凈化無(wú)菌車間混合設(shè)備選型的基本原則

凈化無(wú)菌車間混合設(shè)備選型時(shí)，首先要了解該混合操作過(guò)程在整個(gè)生產(chǎn)中所處的位置、混合目的、終要求達(dá)到的混合度大小、粉粒體的物性和處理量，以及其他相應(yīng)的工作條件。這些工作條件主要包括：間歇式還是連續(xù)式操作，物料是否對(duì)剪切敏感，有無(wú)腐蝕性或需要特殊的結(jié)構(gòu)，是否允許粉粒體尺寸的減小，熱量的移出或加入，環(huán)境要求，混合設(shè)備的維護(hù)清洗要求等。同時(shí)還須結(jié)合混合設(shè)備本身的特性來(lái)選用合適的混合設(shè)備的型式。一般情況下，可根據(jù)下列三個(gè)基本原則進(jìn)行選型。

1.根據(jù)過(guò)程的要求進(jìn)行選型

凈化無(wú)菌車間混合設(shè)備在選型時(shí)，很少僅僅根據(jù)一系列獨(dú)立實(shí)驗(yàn)中得到的混合物質(zhì)量來(lái)確定設(shè)備型式。通常，要綜合考慮混合物質(zhì)量和不同混合設(shè)備類型對(duì)過(guò)程的相容性，初始選擇時(shí)首先將不相容的混合設(shè)備淘汰，這些相容性主要指以下內(nèi)容：

(1) 產(chǎn)品的純凈度：在很多工業(yè)過(guò)程中，產(chǎn)品的純凈度是很重要的。為避免批量操作之間的污染，每次使用后，混合設(shè)備須徹底清洗。為適應(yīng)這一條件，混合器內(nèi)部形狀要光滑，內(nèi)表面應(yīng)進(jìn)行高精度拋光處理，而且要易于清洗操作。為避免潤(rùn)滑油可能產(chǎn)生的污染。軸承與密封件不應(yīng)與混合物直接接觸，或安放在混合物上面。轉(zhuǎn)筒式混合設(shè)備---即常見(jiàn)的立方型，雙錐型、V型和Y型混合設(shè)備能滿足上述的所有要求，具有簡(jiǎn)單的外形，并且混合設(shè)備內(nèi)部與旋轉(zhuǎn)部分無(wú)接觸。

帶有復(fù)雜葉輪裝置的低速對(duì)流混合設(shè)備，不僅存在著清洗問(wèn)題，而且所有對(duì)流混合設(shè)備均存在混合物與潤(rùn)滑表面接觸的可能性，如螺帶攪拌器、Nauta混合器、高速葉輪混合器、垂直螺旋混合器等。此外，閉路循環(huán)料斗混合器及流化床混合器等也不使用于產(chǎn)品規(guī)格經(jīng)常變動(dòng)、并需徹底沖洗循環(huán)體系的場(chǎng)合。同時(shí)，氣體循環(huán)系統(tǒng)也存在潤(rùn)滑油污染氣流的問(wèn)題。

(2)密閉性：混合設(shè)備選型時(shí)，除要考慮能提供高純度的產(chǎn)品外，還須考慮粉塵逸出并污染環(huán)境等環(huán)保問(wèn)題。從健康、安全及經(jīng)濟(jì)角度考慮，應(yīng)盡可能減少粉塵逸出，將粉料全部密閉在封閉的混合容器中操作。但加料和卸料操作時(shí)，密閉須打開(kāi)，此時(shí)將有一些細(xì)粉塵逸出彌散到周圍空氣中，也應(yīng)采取措施盡量減少污染。

轉(zhuǎn)筒式混合設(shè)備因回轉(zhuǎn)軸封屬靜密封，所以容易密封，且密閉性好。但該類設(shè)備同時(shí)也有許多不足之處，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

①不利于在工作期間向內(nèi)部添加物料。這類設(shè)備加料時(shí)大多需停止運(yùn)轉(zhuǎn)，或者在旋轉(zhuǎn)容器上裝一套機(jī)械結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的軸向進(jìn)料系統(tǒng)。

②難以在混合過(guò)程中對(duì)混合物進(jìn)行加熱和冷卻。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)筒混合設(shè)備通常很容易制作單層筒體，但難以增加夾套。即使制成了，也存在如何對(duì)容器提供穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)流向的換熱流體等問(wèn)題。

③難以對(duì)混合物質(zhì)量實(shí)施連續(xù)不斷的目測(cè)或機(jī)械監(jiān)測(cè)。

與此形成鮮明對(duì)照的是，靜止外殼、低速、對(duì)流式的混合設(shè)備在進(jìn)行混合過(guò)程的同時(shí)，能很方便地向內(nèi)部添加物料，并對(duì)加料過(guò)程實(shí)施監(jiān)控，而且在筒體外殼上增加夾套也非常容易。

