2.2. Влияние времени перемешивания на протекание технологических процессов

При растворении твердого тела в жидкости строгая равномер­ность концен-трации взвеси во всем объеме аппарата существен­ного значения не имеет, но важно, чтобы все частицы твердого тела находились в жидкости во взвешенном состоянии и была создана достаточно большая турбулентность жидкости вокруг зерен в целях уменьшения толщины ламинарного слоя на границе жидкость - твердое тело. Для этой цели рекомендовано проекти­ровать аппараты с мешалками на минимальную час-тоту враще­ния, необходимую только для создания суспензии, поскольку даль­нейшее ее увеличение оказывает уже незначительное влияние на скорость растворения. Это будет понятно, если учесть, что мощ­ность, расходуемая при турбулентном режиме на перемешивание, возрастает пропорционально третьей степени частоты вращения, а интенсивность массообмена - в степени 0,5-1,0. Минимальную частоту вращения (n₀, c^-1) мешалки для создания взвеси можно определить по формуле:

.

Здесь - коэффициент, равный для турбинной мешалки 12,9, для пропелллерной - 28,8; d_ч -. диаметр частиц, м; = _т - _ж - разность плотностей твердой и жидкой фаз; Х - массовое отношение содержания твердой фазы к содержа-нию жидкой; h - высота расположения мешалки, м; D и d - диаметры соответственно аппарата и мешалки, м.

Теплоотдача в аппаратах с мешалками – явление более слож­ное, чем в труб-чатых теплообменниках, из-за сложной гидродинамики процесса. Коэффициенты теп-лоотдачи в аппаратах с мешалками различны и зависят от многих факторов. Экспери­менты показывают, что в случае турбинных мешалок, создающих радиальный поток жидкости, наиболее интенсивная теплоотдача происходит на уровне установки мешалки. Поэтому далее будет обсуждаться только среднее значение коэффициента теплоотдачи, действительное для всей поверхности.

Коэффициент теплоотдачи в аппаратах с мешалками пред­ложено рассчитывать по формуле:

(2)

Здесь Nu = аD/л - параметр Нуссельта; k - коэффициент пропорциональности; Re = nd²/ - параметр Рейнольдса; Рr = - параметр Прандтля; - дина-мическая вязкость жидкости при средней температуре (t_ср + t_ст)/2, Па·с; _ст – дина-мическая вязкость жидкости при температуре стенки рубашки; - коэффициент теплопроводности, Вт/ (м·К); с - теплоемкость жидкости, Дж/К; t_сp - средняя температура жидкости, К; t_ст - температура стенки, К.

Для турбинных, лопастных, рамных мешалок, работающих в сосудах без отра-жательных перегородок, k = 0,36. В сосудах с перегородками для турбинных мешалок - k = 0,74. Для пропеллерных мешалок, работающих в сосудах с перегородками и без них, k можно принять равным 0,51. Эти значения коэффициента k справедливы при следующих значениях инвариантов геометрического подобия: для турбинных мешалок D/d = 3, H/D = 1, h/D = 1/3; для пропеллерных мешалок D/d = 3, H/D = 1; h/d = 1; для лопастных D/d = 2, h/D = 0,3.

При отличии геометрических параметров от указанных в урав­нении (2) следует вводить поправочный коэффициент.

В аппаратах со змеевиками коэффициент теплоотдачи меньше, чем в аппаратах с рубашками. Для гидродинамически подобных систем при одинаковых поверхностях змеевика и рубашки имеется соотношение:

_зм = 0,65 _руб

Наличие взвешенных частиц в жидкости уменьшает значение коэффициента теплоотдачи пропорционально объемной доле ча­стиц в суспензии.

Растворение (декристаллизацию) большинства солей и других твердых веществ можно рассматривать как сравнительно быструю реакцию взаимодействия их с водой (или другим растворителем), протекающую поэтому в диффузионной области.

Скорость процесса растворения выражается формулой:

=k_мF(C*- C ). (3)

Здесь т - масса растворяющегося вещества, кг; k_м - константа скорости растворения (коэффициент массопередачи); F - суммарная площадь поверхности частиц растворяемого вещества к моменту времени , м²; С* - концентрация насыщения, кг/м^З; С - концентрация к моменту времени , кг/м^З.

