Русский
Улучшите сыпучесть порошка с помощью специальных кремнеземных решений ZLSIL™ и ZLCSIL™
Создано 05.17
Техническое руководство по специальному диоксиду кремния ZLSIL™ и аэросилю ZLCSIL™ в качестве вспомогательных веществ для текучести и антислеживающих агентов
Порошкообразное сырье широко и все чаще используется в пищевой, фармацевтической, химической, строительной и многих других отраслях промышленности. Отличная сыпучесть является основным условием для точной обработки порошка, плавного выгрузки из силоса и точного дозирования. Однако многие порошки по своей природе сильно слипаются и трудны в обработке. Между тем, под воздействием влажности окружающей среды, температуры, давления и других климатических или эксплуатационных условий большинство порошков чрезвычайно склонны к слеживанию при хранении или транспортировке, что еще больше увеличивает сложность применения.
Для решения этих отраслевых проблем, специальные диоксиды кремния ZLSIL™ и аэросилы ZLCSIL™, разработанные Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd., служат высокоэффективными разделительными агентами и антислеживающими добавками. Они направлены на решение проблем плохой сыпучести и легкого слеживания в различных порошковых системах, обеспечивая полную стабильность на всех этапах обработки, хранения и транспортировки порошковых продуктов.
Для точной характеристики поведения порошков при течении в отрасли обычно используются различные стандартизированные методы испытаний, основные из которых следующие:
Это классический метод характеристики сыпучести порошка. Порошок равномерно просеивается через сито на верхнюю часть металлического цилиндра, и порошок естественным образом образует конус. Когда частицы падают на конус, они прилипают или скатываются в зависимости от угла конуса и вязкости частиц. По мере накопления частиц конус становится круче, пока сила тяжести не превысит когезию между частицами, в конечном итоге образуя конус с фиксированной высотой и наклоном. Измеряя высоту конуса или угол наклона, можно получить "угол покоя" порошка. Чем сильнее вязкость частиц, тем выше значение угла покоя и тем хуже сыпучесть порошка. И наоборот, более низкий угол покоя означает лучшую сыпучесть порошка.
Это экспресс-метод определения сыпучести порошка, который может быть выполнен с использованием набора стеклянных воронок с различным диаметром выходного отверстия. Существует два основных режима тестирования: первый заключается в определении того, может ли порошок непрерывно вытекать из воронки соответствующего калибра, чтобы судить о классе сыпучести; второй заключается в измерении общего времени, необходимого для прохождения порошка через воронку с определенным диаметром выходного отверстия. Чем меньше время, тем лучше сыпучесть порошка.
Это более чувствительный и простой в эксплуатации метод испытаний. Во время испытания порошок засыпается в набор сит (с самым большим отверстием сита сверху), и набор сит колеблется в течение фиксированного периода времени. Порошок оседает на нижних ситах в соответствии со своими характеристиками текучести. Если порошок обладает очень сильной когезией, большая часть материала останется на верхнем сите. Чем лучше текучесть порошка, тем большее количество материала проходит через сито и оседает, и тем выше доля материала, который в конечном итоге попадает в нижний лоток. После колебаний взвешивается масса остатков на каждом слое сита, масса каждого слоя умножается на коэффициент соответствующего сита и суммируется, а окончательный результат представляет собой количественное значение текучести порошка.
Этот метод имеет более сложную процедуру испытаний, а тестовые данные могут быть использованы для точного расчета проектного размера силоса, чтобы обеспечить плавный выгрузку порошка. Согласно классической теории Йенике, отношение ffc напряжения консолидации к прочности сыпучего материала определяется как сыпучесть порошка. Кольцевая ячейка сдвига, предложенная Шульце, также широко используется в промышленности как оптимизированное решение классической ячейки сдвига для дальнейшего повышения точности испытаний.
Согласно исследованиям ученых, таких как Циммерманн, испытание на растяжение является основным методом количественной оценки сцепления порошка в состоянии низкой плотности. Во время испытания зонд с тонким слоем вазелиновой пленки контактирует с плоской поверхностью порошка и поднимается с постоянной скоростью. Высокочувствительный прибор для измерения прочности на растяжение регистрирует силу, необходимую для отделения верхнего слоя порошка от нижнего. Чем меньше значение силы, тем ниже сцепление порошка и тем лучше его сыпучесть.3 Механизм действия вспомогательных веществ для текучести
Все частицы порошка прилипают друг к другу благодаря силам Ван дер Ваальса. Для ультратонких частиц эффект сил Ван дер Ваальса гораздо больше, чем сила тяжести, способствующая разделению частиц и течению порошка, что является основной причиной обычно плохой текучести тонких порошков.
