أولا- المقدمة
في الإنتاج الصناعي الحديث، تلعب مطاحن تدفق الهواء دورًا حاسمًا. ومع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا، فضلاً عن الطلب المتزايد من مختلف الصناعات على المواد الخام الدقيقة، تم استخدام مطاحن تدفق الهواء على نطاق واسع في العديد من المجالات بمزاياها الفريدة. سواء في مجال المستحضرات الصيدلانية أو الأغذية أو المواد الكيميائية أو المواد الجديدة، فإن الطلب على الطحن فائق الدقة للمواد الخام يتزايد، وتُعد مطاحن تدفق الهواء معدات أساسية لتلبية هذه الحاجة.
تتمتع مطاحن تدفق الهواء بالقدرة على طحن المواد إلى مستويات ميكرون أو حتى دون الميكرون، مما ينتج مساحيق فائقة الدقة عالية الجودة لمختلف الصناعات. في صناعة الأغذية، تعمل مطاحن تدفق الهواء على تعزيز مذاق وجودة المنتجات الغذائية. في الصناعات الكيميائية والمواد الجديدة، تلبي هذه المطاحن المتطلبات الصارمة لدقة ونقاء المواد الخام.
نظرًا لهذه القدرات، فمن الأهمية بمكان استكشاف العوامل التي تؤثر على كفاءة الطحن في مطاحن تدفق الهواء. من خلال فهم هذه العوامل بعمق، يمكننا تحسين معلمات عمل مطاحن تدفق الهواء بشكل أفضل، وتحسين كفاءة الطحن، وتعزيز جودة المنتج، وتلبية الاحتياجات المحددة للصناعات المختلفة.
II. مبدأ عمل آلة الطحن بتدفق الهواء
إن جهاز الطحن بتدفق الهواء هو جهاز يستخدم الهواء المضغوط لنقل المواد الخام المسحوقة إلى حجرة الطحن. يتم رش المواد من خلال فوهات، مما يتسبب في تصادم الجسيمات وفركها وارتطامها بالجدار الداخلي للحجرات. تؤدي هذه العملية في النهاية إلى السحق. ثم يتم التقاط المسحوق فائق الدقة بواسطة نظام التجميع.
تبدأ العملية عندما يُولّد الهواء المضغوط (سواءً كان هواءً عاديًا أو غازًا خاملًا) ضغطًا سلبيًا عبر تيار الحقن عالي السرعة، مما يؤدي إلى سحب المواد الخام إلى حجرة الطحن. تقوم الفوهات، الموضوعة بزوايا محددة بالنسبة للاتجاه القطري للحجرة، برش المواد داخل الحجرة بسرعات فائقة. داخل الحجرة، تتصادم الجزيئات وتحتك ببعضها البعض، كما تصطدم بجدران الحجرة، مما يؤدي إلى طحنها. يُولّد تيار الحقن عالي السرعة دوامة قوية، مُنتجًا قوى طرد مركزي تُحرك جزيئات المسحوق بسرعة على طول جدار الحجرة. عندما تصل الجزيئات إلى قطر التصنيف، يتم توجيهها إلى نظام التجميع عبر المخرج المركزي، مُسترشدةً بتدفق الهواء المركزي.
2.1 آلة سحق المساحيق فائقة الدقة بتدفق الهواء
على سبيل المثال، فإن آلة السحق ذات تدفق الهواء للبودرة فائقة الدقة عبارة عن نظام شامل يتألف من آلة السحق نفسها، وفاصل إعصاري، وجامع غبار، ومروحة سحب مستحثة. في البداية، يتم ترشيح الهواء المضغوط وتجفيفه، ثم يتم حقنه بسرعة عالية في حجرة السحق عبر فوهة لافالعند إدخال تدفقات هواء متعددة عالية الضغط، تتقاطع، مما يتسبب في تصادم المواد بشكل متكرر وفركها وقصها عند التقاطع ليتم سحقها. يتم حمل المواد المسحوقة إلى منطقة التصنيف بواسطة تدفق الهواء الصاعد تحت شفط المروحة. في منطقة التصنيف، تولد توربينات التصنيف الدوارة عالية السرعة قوة طرد مركزي قوية، تفصل المواد الخشنة والدقيقة. تدخل الجسيمات الدقيقة التي تلبي حجم الجسيمات المطلوب إلى فاصل الإعصار وجامع الغبار للتجميع، بينما يتم إرجاع الجسيمات الأكثر خشونة إلى منطقة السحق لمزيد من الطحن.
