Tiếng Việt
Cải thiện khả năng chảy của bột với các giải pháp silica chuyên dụng ZLSIL™ & ZLCSIL™
Tạo vào 05.17
Tài liệu kỹ thuật cho ZLSIL™ Silica chuyên dụng và ZLCSIL™ Silica khói làm chất trợ dòng và chất chống vón cục
Nguyên liệu dạng bột được sử dụng rộng rãi và ngày càng tăng trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, vật liệu xây dựng và nhiều ngành khác. Khả năng chảy tuyệt vời là điều kiện tiên quyết cốt lõi cho việc xử lý bột chính xác, xả silo trơn tru và định lượng chính xác. Tuy nhiên, nhiều loại bột vốn có tính kết dính cao và khó xử lý. Trong khi đó, do ảnh hưởng của độ ẩm môi trường, nhiệt độ, áp suất và các điều kiện khí hậu hoặc vận hành khác, hầu hết các loại bột cực kỳ dễ bị vón cục trong quá trình lưu trữ hoặc vận chuyển, điều này càng làm tăng thêm khó khăn trong ứng dụng.
Để giải quyết những vấn đề khó khăn trong ngành này, dòng sản phẩm silica chuyên dụng ZLSIL™ và silica bồ hóng ZLCSIL™ do Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. phát triển đóng vai trò là chất trợ chảy và chất chống vón cục hiệu quả cao. Chúng nhắm mục tiêu và giải quyết các vấn đề về khả năng chảy kém và dễ vón cục trong các hệ thống bột khác nhau, cung cấp sự đảm bảo ổn định toàn quy trình cho việc xử lý, lưu trữ và vận chuyển các sản phẩm dạng bột.
Để đặc trưng hóa chính xác hành vi chảy của bột, nhiều phương pháp kiểm tra tiêu chuẩn thường được sử dụng trong ngành, với các phương pháp cốt lõi như sau:
Đây là một phương pháp cổ điển để đặc trưng khả năng chảy của bột. Bột được thả đều qua một sàng lên đỉnh của một hình trụ kim loại, và bột tự nhiên tạo thành một hình nón. Khi các hạt rơi trên hình nón, chúng sẽ bám dính hoặc lăn tùy thuộc vào góc của hình nón và độ nhớt của hạt. Khi các hạt tiếp tục tích tụ, hình nón trở nên dốc hơn cho đến khi trọng lực vượt quá lực cố kết giữa các hạt, cuối cùng tạo thành một hình nón có chiều cao và độ dốc cố định. Bằng cách đo chiều cao của hình nón hoặc góc của độ dốc, có thể thu được "góc nghỉ" của bột. Độ nhớt của hạt càng mạnh thì giá trị góc nghỉ càng cao và khả năng chảy của bột càng kém. Ngược lại, góc nghỉ thấp hơn thể hiện khả năng chảy của bột tốt hơn.
Đây là phương pháp kiểm tra nhanh độ chảy của bột, có thể hoàn thành bằng một loạt phễu thủy tinh có đường kính lỗ thoát khác nhau. Có hai chế độ kiểm tra cốt lõi: một là xác định xem bột có thể chảy ra khỏi phễu có cỡ tương ứng mà không bị gián đoạn hay không, từ đó đánh giá cấp độ chảy; hai là đo thời gian tổng cộng để bột đi qua phễu có đường kính lỗ thoát cụ thể. Thời gian càng ngắn thì độ chảy của bột càng tốt.
Đây là một phương pháp kiểm tra nhạy cảm và dễ thao tác hơn. Trong quá trình kiểm tra, bột được đổ vào một bộ sàng (với sàng có mắt lưới lớn nhất ở trên cùng), và bộ sàng được lắc trong một khoảng thời gian cố định. Bột sẽ lắng xuống các sàng phía dưới theo đặc tính dòng chảy của nó. Nếu bột có độ kết dính cực mạnh, phần lớn vật liệu sẽ còn lại trên sàng trên cùng. Khả năng chảy của bột càng tốt thì lượng vật liệu lọt qua sàng và lắng xuống càng nhiều, và tỷ lệ vật liệu cuối cùng rơi vào khay hứng càng cao. Sau khi lắc, khối lượng cặn trên mỗi lớp sàng được cân, khối lượng của mỗi lớp được nhân với hệ số của sàng tương ứng và cộng lại, kết quả cuối cùng là giá trị đo định lượng khả năng chảy của bột.