Массу растворенного за определенное время вещества m_A в случае полного растворения или время растворения можно рассчитать по формуле:

(4)

Здесь F_н - начальная площадь поверхности частиц, м²; С_н, С_к - движу­щие силы процесса [можно вычислить, зная концентрацию насыщения С* и кон­центрации раствора в начале (С_н) и конце (С_к) процесса].

Для пользования формулой (4) необходимо иметь экспери­ментально опреде-ленную зависимость k_м от температуры, скорости движения жидкости или интен-сивности перемешивания. Значение коэффициента массоотдачи зависит от хими-ческой природы рас­творяемого вещества и жидкости. Константу скорости раство-рения для диффузионнорастворяю­щихся солей можно определить по формуле:

.

Здесь _м - постоянная для всех диффузионнорастворяющихся солей (коэф­фициент массоотдачи; _м = 70 ± 10); D _ж – эффективный (при _ж = 1) коэф- ф­ициент диффузии.

Значение D _ж можно определить из равенства:

(D _ж)_С,Т = (D _ж)_С,298Т/298.

Здесь (D _ж)_С,Т, и (D _ж)_С,298 - эффективные коэффициенты диффузии соли при концентрации раствора С и температурах Т и 298 К.

Значения D _ж или _ж при 298 ⁰К (25 ⁰С) для растворов многих солей имеются в справочной литературе.

Большинство исследованных солей растворяются по диффузи­онному механизму (NaCl, KCl, Na₂SО₄·10H₂О, K₂SО₄, MgSО₄·7Н₂О, CaSО₄·2H₂0, CuSO₄·5H₂O, Na₂SO₄·MgSO₄^.4H2O и др.). Недиффузионно (кинетически) растворяются MgSO₄·Н₂О и K₂SO₄ ^.2MgSO₄.

Перемешивание при растворении солей необходимо для: - уменьшения толщины ламинарного диффузионного слоя у по­верхности твердых частиц за счет увеличения скорости движения жидкости;

-выравнивания за кратчайшее время концентрации растворенного вещества по всему объему и поддерживания тем самым возможно высокой движущей силы процесса (С* - С ).

Кристаллизация - процесс, противоположный растворению, и поэтому для определения массы выкристаллизовавшегося вещества можно пользоваться формулой (4), подставляя вместо F_н конечную площадь поверхности твердой фазы F_к.

При кристаллизации протекают два основных параллельных процесса: образо-вание зародышей кристаллов и их линейный рост. Соотношение скоростей этих процессов определяет значение ко­нечной поверхности твердой фазы. Перемешивание ускоряет оба процесса, но в разной степени. Когда необходимо получать кри­сталлы с минимальной удельной поверхностью, т. е. крупные, то выбирают оптимальную интенсивность перемешивания.

В общем случае можно записать: k_м = f (Re, Аr, E ),

F_к = f (Re, Аr, E, С).

Здесь Ar = - параметр Архимеда; g - ускорение силы тяжести; d_ч – средний размер частиц твердой фазы; кинематическая вязкость среды; - разность плотностей фаз; - плотность сплошной (дисперсионной) среды; E- энергия активации процесса, Дж/моль; С - абсолютное пересы­щение раствора.

При абсорбции труднорастворимых газов сопротивление мас­сопередаче оказывает в основном жидкая фаза, и сопротивлением газовой фазы при расчетах можно пренебречь. Тогда скорость про­цесса абсорбции М удовлетворяет равенству :

М= _мF P_ср, здесь F - площадь поверхности раздела фаз, м²; Р_ср - движущая сила процесса (разность между парциальным и равновесным давлением газа).

При барботаже, например, диоксида углерода через щелочные растворы и кислорода через растворы солей коэффициент массо­отдачи можно рассчитать по уравнению:

. (5)

Здесь d и d_г - диаметры соответственно мешалки и пузырьков газа, м; D_ж - кинематический коэффициент диффузии в жидкой фазе.

