Không phải tất cả các vật liệu rời đều khó lấy ra khỏi silo như nhau. Một số chảy ra ngoài với sự can thiệp tối thiểu. Những người khác yêu cầu nhiều ngày đóng búa, cắt và đào. Hiểu lý do tại sao các vật liệu có độ khó làm sạch khác nhau là bước đầu tiên hướng tới việc thiết kế các chiến lược làm sạch hiệu quả và lựa chọn các phương pháp can thiệp thích hợp.
Bài viết này cung cấp hướng dẫn tham khảo thực tế về các đặc tính vật liệu quyết định độ khó làm sạch. Nó giải thích cách mỗi thuộc tính ảnh hưởng đến hành vi tích tụ và yêu cầu làm sạch. Nó cung cấp các thử nghiệm đơn giản mà các kỹ sư nhà máy có thể thực hiện để xác định đặc tính của vật liệu. Và nó cung cấp hướng dẫn về các phương pháp làm sạch phù hợp với đặc tính của vật liệu.
Kích thước hạt và phân bố
Kích thước hạt là đặc tính dễ thấy nhất của vật liệu và nó có ảnh hưởng trực tiếp đến độ khó làm sạch.
Các vật liệu thô, có các hạt lớn hơn khoảng 5 mm, thường dễ làm sạch hơn các vật liệu mịn. Các hạt có diện tích bề mặt nhỏ hơn trên một đơn vị khối lượng, có nghĩa là có ít diện tích dành cho lực dính hơn. Chúng cũng ít có khả năng hình thành các vòm gắn kết. Vòm cơ học có thể xảy ra khi các hạt lớn lồng vào nhau, nhưng chúng thường dễ vỡ hơn so với vòm dính trong vật liệu mịn.
Các vật liệu mịn, có hạt nhỏ hơn 100 micron, khó làm sạch hơn đáng kể. Diện tích bề mặt cao trên một đơn vị khối lượng cho phép lực van der Waals mạnh và lực hút tĩnh điện phát triển. Vật liệu tốt củng cố dưới áp lực và đạt được sức mạnh theo thời gian. Chúng hình thành các lớp cặn dày đặc, cứng có khả năng chống lại sự gián đoạn cơ học.
Sự phân bố kích thước hạt, không chỉ kích thước trung bình, cũng rất quan trọng. Các vật liệu có phân bố kích thước rộng, nghĩa là hỗn hợp các hạt lớn và nhỏ, thường khó làm sạch hơn các vật liệu có phân bố hẹp. Các hạt nhỏ lấp đầy khoảng trống giữa các hạt lớn, tạo ra một khối dày đặc có độ kết dính cao.
Đánh giá thực tế kích thước hạt không cần thiết bị thí nghiệm. Phân tích sàng đơn giản sử dụng màn hình tiêu chuẩn sẽ cung cấp dữ liệu hữu ích. Đối với hầu hết các kỹ sư nhà máy, sự khác biệt có liên quan là liệu vật liệu có đủ thô để xử lý bằng các công cụ đơn giản hay đủ mịn để yêu cầu thiết bị chạy bằng điện hoặc phun nước.
Độ ẩm
Độ ẩm là yếu tố quan trọng nhất gây khó khăn trong việc làm sạch đối với hầu hết các vật liệu rời. Vật liệu khô và chảy tự do có thể trở nên dính và bất động khi độ ẩm tăng lên.
Ảnh hưởng của độ ẩm phụ thuộc vào vật liệu. Đối với nhiều loại bột, có độ ẩm tới hạn khiến cho dòng chảy trở nên không đáng tin cậy. Dưới mức này, vật liệu hoạt động như một chất rắn chảy tự do. Bên trên nó, vật liệu phát triển độ bền kết dính tăng theo độ ẩm. Độ ẩm tới hạn rất khác nhau. Xi măng có thể cho thấy tác dụng ở mức độ ẩm thấp tới 1%. Các vật liệu khác có thể chịu được 10% hoặc hơn trước khi gặp vấn đề.
