Keramika

3.1.1 Příprava suspenze

Při použití procesu granulace rozprašovacím sušením je příprava suspenze klíčová. Obsah pevných látek, jemnost a tekutost kalu přímo ovlivňují výstup a velikost částic suchého prášku.

Protože prášek tohoto druhu hlinitého porcelánu je neplodný, je nutné přidat vhodné množství pojiva pro zlepšení tvářecích vlastností polotovaru. Běžně používané organické látky, jako je dextrin, polyvinylalkohol, karboxymethylcelulóza, polystyren atd. V tomto experimentu byl zvolen polyvinylalkohol (PVA), ve vodě rozpustné pojivo. Je citlivější na vlhkost prostředí, přičemž změna vlhkosti prostředí významně ovlivní vlastnosti suchého prášku.

Polyvinylalkohol má mnoho různých druhů, různé stupně hydrolýzy a polymerace, které ovlivňují proces sušení rozprašováním. Jeho obecný stupeň hydrolýzy a polymerace ovlivňují proces sušení rozprašováním. Jeho dávkování je obvykle 0,14 - 0,15 % hmotnostních. Příliš velké množství způsobí, že prášek pro granulaci rozprašováním vytvoří tvrdé suché částice, které zabrání deformaci částic během lisování. Pokud nelze vlastnosti částic během lisování odstranit, tyto vady se uloží v surovém tělese a nelze je po vypálení odstranit, což ovlivní kvalitu konečného produktu. Příliš malé množství pojiva v surovém tělese zvýší provozní ztráty. Experiment ukazuje, že při přidání správného množství pojiva je možné pod mikroskopem pozorovat průřez surového polotovaru. Je vidět, že když se tlak zvýší z 3 MPa na 6 MPa, průřez se plynule zvětší a objeví se malý počet kulovitých částic. Při tlaku 9 MPa je řez hladký a v podstatě neobsahuje žádné kulovité částice, ale vysoký tlak vede ke stratifikaci zeleného polotovaru. PVA se otevírá při teplotě asi 200 ℃.

Začněte hořet a odtékejte při teplotě asi 360 °C. Aby se rozpustilo organické pojivo a navlhčily částice polotovaru, vytvořila se mezi částicemi tekutá mezivrstva, zlepšila se plasticita polotovaru, snížilo se tření mezi částicemi a tření mezi materiály a formou, podpořilo se zvýšení hustoty lisovaného polotovaru a homogenizace rozložení tlaku a také se přidá vhodné množství změkčovadla, běžně se používá glycerin, kyselina ethylšťavelová atd.

Protože pojivo je organický makromolekulární polymer, je velmi důležitý i způsob jeho přidávání do suspenze. Nejlepší je přidat připravené pojivo do jednotné suspenze s požadovaným obsahem pevných látek. Tímto způsobem se zabrání vnášení nerozpuštěných a nedispergovaných organických látek do suspenze a sníží se možné vady po vypálení. Po přidání pojiva se suspenze snadno vytvoří kulovým mletím nebo mícháním. Vzduch zabalený v kapičce je v suchém prášku, což způsobuje, že suché částice jsou duté a snižuje se objemová hustota. Pro vyřešení tohoto problému lze přidat odpěňovače.

Vzhledem k ekonomickým a technickým požadavkům je vyžadován vysoký obsah pevných látek. Vzhledem k tomu, že výrobní kapacita sušičky se vztahuje k odpařované vodě za hodinu, suspenze s vysokým obsahem pevných látek výrazně zvýší výstup suchého prášku. Když se obsah pevných látek zvýší z 50 % na 75 %, výkon sušičky se zdvojnásobí.

Nízký obsah pevných látek je hlavním důvodem vzniku dutých částic. Během sušení voda migruje na povrch kapky a unáší pevné částice, což způsobuje, že vnitřní část kapky je dutá. Pokud se kolem kapky vytvoří elastický film s nízkou propustností, v důsledku nízké rychlosti odpařování se teplota kapky zvyšuje a voda se odpařuje z vnitřní části, což způsobuje vyboulení kapky. V obou případech se kulovitý tvar částic naruší a vzniknou duté prstencové nebo jablkovité či hruškovité částice, což snižuje tekutost a objemovou hustotu suchého prášku. Kromě toho může suspenze s vysokým obsahem pevných látek snížit...