Уравнение (5) справедливо при значениях критерия Рейнольдса Re = ndd_{г ж}/ _ж = 200 4000 для аппарата с турбинной мешалкой и отража-тельными перегородками, имеющем инвариан­ты геометрического подобия: h/D = 0,3; d/D = 0,3 и H/D = 1.

Диаметр пузырьков связан функциональной зависимостью с удельной межфаз-ной поверхностью F_г (м²/м³) и объемной долей Ф_г пузырьков газа в жидкости:

d_г = 6Ф_г /F_г .

Максимальный размер пузырьков в турбулентном потоке жид­кости опреде-ляется отношением сил динамического давления, стре­мящихся раздробить их, к си-лам поверхностного натяжения, ока­зывающим обратное воздействие. Поэтому наи-более интенсивное дробление пузырьков происходит на концах лопаток мешалки. С уменьшением размера пузырьков снижается скорость их всплывания, что приводит к увеличению объемной доли газа в жидкости.

Объемная доля пузырьков газа, содержащихся в жидкости, не является постоянной величиной и зависит от многих параметров процесса: физических свойств системы, расхода газа, инвариантов геометрического подобия, способа подачи газа и интенсивности перемешивания. По В. В. Кафарову значение Ф_г для турбинных ме­шалок определяется из зависимости которая представлена на рис.11, где

Фг/K=f(A), Рис.11. График функции Фг/K=f(A)

, K=100,003(1- ). Здесь Vг - расход газа, мЗ/с; We = n2dЗ ж/ - критерий Вебера для процессов пере­мешива-ния; - поверхностное натяжение жид- кости, Н/м; Fr = n2d/g - критерий Фруда для процессов перемешивания; - динамическая вязкость жидкости, Па·с.

20

40 6080 100

200 400

А

4 б 8 10

20

40 6080 100

200 400

А

4 б 8 10

Удельная межфазная поверхность может быть рассчитана по формуле:

Здесь N /V - мощность, приходящаяся на единицу объема раствора; ­_г - динамическая вязкость газа, Па·с.

При механическом перемешивании в случае абсорбции труд­норастворимых газов достигается:

- увеличение межфазной поверхности, вызванное дроблением пу­зырьков под влиянием тангенциальных напряжений;

- возрастание времени контакта фаз, вызванное тем, что в ре­зультате дробления пузырьков уменьшается скорость их всплы­вания;

- уменьшение толщины ламинарного диффузионного слоя, через который молекулы газа должны проникнуть в жидкость; равномерное распределение пузырьков газа во всем объеме жидкости.

При пропускании газа через перемешиваемую жидкость вяз­кость и плотность системы снижаются, что приводит к уменьше­нию параметра мощности перемешивания: K_Nr =ЕK_N·

Здесь K_Nr, K_N - параметр мощности перемешивания для жидкости и газо­жидкостной системы; Е - параметр снижения мощности.

Для аппаратов, имеющих отношение D/d=3, параметр Е в первом приближении можно определить по формулам:

Е=1 - 1,2K_г (при 0< K_г 0,04),

Е=0,6 - 1,4K_г (при 0< K_г 0,25).

Параметр подачи газа К_г определяют из соотношения:

K_г = V_г/(nd³).

При приготовлении суспензий равномерное распределение твердых частиц в жидкости достигается при такой угловой скорости вращения мешалки n₀, когда осевая составляющая скорости потока жидкости становится равной или несколько больше скорости осаждения частиц. В этом случае восходящий поток жидкости поддерживает твердые ча­стицы во взвешенном состоянии, препятствуя их осаждению. Частота вращения n₀ в единицу времени может быть определена по уравнению:

,

где Ar = - критерий Архимеда; g- ускорение силы тяжести; d_ч - средний диа-метр частиц; - кинемати­ческая вязкость сплошной среды; - разность плотнос-тей фаз; - плотность сплошной (дисперсионной) среды; d_м - диаметр мешалки; D - диаметр аппарата.

Это уравнение применимо при следующих значениях перемен­ных:

Re =5·10² 1,3·10⁵; Ar = 2,4·10⁴ 4,1·10¹¹; d_ч/d_м = 2,33 10^-4 1,2·10^-2 .

