浅析气流混合技术的特点及应用

引言

各种物料进行混合时,因物料配比不同及混合设备的技术特点不同,物料的混合效果不一样,混合效率也不一样。然而随着设备技术的发展及应用,要求物料混合时劳动强度低,密闭生产,混合效果均一,且效率高,这些要求正符合气流混合设备的技术特点。

1混合原理及特性

1.1混合原理

混合原理是在机械或流体动力等外力作用下,使两种或多种物料各自的物料组分互相掺合,相互分散,使其在任何容积里的各种组分的微粒均匀分布,从而达到一定均匀程度的操作。混合在生产中的应用十分普遍,其目的主要是:制备各种均匀的混合物,如溶液、乳浊液、悬浮液及浆状、糊状或固体粉粒混合物等。混合是确保配合物料质量和提高物料效果的重要环节。

1.2混合过程

混合过程可分为3个阶段:首先以散状物料小块运动形成的对流混合为主,混合均匀度迅速提高:其次,粒子间的相互滑动与冲击,混合速度平稳:第三,粒子位置交换的作用达到平衡状态,即混合均匀性保持稳定或稍有波动。

1.3混合程度

混合程度是不同物料经过混合所达到的分散掺和的均匀程度的度量。混合程度与所考察的尺度有关。对于固体物料主要考察指标为调匀度,即物料总体上在设备尺寸范围内均匀性的度量。某组分的平均调匀度是根据同容器中几个样品求得的某组分的调匀度的算术平均值,可用以度量物料总体上的混合效果。

2原混合机设备技术特点

(1)容积回转型混合机用于批次生产,按照批次要求一次充填,完成物料混合,容器结构密闭,可实现混合过程的无尘操作。容器内部不设置零部件,填充系数较大。设备容器回转,要求设备机架、容器坚固,动力系统提供动力充沛,因此造成设备笨重,能耗较高。受到容器容积限制无法做大,不适合大品种批次生产。回转空间要求大,不利于场地有效利用和洁净房间的节能降耗。回转过程物料运动具有冲击力,对建筑物的荷载要求高。

(2)内部搅拌式混合机形式较多,发展时间较长,常用的有螺带式混合机、犁式混合机、单锥混合机等。设备容器静止,通过容器内的搅拌器完成物料混合。容器内部搅拌器可以根据物料性质事先设计确定,由于强制搅拌,适用物料类型广泛,混合效率和能力更大。设备内部的搅拌部件传动必须由外部引入,增加了连接部件,存在润滑剂泄漏风险。内部的搅拌机构增加了设备清洗的难度。要求设备机架、容器坚固,动力系统提供动力充沛,因此造成设备笨重,能耗较高。由于内部搅拌器是运动部件,填充率不会很高,且部分设备无法密闭,容易形成混合过程中的物料外溢,造成污染。

3气流混合设备技术特点

3.1气流混合原理

利用压缩空气喷射气流的上升运动,带动粉体物料进行相对运行,最终达到混合均匀的目的。气流混合方式使用性广,混合效率高,特别是对于流动性好、物料性质差异小的粉体混合具有独特的优势。混合容器也可作为物料暂存储罐,完成物料存储功能。

3.2气流混合技术特点

(1)快速、高效、安全的混合设备。采用气流混合技术,提高了混合效率,每批物料可在3~10min内完成混合,混合比可以达到1:5000。没有内部部件的封闭料仓,减少了污染风险,降低了维护难度。健全的安全保障装置,提升了设备运行的稳定性和安全性。

(2)独特的技术降低了建设和运行成本。气流混合机没有运动部件和驱动机构,设备整体重量大大减少。较传统机械型混合机,大大降低了厂房建设时,混合机所在房间的地面荷载,减少了建设投资。由于气流混合机为固定料仓,混合机安装后只需留有上部有限的检修空间,没有混转部件,大大降低了设备所在房间的高度和安全距离,使得混合操作间占用空间大大减小,在洁净厂房的运行过程中,降低了空气处理所需要的各种能源消耗和机械混合机设备驱动部件的电能消耗。

(3)全密闭技术。气流混合机采用全密闭设计,投料可以采用真空系统,由混合机直接从投料站或物料容器中吸入,全程管道连接,不会有粉尘溢出。混合过程中,混合机自带的过滤装置,能有效过滤混合中沸腾的粉尘,既避免了物料损失,又降低了环保风险。出料过程可以采用真空方式完成混合机物料出料到周转料桶,也可采用正压发送,将物料送到指定工位容器,全程在密闭管路中完成,没有粉尘溢出。

(4)整机CIP系统。整机提供在线清洗装置,清洗过程可以实现料仓清洗、过滤器清洗和过滤后室清洗,根据程序控制分步骤完成不同部位的清洗工作。清洗后的料仓和过滤器,可以采用清洗系统管路通入加热后的压缩空气,快速完成容器和过滤装置的干燥,保证混合机快速投入下一批物料生产。干燥过程中料仓的干燥空气通过过滤器或者辅助真空增加滤道的空气流通量,有效防止了过滤器的堵塞,大大延长了过滤器的使用寿命。

(5)安全、有效的控制系统。控制系统采用成熟的控制元件和控制理念,保证了系统运行安全的同时兼顾MEs系统或者智慧生产系统,为企业后续实现智能化生产和提升预留了功能扩展空间。基于质量和安全的设计理念,设置料位高度、料仓压力、混合用压缩空气压力、过滤器压差等工艺数据采集装置,时时监控混合机工作状态,确保工艺参数的真实性和设备运行的安全性、稳定性。

4气流混合与其他混合机(二维混合机)技术性能比较

两种混合机的技术性能比较如表1所示。

5气流混合技术在制药行业中的应用

气流混合技术的应用已有近50年的时间,由于设备是利用气流的能量带动粉体在容器内运动和沸腾,使粉体混合均匀,因此设备没有外部动力系统,容器本身不需要运动,也没有运动部件,设备的体积可以做得比较大,维护、清洁十分简便。因此,该技术被广泛应用于化工、乳品、建材等需要大批量混合的环境,制药领域还是近几年才刚刚开始尝试这种新的混合技术。

6结语

气流混合技术在各行各业得到了广泛应用,它所具有的独特优势可从质量、安全、环境、效率、自动化程度等方面得到充分展示。可以预见,在不久的将来,气流混合将慢慢取代原有的机械混合(一维混合机、二维混合机、三维混合机、多功能混合机),成为各行各业混合技术的主流,它的应用能大大优化产品生产流程,改善产品工艺等问题,给企业带来效益,因而更符合当今社会发展的需要。