Polski
Popraw płynność proszków dzięki specjalistycznym rozwiązaniom krzemionkowym ZLSIL™ i ZLCSIL™
Utworzono 05.17
Instrukcja techniczna dla specjalistycznej krzemionki ZLSIL™ i krzemionki pirogennej ZLCSIL™ jako środków ułatwiających przepływ i zapobiegających zbrylaniu
Materiały proszkowe są szeroko i coraz częściej stosowane w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, chemicznym, materiałów budowlanych i wielu innych. Doskonała płynność jest kluczowym warunkiem wstępnym dokładnego obchodzenia się z proszkami, płynnego opróżniania silosów i precyzyjnego dozowania. Jednak wiele proszków jest z natury silnie spójnych i trudnych w obróbce. Tymczasem, pod wpływem wilgotności otoczenia, temperatury, ciśnienia i innych warunków klimatycznych lub operacyjnych, większość proszków jest niezwykle podatna na zbrylanie podczas przechowywania lub transportu, co dodatkowo zwiększa trudność aplikacji.
Aby rozwiązać te problemy w branży, seria specjalistycznej krzemionki ZLSIL™ oraz krzemionki dymnej ZLCSIL™ opracowana przez Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. służy jako wydajne środki wspomagające przepływ i środki przeciwzbrylające. Skierowane są na rozwiązanie problemów słabej przepływności i łatwego zbrylania w różnych systemach proszkowych, zapewniając stabilną gwarancję w całym procesie przetwarzania, przechowywania i transportu produktów proszkowych.
Aby dokładnie scharakteryzować zachowanie przepływu proszków, w branży powszechnie stosuje się różnorodne ustandaryzowane metody testowe, z następującymi metodami podstawowymi:
Jest to klasyczna metoda charakteryzująca płynność proszku. Proszek jest równomiernie przesypywany przez sito na wierzch metalowego cylindra, a proszek naturalnie tworzy stożek. Gdy cząstki spadają na stożek, przylegają lub toczą się w zależności od kąta stożka i lepkości cząstek. W miarę gromadzenia się cząstek, stożek staje się bardziej stromy, aż siła grawitacji przewyższy spójność międzycząsteczkową, tworząc w końcu stożek o stałej wysokości i nachyleniu. Mierząc wysokość stożka lub kąt nachylenia, można uzyskać "kąt usypu" proszku. Im większa lepkość cząstek, tym wyższa wartość kąta usypu i gorsza płynność proszku. Odwrotnie, niższy kąt usypu oznacza lepszą płynność proszku.
Jest to szybka metoda badania płynności proszku, którą można przeprowadzić przy użyciu szeregu szklanych lejków o różnych średnicach wylotu. Istnieją dwa podstawowe tryby testowania: pierwszy polega na określeniu, czy proszek może wypływać z lejka o odpowiednim kalibrze bez przerwy, aby ocenić klasę płynności; drugi polega na zmierzeniu całkowitego czasu, jaki proszek potrzebuje na przejście przez lejek o określonej średnicy wylotu. Im krótszy czas, tym lepsza płynność proszku.
Jest to bardziej czuła i łatwa w obsłudze metoda testowa. Podczas testu proszek wsypuje się do zestawu sit (z największym otworem na górze), a zestaw sit jest wibrowany przez określony czas. Proszek osiada na niższych sitach zgodnie ze swoimi charakterystykami przepływu. Jeśli proszek ma bardzo silną spójność, większość materiału pozostanie na górnym sicie. Im lepsza płynność proszku, tym większa ilość materiału przechodzi przez sito i osiada, a tym wyższy jest udział materiału, który ostatecznie wpada do pojemnika na dole. Po wibrowaniu waży się masę pozostałości na każdej warstwie sita, masę każdej warstwy mnoży się przez współczynnik odpowiadającego sita i sumuje, a ostateczny wynik to ilościowa wartość pomiaru płynności proszku.
Ta metoda ma bardziej wyrafinowaną procedurę testową, a dane z testów mogą być wykorzystane do dokładnego obliczenia rozmiaru projektowego silosu, aby zapewnić płynne rozładowanie proszku. Zgodnie z klasyczną teorią Jenike'a, stosunek ffc naprężenia konsolidacji do wytrzymałości materiału sypkiego jest definiowany jako płynność proszku. Pierścieniowa komórka ścinająca zaproponowana przez Schultze jest również szeroko stosowana w przemyśle jako zoptymalizowane rozwiązanie klasycznej komórki ścinającej w celu dalszego zwiększenia dokładności testów.