Значения коэффициентов C₁ и k, зависящие от типа мешалки, сле­дующие:

Турбинная закрытого типа Пропеллерная Лопастная	D/dм	C1	k
	1,5-1.6 1.5-5.0 1,33-1,5	4,7 6,6 14,8	1,0 1,0 0

Для получения эмульсий наиболее часто используют перемешиваю­щие устройства с мешалками лопастного, пропеллерного, турбинного закрытого типов и специального назначения. Скорость вращения ме­шалки для приготовления эмульсий выбирают с учетом типа и конст­рукции перемешивающего устройства.

При эмульгировании взаимнонерастворимых жидкостей частоту вращения n₀ мешалки рекомендуется определять из уравнения :

, где - модифицированный критерий Вебера.

Уравнение применимо при следующих значениях перемен­ных:

Re_м =5 10² 2 10⁵; Ar = 8,9 10³ 3,4 10¹⁰; Re_м/We_м = 6,5 1,18 10⁷.

Коэффициенты С₂ и n в зависимости от типа мешалки имеют сле­дующие значения:

Тип мешалки	D/d	C2	n
Турбинная закрытого типа Пропеллерная Лопастная	2-4 2-4 1,33-4	2,3 2,95 1,47	0,67 0,67 1,3

3. Смесители для сыпучих материалов

Барабанные смесители с вращающимися бараба­нами предназначены для сме-шения сыпучих материалов, при этом воз­можно смешение только материалов сухих или с небольшим количеством жидкости. Барабанные смесители бы­вают перио-дического и непрерывного действия.

Простейший смеситель (рис.12,а) представляет собой цилиндрический барабан, расположенный горизонтально, с цап­фами на концах. Ось вращения барабана, как прави-ло, распо­ложена горизонтально, либо наклонно к образующей (рис. 12, б, г) либо в плос-кости образующих барабана (рис. 12,е,ж), либо в плоскости, nерпендикулярной к об-разующей ба­рабана (рис. 12, в).

Рис.12. Основные типы барабанных смесителей без перемешивающих устройств

Смеситель V-образной формы (рис. 12, г) из двух цилиндров, установленных под углом 90⁰, обеспечивает качественное смешение материала за счет его периоди-ческого деления на две части и интенсивного встряхивания при вращении барабана.

Барабанный смеситель с цапфами, расположенными по ди­агонали цилиндра (рис. 12, б), обеспечивает более качественное смешение материала, чем упомянутые выше смесители.

Барабанные смесители относятся к тихоходным машинам. Линейная скорость вращения барабана обычно составления 0,17 1,0м/с. Оптимальная степень загрузки составляет 30 70%.

Барабанные смесители с перемешивающими устройствами.

В некоторых конструкциях барабанных смесителей с гори­зонтальной осью процесс смешения интенсифицируют с помощью различных вращающихся устройств, так как качество смещения в смесительных барабанах с неподвижными элемен­тами на внутренней поверхности корпуса неудовлетворительное (k_c = 10 15%). В этом случае торцовые стенки барабана вы­полняют неподвижными, что вызывает необхо-

Рис.13. Барабанный смеситель СЛК-200 с ленточной мешалкой.

На рис. 13 приведена конструкция барабанного смесителя СЛК-200 Бердичев-ского завода химического машиностроения «Прогресс».

Смеситель представляет собой цилиндрический барабан 1, установленный на станине 6. Внутри барабана 1 расположено перемешивающее устройство (ротор) 2, на валу которого закреп­лены два ряда спиральных металлических лeнт. Наружные лен­ты перемещают материал в центральную часть барабана, а внутренние - к торцовым стен-кам. Привод ротора состоит из электродвигателя 5, клиноременной передачи 4 и ре-дуктора 3. Для загрузки и выгрузки смеси предназначены люки А и Б. В смесителе предусмотрен также технологический люк В, который можно использовать для увлажнения смеси.

Смесители с быстровращающимися роторами.

В смесителях этого типа использован принцип перевода сы­пучего материала в псевдоожиженное состояние при высокой частоте вращения ротора (смесители с меха-ническим псевдо­ожижением), а также отбрасывания материала к стенкам ап­парата (центробежные смесители).

