ผงสามเฟสที่แตกต่างกัน
ผงเป็นวัสดุสามเฟสที่มีลักษณะเฉพาะ ประกอบด้วยเฟสของแข็งในรูปของอนุภาค เฟสก๊าซระหว่างอนุภาค และเฟสของเหลวบนพื้นผิวของอนุภาคหรือภายในโครงสร้างของอนุภาค
ก ผง เป็นกลุ่มของเฟสของแข็ง ของเหลว และก๊าซอย่างหลวมๆ มีความเข้าใจผิดโดยทั่วไปว่าพฤติกรรมของผงสามารถอธิบายได้ง่ายๆ โดยการทำความเข้าใจคุณสมบัติการไหลของผง คุณสมบัติเหล่านี้คือ แยกจากกันซึ่งสามารถวัดปริมาณได้ด้วยตัวเลขตัวเดียว น่าเสียดายที่แนวคิดทั้งสองนี้ไม่ถูกต้อง นี่คือสาเหตุที่แม้กระทั่งในศตวรรษที่ 21 เรายังไม่เข้าใจพฤติกรรมของผงอย่างถ่องแท้
ลองนึกภาพขวดแก้วที่มีผงแป้งอยู่ ลองนึกดูว่าผงจะมีลักษณะอย่างไรหากขวดถูกกระแทกจนคว่ำ ลองนึกดูว่าผงจะมีลักษณะอย่างไรหากหยิบขวดขึ้นมาแล้วเคาะซ้ำๆ บนพื้นผิวแข็ง ความแตกต่างของลักษณะผงเมื่ออยู่ในสถานะหลวมกับเมื่ออยู่ในสถานะอัดแน่นนั้นเกิดจากคุณสมบัติของผง ตัวอย่างเช่น หากผงมีลักษณะเหมือนทรายแห้ง ลักษณะของผงอาจเหมือนกันโดยประมาณก่อนและหลังการอัดแน่น อย่างไรก็ตาม หากผงมีลักษณะเหมือนแป้ง สมบัติการไหลจะแตกต่างกันมากหลังจากอัดแน่น ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญและปกติของผง
แม้ว่าคุณสมบัติเหล่านี้จะมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจพฤติกรรมของผง ตัวแปรภายนอกเช่น ระดับของการเติมอากาศหรือการรวมตัวกัน มีความสำคัญเท่าเทียมกัน คุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของอนุภาคจะไม่เปลี่ยนแปลงในสถานะเหล่านี้ ปริมาณอากาศและแรงดันสัมผัสระหว่างอนุภาคต่างหากที่ทำให้การไหลแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ
อิทธิพลของตัวแปรภายนอก
ดังที่แสดงในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ผงจะมีพฤติกรรมที่แตกต่างกันมากเมื่อเติมอากาศ หลวม หรือรวมตัวกัน ผงบางชนิดไวต่อตัวแปรเหล่านี้มาก ในขณะที่บางชนิดไม่ไวต่อตัวแปรเหล่านี้ ผงบางชนิดอาจไหลได้ดีเมื่อเติมอากาศและหลวม แต่จะทำให้เกิดปัญหาเมื่อรวมตัวกัน (เช่น ผงโทนเนอร์) ผงชนิดอื่นอาจมีการไหลที่เหมาะสม (ดี) เมื่อหลวม และไม่มีผลมากนักเมื่อรวมตัวกัน แต่จะมีการปรับปรุงการไหลอย่างแท้จริงเมื่อเติมอากาศ (เช่น ผงเซรามิก ดูวิดีโอ) จากการสังเกตเหล่านี้ ไม่น่าจะเป็นไปได้ที่ตัวเลขเพียงตัวเดียวจะอธิบายได้อย่างเพียงพอว่าผงจะทำปฏิกิริยาอย่างไรเมื่อเติมอากาศในปริมาณมากหรือมีการรวมตัวกันในระดับสูงระหว่างการประมวลผลและการใช้งาน
ในแง่ของคุณสมบัติการไหล ความเครียดจากการอัดตัวและปริมาณอากาศเป็นสองตัวแปรที่ส่งผลกระทบมากที่สุด อย่างไรก็ตาม พฤติกรรมของผงยังได้รับผลกระทบจากความเร็วในการประมวลผล เช่น ความเร็วในการผสมหรือความเร็วในการเติมสาย ตลอดจนปัจจัยอื่นๆ เช่น ระดับความชื้นในอากาศโดยรอบและระยะเวลาในการจัดเก็บ ผงที่มีคุณสมบัติดีเยี่ยมอาจแสดงประสิทธิภาพที่ไม่ดีเมื่อจัดเก็บหรือประมวลผลในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงกว่าปกติเล็กน้อย
พฤติกรรมของผง
| ตัวแปรภายนอก | เมื่อใดและเกิดขึ้นที่ไหน | ผล |
