Sítová analýza je metoda pro stanovení distribuce velikosti částic různých sypkých materiálů, popsaná v řadě mezinárodních norem. Sítová analýza je jednou z nejrozšířenějších metod v oblasti zajištění kvality a lze ji provádět jako suché nebo mokré sítování.
Ruční sitování je také možné, ale vzhledem k individuálním vlivům obsluhy, jako je rychlost a síla, je v profesionálním kontextu nevhodné.
Sitovací analýza umožňuje charakterizovat rozložení velikosti částic sypkých materiálů různých tvarů a velikostí, což umožňuje stanovit a porovnat specifické vlastnosti produktů, jako je rozpustnost, tekutost a reaktivita různých materiálů.
Sítová analýza
Sítová analýza je nepostradatelná pro výrobu a kontrolu kvality práškových a granulovaných sypkých materiálů v mnoha průmyslových odvětvích (včetně potravinářského, farmaceutického a chemického). Mezi výhody sítové analýzy patří:
- snadná manipulace
- nízké investiční náklady
- rychlé dodání přesných a reprodukovatelných výsledků
- schopnost získat jednotlivé frakce velikosti částic
Tato metoda proto může bezpochyby konkurovat moderním analytickým technikám, jako je rozptyl laserového světla nebo metody analýzy obrazu.
Aby byla zajištěna vysoká reprodukovatelnost a spolehlivost, musí sítovací stroj a příslušenství splňovat přísné požadavky, které jsou v souladu s (mezinárodními) normami. Analytická síta a sítovací stroje RETSCH, stejně jako všechna ostatní měřicí zařízení (např. váhy) potřebná pro charakterizaci distribuce velikosti částic, jsou proto kalibrovatelná a podléhají monitorování testovacích zařízení v rámci systémů řízení kvality. Pro komplexní spolehlivost procesu je rovněž nezbytná pečlivá příprava vzorků. Pouze v kombinaci lze dosáhnout výsledků sítování, které umožňují spolehlivou charakterizaci vašich produktů.
Přehled principů sítování
Vibrace spodního záchytného dna vrhají vzorek nahoru, který následně padá zpět dolů působením gravitačních sil. Amplituda označuje vertikální výšku kmitání záchytného dna.
Díky tomuto kombinovanému pohybu je vzorek materiálu rovnoměrně rozložen po celé ploše síta. Částice se zrychlují ve svislém směru, volně se otáčejí a poté klesají zpět statisticky orientované. U sítovacích strojů RETSCH uvádí elektromagnetický pohon do chodu systém pružina/hmota a přenáší oscilace do sloupce sít. Amplitudu lze plynule nastavit na několik milimetrů.
V horizontálním sítovacím stroji se síta pohybují v horizontálních kruzích v rovině. Horizontální síta se přednostně používají pro jehlovité, ploché, dlouhé nebo vláknité vzorky. Díky horizontálnímu sítovacímu pohybu téměř žádné částice nezmění svou orientaci na sítu.
Ve TAP sítovacím stroji se horizontální kruhový pohyb překrývá s vertikálním pohybem generovaným klepacím impulsem. TAP sítovací stroje jsou specifikovány v různých standardech pro analýzu velikosti částic.
Počet srovnání mezi částicemi a otvory na sítu je podstatně nižší u TAP sítovacích strojů než u vibračních sítovacích strojů (2,5 s-1 ve srovnání s ~ 50 s-1), což má za následek delší doby sítování. Na druhou stranu, klepavý pohyb dává částicím větší impuls, proto je u některých materiálů, jako jsou abraziva, podíl jemných částic obvykle vyšší. U lehkých materiálů, jako je mastek nebo mouka, je však podíl jemných částic nižší.
Proudová sítovačka JET je sítovací stroj pro jednoduché sítování, tj. pro každý proces sítování se používá pouze jedno síto. Samotné síto se během procesu nepohybuje.
Materiál na sítu se pohybuje prostřednictvím rotující vzduchové trysce: Vysavač, který je připojen k sítovacímu stroji, vytváří vakuum uvnitř sítovací komory a nasává čerstvý vzduch rotující štěrbinovou tryskou. Při průchodu úzkou štěrbinou trysky se proud vzduchu zrychlí a vyfoukne proti síto, čímž se částice rozptýlí. Nad sítovinou je vzduchová tryska distribuována po celém povrchu síta a je nasáván nízkou rychlostí sítem. Jemnější částice jsou tak transportovány otvory sítě do vysavače nebo popřípadě do cyklónu.
Při sítování s proudovým sítovacím strojem se používá vždy jen jedno síto, které se během sítování nepohybuje. Rotující tryska pod sítem nasměruje proud vzduchu na sítovaný materiál, čímž dojde k deaglomeraci částic a jejich následnému nasátí přes síto. Sítování proudem vzduchu je vhodné pro rozsahy velikostí od 10 µm do 4 mm.