Phương pháp này có quy trình thử nghiệm tinh vi hơn, và dữ liệu thử nghiệm có thể được sử dụng để tính toán chính xác kích thước thiết kế của silo nhằm đảm bảo bột thoát ra trơn tru. Theo lý thuyết cổ điển của Jenike, tỷ lệ ffc của ứng suất cố kết trên cường độ vật liệu rời được định nghĩa là khả năng chảy của bột. Tế bào cắt hình vành khuyên do Schultze đề xuất cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành như một giải pháp tối ưu hóa tế bào cắt cổ điển để cải thiện hơn nữa độ chính xác của thử nghiệm.
Theo nghiên cứu của các học giả như Zimmermann, phép đo độ bền kéo là phương pháp cốt lõi để định lượng độ kết dính của bột ở trạng thái mật độ thấp. Trong quá trình đo, một đầu dò có lớp màng Vaseline mỏng tiếp xúc với bề mặt phẳng của bột và được nâng lên với tốc độ không đổi. Một máy đo độ bền kéo có độ nhạy cao ghi lại lực cần thiết để tách lớp bột trên khỏi lớp bột dưới. Giá trị lực càng nhỏ thì độ kết dính của bột càng thấp và khả năng chảy càng tốt.3 Cơ chế hoạt động của chất trợ dòng
Tất cả các hạt bột bám vào nhau thông qua lực van der Waals. Đối với các hạt siêu mịn, tác động của lực van der Waals lớn hơn nhiều so với trọng lực thúc đẩy sự tách biệt hạt và dòng bột, đây là lý do chính cho tính lưu động kém của bột mịn.
Chất trợ chảy bản thân là vật liệu dạng bột có kích thước hạt cực kỳ mịn, có thể phủ đều lên bề mặt các hạt bột nền để tăng độ nhám bề mặt của hạt, và sự gia tăng độ nhám bề mặt có thể làm giảm đáng kể lực hút giữa hai hạt bột. Silica đặc biệt ZLSIL™ và silica khói ZLCSIL™ có thể bám và bao phủ hoàn hảo bề mặt các hạt bột nền, cô lập hiệu quả lực tương tác giữa các hạt, và giảm đáng kể lực hút giữa các hạt, đây là ưu điểm cốt lõi của chúng với vai trò là chất trợ chảy và chất chống vón cục hiệu quả cao.
Trong hướng dẫn này, "caking" cụ thể đề cập đến hiện tượng mà tính lưu động của bột tiếp tục giảm theo thời gian do lưu trữ lâu dài, và thậm chí hình thành một khối đồng nhất tổng thể trong các trường hợp cực đoan. "Chất chống caking" tương ứng đề cập đến một sản phẩm hỗ trợ dòng chảy có thể duy trì tính lưu động tốt của bột trong quá trình lưu trữ lâu dài.
Để đạt được hiệu quả cải thiện lưu biến tốt nhất ở mức độ bổ sung thấp, chất trợ lưu biến phải được phân tán mịn trên bề mặt của bột nền. ZLSIL™ specialty silica và ZLCSIL™ fumed silica có thể dễ dàng đạt được sự phân tán mịn này thông qua quy trình trộn đơn giản, và tương thích với các thiết bị trộn bao gồm máy trộn lưỡi cày, máy trộn cánh khuấy hoặc máy trộn ruy băng.
