۀ بالا ، آزمایشات با سه دستگاه مخلوط کن مختلف انجام شد .
اولین دستگاه مخلوط کنی v شکل کلاً سبک بود که در صنعت به منظور ترکیب پودرها ، بسیار استفاده می شود .
دومین آن ، مخلوط کن توربولا بود که به خوب ترکیب کردن پودرها معروف است .
سومین دستگاه مخلوط کن مورد استفاده ، مخلوط کنی ثابت بود نه یک میکسر معمولی برای پودرها اما بیشتر برای ترکیب مایعات و غیر سیال نیوتونی استفاده می شود .
یکی از علایق ، کشف چگونگی واکنش مخلوط کن ثابت هنگام ترکیب پودرها بود و اینکه آیا آن می توانست با در نظر گرفتن ویژگی های مواد ( اندازۀ اجزا ، ویژگی های گردش ) مخصوصاً به عنوان یک وسیله ی اضافی برای تکمیل ماشین ها به منظور جلوگیری از تفکیک ، جایگزین برخی مخلوط کن های ثابت شود .
ترکیب جامدات در وسایل مخلوط کن مختلف ظرف مخلوط کن های v شکل : نمودار 1 2- مواد و روش ها سه وسیله ی مورد استفاده و مختلف ترکیب کردن عبارت بود از : مخلوط کن چرخندۀ وی (v) شکل ، مخلوط کن لرزاننده ی توربولا و مخلوط کن ثابت .
هدف این عمل قیاسی ، ارزیابی اثر پارامترهای فرآیند متنوع مثل اندازه ی ذرات ، سطح تکامل و سرعت چرخش در ترکیب بود .
مخلوط کن v (نمودار 1 ) شامل دو بخش استوانه ای است که در زاویه ی حدود 90 درجه بهم متصل شده اند که برای عملکرد دسته ای طراحی شده است .
زاویه بین استوانه و خط مرکزی در خارج از محور ظرف چرخنده 40 درجه است .
مخلوط کن های حول محور افقی می چرخد که منجر به ترکیب ذرات معلق می شود .
میزان شکست نهایی پودرها در مخلوط کن بین 50 و 60% است .
مواد موجود در مخلوط کن نهایتاً به سوی رأس و سپس پایه های v حرکت می کنند .
اجزای مواد در دو سمت عمودی و افقی حرکت می کنند بطوریکه ترکیب به شکل کامل روی می دهد .
ظرفیت ظرف 2 لیتر بود و پوششی داشت برای پر و خالی کردن محصولات .
مخلوط کن لرزاننده توربولا ( نمودار 2 ) برای ترکیب همگون مواد پودری با اوزان خاص و اندازه های ذرات مختلف استفاده می شود .
محصول در ظرف دربسته ی خودش ترکیب می شود .
کارائی استثنائی مخلوط کن لرزاننده ی توربولا از استفاده از چرخش ، تبدیل و واژگونی طبق نظریه ی هندسی شانز نشأت می گیرد .
ظف مخلوط کن در حرکتی سه بعدی قرار داده می شود که محصول را مداوماًٌ تحت تغییر و حرکت ریتمیک کوبنده ای قرار می دهد .
آن بوسیله ی چرخش جامدات درون یک ظرف چرخنده با سرعت حدود rpm 40 عمل می کند ( حدود نصف سرعت انتقادی که در آن نیروی گریز از مرکز به کشش گرانشی پیش می گیرد ) ظرفیت کار آن حدود 50 تا 60 درصد است .
ویژگی های ابعاد فیزیکی نمونه مخلوط کن توربولای 2TF همانند دیگر مخلوط کن ها در جدول 1 آمده است .
مخلوط کن توربولا : نمودار 2 مشخصات فیزیکی شن کوارتز : جدول 1 در مخلوط کن ثابت ( نمودار 3 ) مکانیزم اصلی در ورقه های نازک تقسیم گردش است .
سبک عناصر شمسی یا ، ساختگی – شمسی است و در مجموعه از نخ های 180 درجه دست چپ و راست تنظیم شده است .
تیغه ی یک عنصر که در مورد دیامتر است در 90 درجه انتهای تیغه پروانه عنصر بالاست .
در تقسیم گردش ، تیغه مقدم عنصر اول با ورود به مخلوط کن 2 بار ، مواد را تقسیم می کند و سپس 180 درجه می چرخد .
عنصر دوم جریان را دوباره این بار 4 دفعه قسمت می کند و پس از آن باز چرخش 180 در جه برخلاف جهت اتفاق می افتد .