Вспомогательные вещества для сыпучести сами по себе являются порошковыми материалами с чрезвычайно мелким размером частиц, которые могут равномерно покрывать поверхность частиц основного порошка, увеличивая шероховатость поверхности частиц, а увеличение шероховатости поверхности может значительно уменьшить силу притяжения между двумя частицами порошка. Специальный диоксид кремния ZLSIL™ и пирогенный диоксид кремния ZLCSIL™ идеально подходят и покрывают поверхность частиц основного порошка, эффективно изолируя силу взаимодействия между частицами и значительно уменьшая межчастичную адгезию, что является основным преимуществом их использования в качестве высокоэффективных вспомогательных веществ для сыпучести и антислеживающих агентов.
В этом руководстве "слеживание" конкретно относится к явлению, при котором текучесть порошка продолжает снижаться со временем из-за длительного хранения и даже формирует общий консолидированный блок в крайних случаях. Соответствующий "агент против слеживания" относится к продукту, способствующему текучести, который может постоянно поддерживать хорошую текучесть порошка во время длительного хранения.
Для достижения наилучшего эффекта улучшения текучести при низком уровне добавления, вспомогательное вещество для текучести должно быть мелко диспергировано на поверхности основного порошка. Специальные диоксиды кремния ZLSIL™ и аэросилы ZLCSIL™ легко достигают такого тонкого диспергирования посредством простого процесса смешивания и совместимы с смесительным оборудованием, включая плужные смесители, лопастные смесители или ленточные смесители.
Различные модели продуктов ZLSIL™ и ZLCSIL™ обладают различными характеристиками диспергирования. Команда профессора Циммерманна из Вюрцбургского университета провела углубленное исследование этого эффекта. В эксперименте кукурузный крахмал использовался в качестве модельной матрицы, а различные модели продуктов ZLSIL™ и ZLCSIL™, а также стандартная в отрасли противослеживающая добавка трикальцийфосфат (TCP), смешивались с кукурузным крахмалом в течение разного времени с использованием смесителя Turbula®. Наконец, сыпучесть системы оценивалась путем испытания на растяжение.
Экспериментальные результаты показали, что после кратковременного смешивания все испытанные добавки для улучшения текучести могли значительно повысить текучесть кукурузного крахмала, среди которых гидрофобные продукты, такие как ZLSIL™ D 17, оказали особенно выдающийся улучшающий эффект. Однако при слишком длительном времени смешивания текучесть системы снова снижалась. Основная причина заключается в том, что добавка для улучшения текучести была чрезмерно диспергирована на поверхности кукурузного крахмала, что привело к снижению шероховатости поверхности частиц и потере эффекта модификации текучести.
Основная причина плохой сыпучести влажных порошков заключается в том, что жидкая пленка (жидкостью может быть вода, водный раствор или масло), существующая на поверхности частиц порошка, связывает частицы вместе. Вспомогательные вещества для текучести могут улучшить сыпучесть, поглощая жидкую пленку на поверхности частиц.
Для достижения эффективного поглощения жидкости вспомогательные вещества должны обладать высокой пористостью и способностью впитывать жидкость в структуру пор посредством капиллярного действия. Это одна из основных причин, по которой специальный диоксид кремния ZLSIL™ благодаря своим высоким показателям пористости стал превосходным вспомогательным веществом для влажных порошковых систем. Однако условия смешивания напрямую влияют на эффективность вспомогательного вещества: если агломераты диоксида кремния будут чрезмерно деполимеризованы до субмикронного уровня, структура пор будет разрушена, а поглощающая способность значительно снизится. Другими словами, тонкое диспергирование, которое может повысить эффективность вспомогательного вещества в сухих порошковых системах, вместо этого снизит его эффективность во влажных порошковых системах.
Поэтому для влажных порошковых систем более подходят кремнеземные продукты с высокой пористостью и более высокой механической стабильностью. Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. разработала различные дифференцированные специальные кремнеземы ZLSIL™ и аэросилы ZLCSIL™ для этого сценария, которые могут точно соответствовать потребностям в модификации текучести различных базовых порошков.
Контролируемый эксперимент с использованием влажной смеси хлорида натрия в качестве основного порошка показал, что сама влажная солевая система обладает крайне плохой сыпучестью, с показателем сыпучести 7 по методу воронки. После добавления 0,6% ZLSIL™ 22 S или ZLSIL™ 50 S сыпучесть системы могла быть увеличена до показателя сыпучести 2 в течение 1 минуты перемешивания. Однако с увеличением времени перемешивания диоксид кремния чрезмерно диспергировался, пористость снижалась, и сыпучесть системы снова ухудшалась. В зависимости от интенсивности перемешивания, эффект чрезмерного перемешивания ZLSIL™ 22 S мог проявиться в течение нескольких минут, в то время как ZLSIL™ 50 S мог сохранять высокую эффективность в течение длительного времени без потери производительности из-за увеличенного времени перемешивания. В то же время эксперимент подтвердил, что снижение сдвигового усилия и уменьшение скорости и интенсивности перемешивания могут значительно продлить эффективное время действия ZLSIL™ 22 S.