Các mẫu sản phẩm ZLSIL™ và ZLCSIL™ khác nhau có đặc tính phân tán khác biệt. Nhóm của Giáo sư Zimmermann tại Đại học Würzburg đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về hiệu ứng này. Trong thí nghiệm, tinh bột ngô được sử dụng làm ma trận mô hình, và các mẫu sản phẩm ZLSIL™ và ZLCSIL™ khác nhau, cũng như chất trợ chảy tricalcium phosphate (TCP) tiêu chuẩn công nghiệp, đã được trộn với tinh bột ngô trong các khoảng thời gian trộn khác nhau bằng máy trộn Turbula®. Cuối cùng, khả năng chảy của hệ thống đã được đánh giá thông qua thử nghiệm độ bền kéo.
Kết quả thực nghiệm cho thấy, sau khi trộn trong thời gian ngắn, tất cả các chất trợ dòng được thử nghiệm đều có thể cải thiện đáng kể tính chảy của tinh bột ngô, trong đó các sản phẩm kỵ nước như ZLSIL™ D 17 có hiệu quả cải thiện đặc biệt nổi bật. Tuy nhiên, khi thời gian trộn quá dài, tính chảy của hệ thống lại giảm xuống. Lý do cốt lõi là chất trợ dòng bị phân tán quá mức trên bề mặt tinh bột ngô, dẫn đến giảm độ nhám bề mặt hạt và mất hiệu quả điều chỉnh dòng chảy.
Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến khả năng lưu biến kém của bột ẩm là do màng lỏng (chất lỏng có thể là nước, dung dịch nước hoặc dầu) tồn tại trên bề mặt hạt bột liên kết các hạt lại với nhau. Chất trợ lưu biến có thể cải thiện khả năng lưu biến bằng cách hấp thụ màng lỏng trên bề mặt hạt.
Để đạt được khả năng hấp thụ chất lỏng hiệu quả, chất trợ chảy phải có độ xốp cao và có thể hấp thụ chất lỏng vào cấu trúc lỗ xốp thông qua cơ chế mao dẫn, đây là một trong những lý do cốt lõi khiến silica đặc biệt ZLSIL™ trở thành chất trợ chảy tuyệt vời cho hệ bột ẩm với đặc tính độ xốp cao của nó. Tuy nhiên, điều kiện trộn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của chất trợ: nếu các khối silica bị phân hủy quá mức xuống cấp độ dưới micromet, cấu trúc lỗ xốp sẽ bị phá hủy và khả năng hấp thụ sẽ giảm đáng kể. Nói cách khác, sự phân tán mịn có thể cải thiện hiệu quả của chất trợ trong hệ bột khô sẽ làm giảm hiệu quả của chất trợ trong hệ bột ẩm.
Do đó, đối với các hệ thống bột ẩm, các sản phẩm silica có độ xốp cao và độ ổn định cơ học mạnh hơn sẽ phù hợp hơn. Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. đã phát triển nhiều loại sản phẩm silica chuyên dụng ZLSIL™ và silica khói ZLCSIL™ khác biệt cho kịch bản này, có thể đáp ứng chính xác nhu cầu điều chỉnh lưu biến của các loại bột nền khác nhau.
Một thí nghiệm có kiểm soát sử dụng hỗn hợp natri clorua ẩm làm bột nền đã cho thấy hệ thống muối ẩm tự nó có khả năng chảy cực kỳ kém, với cấp độ chảy là 7 được đo bằng phương pháp phễu. Sau khi thêm 0,6% ZLSIL™ 22 S hoặc ZLSIL™ 50 S, khả năng chảy của hệ thống có thể tăng lên cấp độ chảy 2 trong vòng 1 phút trộn. Tuy nhiên, với thời gian trộn kéo dài, silica bị phân tán quá mức, độ rỗng giảm và khả năng chảy của hệ thống lại suy giảm. Tùy thuộc vào cường độ trộn, hiệu ứng trộn quá mức của ZLSIL™ 22 S có thể xảy ra trong vòng vài phút, trong khi ZLSIL™ 50 S có thể duy trì hiệu quả cao trong thời gian dài mà không bị suy giảm hiệu suất do thời gian trộn kéo dài. Đồng thời, thí nghiệm xác nhận rằng việc giảm lực cắt và giảm tốc độ cũng như cường độ trộn có thể kéo dài đáng kể thời gian tác dụng hiệu quả của ZLSIL™ 22 S.
