The мельница Рэймонд Эта технология непрерывно используется в производстве уже более века. Для многих применений, требующих получения минералов средней тонкости при умеренной производительности, она по-прежнему подходит. Вопрос не в том, могут ли мельницы Raymond производить порошок, а в том, являются ли они правильным выбором для вашей конкретной целевой тонкости, материала и экономической эффективности эксплуатации.
Для производителей, стремящихся к показателю D50 ниже 20 микрон, для термочувствительных материалов, для высокочистых применений, где необходимо свести к минимуму загрязнение металлами, и для предприятий, где общая стоимость тонны продукции важнее первоначальных капитальных затрат, мельница-сепаратор с воздушным сепаратором Технология ACM неизменно демонстрирует лучшие экономические показатели. В данной статье сравниваются обе технологии по параметрам, определяющим фактическую производительность.
Компания EPIC Powder Machinery поставляет пневматические классификационные мельницы для производства минеральных, фармацевтических, химических и аккумуляторных материалов. Данное сравнение основано на реальных данных, полученных на предприятиях, использующих обе технологии.
Как работает каждая технология — и почему разница имеет значение
Реймонд Милл: Сжатие и сдвиг
В мельнице Раймонда материал измельчается между вращающимся шлифовальным валком и неподвижным шлифовальным кольцом. Валки прижимаются к кольцу центробежной силой или пружинным натяжением; материал, подаваемый в зону измельчения, затягивается в зазор и разрушается за счет сжатия и сдвига. Более крупные и более мелкие частицы остаются в зоне измельчения вместе. В мельнице нет встроенного механизма для удаления частиц, соответствующих заданным параметрам, как только они достигают целевого размера. В большинстве установок мельниц Раймонда для разделения мелких и крупных частиц устанавливается дополнительный воздушный классификатор, но это внешнее устройство классификация Это приводит к увеличению перепада давления, энергопотребления и сложности схемы.
Механизм разрушения при сжатии и сдвиге приводит к образованию плоских угловатых частиц — следствие того, как вальцовое кольцевое измельчение разрушает материал вдоль плоских плоскостей скола. Для многих применений наполнителей это не имеет значения. Однако для применений, где форма частиц влияет на текучесть, плотность упаковки или характеристики поверхности (материалы для батарей, фармацевтические таблетки, покрытия), чешуйчатые частицы являются существенным недостатком.
Воздушная классификационная мельница: ударная классификация с интегрированным механизмом.
Пневматическая классификационная мельница объединяет высокоскоростной измельчающий ротор со встроенным динамическим классификационным колесом в одном корпусе. Поступающий материал измельчается ударами и истиранием о лопасти ротора, а полученные частицы немедленно подаются на классификационное колесо. Мелкие частицы — те, которые соответствуют заданному размеру — проходят через классификационное колесо и попадают в сбор. Крупные частицы центрифугируются обратно в зону измельчения. Эта замкнутая внутренняя схема означает, что мелкие частицы удаляются из зоны измельчения, как только они достигают заданного размера, вместо того чтобы продолжать измельчаться без необходимости.
Ударное измельчение с использованием этой замкнутой системы классификации позволяет получать больше равноосных, округлых частиц, чем измельчение с помощью роликовых колец. А поскольку скорость вращения классификационного колеса регулируется (с помощью частотно-регулируемого привода, без остановки мельницы), продукт D50 и D97 можно изменять в режиме реального времени — это значительное преимущество в плане гибкости эксплуатации по сравнению с регулировкой давления пружин или зазора в мельнице Raymond.