| การรวมกลุ่ม | แรงสั่นสะเทือน / แรงดันโดยตรง (ถังบรรจุ IBC ถังบรรจุแบบถังกลม) | เพิ่มแรงดัน พื้นที่สัมผัส และจำนวนจุดสัมผัสระหว่างอนุภาค ลดปริมาณอากาศระหว่างอนุภาค (รูพรุนลดลง) |
| การเติมอากาศ | การขนถ่ายโดยแรงโน้มถ่วง การผสม การลำเลียงด้วยลม การทำให้เป็นละออง | ความดัน พื้นที่สัมผัส และจำนวนจุดสัมผัสระหว่างอนุภาคลดลง ปริมาณอากาศระหว่างอนุภาคเพิ่มขึ้น (รูพรุนเพิ่มขึ้น) |
| อัตราการไหล (เฉือน) | ในผง ระหว่างผงกับผนังอุปกรณ์ การผสม | การไหลที่ไม่ใช่แบบนิวโทเนียนเป็นหลัก เพิ่มความต้านทานต่อการไหลที่อัตราการไหลต่ำ |
| ความชื้น | การประมวลผลการเก็บรักษา การเติมมนุษย์ (การทำเม็ด) | เพิ่มการยึดเกาะระหว่างอนุภาค เพิ่มการยึดเกาะระหว่างอนุภาค เพิ่มประสิทธิภาพการนำไฟฟ้า |
| ไฟฟ้าสถิตย์ | การระบายออกจากถัง การลำเลียงด้วยลม การผสมแบบแรงเฉือนสูง | เพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างอนุภาค ผงยึดเกาะกับอุปกรณ์ |
| ระยะเวลาในการเก็บรักษา | วัตถุดิบ/วัตถุดิบขั้นกลาง | การรวมกลุ่ม การรวมกลุ่ม ผลกระทบถาวรต่อประสิทธิภาพการดำเนินงานปลายน้ำ |
สถานการณ์อื่นๆ สำหรับคุณสมบัติของอนุภาค
แม้ว่าการควบคุมตัวแปรบางอย่างอาจทำได้ค่อนข้างง่าย แต่การเปลี่ยนแปลงของปริมาณอากาศและความเครียดจากการอัดตัวระหว่างการประมวลผลมักหลีกเลี่ยงได้ยาก แม้ว่าผงจะผ่านรางลำเลียงพื้นฐาน อากาศก็อาจเข้ามาได้และการรวมตัวก็อาจเกิดขึ้นได้ ผงจะขยายตัวและอนุภาคจะห่างกันมากขึ้นเมื่อมีการเติมอากาศ ซึ่งเกิดขึ้นในหลายกระบวนการ รวมทั้งการผสม การบรรจุ และการระบายออก แม้ว่า การลำเลียงด้วยลม โดยที่ไม่มีแหล่งจ่ายอากาศภายนอกจะไม่ถูกใช้
การรับรู้ว่าตัวแปรภายนอกเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของผงได้ถือเป็นก้าวแรกในการทำความเข้าใจประสิทธิภาพของกระบวนการได้ดียิ่งขึ้น ต่อมา การวัดการตอบสนองของผงต่อตัวแปรภายนอกต่างๆ จะช่วยให้เข้าใจว่าทำไมผงจึงมีพฤติกรรมในลักษณะเฉพาะเจาะจง และยังนำเสนอโอกาสในการปรับสูตรและประสิทธิภาพการผลิตให้เหมาะสมที่สุด
อิทธิพลของคุณสมบัติของอนุภาค
นอกจากตัวแปรภายนอกแล้ว ยังมีคุณสมบัติของอนุภาคอีกมากมายที่ส่งผลต่อพฤติกรรมของผงหลวม อนุภาคมีความซับซ้อนและมีพารามิเตอร์มากเกินไปที่จะอธิบายได้อย่างสมบูรณ์ ขนาดของอนุภาคและ การกระจายขนาด มักถูกนำมาพิจารณา และสองพารามิเตอร์นี้ยังคงมีความสำคัญอยู่
อย่างไรก็ตาม ยังมีคุณสมบัติของอนุภาคอื่นๆ อีกหลายประการที่ส่งผลต่อพฤติกรรมโดยรวมของผง คุณสมบัติหลักของอนุภาค ได้แก่:
หมายเหตุ: คุณสมบัติแต่ละอย่างมีลักษณะการกระจายมากกว่าค่าเดียว คุณสมบัติบางอย่างสามารถวัดได้โดยตรง ในขณะที่คุณสมบัติบางอย่างวัดปริมาณได้ยากกว่า อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทั้งหมดสามารถส่งผลต่อพฤติกรรมของผงได้ เมื่อพิจารณาจากความซับซ้อนและความหลากหลายของคุณสมบัติของอนุภาคและตัวแปรภายนอก การทำนายพฤติกรรมของผงโดยใช้วิธีทางคณิตศาสตร์พื้นฐานจึงเป็นเรื่องยากมาก หากไม่เกินความสามารถปัจจุบันของเรา