Według badań naukowców, takich jak Zimmermann, próba wytrzymałości na rozciąganie jest kluczową metodą ilościowego określania spójności proszku w stanie niskiej gęstości. Podczas testu sonda z cienką warstwą wazeliny styka się z płaską powierzchnią proszku i jest podnoszona ze stałą prędkością. Wysokoczuły tester wytrzymałości na rozciąganie rejestruje siłę potrzebną do oddzielenia górnej warstwy proszku od dolnej. Im mniejsza wartość siły, tym niższa spójność proszku i lepsza jego płynność.3 Mechanizm działania środków ułatwiających przepływ
Wszystkie cząstki proszku przylegają do siebie dzięki siłom van der Waalsa. W przypadku cząstek ultrazwiewnych, wpływ sił van der Waalsa jest znacznie większy niż grawitacja, która sprzyja separacji cząstek i przepływowi proszku, co jest głównym powodem ogólnie słabej płynności drobnych proszków.
Środki poprawiające płynność to materiały proszkowe o niezwykle drobnej wielkości cząstek, które mogą być równomiernie powlekane na powierzchni cząstek proszku bazowego, zwiększając ich chropowatość powierzchni. Zwiększona chropowatość powierzchni może znacząco zmniejszyć siłę przyciągania między dwiema cząstkami proszku. Specjalistyczna krzemionka ZLSIL™ i krzemionka pirogeniczna ZLCSIL™ doskonale przylegają i pokrywają powierzchnię cząstek proszku bazowego, skutecznie izolując siłę oddziaływania między cząstkami i znacznie zmniejszając przyciąganie międzycząsteczkowe, co stanowi kluczową zaletę tych produktów jako wysokowydajnych środków poprawiających płynność i zapobiegających zbrylaniu.
W niniejszej instrukcji "zbrylanie" odnosi się konkretnie do zjawiska ciągłego spadku płynności proszku w czasie z powodu długotrwałego przechowywania, a w skrajnych przypadkach nawet do tworzenia się jednolitej, skonsolidowanej bryły. Odpowiadający mu "środek przeciwzbrylający" odnosi się do produktu ułatwiającego przepływ, który może stale utrzymywać dobrą płynność proszku podczas długotrwałego przechowywania.
Aby uzyskać najlepszy efekt poprawy płynności przy niskim poziomie dodatku, środek poprawiający płynność musi być drobno zdyspergowany na powierzchni proszku bazowego. Specjalistyczna krzemionka ZLSIL™ i krzemionka pirogeniczna ZLCSIL™ mogą łatwo osiągnąć to drobne rozproszenie poprzez prosty proces mieszania i są kompatybilne ze sprzętem mieszającym, w tym mieszalnikami typu "plow shear", mieszalnikami łopatkowymi lub mieszalnikami wstęgowymi.
Różne modele produktów ZLSIL™ i ZLCSIL™ charakteryzują się zróżnicowanymi właściwościami dyspersyjnymi. Zespół profesora Zimmermanna z Uniwersytetu w Würzburgu przeprowadził dogłębne badania nad tym zjawiskiem. W eksperymencie jako modelową matrycę wykorzystano skrobię kukurydzianą, a różne modele produktów ZLSIL™ i ZLCSIL™, a także standardowy w branży środek poprawiający płynność, fosforan trójwapniowy (TCP), zmieszano ze skrobią kukurydzianą przez różne czasy mieszania przy użyciu mieszadła Turbula®. Na koniec płynność systemu oceniono za pomocą testu wytrzymałości na rozciąganie.
Wyniki eksperymentalne wykazały, że po krótkotrwałym mieszaniu wszystkie badane środki poprawiające płynność mogły znacząco poprawić płynność skrobi kukurydzianej, wśród których produkty hydrofobowe, takie jak ZLSIL™ D 17, miały szczególnie wybitny efekt poprawy. Jednakże, gdy czas mieszania był zbyt długi, płynność systemu ponownie spadła. Głównym powodem jest to, że środek poprawiający płynność został nadmiernie zdyspergowany na powierzchni skrobi kukurydzianej, co skutkowało zmniejszeniem chropowatości powierzchni cząstek i utratą efektu modyfikacji płynności.
Główną przyczyną słabej płynności proszków wilgotnych jest to, że warstwa cieczy (cieczą może być woda, roztwór wodny lub olej) obecna na powierzchni cząstek proszku wiąże cząstki ze sobą. Środki poprawiające płynność mogą poprawić płynność poprzez absorpcję warstwy cieczy na powierzchni cząstek.
