中国粉体网讯 粉体混合是工业生产中非常关键的单元操作，在环境、食品、制药、化工、能源等领域具有广泛的应用。根据粒径大小的区分，常态下以较细粉粒状态存在的物料一般称为粉末物料。粉末颗粒相对于固体颗粒有着更加小的粒径，有的粉末物料的粒径甚至可以达到几纳米。粉体物料的混合广泛存在于工业生产中，使得粉末物料的混合在生产工艺环节占据十分重要的地位，比如将粉末物料混合应用于医学制药﹑农业的土质改善﹑工业冶金以及基础设施建设等。
混合理论
物料混合，是指两种或多种颗粒在外力（机械力或重力）作用下发生位置和速度的变化，并通过颗粒之间的相对移动以及相互渗透进各自颗粒集合中所形成的多种颗粒共存并趋于均匀的复杂运动过程。
粉体颗粒具有宏观上的连续性和微观上的离散性，使得不同特性的颗粒在混合运动中表现为一个非常复杂的过程，不过根据复杂过程中一些典型的特征规律，一般将颗粒混合的机理分为三种类型：对流混合、剪切混合和扩散混合。
混合的三种机理
（图片来源：王涛.强力混合机物料场仿真及优化研究）
在整个粉体合过程中，大致可分为三个阶段：对流混合阶段、对流与剪切共同作用阶段，扩散混合阶段。第一阶段：这个阶段的混合主要为对流混合，混合速度快。第二阶段：这一阶段的混合为对流与剪切共同作用的阶段，混合时间相对较长。第三阶段：此阶段为扩散混合阶段，混合物的状态处于混合与分离的平衡状态，混匀度在某一值附近上下波动。
虽然三种混合机理有着各自独特的规律，但它们的发生在时间上没有明显的界限，具有交叉性和同时性，一般我们认为颗粒的混合是三种混合机理共同作用的结果，它们之间相互交叉。
评价混合质量的好坏，目前使用最多也是最被广泛接受的方法是利用数理统计分析来定量分析工业产品中粉体物料的混合均匀度，以数学统计数值来判断产品混合的好坏。这里的混合均匀度是一个统计值，一般使用变异系数、标准偏差、混合指数以及颗粒之间的总接触数来定量评价颗粒的混合均匀度。
影响粉体混合均匀度的因素
影响混合均匀度的因素主要有粉体的物理性质、混合机的性能和混合机的工艺参数。
（1）粉体的物理性质
粉体的性质如粒径、堆密度、流动性、粒子形态、静电性和表面能等均会影响混合效果。粉体的粒径和密度，决定了物料在混合过程中分离或混合的趋势。若混合的物料具有相似的粒径和密度，那么分离的倾向就会降低，并在混合和分离之间达到平衡状态。粉体混合物中物料的粒度分布对混合物均匀性至关重要，粒度分布可影响粉体的其他性质，如流动性和可压缩性。有研究表明，随着粒径的减小，颗粒之间的接触面积增加，从而增强分子间力，减少分离倾向，但降低了粉体的流动性。
对于流动性较差的粉体，颗粒间容易互相黏附，且不利于粉体相互穿插移动、对流，不易于混合均匀；但对于流动性过强的粉体在混合均匀后容易产生偏析等二次不均匀现象，因此，粉体混合前选择混合设备需考虑粉体的流动性。此外，在运输中应减少晃动和碰撞，避免混合均匀的物料分离。
（2）混合机的性能
对于粉体物料的混合，混合效果很大程度上取决于混合机的性能。在设备选择时应注意：①表面的磨损。混合器的结构材料是至关重要的，表面抛光有助于避免磨损。如果发生磨损，则产品易被污染。②清理设备。这通常是批间操作所必需的。桶内应无死角、易出料、易清洗，否则易造成交叉污染。③防静电功能。粉体产生静电容易聚集，因此混合机很有必要设置防静电功能。④启动和停止。混合机的启动和停止方式会影响产品的质量，如果停止时速度降低很慢，则在混合物静止之前，分离有可能会在低速下发生。
（3）混合机的工艺参数
混合机的工艺参数包括混合机的旋转速度、混合机的填充率及混合时间等，均会对混合结果产生影响。
混合机的转速会影响物料的混合状态，从而影响混合均匀度。若转速较低，则很难混合均匀；若转速太高，超过临界值时，物料做离心运动，则不能达到混合目的。只有当转速适宜，物料做抛落运动时，各组分能充分接触，才能取得良好的混匀效果。混合机的填充率对混合效果影响很大，填充率的确定必须和转速协同考虑，使两者搭配合理，以获得适宜物料运动，才能提高混匀效果。选择合适的混合时间也很重要，若混合时间较短，则物料混合不充分；若混合时间过长，则容易出现分离现象。
小结：
很多工业品在制作完成之前，都需要不同粉体物料的配比和混合，粉体物料之间混合的好坏直接关系到最终产品的质量。粉体的物理特性，如颗粒密度、形状、大小和表面性质等，主要决定了混合物的分离倾向；与设备、工艺有关的方面，如混合机的性能和工艺参数等也会对混合的质量产生影响。
参考来源：
1、洪晓轩，陈文等.粉体混合评价技术的研究进展
2、王涛.强力混合机物料场仿真及优化研究
3、倪子昊.卧式双轴混合设备仿真及参数优化
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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