Сравнительный анализ бок о бок
| Параметр | Рэймонд Милл | Воздушная классификационная мельница (ACM) |
| Механизм измельчения | Сжатие + сдвиг (ролик на кольце) | Высокоскоростной удар + истирание |
| Интегрированная классификация | Нет — требуется внешний классификатор. | Да — встроенное колесо классификации |
| Диапазон тонкости помола продукта | 80-600 меш (180-25 мкм); выходной поток резко падает при размере частиц выше 400 меш. | 5-300 мкм; стабильная выходная мощность до 5 мкм. |
| Форма частиц | Слоистая/угловатая (сколовая трещина) | Более равноосная/многогранная форма (ударное разрушение) |
| метод регулировки D50 | Давление пружины или зазор ролика — ручное, неточное. | Регулировка скорости вращения классификационных колес с помощью частотно-регулируемого привода — точное управление в реальном времени. |
| Риск чрезмерного измельчения | Высокий уровень — штрафы за несоответствие требованиям не снимаются. | Никаких штрафов — они немедленно удаляются через классификатор. |
| Удельная энергия при D50 15-20 мкм | Высокий уровень энергозатрат (избыточное измельчение) | 25-35% ниже, чем у Рэймонда + внешний классификатор |
| Режим ношения | Контакт металла с металлом между роликовым кольцом (высокий износ) | Воздействие на облицовочные пластины; отсутствие контакта металла с металлом. |
| риск загрязнения металлами | Высокое содержание (продуктов износа роликов/колец) | Низкая цена; доступен вариант с керамической облицовкой. |
| Термочувствительные материалы | Не подходит — зона шлифовки сильно нагревается. | Подходит для непрерывного охлаждения воздушным потоком. |
| Уровень автоматизации | Ручная регулировка (пружина/зазор) | Полностью автоматизированная система (с частотно-регулируемым приводом, возможностью подключения ПЛК). |
| Системный охват | Большой (мельница + внешний классификатор + несколько вентиляторов) | 40-50% — меньший размер; меньше компонентов. |
| Первоначальные капитальные затраты | Ниже | Умеренный |
| Общие эксплуатационные расходы при высоком качестве продукции | Высокий | Более низкий срок окупаемости — обычно 6-18 месяцев. |
В чем преимущество воздухоклассификационной мельницы?
Менее 25 микрон: порог тонкости помола.
Эффективный верхний предел для мельницы Раймонда составляет приблизительно 25 микрон (600 меш). При такой тонкости помола производительность уже значительно снижается по сравнению с номинальной мощностью мельницы, а распределение частиц по размерам (PSD) становится широким — даже при использовании классификатора на выходе обычно присутствует существенный крупный хвост. Достижение более тонкого помола, чем 25 микрон, на мельнице Раймонда технически возможно, но экономически нецелесообразно в промышленных масштабах.
В стандартном режиме работы мельница с воздушным классификатором производит однородный продукт с размером частиц 5-20 микрон. Основным регулятором D50 является скорость вращения классификационного колеса, регулировка которой осуществляется непрерывно и точно. Установка, производящая карбонат кальция с размером частиц D50 10 микрон на мельнице с воздушным классификатором, потребляет практически столько же энергии на тонну, сколько и установка, производящая D50 20 микрон — мельница не работает значительно интенсивнее для получения более тонкого продукта, поскольку интегрированная система классификации быстро удаляет частицы, соответствующие спецификации. Мельница Раймонда, производящая D50 15 микрон, работает против самой себя: измельчает материал, уже соответствующий спецификации.
Термочувствительные материалы
Мельницы Раймонда непригодны для материалов, которые размягчаются или разрушаются под воздействием тепла от трения: смол, восков, некоторых полимеров, серы и определенных сельскохозяйственных химикатов. Зона измельчения в мельнице Раймонда сильно нагревается, поскольку механизм сжатия роликовых колец постоянно генерирует тепло от трения, но эффективного механизма его отвода нет.
Пневматическая классификационная мельница предназначена для работы с термочувствительными материалами, поскольку большой поток воздуха, проходящий через мельницу, непрерывно отводит тепло из зоны измельчения. Мельница также может быть оснащена системой подачи охлажденного воздуха для материалов с очень низкой температурой размягчения. Эта возможность открывает широкий спектр применений, которые просто невозможны для мельниц Raymond.
Применение в области высокочистых материалов
Загрязнение металлами в результате износа валков и колец мельницы Раймонда является постоянной проблемой для белых минералов (гуанилатциклаза, тальк, каолин), фармацевтических вспомогательных веществ., еда ингредиенты и материалы батарей. Контакт металла с металлом роликового кольца под давлением приводит к образованию примесей железа и хрома, которые трудно удалить на последующих этапах и которые могут стать причиной брака продукции.
Воздушная классификационная мельница с керамической футеровкой (из оксида алюминия, диоксида циркония или карбида кремния) полностью исключает контакт металла с металлом. Механизм износа — удар материала о керамику, в результате чего образуются только частицы износа керамики — это обычно приемлемо для производства белых минералов и фармацевтической продукции. Для обработки материалов для батарей, где содержание железа должно оставаться ниже 50 ppm, стандартным выбором является керамический композит на основе оксида алюминия.