Aby osiągnąć wydajne wchłanianie cieczy, środki ułatwiające przepływ muszą charakteryzować się wysoką porowatością i zdolnością do wchłaniania cieczy do struktury porów poprzez działanie kapilarne, co jest jednym z kluczowych powodów, dla których specjalistyczna krzemionka ZLSIL™ stała się doskonałym środkiem ułatwiającym przepływ w wilgotnych systemach proszkowych dzięki swoim cechom wysokiej porowatości. Jednak warunki mieszania bezpośrednio wpływają na wydajność środka: jeśli aglomeraty krzemionki zostaną nadmiernie zdepolimeryzowane do poziomu submikronowego, struktura porów zostanie zniszczona, a zdolność absorpcji znacznie się zmniejszy. Innymi słowy, drobna dyspersja, która może poprawić wydajność środka w suchych systemach proszkowych, zamiast tego zmniejszy wydajność środka w wilgotnych systemach proszkowych.
Dlatego też, w przypadku wilgotnych systemów proszkowych, bardziej odpowiednie są produkty krzemionkowe o wysokiej porowatości i silniejszej stabilności mechanicznej. Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. opracowała różnorodne zróżnicowane specjalistyczne produkty krzemionkowe ZLSIL™ i krzemionki strącanej ZLCSIL™ dla tego scenariusza, które mogą dokładnie odpowiadać potrzebom modyfikacji przepływu różnych proszków bazowych.
Kontrolowany eksperyment z użyciem wilgotnej mieszaniny chlorku sodu jako proszku bazowego wykazał, że sam wilgotny system solny miał niezwykle słabą płynność, ze wskaźnikiem płynności 7 zmierzonym metodą lejka. Po dodaniu 0,6% ZLSIL™ 22 S lub ZLSIL™ 50 S, płynność systemu mogła zostać zwiększona do wskaźnika płynności 2 w ciągu 1 minuty mieszania. Jednakże, wraz z wydłużaniem czasu mieszania, krzemionka była nadmiernie rozproszona, porowatość zmniejszona, a płynność systemu ponownie się pogorszyła. W zależności od intensywności mieszania, efekt nadmiernego mieszania ZLSIL™ 22 S mógł wystąpić w ciągu kilku minut, podczas gdy ZLSIL™ 50 S mógł utrzymywać wysoką wydajność przez długi czas bez awarii wydajności z powodu wydłużonego czasu mieszania. Jednocześnie eksperyment potwierdził, że zmniejszenie siły ścinającej oraz obniżenie prędkości i intensywności mieszania mogło znacząco wydłużyć efektywny czas działania ZLSIL™ 22 S.
Płyny powodujące lepkość proszków wilgotnych można podzielić na kategorie wodne i olejowe. W przypadku systemów płynów wodnych, oprócz poprawy płynności poprzez absorpcję cieczy, hydrofobowy dwutlenek krzemu może być również stosowany do efektywnej modyfikacji, co okazało się specjalnym, wysokowydajnym środkiem poprawiającym płynność dla substancji higroskopijnych. Hydrofobowy dwutlenek krzemu nie absorbuje filmu wodnego, ale zawiesza się na nim, utrzymując stabilną odległość między cząstkami i może poprawić płynność przy niższym poziomie dodatku, a jego wydajność nie jest ograniczona jego własną zdolnością absorpcji.
Należy zauważyć, że hydrofobowa krzemionka jest również wrażliwa na nadmierne mieszanie. Jeśli zastosowana zostanie nadmierna siła ścinająca, produkt może zostać zwilżony przez wodę i stracić efekt modyfikacji. Im silniejsza hydrofobowość krzemionki, tym mniejsza wrażliwość na nadmierne mieszanie. Kontrolowany eksperyment wykazał, że w przypadku wilgotnego systemu chlorku sodu, po dodaniu 0,4% hydrofobowej ZLCSIL™ D 10 i ZLCSIL™ D 17, płynność soli mogła zostać natychmiast poprawiona. Jednak po długotrwałym mieszaniu płynność systemu stopniowo się pogarszała z powodu zwilżania krzemionki spowodowanego nadmierną energią ścinania. Wśród nich efekt nadmiernego mieszania ZLCSIL™ D 17 mógł wystąpić w ciągu 3 minut, podczas gdy ZLCSIL™ D 10 miał silniejszą zdolność zapobiegania nadmiernemu mieszaniu i mógł być mieszany do 12 minut przy danej szybkości ścinania bez żadnego spadku efektu modyfikacji płynności.
