Процеси і апарати механічного перемішування, формування і ущільнення.
6.1. Механічне перемішування матеріалів. Кінетика механічного перемішування. Види і характеристики змішувальних машин.
Перемішування в отриманні будівельних матеріалів – це процес перерозподілу (перенесення) речовин в даному обмеженому об’ємі за допомогою спеціальних машин (мішалок). Перемішування виконується для багатьох цілей, основними із яких є:
отримання однорідних сумішей сухих і зволожених порошків;
отримання рідких або газових неоднорідних систем (суспензій, піни, емульсій);
додаткове диспергування;
вимірювання температурних градієнтів і градієнтів концентрації;
гомогенізація систем;
зменшення ефективної в’язкості рідких неоднорідних систем;
створення умов, що прискорюють хімічні перетворення і фізико-хімічні процеси (протікання) в зоні між фазових контактів;
прискорення процесів сушки.
Для отримання однорідних сумішей із порошків, застосовуються різні методи змішування:
пересипання;
перелопачування;
накладання тонких шарів;
псевдо розрідження та інше.
При приготуванні суспензій і емульсій, при необхідності додаткового дроблення (диспергування) дисперсної фази, використовується обладнання, яке створює в середині значні дотичні зусилля (зрізаючи зусилля).
Висока ефективність диспергування буває лише в зонах, де градієнт швидко досягає найбільшого значення, до такого обладнання відносять різні мішалки:
лопастні;
ролетно - пропелерні;
турбінні та інші.
У випадку гомогенізації середовища інтенсифікація нагріву (охолодження), а також сушки використовують такі способи перемішування, що забезпечує вирівнювання в об’ємі концентрації і температур.
При цьому застосовуються:
механічні перемішувальні пристрої;
пневматичні перемішувальні пристрої;
перемішування за допомогою насосів та сопел.
При необхідності прискорити хімічні взаємодії неоднорідних рідких систем використовуються такі способи перемішування, що забезпечують направлений рух середовища в зону реакції чи на границю розділу фаз або до поверхні теплообмінника. Забезпечують ці процеси пропелерні і турбінні мішалки із спеціальними перегородками, а також насоси і пневматичні перемішу вальні пристрої. Спосіб перемішування і апаратура для його проведення визначається агрегатним станом фаз, що перемішуються.
Розділяють два основних способи перемішування:
механічний;
пневматичний.
Крім того, в промислових умовах, використовується перемішування за допомогою насосів і перемішування в трубопроводах, при русі неоднорідного середовища.
При виборі машин і апаратів, їх конструкції порівнюють по інтенсивності дії і їх ефективність в конкретних технологічних умовах.
Інтенсивність дії перемішуючого апарату визначається часом, що затрачується для досягнення заданого технологічного результату, або швидкістю обертання мішалки.
Ефективність змішуючого апарату оцінюється затратою енергії для отримання необхідного технологічного результату.
Ефективність обладнання характеризується якістю процесу перемішування:
ступінь рівномірності розподілу твердої фази;
відношення коефіцієнта тепло- і масовіддачі;
коефіцієнт варіацій властивостей сумішей.
До механічного перемішування відносяться всі способи перемішування, що відбуваються за допомогою мішалки. Мішалки при своєму обертанні, при застосуванні вібрації робочих органів мішалки, передають матеріалу зовнішню енергію, що необхідна для створення руху і перерозподілу фаз.
Процес перемішування механічними мішалками при змішуванні сипких матеріалів зводиться до створення умов перемішування твердих частинок одного компонента суміші в іншому.
Процес перемішування механічними мішалками в’язких рідких середовищ теж зводиться до створення даних умов певного режиму обертання з метою створення оптимального обтікання поверхні робочого органу, що визначення умови виникнення і розвиток пограничного шару в рідкому неоднорідному середовищі.
Змішуючі пристрої для перемішуванні порошкових матеріалів поділяються на:
барабанні
шнекові
лопасні
стрічкові
циркуляційні
центробіжні
Схеми апаратів показані на рис. 12.
На рис. 1. наведено конструкцію деяких перемішувальних пристроїв, які використовують для перемішування сипких і пластичних тіл. Призначення кожного з них зумовлене конструктивними особливостями. Деякі, де робочим органом є шнек, одночасно перемішують матеріал і транспортують його.
Рис. 1. Перемішувальні пристрої для сипких і пластичних тіл:
а — лопатевий змішувач; б — шнековий; в — шнековий з рухомою віссю (перегрібач); г — змішувач ударного типу; д — барабанний