在混制需求已知的情况下,可完成需求工作的混合机类型不止一种,但是,并非所有这些混合机都是对应用最好的。在混合机初选时,需明确生产流程、生产条件、生产要求及实现目的,确定混制工艺的重点是什么,这些选择准则包括:粉体特性、流程设置、清洁能力、混合强度、混合精度、工艺温度、操作费用等。
1. 粉体特性
在固体混合技术中,能确定混合流程中的两类不同标度:宏观混合和微观混合,究竟选择哪种由原料的粉体特性决定(粉体特性包括原料强度和流动特性,在混合机选择因素中非常重要)。
1.1宏观混合
也称为对流混合,经对流混合,混合机内的粉料从一个位置到另一位置,这种混合过程将导致混合机内部的较少的有序状态—必须要混合的组分将分布在其他组分之中。随着时间的延长,混合物变得越来越随机有序,经过一段时间后,达到最终的随机状态,成为一种良好混合的产品。
通常这类混合应用于粒径大于75um的自由流动和粗体颗。这类粒子是自由流动的,只有很小的粒子间力,这些粉体类型是相对容易混合的,要使产品在粒子水平上的运动必须是低能输入,混合的优化状态很快达到。
但是,由于对流混合产生的最终产品既不恒定也不稳定,常引起分离的粒度、形状和密度方面的差别会在混合过程或混合机出料时出现离析。粉体离析的三个主要机理是振动、渗透和运动。
1.2 微观混合
是用于混合粘附性粉末的典型混合方法。这些粉末或粒径小于75um,或含有液体粘结剂,产生粒子间液体的键合。这些粉末的混合更复杂更困难,由于对流混合中强的粒子间力使粒子以一种有结构的方式结合在一起,阻碍这种混合方法获得随机有序的混合物。较小或粘附性粒子粘体所固有的粒子间力导致结块,对流型混合机的温和运动不能打碎这些粉块,这样的材料就需要高剪切混合。
大多数普通强力混合机采用冲击力装置,如到头或另一类边缘的混合转子,来击碎成团的粒子。冲击力使混合物内细的粘附的固体或液体快速的有效分布。
另一强力混合方法,基于剪切力机理,现在应用得越来越频繁。在这种混合过程中,在整个剪切区域内的所有团聚结构都遭到粉碎,这就保证以相对低的速度强力混合。高剪切混合应用于混合粘附性强粉末。细的粘附性粉末的应用需要更高的混合质量,如颜料、流动剂或活性成分等,用高剪切力混合更为成功。除了把团聚物破碎,剪切力也导致在粒子上更加均匀的涂布,在颜料混合中,这种有序的混合物将带来更高的色度,因为增加了颜料粒子暴露的表面积。在剪切时,实现粒子的滚动,当粘附性组分的结构在剪切区内打碎时,细粒子直接包囊在较大的滚动着的粒子上,这个过程带来几乎理想的分布状态。
2流程设置
混合机是生产流程一个不可缺少的部分,因此,必须考虑混合单元内外的因素。混合质量很大程度受给料装置的精度,给料装置恒定地把要混合的各组分加到混合机中。计量不精确会导致混合质量变差。
1) 流程的安全性:
“安全第一”在任何生产作业中都是第一位的,因此生产程序的选择很重要,避免工人处于作业的危险形势,必须考虑以下方面:
l 混合机内外的粉尘爆炸的危险
l 当地安全法规用于设计和制造所需的设备
l 插排的危险性质和潜在的危害排放
l 混合过程可能的压力和热量生产
l 混合机使用的气体或溶剂特别与排放的危险和着火相关
2) 加工步骤的结合
除了混合组分外,许多现代混合机能把不同的加工步骤结合在单一的机器内,具体包括:涂覆、碾磨、干燥、粘合和加液。
不同的加工步骤结合在单一机器内简化了流程,减少了生产处理的需要。
3) 间歇—连续操作
决定间歇式还是连续式的混合作业需考虑:
l 生产能力:小于一吨的应间歇操作;
l 法规执行:在某些行业如医药和食品饮料行业,间歇过程能遵守配方报告法;
l 复杂性:间歇过程更适用于添加剂品种多、添加量少(小于1%)的生产;
l 灵活性:产品经常改变的用间歇式更好;
l 清洗能力:独立的间歇式设备比连续系统更容易清洗。
3.生产能力
在这方面,生产能力不仅仅是混合时间的一个函数,加料、出料和清洗的方法都得考虑,而清洗方法常常在做决策过程中遗漏。这种忽视对于选择最佳的混合机有很大影响。
4.清洗能力
对于某些工业,混合机的清洗相对容易。而对许多其他行业而言,清洗是最为重要的准则,特别在产品质量和流程灵活性都很重要的场合。
对于清洗,最重要的问题是如何才能避免或减少清洗。清洗的需要与所选的混合方法和硬件的设计密切相关。在这方面要考虑料筒的容积、表面光洁度、混合元件和筒壁间隙、密封设计。在许多场合,由于流程的需要和产品的特性,清洗不能避免,因此,需选择最有效的方法。对于要人工进行的清洗,确保安全进入清洗区域是非常必要的。
在湿法清洗场合,主要污染有产品和清洗用化学品的废液流,必须被除去或者再循环,如今的环保法要求废液最少,处理的费用会很高—这是操作总费用的一个重要问题。
许多自动清洗系统,现在已能使清洗循环自动化和有效化,并减少了废物和废液量,例如,完全能编程的清洗机器人能清洗几何形状复杂的筒体。它们的编程用于所有种类筒体的气体或液体清洗;其流量能调节到跟杂质数量相匹配。
5.精度
混合的精度和质量应考虑以下因素:
l 混合物的质量远比“背离最优值”的定义更进一步,最终的混合物的各方面如流动、气味、组织结构和颜色都被视为与一定批数的不同粉体分布一样重要。
l 混合质量常常用从混合机内取样的方式来测定,但应指出:混合机内的混合质量跟出料之后的混合质量有一定差异,紧密监视出料特性对于鉴定和避免分离很重要。
l 并非所有的应用都需要接近完全混合的精度
l 混合质量和样品大小之间有直接关系,例如,考虑一批含有18种不同粉体的一升粉体的混合时间和质量,如取1升样品,不管真的结果如何,这样的样品接近完全混合的混合物。
6. 产品温度
在混合机选择中常常忘记的一个方面是产品温度的上升,混合操作所必须的一部分能量输入将引起产品温度的上升,有时混合过程基于这种温度上升,但通常不是选择的混合机所需要的,并会导致产品质量的下降、融化甚至起火。
能量输入越多,则温度上升越快,这是高强度混合机特别重要的考虑因素。在高剪切混合种,温度上升难以避免。在这些场合,温度控制极为重要。
通常,对流式混合机使用较少的混合能量,但是对这些混合机,失控的温度上升甚至会更危险。因为他们容积大,会导致更强大的反应,嵌有产品轴承或密封之间的摩擦增加使这些地方产生热量。
7. 操作费用
应注意:动力消耗,操作人员,清洗费,每批次之间的废物,有计划和无计划的停工,有无服务工程师、备件和相关供货商的表现,设备的寿命时间,报废后的残值,维修费等。