Zachowanie depolimeryzacji środków wspomagających podczas mieszania z proszkiem nośnym produkuje zupełnie różne efekty w systemach proszków suchych i wilgotnych:
1. W suchych, twardych proszkach depolimeryzacja środków przepływowych pomaga kompleksowo pokryć powierzchnię cząstek proszku bazowego, poprawiając tym samym efektywność modyfikacji krzemionki jako środka przepływowego.
2. W wilgotnych proszkach nadmierna depolimeryzacja środków przepływowych niszczy strukturę porowatą krzemionki, zmniejsza porowatość, a tym samym osłabia efektywność modyfikacji krzemionki jako środka przepływowego.
Na tej podstawie należy wybrać zróżnicowane procesy mieszania i odpowiednie modele krzemionki dla różnych typów systemów proszkowych.
Proszki miękkich materiałów, takich jak tłuszcze, woski i emulgatory, są niezwykle trudne w obsłudze podczas transportu i magazynowania. Szczególnie podczas długoterminowego przechowywania lub transportu na duże odległości, tego typu proszki są bardzo podatne na silne zbrylanie; gdy produkt jest narażony na zmiany temperatury (np. w transporcie morskim), problem zbrylania nasila się. Dlatego też skuteczne środki zapobiegające zbrylaniu są niezbędne do transportu na duże odległości i długoterminowego przechowywania tego typu proszków.
Miękkie lub termoplastyczne proszki ulegają deformacji cząstek, a następnie przylegają do siebie, gdy wzrasta temperatura lub pod wpływem ciśnienia. Krzemionka może być równomiernie naniesiona na powierzchnię cząstek miękkiego proszku, tworząc warstwę izolacyjną i zapobiegając ich zlepianiu się. Jednak w porównaniu z systemami proszków twardych, aby osiągnąć idealny efekt przeciwzbrylający, zwłaszcza długoterminowy, wymagana jest większa ilość dodanej krzemionki: zazwyczaj ilość dodanej krzemionki w systemach proszków miękkich może wynosić do 5%, podczas gdy systemy proszków twardych zazwyczaj wymagają jedynie dodatku poniżej 1%, aby zaspokoić zapotrzebowanie.
Głównym powodem jest to, że część środka przeciwzbrylającego może podczas przechowywania wnikać na powierzchnię miękkich cząstek proszku, co skutkuje zmniejszeniem wydajności izolacji powierzchniowej. Tylko dodając wystarczającą ilość środka przeciwzbrylającego, możemy zapewnić, że na powierzchni miękkich cząstek proszku stale pozostanie wystarczająca ilość środka, aby utrzymać długoterminowe efekty przeciwzbrylające i modyfikujące przepływ.
Proces mieszania odgrywa decydującą rolę w ostatecznej wydajności dodatków do przepływu, a sprzęt do mieszania i parametry procesu muszą być dokładnie dopasowane do cech różnych systemów proszkowych:
3. Dla suchych twardych proszków intensywność mieszania musi być wystarczająco wysoka, aby w pełni depolimeryzować aglomeraty krzemionki, osiągnąć jednolite pokrycie dodatku na powierzchni proszku bazowego, a pełne mieszanie może uzyskać lepszy efekt modyfikacji przepływu.
4. Dla wilgotnych systemów proszkowych, nadmierna intensywność mieszania częściowo zniszczy strukturę porów krzemionki, co zmniejszy jej właściwości przeciwzbrylające i modyfikujące przepływ, dlatego wymagany jest łagodny proces mieszania.
5. Dla miękkich systemów proszkowych intensywność mieszania musi być dostosowana do cech miękkości i wytrzymałości cząstek proszku, aby uniknąć uszkodzenia struktury cząstek miękkiego proszku przez nadmierną siłę ścinającą, jednocześnie zapewniając jednolitą dyspersję krzemionki.
Scenariusze zastosowania różnych urządzeń mieszających są następujące:
• Mieszalnik bębnowy: może zapewnić niezwykle łagodny efekt mieszania, szczególnie odpowiedni do przetwarzania ultra-miękkich proszków.
• Mieszalnik stożkowy (taki jak mieszalnik Nauta): również ma łagodne cechy mieszania, z minimalnym uszkodzeniem cząstek proszku, ale wymaga dłuższego czasu mieszania.
1. Mieszalnik łopatkowy: proces mieszania jest łagodny, a jednocześnie może osiągnąć doskonałą jednorodność mieszania w skali makro. Jest to idealny wybór dla miękkich proszków i proszków higroskopijnych, i może w pełni zachować strukturę porów krzemionki.
