Jauheiden ominaisuuksilla on todettu olevan vaikutusta jauheiden valuvuuteen syöttölaitteesta (Vanarase ja Muzzio 2011; Engisch ja Muzzio 2012; Engisch ja Muzzio 2014; Engisch ja Muzzio 2015; Falk ym. 2015; Van Snick ym. 2017; Wang ym. 2017). Erityisesti jauheen valuvuuteen vaikuttavilla ominaisuuksilla, joita ovat esimerkiksi partikkelikoko, kokoonpuristuvuus ja kohesiivisuus, voidaan vaikuttaa annosteluratkaisun konstruktioon ja mitoitukseen.
Huonosti valuvien aineiden määritelmä
Yleisesti materiaalit, joilla on pieni partikkelikoko, matala tiheys, korkea kohesiivisuus, korkea kokoonpuristuvuus sekä pieni valuvuusvakio ovat huonosti valuvia jauheita. Nämä ominaisuudet ennakoivat haasteita materiaalin syötössä. Falk ym. (2015) tutkivat biomassajauheiden ominaisuuksien vaikutusta valuvuuteen kaksoisruuvisyöttölaitteesta alhaisilla jauheen syöttönopeuksilla. He huomasivat, että materiaalin bulkkitiheydellä oli suuri positiivinen korrelaatio syöttönopeuden suuruuteen syötettäessä vakioidulla ruuvinopeudella: suurempi bulkkitiheys ennakoi suurempaa saavutettavaa syöttönopeutta.
Vaikutus syöttönopeuteen
Jauheilla, joilla on sama tiheys, mutta eri kohesiivisuusaste, voi olla kuitenkin suuriakin eroja syöttönopeudessa vakioruuvinopeudella (Falk ym. 2015; Van Snick ym. 2017; Wang ym. 2017). Monet elintarviketeollisuuden jauheet, kuten kaurajauho ovat kohesiivisia, mikä aiheuttaa ongelmia jauheiden valumisessa gravimetrisesta ruuvisyöttölaitteesta (Engisch ja Muzzio 2012; Engisch ja Muzzio 2014). Kohesiiviset jauheet saattavat holvautua syöttöaukon yläpuolella tai muodostaa onkalorakennelmia (ratholing) jossa jauhe tarttuu syöttöastian seinämiin muodostaen jauhepatsaan keskelle kapean aukon. Tällöin jauhe ei valu ruuveihin tasaisesti tai mahdollisesti ollenkaan ja syöttönopeuteen aiheutuu enemmän vaihtelua. Kohesiivinen jauhe saattaa myös tarttua ruuvien pintaan niin tiiviisti, että ruuvien täyttymisaste pienenee jauheen syötön edetessä ja syöttönopeus laskee tai loppuu jopa kokonaan.
Jauheen suurempi kokoonpuristuvuus on yhteydessä myös erityisesti syöttönopeuden suurempaan laskevaan muutokseen syöttöastian tyhjentyessä vakioruuvinopeudella (Van Snick ym. 2017). Mitä enemmän jauhe puristuu, sitä suurempi tiheysero jauheella on syöttöastian sisällä eri täyttöasteilla. Siksi suurempi syöttönopeuden lasku puristuvilla jauheilla on ennakko-odotusten mukaista. Materiaalin valumiskulman suuruuden on todettu korreloivan positiivisesti syöttönopeuden vaihtelun kanssa syötettäessä vakioruuvinopeudella, koska huonosti valuva aine valuu syöttöruuveihin epätasaisesti vaikuttaen näin myös syöttönopeuden vaihteluun (Falk ym. 2015).
Annostelijan täytön vaikutus annostelutarkkuuteen
Annostelijan täyttöstrategialla voi olla vaikutusta gravimetrisen syötön tarkkuuteen ja onnistumiseen (Engisch ja Muzzio 2015; Van Snick ym. 2017; Escotet-Espinoza ym. 2018). Täyttöstrategia määräytyy paljolti jauheen ominaisuuksien mukaan. Syy täytön aiheuttamiin haasteisiin on se, että täytön aikainen suuri massan muutos sekoittaisi gravimetrisen syöttölaitteen massan vähenemiseen perustuvan syöttönopeuden kontrollointijärjestelmän (Engisch ja Muzzio 2015). Siksi syöttölaite toimii volumetrisesti täytön aikana. Kun syöttöastiaa täytetään, saattaa astian alaosassa oleva materiaali pakkautua erittäin tiheäksi, jolloin tiheämpää materiaalia valuu syöttöruuveihin. Koska ruuvien pyörimisnopeus on volumetrisessa käyttötavassa vakio, nousee syöttönopeus helposti liian suureksi.
Keinoja parantaa täyttövaiheen aiheuttamaa epätarkkuutta
Tärkeimpiä keinoja välttää ja vähentää täyttövaiheen aiheuttamaa syöttönopeuden vaihtelua on syöttöastian täyttöasteen säätely. Esimerkiksi Engisch ja Muzzio (2015) tutkivat tarkemmin erilaisia täyttöstrategioita vähentääkseen täyttövaiheen aiheuttamia häiriöitä gravimetrisen ruuvisyöttölaitteen tarkkuuteen. He käyttivät tutkimuksessaan kolmea erilaista syöttölaitetta: Gericke GAC232, K-Tron KT35 ja K-Tron KT20. Suurimmalla yhden ruuvin Gericke GAC232- syöttölaitteella, jossa oli automaattinen syöttöastian täyttö, he syöttivät sinkkioksidia nopeudella 840 kg/h. Tässä tutkimusasetelmassa he vaihtelivat syöttöastian täyttöväliä väleillä 20–80 %, 40–80 % ja 60–80 % tutkiakseen täyttövälin vaikutusta syöttönopeuden vaihteluun. Täyttöväli 60–80 % toimi kaikilla materiaaleilla ja syöttölaitteilla parhaiten. Materiaalien välillä oli kuitenkin eroja siinä, kuinka herkkää niiden syöttäminen oli täyttövaiheen aiheuttamille muutoksille. Erityisesti huonommin valuvat jauheet, joita yhdistävät pienempi partikkelikoko, pienempi tiheys, suurempi kohesiivisuus sekä suurempi puristuvuus, tarttuvat helposti täyttösuppilon reunoihin, jolloin vähemmän jauhetta tippuu syöttöastiaan ja täyttömäärä saattaa pienentyä ensimmäisen täytön jälkeen (Escotet-Espinoza ym. 2018).
Tuomo Kousa, DI
Lähde:Tiiu Nikkilä:Pro Gadu:Jauheiden ominaisuuksien vaikutus jauheiden valumiseen jatkuvatoimisista syöttölaitteisto(2019)