Suché sítování je nejoblíbenější metodou reprodukovatelné sítové analýzy, včetně vibračního, horizontálního a TAP sítování. Za suchou metodu sítování se považuje také sítování proudem vzduchu, ale jedná se o speciální postup (viz níže). V případě potřeby se vzorek předem vysuší, aby se zabránilo shlukování. Před sítováním se vzorek zváží, poté se vloží do sítovacího systému a později se znovu zváží.
Sítováním se stanoví procento vzorku, které zůstane na sítu nebo je menší než zvolená velikost ok. Pokud se má provést stanovení velikosti částic různých frakcí (sadové sítování), použije se sloupec sít, který obsahuje několik sít s různou velikostí ok (40 µm - 125 mm).
Aby však bylo zajištěno, že výsledky budou bez pochybností reprodukovatelné, měl by být stroj nastaven zcela digitálně. Kromě toho by měla být integrovaná řídicí jednotka neustále monitorována, aby se zabránilo neúmyslným změnám a odchylkám během zkoušky.
Mokré sítování se používá ke stanovení velikosti částic ve vlhkých, mastných nebo olejnatých vzorcích. Je také metodou volby v případech, kdy je analyzovaný materiál již přítomen ve formě suspenze a nelze jej vysušit, a také v případě částic, které mají tendenci se shlukovat (obvykle < 45 µm) a které by jinak ucpaly otvory sít.
Materiál, který se má sítovat, se suspenduje a stejně jako při suchém sítování se nanese na nejhořejší síto a poté se propláchne vodou za vibrací, dokud se kapalina vystupující zpod hromady sít nezakalí. Mokré sítování se provádí v rozsahu 20 µm - 20 mm.
Různé požadavky, různé parametry sítování
Optimální nastavení parametrů závisí na příslušném materiálu. V závislosti na zvoleném sítovacím stroji, intervalu, rychlosti, době sítování, amplitudě nebo dokonce podtlaku mohou hrát roli. Ačkoli existuje řada (mezinárodních) norem a směrnic pro parametry analýzy sítování specifické pro daný produkt, u některých materiálů je nutné vhodné parametry stanovit experimentálně. Rádi vám s tím pomůžeme.
Využijte naši nabídku bezplatného zkušebního sítování!
Horizontální sítování:
Na vločky, tyčinky...
-> Dlouhé částice zůstávají na sítu
Vibrační sítování:
Podélný průchod částic póry.
-> Vzorek se zdá být jemnější
Různé metody sítování vedou k různým výsledkům sítování, které se mohou odrazit v distribuci velikosti částic. Diagramy ilustrují, jak horizontální metoda sítování a vibrační metoda sítování ovlivňují frakce velikosti částic. Zatímco horizontální metoda dosahuje specifického sítování prostřednictvím rovnoměrných pohybů, vibrační metoda sitování využívá 3D házející pohyby pro alternativní separaci. Výsledkem jsou různé distribuce částic, které jsou jasně znázorněny v diagramech.
AS 450 control: 5 min, amplituda 1mm
AS 400 control: 5 min, 170 ot/min
V obou případech byl sítován identický vzorek dřevěných kousků.
Sítování je komparativní metoda. Každá částice, která projde sítem, je menší než velikost oka síta. Sítování obvykle zohledňuje objemové nebo hmotnostní frakce vzorku. Počet (Q0), délka (Q1) nebo plocha (Q2) se obvykle stanovují optickými metodami (např. Camsizer). Problém: Camsizery pouze zaznamenávají měřené parametry, aniž by byly schopny frakcionovat vzorek.
Ve většině případů je rozměr Q3 (objem) vhodný jako parametr pro spolehlivé kvantifikování distribuce velikosti částic. Je to proto, že objem je přímo úměrný hmotnosti, a je tedy nejjednodušší vlastností, kterou lze použít k spolehlivému určení distribuce velikosti částic s minimálním úsilím.
Pouze optické přístroje poskytují informace o tvaru částic
- V závislosti na orientaci padajících částic může být detekována různými způsoby.
- Tyčinky mohou být detekovány jako koule nebo mince.
Kvantifikace
Q0 číslo
Q1 délka
Q2 plocha (plocha nebo projekční plocha)
Q3 hmotnost nebo objem
Srovnatelnost
Rozdělení objemu, povrchu a počtu, např. krychlí, které mají stejný celkový objem.
| Q0 počet | 1 | 103 | 106 číslo |
| Q1 délka | 10 | 1 | 0.1 [mm1] |
| Q2 povrch | 600 | 6,000 | 60,000 [mm2] |
| Q3 objem | 103 | 103 | 103 [mm3] |
Ekvivalentní průměr
- Koule: Průměr nezávislý na místě pohledu - skutečná velikost 1 mm
- Tyč: Částice může procházet sítem podélně - částice je delší než 1 mm ekvivalentní průměr
- Mince: Má také ekvivalentní průměr 1 mm, ale ve skutečnosti může mít až 1,3 mm.