Когда мельница Реймонда по-прежнему имеет смысл
Фрезерный станок Raymond не устарел — он по-прежнему остается оптимальным выбором в определенных ситуациях:
- Целевая тонкость помола составляет 400 меш или крупнее: При твердости D97 выше 38 микрон эксплуатационные и капитальные затраты мельницы Раймонда делают ее рациональным выбором для материалов средней твердости.
- Твердость материала ниже 4 по шкале Мооса: Для очень мягких материалов, таких как гипс, мягкий известняк и бентонит, мельница Raymond эффективно справляется с обработкой, избегая износа, характерного для более твердых материалов.
- Объём производства низкий или нестабильный: Для мелкомасштабных или серийных производств, где разница в эксплуатационных расходах невелика в абсолютном выражении, более низкая капитальная стоимость мельницы Raymond может стать решающим фактором.
- Капитал крайне ограничен: Если ограничивающим фактором являются первоначальные инвестиции, а общая стоимость владения является второстепенным фактором, то может потребоваться более низкая цена покупки мельницы Raymond.
Для любого серьезного производителя мелкодисперсных порошков, стремящегося к показателю D50 ниже 20 микрон, обрабатывающего термочувствительные или высокочистые материалы, или работающего с производительностью, где стоимость энергии на тонну является существенным фактором, ACM — это лучший выбор в долгосрочной перспективе.
Данные с реальных производственных площадок: две установки
ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 1
Завод по розливу наполнителей в странах Персидского залива — модернизация воздухоклассификационной мельницы с мельницы Raymond.
Ситуация
Производитель молотого карбоната кальция, использующий две мельницы Раймонда с внешними классификаторами на выходе, выпускал карбонат кальция фракции D50 (15 микрон) для рынка наполнителей для пластмасс. Удельное энергопотребление при такой тонкости составляло приблизительно 95 кВт·ч на тонну. Замена валков и колец требовалась каждые 2-3 месяца на каждой мельнице, при этом каждая замена занимала 2-3 дня простоя. Наибольшую сумму расходов приходилось на изнашиваемые детали в год на обеих мельницах. обслуживание Пункт в протоколе. Загрязнение металлом из-за износа роликов периодически приводило к снижению яркости белого минерального продукта.
выключатель
На заводе обе мельницы Raymond были заменены на пневматические классификационные мельницы EPIC Powder, рассчитанные на ту же производительность. Для белых минералов была выбрана футеровка из керамики.
Результаты
• Удельная энергия: 68 кВт·ч на тонну — снижение на 281 ТТ3Т при эквивалентном D50
• Ежегодные затраты на изнашиваемые детали: снижены на 62% — исключена замена роликов и колец; пластины облицовки из композитного материала заменяются ежегодно, а не каждые 2-3 месяца.
• Незапланированные простои: сокращены с 15 дней в год (на обоих заводах Raymond) до 3 дней в год.
• Стабильность качества продукта D50: улучшена — выходной диаметр фрез Raymond варьировался ±4 микрона в зависимости от смены; выходной диаметр фрез ACM варьировался ±1 микрон при использовании классификатора с частотно-регулируемым приводом.
• Яркость: улучшена — керамическое покрытие устранило металлические загрязнения, которые иногда вызывали перебои в поддержании яркости.
ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 2
Измельчение фармацевтических вспомогательных веществ — ACM для термочувствительных материалов
Ситуация
Производителю фармацевтических вспомогательных веществ требовалось измельчить термочувствительный материал на основе лактозы до размера частиц D50 (12 микрон) для ингаляционной доставки лекарственных препаратов. Их мельница Raymond была отклонена на этапе оценки целесообразности, поскольку температура в зоне измельчения превышала температуру размягчения материала, вызывая слияние частиц и непостоянное распределение по размерам. Была рассмотрена возможность использования струйной мельницы, но она оказалась слишком дорогой для требуемого объема производства.
Решение
Компания EPIC Powder поставила пневматическую классификационную мельницу с подачей охлажденного воздуха и полностью нержавеющими контактными поверхностями для соответствия требованиям GMP. Охлаждающий воздушный поток поддерживал температуру в зоне измельчения ниже 35 градусов Цельсия, что находится в пределах диапазона стабильности материала.
