TWI472371B

TWI472371B - 物料混合方法

Info

Publication number: TWI472371B
Application number: TW101124649A
Authority: TW
Inventors: Jiashyan Shiau; Shihhsien Liu
Original assignee: China Steel Corp
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2015-02-11
Also published as: TW201402200A

Description

物料混合方法

本發明是有關於一種物料混合方法，特別是有關於一種批次輸出混合物之物料混合方法。

請參照第1圖，其係繪示習知攪拌器10之部份結構示意圖。習知的粉粒攪拌器10係利用攪拌件12(例如葉片或螺帶)來攪拌物料20，以使物料20不但能在徑向A能產生紊流(turbulent flow)運動而均勻混合，而且也能在軸向B產生柱狀流(plug flow)運動而適當地停留在攪拌器10內，以避免出料過早或停留過久等現象。

由於攪拌器10內的物料20係同時沿著軸向A和徑向B移動，若要使得混合完成的混合物分批從攪拌器10輸出，則必須嚴格地控制攪拌器10的操作條件，例如轉速、正反轉時間比等。否則，可能會使得混合物的混合度降低，或是使得攪拌器10內的物料20無法分批輸出。

因此，需要一種物料混合方法，其可維持混合物的混度，同時使得攪拌器內的物料可分批輸出。

本發明之一方面是在提供於一種物料混合方法。此物料混合方法係透過計算物料之峰度(kurtosis)指標、偏態(skewness)指標以及混拌度指標來達到均勻混合與分批輸出之目的。

根據本發明之一實施例，在物料混合方法中，首先進行測試階段，以獲得攪拌器之線上操作條件。在此測試階段中，首先提供複數個測試物料、複數個追蹤物以及攪拌器之預設測試操作條件。接著，根據預設測試操作條件來利用攪拌器對測試物料以及追蹤物進行測試攪拌製程，以使測試物料以及追蹤物沿著攪拌器之軸向和徑向來移動。此測試攪拌製程包含複數個出料作業，而每一出料作業係輸出一個混合物，此混合物包含測試物料之一部份以及至少一個追蹤標的物，其中追蹤標的物為上述之追蹤物。然後，根據標準差方程式來計算追蹤物滯留時間標準差(S)，其中此標準差方程式係表示如下：其中f係代表混合物所包含之追蹤標的物之數量；X _i 代表混合物所包含之追蹤標的物停留於攪拌器中之滯留時間；代表混合物所包含之追蹤標的物停留於攪拌器中之平均滯留時間；N係代表所有出料作業所輸出之追蹤物總數。接著，根據峰度(kurtosis)方程式來計算峰度指標(Kur)，其中峰度方程式係表示如下：然後，根據偏態(skewness)方程式來計算偏態指標(SK)，其中此偏態方程式係表示如下：接著，根據混拌度方程式來計算混拌度指標(M)，其中此混拌度方程式係表示如下：其中MD係代表混合物所包含之追蹤標的物沿著攪拌器之徑向移動之總位移量；R係代表攪拌器之攪拌件之軸徑；n係代表混合物所包含之追蹤標的物於攪拌器中沿著徑向折返之次數。然後，判斷峰度指標是否大於峰度閥值，以提供第一判斷結果。接著，判斷偏態指標是否位於預設偏態值範圍內，以提供第二判斷結果。然後，判斷混拌度指標是否大於混拌度閥值，以提供第三判斷結果。當第一判斷結果、第二判斷結果以及第三判斷結果為是時，決定攪拌器之預設測試操作條件為線上操作條件。接著，進行線上操作階段，以根據線上操作條件來利用攪拌器將複數個線上物料混合，其中這些線上物料與上述之測試物料相同。

由上述說明可知，本發明實施例之物料混合方法係利用測試階段來找出可使物料之峰度(kurtosis)指標、偏態(skewness)指標以及混拌度指標達到預設標準之攪拌器操作條件。找出攪拌器操作條件之後，再進行線上操作階段，以利用此攪拌器操作條件來攪拌線上物料，以達到均勻混合物料與分批輸出物料之目的。

請參照第2圖，其係繪示根據本發明實施例之物料混合方法100的流程示意圖。物料混合方法100包含測試階段110和線上操作階段120，其中測試階段110係用以找出適合攪拌機的操作條件，以供線上操作階段120來使用。

