Разработка метода весового непрерывного дозирования сыпучих материалов и анализ его реализации

Весовое непрерывное дозирование сыпучих материалов — одна из ключевых операций многих технологических процессов. Анализ способов и устройств непрерывного весового дозирования, применяемых ведущими мировыми компаниями-производителями дозаторов, выявил, что основной причиной снижения точности дозирования являются динамические воздействия на датчик веса. Эти воздействия обусловлены движением материала в процессе измерения веса. Наименьшие динамические воздействия на датчик веса наблюдаются при использовании двухстадийного способа дозирования. Суть этого способа заключается в том, что на первой стадии формируются отдельные порции с фиксированным весом, которые через равные промежутка времени подаются в вибрирующий лоток, и преобразуются в непрерывный поток на второй стадии. Значения веса порции и промежутка времени выбирают из условия равенства заданной производительности дозатора отношению веса отдельной порции к промежутку времени между подачей порций в устройство для их преобразования в непрерывный поток. Динамические воздействия на датчик веса уменьшены, но полностью не исключены, так как вес отдельной порции определяется во время движения материала. Для повышения точности дозирования предложена новая стратегия реализации двухстадийного способа дозирования, основанная на том, что постоянство частного от деления можно обеспечить не только при постоянстве делимого и делителя, но и при переменных значениях этих величин. Проведено экспериментальное сравнение предлагаемого и известного способов дозирования, подтвердившее преимущества новой стратегии дозирования перед традиционной.

Литература

[1] Системы дозирования. k-tron.ru: веб-сайт. URL: http://k-tron.ru/sistemyi-dozirovaniya-2/ (дата обращения: 19.05.2022).

[2] QuantStudio absolute Q digital PCR system. thermoscientific.com: веб-сайт. URL: www.thermoscientific.com/bulk-handling (дата обращения: 19.05.2022).

[3] COMPETENCE IN FEEDING AND DOSING. easyfairsassets.com:веб-сайт.URL: https://easyfairsassets.com/sites/245/2021/08/678_UK_Gericke_Brochure_Feeding-1.pdf (дата обращения: 05.01.2023).

[4] Low capacity weighbelt feeder. thermo-ramsey.com: веб-сайт. URL: http://thermo-ramsey.com/index.php/wareshow/ramsey/1/en/64020,86533/86533.html (дата обращения: 19.05.2022).

[5] Živanić D., Gajić A., Zelić A. et al. Flat belt feeder regulation possibilities. Flexible Technologies" – MMA. Novi Sad, Faculty of Technical Sciences, 2018, pp. 351–354.

[6] Aleksandrović S., Jovic M. Analysis of belt weigher accuracy limiting factors. Int. J. Coal Prep. Util., 2011, vol. 31, no. 5, pp. 223–241, doi: https://doi.org/10.1080/19392699.2011.552896

[7] Zhao Y., Collins E.G. Fuzzy PI control design for an industrial weigh belt feeder. IEEE Trans. Fuzzy Syst., 2003, vol. 11, no. 3, pp. 311–319, doi: https://doi.org/10.1109/TFUZZ.2003.812686

[8] Dosering og Prosessveiing. scaleit.no: веб-сайт. URL: https://www.scaleit.no/dosering-tank-silo/ (дата обращения 05.01.2023).

[9] Bostijn N., Dhondt J., Ryckaert A. et al. A multivariate approach to predict the volumetric and gravimetric feeding behavior of a low feed rate feeder based on raw material properties. Int. J. Pharm., 2019, vol. 557, pp. 342–353, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2018.12.066

[10] Yadav I.K., Holman J., Meehan E. et al. Influence of material properties and equipment configuration on loss-in-weight feeder performance for drug product continuous manufacture. Powder Technol., 2019, vol. 348, pp. 126–137, doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.01.071

[11] Першин В.Ф., Барышникова С.В. Способ непрерывного дозирования сыпучих материалов. Патент РФ 2138783. Заявл. 04.06.1998, опубл. 27.09.1999.

[12] Pershin V., Barishnikova S., Sviridov M. Influence of the feeder’s capacity and accuracy on the mixture quality. Use of two-stage feeding for preparing bulk solids mixture. Proc. 1st Europ. Cong. on Chemical Engineering, 1997, vol. 2, pp. 997–999.

[13] Першин В.Ф., Барышникова С.В., Каляпин Д.К. и др. Способ непрерывного дозирования сыпучих материалов устройство для его осуществления. Патент РФ 2251083. Заявл. 07.04.2003, опубл. 27.04.2005.

[14] Першина С.В., Ди Джиннаро А.И., Однолько В.Г. и др. Устройство для непрерывного двухстадийного дозирования углеродных материалов. Патент РФ 113353. Заявл. 24.06.2011, опубл. 10.02.2012.

[15] Besenhard M.O., Fathollahi S., Siegmann E. et al. Micro-feeding and dosing of powders via a small-scale powder pump. Int. J. Pharm., 2017, vol. 519, no. 1–2, pp. 314–322, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2016.12.029

[16] Qi L., Zeng X., Zhou J. et al. Stable micro-feeding of fine powders using a capillary with ultrasonic vibration. Powder Technol., 2011, vol. 214, no. 2, pp, 237–242, doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2011.08.015

[17] Bi M., Sun C.C., Alvarez F. et al. The manufacture of low-dose oral solid dosage form to support early clinical studies using an automated micro-filing system. AAPS Pharm. Sci. Tech., 2011, vol. 12, no. 1, pp. 88–95, doi: https://doi.org/10.1208/s12249-010-9549-y

[18] Gao X., Zhou Z., Xu Y. et al. Numerical simulation of particle motion characteristics in quantitative seed feeding system. Powder Technol., 2020, vol. 367, pp. 643–658, doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.04.021

[19] Lu H., Cao J., Jin Y. et al. Study on the feeding characteristics of pulverized coal for entrained-flow gasification. Powder Technol., 2019, vol. 357, pp. 164–170, doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.08.064

[20] Matsusaka S., Kobayakawa M., Hosoh Y. et al. A micro-feeding of fine powders using vibration shear flow. J. Soc. Powder Technol., 2012, vol. 49, no. 9, pp. 658–652, doi: https://doi.org/10.4164/sptj.49.658

[21] Madarász L., Köte A., Gyürkés M. et al. Videometric mass flow control: A new method for real-time measurement and feedback control of powder micro-feeding based on image analysis. Int. J. Pharm., 2020, vol. 580, art. 119223, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.119223

[22] Alsayyad T., Pershin V., Pasko A. et al. Improving the accuracy of two-stage weight feeding technology of bulk solids. AIP Conf. Proc., 2017, vol. 1899, no. 1, art. 060011, doi: https://doi.org/10.1063/1.5009882

[23] Al-Sayyad T., Pershin V., Vorobiev A. et al. Two-step feeding technology for graphene oxide manufacturing. AIP Conf. Proc., 2018, vol. 2041, no. 1, art. 020001, doi: https://doi.org/10.1063/1.5079332

[24] Першин В.Ф., Алсайяд Т.Х.К., Ткачев А.Г. и др. Способ непрерывного весового дозирования сыпучего материала и устройство для его осуществления. Патент РФ 2691786. Заявл. 31.10.2018, опубл. 18.06.2019.

[25] Першин В.Ф., Воробьев А.М., Нечаев В.М. и др. Двухстадийное непрерывное дозирование при производстве и использовании углеродных наноматериалов. Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2018, № 6, с. 12–14.