Při krátkém sušení může zkrácení sušicího procesu snížit množství lepidla přenášeného na povrch částic spolu s vodou, čímž se zabrání tomu, aby koncentrace pojiva na povrchu částic byla větší než ve středu, takže částice mají tvrdý povrch a během lisování a tvarování se nedeformují a nedrtí, čímž se snižuje hmotnost polotovaru. Proto je pro získání vysoce kvalitního suchého prášku nutné zvýšit obsah pevných látek v suspenzi.

Suspenze použitá pro sušení rozprašováním by měla mít dostatečnou tekutost a co nejméně vlhkosti. Pokud se viskozita suspenze sníží přidáním většího množství vody, zvýší se nejen spotřeba energie při sušení, ale také se sníží objemová hmotnost produktu. Proto je nutné snížit viskozitu suspenze pomocí koagulantu. Vysušená suspenze se skládá z několika mikronů nebo menších částic, které lze považovat za koloidní disperzní systém. Teorie koloidní stability ukazuje, že na částice suspenze působí dvě síly: van der Waalsova síla (Coulombova síla) a elektrostatická odpudivá síla. Pokud je síla převážně gravitační, dochází k aglomeraci a flokulaci. Celková potenciální energie (VT) interakce mezi částicemi souvisí s jejich vzdáleností, během níž je VT v určitém bodě součtem gravitační energie VA a odpudivé energie VR. Pokud VT mezi částicemi představuje maximální kladnou potenciální energii, jedná se o systém, který se depolymeruje. Pro danou suspenzi je VA jistá, takže stabilita systému je dána funkcemi, které řídí VR: povrchovým nábojem částic a tloušťkou dvojitých elektrických vrstev. Tloušťka dvojvrstvy je nepřímo úměrná druhé odmocnině valenční vazby a koncentraci rovnovážného iontu. Stlačení dvojité vrstvy může snížit potenciální bariéru flokulace, takže valenční vazba a koncentrace rovnovážných iontů v roztoku musí být nízké. Běžně používané deemulgátory jsou HCl, HNO3, NaOH, (CH)3noh (kvartérní amin), GA atd.

Protože vodní suspenze z keramického prášku z oxidu hlinitého 95 je neutrální a alkalická, mnoho koagulantů, které mají dobrý ředicí účinek na jiné keramické suspenze, ztrácí svou funkci. Proto je velmi obtížné připravit suspenzi s vysokým obsahem pevných látek a dobrou tekutostí. Neplodná suspenze z oxidu hlinitého, která patří k amfoternímu oxidu, má v kyselém nebo alkalickém prostředí různé disociační procesy a vytváří disociační stav s různým složením a strukturou micel. Hodnota pH suspenze přímo ovlivňuje stupeň disociace a adsorpce, což vede ke změně potenciálu ζ a odpovídající flokulaci nebo disociaci.

Suspenze oxidu hlinitého má maximální hodnotu kladného a záporného ζ potenciálu v kyselém nebo alkalickém prostředí. V tomto okamžiku je viskozita suspenze v nejnižší hodnotě stavu dekoagulace, zatímco když je suspenze v neutrálním stavu, její viskozita se zvyšuje a dochází k flokulaci. Bylo zjištěno, že tekutost suspenze se výrazně zlepšuje a viskozita suspenze se snižuje přidáním vhodného deemulgátoru, takže se její hodnota viskozity blíží hodnotě viskozity vody. Tekutost vody měřená jednoduchým viskozimetrem je 3 sekundy / 100 ml a tekutost suspenze je 4 sekundy / 100 ml. Viskozita suspenze se snižuje, takže obsah pevných látek v suspenzi se může zvýšit na 60 % a může se vytvořit stabilní výplň. Výrobní kapacita sušičky se vztahuje k odpařování vody za hodinu, což platí i pro suspenzi.