(3)粉碎作用：有時(shí)，混合設(shè)備選型時(shí)還要考慮混合過(guò)程應(yīng)避免或促使顆粒尺寸減小的問(wèn)題，及混合設(shè)備的粉碎作用。一般情況下，轉(zhuǎn)筒式混合設(shè)備和低速對(duì)流式混合設(shè)備的“溫和“操作，不至于造成明顯的粉碎；但高速葉輪沖擊顆粒的混合設(shè)備或有強(qiáng)烈剪切作用的混合設(shè)備具有較強(qiáng)的粉碎作用。因此，如果要求設(shè)備的粉碎作用較小時(shí)，應(yīng)避免選用高速葉輪混合器、研磨機(jī)，以及在葉輪與混合器器壁間間家很小的混合設(shè)備。

(4)溫升問(wèn)題：帶有大量能量輸入的粉碎型混合設(shè)備，可能會(huì)使混合物產(chǎn)生可觀的溫度上升。若設(shè)備內(nèi)混合物遇熱會(huì)產(chǎn)生分解，則不宣選用該類設(shè)備。但個(gè)別情況下，采用高速葉輪混合器所形成的溫升可用于使混合物某一成分趨近熔點(diǎn)，并保證混合物成分的物理黏結(jié)。

(5)磨損問(wèn)題：對(duì)于研磨性很強(qiáng)的顆粒，設(shè)備的磨損問(wèn)題比顆粒磨細(xì)更重要，甚至與這類混合物的飛灰接觸，都可能引起軸承損壞。在這方面，轉(zhuǎn)筒式混合設(shè)備具有較大的優(yōu)勢(shì)性，這是因?yàn)榛旌衔锱c潤(rùn)滑表面不相接觸，而且簡(jiǎn)單的筒體壁面可采用耐磨損襯料涂層加以保護(hù)。

(6)混合濕粉料：若要混合濕粉料，可選用不依靠自然循環(huán)的對(duì)流式混合設(shè)備，即用強(qiáng)制對(duì)流混合設(shè)備。如在轉(zhuǎn)筒式混合設(shè)備中增加濕度，為避免大量物料團(tuán)聚結(jié)塊，可在設(shè)備內(nèi)部加裝攪拌葉輪。

(7)連續(xù)操作：連續(xù)混合操作時(shí)，產(chǎn)品規(guī)格不會(huì)經(jīng)常變動(dòng)，設(shè)備的清洗功能也不太重要，關(guān)鍵是工作期間，具備連續(xù)加料和卸料功能。通常，螺帶攪拌器和流化床混合器等結(jié)構(gòu)的對(duì)流式混合設(shè)備可用于連續(xù)式混合工藝，而密閉型結(jié)構(gòu)如轉(zhuǎn)筒式混合設(shè)備等，不太適應(yīng)連續(xù)化操作。

另外，連續(xù)式混合設(shè)備的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也與間歇式混合設(shè)備有較大差別。主要表現(xiàn)為：在選用不同的加料控制系統(tǒng)類型情況下，連續(xù)式混合設(shè)備有時(shí)希望在混合器內(nèi)有大量的返混發(fā)生。在所有連續(xù)式混合設(shè)備中，流化床混合設(shè)備的返混性能佳，而螺帶攪拌器的返混性能則與攪拌槳葉的幾何形狀有關(guān)。

2. 根據(jù)混合物的質(zhì)量要求選型

混合設(shè)備的混合質(zhì)量與混合器效率兩者之間是相輔相成的，只有有了混合物的混合質(zhì)量，才有混合設(shè)備的效率；而比較混合器效率的唯一合理標(biāo)準(zhǔn)是平衡混合物的質(zhì)量。不同混合器達(dá)到這一平衡條件所需的時(shí)間有很大差異，可以采用一種標(biāo)準(zhǔn)混合物，通過(guò)比較混合器的性能來(lái)綜合評(píng)價(jià)其效率。中凈環(huán)球凈化可提供無(wú)菌車間、凈化車間的咨詢、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、安裝改造等配套服務(wù)。

以擴(kuò)散混合或剪切混合作為主要混合機(jī)理的混合設(shè)備，常會(huì)出現(xiàn)分級(jí)，而以對(duì)流混合起主要作用的混合設(shè)備，則較少出現(xiàn)分級(jí)。任何一種依靠轉(zhuǎn)動(dòng)作用的混合設(shè)備，例如旋轉(zhuǎn)殼體或垂直攪拌混合器都可產(chǎn)生相當(dāng)程度的分級(jí)，但螺帶攪拌器及Nauta混合器等有鏟式葉輪的混合設(shè)備可減少分級(jí)傾向。

