Дозирование порошков

Дозирование сухих порошков (микродобавок / премиксов) является неотъемлемой частью приготовления высококачественных смесей. И любые нарушения в процессе дозирования могут привести к негативным результатам: не соответствие стандартам конечного продукта и его порча. Неправильное дозирование также может снизить производительность линии. К примеру, операторы будут вынуждены дозировать медленнее, чтобы оставаться в пределах допусков, что не позволит линии работать на номинальной скорости.

В этой статье мы обсудим общие проблемы, которые могут повлиять на системы дозирования микродобавок — прибавка в весе (GIW) или потеря в весе (LIW) — и предлагаются решения либо путем изменения конструкции, либо путем изменения эксплуатации линии. Основное внимание уделяется порционному дозированию и охватывает типичные питатели: винтовые конвейеры, вибрационные трубки и клапаны.

Процесс порционного дозирования порошка

Порционное дозирование порошков может выполняться двумя различными способами:

• Дозирование по привесу (GIW): дозирование управляется оборудованием, принимающим порошок, которое должно быть на тензодатчиках. К одному бункеру можно подключить несколько питателей, но за один раз можно выполнять только одно взвешивание.
• Дозирование по потере веса (LIW): дозирование контролируется оборудованием, которое дозирует порошок. К приемному оборудованию можно подключить несколько бункеров на тензодатчиках, и все ингредиенты можно дозировать одновременно.

Эти процессы являются последовательными, так как операции выполняются одна за другой. Такой процесс называется порционным дозированием. Следует отметить, что питатели LIW также могут эксплуатироваться в непрерывное дозирование для обеспечения постоянного массового расхода для непрерывного последующего процесса, если они оснащены специальной системой управления.
В зависимости от продукта, доступного пространства, допусков дозирования и пропускной способности могут использоваться различные типы питателей. Наиболее распространенным оборудованием являются винтовые конвейеры, вибрационные трубы или поворотные клапаны, хотя некоторые производители также предлагают вибрационные клапаны. Оборудование, выполняющее взвешивание, должно быть соединено с остальной частью установки гибкими соединениями, не передающими никаких сил, которые могли бы исказить показания веса. Простые и гибкие соединения могут использоваться для больших систем. Для более чувствительных систем предпочтительнее специальные конструкции (сильфонные).
Более простая конфигурация, показанная на рисунках ниже, заключается в дозировании порошка под действием силы тяжести непосредственно в бункер, но можно использовать и другие способы.

Чтобы легко объяснить концепцию периодического дозирования порошка, в этой статье основное внимание уделяется стандартной конфигурации.

Вариант исполнения

Важным критерием выбора системы периодического дозирования является обеспечение достаточно короткого времени цикла для определенного количества дозируемого продукта, а их сочетание определяет производительность установки. При работе в системе GIW компоненты должны дозироваться по одному; следовательно, общее время дозирования будет суммой всех шагов дозирования, включая время стабилизации между каждым дозированием. При установке LIW все ингредиенты можно дозировать параллельно; следовательно, общее время дозирования будет равно самому длинному этапу дозирования. Примеры линии периодического сухого смешивания показаны на рисунках ниже.

Время цикла зависит от времени дозирования отдельных ингредиентов. Если последующие технологические операции непродолжительны (например, быстрое смешивание), дозирование будет ограничивающим этапом, и его оптимизация будет иметь важное значение для удовлетворения требований процесса. Оператор установки может попытаться дозировать ингредиенты как можно быстрее. Но это может произойти за счет точности дозирования. При проектировании должен быть достигнут баланс между скоростью дозирования, стоимостью дозирующей системы (тип питателя, размер питателя и т.д.) и дозированием в узких допусках. Как правило, параллельная система дозирования должна быть немного быстрее, чем система дозирования партиями, чтобы избежать узких мест, но без слишком большого запаса, чтобы оставаться рентабельной.

Автоматизация

В периодических или дискретных процессах дозирование порошка часто выполняется как минимум в два этапа:
быстрое (грубое) дозирование, чтобы выиграть время за счет максимально быстрой подачи порошка,
медленное (точное) дозирование для достижения требуемой точности дозирования. Затем питатель останавливается немного раньше заданного значения, чтобы учесть порошок, который все еще будет вытекать, пока питатель останавливается. Эта последняя величина называется «наплывом».

Для управления дозированием программное обеспечение автоматизации использует набор параметров, определяющих, когда следует переключаться с одной скорости дозирования на другую.
Типичный набор параметров дозирования включает:

• Грубая скорость дозирования
• Остаток веса для перехода на точное дозирование
• Высокая скорость дозирования
• Количество циклов

Поиск неисправностей

Как было сказано ранее, цель системы периодического дозирования порошка состоит в том, чтобы доставить определенное количество материала в пределах определенных допусков и в течение определенного времени. На практике система дозирования может стать источником проблем для операторов установки, если она не отрегулирована должным образом или используется для работы, выходящей за рамки ее первоначальной конструкции. Далее обсуждаются общие причины нарушений в работе системы дозирования сыпучих материалов.

Неточные показания тензодатчиков

Чтобы получить правильную дозировку, показания тензодатчиков должны быть точными. Заводские бригады должны понимать, что весоизмерительные датчики почти всегда будут выдавать показания, какими бы ошибочными они ни были. Если показаниям доверяют без проверки, могут произойти серьезные ошибки, которые можно заметить очень поздно (часто, когда продукт уже упакован), и привести к потерям или даже отзыву продукта.

