چگونه از تکنولوژی آسیاب-کلاسیفایر ACM برای تولید پودر میکرونیزه بهره ببریم؟

آسیاب-کلاسیفایر یا ACM متشکل از یک آسیاب ضربه ای مکانیکی همراه با یک کلاسیفایر هوایی دینامیک است. این نوع از آسیاب برای تولید پیوسته و ظرفیت بالا مناسب است.  آسیاب-کلاسیفایر ها در صنایع مختلف از جمله صنایع شیمیایی و غذایی برای تولید پودر میکرونیزه خشک مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله، پس از توصیف کاربری، نحوه عملکرد و مدل های متداول آسیاب-کلاسیفایر، به توضیح نحوه تنظیم عملکرد آسیاب برای کنترل دانه بندی خروجی می پردازیم.

انواع مختلف تجهیزات خردایش مواد خشک برای تولید خروجی های درشت، متوسط، ریز و بسیار ریز وجود دارند. این مقاله به بررسی آسیاب-کلاسیفایر هوایی می پردازد که بسته به نوع ماده  توانایی تولید ذرات ریز با اندازه نامی 45 میکرون یا کوچک تر را دارد.
یک آسیاب-کلاسیفایر فرایند خردایش و جداسازی را در یک مرحله انجام می دهد. این نوع آسیاب از جریان هوا برای انتقال مواد ورودی به محفظه جداسازی استفاده می کند و ماده را به دو بخش ریز و درشت تقسیم می کند، ذرات درشت را برای خردایش مجدد به محفظه آسیاب بر می گرداند و ذرات ریز را به خارج از آسیاب منتقل می کند. همه این فرایندها در یک عملیات پیوسته صورت می گیرد.
مزیت دیگر آسیاب-کلاسیفایر تطبیق پذیری آن است. به این معنی که این آسیاب، نه تنها می تواند دامنه گسترده ای از مواد شامل مواد شیمیایی، معدنی، غذایی و مواد مغذی را آسیاب کند، در عین حال حجم جریان هوای زیاد آسیاب موجب می گردد این آسیاب برای خردایش مواد حساس به دما نیز بسیار مناسب باشد. جهت کمک به خشک کردن مواد مرطوب  می توان از جریان هوای ورودی گرم استفاده کرد و یا رطوبت و دمای هوا را برای مواد حساس به دما یا مواد جاذب رطوبت  تنظیم کرد. به منظور استفاده از هوای مطبوع (به نحوی که این هوا دوباره به سیستم بازگردانده شود) و یا جهت جاگزینی هوا با گاز نیتروژن و یا دیگر انواع گاز خنثی (برای مواد قابل انفجار و اشتعال) می توان این آسیاب را در یک سیستم بسته استفاده کرد.
برای آسیاب کردن مواد سخت (تا سختی 40Mohs)، می توان از تمهیدات ضد سایش برای اجزای داخلی  آسیاب-کلاسیفایر استفاده نمود؛ این روش برای آسیاب های ظرفیت بالا (تا توان 200 کیلو ولت یا بیشتر) در صنایع معدنی و برای مواد ساینده به کار می رود. استفاده از جنس استنلس استیل و رعایت ضوابط ساخت تجهیزات بهداشتی امکان استفاده از آسیاب برای محصولات دارویی و رده غذایی و دیگر کاربری  هایی که نیاز به تمیز کاری ویژه دارند را میسر می سازد. برای مواد قابل انفجار و اشتعال، در شرایطی که جایگزین کردن هوا با گاز خنثی از لحاظ اقتصادی به صرفه نیست، می توان از طراحی آسیاب و دیگر تجهیزات سیستم برای تحمل فشار 100bar بهره برد.
برخلاف آسیاب های چکشی معمولی، که در آن توری با سایزهای مختلف، اندازه ذرات خروجی را کنترل می کند، در آسیاب-کلاسیفایر، با کنترل سرعت کلاسیفایر می توان اندازه نهایی ذرات (تاپ کات) را تنظیم نمود. به دلیل اینکه در این مدل آسیاب، فرایند جداسازی داخل آسیاب صورت می گیرد (و نه در یک دستگاه جداگانه) این آسیاب نه تنها به نسبت کوچک و کم حجم است بلکه در مقایسه با دیگر آسیاب ها (که نیاز به یک تجهیز مجزا برای کنترل دانه بندی محصول هستند) یک مزیت اقتصادی محسوب می گردد. 

مشخصات قطعات و نحوه عملکرد

در حالیکه سازندگان مختلف، از پیکربندی ها و اندازه های  مختلف در طراحی و تولید استفاده می کنند، اکثر آسیاب-کلاسیفایرها دارای قطعات اصلی و مشخصه های عملکردی مشترک هستند.

