Ba giai đoạn khác nhau của bột
Bột là vật liệu ba pha độc đáo. Nó bao gồm pha rắn dưới dạng các hạt, pha khí giữa các hạt và pha lỏng trên bề mặt các hạt hoặc bên trong cấu trúc của chúng.
MỘT bột là một tập hợp lỏng lẻo của các pha rắn, lỏng và khí. Có một quan niệm sai lầm phổ biến rằng hành vi của bột có thể được mô tả đơn giản bằng cách hiểu các đặc tính dòng chảy của nó. Các đặc tính này là rời rạc, có thể định lượng bằng một con số duy nhất. Thật không may, cả hai ý tưởng này đều không đúng. Đây là lý do tại sao, ngay cả trong thế kỷ 21, chúng ta vẫn chưa hiểu đầy đủ về hành vi của bột.
Hãy tưởng tượng một lọ thủy tinh chứa bột rời. Hãy nghĩ về cách bột sẽ hoạt động nếu lọ bị đổ. Hãy xem xét cách bột sẽ hoạt động khác nhau như thế nào nếu lọ được nhấc lên và gõ liên tục vào một bề mặt cứng. Bất kỳ sự khác biệt nào trong hành vi của bột ở trạng thái rời so với trạng thái nén chặt đều là do các đặc tính của nó. Ví dụ, nếu bột giống như cát khô, hành vi của nó có thể gần giống nhau trước và sau khi nén chặt. Tuy nhiên, nếu bột giống như bột mì, có thể quan sát thấy các đặc tính chảy rất khác nhau sau khi nén chặt. Đây là một đặc tính quan trọng và điển hình của bột.
Mặc dù những đặc tính này rất quan trọng để hiểu được hành vi của bột, biến bên ngoài—chẳng hạn như mức độ sục khí hoặc độ kết dính—đều quan trọng như nhau. Các tính chất hóa học và vật lý của các hạt không thay đổi trong các trạng thái này. Chính lượng không khí và áp suất tiếp xúc giữa các hạt khiến dòng chảy khác biệt đáng kể.
Ảnh hưởng của các biến bên ngoài
Như đã trình bày trong các ví dụ trước, bột có hành vi rất khác nhau khi chúng được sục khí, lỏng lẻo hoặc cô đặc. Một số loại bột rất nhạy cảm với các biến số này, trong khi một số khác thì không. Một số loại bột có thể chảy tốt khi được sục khí và lỏng lẻo, nhưng lại gây ra sự cố khi cô đặc (như bột mực). Các loại bột khác có thể có độ chảy hợp lý (tốt) khi lỏng lẻo và không có nhiều tác dụng khi cô đặc, nhưng có sự cải thiện thực sự về độ chảy khi được sục khí (như bột gốm, xem video). Dựa trên những quan sát này, không có khả năng một con số duy nhất sẽ mô tả đầy đủ cách bột sẽ phản ứng với lượng sục khí lớn hoặc mức độ cô đặc cao trong quá trình xử lý và ứng dụng.
Về đặc tính dòng chảy, ứng suất cố kết và hàm lượng không khí là hai biến có ảnh hưởng lớn nhất. Tuy nhiên, hành vi của bột cũng bị ảnh hưởng bởi tốc độ xử lý, chẳng hạn như tốc độ trộn hoặc tốc độ nạp dây chuyền, cũng như các yếu tố khác như độ ẩm môi trường và thời gian lưu trữ. Một loại bột có đặc tính tuyệt vời có thể thể hiện hiệu suất kém khi được lưu trữ hoặc xử lý trong môi trường có độ ẩm cao hơn bình thường một chút.
Hành vi của bột
| Biến bên ngoài | Khi nào và ở đâu chúng xảy ra | Tác dụng |
| Sự hợp nhất | Rung / Áp suất trực tiếp (phễu, IBC, thùng) | Tăng áp suất, diện tích tiếp xúc và số điểm tiếp xúc giữa các hạt Giảm hàm lượng không khí giữa các hạt (giảm độ xốp) |
| Sục khí | Tải trọng trọng lực, trộn, vận chuyển bằng khí nén, phun sương | Áp suất, diện tích tiếp xúc và số điểm tiếp xúc giữa các hạt giảm. Hàm lượng không khí giữa các hạt tăng (độ xốp tăng). |
| Tốc độ dòng chảy (cắt) | Trong bột, Giữa bột và thành thiết bị, Trộn | Dòng chảy chủ yếu không phải Newton Tăng sức cản dòng chảy ở tốc độ dòng chảy thấp |
| Độ ẩm | Lưu trữ Xử lý Thêm nhân công (tạo hạt) | Tăng độ bám dính giữa các hạt Tăng độ bám dính giữa các hạt Tăng độ dẫn điện |
| Điện tĩnh | Xả từ phễu Vận chuyển bằng khí nén Trộn cắt cao | Tăng cường độ liên kết giữa các hạt Bột bám dính vào thiết bị |
| Thời gian lưu trữ | Nguyên liệu thô/vật liệu trung gian | Sự hợp nhất, sự kết tụ, tác động lâu dài đến hiệu suất hạ nguồn |
Các tình huống khác cho các tính chất của hạt
Mặc dù có thể tương đối đơn giản để kiểm soát một số biến số, nhưng những thay đổi về hàm lượng không khí và ứng suất cố kết trong quá trình xử lý thường khó tránh khỏi. Ngay cả khi bột đi qua máng băng tải cơ bản, không khí có thể được đưa vào và quá trình cố kết có thể xảy ra. Bột nở ra và các hạt trở nên cách xa nhau hơn khi được sục khí. Điều này xảy ra trong nhiều quy trình, bao gồm các hoạt động trộn, nạp và xả. Ngay cả khi vận chuyển bằng khí nén không sử dụng nguồn cung cấp không khí bên ngoài.
Nhận ra rằng bất kỳ biến bên ngoài nào trong số này có thể thay đổi hành vi của bột là bước đầu tiên để hiểu rõ hơn về hiệu suất quy trình. Tiếp theo, việc đo lường phản ứng của bột đối với các biến bên ngoài khác nhau có thể cung cấp thông tin chi tiết về lý do tại sao bột hoạt động theo một cách cụ thể và mang lại cơ hội để tối ưu hóa cả hiệu quả pha chế và sản xuất.
Ảnh hưởng của tính chất hạt
Ngoài các biến bên ngoài, còn có nhiều đặc tính hạt khác ảnh hưởng đến hành vi của bột rời. Các hạt rất phức tạp và có quá nhiều thông số để mô tả đầy đủ về chúng. Kích thước hạt và phân phối kích thước thường được xem xét và hai thông số này vẫn quan trọng.
Tuy nhiên, có nhiều tính chất hạt khác ảnh hưởng đến hành vi tổng thể của bột. Các tính chất hạt chính bao gồm:
Lưu ý: Mỗi đặc tính này là một phân phối hơn là một giá trị đơn lẻ. Một số có thể được đo trực tiếp, trong khi một số khác khó định lượng hơn. Tuy nhiên, tất cả chúng đều có thể tác động đến cách bột hoạt động. Với sự phức tạp và đa dạng của các đặc tính hạt và các biến bên ngoài, việc dự đoán hành vi của bột bằng các phương pháp toán học cơ bản là cực kỳ khó khăn, nếu không muốn nói là vượt quá khả năng hiện tại của chúng ta.