粉體物料混合是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝過(guò)程， 目前在化工、制藥、食品、 建筑等領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。粉體物料混合是指多種不同成分的粉體顆粒，在混料器中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)速度或方向的變化，最終使不同成分的顆粒在混料器中達(dá)到隨機(jī)均勻分布的操作過(guò)程。混合效果的好壞直接決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，所以對(duì)粉體物料進(jìn)行高效混合非常重要。由于混合過(guò)程中粉體的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜，因此如何正確評(píng)價(jià)物料的混合效果成為研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

一、混合原理

在粉體混合的過(guò)程中，通常按照粉體顆粒在混料器中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其混合原理可以分為三種：對(duì)流混合；剪切混合；擴(kuò)散混合。

粉體混合示意圖

1、對(duì)流混合

對(duì)流混合是指在攪拌器的作用下，不同組分的固體顆粒進(jìn)行大幅度的位置移動(dòng)，在來(lái)回流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行混合。

2、剪切混合

剪切混合是指由于不同組分的固體顆粒的運(yùn)動(dòng)速度不同，在粉體中會(huì)形成很多滑移面，各個(gè)滑移面之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，像薄層狀的流體一樣進(jìn)行混合。

3、擴(kuò)散混合

擴(kuò)散混合是指在微觀狀態(tài)下，兩個(gè)相鄰的顆粒之間的局部混合，由于相鄰顆粒問相互改變位置的改變，會(huì)引起粉體顆粒之間相互滲透、 摻和，擴(kuò)散混合過(guò)程可以使物料達(dá)到完全均勻的混合程度。

粉體混合機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在整個(gè)粉體混合過(guò)程中，初期是以對(duì)流混合為主，這一階段特點(diǎn)是混合速度較大；中期以擴(kuò)散混合為主；剪切混合在全部混合過(guò)程中都起著作用。

二、粉體混合效果評(píng)價(jià)方法

粉體物料混合效果的評(píng)價(jià)要用科學(xué)的方法對(duì)混合效果進(jìn)行定量分析，準(zhǔn)確判 斷混合均勻度。但是由于混合過(guò)程的復(fù)雜性，目前研究人員對(duì)粉體物料混合時(shí)顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律還不能完全掌握，如何正確的評(píng)價(jià)物料的混合效果一直是研究 的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前，粉體混合效果評(píng)價(jià)方法主要包括：化學(xué)分析法、示蹤法和儀器分析法，其中儀器分析方法越來(lái)越多的被使用，儀器分析法主要包括數(shù)字圖像分析法、近紅外光譜法、x射線光譜法等。

（一）化學(xué)分析法

化學(xué)分析法是指混合結(jié)束后首先取樣，然后使用合適的化學(xué)試劑處理樣品， 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后，通過(guò)儀器或滴定的方式，定量某種物質(zhì)含量，從而計(jì)算出粉體混合均勻度。

化學(xué)分析法優(yōu)點(diǎn)是：所需儀器相對(duì)簡(jiǎn)單，測(cè)定成本低，定量準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)可靠。

缺點(diǎn)是：相對(duì)耗時(shí)費(fèi)力，其所需時(shí)間較長(zhǎng)，有一定的滯后性，無(wú)法做到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

（二）示蹤法

示蹤法測(cè)定粉體料混合均的原理是將少量的示蹤劑顆粒（如磁性鐵粉或有 特殊顏色的惰性顆粒等）加入到要混合的物料中，然后用相應(yīng)的檢測(cè)手段觀察或記錄示蹤顆粒的蹤跡，最后計(jì)算出樣本中示蹤劑的數(shù)量，從而計(jì)算出混合均勻 度。

示蹤法的優(yōu)點(diǎn)是：能夠?qū)旌暇鶆蚨冗M(jìn)行分析，還可以對(duì)粉體混合的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行直觀的研究。