Độ ẩm cũng ảnh hưởng đến việc làm sạch theo cách thứ yếu. Khi nước được thêm vào để loại bỏ tắc nghẽn, thông qua tia nước hoặc thông qua quá trình ngưng tụ, nó có thể làm cho vật liệu còn lại cứng lại hoặc đông kết. Xi măng và vôi là những ví dụ điển hình khi thêm nước sẽ khiến vấn đề trở nên tồi tệ hơn thay vì tốt hơn.
Đo độ ẩm đòi hỏi thiết bị đơn giản. Máy đo độ ẩm hoặc lò thí nghiệm có thể cung cấp dữ liệu định lượng. Ngay cả việc đánh giá định tính, chẳng hạn như ép một nắm vật liệu và quan sát xem liệu chúng có dính chặt vào nhau hay không, cũng cung cấp thông tin hữu ích cho các quyết định về chiến lược làm sạch.
Đối với các cơ sở xử lý các vật liệu nhạy cảm với độ ẩm, việc kiểm soát độ ẩm thường hiệu quả hơn việc quản lý việc vệ sinh. Cải thiện khả năng bịt kín mái nhà, bịt kín đầu vào và đầu ra tốt hơn và không khí được điều hòa có thể làm giảm sự xâm nhập của hơi ẩm và giảm tần suất làm sạch.
Sự gắn kết và góc nghỉ ngơi
Sự gắn kết là sức mạnh bên trong của vật liệu khối. Vật liệu có độ kết dính cao dính vào nhau và chống lại dòng chảy. Vật liệu có độ kết dính thấp dễ chảy.
Độ kết dính thường tương quan với kích thước hạt và độ ẩm, nhưng nó là một đặc tính riêng biệt. Một số vật liệu khô, mịn có độ kết dính thấp và chảy tự do. Một số khác, ngay cả khi khô, vẫn có độ kết dính cao do hình dạng hạt hoặc hiệu ứng tĩnh điện.
Góc nghỉ ngơi là một dấu hiệu thực tế của sự gắn kết. Đây là góc tối đa mà một đống vật liệu có thể được xếp chồng lên nhau trước khi nó sụp đổ. Vật liệu có góc nghỉ thấp, nhỏ hơn 30 độ, độ kết dính thấp và dễ chảy. Vật liệu có góc nghỉ cao, trên 45 độ, có độ kết dính cao và khó chảy.
Đo góc nghỉ chỉ cần đổ vật liệu lên một bề mặt phẳng và đo góc của hình nón thu được. Thử nghiệm này có thể được thực hiện với một mẫu nhỏ trong phòng thí nghiệm của nhà máy hoặc thậm chí tại xưởng bảo trì.
Vật liệu có độ kết dính cao đòi hỏi phương pháp làm sạch mạnh mẽ hơn. Rung hoặc lắc đơn giản có thể không đủ. Có thể cần dùng máy cắt chạy bằng điện, phun nước hoặc thiết bị phá dỡ vận hành từ xa. Vật liệu có độ kết dính thấp thường có thể được làm sạch bằng rung động hoặc mài mòn.
Độ cứng và độ mài mòn
Độ cứng là khả năng chống lại sự phá vỡ cơ học của vật liệu. Vật liệu cứng rất khó phá vỡ. Chất liệu mềm dễ gãy.
Độ cứng trở nên đáng kể khi vật liệu đã đông kết thành cặn cứng. Cặn xi măng có thể đạt độ cứng tương đương với bê tông. Một số chất trung gian hóa học có thể tạo thành lớp vỏ cực kỳ cứng có khả năng chống lại sự phá vỡ cơ học.
Độ mài mòn liên quan đến độ cứng nhưng đề cập đến tác dụng của vật liệu lên thiết bị. Vật liệu mài mòn làm mòn đầu búa, dụng cụ cắt và lớp lót silo. Độ mài mòn cao làm tăng chi phí làm sạch và hư hỏng silo.
Kiểm tra độ cứng không cần thiết bị chuyên dụng. Một bài kiểm tra vết xước đơn giản, tương tự như kiểm tra độ cứng của khoáng chất, có thể đưa ra ước tính sơ bộ. Vật liệu có thể bị trầy xước bằng dao bỏ túi là vật liệu mềm. Vật liệu làm cùn dao là cứng. Những vật liệu không thể bị trầy xước thì rất cứng và cần có thiết bị chuyên dụng để loại bỏ.