سومین عنصر فرآیند را با تقسیم به 8 جریان تکرار می کند .
همچنانکه تعداد جریانات لایه ها افزایش می یابد ، ضخامت لایه کم می شود .
کیفیت مخلوط کن تابع ضخامت مخلوط کن و تعداد عناصرز است و در جریان ورقه های نازک مستقل از میزان گردش یا چسبندگی است .
در ترکیب جامد / جامد واحد معمولاً عمودی با جریان ثقل می گردد .
مواد زیر مخلوط کن به وسیله ی یک خط اسمبلی کاهش می یابد .
مخلوط کن باید کاملاً پر شود چون هر وقت که جای خالی برای شکل دادن مخروط یا سطح محرک وجود داشته باشد ، تفکیک مجدد می تواند روی دهد .
آزمایشات با شن کوارتز که یک مادۀ جاری و آزاد غیر چسبنده است و موادی که از لحاظ اندازه ، توزیع و تراکم عمده متفاوتند انجام شد .
( جدول 2) تمامی مواد را قبل از استفاده الک کردیم بنابراین اندازه های مختلف گرانولی بدست می آید .
این مطالعه را به منظور تمرکز روی عملکرد مخلوط کن ها طراحی نمودیم .
ترکیبات را با محتویات اندازه های متفاوت ذارت ، نسبت های مختلف مواد و با باقی ماندۀ کثیری از اجزاء طرح کردیم .
آزمایشات را با ترکیبات مواد مشابه و با استفاده از 3 نوع مخلوط کن انجام دادیم .
وسایل مخلوط کننده و ویژگی های آن ها جدول 2 پس از اینکه مواد را ترکیب کردیم نمونه ها را تجزیه نمودیم .
نمونه گیری مکرر با توجه به قوانین اصلی نمونه گیری ، پویایی ترکیب را آزمایش کرد .
پودر را در مخلوط کن ثابت ترکیب کرده و وقتی در حرکت بود از آن نمونه گیری کردیم .
کل جریان با 25 ثانیه فاصله زمانی انجام و توسط دو روش مختلف تجزیه شد .
یکی از آن روش ها تحلیل استاندارد گرانولی و دیگری توسط آنالیزور اجزا (( سمپاتیک هلو و کترا )) انجام شد .
داده هایی که به این روش بدست آمد محاسبه شد و نتیجه ی آن ترسیم گردید .
کارائی ترکیب توسط انحراف استاندارد محتوای حداقل با توجه به جریان عمده در مخلوط کن ثابت اندازه گیری شد .
هنگام ترکیب در مخلوط کن های ظرفی ( توربولا ، v شکل ) پس از زمان معینی ، مخلو کن متوقف شده و محتویات استوانه روی سطح صافی خالی شده و با توجه به ضخامت اجزاء استفاده شده الک می شود .
تودۀ جریان به نسبت نمونه ها اندازه گیری می شود .
سپس کل فرآیند بین فاصله زمانی مختلف که نمونه ها گرفته شدند تکرار می شود برای تجزیه ی نمونه ها در انالیزور لیزری ذرات ، زیر نمونه ها در روش مشابه گرفته و در دستگاه تجزیه قرار داده می شوند .
نتایج نشان داد که چگونه بسیاری از ذرات در هر نمونه در یک زمان ترکیب ارائه می شوند .
مدل مکانیکی براساس یک انحراف استاندارد در آغاز و در طی فرایند ترکیب و براساس بخش معاوضه پذیر ترکیب کننده ها با میزان میانگین کل نمونه ها ساخته می شود .
از پارامتر های انحراف استاندارد ، مدلی برای پویایی ترکیب ساخته می شود .
مدل به نظر می رسد که یک منحنی و اریانس که منحنی را تغییر می دهد می تواند با افزودن توابع تشریحی برای مخلوط و عدم مخلوط توصیف شود .
مدل فرسایش می تواند به صورت این معادله ارائه شود .
S2(t) = s20e-k1t + s2(1-e-k2t) +s2a.
مقادیر s20 (واریانس در آغاز ترکیب ) از محتوا تعریف می شود .
مقادیر اندازه گیری شده تغییر واریانس در طی فرآیند ترکیب برای تخمین زدن پارامترهای s2 ( واریانس در زمان t) s2a ( واریانس نمونه های شامل ) k1 و k2 ( ضریب در یک مدل ) استفاده می شود .برای محاسبه ی روش چهارگوش های غیر خطی استفاده می شود .
