连续测定颗粒大小均匀性的在线检测技术 在线检测, 实验室, 原材料, 研磨机, 传感器

Bazinga

粉状物质中的颗粒粒径分布对无机盐、乳糖、药物等的有效成分和性能有着重要的影响：细密的粉质颗粒总表面积很大，能够快速反应，因此具有更强的（药物）吸附性能；颗粒状的粉末有着很好的流动性，而且有着很强的抗粘附能力。

通过对待粉碎原材料颗粒的取样，结合实验室的筛选分析，虽然能够提供非常准确的检测数据，但根据这些检测数据无法实现生产现场的实时调整，因此，Frewitt公司决定研发一种新的粉质颗粒粒径在线检测方法。公司利用无机盐在两台研磨机上通过传感器探测技术进行了试验。


Frewitt公司正在对在线颗粒粒径检测技术进行测试

颗粒粒径在线检基于扩展的Ortsfilter技术基础之上，每一个颗粒形成的阴影线把微小的颗粒都转换成了可以检测的信号数据。颗粒的运动速度和运动时间利用光纤元器件进行检测，并用光学设备显示出每一个颗粒的运动。

在线检测设备的检测能力很高，每秒钟可检测的颗粒数量高达几千个。检测系统中的计算机根据检测到的数据，计算出颗粒粒径的大小，能够实时提供粒径范围在50~6000μm的颗粒粒径数据。不同粒径等级的颗粒总数都长久的保存在环形存储器中，从而保证了随时能够提供当前的颗粒粒径数据资料，也保证了数据有着很好的可追溯性，为编辑相关技术文件及记录提供了最原始的资料。与其他在线检测技术不同，这里没有颗粒的数学模型，而是按照每一个颗粒的可见性进行检测的。


图1 D90值：根据在线颗粒粒径检测和筛选分析得出的（实验室检测）数据

在线颗粒粒径检测系统在Frewitt公司的HammerWitt-Lab和ConiWitt-200设备上进行了实验。所使用的HannerWitt研磨设备是一种锤磨机（冲击负荷），适合于对小批量产品进行粉碎，最高转速7000r/min。在这种锤磨机中，转子是偏心设计的，既可在切割侧旋转（长纤维状的原材料），也可在锤击侧旋转（粉碎坚硬原材料的）。所使用的ConiWitt-200是一台连续性工作的筛磨机（剪切负载），最高转速1800r/min，适合于对结块的原材料进行粉碎，对干、湿粉质物体进行精磨。在HammerWitt-Lab和ConiWitt-200两台设备中，颗粒粒径在线检测传感器都是横向安装在设备的出口处。


图2 高速时颗粒粒径的变化

在HammerWitt-Lab锤磨机中，0.5~2.0mm的颗粒粒径分七档进行9次试验，检测结果参见图1。检测结果用图形表示：这种表示方法的优点是，人们得到的不仅仅是有关颗粒粒径平均值的数据，还有检测样本中最大和最小的颗粒粒径数据。
作为检测和有对比性的数据，测定的是D10，D50和D90数值。其中D90是衡量颗粒粒径大小的非常重要的参数。例如图1中测试编号1的D90数据为200μm，即在所有被测颗粒中粒径小于200μm的颗粒数占90%。在这种检测方法中，检测数据都是按照容积－直径（D（V））评判，这表示了颗粒的质量在物质中的分布，在线检测的结果在实验室的筛选分析中得到了证实（图1）。
在11：03分时，ConiWitt-200筛磨机转子转速为5m/s。在转子转速从5m/s提高到14m/s之前，研磨物料的D90值大约为250μm，D50值为90μm。在转子转速提高到14m/s之后，检测到的D90值为100μm，D50值为70μm。采用这种检测方法之后，颗粒粒径的分布差异更小，粉碎、研磨后的粉质原材料更加均匀（图2）。
这种智能化的颗粒粒径在线检测技术能够连续地测定生产设备中颗粒物的粒径大小，实时地反应这些数据。其简单的使用准备工作、有说服力的检测结果、可视化的数据显示功能，使其在批量生产和连续生产的各个流程过程中都能带来很大的帮助。