Методичка 5191

С точки зрения уменьшения энергозатрат более выгодно иметь лопасти с таким размахом, чтобы зазор между корпусом смесителя и краем лопасти составлял 15÷50 мм.

При перемешивании сыпучих материалов вращающимся ротором в его частицах наводится электростатический заряд. Роль генератора зарядов выполняет подвижная поверхность ротора. Электростатический заряд, возрастающий в процессе перемешивания, способствует адгезии частиц к стенкам корпуса смесителя и их коагуляции в крупные агломераты, что приводит к снижению предельно допустимой однородности смеси. Некоторые порошкообразные материалы, относящиеся к органическим веществам, из-за наводимого мешалкой электростатического заряда почти не перемешиваются в объеме аппарата. Например, из-за этого не удается смешать в циркуляционном лопастном смесителе порошкообразный полиэтилен с кварцевым песком.

Наводимая плотность тока в частицах возрастает по мере роста скорости вращения мешалки. Величина плотности тока и его знак зависят также и от расстояния частиц до оси вращения мешалки.

Один из вариантов смесителя с лопастным ротором представлен на рис. 13.

В цилиндрическом корпусе 1 вращается вал 2, на котором укреплены три радиальные лопасти 3 прямоугольного сечения с углом наклона лопасти к горизонту, равным 45°. Лопасти следующего уровня сдвинуты относительно лопастей предыдущего уровня на 60°. Вал приводится во вращение от электродвигателя 4 через коробку скоростей 5 и редуктор. Коробка скоростей позволяет подбирать оптимальный режим работы для различных сыпучих материалов. Подлежащий смешению материал загружается через штуцер 6, а после окончания цикла выгружается через разгрузочную коробку 7 с задвижкой.

Корпус центробежного лопастного смесителя может быть снабжен рубашкой, позволяющей охлаждать или нагревать смесь.

31

Рекомендуемый коэффициент заполнения корпуса сыпучим материалом 0,65.

Рис. 13. Центробежно-лопастной смеситель (ЦЛ):

1 – корпус; 2 – вал; 3 – лопастная мешалка; 4 – электродвигатель; 5 – коробка скоростей + редуктор; 6 – штуцер для загрузки; 7 – разгрузочная коробка

Для большинства смесителей при перемешивании легких порошкообразных смесей возможно достижение значения коэффициента неоднородности Vc = 2÷3 %. Время смешения у них короткое (τсм = 15÷25 мин). Тяжелые и крупнодисперсные компоненты смешиваются в них неудовлетворительно.

Центробежные лопастные смесители используют для смешения текучих и вязкотекучих смесей с небольшими добавками жидкого компонента.

Пример обозначения центробежного лопастного смесителя:

ЦЛ-100 – смеситель центробежно-лопастной с объемом смесительной камеры 0,1 м3.

32

Смесители с дисковым ротором

На рис. 14 представлена схема смесителя с дисковым ротором.

В цилиндрическом корпусе 1 смесителя смонтирован ротор, состоящий из верхнего 2 и нижнего дисков 3, жестко насаженных на верхний конец консольного вала 4, проходящего сквозь выпуклое днище. Нижний диск – сплошной с загнутыми вверх краями, выполненными по форме днища. Верхний диск – плоский, с прорезями около центра, через которые материал поступает на нижний диск.

Рис. 14. Схема дискового циркуляционного смесителя:

1 – цилиндрический корпус; 2 – верхний диск; 3 – нижний диск; 4 –консольный вал

При вращении ротора с окружной скоростью u0 = 5÷8 м/с, в смесителе создается интенсивная циркуляция смешиваемых материалов, которые при этом образуют «кипящий» слой. Направление циркуляции в этих смесителях такое же, как в лопастных смесителях: у стенок они поднимаются вверх, а в центре опускаются вниз.

Смеситель обеспечивает хорошее качество смешения сыпучих материалов (Vc = 3÷6 %) за относительно короткий промежуток времени

(τсм ≈ 6 мин).

Коэффициент заполнения корпуса сыпучим материалом 0,6 .

33

В таких смесителях из-за трения частиц о диски, стенки корпуса и между собой выделяется значительное количество тепла. Благодаря короткому циклу смешения удается избежать повышения температуры материала выше нормы. В случае, когда материал совсем нельзя нагревать, корпус смесителя снабжают рубашкой, сквозь полость которой пропускают хладагент.

Смесители с вращающимся конусом

Для интенсивной внутренней циркуляции сыпучего материала в смесителях этого типа служит вращающийся полый усеченный конус. Изза внешнего сходства конуса с волчком эти смесители иногда называют волчковыми. Другое название - «центробежный смеситель» (рис. 15).