Жидкости, вызывающие липкость порошка, можно разделить на водорастворимые и маслорастворимые. Для водорастворимых систем, помимо улучшения текучести за счет поглощения жидкости, гидрофобный диоксид кремния также может использоваться для эффективной модификации, что доказало свою эффективность в качестве специального высокоэффективного вспомогательного средства для сыпучести гигроскопичных веществ. Гидрофобный диоксид кремния не поглощает водяную пленку, а суспендируется на ней, поддерживая стабильное расстояние между частицами, и может улучшить текучесть при более низких дозах добавления, при этом его эффективность не ограничивается собственной поглощающей способностью.
Следует отметить, что гидрофобный диоксид кремния также чувствителен к чрезмерному перемешиванию. При приложении чрезмерной сдвиговой силы продукт может быть смочен водой и потерять эффект модификации. Чем сильнее гидрофобность диоксида кремния, тем ниже чувствительность к чрезмерному перемешиванию. Контролируемый эксперимент показал, что для влажной системы хлорида натрия после добавления 0,4% гидрофобных ZLCSIL™ D 10 и ZLCSIL™ D 17 сыпучесть соли могла быть немедленно улучшена. Однако после длительного перемешивания сыпучесть системы постепенно ухудшалась из-за смачивания диоксида кремния, вызванного чрезмерной энергией сдвига. Среди них эффект чрезмерного перемешивания ZLCSIL™ D 17 мог проявиться в течение 3 минут, в то время как ZLCSIL™ D 10 обладал более сильной устойчивостью к чрезмерному перемешиванию и мог перемешиваться до 12 минут при заданной скорости сдвига без какого-либо снижения эффекта модификации сыпучести.
Поведение деполимеризации вспомогательных веществ при смешивании с основным порошком приводит к совершенно разным эффектам в сухих и влажных порошковых системах:
1. В системах с сухими твердыми порошками деполимеризация добавок для потока помогает более полно покрыть поверхность частиц основного порошка, тем самым улучшая эффективность модификации кремнезема как добавки для потока.
2. В системах с влажными порошками чрезмерная деполимеризация добавок для потока разрушит пористую структуру кремнезема, уменьшит пористость и, следовательно, ослабит эффективность модификации кремнезема как добавки для потока.
На основе этого необходимо выбирать дифференцированные процессы смешивания и подходящие модели кремнезема для различных типов порошковых систем.
Порошки мягких материалов, таких как жиры, воски и эмульгаторы, чрезвычайно трудно обрабатывать при погрузке и транспортировке. Особенно при длительном хранении или дальних перевозках такие порошки очень склонны к сильному комкованию; когда продукт подвергается воздействию колебаний температуры (например, при морских перевозках), проблема комкования усугубляется. Поэтому эффективные антислеживающие добавки необходимы для дальних перевозок и длительного хранения таких порошков.
Мягкие или термопластичные порошки при повышении температуры или под давлением подвергаются деформации частиц и последующему слипанию. Диоксид кремния может быть равномерно нанесен на поверхность частиц мягкого порошка, образуя изолирующий слой и предотвращая слипание частиц. Однако по сравнению с системами с твердыми порошками для достижения идеального эффекта предотвращения слеживания, особенно долгосрочного, требуется более высокое содержание диоксида кремния: обычно содержание диоксида кремния в системах с мягкими порошками может достигать 5%, в то время как в системах с твердыми порошками для удовлетворения потребностей обычно требуется менее 1%.
Основная причина заключается в том, что часть антислеживающего агента может проникать на поверхность мягких частиц порошка во время хранения, что приводит к снижению эффективности поверхностной изоляции. Только добавляя достаточное количество вспомогательного антислеживающего средства, мы можем гарантировать, что на поверхности мягких частиц порошка будет постоянно оставаться достаточное количество вспомогательного средства для поддержания долгосрочного эффекта антислеживания и модификации текучести.
Процесс смешивания играет решающую роль в конечной производительности добавок для потока, и оборудование для смешивания и параметры процесса должны быть точно согласованы в соответствии с характеристиками различных порошковых систем:
3. Для сухих твердых порошков интенсивность смешивания должна быть достаточно высокой, чтобы полностью деполимеризовать агломераты кремнезема, достичь равномерного покрытия добавки на поверхности основного порошка, и полное смешивание может обеспечить лучший эффект модификации потока.
4. Для влажных порошковых систем чрезмерная интенсивность смешивания частично разрушит пористую структуру кремнезема, тем самым снижая его антикомковую и модифицирующую производительность потока, поэтому требуется мягкий процесс смешивания.