به عنوان نتیجه ی توابع تکراری غیر خطی استفاده می شود و تا زمانی که مقادیر پارامتر بدست اید تکرار می شود که می تواند بیش از کاهش انشعاب بین داده های اندازه گیری شده و مدلل فرسایش تکرار شود .
پس از اینکه پارامتر های مدل فرسایش تخمین زده شود ، زمان مناسب ترکیب به عنوان حداقل واریانس ترکیب منحنی مدل محاسبه می شود .
0 (2) = topt (3) = t opt تحلیل آماری داده های اکتسابی توسط برنامه اکسل و برنامه تحلیل ریاضی کامپیوتری انجام شد .
ویژگی های گردش مواد در آنالیزور گردش پودر که توسط سیستم میکرو استبل تولید شده بود آزمایش شد .
از ابزرای برای پودرهای تر و خشک استفاده می شد که قابل اعتماد بودند و برای ارزیابی هر محصول در گردش استفاده می شد .
نمونه ها تحت شرایط برای حذف تمامی متغییرها در بارگیری و مهندسی دقیق آزمایش شدند ، سپس تیغه های طرح دار روی نمونه چرخیدند و جریانی کنترل شده را سبب شدند .
آزمایشات متوالی برای اطمینان از صحت آن تکرار شدند .
نمونه ها را در ظرف های شیشه ای بورسیلیکاتی قرار دادیم .
در طی آزمایش نیروی محوری ، زمان و فاصله بوسیله ی یک مبدل حساس سنجیده شد و داده ها نشان داده شدند و در زمانی حقیقی بوسیله ی 16 تا 32 نرم افزار تحلیل شدند جریان شناسی مواد شامل یک موقعیت سنجیده شد.
سرعت 1-mms100 و زاویه 10 درجه مارپیچ مورد استفاده بودند .
نتیجه انرژی جریان پذیری اساسی (BFE) بود که به صورت mj بیان شده انرژی جریان پذیری اساسی ، انرژی مورد نیاز برای جابه جا کردن پودرهای مداوم در یک انرژی محدود همراه با میزان گردش است .
کلاً پودرها میزان گردش بیش از 1 و میزان گردش بالا که از لحاظ پتانسیلی فرآیندی مشکل است دارند بنابراین عملکرد انها در طی فرآیند ها تغییر پذیر است .
3- نتایج و مباحث یک ترکیب می تواند به عنوان تجانس تعریف شود اگر هر نمونه از ترکیب ، مشخصه ها و اجزایی مشابه دیگری داشته باشد نتایج از طریق یک انحراف استاندارد ارائه شده اند و ترکیبی را تعریف کرده اند که انحراف استاندارد صفر دارد .
مشکل اصلی ترکیب پودرها ، تشخیص در اختلاط آنها قبل و بعد از فرآیند ترکیب است .
تحلیل گرانولی ان را بدقت توضیح می دهد ؛ بقیه ی مشکل باید بوسیله ی آمار مشخصه بندی شود .
مسئله مهم تولید مجدد است که بدست می آید البته با در نظر گرفتن مقادیر کم انحراف استاندارد بدست آمده در تمامی نمونه ها .
مخلوط کن ثابت کنیس به عنوان بهترین مخلوط کن شناخته شده و ثابت شده که بهترین نوع برای ترکیب پودرهاست .
مخلوط کن ثابت می تواند جایگزین انواع وسایل استاندارد شود و به کیفیت ترکیب در فرآیندهای پر کردن و بسته بندی کمک کند .
در طول نگه داری دسته های مختلف ، پودرها تمایل به تفکیک دارند میکسر ثابت به وسایل ذخیره خروجی افزوده شده که منجر به کیفیت نهایی بهتر محصولات می شود .
نسبت ترکیب کننده ها در ترکیب مهم است چون پس از تشخیص اندازه اجزاء ، یکی از دلایل مهم تفکیک یا انباشتگی در مخلوط می باشد .
پیش بینی اینکه نسبت 1:1 ترکیب کننده های مختلف همانطور که در نمودار 5 نشان داده شده ، زیاد است ، آسان می باشد .
برای مخلوط کن ثابت ، مدل به جدول اضافه می شود تا کیفیت ترکیب ثابت شود .
تعداد عناصر در لوله خیلی مهم است وقتی که به ترکیب ثابت مربوط می باشد چون تعداد عناصر ناکافی باعث ترکیب بیش از حد می شود که منجر به کیفیت نامناسب محصول می گردد .