Рис. 15. Схема смесителя с вращающимся конусом:

1 – полый усеченный конус;

2 – корпус; 3 – консольный вал; 4 – крышка; 5 – лопастная мешалка; 6 – окно; 7 – штуцер для загрузки; 8 – клапанная коробка; 9 – сварная подставка; 10 – электродвигатель; 11 – ременная передача; 12 – рама с лопастями и скребком; 13 – ленточный тормоз

Основным рабочим элементом этого смесителя является полый усеченный конус 1, смонтированный в корпусе 2, имеющим в нижней части коническую форму. Конус смонтирован на консольном валу 3,

34

который пропущен внутрь корпуса через днище. К нижней части конуса жестко прикреплена лопастная мешалка 5, наклоненная к горизонту под углом 45°. В нижней части конуса прорезаны два симметрично расположенных окна 6. Смеситель загружают сыпучим материалом через штуцер 7 (один или несколько), вваренных в крышку 4, а разгружают готовую смесь через клапанную коробку 8, прикрепляемую к днищу корпуса. Корпус установлен на сварной подставке 9. Вал 3 приводится во вращение от электродвигателя 10 через ременную передачу 11.

При вращении конуса 1 материал, попавший в него при засыпке, вследствие сил трения начинает вовлекаться во вращение. Под действием центробежных сил инерции частицы материала начинают двигаться по внутренней поверхности конуса вверх, а затем сбрасываются с него в кольцевое пространство между конусом и корпусом смесителя. Новые порции материала поступают внутрь конуса из кольцевого пространства через окно 6. Лопастная мешалка 5, вращаясь вместе с конусом, увеличивает подвижность сыпучего материала в нижней части корпуса смесителя, способствует протоку его через окна внутрь конуса. Материал перемешивается как при подъеме его по конусу вследствие разных траекторий движения частиц, таки вне конуса вследствие их перераспределения во время отскока от стенок, опускания по кольцевому пространству вниз и псевдоожижения лопастной мешалкой.

Для материалов с плохой сыпучестью в корпусе устанавливается свободно вращающаяся рама 12 с лопастями и скребком, который входит внутрь корпуса. Рама под влиянием сил, действующих со стороны материала на скребок и лопасти, вовлекается во вращение. Скорость вращения рамы регулируется ленточным тормозом 13. Вследствие устанавливаемой с помощью тормоза разности скоростей вращения рамы и материала, последний, наталкиваясь на лопасти, частично поступает внутрь корпуса через окна 6, а остальная часть обтекает их. Возникающие при этом завихрения способствуют более быстрому протеканию процесса смешения.

При оптимальных конструктивных соотношениях рабочих органов смесителя производительность конуса определяется в основном величиной

35

центробежного ускорения на верхней кромке 2 R . Циркуляция сыпучего материала начинается при значениях 2 R 200м / с2 . С увеличением 2 R циркуляция материала через конус возрастает. Однако для тяжелых материалов (1100кг/м<ρн<2000кг/м3) при 2 R 300м / с2 начинает увеличиваться неоднородность смеси. Это объясняется тем, что при больших скоростях вращения конуса тяжелые материалы плохо затекают внутрь конуса через окно.

Установлено, что оптимальное значение для угла раструба конуса равно 60°, а коэффициент заполнения корпуса сыпучим материалом0,5 0,8 (меньшие значения относятся к тяжелым смесям, а большие – к легким). Угол наклона нижней радиальной лопасти к горизонту – 45°.

Достоинства центробежных смесителей:

хорошее качество смешения сыпучих материалов (даже легких порошкообразных и с большой разностью плотностей);

большая удельная производительность по готовой смеси;

возможность совмещения в одном аппарате нескольких процессов (например, смешения и сушки, смешения и дробления и т. п.);

относительно короткий цикл смешения;

возможность смешения как сыпучих, так и жидких материалов;

низкие энергозатраты на единицу готовой смеси (кроме дисковых и шнековьгх смесителей).

Недостатки центробежных смесителей:

большие динамические нагрузки на рабочие органы и опорные узлы аппарата;

большой износ рабочих органов и корпуса аппарата;

невозможность смешения гранулированных сыпучих материалов, размер и форма частиц которых должны быть сохранены (особенно в центробежно-ударных смесителях);

выделение большого количества тепла из-за трения частиц материала

ороторные диски, стенки корпуса и между собой (особенно в дисковых и шнековых смесителях).