5. Для мягких порошковых систем интенсивность смешивания необходимо регулировать в зависимости от характеристик размягчения и прочности частиц порошка, чтобы избежать повреждения структуры частиц мягкого порошка из-за чрезмерной силы сдвига, при этом обеспечивая равномерное распределение кремнезема.
Сценарии применения различного смешивающего оборудования следующие:
• Барабанный смеситель: может обеспечить крайне мягкий эффект смешивания, особенно подходит для обработки ультрамягких порошков.
• Конический смеситель (например, смеситель Наута): также имеет мягкие характеристики смешивания, с минимальным повреждением порошковых частиц, но требует более длительного времени смешивания.
1. Лопастной смеситель: процесс смешивания мягкий, и в то же время может достичь отличной однородности смешивания на макроуровне. Это идеальный выбор для мягких порошков и гигроскопичных порошков, и может полностью сохранить пористую структуру кремнезема.
2. Смеситель с плугом: более высокая энергия смешивания, но все еще достаточно мягкая, не будет вдавливать вспомогательное вещество в поверхность мягких порошков, подходит для многих различных типов порошков, с более коротким требуемым временем смешивания, которое можно гибко регулировать в зависимости от фактических потребностей: время смешивания можно сократить для гигроскопичных порошков и соответственно продлить для сухих твердых порошков.
3. Риббон блендер: более высокая интенсивность смешивания и большая сдвиговая сила, особенно подходит для обработки твердых сухих порошков.
Для модификации потока распыленных продуктов существует специальная схема оптимизации процесса: отделение силики от сырьевого суспензии и непосредственное добавление ее в распылитель может обеспечить равномерное распределение силики на поверхности новых частиц под действием горячего воздушного потока и полностью избежать повреждения распыленного порошка, вызванного механическим напряжением, что является эффективной схемой для модификации потока таких продуктов.
Ключевой размер | Сухие твердые порошки | Влажные твердые порошки | Мягкие порошки |
Подходящий тип диоксида кремния | Легкодиспергируемый диоксид кремния | Диоксид кремния с высокой механической стабильностью и высокой абсорбцией | Легкодиспергируемый диоксид кремния |
Рекомендуемый уровень добавления | Низкий уровень добавления, обычно ＜1% | Уровень добавления гибко регулируется в зависимости от содержания жидкости в системе | Высокий уровень добавления, до 5%, особенно для систем с долгосрочными требованиями к противодействию слеживанию |
Требования к процессу смешивания | Высокоинтенсивное полное перемешивание | Мягкое перемешивание с низким сдвигом | Умеренное перемешивание: обеспечить полное диспергирование диоксида кремния без повреждения структуры мягких частиц порошка |
В реальных промышленных применениях порошковые продукты часто обладают несколькими характеристиками одновременно. Например, фруктовые и овощные порошки могут содержать как твердые и сухие негигроскопичные компоненты, такие как крахмал, так и гигроскопичные компоненты, такие как сахара; сухое молоко может содержать как гигроскопичную лактозу, так и жировые мягкие компоненты. Поведение потока этих композитных систем будет сложным образом интегрировать характеристики отдельных систем, приведенных в таблице выше, поэтому необходимо разрабатывать целенаправленные решения.
Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. может предоставить эксклюзивный подбор продуктов и услуги по оптимизации процессов в соответствии с конкретными характеристиками материалов и сценариями применения заказчика, а также обеспечить полную техническую поддержку и руководство по применению для продуктов серий ZLSIL™, ZLCSIL™, ZQSIL™ для заказчиков на протяжении всего процесса.
Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. Специализируется на исследованиях и разработках, производстве и продаже высококачественного диоксида кремния пищевого и фармацевтического класса. Основные бренды: ZLSIL™, ZLXIDE™, ZLCSIL™. Продукция соответствует мировым стандартам пищевой безопасности, предоставляя соответствующие высокопроизводительные рецептурные решения для мировых пищевых и фармацевтических предприятий.
Полная техническая поддержка всего процесса и индивидуальные услуги доступны из нашей штаб-квартиры и производственной базы.
Контакт: Тел. +86 53188737397 | Эл. почта Levin@silicaplant.com
Техническая документация и поддержка по применению предоставляются по запросу.
Вся информация здесь и опубликованный контент предназначены только для справки, без гарантии точности или полноты. Гарантия не предоставляется на результаты использования продукта. Мы не несем ответственности за неправильное использование продукта или полагание на информацию. Мы оставляем за собой право изменять цены и спецификации продуктов без предварительного уведомления. По вопросам нарушения прав свяжитесь с нами для удаления.
Контакт
Оставьте свою информацию, и мы свяжемся с вами.
Телефон
WeChat
WhatsApp