Các chất lỏng gây dính bột ẩm có thể được chia thành hai loại: gốc nước và gốc dầu. Đối với hệ thống chất lỏng gốc nước, ngoài việc cải thiện độ chảy bằng cách hấp thụ chất lỏng, silica kỵ nước còn có thể được sử dụng để biến đổi hiệu quả, đã được chứng minh là một chất trợ chảy đặc biệt hiệu quả cao cho các chất hút ẩm. Silica kỵ nước không hấp thụ màng nước, mà lơ lửng trên màng nước để duy trì khoảng cách ổn định giữa các hạt, và có thể đạt được cải thiện độ chảy ở mức thêm vào thấp hơn, với hiệu quả của nó không bị giới hạn bởi khả năng hấp thụ của chính nó.
Cần lưu ý rằng silica kỵ nước cũng nhạy cảm với việc trộn quá mức. Nếu áp dụng lực cắt quá mức, sản phẩm có thể bị nước làm ướt và mất tác dụng biến tính. Độ kỵ nước của silica càng mạnh thì độ nhạy cảm với việc trộn quá mức càng thấp. Thí nghiệm có kiểm soát cho thấy, đối với hệ natri clorua ẩm, sau khi thêm 0,4% ZLCSIL™ D 10 và ZLCSIL™ D 17 kỵ nước, độ chảy của muối có thể được cải thiện ngay lập tức. Tuy nhiên, sau khi trộn lâu, độ chảy của hệ thống dần dần xấu đi do silica bị ướt bởi năng lượng cắt quá mức. Trong số đó, hiệu ứng trộn quá mức của ZLCSIL™ D 17 có thể xảy ra trong vòng 3 phút, trong khi ZLCSIL™ D 10 có khả năng chống trộn quá mức mạnh hơn và có thể trộn tới 12 phút ở tốc độ cắt nhất định mà không làm giảm hiệu quả điều chỉnh độ chảy.
Hành vi phân hủy polymer của chất trợ dòng chảy khi trộn với bột nền tạo ra các hiệu ứng hoàn toàn khác nhau trong hệ thống bột khô và bột ẩm:
1. Trong các hệ thống bột khô cứng, sự phân hủy của các chất hỗ trợ dòng chảy giúp bao phủ một cách toàn diện hơn bề mặt của các hạt bột chủ, từ đó cải thiện hiệu quả sửa đổi của silica như một chất hỗ trợ dòng chảy.
2. Trong các hệ thống bột ẩm, sự phân hủy quá mức của các chất hỗ trợ dòng chảy sẽ phá hủy cấu trúc lỗ của silica, giảm độ rỗng, và sau đó làm yếu hiệu quả sửa đổi của silica như một chất hỗ trợ dòng chảy.
Dựa trên điều này, các quy trình trộn khác nhau và các mô hình silica phù hợp cần được chọn cho các loại hệ thống bột khác nhau.
Bột của các vật liệu mềm như chất béo, sáp và chất nhũ hóa cực kỳ khó xử lý trong quá trình vận chuyển và bảo quản. Đặc biệt trong quá trình lưu trữ lâu dài hoặc vận chuyển đường dài, loại bột này rất dễ bị vón cục nghiêm trọng; khi sản phẩm tiếp xúc với môi trường có biến động nhiệt độ (như trong vận chuyển đường biển), vấn đề vón cục sẽ càng trầm trọng hơn. Do đó, các chất chống vón cục hiệu quả là rất cần thiết cho việc vận chuyển đường dài và lưu trữ lâu dài loại bột này.