Analýza velikosti zrn
Formální velikost jednotlivých částic ve směsi se označuje jako „velikost zrn“ a k jejímu určení se používá zrnitostní analýza. Následné rozdělení velikosti částic má významný vliv na vlastnosti materiálu, a to jak z vědeckého, tak z technického hlediska.
Vzhledem k četným diferencím a dokonce i různým metodám stanovení se analýza zrnitosti považuje za samostatnou disciplínu granulometrie.
Metody analýzy velikosti zrn
Ačkoli existují různé metody analýzy a stanovení velikosti zrn, ve všech variantách se vždy určuje ekvivalentní průměr. Která metoda se nakonec použije, závisí do značné míry na otázce, možných předpisech a samotném rozsahu velikosti zrn.
Větší částice, od velikosti přibližně 40 mm, se obvykle měří ručně nebo na základě fotografií, zatímco pro analýzu velikosti velmi malých částic, do velikosti 10 µm, se často používá sítování. Při sítování se nejprve na sebe naskládají síta různých velikostí a upnou se do sítovacího stroje. Vzorek se poté vloží do horního síta (s největší velikostí otvorů) a po určitou dobu se podrobí definovanému sítovacímu pohybu, aby se zajistilo přesné sítování.
Částice vzorku se na sítech oddělí podle své velikosti. Poté se stanoví procentuální podíl jednotlivých frakcí, které zůstaly na sítech s různou velikostí otvorů. Procentuální hmotnostní zlomky jednotlivých frakcí se označují jako p3. Kumulativní distribuční křivka Q3 poskytuje informace o přidaných hmotnostech jednotlivých frakcí. Obvykle poskytuje informace o velikosti vzorku menší než 90 %, 50 % a 10 %.
Optická charakterizace částic
Analýzu velikosti částic lze provádět také pomocí optické měřicí technologie. V závislosti na variantě měření lze rovněž učinit prohlášení o tvaru částic. Rozsah měření je v závislosti na systému od 0,3 nm do 30 mm. Charakterizaci částic lze provádět u suspenzí, emulzí, koloidních systémů, prášků, granulí a sypkých materiálů.
Naše sesterská společnost MICROTRAC je technologickým lídrem s rozsáhlou globální sítí a bezkonkurenční nabídkou v oblasti charakterizace částic.
SÍTOVÁ ANALÝZA PRO KONTROLU KVALITY
Všichni známe pojem „kvalita“. Je široce používán k popisu produktu zvláště vysoké hodnoty. Přesná definice kvality je však následující: Kvalita je soulad definovaných vlastností se zjištěnými vlastnostmi produktu, jak je stanoveno provedením testů. Produkt lze označit za vysoce kvalitní, pokud zkušební měření zjistí, že požadované vlastnosti leží v dané toleranci. Pokud se naměřené hodnoty příliš liší, kvalita je nižší. Mnoho materiálů, ať už přírodních nebo umělých, se vyskytuje v rozptýlené formě (materiál, který netvoří jednotnou hmotu, ale je rozdělen na prvky, které lze od sebe oddělit, např. hromada písku). Velikosti částic a jejich distribuce v množství materiálu - tj. frakce částic různých velikostí - mají zásadní vliv na fyzikální a chemické vlastnosti.
Několik příkladů vlastností, které mohou být ovlivněny distribucí velikosti částic:
- pevnost betonu
- chuť čokolády
- vlastnosti rozpouštění tablet
- tekutost a rozpustnost pracích prášků
- povrchová aktivita filtračních materiálů
Tyto příklady jasně ukazují, jak důležité je znát distribuci velikosti částic, zejména v kontextu zajištění kvality množství materiálu pro výrobní procesy. Pokud se během výrobního procesu změní distribuce velikosti částic, změní se také kvalita produktu.
Sítovací stroje RETSCH pro reprodukovatelné výsledky
Sítovací stroje RETSCH pokrývají širokou škálu měření a aplikací pro vaše potřeby. Různé pohyby í a velikosti sít vám umožňují použít vhodný sítovací stroj RETSCH pro každý materiál, který lze sítovat. Tím je zajištěno, že vždy získáte přesné a reprodukovatelné výsledky – samozřejmě v souladu s monitorováním zkušebních zařízení (DIN EN ISO 9001ff).
Kontaktujte nás pro bezplatnou konzultaci
Produkty a služby RETSCH jsou dostupné prostřednictvím globální sítě dceřiných společností a plně vyškolených distributorů. Naši zaměstnanci vám rádi pomohou s případnými dotazy.