3.1.2 Řízení hlavních parametrů v procesu sušení rozprašováním

Proudění vzduchu v sušicí věži ovlivňuje dobu sušení, dobu zdržení, zbytkovou vodu a přilepení kapiček ke stěnám. V tomto experimentu je proces míchání kapiček se vzduchem smíšeným prouděním, tj. horký plyn vstupuje do sušicí věže shora a rozprašovací tryska je instalována ve spodní části sušicí věže, čímž vzniká fontánový sprej a kapičky mají parabolický tvar, takže se kapičky míchá se vzduchem protiproudě a když kapička dosáhne vrcholu zdvihu, stane se proudem po proudu a rozstřikuje se do kuželovitého tvaru. Jakmile kapička vstoupí do sušicí věže, brzy dosáhne maximální rychlosti sušení a vstoupí do fáze sušení konstantní rychlostí. Délka fáze sušení konstantní rychlostí závisí na obsahu vlhkosti v kapičce, viskozitě kalu, teplotě a vlhkosti suchého vzduchu. Hraniční bod C mezi fází sušení konstantní rychlostí a fází rychlého sušení se nazývá kritický bod. V tomto okamžiku již povrch kapky nedokáže udržet nasycený stav migrací vody. S klesající rychlostí odpařování se teplota kapiček zvyšuje a povrch kapiček v bodě D je nasycený, čímž vzniká vrstva tvrdé skořápky. Odpařování se přesouvá dovnitř a rychlost sušení dále klesá. Další eliminace vody souvisí s propustností tvrdé skořápky pro vlhkost. Proto je nutné kontrolovat přiměřené provozní parametry.

Obsah vlhkosti suchého prášku je určen především výstupní teplotou rozprašovací sušárny. Obsah vlhkosti ovlivňuje objemovou hustotu a tekutost suchého prášku a určuje kvalitu lisovaného polotovaru. PVA je citlivý na vlhkost. Za různých podmínek obsahu vlhkosti může stejné množství PVA způsobit různou tvrdost povrchové vrstvy částic suchého prášku, což způsobuje kolísání tlaku a nestabilní kvalitu výroby během procesu lisování. Proto by měla být výstupní teplota přísně kontrolována, aby se zajistil obsah vlhkosti suchého prášku. Obecně by výstupní teplota měla být kontrolována na 110 °C a vstupní teplota by měla být odpovídajícím způsobem upravena. Vstupní teplota nesmí překročit 400 °C, obvykle se reguluje na přibližně 380 °C. Pokud je vstupní teplota příliš vysoká, teplota horkého vzduchu na vrcholu věže se přehřeje. Když kapky mlhy stoupnou do nejvyššího bodu a narazí na přehřátý vzduch, sníží se účinek pojiva obsahujícího keramický prášek a v konečném důsledku se ovlivní lisovací výkon suchého prášku. Za druhé, pokud je vstupní teplota příliš vysoká, ovlivní se také životnost ohřívače a povrch ohřívače odpadne a dostane se do sušicí věže s horkým vzduchem, čímž znečistí suchý prášek. Za podmínky, že vstupní a výstupní teplota jsou v podstatě určeny, lze výstupní teplotu upravit také tlakem podávacího čerpadla, tlakovým rozdílem cyklonového odlučovače, obsahem pevných látek v suspenzi a dalšími faktory.

Tlakový rozdíl cyklonového odlučovače. Tlakový rozdíl cyklonového odlučovače je velký, což zvyšuje výstupní teplotu, zvyšuje sběr jemných částic a snižuje výtěžnost sušičky.

3.1.3 Vlastnosti prášku sušeného rozprašováním

Tekutost a hustota náplně keramického prášku z oxidu hlinitého připraveného metodou sušení rozprašováním jsou obecně lepší než u prášků připravených běžným postupem. Prášek získaný ruční granulací nemůže protékat detekčním zařízením bez vibrací, zatímco prášek získaný granulací rozprašováním to dokáže bez problémů. S odkazem na normu ASTM pro testování tekutosti a objemové hmotnosti kovových prášků byla měřena objemová hustota a tekutost částic získaných sušením rozprašováním za různých podmínek obsahu vody. Viz tabulka 1.