اجزا - یک آسیاب-کلاسیفایر معمولی (که با توجه به جهت روتور کلاسیفایر آن آسیاب-کلاسیفایر عمودی نامیده می شود) در شکل 1 نشان داده شده است. این آسیاب شامل یک بدنه استوانه ای عمودی است که در برگیرنده کلاسیفایر با پره های متعددِ نزدیک به هم، روتور ضربه ای  افقی همراه با موتور با توان 1 تا 600 کیلووات (بسته به سایز آسیاب) می باشد.

ابزار ضربه زننده (معمولا چکش ها) در محیط یک دیسک که زیر روتور کلاسیفایر قرار دارد نصب می شود. این دیسک بر روی یک مجموعه یاتاقان بندی با سیستم محرک (مستقل از سیستم محرک کلاسیفایر) نصب شده است. یک لاینر حلقوی شکل (معمولا با منحرف کننده های متعدد و شیارهای عمودی) دیسک و چکش ها را در بر می گیرد. در بالای روتور ضربه ای، بین لاینر و کلاسیفایر، معمولا یک مجموعه شرود و بفل قرار داده می شود. فضای بین شرود و بفل و لاینر منطقه خردایش و فضای بین شرود و بفل و روتور کلاسیفایر منطقه جدا سازی را تشکیل می دهد.
مجموعه بدنه آسیاب، لاینر،‌ روتور ضربه ای و شرود "محفظه خردایش" را تشکیل می دهند. در یک سمت محفظه خردایش در زیر روتور آسیاب یک ورودی هوا و نیز در سمت خروجی روتور کلاسیفایر یک خروجی برای مخلوط هوا و محصول قرار دارد.

عملکرد - در حین کار هوا از طریق ورودی هوا در محفظه خردایش وارد بخش زیرین محفظه می شود و در حالیکه مواد ورودی را در برگرفته است، مواد را از قسمت زیر دیسک روتور به سمت بالا و به منطقه خردایش هدایت می کند. چکش های چرخان به ذرات ضربه می زنند و آن ها را به سمت لاینر منحرف می کنند. شیارهای عمودی لاینر سرعت محیطی ذرات را کم و آن ها را مجددا به سمت چکش ها هدایت می کند تا نیروی ضربه بر ذرات خرد شده (که همراه با جریان هوا به سمت بالا در حرکتند) را به حداکثر برساند. بفل ها در مجموعه شرود و بفل به هدایت ذرات به منطقه جداسازی کمک می کنند. ذرات ریز از شکاف های بین پره های روتور کلاسیفایر عبور می کنند و همراه با هوا به سمت خروجی هدایت می شوند، در حالیکه ذرات درشت که نمی توانند از روتور کلاسیفایر عبور کنند جهت خردایش بیشتر به منطقه خردایش بازگردانده می شوند.

درایوها - موتورهای جداگانه برای روتور کلاسیفایر و روتور ضربه این امکان را فراهم می کند که بتوان سرعت چرخش هر یک از این اجزاء را به صورت مستقل تنظیم کرد. هر دوی این درایوها می توانند درایوهای سرعت متغیر باشند ولی معمولاْ روتور آسیاب سرعت ثابت در نظر گرفته می شود. آسیاب-کلاسیفایر عمودی، یک مجموعه درایو هم محور دارد به شکلی که یکی از شفت ها داخل شفت دیگر قرار دارد که باعث کاهش ارتفاع کل آسیاب می شود. دیگر انواع درایوها در بخش بعدی شرح داده خواهند شد.

به هدف نظارت بر شرایط محفظه یاتاقان بندی، می توان آسیاب را به سنسورهای لرزش و دما مجهز نمود. این امر باعث می شود که پیش از به وجود آمدن مشکلات مکانیکی جدی عملیات تعمیر و نگهداری انجام شود.

مدل های متداول آسیاب-کلاسیفایر ACM

علاوه بر آسیاب-کلاسیفایر عمودی مدل های دیگری از آسیاب-کلسیفایر وجود دارند که نحوه عملکرد آنها شبیه آسیاب-کلاسیفایر عمودی است با این تفاوت که هریک از آنها پیکر بندی متفاوتی دارند.
دو دیسک همراه با چکش ها ضربه اصلی و ثانوی ایجاد می کنند. مزیت این آسیاب در مقایسه با دیگر مدل های آسیاب این است که روتور کلاسیفایر به جای برگرداندن ذرات درشت به محفظه خردایش، آنها را از آسیاب خارج می کند. این امر ذرات سخت و ذراتی که قابل خرد شدن نیستند را از محفظه خردایش خارج می کند و باعث کاهش مصرف انرژی و نیز کاهش سایش اجزاء آسیاب و خارج کردن آلاینده ها (که منجر به کاهش کیفیت و تغییر رنگ محصول نهایی می شوند) می شود.
این آسیاب درایوهای مستقلی برای کلاسیفایر و آسیاب دارد و به همین دلیل می تواند گستره موادی مشابه آسیاب های عمودی را خردایش کند.