Bột mềm hoặc bột nhiệt dẻo sẽ trải qua biến dạng hạt và sau đó dính vào nhau khi nhiệt độ tăng hoặc dưới áp suất. Silica có thể được phủ đều lên bề mặt các hạt bột mềm để tạo thành một lớp cách ly và ngăn các hạt dính vào nhau. Tuy nhiên, so với hệ thống bột cứng, để đạt được hiệu quả chống vón cục lý tưởng, đặc biệt là hiệu quả chống vón cục lâu dài, cần phải bổ sung một lượng silica cao hơn: thông thường lượng silica bổ sung trong hệ thống bột mềm có thể lên tới 5%, trong khi hệ thống bột cứng thường chỉ cần bổ sung dưới 1% để đáp ứng nhu cầu.
Lý do cốt lõi là một phần của chất chống vón cục có thể xâm nhập vào bề mặt của các hạt bột mềm trong quá trình bảo quản, dẫn đến giảm hiệu quả cách ly bề mặt. Chỉ bằng cách thêm một lượng đủ chất trợ chống vón cục, chúng ta mới có thể đảm bảo đủ lượng trợ được giữ lại trên bề mặt của các hạt bột mềm một cách liên tục để duy trì hiệu quả chống vón cục và cải thiện độ chảy lâu dài.
Quá trình trộn đóng vai trò quyết định đến hiệu suất cuối cùng của chất trợ dòng chảy, và thiết bị trộn cùng các thông số quy trình cần được phối hợp chính xác theo đặc điểm của các hệ bột khác nhau:
3. Đối với bột khô cứng, cường độ trộn phải đủ cao để phân ly hoàn toàn các khối silica, đạt được độ phủ đồng đều của chất trợ trên bề mặt bột nền, và trộn đều có thể đạt được hiệu quả cải thiện dòng chảy tốt hơn.
4. Đối với hệ bột ẩm, cường độ trộn quá cao sẽ phá hủy một phần cấu trúc lỗ xốp của silica, do đó làm giảm hiệu suất chống vón cục và cải thiện dòng chảy, vì vậy cần có quy trình trộn nhẹ nhàng.
5. Đối với hệ bột mềm, cường độ trộn cần được điều chỉnh theo đặc tính làm mềm và độ bền hạt của bột, để tránh làm hỏng cấu trúc hạt của bột mềm do lực cắt quá lớn, đồng thời đảm bảo sự phân tán đồng đều của silica.
Các kịch bản áp dụng của các thiết bị trộn khác nhau như sau:
• Máy trộn lật: có thể cung cấp hiệu ứng trộn cực kỳ nhẹ nhàng, đặc biệt phù hợp cho việc xử lý bột siêu mềm.
• Máy trộn hình nón (như máy trộn Nauta): cũng có đặc điểm trộn nhẹ nhàng, với tổn thương tối thiểu đến các hạt bột, nhưng yêu cầu thời gian trộn lâu hơn.
1. Máy trộn cánh: quá trình trộn nhẹ nhàng, và đồng thời có thể đạt được độ đồng nhất trộn xuất sắc ở quy mô vĩ mô. Đây là lựa chọn lý tưởng cho bột mềm và bột hút ẩm, và có thể giữ nguyên cấu trúc lỗ của silica.
2. Máy trộn cắt cày: năng lượng trộn cao hơn, nhưng vẫn đủ nhẹ nhàng, sẽ không ép chất trợ chảy vào bề mặt của bột mềm, phù hợp cho nhiều loại bột khác nhau, với thời gian trộn yêu cầu ngắn hơn, có thể điều chỉnh linh hoạt theo nhu cầu thực tế: thời gian trộn có thể được rút ngắn cho bột hút ẩm, và kéo dài một cách hợp lý cho bột khô cứng.
3. Ribbon blender: cường độ trộn cao hơn và lực cắt lớn, đặc biệt phù hợp cho việc xử lý bột khô cứng.
Đối với việc điều chỉnh lưu lượng của các sản phẩm phun sấy, có một sơ đồ tối ưu hóa quy trình đặc biệt: tách silica khỏi bùn nguyên liệu và thêm trực tiếp vào máy phun sấy có thể làm cho silica phân tán đều trên bề mặt của các hạt mới dưới tác động của dòng không khí nóng, và hoàn toàn tránh được thiệt hại cho bột phun sấy do căng thẳng cơ học, đây là một sơ đồ hiệu quả cho việc điều chỉnh lưu lượng của các sản phẩm như vậy.