Các vật liệu cứng thường yêu cầu phun nước làm phương pháp loại bỏ chính. Tia nước cắt xuyên qua cặn cứng mà không bị hao mòn như máy cắt cơ học. Áp lực nước phải phù hợp với độ cứng của vật liệu. Vật liệu mềm hơn có thể bị hư hỏng do áp lực quá mức.
Chức năng dòng chảy và khả năng nén
Hàm dòng chảy là mối quan hệ giữa ứng suất tác dụng lên vật liệu và khả năng chảy của nó. Đây là đặc tính đầy đủ nhất của trạng thái dòng chảy, nhưng nó đòi hỏi phải thử nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định chính xác.
Đối với các mục đích thực tế, khả năng nén đóng vai trò đại diện cho hàm dòng chảy. Khả năng nén là sự giảm thể tích xảy ra khi vật liệu chịu áp lực. Vật liệu có độ nén cao thường khó chảy vì các hạt cố kết chặt chẽ.
Một phép thử độ nén đơn giản bao gồm việc đặt một mẫu vật liệu vào một ống trụ chia độ, đặt một trọng lượng đã biết và đo sự giảm thể tích. Việc giảm âm lượng theo phần trăm của âm lượng ban đầu là khả năng nén. Vật liệu có độ nén trên 30% được coi là có khả năng nén cao và khó chảy.
Vật liệu có khả năng nén cao đòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến thiết kế silo và tần suất làm sạch. Chúng dễ bị đông kết trong quá trình bảo quản và có thể cần làm sạch thường xuyên hơn các vật liệu ít chịu nén hơn. Các thiết bị hỗ trợ dòng chảy như vòi phun khí hoặc thiết bị hóa lỏng thường có lợi cho các vật liệu có thể nén được.
Độ nhạy nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng đến cả tính chất vật liệu và quá trình làm sạch. Một số vật liệu trở nên dễ xử lý hơn khi được làm nóng. Những người khác trở nên khó khăn hơn.
Các vật liệu mềm ra dưới tác dụng của nhiệt, chẳng hạn như một số loại nhựa hoặc nhựa đường, có thể trở nên khó làm sạch hơn khi đun nóng vì chúng trở nên dính hơn. Vật liệu giãn nở vì nhiệt có thể trở nên ít đậm đặc hơn và dễ chảy hơn. Ảnh hưởng của nhiệt độ là đặc trưng của vật liệu và phải được xác định cho từng tình huống.
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến sự an toàn. Các silo chứa vật liệu nóng, chẳng hạn như tro bay từ các nhà máy điện, gây nguy hiểm về nhiệt cho công nhân và thiết bị. Làm sạch silo nóng đòi hỏi các biện pháp phòng ngừa an toàn bổ sung.
Ý nghĩa thực tế của độ nhạy nhiệt độ là chiến lược làm sạch có thể cần thay đổi theo nhiệt độ. Một phương pháp hoạt động ở nhiệt độ môi trường xung quanh có thể thất bại ở nhiệt độ cao. Các cơ sở xử lý các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ nên xem xét nhiệt độ trong kế hoạch làm sạch của họ.
Tính chất hóa học
Các tính chất hóa học của vật liệu ảnh hưởng đến cả đặc tính dòng chảy của nó và sự an toàn của hoạt động làm sạch.
Các vật liệu phản ứng với nước, chẳng hạn như xi măng, vôi hoặc một số chất xúc tác hóa học, sẽ khó làm sạch hơn khi có hơi ẩm. Phun nước có hiệu quả đối với nhiều vật liệu nhưng lại không phù hợp với những vật liệu này. Loại bỏ cơ học là phương pháp ưa thích.
Vật liệu có tính ăn mòn cần được xử lý đặc biệt. Các vật liệu có tính axit hoặc bazơ có thể làm hỏng thiết bị và gây hại cho người lao động. Thiết bị làm sạch dùng cho vật liệu ăn mòn phải được làm bằng vật liệu tương thích và có thể yêu cầu quy trình làm sạch đặc biệt.
