Tozların Üç Farklı Aşaması
Tozlar benzersiz üç fazlı bir malzemedir. Parçacıklar halinde katı bir faz, parçacıklar arasında bir gaz fazı ve parçacıkların yüzeyinde veya yapılarının içinde bir sıvı fazdan oluşur.
A toz katı, sıvı ve gaz fazlarının gevşek bir koleksiyonudur. Bir tozun davranışının sadece akış özelliklerini anlayarak tanımlanabileceği yönünde yaygın bir yanlış anlama vardır. Bu özellikler ayrık, tek bir sayı ile ölçülebilir. Ne yazık ki, bu fikirlerin ikisi de yanlıştır. Bu yüzden, 21. yüzyılda bile, tozların davranışını hâlâ tam olarak anlayamıyoruz.
İçinde gevşek toz bulunan bir cam kavanozu hayal edin. Kavanoz devrildiğinde tozun nasıl davranacağını düşünün. Kavanoz alınıp sert bir yüzeye tekrar tekrar vurulduğunda tozun nasıl farklı davranacağını düşünün. Bir tozun gevşek halindeki davranışı ile sıkıştırılmış halindeki davranışı arasındaki herhangi bir fark, onun özelliklerinden kaynaklanır. Örneğin, toz kuru kum gibiyse, sıkıştırmadan önce ve sonra davranışı hemen hemen aynı olabilir. Ancak, toz un gibiyse, sıkıştırmadan sonra çok farklı akış özellikleri gözlemlenebilir. Bu, tozların önemli ve tipik bir özelliğidir.
Bu özellikler toz davranışını anlamak için çok önemli olsa da, dış değişkenler—havalanma veya konsolidasyon derecesi gibi— eşit derecede önemlidir. Parçacıkların kimyasal ve fiziksel özellikleri bu durumlarda değişmez. Akışın önemli ölçüde farklılaşmasına neden olan şey hava miktarı ve parçacıklar arasındaki temas basıncıdır.
Dış Değişkenlerin Etkisi
Önceki örneklerde gösterildiği gibi, tozlar havalandırıldıklarında, gevşek veya konsolide edildiklerinde çok farklı davranırlar. Bazı tozlar bu değişkenlere karşı çok hassastır, bazıları ise değildir. Bazı tozlar havalandırıldıklarında ve gevşek olduklarında iyi akabilir, ancak konsolide edildiklerinde (toner gibi) sorun çıkarabilir. Diğer tozlar gevşek olduklarında makul (iyi) akışa sahip olabilir ve konsolide edildiklerinde çok fazla etki göstermez, ancak havalandırıldıklarında akışta gerçek bir iyileşme olabilir (seramik tozlar gibi, videoya bakın). Bu gözlemlere dayanarak, tek bir sayının bir tozun işleme ve uygulama sırasında büyük miktarda havalandırmaya veya yüksek konsolidasyon seviyelerine nasıl tepki vereceğini yeterli şekilde tanımlaması olası değildir.
Akış özellikleri açısından, konsolidasyon gerilimi ve hava içeriği en büyük etkiye sahip iki değişkendir. Ancak, toz davranışı karıştırma hızı veya hat doldurma hızı gibi işleme hızlarının yanı sıra ortam nem seviyeleri ve depolama süresi gibi diğer faktörlerden de etkilenir. Mükemmel özelliklere sahip bir toz, normalden biraz daha yüksek nem oranına sahip bir ortamda depolandığında veya işlendiğinde düşük performans gösterebilir.
Toz davranışı
| Dış değişkenler | Ne zaman ve nerede meydana gelirler? | Etki |
| Konsolidasyon | Titreşim / Doğrudan Basınç (hazneler, IBC'ler, fıçılar) | Parçacıklar arasındaki basınç, temas alanı ve temas noktası sayısının artması Parçacıklar arasındaki hava içeriğinin azalması (gözenekliliğin azalması) |
| Havalandırma | Yerçekimi boşaltma, karıştırma, pnömatik taşıma, atomizasyon | Parçacıklar arasındaki basınç, temas alanı ve temas noktası sayısı azalır. Parçacıklar arasındaki hava içeriği artar (artan gözeneklilik). |
| Akış (kesme) oranı | Tozda, Toz ile ekipman duvarı arasında, Karıştırma | Esas olarak Newtonyen olmayan akış Düşük akış hızlarında akışa karşı artan direnç |
| Nem | Depolama İşleme İnsan eklemesi (granülasyon) | Parçacıklar arasındaki yapışmayı artırın Parçacıklar arasındaki yapışmayı artırın İletkenliği artırın |
| Statik elektrik | Bunkerden boşaltma Pnömatik taşıma Yüksek kesme karıştırma | Parçacıklar arasındaki bağ kuvvetini artırır Toz ekipmana yapışır |
| Depolama süresi | Hammaddeler/ara malzemeler | Konsolidasyon, kümeleşme, akış aşağı performansı üzerinde kalıcı etki |
Parçacık özellikleri için diğer durumlar
Bazı değişkenleri kontrol etmek nispeten basit olsa da, işleme sırasında hava içeriğindeki ve konsolidasyon stresindeki değişikliklerden kaçınmak genellikle zordur. Tozlar temel bir konveyör kanalından geçerken bile hava girebilir ve konsolidasyon meydana gelebilir. Tozlar havalandırıldığında genişler ve parçacıklar daha aralıklı hale gelir. Bu, karıştırma, doldurma ve boşaltma işlemleri dahil olmak üzere birçok işlemde gerçekleşir. pnömatik taşıma dışarıdan hava beslemesi olmadan kullanılmaz.
Bu dış değişkenlerden herhangi birinin toz davranışını değiştirebileceğini kabul etmek, proses performansını daha iyi anlamak için atılacak ilk adımdır. Daha sonra, tozun çeşitli dış değişkenlere verdiği tepkiyi ölçmek, tozun neden belirli bir şekilde davrandığına dair içgörü sağlayabilir ve hem formülasyonu hem de üretim verimliliğini optimize etmek için fırsatlar sunabilir.
Parçacık Özelliklerinin Etkisi
Dış değişkenlere ek olarak, gevşek tozların davranışını etkileyen çok daha fazla parçacık özelliği vardır. Parçacıklar karmaşıktır ve bunları tam olarak tanımlamak için çok fazla parametre vardır. Parçacık boyutu ve boyut dağılımı sıklıkla dikkate alınır ve bu iki parametre hala önemlidir.
Ancak, tozun genel davranışını etkileyen birçok başka parçacık özelliği vardır. Temel parçacık özellikleri şunlardır:
Not: Bu özelliklerin her biri tek bir değerden ziyade bir dağılımdır. Bazıları doğrudan ölçülebilirken, diğerlerinin niceliklendirilmesi daha zordur. Ancak, hepsi bir tozun davranış biçimini etkileyebilir. Parçacık özelliklerinin ve dış değişkenlerin karmaşıklığı ve çeşitliliği göz önüne alındığında, temel matematiksel yöntemleri kullanarak toz davranışını tahmin etmek son derece zordur, hatta şu anki yeteneklerimizin ötesindedir.