在測試階段110中，首先進行物料提供步驟111，以提供複數個測試物料111a以及複數個追蹤物111b，如第2a圖所示。在本實施例中，測試物料111a為油棕果短纖、柳衫或尤佳利樹製成之生質物顆粒，但本發明之實施例並不受限於此。另外，追蹤物111b為內嵌有金屬片且外形與測試物料111a一致之顆粒狀物體，而追蹤物111b表面塗有顏色異於測試物料111a之顏料，以方便追蹤測試物料111a在攪拌器中的行為。

接著，進行測試操作條件提供步驟112，以提供攪拌器之預設測試操作條件。然後，進行攪拌步驟113，以根據預設測試操作條件來利用攪拌器對測試物料111a以及追蹤物111b進行測試攪拌製程。攪拌步驟113所使用之攪拌器可使測試物料111a以及追蹤物111b沿著攪拌器之軸向和徑向來移動，以均勻地混合測試物料111a以及追蹤物111b。在攪拌步驟113中，測試攪拌製程包含複數個出料作業，每一個出料作業係輸出一個(堆)混合物。混合物包含部份的測試物料111a(例如，油棕果短纖之混合物)以及至少一個追蹤物111b。為了方便起見，在以下的敘述中，每一個混合物所包含之追蹤物111b係稱為追蹤標的物。

為了分析測試物料在攪拌器中的行為，在攪拌步驟113進行時，同時進行分析步驟114，以利用攝影機來擷取追蹤標的物在攪拌器中的移動路徑。

請參照第3圖，其係繪示根據本發明實施例之追蹤標的物在攪拌器200中的移動路徑210示意圖，其中追蹤標的物的徑向最大位置係以-1和1來表示。由於追蹤標的物係沿著攪拌器200之軸向和徑向來移動，因此追蹤標的物會不斷地在攪拌器200之徑向上來回移動，並形成多個折返點220，直到最後從出料點230被輸出至攪拌器200外。本實施例之分析步驟114係根據攝影機所拍攝的影像來計算追蹤標的物在攪拌器之徑向上之折返次數(即折返點220之數量)。

請回到第1圖，在攪拌步驟113後，接著進行分離步驟115，以將追蹤標的物從混合物中分離出來。在本實施例中，由於追蹤標的物內嵌有金屬片，因此可利用磁性物質(例如，磁鐵)來將追蹤標的物從混合物中吸附出來，如此便可得知每個出料作業之混合物所包含的追蹤標的物數量。

在分離步驟115之後，接著進行指標計算步驟116，以計算峰度指標、偏態指標以及混拌度指標。在計算峰度指標和偏態指標之前，首先計算追蹤物滯留時間標準差(S)，此追蹤物滯留時間標準差(S)與峰度指標和偏態指標有關。追蹤物滯留時間標準差(S)之計算方程式係表示如下：

其中f係代表每個混合物所包含之追蹤標的物之數量；X _i 代表每個混合物所包含之追蹤標的物停留於攪拌器中之滯留時間；代表混合物所包含之追蹤標的物停留於攪拌器中之平均滯留時間；N係代表出料作業所輸出之追蹤物總數。

計算出追蹤物滯留時間標準差(S)後，接著計算峰度指標(Kur)和偏態指標(SK)。峰度指標(Kur)的計算方程式係表示如下：偏態指標(SK)的計算方程式係表示如下：

在本發明之實施例中，測試物料111a在攪拌器軸向上的擴散度係以峰度指標(Kur)和偏態指標(SK)來評估。

峰度指標(Kur)代表出料作業之混合物在攪拌器軸向上的集中程度。當峰度指標(Kur)越高時，代表出料作業之混合物在攪拌器軸向上各自成群集中的程度越高，如第4圖所示。在第4圖中，多個出料作業所輸出之混合物係在一段時間中的不同時間點輸出，若出料作業之混合物係以高窄峰狀態來分佈，則表示此段時間內的混合物係有效地成群集中，並與其他時段的混合物群分開，如此可使攪拌器分批輸出混合物。反之，若出料作業之混合物係以低闊峰狀態來分佈，則表示攪拌器中的混合物未被有效地分開，大部份的混合物之間仍彼此相連，如此攪拌器便無法有效率地分批輸出混合物。

偏態指標(SK)代表出料作業之混合物之分佈形態，如第5圖所示。當偏態指標(SK)大於0時，代表各出料作業之混合物在攪拌器軸向上係處於正偏態。當偏態指標(SK)小於0時，代表出料作業之混合物在攪拌器軸向上係處於負偏態。當偏態指標(SK)等於0時，代表各出料作業之混合物在攪拌器軸向上係處於對稱態。