2. Mieszalnik z łopatkami: wyższa energia mieszania, ale nadal wystarczająco łagodna, nie wciśnie środka wspomagającego w powierzchnię miękkich proszków, odpowiedni dla wielu różnych typów proszków, z krótszym wymaganym czasem mieszania, który można elastycznie dostosować do rzeczywistych potrzeb: czas mieszania można skrócić dla proszków higroskopijnych, a odpowiednio wydłużyć dla suchych twardych proszków.
3. Mieszalnik wstęgowy: wyższa intensywność mieszania i duża siła ścinająca, szczególnie odpowiedni do przetwarzania twardych suchych proszków.
W celu modyfikacji przepływu produktów suszonych rozpyłowo istnieje specjalny schemat optymalizacji procesu: oddzielenie krzemionki od zawiesiny surowca i bezpośrednie dodanie jej do suszarni rozpyłowej może spowodować równomierne rozproszenie krzemionki na powierzchni nowych cząstek pod wpływem przepływu gorącego powietrza i całkowicie uniknąć uszkodzenia proszku suszonego rozpyłowo spowodowanego naprężeniami mechanicznymi, co jest wydajnym schematem modyfikacji przepływu takich produktów.
Wymiar podstawowy | Proszki twarde suche | Proszki twarde wilgotne | Miękkie proszki |
Odpowiedni typ krzemionki | Krzemionka łatwa do rozproszenia | Krzemionka o wysokiej stabilności mechanicznej, wysokiej chłonności | Krzemionka łatwa do rozproszenia |
Zalecany poziom dodatku | Niski poziom dodatku, zazwyczaj <1% | Poziom dodatku elastycznie dostosowywany w zależności od zawartości cieczy w systemie | Wysoki poziom dodatku, do 5%, szczególnie w systemach o długoterminowych wymaganiach dotyczących zapobiegania zbrylaniu |
Wymagania dotyczące procesu mieszania | Intensywne pełne mieszanie | Łagodne mieszanie o niskim ścinaniu | Umiarkowane mieszanie: zapewnić pełne rozproszenie krzemionki bez uszkadzania struktury miękkich cząstek proszku |
W rzeczywistych zastosowaniach przemysłowych produkty w postaci proszku często posiadają jednocześnie wiele cech. Na przykład proszki owocowo-warzywne mogą zawierać zarówno twarde i suche składniki niehigroskopijne, takie jak skrobia, jak i składniki higroskopijne, takie jak cukry; mleko w proszku może zawierać zarówno higroskopijną laktozę, jak i składniki miękkie oparte na tłuszczach. Zachowanie przepływowe tych złożonych systemów będzie w złożony sposób integrować cechy pojedynczych systemów z powyższej tabeli, dlatego konieczne jest projektowanie ukierunkowanych rozwiązań.
Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. może zapewnić ekskluzywny wybór produktów i usługi optymalizacji procesów zgodnie ze specyficznymi cechami materiałowymi i scenariuszami zastosowań klienta, a także zapewnić pełne wsparcie techniczne i wskazówki dotyczące zastosowań dla serii produktów ZLSIL™, ZLCSIL™, ZQSIL™ dla klientów przez cały proces.
Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. Specialized in R&D, production and sales of high-end food & pharmaceutical excipient grade silica. Core brands: ZLSIL™, ZLXIDE™, ZLCSIL™. Products meet global food-grade standards, providing compliant high-performance formulation solutions for global food & pharma enterprises.
Pełne wsparcie techniczne i usługi dostosowane dostępne z naszej siedziby i bazy produkcyjnej.
Kontakt: Tel +86 53188737397 | Email Levin@silicaplant.com
Dokumenty techniczne i wsparcie aplikacyjne dostępne na żądanie.
Wszystkie informacje zawarte w niniejszym dokumencie i opublikowane treści mają charakter wyłącznie informacyjny, bez gwarancji dokładności lub kompletności. Nie udziela się żadnej gwarancji co do wyników stosowania produktu. Nie ponosimy odpowiedzialności za niewłaściwe użycie produktu lub poleganie na informacjach. Zastrzegamy sobie prawo do zmiany cen i specyfikacji produktów bez powiadomienia. W przypadku kwestii naruszenia praw autorskich, prosimy o kontakt w celu usunięcia.
Kontakt
Zostaw swoje informacje, a skontaktujemy się z Tobą.
Telefon
WeChat
WhatsApp