Skladování sypkých látek. Tok prášku. Režim spotřeby skladové zásoby. Vliv vlastností prášku na jeho tok. Tok sypkých látek v zásobnících

Transkript

1 Skladování sypkých látek Sypké hmoty Doprava a skladování» V kontejnerech» menší objemy» zpracování a logistika na úrovni malých šarží» dlouhodobější skladování» V zásobnících (silech)» velké objemy (např. sušené byliny)» vstup do kontinuálních procesů» rozhraní mezi kontinuální a vsádkovou částí procesu» např. zásobník u tabletovačky Režim spotřeby skladové zásoby» Kontejnerové skladování» na úrovni logistiky» Zásobníky» ovlivněné režimem toku» režim vyprazdňování FIFO» first in first out» požadovaný režim pro farmaceutický průmysl» režim vyprazdňování LIFO» last in first out» možnost degradace, expirace skladovaného materiálu Tok prášku» Podmínky toku práškového lože» překonání mezičásticových sil» zvýšení mezičásticových vzdáleností» expanze práškového lože» Režimy práškového toku» tok plastické pevné látky» setrvačný režim» režim fluidní vrstvy» suspenzní režim Vliv vlastností prášku na jeho tok Tok sypkých látek v zásobnících» Charakter toku prášku určují» adhezivní vlastnosti» kohezní vlastnosti» často měřené společně jako empirické kritérium tokovosti» Adhezivnost a kohezivnost jsou ovlivněny» velikostí a tvarem částic» texturou povrchu částic» elektrickými vlastnostmi» vlhkostí mobilní Nálevkový (jádrový tok) Objemový tok stagnantní 1

2 Poruchy toku sypkých látek Příklady poruchy toku sypkých látek» Zablokování výsypného otvoru (klenbování)» Snížení využitelného prostoru zásobníku» Nekontrolovaný tok (flooding)» Konsolidace nehybného lože» Segregace» různě velikých částic» složek směsí» Tvorba můstků, klenbování (bridging, arching) stagnantní klenba kohezivní můstek» Tvorba děr (ratholing) Volba režimu toku při návrhu Zajištění objemového toku» Nálevkový tok = ekonomické řešení» malé zkosení ve spodní části = prostorová úspornost» pohyblivé částice mimo kontakt se stěnou = nízká abraze»!!! nepůsobí problémy pouze pokud hmota obsahuje» hrubé částice» nelepivé částice» nedochází k segregaci» materiál se nekazí, nedegraduje, nemění vlastnosti» Ve většině farmaceutických aplikací je třeba zajistit objemový tok» Překonání tření na výsypce» Dostatečná velikost výsypného otvoru» zamezení tvorby můstků» překonání kohezní síly vrstvy» Modifikace výsypky» Modifikace tokových vlastností aditivy» stearan hořečnatý» koloidní oxid křemičitý Aerosil Podmínka toku Tokový faktor (zásobníku) ff» Prášek, je-li vystaven tlaku, si vytvoří určitou soudržnost» Tato soudržnost (koheze) může působit zablokování / poruchy toku» σ D napětí v prášku» závisí na vlastnostech prášku» stěně zařízení» geometrii» σ y prostá mez kluzu» nulové napětí volný povrch práškového lože TOK prášek klenba blokuje tok» Vyšší hodnoty ff znamenají horší tokové podmínky c ff D» σ c kompaktační napětí» jaký tlak působí na prášek v loži» Podmínka toku v zásobníku c y ff 2

3 Smykové napětí Smykové napětí Toková funkce prášku Podmínka toku kritické napětí» Pro zajištění toku musíme znát tokovou funkci prášku a tokový faktor zásobníku Závislost prosté meze kluzu na kompaktačním napětí Kohezivita sypkého materiálu Vliv konsolidačního tlaku na vztah napětí a deformace» Měření smykového napětí síla vynaložená na překonání smykového tření normálový tlak na vrstvu kryt 2 prstence» Smykové napětí (úměrné síle nutné k tomu aby ke smyku docházelo) může záviset na celkové smykové deformaci (vzdálenosti již proběhlého smyku) několika způsoby.» Závisí to na stupni zkonsolidování lože před zkouškou překonsolidovaný vzorek sypké hmoty vzorek materiálu stěny zásobníku kritický podkonsolidovaný Smyková deformace Měření ve smykové cele Vnitřní úhel tření» Vrstva se zkonsoliduje tlakem, který by měl přibližně odpovídat kritické konsolidaci» Provede se smykový test pro σ 1 = σ c» Odečte se smykové napětí na úrovni bodu L1» Provede se smykový test pro σ 2 < σ 1» Odečte se smykové napětí na úrovni bodu L2 τ»» Výsledky měření pro jedno σ c je možno vynést jako mezní křivku» Kohezivita C určuje smykové napětí v prášku na který nepůsobí žádný normálový tlak» C závisí na konsolidačním tlaku τ υ Mezní křivka odpovídá určitému konsolidačnímu tlaku Bod izochorického smyku Smyková deformace C σ 3

4 Mezní křivka (mez kluzu) a MK Určení bodu tokové funkce prášku» Body na mezní křivce charakterizují stavy napjatosti, které vedou k poruše (toku)» Mohrovy kružnice, k nimž je mezní křivka tangenciální jsou klíčové pro analýzu toku» σ y prostá mez kluzu» Mohrova kružnice prochází nulou druhé hlavní napětí je nulové» Nulové napětí volný povrch práškového lože» σ c kompaktační napětí» jaký tlak působí na prášek v loži Efektivní úhel vnitřního tření Překonání tření na výsypce» Na řadě prášků ověřeno» Volně tekoucí prášky mají jen jednu mezní křivku, totožnou s efektivní» Úhel smykového tření (wall friction angle)» úhel sevřený vodorovnou osou a spojnicí počátku s bodem na křivce překonání smykového tření» zpravidla klesá s rostoucím kolmým zatížením» ovlivňuje jej» drsnost povrchu zásobníku (původní, abraze, koroze)» teplota» vlhkost» doba klidového kontaktu Adhezivita sypkého materiálu» Měření smykového napětí Úhel stěnového tření» normálový tlak na vrstvu kryt prstenec síla vynaložená na překonání smykového tření vzorek sypké hmoty vzorek materiálu stěny zásobníku 4

5 Tokový faktor zařízení Modifikace výsypky» Je funkcí δ, θ, Φ w» Pro dosažení objemového toku δ = 30 obrácená kuželová vestavba uspořádání kužel v kuželu více výsypek» Pásové dopravníky a dávkovače» různá konstrukce» kryté, otevřené» ploché, konvexní» se zarážkami» Šnekové dopravníky a dávkovače» Korečkové výtahy» ve farmaceutickém průmyslu neobvyklé» vhodné pro velké objemy» Vibrační dopravníky a dávkovače» segregace prášků» nevhodné pro suroviny ve farmaceutickém průmyslu» Pneumatické dopravníky» práce se stlačeným vzduchem nebo vakuem» pouze tam kde nehrozí segregace Literatura» M. E. Fayed, Thomas S. Skocir: Mechanical Conveyors: Selection and Operation 5