Результаты
- Д50: 12,1 микрон, D97 28 микрон — одинаковые значения во всех производственных партиях.
- Температура в зоне измельчения: Температура 32-36 градусов Цельсия на протяжении всего производственного цикла — отсутствие процессов плавления материала.
- Согласованность PSD: От партии к партии наблюдается вариация показателя D50 менее 0,8 микрон — это приемлемо для соответствия нормативным требованиям к ингаляционным лекарственным препаратам.
- Энергетическая обработка против струйной обработки: 68% имеет более низкую удельную энергию, чем струйная мельница Получено ценовое предложение — стан ACM оказался экономически выгодным промежуточным вариантом между забракованным станом Raymond и станом Jet Mill с избыточными техническими характеристиками.
Соответствие стандартам GMP: Контактные поверхности из нержавеющей стали с шероховатостью поверхности Ra менее 0,8 микрон соответствуют требованиям валидации очистки оборудования.
Применение материалов: где композитные материалы ACM заменили мельницы Рэймонда
В современных установках по производству мелкодисперсных порошков следующие категории материалов в настоящее время преимущественно обрабатываются на пневматических классификационных мельницах, а не на мельницах Раймонда:
- Молотый карбонат кальция (ГКК): D97 5-25 микрон для пластмасс, красок, бумаги — переход от Raymond к ACM в основном завершен в высококачественном производстве стран Персидского залива.
- Тальк: для применения в косметике, пластмассах и бумаге, где требуется показатель D50 ниже 15 микрон и контролируемая морфология тромбоцитов.
- Каолин: Для покрытий и наполнителей из бумаги с показателем D50 ниже 20 микрон мельницы Raymond не могут обеспечить необходимую яркость и тонкость помола.
- Фармацевтические активные фармацевтические ингредиенты и вспомогательные вещества: где контроль загрязнения и чувствительность к высоким температурам делают мельницы Raymond непригодными.
- Материалы батареи: графит, LFP, NMC — загрязнение металлами от заводов Raymond несовместимо со спецификациями химического состава батарей.
- Пищевые и пряные порошки: где требования к гигиене, контролю температуры и предотвращению загрязнения исключают использование мельниц Raymond.
- Пигменты и красители: Тонкий помол с размером частиц менее 20 микрон, где для обеспечения цветопередачи необходимы узкие параметры распределения частиц по размерам и низкий уровень загрязнения.
Когда следует отдать предпочтение ACM, а не Raymond Mill — краткий справочник
- Целевой показатель D50 ниже 25 микрон: Производительность мельницы Raymond резко падает при размере частиц выше 400 меш; мельница ACM стабильно работает с размером частиц до 5 микрон.
- Термочувствительный материал (температура размягчения ниже 80 градусов Цельсия): В зоне измельчения мельницы Реймонда невозможно регулировать температуру; управление температурой осуществляется с помощью охлаждающего воздушного потока ACM.
- Предельно допустимая концентрация металлических примесей ниже 100 ppm: Износ роликовых колец делает мельницы Raymond непригодными; использование композитных материалов с керамической футеровкой позволяет добиться практически нулевого содержания металла.
- Жесткие требования к спектральной плотности мощности (диапазон значений менее 1,5): Распределение размеров частиц мельницы Рэймонда имеет широкую ширину; классификатор ACM обеспечивает четкий срез с узким диапазоном.
Рассматриваете возможность модернизации мельницы Раймонда до воздушно-классификационной мельницы?
Компания EPIC Powder Machinery может провести бесплатный аудит технологического процесса вашей существующей мельницы Raymond — измерить удельное энергопотребление на тонну, расход изнашиваемых деталей и распределение частиц по размерам — и рассчитать срок окупаемости модернизации мельницы с помощью воздушного классификатора на основе ваших фактических данных эксплуатации, а не на основе общих оценок.
Мы также предлагаем пробное измельчение вашего исходного материала в нашем научно-исследовательском центре, чтобы вы могли подтвердить достижимые значения D50 и D97, прежде чем принимать решение о приобретении оборудования.
