[發(fā)明專利]一種預測晶體在吸濕作用下的聚結(jié)率和聚結(jié)強度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810844004.6
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108959817B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔俊波;陳明洋;雷亞偉;朱明河;侯寶紅
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發(fā)明公開一種預測晶體在毛細冷凝吸濕作用下的聚結(jié)率和聚結(jié)強度的方法。基于離散元方法模擬晶體粒子堆積過程，預測考慮晶體形狀和粒度分布特征的晶體粒子群的隨機接觸狀態(tài)；測定晶體粒子聚結(jié)的最小晶橋直徑、晶體粒子與水的接觸角、晶體粒子的毛細冷凝點和潮解點；設(shè)定吸濕環(huán)境循環(huán)濕度，測定單次循環(huán)總吸濕量；根據(jù)Kelvin公式、接觸角、單次循環(huán)總吸濕量、晶體粒子群隨機接觸狀態(tài)，計算兩個晶體之間單次循環(huán)的吸濕量，根據(jù)晶體溶解度進而得到兩個晶體之間單次循環(huán)的晶橋生成量，結(jié)合最小晶橋尺寸，預測晶體粒子群隨時間和濕度循環(huán)過程聚結(jié)率和聚結(jié)強度變化情況。實驗數(shù)據(jù)快速易得，將數(shù)月的聚結(jié)研究縮短至幾天內(nèi)完成，并提高預測準確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種預測晶體在吸濕作用下的聚結(jié)率和聚結(jié)強度的方法。也可應(yīng)用于極性及非極性液體對晶體產(chǎn)生聚結(jié)作用的研究當中。

背景技術(shù)

在結(jié)晶領(lǐng)域，晶體更傾向于被制備成單顆、分散狀態(tài)的產(chǎn)品，以具備良好的流動性和穩(wěn)定性。這樣的晶體產(chǎn)品往往具有明顯的商業(yè)競爭力。然而，在晶體后處理過程(運輸、存儲和干燥)中，聚結(jié)現(xiàn)象極易發(fā)生，成為產(chǎn)品質(zhì)量的主要障礙，對鹽、糖、藥晶體的生產(chǎn)效益均造成嚴重損失。晶體聚結(jié)問題的普遍性和危害性困擾著眾多生產(chǎn)領(lǐng)域。有效預測晶體聚結(jié)問題，有助于促進清潔生產(chǎn)，提高最終產(chǎn)品的整體質(zhì)量，顯著提高工業(yè)效益。

晶體粒子聚結(jié)通常是由于晶體表面吸附液體所導致，如存儲和運輸過程中高環(huán)境濕度引起的吸濕現(xiàn)象，干燥過程中晶體表面的母液或潤洗液殘留等等。在實際生產(chǎn)中，多數(shù)晶體粒子聚結(jié)通常有水的介入，這是由于晶體粒子多可以與水發(fā)生作用，因此吸收水分或后處理過程的水分殘留導致的聚結(jié)現(xiàn)象非常普遍。由此可見，聚結(jié)始于吸濕，吸濕過程為晶體表面提供了一定量水，隨后發(fā)生一系列的固液作用，從而形成聚結(jié)(Ghorab?M.K.,etal.Food?Chemistry,2014,144(144C):26-35)。晶體粒子具有潮解點和毛細冷凝點。一般基于潮解點和毛細冷凝點，將晶體的吸濕過程分為毛細冷凝作用和潮解作用。毛細冷凝作用非常微弱，吸濕量有限，而當環(huán)境濕度超過潮解點，晶體會迅速吸濕，在表面積累大量液體。一些學者對于聚結(jié)動力學進行著持續(xù)的研究，Komunjer?L.基于Knudsen公式，結(jié)合晶體成核與生長的理論基礎(chǔ)，針對“吸濕-液橋形成-液橋蒸發(fā)-晶橋生長”這一經(jīng)典的聚結(jié)過程進行了動力學模型推導和實驗考察。利用理論模型建立的曲線可描述均相體系隨濕度的質(zhì)量變化，與實際晶體樣品吸濕-脫濕的重量變化曲線對比，可以分析出晶橋出現(xiàn)的時間點，即成核點。再結(jié)合時間數(shù)據(jù)可揭示動力學規(guī)律(Komunjer?L.,et?al.Powder?Technology,2005,157(1):67-71)。Langlet?M.在2013年利用ESEM(Environmental?scanningelectronic?microscopy)設(shè)備在調(diào)控濕度和溫度的同時同步采集圖像數(shù)據(jù)，進一步明確了吸濕、脫濕、成橋等聚結(jié)過程的關(guān)鍵點，使該方法的研究結(jié)果做到定量表征(Langlet?M.,etal.Chemical?Engineering?Science,2013,86(5):78-86)。

然而，上述方法仍停留在理論研究階段，晶體的聚結(jié)熱力學、動力學和聚結(jié)強度、聚結(jié)率尚未建立可靠的關(guān)聯(lián)。更需要指出的是，由于無法對晶體的粒度、粒形進行定量化的表征，文獻作者也指出了上述方法的準確性存在明顯的問題。由此可見，目前存在的方法中，對于實際工業(yè)生產(chǎn)中的大量粒子的聚結(jié)問題無法得到實際有效的指導。在目前的研究中，對毛細冷凝現(xiàn)象尤其缺乏關(guān)注，而實際上，在長時間存儲過程中，工廠對于濕度和溫度是有一定的把控的，在這樣的環(huán)境下，聚結(jié)很大程度上要歸結(jié)為毛細冷凝帶來的微弱吸濕作用。同時，由于毛細作用帶來的影響是微弱而持久的，這種特性導致其在工業(yè)生產(chǎn)中難以發(fā)現(xiàn)，檢測時間長，而一旦發(fā)現(xiàn)，所帶來的危害已經(jīng)造成，難以挽回。

在以往的晶體聚結(jié)檢測設(shè)備和測量方法中，沒有關(guān)于考慮晶體形狀和粒度分布特征的模擬分析晶體在毛細冷凝吸濕作用下的聚結(jié)率和聚結(jié)強度的專利和文獻報道。

因此，目前急需一種方法來對工業(yè)存儲、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)中的具有粒度和粒形特征的晶體的聚結(jié)現(xiàn)象進行高效精準的定量分析。

發(fā)明內(nèi)容