一文認識粉體混合均勻度評價方法

發布時間 | 2017-10-12 14:04 分類 | 粉體加工技術點擊量 | 11296

導讀：粉體物料混合是工業生產中常見的工藝過程，目前在化工、制藥、食品、建筑等領域都有非常廣泛的應用。

粉體物料混合是工業生產中常見的工藝過程，目前在化工、制藥、食品、建筑等領域都有非常廣泛的應用。粉體物料混合是指多種不同成分的粉體顆粒，在混料器中產生運動速度或方向的變化，最終使不同成分的顆粒在混料器中達到隨機均勻分布的操作過程。混合效果的好壞直接決定著產品的質量，所以對粉體物料進行高效混合非常重要。由于混合過程中粉體的運動十分復雜，因此如何正確評價物料的混合效果成為研究的熱點和難點。

一、混合原理

在粉體混合的過程中，通常按照粉體顆粒在混料器中的運動狀態，其混合原理可以分為三種：對流混合；剪切混合；擴散混合。

粉體混合示意圖

1、對流混合

對流混合是指在攪拌器的作用下，不同組分的固體顆粒進行大幅度的位置移動，在來回流動過程中進行混合。

2、剪切混合

剪切混合是指由于不同組分的固體顆粒的運動速度不同，在粉體中會形成很多滑移面，各個滑移面之間發生相對滑動，像薄層狀的流體一樣進行混合。

3、擴散混合

擴散混合是指在微觀狀態下，兩個相鄰的顆粒之間的局部混合，由于相鄰顆粒問相互改變位置的改變，會引起粉體顆粒之間相互滲透、摻和，擴散混合過程可以使物料達到完全均勻的混合程度。

粉體混合機內部結構

在整個粉體混合過程中，初期是以對流混合為主，這一階段特點是混合速度較大；中期以擴散混合為主；剪切混合在全部混合過程中都起著作用。

二、粉體混合效果評價方法

粉體物料混合效果的評價要用科學的方法對混合效果進行定量分析，準確判斷混合均勻度。但是由于混合過程的復雜性，目前研究人員對粉體物料混合時顆粒的實際運動規律還不能完全掌握，如何正確的評價物料的混合效果一直是研究的熱點和難點。

目前，粉體混合效果評價方法主要包括：化學分析法、示蹤法和儀器分析法，其中儀器分析方法越來越多的被使用，儀器分析法主要包括數字圖像分析法、近紅外光譜法、x射線光譜法等。

（一）化學分析法

化學分析法是指混合結束后首先取樣，然后使用合適的化學試劑處理樣品，產生化學反應后，通過儀器或滴定的方式，定量某種物質含量，從而計算出粉體混合均勻度。

化學分析法優點是：所需儀器相對簡單，測定成本低，定量準確，數據可靠。

缺點是：相對耗時費力，其所需時間較長，有一定的滯后性，無法做到實時在線監測。

（二）示蹤法

示蹤法測定粉體料混合均的原理是將少量的示蹤劑顆粒（如磁性鐵粉或有特殊顏色的惰性顆粒等）加入到要混合的物料中，然后用相應的檢測手段觀察或記錄示蹤顆粒的蹤跡，最后計算出樣本中示蹤劑的數量，從而計算出混合均勻度。

示蹤法的優點是：能夠對混合均勻度進行分析，還可以對粉體混合的整個過程進行直觀的研究。

缺點是：對示蹤劑的選擇性要求較高，如示蹤劑即不能對最終混合物的功能和用途造成影響，又不能與混合物中任一組份發生反應。因此，示蹤劑的選擇較為困難，導致示蹤法的使用也有一定的限制。

（三）數字圖像分析法

數字圖像處理技術是指通過圖像采集設備，如掃描儀將連續的圖像，通過圖像分析軟件處理為計算機可以采集的信息。利用數字圖像技術可以得到粉體物料混合截面圖像中顆粒的很多信息，如：粉體顆粒的粒徑、圓形度、棱角系數等。通過建立模型，確定計算方法，以某一計算機采集到的信息作為評價指標，能夠定量評價粉體顆粒混合的均勻性。

數字圖像分析示意圖

數字圖像分析法優點是：在于直觀，不破壞樣品，可多次重復分析，簡便快捷。

缺點是：需要根據不同種類的物料混合建立不同的數學模型和統計方法，需要找到合適的評價指標，這一過程較為繁瑣，無法建立統一標準，影響其廣泛應用。

（四）近紅外光譜法

近紅外光譜是指介于中紅外與可見光之間的電磁波，其波長780—2500nm。近紅外光譜區與有機分子中含氫基團（OH、NH、CH）振動的合頻和各級倍頻的吸收區一致，通過掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機分子含氫基團的特征信息。通過樣品的近紅外光譜與準（參考）樣品光譜集的對比，可以分析出樣品中某一組分的含量，從而計算出混合均勻度。

近紅外光譜法優點是：具有快速、高效、準確，不破壞樣品等優點，并且近紅外光譜具有在線監測的優勢，可以實了解粉體物料的混合情況，因此該技術受到越來越多人的重視。

缺點是：其只能檢測含氫基團的分子，只適用于有機物混料的分析，不適用于無機粉體物料混合效果的判定。

近紅外光譜儀

（五）X射線光譜法

X射線熒光光譜分析也是一種快速準確的分析方法。X射線光譜法的工作原理是通過專用的X射線管產生某一特定波長的X射線，當這種X射線照射粉體顆粒，會使顆粒中的各種元素被激發，從而產生具有不同波長和強度的特征X射線。應用X射線晶體分光光譜儀，能檢測出各組成元素的特征X射線的波長及強度，通過與標準圖譜進行對比即可得元素的類型與含量值，從而對元素進行定量和定性分析，最終計算出粉體混合的均勻度。