Поэтому операторы должны активно проводить регулярную калибровку тензодатчиков и следить за тем, чтобы тензодатчики были должным образом изолированы от любых помех. Эти проверки позволят своевременно обнаруживать неисправности и иметь возможность исправить их до того, как они приведут к большим последствиям.

Внешние возмущения, которые могут повлиять на показания тензодатчиков, имеют различное происхождение. Основные причины перечислены ниже, от наиболее вероятной до наименее вероятной. Такие списки можно легко превратить в контрольный список для поиска и устранения неисправностей для персонала, занимающегося эксплуатацией или вводом в эксплуатацию:

• Неправильный монтаж гибких соединений
• Монтаж коммуникаций с натяжением (электрические кабели, кабели сжатого воздуха и т.д.)
• Внешняя вибрация во время дозирования (особенно при точном дозировании)
• Тяга воздуха во время дозирования (особенно для точного дозирования)
• Плохой монтаж (бункер соприкасается со статическим электричеством: кабельный лоток или платформа)
• Нарушение электронного сигнала
• Неисправность тензодатчиков (вне калибровки)

Дозирование порошка включает вытеснение продукта и воздуха. Бункер, подающий продукт, должен впускать воздух, бункер, принимающий продукт, должен выпускать воздух. Воздух не всегда может естественным образом распределяться из одного бункера в другой, поскольку дозируемый порошок действует как пробка, поэтому на каждом бункере устанавливаются фильтры для обеспечения вентиляции.

Если циркуляция воздуха каким-либо образом затруднена, давление в воронках немного изменится. По сути, силы воздействуют на бункеры и их соединения. Эти силы будут накладываться на показания тензодатчиков и искажать дозирование. Однако для ограничения этих эффектов были разработаны компенсирующие системы. Наблюдение на месте является ключом к выявлению проблем с балансировкой воздуха, например, наблюдение за надуванием или сжатием гибкого соединения даст ценную информацию. Чрезмерный поток порошка Одним из важных моментов в процессе дозирования является потенциальное изменение объемной плотности и сыпучести порошка. После пневматической транспортировки и приема в бункер некоторые порошки могут аэрироваться (или насыщаться воздухом). Во время дозирования движение твердых частиц может привести к выходу воздуха из порошка. Если порошок был сильно аэрирован, то в основании бункера может произойти явное псевдоожижение, что значительно увеличит поток порошка через дозирующее оборудование, что приведет к неконтролируемому дозированию. Это очевидная проблема, поскольку процесс дозирование нельзя предсказать, что приводит к нежелательным результатам. Кроме того, поскольку степень аэрации зависит от времени, в течение которого порошок находился в бункере, расположенном выше по потоку, этот эффект может иметь место, когда установка работает на полную мощность, но не при запуске или при низкой скорости контроля.

Необходимо работать над первопричиной и по-другому спроектировать или управлять подачей материала — например, увеличить время между добавлением порошка и дозированием или вибрацией, чтобы обеспечить уплотнение порошка — или внести некоторые изменения в конструкцию дозирующего элемента — например, меньшие зазоры, другой шаг или даже тип шнека и т.д.

Изменение технологического процесса

Знание свойств материала обеспечивает правильный процесс дозирования. Однако производственная линия не всегда будет использоваться для работы с одними и теми же продуктами в течении всего срока службы.
С изменением технологического процесса, необходимо тестировать новые материалы на уже имеющемся оборудовании.

Первым пунктом, который необходимо протестировать, является последовательность дозирования и параметры, управляющие грубым и точным дозированием. Следует отметить, что эти параметры могут меняться от одного продукта к другому, в зависимости от характеристик текучести и насыпной плотности продукта, а это означает, что система дозирования может внезапно перестать работать должным образом при введении более плотного или более текучего продукта.

Возможно, потребуется пересмотреть параметры автоматического дозирования:

• Остановить питатель раньше при грубом дозировании и оставить больше времени при точном дозировании
• Замедлить питатель в точном дозировании
• Отрегулировать цикл
• Выдержать некоторое время стабилизации между каждой фазой, чтобы успеть стабилизировать показания тензодатчиков
• Использовать комбинацию вышеперечисленного

Если новый материал сильно отличается по текучести от материала, на котором основана конструкция, могут возникнуть проблемы с текучестью. Как правило, плохая сыпучесть может привести к закупорке порошка в бункере, что приведет к значительно долгому времени дозирования или выгрузки, что может снизить производительность установки с серьезными экономическими последствиями. Такие радикальные изменения могут потребовать изменения процессов и инвестиций для удовлетворения производственных потребностей:

• Замена дозирующего оборудования
• Изменение угла конуса бункеров или диаметра выходного отверстия
• Добавление вспомогательных средств для разгрузки (вибрационное дно, псевдоожижающие прокладки, механические мешалки)
• Тяга воздуха во время дозирования (особенно для точного дозирования)
• Плохой монтаж (бункер соприкасается со статическим электричеством: кабельный лоток или платформа)
• Нарушение электронного сигнала
• Неисправность тензодатчиков (вне калибровки)

Если вы уже знаете, что вам нужно дозировать и в каких условиях. Или пока не знаете, но у вас появились вопросы — заполните форму или свяжитесь любым удобным для вас способом: sales@ptking.ru или 8(843)245-66-69 , наши сотрудники оперативно помогут.