36

2.7. Усреднители

По условиям производства нередко возникает необходимость получения однотипной однородной смеси в больших объемах (до 500 м3). Такая необходимость обычно возникает в том случае, когда смешиваемые компоненты нарабатываются в аппаратах периодического действия в сравнительно небольших количествах с неповторяющимися точно свойствами, а по условиям производства требуется подавать в технологический цикл однотипную однородную смесь компонентов в течение длительного времени или сразу в больших объемах. Например, многие типы красителей производятся в аппаратах периодического действия. Так как в аппаратах периодического действия трудно воспроизвести в точности рабочие условия, то партии красителя по своим цветовым свойствам отличаются друг от друга. Для получения однотипного красителя в больших объемах, чем в одной партии, партии красителя усредняют, то есть смешивают между собой. Обычные смесители периодического действия с рабочим объемом свыше 5 м3 экономически нецелесообразны. Смесители специальных конструкций, предназначенные для проведения процесса усреднения готовых партий сыпучих материалов, имеющих по условиям производства несколько отличающийся друг от друга состав, называют усреднителями, или гомогенизаторами. В этих смесителях основными элементами являются бункера большого объема и транспортирующие устройства.

Пересыпные усреднители

Пересыпной усреднитель (рис. 16) состоит из бункера 1, связанного через дозирующий шнек 3 с горизонтальным 4 и вертикальным 6 шнеками. Для предупреждения зависания материала в бункере устанавливают тихоходный ворошитель 2. Материал, подлежащий смешению, загружают в бункер через штуцер 7, а выгружают через патрубок 5. Бункер и шнеки образуют замкнутый контур, в котором циркулирует материал. Сыпучий материал смешивается в сравнительно небольшой по объему нижней зоне бункера, где происходит перераспределение частиц.

37

Рис. 16. Пересыпной усреднитель:

1 – бункер; 2 – ворошитель; 3 – дозирующий шнек; 4 – горизонтальный шнек; 5 – патрубок для выгрузки; 6 – вертикальный шнек; 7 – загрузочный штуцер

Для достижения необходимой однородности смеси материал, загруженный в бункер, необходимо заставить многократно пройти эту зону. Для достижения приемлемых значений коэффициента неоднородности материал в бункере следует пересыпать свыше 30 раз.

Циркуляционные усреднители

Для ускорения процесса смешения в бункерных усреднителях стали встраивать перемешивающий элемент той или иной конструкции. Усреднители, в которых имеется этот элемент, в отличие от пересыпных, обычно называют циркуляционными смесителями. Наиболее распространены – смесители с центральной циркуляционной трубой, планетарно-шнековые, центробежно-лопастные.

38

2.8. Смесители с центральной циркуляционной трубой (ЦЦТ)

Схема смесителя с центральной циркуляционной трубой показана на рис. 17.

Рис. 17. Смеситель с центральной циркуляционной трубой:

1 – штуцер для загрузки материала; 2 – горизонтальный шнек; 3 – вертикальный шнек; 4 – корпус; 5 – нижняя часть корпуса; 6 – центральная труба; 7 – смешиваемый материал; 8 – разбрасывающий диск; 9 – неподвижный диск; 10 – крышка; 11 – штуцер для выгрузки материала

Загрузка компонентов смеси осуществляется через штуцер 1. Далее компоненты транспортируются горизонтальным шнеком 2 в нижнюю часть 5 корпуса смесителя. Циркуляция смешиваемого сыпучего материала осуществляется с помощью вертикального шнека 3. Верхняя часть этого шнека заключена в трубу 6, которая неподвижно закреплена в верхней части корпуса 4 смесители вдоль его оси. При вращении вертикального шнека сыпучий материал поднимается по трубе вверх. На валу внутреннего шнека смонтирован перемешивающий орган, выполненный в виде разбрызгивающего диска с пальцевыми стержнями 8. На крышке смесителя 10 находится неподвижный диск. Сыпучий материал сбрасывается в кольцевое пространство между трубой и корпусом смесителя, опускается вниз и снова поступает в центральную трубу.

39

Выгрузка осуществляется через штуцер 11, расположенный в нижней части корпуса 5.

Втаких усреднителях хорошо смешиваются зернистые или гранулированные материалы.

Внекоторых конструкциях смесителей ЦЦТ диски отсутствуют, а в нижней конической части корпуса на валу шнека закрепляется лопасть, увеличивающая подвижность сыпучего материала в заборной части шнека.

Всмесителях этого типа возможно достижение значения коэффициента неоднородности Vс = 5%.

2.9. Смесители с планетарно-шнековой мешалкой (ПШ)

Схема смесителя с планетарно-шнековой мешалкой показана на рис.18.

Рис. 18. Смеситель с планетарно-шнековой мешалкой:

1 – корпус; 2 – привод водила; 3 – привод шнека; 4

– крышка; 5, 6 – коробки передач; 7 – шнек; 8 – запорный механизм; 9 – приемный бункер; 10 – водило

Подлежащий смешению сыпучий материал в необходимых количествах загружают через штуцера в крышке

40