همانطور که در نمودار 6 نشان دادیم ، آزمایشات با تعداد عناصر مختلف ( از 1 تا 5 ) و با لوله های خالی برای اثبات اینکه بدون عناصر ، ترکیبی صورت نمی گیرد ، انجام شد.
نمودار 5 - ترکیب به نسبت 1:1 ترکیبات در دستگاه های مخلوط کن مختلف همراه با مدل هایی برای میکسر ثابت همانند شن کوارتز که مادۀ مدل بود ، 4 تا 5 عنصر بهترین کیفیت ترکیب را داشتند که از لحاظ ریاضی اثبات شد و در نمودار 6 ارائه گردید .
یک خطای استاندارد برای دو ترکیب کننده در میکس ر ثابت هنگام ارائه به نسبت 1:1 اتفاق افتاد که البته کم است و ما آن را در نمودار 7 نشان دادیم و از کیفیت خوب ترکیبی آن حمایت نمودیم .
وقتی نسبت ترکیب کننده ، تغییر کرد کیفیت بهتری بدست آمد که در نمودار 8 با مقادیر کمتری انحراف استاندارد نشان دادیم که می تواند با جمع آوری ذرات بین آنها شرح داده شود ، ذرات کوچکتر بین ذرات بزرگتر که میزان ترکیب را پیش بینی می کند راحتر معلق می شوند .
با مکانیسم پخش ، ذرات از طریق یک بستر پودری گسترده منتقل می شوند .
نمودار 9 اتلاف مقادیر واریانس در طی ترکیب در یک میکسر ثابت را وقتی نسبت ترکیب کننده ها 1:1 است نشان می دهد .
قدرت بستر برای سبط دادن و قدرت ذرات برای انتقال ، تا حد زیادی به نیروی چسبندگی پودر بستگی دارد .
پودرهایی که چسبندگی کمی دارند به سرعت سبط داده می شوند بنابراین ، ترکیب کمتری لازم است .
اگر انتقال گرما صورت گیرد ، پودرهای چسبیده سریعتر ترکیب می شوند زیرا الگوهای بی نظم مقدم ترند .
ترکیبی بهتر در صورت کمتربودن ترکیب کننده ها صورت می گیرد .
میزان گردش و شاخص چسبندگی می تواند به این محاسبه افزوده شود که ما آن را در جدول 3 آورده ایم .
جدول 3 - عملکرد جریان و ذرات شن کوارتز ئ ترکیبات آنها هر ماده به خودی خود آزادانه عمل می کند ویژگی گردش آنها وقتی با هم ترکیب می شوند و بهم می چسبند تغییر می کند .
اگر این پارامتر قبل از ترکیب اندازه گیری شود می تواند به انتخاب پارامترهای ترکیب کمک کند .
اگر ترکیب به عنوان یک کل چسبنده با ترکیب آزاد مقایسه شود ، ترکیبی بهتر بدست می آید .
4- نتیجه ما می توانیم نتیجه بگیریم که میکسرهای ثابت می توانند برای ترکیب پودرها با مشخصه های مختلف همچنانکه در وسایل توربولا و v شکل استفاده می شوند ، در صنعت دارویی استفاده می گردند .
مدل مکانیزم های اساسی که می تواند در طرح فرآیند ترکیب با در نظر گرفتن حرکت اجزاء بکار رود ، میتواند به تعریف محصول نهایی و خود فرآیند ترکیب مخصوصاً در ارتباط با وسایلی که برای ترتیب پودرها استفاده نمی شوند ؛ کمک کند .
رویکرد جایگزینی که به می تواند در فرآیند ترکیب موثر باشد مصرف کمتر انرژی است .
سنجش میزان گردش پودرها می تواند به تعریف عملکرد ذرات درون ترکیب و سپس تعریف کیفیت محصول کمک کند .
این می تواند احتمال چسبندگی پودرها به سطح و چگونگی میزان گردش تحت تاثیر ترکیب و شرایط پودرها را پیش بینی کند .
کار با شن کوارتز و ترکیبات ذره ای تعریف شده ممکن است آسان به نظر برسد اما این ازمایشات باید با مواد اصلی که شامل بسیاری ترکیبات هستند مخصوصاً در تولید ترکیب کننده ها صورت گیرد .
عملکرد پودر مخصوصاً جریان پودر در مخلوط کن ، نتیجه ی ترکیب تجهیزات استفاده شده و ویژگی های موادی است که جدایی ناپذیرند .