تنظیم کارکرد آسیاب به هدف تغییر سایز نهایی ذرات

برای بدست آوردن سایز نهایی ذرات و نیز توزیع اندازه ذرات دلخواه، می توان آسیاب-کلاسیفایر را به اجزای مختلف مجهز نمود.  
هر چه سرعت چرخش روتور آسیاب بیشتر باشد توزیع اندازه ذرات نهایی ریزتر خواهد بود. کاهش سرعت روتور آسیاب نیز باعث کاهش تولید ذرات ریز و تولید ذرات درشت تر می شود.
زمانی که این دو نیرو برای یک ذره خاص در حالت تعادل هستند، این ذره شانس پنجاه درصدی برای عبور از کلاسیفایر (یعنی ذره همراه با هوا به داخل روتور و به سمت خروجی جریان می یابد) یا رد شدن توسط آن (یعنی ذره به سمت منطقه خردایش برگردانده می شود) را دارد. بنابراین با تغییر نیروهای پسا  و نیروی جرم در آسیاب می توان نقطه جداسازی (کات پوینت) را تعیین کرد (تعیین نقطه جداسازی ذرات ریز از ذرات درشت کات پوینت نامیده می شود). کات پوینت و در نتیجه سایز نهایی ذره با توان دوم سرعت روتور کلاسیفایر رابطه دارد. بنابراین تغییر جزئی در سرعت چرخش روتور تاثیر بزرگی روی سایز ذرات نهایی خواهد داشت.

جدول 1 - تاثیر میزان جریان هوا و سرعت کلاسیفایر بر اندازه ذرات

میزان جریان هوا	سرعت چرخش کلاسیفایر	اندازه ذرات نهایی
ثابت	ثابت	بدون تغییر
ثابت	بیشتر	ریزتر
ثابت	کمتر	درشت تر
بیشتر	ثابت	درشت تر
کمتر	ثابت	ریزتر

در این سیستم یک تغذیه کننده یا فیدر میزان مواد منتقل شده از روتاری ولو ایرلاک به آسیاب را اندازه گیری می کند. ذرات درشتی که به وسیله روتور کلاسیفایر رد شده اند، به محفظ آسیاب بازگردانده می شوند.  محصول از طریق خروجی وارد یک سیستم جمع آوری ذرات می شود. در این تجهیز ذرات ریز از جریان هوا جدا شده و سپس از طریق یک روتاری ولو تخلیه می شوند. گاز به سمت یک فیلتر ثانویه ایمنی و سپس به دمنده یا بلوئر جریان می یابد که میزان گاز مورد نیاز برای سیستم را تولید می کند. گاز بازیابی شده از یک مبدل حرارتی عبور می کند و مقداری نیتروژن اضافه به جریان گاز اضافه می شود. برای تامین میزان اکسیژن مورد نیاز سیستم قبل از فیلتر ایمنی دیگر و به آسیاب برگردانده می شود. شیر در سمت راست، به منظور کنترل کردن فشار داخلی سیستم بسته، گاز اضافه را خارج می کند.

چند نکته در انتخاب آسیاب-کلاسیفایر

برای انتخاب یک آسیاب-کلاسیفایر مناسب لازم است که اطلاعات اولیه درباره ماده ورودی و شرایط مورد نیاز محصول نهایی با تولید کننده آسیاب در میان بگذارید. این اطلاعات شامل سایز ذرات ماده ورودی و دیگر مشخصات (مانند شکل ذرات، چگالی نسبی، چسبناکی، سختی ماوس،‌ میزان رطوبت، شکنندگی، نقطه نرم شدن و نقطه ذوب) و توزیع اندازه ذرات مورد نیاز برای محصول نهایی است.
این اطلاعات کمک می کند که تامین کننده بتواند شما را به سمت آسیاب و طراحی سیستم مناسب برای کاربری مورد نظر هدایت کند. معمولاْ لازم است که در یک سیستم پایلوت چند مرتبه از مواد تست گرفته شود. نتایج این تست نه تنها باعث مشخص شدن آسیاب مناسب می شود، در عین حال می تواند برای زمانی که تجهیزات در کارخانه شما نصب می شوند، اطلاعات کاربردی برای بهره برداری بهینه از سیستم را به شما بدهد.