另外，為了計算混合物在攪拌器徑向上的混拌度(混合度)，本實施例利用下列的混拌度方程式來計算混拌度指標(M)：其中MD係代表混合物所包含之追蹤標的物沿著該攪拌器之徑向移動之總位移量；R係代表攪拌器之攪拌件之軸徑；n係代表混合物所包含之追蹤標的物於攪拌器中沿著徑向折返之次數，如第2圖所示。

值得注意的是，理想的狀況下，每次出料作業之混合物應會有至少一個追蹤標的物。然而，實際上，混合物可能會沒有追蹤標的物，或是分析步驟114無法取得混合物中的追蹤標的物。因此，若分析步驟114無法取得混合物中的追蹤標的物，則此次的分析紀錄排除在指標的計算外。

當峰度指標(Kur)、偏態指標(SK)以及混拌度指標(M)皆計算獲得後，接著進行判斷步驟117，以判斷峰度指標(Kur)、偏態指標(SK)以及混拌度指標(M)是否皆符合預設之標準。

針對峰度指標(Kur)之標準，本實施例係定義一峰度閥值，其值為3。意即，當峰度指標(Kur)大於3時，表示攪拌器中的混合物已被適當地分開。

針對偏態指標(SK)之標準，本實施例係定義一偏態值範圍，其介於0±1之間。意即，當偏態指標(SK)落在-1與1之間時，表示攪拌器中的混合物係較為對稱地分佈，且不會影響攪拌器的分批輸出作業。

針對混拌度指標(M)，本實施例中係定義一混拌度閥值係，其值為80%。意即，當混拌度指標(M)大於80%時，表示攪拌器中的混合物已均勻地攪拌並混合。

如第6圖所示(圖式中的每一個X記號係代表每一出料作業所輸出的追蹤物個數)，當峰度指標(Kur)、偏態指標(SK)以及混拌度指標(M)是皆符合預設之標準時，代表測試階段110所採用的測試操作條件可同時達到混合物在徑向均勻混合，而軸向分開成群集中的目標，因此採用此測試操作條件來作為線上工作時的操作條件。反之，當峰度指標(Kur)、偏態指標(SK)以及混拌度指標(M)中之至少一者不符合預設之標準時，則重設攪拌機之測試操作條件，直到找出合適的操作條件為止。

當線上操作條件被決定後，接著進行線上操作階段120，以根據線上操作條件來利用攪拌器來將線上物料混合攪拌，並分批輸出混合物，其中線上物料與測試物料相同。例如，當欲混拌的線上物料為油棕果短纖時，測試物料也需為油棕果短纖。

綜合以上所述，本發明實施例之物料混合方法100係以軸向擴散度(峰度指標、偏態指標)和徑向混拌度(混拌度指標)來分析於攪拌器中的混合物，以判斷混合物是否在徑向上紊流(turbulent flow)運動而均勻混合，而且也能在軸向產生柱狀流(plug flow)運動而適當地停留在攪拌器內。藉此，即可找到合適的攪拌機操作條件來對物料進行混合，以達到其可維持混合物的混合度，也同時使得攪拌器內的物料可分批輸出的目標。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧攪拌器

12‧‧‧攪拌件

20‧‧‧物料

100‧‧‧物料混合方法

110‧‧‧測試階段

120‧‧‧線上操作階段

111‧‧‧物料提供步驟

111a‧‧‧測試物料

111b‧‧‧追蹤物

112‧‧‧測試操作條件提供步驟

113‧‧‧攪拌步驟

114‧‧‧分析步驟

115‧‧‧分離步驟

116‧‧‧指標計算步驟

117‧‧‧判斷步驟

200‧‧‧攪拌器

210‧‧‧移動路徑

220‧‧‧折返點

230‧‧‧出料點

A‧‧‧徑向

B‧‧‧軸向

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖係繪示習知攪拌器之部份結構示意圖。

第2圖係繪示根據本發明實施例之物料混合方法的流程示意圖。

第2a圖係繪示根據本發明實施例之測試物料以及追蹤物的外觀示意圖。

第3圖係繪示根據本發明實施例之追蹤標的物在攪拌器中的移動路徑示意圖。

第4圖係繪示根據本發明實施例之出料作業之單一群混合物在攪拌器軸向上集中的程度。

第5圖係繪示根據本發明實施例之出料作業之單一群混合物的分佈型態。

第6圖係繪示根據本發明實施例之出料作業之多群混合物在軸向上的分佈情況。