Запросите бесплатный аудит процессов: www.epic-powder.com/contact
Ознакомьтесь с нашим ассортиментом воздушных классификационных мельниц: www.epic-powder.com
Часто задаваемые вопросы
Какова экономия энергии при переходе от мельницы Раймонда к пневматической классификационной мельнице для тонкого помола?
Для продуктов с размером частиц D50 (15-20 микрон) предприятия, переходящие с мельницы Раймонда с внешним классификатором на мельницу с воздушным классификатором, обычно отмечают экономию удельной энергии в размере 25-351 тонн на тонну продукта. Экономия достигается за счет двух источников. Во-первых, интегрированная классификация в мельнице с воздушным классификатором исключает переизмельчение — частицы покидают контур, как только достигают целевого размера, вместо того, чтобы продолжать получать энергию измельчения, которая им не нужна. Во-вторых, исключается внешний классификатор, его вентилятор, циклон и воздуховоды, что устраняет перепад давления и потери энергии, связанные с этим внешним контуром. Экономия больше при более мелких размерах продукта: при D50 (10 микрон) экономия энергии по сравнению с мельницей Раймонда обычно составляет 30-401 тонн, поскольку потери энергии из-за переизмельчения в мельнице Раймонда выше при мелких размерах, где она работает далеко от своего проектного оптимума.
Может ли мельница с воздушным классификатором заменить мельницу Раймонда без изменения последующего технологического процесса?
В большинстве случаи Да — порошок, полученный с помощью мельницы ACM, производит эквивалентный или лучший порошок при том же значении D50, и последующий технологический процесс (нанесение покрытия, компаундирование, прессование таблеток и т. д.) не требует изменений. Однако могут потребоваться два аспекта. Во-первых, форма частиц: продукт ACM, как правило, имеет более равноосную форму и менее чешуйчатую структуру, чем продукт мельницы Раймонда, что может влиять на реологию суспензии и плотность упаковки. Для большинства применений это улучшение, но для некоторых применений, где чешуйчатая форма частиц функциональна (например, некоторые барьерные покрытия), изменение формы может повлиять на рецептуру. Перед полным переходом рекомендуется провести небольшое пробное использование продукта ACM в последующем технологическом процессе. Во-вторых, ширина распределения частиц по размерам (PSD): продукт ACM имеет более узкое распределение частиц по размерам, чем продукт мельницы Раймонда. Если ваш последующий технологический процесс был откалиброван на широком распределении частиц мельницы Раймонда, более узкое распределение частиц ACM может потребовать незначительной корректировки рецептуры (например, загрузка связующего вещества в таблетки, где площадь поверхности и ширина PSD влияют на твердость таблеток).
Какие материалы может перерабатывать мельница-классификатор воздуха, которые не может перерабатывать мельница Раймонда?
Две основные категории материалов, с которыми ACM справляется, но которые не могут обрабатывать мельницы Raymond, — это термочувствительные материалы и материалы высокой чистоты. Для термочувствительных материалов (смолы, воски, полимеры, некоторые сельскохозяйственные химикаты и фармацевтические активные вещества с низкими температурами стеклования) горячая зона измельчения мельницы Raymond вызывает плавление частиц, размягчение и расширение распределения частиц по размерам. Непрерывный поток охлаждающего воздуха ACM поддерживает контролируемую температуру в зоне измельчения, что позволяет обрабатывать материалы, которые плавятся или разлагаются при температуре 50-80 градусов Цельсия. Для материалов высокой чистоты ACM с керамической футеровкой исключает загрязнение металлом из-за износа роликовых колец, что делает мельницы Raymond непригодными. Мельница Raymond, работающая с тальком или GCC для фармацевтического применения, внесла бы загрязнение железом, которое не соответствовало бы пределам ICH Q3A; ACM с керамической футеровкой работает в пределах этих ограничений.
Эпический порошок
В Эпический порошок, Мы предлагаем широкий выбор моделей оборудования и разрабатываем индивидуальные решения, отвечающие вашим конкретным потребностям. Наша команда имеет более чем 20-летний опыт в обработке различных порошков. Компания Epic Powder специализируется на технологиях обработки мелкодисперсных порошков для горнодобывающей, химической, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности.
Свяжитесь с нами сегодня для бесплатной консультации и получения индивидуальных решений!
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с онлайн-представителем EPIC Powder. Зельда для любых дальнейших запросов».
— Джейсон Ван, Инженер