إن مبدأ عمل آلة الطحن بتدفق الهواء يحدد نطاق تطبيقها الواسع، ودقة المنتج النهائي العالية، ودقة التصنيف الدقيقة. وعند دمجها مع ضواغط الهواء، والمجففات، ومجمعات الأعاصير، ومجمعات الغبار، ومراوح السحب المستحثة، وخزانات التحكم، فإنها تشكل نظام سحق بتدفق الهواء كاملاً. ويمكن استخدام هذا النظام على نطاق واسع في الصناعات مثل المعادن غير المعدنية، والأدوية، والأغذية، والسيراميك، وحماية البيئة، والطاقة الجديدة، ومواد البطاريات.
ثالثا: العوامل المؤثرة على كفاءة الطحن في مطحنة تدفق الهواء
3.1 المعلمات الهندسية لتصميم غرفة الطحن
1) قطر حجرة الطحن
توجد علاقة محددة بين معدل تغذية المواد الصلبة ومعدل تدفق حجم الهواء لأقطار الغرف المختلفة. على سبيل المثال، عندما يكون قطر غرفة الطحن 50 مم، يتراوح معدل تغذية المواد الصلبة من 0.02-0.50 كجم/ساعة. ومعدل تدفق حجم الهواء المرتبط هو 0.28-0.45 نيوتن متر مكعب/ساعة. عندما يكون القطر 100 مم، يكون معدل تغذية المواد الصلبة 0.10-1.00 كجم/ساعة، ومعدل تدفق حجم الهواء 0.76-1.21 نيوتن متر مكعب/ساعة. بينما يبلغ القطر 200 مم، يكون معدل تغذية المواد الصلبة 1.00-7.00 كجم/ساعة. ومعدل تدفق حجم الهواء المرتبط هو 1.80-2.70 نيوتن متر مكعب/ساعة. من الواضح أنه مع زيادة قطر غرفة الطحن، يزداد كل من معدل تغذية المواد الصلبة ومعدل تدفق حجم الهواء بشكل متناسب.
قطر طحن تحدد الغرفة قدرتها بشكل مباشر. يمكن لغرفة الطحن الأكبر أن تستوعب المزيد من المواد، مما يوفر مساحة أوسع لعملية الطحن.
2) شكل حجرة الطحن
لا تقدم البيانات الحالية معلومات تفصيلية حول التأثير المحدد لأشكال حجرة الطحن المختلفة على تأثير الطحن. هناك حاجة إلى مزيد من البحث والتجارب العملية لمعالجة هذا الجانب.
3) زاوية الفوهة
تقسم الفوهة حجرة الطحن إلى منطقتين: منطقة الطحن ومنطقة التصنيف. تؤثر زاوية الفوهة بشكل مباشر على حجم هاتين المنطقتين، وبالتالي تؤثر على كفاءة الطحن. عندما تتغير زاوية الفوهة، يتغير أيضًا اتجاه نفث الهواء داخل الحجرة. تحدد السرعة النسبية لتدفق الهواء عند تقاطع النفاثات الطاقة الحركية المنقولة إلى الجسيمات. وهذا بدوره يؤثر على شدة الاصطدام. تشير الأبحاث التي أجراها سميت وسكيلتون إلى أن أفضل تأثير طحن يحدث عند معدلات تغذية أعلى. زاوية الفوهة المثالية لسميت هي 58 درجة، بينما زاوية سكيلتون المثالية تتراوح بين 52 درجة و60 درجة.
4) عدد الفوهات
يعد عدد الفوهات عامل تصميم مهم في مطاحن تدفق الهواء. تظهر النتائج أن زيادة عدد الفوهات تؤدي إلى أداء أفضل في الطحن. وذلك لأن المزيد من الفوهات توفر المزيد من النفاثات عالية السرعة، مما يتسبب في حدوث تصادمات أكثر تكرارًا وكثافة للمواد في حجرة الطحن. تعمل هذه العملية على تحسين كفاءة الطحن وجودة المنتج.
