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2023.02.20辽宁
分级问题可能很复杂，通常需要量身定制的解决方案。防止容器进料过程中的分级可能具有挑战性。
本体固体分级是一个术语，用于描述将颗粒混合物分级成粒径，密度，形状或其他显着特征不同的区域。
分级可能导致许多问题，从材料处理过程的困难到最终产品质量的变化，导致产品被拒绝，甚至召回，如果它们已经投放市场。食品、采矿、化妆品、制药、化工、金属粉末和玻璃等许多行业都面临着分级挑战。
应密切注意规划加工厂和设计处理设备，因为在处理设备（如筒仓/料仓、绞龙和混合机机）内或转移步骤（如从带式输送机到码垛，以及从料斗到绞龙）内都可能发生分级和分层。
分级示例
分级问题可能很复杂，通常需要量身定制的解决方案。图1描述了在中央填充的库存中看到的常见分级机制-采矿业中的常见存储形式。可以看出，较粗的颗粒（较暗的材料）已经滚到的外围，而较细的颗粒集中在中间，进料点的下方。
图2显示了在两个连续仓斗中生成的一些更复杂的分级模式，这些箱子通过从不同位置对材料进行采样来验证。两个料仓都以漏斗流模式运行，其中在出口上方建立流道，并且沿料仓和料斗壁存在停滞的材料区域。
在漏斗流中，材料遵循先进先出的流向顺序。在Bin1中，填充点正下方有一个平坦的挡板。在这种情况下，根据采样结果，形成逆分级模式（见图2），其中细粉集中在壁附近，粗颗粒落入流道中。
图2：Bin1中的分级模式。
然后，从料仓1排出的材料被送入料仓2。该箱的采样结果表明，粗材料首先流出，然后是更精细的材料，然后再次导致粗糙的材料，如图3所示的分级模式。
图3：Bin2中的分级模式。
在这个例子中，在制药过程中遇到了分级问题，其中应用了严格的质量保证法规，导致由于产品拒绝而损失数百万美元。
块状固体颗粒通常在其弹性，惯性和其他动态特性方面有所不同，这些特性可能导致它们分级，特别是当它们形成堆时，例如当装入料仓或从溜槽中排出时。弹性更强的颗粒将倾向于反弹到仓的外部区域，而弹性较差的颗粒将停留在中心。
由于细粉通常不如粗颗粒具有弹性，因此动态分级可以突出中心细粉浓度。无论过程如何，为了避免或减轻分级效应，都需要了解分级在过程中发生的方式和原因，以确定改善情况的方案。
分级和分层机制
J.CWilliams在他的论文《颗粒材料的分级》中指出，“颗粒物分级最迫切的需求是，负责固体处理工厂设计的工程师应该了解分级的原因，并且应该意识到分级过程中最有可能发生的点，因此，在设计工厂时，他们可以最大限度地减少其影响”。
在处理散装固体材料时，有几种主要机制已被确定为导致大多数分级问题的原因。
当细颗粒集中在容器中心并且粗颗粒滚向外围时，在填充过程中会发生筛分分级（见图1）。要进行筛选分级，必须满足以下条件：
（1）单个组分之间的粒径差异。通常，颗粒尺寸的比率越大，颗粒通过筛分进行分级的趋势就越大。
（2）平均粒径足够大。J.C.Williams的研究，不同粒径颗粒固体的混合和分级，表明通过筛选低于500μm的颗粒来分级的趋势显着降低。这可能归因于这样一个事实，即与它们的重量相比，作用在较细颗粒之间的吸引力变得突出，这阻碍了颗粒的迁移率。
（3）自由流动的材料。为了在不同大小的颗粒之间进行筛选，无论是在给定尺寸的颗粒之间还是在不同尺寸的颗粒之间，都不形成团聚。
（4）粒子间运动。应该有粒子间运动，换句话说，在较小和较大的粒子之间必须存在速度梯度。
这与较小和较大颗粒之间的休息角度差异有关。Makse等人进行的研究。《颗粒混合物中的自发分层》中的Al得出结论，只有当较大的颗粒比较小的颗粒具有更大的休息角时，才能发生分层。
图4：筛分分级和自发分层。
具有较大休止角（从水平测量）的材料倾向于集中在中心，而具有较小休息角度的材料将落在外围。在这种情况下，分级不再是由筛分机制引起的。