另外，分級(jí)程度還取決于組分特性。假如物料因過(guò)細(xì)或潮濕使流動(dòng)性變差時(shí)，采用任何一種結(jié)構(gòu)型式的混合設(shè)備生產(chǎn)出的混合物質(zhì)量都不會(huì)有太大差異，此時(shí)，結(jié)構(gòu)選型將主要根據(jù)價(jià)格及過(guò)程的要求而定。但如果物料流動(dòng)性好，并有較寬的篩分，則須從不會(huì)發(fā)生分級(jí)現(xiàn)象的混合設(shè)備中選型，以獲得較佳的混合效果。

在選用用于黏性粉料的混合設(shè)備時(shí)，主要應(yīng)考慮混合速率，它比平衡混合物的質(zhì)量更為重要。而且須注意的是，同一混合設(shè)備其不同方向的混合速率有可能是不一樣的，如轉(zhuǎn)筒式混合設(shè)備的徑向混合速率相對(duì)較快，而軸向混合速率則較慢。但對(duì)于流動(dòng)性能好的混合物，因單個(gè)顆粒的移動(dòng)性能較強(qiáng)，故混合速率與起始加料方式關(guān)系不大。

同時(shí)，評(píng)價(jià)混合設(shè)備性能時(shí)，還不能忽略混合器須完全卸空這一操作特點(diǎn)，這是因?yàn)榕趴詹僮鞒Ｉ婕邦w粒在傾斜表面上的向下擴(kuò)散，并且經(jīng)常牽涉到混合物主體中的剪切作用，而這些因素將促使分級(jí)，所以有可能使原來(lái)在混合器內(nèi)為高質(zhì)量的混合物因卸料過(guò)程而被破壞。

研究表明，通過(guò)不同類型混合設(shè)備混合性能的定性評(píng)價(jià)所獲得的結(jié)果，一般都與上述給出的定性評(píng)價(jià)一致。但是如不經(jīng)過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)工作而直接采用上述評(píng)價(jià)，可能是不明智的。

3.根據(jù)混合費(fèi)用選型

若有兩個(gè)或兩個(gè)以上的混合設(shè)備，既能滿足過(guò)程的要求，又能保證混合物質(zhì)量，則終的混合設(shè)備選擇將取決于混合操作的單位成本。此時(shí)，全面、正確的估算混合費(fèi)用就顯得尤為重要。通常，粉料混合只占全部產(chǎn)品生產(chǎn)費(fèi)用的很小百分比，只有因產(chǎn)品不合規(guī)格而耗費(fèi)較長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間時(shí)，混合才成為代價(jià)較大的過(guò)程。因此，選擇既能滿足混合物質(zhì)量規(guī)格的要求，又能與整個(gè)過(guò)程十分協(xié)調(diào)的混合設(shè)備，比操作費(fèi)用的少量節(jié)省更為重要。

混合過(guò)程的費(fèi)用可分解為三部分：①投資折舊；②能量消耗；③勞動(dòng)工資。

對(duì)于粉粒料的間歇混合過(guò)程來(lái)說(shuō)，選用對(duì)流式混合設(shè)備與選用轉(zhuǎn)筒式混合設(shè)備的單位運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用之間的差異甚小。在決定混合過(guò)程總費(fèi)用中，大多數(shù)情況，勞動(dòng)工資費(fèi)用是占支配地位，任何能夠降低勞動(dòng)含量的措施，均將促使單位操作費(fèi)用明顯降低。

降低勞動(dòng)含量的措施之一是降低混合循環(huán)的操作效率，即適當(dāng)加大低工藝流程容量，也就是適當(dāng)增加混合器的安裝容量。但勞動(dòng)力節(jié)省的結(jié)果將導(dǎo)致折舊費(fèi)用的增加，因此，需要對(duì)循環(huán)時(shí)間作出優(yōu)選。如對(duì)于較低混合速率的混合設(shè)備來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)某萘吭O(shè)計(jì)是無(wú)可非議的。

降低勞動(dòng)含量的第二個(gè)措施是采用連續(xù)化混合操作。在這種情況下，勞動(dòng)力消耗很低，混合器的主要作用是作為緩沖器，以消除組分加料速率的波動(dòng)。而且連續(xù)化混合物操作在降低勞動(dòng)費(fèi)用的同時(shí)，不會(huì)提高折舊費(fèi)用。但須強(qiáng)調(diào)指出的是當(dāng)重點(diǎn)放在控制顆粒由儲(chǔ)存體系到設(shè)備的流動(dòng)時(shí)，輔助設(shè)備的費(fèi)用將上升。

本文由中凈環(huán)球凈化CCG(jjdaxue.com)提供，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。