缺點(diǎn)是：對(duì)示蹤劑的選擇性要求較高，如示蹤劑即不能對(duì)最終混合物的功能和用途造成影響，又不能與混合物中任一組份發(fā)生反應(yīng)。因此，示蹤劑的選擇較為困難，導(dǎo)致示蹤法的使用也有一定的限制。

（三）數(shù)字圖像分析法

數(shù)字圖像處理技術(shù)是指通過(guò)圖像采集設(shè)備，如掃描儀將連續(xù)的圖像，通過(guò)圖像分析軟件處理為計(jì)算機(jī)可以采集的信息。利用數(shù)字圖像技術(shù)可以得到粉體物料混合截面圖像中顆粒的很多信息，如：粉體顆粒的粒徑、圓形度、棱角系數(shù)等。通過(guò)建立模型，確定計(jì)算方法，以某一計(jì)算機(jī)采集到的信息作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠定量評(píng)價(jià)粉體顆粒混合的均勻性 。

數(shù)字圖像分析示意圖

數(shù)字圖像分析法優(yōu)點(diǎn)是：在于直觀，不破壞樣品，可多次重復(fù)分析，簡(jiǎn)便快捷。

缺點(diǎn)是：需要根據(jù)不同種類的物料混合建立不同的數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計(jì)方法， 需要找到合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)，這一過(guò)程較為繁瑣，無(wú)法建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，影響其廣泛應(yīng)用。

（四）近紅外光譜法

近紅外光譜是指介于中紅外與可見光之間的電磁波，其波長(zhǎng)780—2500nm。 近紅外光譜區(qū)與有機(jī)分子中含氫基 團(tuán)（OH、NH、CH）振動(dòng)的合頻和各級(jí)倍頻 的吸收區(qū)一致，通過(guò)掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機(jī)分子含氫基團(tuán)的特征信息。通過(guò)樣品的近紅外光譜與準(zhǔn)（參考）樣品光譜集的對(duì)比，可以分析出樣品中某一組分的含量，從而計(jì)算出混合均勻度。

近紅外光譜法優(yōu)點(diǎn)是：具有快速、高效、準(zhǔn)確，不破壞樣品等優(yōu)點(diǎn)，并且近紅外光譜具有在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)了解粉體物料的混合情況，因此該技術(shù)受 到越來(lái)越多人的重視。

缺點(diǎn)是：其只能檢測(cè)含氫基團(tuán)的分子，只適用于有機(jī)物混料的分析，不適用于無(wú)機(jī)粉體物料混合效果的判定。

近紅外光譜儀

（五）X射線光譜法

X射線熒光光譜分析也是一種快速準(zhǔn)確的分析方法。X射線光譜法的工作原理是通過(guò)專用的X射線管產(chǎn)生某一特定波長(zhǎng)的X射線，當(dāng)這種X射線照射粉體顆粒，會(huì)使顆粒中的各種元素被激發(fā)，從而產(chǎn)生具有不同波長(zhǎng)和強(qiáng)度的特征X射線。應(yīng)用X射線晶體分光光譜儀，能檢測(cè)出各組成元素的特征X射線的波長(zhǎng)及強(qiáng)度，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對(duì)比即可得元素的類型與含量值，從而對(duì)元素進(jìn)行 定量和定性分析，最終計(jì)算出粉體混合的均勻度。

X射線光譜法分析粉體混合的均勻度

X射線光譜法優(yōu)點(diǎn)是：具有分析速度快、可用于在線測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，并且其測(cè)得的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，人為因素對(duì)其準(zhǔn)確性影響小。

缺點(diǎn)是：應(yīng)用范圍有限，只可以對(duì)無(wú)機(jī)粉體進(jìn)行定量和定性分析，用來(lái)檢測(cè)無(wú)機(jī)粉體的混料均勻度，受其原理限制無(wú)法對(duì)有機(jī)物混料過(guò)程進(jìn)行分析測(cè)定，且儀器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，價(jià)格高，對(duì)檢測(cè)人員的能力要求較高。

作者：李波濤