空气夹带（流化）分级通常发生在平均粒径小于100μm的粉末中。当细小材料通过气力输送进入储存容器或当空气与固体流动相反流动时，很可能会发生这种情况。
在流化分级中，更细、更轻的颗粒上升到流化床的顶部，而更大、更重的颗粒集中在底部（见图5）。
图5：流化分级
当粒径为50μm时，除尘分级开始变得明显，并且在10μm以下的颗粒中非常常见。除尘分级将超细颗粒和细颗粒集中在容器的壁上或离进料流最远的地方（见图6）。
图6：除尘分级。
在表面上滑动时的粒子速度差异
如果颗粒尺寸或形状有变化，较小的颗粒和/或形状较不规则的颗粒通常会在表面上具有较高的摩擦阻力。这种较高的阻力导致粒子速度降低。
由于上述筛分机制，溜槽表面上的分层可以加剧这种效应。靠近溜槽表面的较小颗粒和材料床层顶部的较大颗粒的浓度，加上较细颗粒通常具有较高的摩擦阻力，通常会导致细颗粒的浓度落在溜槽末端附近，粗颗粒落得更远，如图7所示。
如果堆的一部分进入不同的处理点，这可能对操作特别不利，就像多个出口箱一样。
图7：溜槽转移后的分级。
减少分级
由于在被剔除的材料方面，分级可能非常昂贵，因此在散装材料处理系统的设计阶段，应注意防止或减轻其发生。可以遵循整体方法：
·确定散装物料的流动特性
·了解散装物料如何根据其流动特性流经料仓、料斗、溜槽、喂料绞龙、输送机和其他物料搬运设备
·了解分级机制，并分析材料在每个工艺步骤中分级的可能性
排料模式影响分级
在排放过程中可能形成的漏斗流和质量流模式。在漏斗流中，先入先出的流序列，在出口上方形成一个活跃的流道，外围有非流动的材料。
随着容器中物质液位的降低，非流动物质的层可能会或可能不会滑入流动通道，这可能导致形成稳定的鼠孔。在质量流（先进先出的流）中，所有材料在放电过程中都在运动。来自中心和外围的材料均匀地向料斗出口移动，从而减少分级效应。
纠正措施
如果发现分级问题，请考虑以下技术。请注意，如果现有流程/系统中存在分级问题，也可以应用这些技术。
（1）更换材料
通常，易于流动的材料比粘性材料更容易发生分级。考虑向材料中添加液体或粘合剂，以增加其内聚强度并降低其分级倾向。请注意，需要在分级和其他流动问题（如鼠孔和结拱）之间平衡变化，这些问题可能是由材料的内聚力增加引起的。
改变块状材料的粒径分布，例如缩小粒径范围并将颗粒的平均直径减小到100μm以下，也有利于改善分级。
（2）更改流程
如果所处理的混合物由几种材料组成，这些材料本身是均匀的，但彼此之间差异很大，请考虑在最终处理步骤之前分别处理它们并立即混合。
从输送机排出的物料流可能会受到垂直或侧向分级的影响。不应使用自由落体溜槽来输送分级材料，除非溜槽下游有混合装置。
在加工过程中，在质量流仓中保持较高的材料水平可能会影响分级倾向的可能性。例如，材料的顶面应至少为圆柱形截面和会聚料斗截面之间过渡的料仓直径的四分之三。
（3）设备设计变更
使用质量流量料斗可以显着缓解分级引起的问题，因为它们促进了料仓内整个横截面的物料流动。它们不一定会消除料箱内的分级，但细粒和粗颗粒将同时排出，并且可以保持每种颗粒的比例。
在某些情况下，在料仓入口处正确设计的分配器可能是减少分级的有效方法。实际上，分配器生成多个填充点并创建多个小桩。在桩形成过程中发生的分级允许在较小的尺度上发生。
结论
您有散装固体处理问题吗？Jenike&Johanson开发了散装固体流动的科学，并专注于将其应用于解决最具挑战性的散装固体处理问题。那么，为什么不用你的问题来测试它们呢？
注意：此处的建议是一般性质的。具体的解决方案对其情况非常敏感。在继续之前，您应该咨询该领域的专家。
关键词
CorinHolmes，granular，Jenike&Johanson，JieGuo，Segregation，Stratification