Vật liệu độc hại hoặc nguy hiểm cần có quy trình an toàn nghiêm ngặt. Phương pháp làm sạch phải ngăn chặn sự phát sinh và tiếp xúc với bụi. Thiết bị vận hành từ xa thường được ưu tiên sử dụng cho các vật liệu nguy hiểm để giảm thiểu sự tiếp xúc của con người.
Hiểu được tính chất hóa học của vật liệu là điều cần thiết để lựa chọn phương pháp làm sạch an toàn. Bảng dữ liệu an toàn vật liệu cung cấp thông tin này và cần được xem xét trước bất kỳ hoạt động vệ sinh nào.
Phương pháp đánh giá thực tế
Các kỹ sư nhà máy có thể đánh giá vật liệu của họ bằng các phương pháp đơn giản, chi phí thấp, cung cấp thông tin hữu ích cho việc lập kế hoạch làm sạch.
Bài kiểm tra số ít là cách đánh giá đơn giản nhất. Lấy một nắm vật liệu và ép nó. Nếu nó bị vỡ ra khi thả ra thì nó có độ kết dính thấp. Nếu dính lại với nhau thành một cục thì có độ kết dính cao. Thử nghiệm số ít cũng chỉ ra độ ẩm. Nếu vật liệu để lại hơi ẩm trên tay thì nó bị ướt.
Thí nghiệm cọc cung cấp dữ liệu về góc nghỉ. Đổ vật liệu lên một mặt phẳng và đo góc của đống. Góc thấp cho thấy dòng chảy tốt. Góc cao cho thấy dòng chảy kém.
Kiểm tra vết xước cho thấy độ cứng. Cố gắng làm xước vật liệu bằng dao bỏ túi. Nếu dễ trầy xước thì nó mềm. Nếu nó chống trầy xước thì cứng. Nếu không thể gãi được thì rất cứng.
Thử nghiệm nước cho thấy độ nhạy cảm với độ ẩm. Thêm một lượng nhỏ nước vào mẫu. Nếu vật liệu cứng lại thì việc phun nước là không phù hợp. Nếu vật liệu vẫn còn lỏng lẻo, phun nước có thể có hiệu quả.
Kiểm tra độ lún cho thấy khả năng nén. Đổ đầy vật liệu vào một thùng chứa trong suốt, tạo áp suất và đo mức giảm thể tích. Giảm khối lượng lớn cho thấy khả năng nén cao và độ khó của dòng chảy.
Những xét nghiệm này không chính xác. Họ không thay thế thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, chúng cung cấp hướng dẫn hữu ích cho việc lựa chọn phương pháp làm sạch và được cung cấp miễn phí.
Kết hợp các thuộc tính với phương pháp làm sạch
Hướng dẫn dưới đây cung cấp khuôn khổ để kết hợp các đặc tính của vật liệu với các phương pháp làm sạch.
Những vật liệu khô, độ kết dính thấp có hạt lớn và độ ẩm thấp là những vật liệu dễ làm sạch nhất. Rung hoặc lắc thường là đủ. Nếu cần làm sạch, nó có thể được thực hiện bằng các công cụ đơn giản.
Vật liệu khô, mịn, độ ẩm thấp nhưng các hạt nhỏ vẫn có thể khó khăn do lực kết dính. Pháo hơi hoặc máy hóa lỏng thường có hiệu quả. Có thể cần thiết bị vận hành từ xa để xử lý các tắc nghẽn cứng đầu.
Vật liệu ướt có độ ẩm cao khó làm sạch bằng cơ học vì vật liệu dính vào dụng cụ, thiết bị. Phun nước có thể có hiệu quả nhưng chỉ khi vật liệu không phản ứng với nước. Đối với các vật liệu nhạy cảm với nước, cần phải loại bỏ bằng cơ học và kiểm soát độ ẩm cẩn thận.
Vật liệu cứng có độ cứng cao đòi hỏi phương pháp mạnh mẽ. Thiết bị phá dỡ vận hành từ xa bằng máy cắt thủy lực là phương pháp được ưu tiên. Phun nước ở áp suất cao cũng có thể có hiệu quả. Nhập thủ công bằng dụng cụ cầm tay không phù hợp với vật liệu đã cứng.
