47.3. Механизм процесса смешения зернистых материалов

При смешении зернистых материалов частицы подвергаются воздействию различно направленных сил, а движение частиц является результирующим эффектом сложения этих сил. При качественном описании процесса смешения можно выделить следующие основные процессы, происходящие в смесителе:

1) образование в массе слоя скользящих друг по другу плоскостей – срезающее смешение;

2) перемещение групп частиц из одного положения в другое – конвективное смешение;

3) перемена позиции единичными частицами слоя – диффузионное смешение;

4) рассеяние единичных частиц под влиянием их столкновений или ударов о стенки аппарата – ударное смешение;

5) деформация и растирание порции слоя – измельчение.

Все перечисленные выше основные процессы в реальных смесителях, как правило, сочетаются в различных комбинациях и разной долей вклада.

Вследствие сложного характера процесса смешения зернистых материалов скорость процесса смешения и его качественные характеристики определяют, как правило, только на основании результатов экспериментальных исследований.

Машины для перемешивания сыпучих материалов

Смесители для зернистых материалов подразделяют: по способу перемешивания на механические, газовые и комбинированные, по режиму работы на периодические и непрерывные.

По технологическому назначению смесители, в зависимости от фазового состава смешиваемых сред, можно разделить на три группы.

1. Смесители для перемешивания в жидких средах при массовой доле твердой фазы до 0,8.

2. Смесители для приготовления грубодисперсных суспензий (строительных растворов, керамических масс и т. п.)

3. Смесители для сухих порошковых и зернистых материалов (с возможным последующим увлажнением).

Смесители для приготовления грубодисперсных суспензий и строительных растворов применяют в производстве строительных материалов, поэтому, учитывая специфику дисциплины «Процессы и аппараты химической технологии» не рассматриваются.

Вращающиеся смесители. К этому типу смесителей относят закрепленные на валу барабаны различной формы (рис. 47.2).

Рисунок 47.2– Схемы барабанных смесителей

В самом простом случае барабанный смеситель представляет собой закрепленный на горизонтальном валу обычный цилиндрический барабан, который располагают либо вертикально (а), либо горизонтально (б). Для интенсификации процесса смешения применяют барабаны шестиугольного сечения (в), или другой формы и способа крепления на валу (г–е). Широкое распространение, благодаря высокой эффективности, получили конструкции смесителей «пьяная бочка» (д, е).

Рисунок 47.3 – Смесительный барабан: 1 – корпус; 2 – опорные ролики; 3 – спиральные лопасти; 4 – продольные полки; 5 – шнек

В барабанных смесителях смешение материалов обеспечивается простым пересыпанием. Для интенсификации смешения в барабанных смесителях параллельно оси вала или под некоторым углом к нему устанавливают неподвижные лопатки или вращающиеся лопасти. Схема устройства такого смесителя представлена на рис. 47.3.

Смесители с вращающимися рабочими органами применяют для смешения как сухих порошковых материалов, так и для приготовления высоковязких и кашицеобразных масс. Наибольшее распространение получили смесители с -образным валом (рис. 47.4) или -образными лопастями (рис. 47.5).

Рисунок 47.4– Схема устройства z- образного смесителя: а – общий вид; б – конструкция z-образного вала. 1 – корпус; 2 –вал

Рисунок 47.5– Вал смесителя с T-образными лопастями

Смеситель представляет собой корпус 1 с двумя днищами, имеющими форму полуцилиндра, в котором вращаются в противоположном друг другу направлении два горизонтальных вала 2 с -образными лопастями, перемешивающими материал.

Смесители с -образными лопастями в большинстве случаев имеют один вал, вращающийся в корытообразном корпусе. Для улучшения качества смеси в некоторых случаях валу сообщают дополнительно возвратно-поступательное движение.

Смесители с вертикальными лопастными валами (рис.47.6) широко применяют для приготовления порошковых смесей в сухом виде или с последующим их увлажнением. Такие смесители имеют вертикальный барабан 4, установленный на раме 1 и приводимый во вращение приводом 2. Барабан закрыт герметично крышкой 5 с загрузочной воронкой 8. На траверсе 6 размещены несколько смесительных аппаратов, состоящих из двигателя 7, редуктора 9 и сменных органов 10. Затвор люка для выгрузки смеси управляется гидроприводом 3. При вращении барабана и смесительных аппаратов, некоторые из которых представлены на рис. 47.7, частицы движутся по сложным траекториям и интенсивно перемешиваются.

Рисунок 47.6– Вертикальный смеситель со сменными рабочими органами

Рисунок 47.7 – Сменные рабочие органы: а – ротор; б – крыльчатка; в – била; г – бегуны

При необходимости тщательного смешения компонентов смеси, например в производстве керамики, силикатных изделий и т. п., перемешивание осуществляют во взвешенном состоянии. Взвешенное (псевдоожиженное) состояние получают механическим способом, продувкой газа через зернистый слой или их сочетанием.

Рисунок 47.8– Смеситель механического псевдоожижения материала:

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

При механическом псевдоожижении материала (рис. 47.8) быстро вращающийся ротор создает интенсивную циркуляцию сыпучего материала, который переходит в состояние близкое к псевдоожижению.