1.3.1. Классификация оборудования для смешения полимерных материалов
Смесители, применяемые в промышленности производства и переработки пластических масс, отличаются большим разнообразием, что затрудняет их классификацию. Это объясняется, с одной стороны, тем, что в начале развития рассматриваемой отрасли для смешения смол с другими компонентами (наполнителями, красителями, пластификаторами и т. д.) применяли смесительное оборудование, заимствованное из других отраслей промышленности. С другой стороны, смешению подвергают материалы, отличающиеся гранулометрическим составом, плотностью, физическим состоянием и другими свойствами. И, наконец, смешение полимерных материалов часто сопровождается теплофизическими и химическими процессами – растворением, плавлением полимера, образованием химических связей и диспергированием. Кроме того, смешению подвергают различные системы (твердое вещество –твердое вещество, жидкость – жидкость и жидкость – твердое вещество). При этом часто в одном смесителе можно перемешивать вещества, имеющие одинаковое или различное физическое состояние. Применяемые в настоящее время смесители для полимерных материалов можно классифицировать следующим образом:
по конструктивному признаку:
барабанные смесители без перемешивающего и с перемешивающими устройствами;
смесители с тихоходными и быстроходными роторами;
смесители–пластикаторы – многочепвячные и дисковые экструдеры,
валковые смесители.
По физическому состоянию исходных компонентов:
порошок,
гранулят,
жидкости различной вязкости.
По характеру процесса смешения:
периодического и непрерывного действия.
По частоте вращения перемешивающего устройства:
тихоходные и быстроходные смесители.
По механизму процесса смешения:
с конвективным, диффузионным и конвективно–диф-фузионным смешением.
По режиму работы машины:
с турбулентным и ламинарным смешением.
По способу воздействия на смесь:
гравитационные,
центробежные,
сдвиговые смесители.
По способу смешения
статистические и динамические смесители.
При классификации смесителя определяющими является конструктивный признак, хотя на практике каждый из перечисленных выше признаков можно использовать для классификации.
1.3.2. Барабанные смесители
Барабанные смесители можно разделить на две группы – смесители с вращающимся корпусом без перемешивающих устройств; смесители с перемешивающими устройствами.
Процесс смешения в каждом смесителе зависит не только от его конструктивных особенностей, но и от свойств исходных компонентов смеси. При смешении в барабанных смесителях можно выделить следующие элементарные процессы:
перемещение группы смежных частиц из одного места смеси в другое внедрением, вмятием, скольжением слоев (процесс конвективного смешения);
постепенное перераспределение частиц различных компонентов вновь образовавшуюся границу их раздела (процесс диффузионного смешения);
сосредоточение частиц одинаковой массы в соответствующих местах смесителя под действием гравитационных или инерционных сил (процесс сегрегации).
При перемешивании сыпучих материалов в смесителе одновременно протекают все указанные элементарные процессы, однако доля их влияния в различные периоды смешения неодинакова.
Смесители барабанного типа представляют собой барабан, внутри которого могут быть смонтированы устройства, улучшающие смешение в осевом направлении (горизонтальные полости, подъемные полочки, оребрение внутренней поверхности и т.д.). Качество смеси при данной продолжительности смешения зависит от частоты вращения барабана (рис. 15).
Рис. 15.
При
заданной частоте вращения барабана
частицы материала под действием
центробежных сил прижимаются к внутренней
поверхности барабана, обрушиваются и
снова вовлекаются в движение. При
некоторых значениях
смесительное воздействие максимально.
При больших значениях частоты вращения определенные слои материала не участвуют в процессе смешения. Движение частиц происходит по наклонной поверхности или по параболической траектории, а также по перекрещивающимся траекториям, причем движение частиц двухмерное. Характер движения частиц зависит от степени заполнения барабана. Путем установки специальных полочек или выбора формы барабана достигается и трехмерное движение частиц.
Барабанные смесители с вращающимся конусом (рис.16) являются смесителями периодического действия (кроме смесителей с наклонной осью (рис. 16, б)).
Рис. 16.
На рис. 16, а) показан смеситель горизонтального типа, то же на рис. 16, г), только вращение барабана осуществляется от приводных катков 1. Барабаны с осью вращения, не совпадающей с осью барабана, приведены на рис. 16, в). Остальные барабаны, представленные на рис. 16: д) – биконический; е) – V-образный; ж) – тетраэдрический; з) – с подъемными полками; и) – с оребрением внутренней поверхности; к – с коническими полками.
Рис. 17.
На рис. 17 представлены барабанные смесители с перемешивающими устройствами: а) – с двумя перемешивающими устройствами; б) – с перемешивающими устройствами червячного типа; в) – с наклонной осью вращения перемешивающего устройства; г) – с перемешивающими устройствами лопастного типа.
Рис. 18.
На ЗАО «Атлант» г. Минск разработан смеситель с перемешивающими устройствами (рис.18) для смешивания гранулированных термопластичных материалов с гранулированным концентратом красителя или с дробленым вторичным материалом. Смеситель имеет высокую производительность, обеспечивает однородность смешивания, установку времени смешивания на пульте управления, Смеситель смонтирован на станине 1, корпус 2 неподвижный внутри его вращается ленточная мешалка 3. Материал для смешивания подается через люк 4, а смешанный выгружается через люк 6 в емкость 7. Привод мешалки 5 осуществляется от электродвигателя через редуктор на вал мешалки. Технические характеристики смесителя следующие:
Параметры |
Единицы измерения |
БЗС 0143 |
Тип |
|
Стационарный |
Объем смесителя |
м3 |
1 |
Объем заполнения |
м3 |
0,4 |
Скорость вращения шнека |
об/мин |
24 |
Количество электродвигателей |
шт |
1 |
Установленная мощность |
кВт |
4 |
Питающая сеть |
380 В, 50 Гц |
|
Габариты: длина ширина высота |
мм мм мм |
2750 1750 2400 |
Масса |
кг |
1200 |
Барабанные смесители – тихоходные машины, т.к. окружная скорость вращения барабана обычно не превышает 0,17–1,0 м/с. При больших окружных скоростях возникающие центробежные силы оказываются сравнимы с силами тяжести, и движение материала прекращается. Степень заполнения барабанного смесителя составляет 30–70 %. При малой степени заполнения барабана с цилиндрическим корпусом до 10 % порошкообразный материал скользит сплошным слоем на внутренней поверхности барабана.
Частота вращения, обеспечивающая хорошее качество смешения определяется по зависимости :
где
– средний диаметр частиц смешиваемых
компонентов, мм;
– расстояние
от оси вращения до стенки корпуса, мм.
Мощность привода цилиндрического горизонтального барабанного смесителя W (кВт) рассчитывается по формуле:
где
– масса материала в барабане, кг;
– радиус
центра тяжести массы материала,
заполняющей барабан, м;
– угловая скорость вращения барабана, с–1;
– угол естественного откоса перемешиваемого материала.