Перемешивание сыпучих материалов.

Перемешивание сыпучих материалов – самая неизвестная область. Сложность в многофакторности зависимости качества перемешивания от времени. Имеет место сухое трение, также затруднен анализ свойств сыпучих материалов и качества смеси, т.е. сложно математическое моделирование.

Сыпучий материал – это материал, состоящий из твердых частиц, позволяющий изменять свою форму и плотность под воздействием сил тяжести и внешних сил.

Идеальный материал – это материал, у которого частицы имеют сферическую форму и они одного размера, отсутствует внутреннее трение.

Реальные вещества имеют внутреннее трение, частицы различаются по форме и по размерам и состоят из частиц различных размеров и форм (полидисперсная система).

Физико-механические свойства сыпучих материалов.

1. Плотность.

Она может быть для сыпучего материала - насыпной:

ppнас = М/V;

• плотность монокристалла:

pмн = mI/VI = (удельный вес);

где mI – вес 1 частицы;

VI – объем 1 частицы.

Если приложить внешнюю силу, то плотность увеличится от рнас. до удельного веса. Поэтому кристалл при любом внешнем воздействии не разрушается.

2. Коэффициент трения (f).

Может быть внешним и внутренним.

Внешним трением называется сопротивление движению сыпучего материала относительно поверхности, ограничивающей это движение. Определяется экспериментально: берется металлическая подложка, на которую ставится рамка; насыпается сыпучий материал; устанавливается пластина. На пластину устанавливается груз (гиря). Привязывается нитка через блок, и подвешивается ведерко, в которое насыпается мелкая дробь до тех пор, пока начнется движение. Взвешиваем Р сдвига, Рн. Далее строим график Р сдвига от Рн.

Коэффициент внутреннего трения – это сопротивление движению материала относительно его слоев. Определяется таким же способом, только рамка устанавливается на тот же материал, для которого определяется коэффициент внутреннего трения.

3. Дисперсность.

Характеризуется эквивалентным диаметром. По дисперсности различают идеальные и реальные тела.

Идеальные – это сферические частицы одного размера и правильной укладки. Укладка может быть кубической (угол между точками соприкосновения соседних частиц = 90 град.). При этом порозность (отношение объема пор к общему объему) равна 0,46.

Реальные сыпучие материалы по дисперсности отличаются от идеальных содержанием частиц различного размера и различной формы.

Дисперсность определяется ситовым анализом: берется набор сит; насыпается сыпучий материал

4. Коэффициент формы.

Также как dэкв., коэффициент формы определяется как среднестатистическая форма шаров, принятая за форму частиц данного диаметра.

Методы определения дисперсности:

- среднеарифметический размер:

d_экв.=1/3(l+b+h) , где l,b,h – размеры частиц по трем направлениям

- среднегеометрический размер:

d_экв.=

Монодисперсных материалов практически не существует, поэтому применяют полидисперсный состав, обрабатывающийся рядом распределения случайной дискретной среды моно распределения с соответствующими вероятностями и частотами их применения.

5 . Порозность – это отношение объема пор между частицами к полному объему, занимаемому сыпучем материалом.

Идеальная упаковка: =0,67%

Ромбическая упаковка: =74%

Для определения гранулометрического состава сыпучего материала используются следующие методы:

1. непосредственное измерение частиц крупного размера;

2. седиментационный метод (седиментация – осаждение частиц в жидкости с распределением по размерам). Берется сосуд; наливается жидкость; подается сыпучий материал. Жидкость имеет определенную вязкость. Крупные частицы осаждаются вниз, более мелкие – останавливаются на разных уровнях. Если вес частицы мал, то она останавливается на определенной высоте.

3) ситовый анализ.

К ривая распределения частиц по размерам.

, где

весовая доля частиц

размер частиц

4. фильтрация. Фильтры располагаются по мере убывания диаметров (di). Зная поры фильтров, вес осажденных на ней веществ, рассчитывается dэкв. или распределение частиц на фильтре.

5) Распределение в поле центробежных или аэрационных сил. В аэрационном поле чем крупнее частицы, тем ниже они оседают (принцип тарельчатого смесителя).

6) Кондуктометрический метод. Имеется специальное устройство (кондуктор) с различными размерами пластинок. По этим пластинам насыпают вещество.

7) Электроклассификация. Создается электростатическое поле с переменной напряженностью для материала, которое имеет электрическую полярность.

8) Фотографический метод.

9) Телевизионный метод.