Kích thước cốt lõi | Bột khô cứng | Bột ẩm cứng | Bột mềm |
Loại Silica phù hợp | Silica dễ phân tán | Silica có độ ổn định cơ học cao, độ hấp thụ cao | Silica dễ phân tán |
Mức độ bổ sung được khuyến nghị | Mức độ bổ sung thấp, thường ＜1% | Mức độ bổ sung được điều chỉnh linh hoạt theo hàm lượng chất lỏng của hệ thống | Mức độ bổ sung cao, lên đến 5% đặc biệt cho các hệ thống có yêu cầu chống caking lâu dài |
Yêu cầu quy trình trộn | Trộn mạnh cường độ cao toàn diện | Khuấy nhẹ cường độ thấp | Trộn vừa phải: đảm bảo phân tán silica toàn diện mà không làm hỏng cấu trúc hạt bột mềm |
Trong các ứng dụng công nghiệp thực tế, các sản phẩm dạng bột thường có nhiều đặc tính cùng lúc. Ví dụ, bột trái cây và rau củ có thể chứa cả các thành phần cứng, khô, không hút ẩm như tinh bột, và các thành phần hút ẩm như đường; sữa bột có thể chứa cả lactose hút ẩm và các thành phần mềm gốc chất béo. Hành vi chảy của các hệ thống hỗn hợp này sẽ tích hợp các đặc tính của các hệ thống đơn lẻ trong bảng trên một cách phức tạp, do đó cần thiết kế các giải pháp mục tiêu.
Zhongqi (Shandong) Silicon Materials Co., Ltd. có thể cung cấp dịch vụ lựa chọn sản phẩm độc quyền và tối ưu hóa quy trình theo đặc điểm vật liệu và kịch bản ứng dụng cụ thể của khách hàng, đồng thời cung cấp hỗ trợ kỹ thuật toàn diện và hướng dẫn ứng dụng cho các dòng sản phẩm ZLSIL™, ZLCSIL™, ZQSIL™ cho khách hàng trong suốt quá trình.
Công ty TNHH Vật liệu Silicon Zhongqi (Sơn Đông) Chuyên nghiên cứu & phát triển, sản xuất và kinh doanh silica cao cấp loại tá dược thực phẩm & dược phẩm. Thương hiệu cốt lõi: ZLSIL™, ZLXIDE™, ZLCSIL™. Sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn cấp thực phẩm toàn cầu, cung cấp các giải pháp công thức hiệu suất cao tuân thủ cho các doanh nghiệp thực phẩm & dược phẩm toàn cầu.
Hỗ trợ kỹ thuật toàn quy trình & dịch vụ tùy chỉnh có sẵn từ trụ sở chính và cơ sở sản xuất của chúng tôi.
Liên hệ: Điện thoại +86 53188737397 | Email Levin@silicaplant.com
Tài liệu kỹ thuật & hỗ trợ ứng dụng có sẵn theo yêu cầu.
Tất cả thông tin ở đây và nội dung đã công bố chỉ để tham khảo, không có bảo đảm về độ chính xác hoặc tính đầy đủ. Không có bảo đảm nào được đưa ra cho kết quả sử dụng sản phẩm. Chúng tôi không chịu trách nhiệm cho việc sử dụng sản phẩm không đúng cách hoặc sự phụ thuộc vào thông tin. Chúng tôi bảo lưu quyền điều chỉnh giá cả và thông số kỹ thuật sản phẩm mà không cần thông báo. Đối với các vấn đề vi phạm, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.
Liên hệ
Để lại thông tin của bạn và chúng tôi sẽ liên hệ với bạn.
Điện thoại
WeChat
WhatsApp