Vật liệu mài mòn đòi hỏi thiết bị bền. Mũi dao và dụng cụ cắt bị mòn nhanh chóng. Bảo trì thiết bị là điều cần thiết. Có thể ưu tiên phun nước, không có bộ phận hao mòn tiếp xúc với vật liệu.
Vật liệu nguy hiểm đòi hỏi phương pháp từ xa. Nên tránh sự xâm nhập của nhân sự. Thiết bị vận hành từ xa, được bảo trì và vận hành đúng cách, là phương pháp tiêu chuẩn.
Sử dụng đánh giá trọng yếu trong kế hoạch phòng ngừa
Đánh giá tài liệu không phải là hoạt động diễn ra một lần. Đặc tính vật liệu thay đổi theo điều kiện tìm nguồn cung ứng, chế biến và bảo quản. Đánh giá thường xuyên đảm bảo rằng các phương pháp làm sạch vẫn phù hợp.
Khi một nguồn nguyên liệu mới được giới thiệu, hãy tiến hành các thử nghiệm đơn giản được mô tả trong bài viết này. So sánh kết quả với các tài liệu trước đó. Nếu vật liệu mới có sự khác biệt đáng kể, hãy điều chỉnh tần suất và phương pháp làm sạch.
Khi sự thay đổi theo mùa ảnh hưởng đến độ ẩm, hãy điều chỉnh quy trình vệ sinh. Vật liệu khô vào mùa hè có thể bị ướt vào mùa đông. Kế hoạch làm sạch phải tính đến những thay đổi theo mùa này.
Khi thời gian lưu trữ của vật liệu thay đổi, hãy đánh giá lại các đặc tính của nó. Vật liệu được lưu trữ lâu hơn có thể trở nên cứng hơn và khó làm sạch hơn. Nếu thời gian bảo quản ngày càng tăng, việc vệ sinh có thể cần phải tiến hành mạnh mẽ hơn.
Ghi lại kết quả đánh giá vật chất. Duy trì hồ sơ về đặc tính vật liệu cho từng silo và từng loại vật liệu. Sử dụng hồ sơ này để hướng dẫn các quyết định vệ sinh và xác định các xu hướng có thể cho thấy các vấn đề đang phát triển.
Phần kết luận
Đặc tính vật liệu quyết định độ khó làm sạch. Hiểu được các đặc tính này cho phép các kỹ sư nhà máy lựa chọn các phương pháp làm sạch thích hợp, ước tính thời gian và chi phí làm sạch cũng như lập kế hoạch bảo trì phòng ngừa.
Các phương pháp đánh giá đơn giản được mô tả trong bài viết này đều có sẵn cho bất kỳ kỹ sư nhà máy nào mà không cần thiết bị chuyên dụng. Thử nghiệm số ít, thử nghiệm cọc, thử nghiệm vết xước, thử nghiệm nước và thử nghiệm độ lún cung cấp thông tin thực tế hướng dẫn các quyết định làm sạch.
Đặc tính quan trọng nhất đối với hầu hết các vật liệu là độ ẩm. Vật liệu khô chảy dễ dàng hơn vật liệu ướt. Kiểm soát độ ẩm thường là biện pháp phòng ngừa hiệu quả nhất. Đối với những vật liệu không thể kiểm soát độ ẩm, phải lựa chọn phương pháp làm sạch dựa trên các đặc tính khác của chúng.
Kích thước hạt, độ kết dính, độ cứng, khả năng nén, độ nhạy nhiệt độ và tính chất hóa học đều ảnh hưởng đến độ khó làm sạch. Việc kết hợp phương pháp làm sạch với các đặc tính này sẽ làm tăng khả năng thành công và giảm thời gian cũng như chi phí làm sạch.
Các kỹ sư nhà máy hiểu rõ vật liệu của họ sẽ đưa ra quyết định làm sạch tốt hơn. Họ dọn dẹp khi cần thiết, không theo một lịch trình cố định. Họ chọn những phương pháp hiệu quả chứ không phải những phương pháp có sẵn. Và chúng ngăn chặn các vấn đề bằng cách dự đoán các đặc tính vật liệu sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của silo.