По этому принципу работают смесители фирм «Хеншель», «Папенмайер», «Петцольф», «Ангер», «Вернер Пфлейдерер», а также ряд отечественных аппаратов для смешения.

При вращении системы лопастей с определенной скоростью в среде сыпучего ма-териала последний переходит в псевдоожиженн­ое состояние, весьма сходное с тем, в ко-тором находится слой при продувании через него газа.

Степень псевдоожижения сыпучих веществ с помощью вра­щающейся в их среде лопастной мешалки определяется главным образом окружной скоростью лопастей, их формой, числом, раз­мерами и их взаимным расположением, высотой слоя материа­ла над лопастью, физическими и технологическими свойствами материала.

Переход сыпучего материала в псевдоожиженное состояние происходит через ряд промежуточных этапов, которым соответ­ствуют различные формы свободной поверхности слоя и характера циркуляции материала (рис. 14).

Рис.14. Стадии перехода сыпучего материала в псевдоожиженное состояние.

При малых окружных скоростях лопасти (и<1 м/с) материал начинает уплотняться и высота его слоя в сосуде уменьша­ется (рис. 14, а) по сравнению с первоначальным уровнем I-I. Очевидно, материал утрамбовывается, ликвидируются воздушные зазоры и достигается более плотная упаковка мате­риала.

При u = 1 2 м/с (нижний предел относится к легким материалам типа талька, пресс-порошков, а верхний - к материалам типа мармалита, песка) частицы слоя начина-ют вибриро­вать, и продолжается уплотнение слоя с образованием в нем трещин (рис.14, б)

При u = 2,0 2,5 м/с весь слой материала начинает медленно двигатъся в сосуде, а отдельные частицы перемещаются по концентрическим окружностям (рис. 14, в). Дальнейшее увели­чение u до 2,5 3,5 м/с приводит к некоторому расширению слоя, который поднимается сначала только у вала, а затем во всем сосуде (рис. 14, г, д)..

При u = 4 5 м/с в массе около оси вращения образуется вopoнка, и материал начи-нает циркулировать от периферии к центру. Нижние слои материала поднимаются около стенки, направляются к оси по спиральным траекториям и затем как бы сливаются в цен-тральную воронку (рис. 14, е). Направление циркуляции материала в этом случае прямо противоположно тому, которое наблюдается при продувании газа через слой ма­териала.

При u = 5 8 м/с циркуляция сыпучего материала становится весьма интенсивной. На свободной поверхности слоя появ­ляются крупные волны, объем слоя заметно увели-чивается (на 10-15 %), материал переходит в псевдоожиженное состояние.

Если продолжать увеличивать, окружную скорость лопасти, то режим псевдо-ожижения материала становится бурным и со­провождается периодическими выбросами материала, фонтани­рованием из отдельных точек поверхности слоя. Чем больше толщина слоя материала над лопастями рабочего органа, тем больше должно быть значение окруж-ной скорости для псевдоожиженого слоя. Уменьшение отношения выcоты слоя материа­ла к ширине лопасти благоприятно влияет на процесс. Для лю­бого материала и любой конструкции рабочего органа характерна предельная высота слоя материала над лопастями, выше которой материал не переходит в псевдоожиженное состояние.

В состоянии интенсивного псевдоожижения циркуляция материала распро-страняется на весь объем, и происходит интенсивное перемешивание.

На рис. 15 показан смеситель СС-100, предназначенный для смешения сыпучих и влажных материалов, а также приготовления жидкотекучих пастообразных масс. Смеситель представляет собой вертикальный сосуд 2 с рубашкой 3 для обогрева (охлаждения), установленный на раме 5. Теплоноси­тель подается в рубашку 3 через штуцер 12 и выходит через штуцер 1. Внутри сосуда вращается ротор 11, на валу которого установлены две мешалки 9. Нижняя представляет собой двухлопастную мешалку, концы которой отогнуты в сторону, проти­воположную вращению, и выгнуты по форме днища. Верхняя мешалка представляет собой кольцо, закрепленное спицами на

Рис.15. Смеситель СС-100 с механическим псевдоожижителем.

насаженной на консольном валу роторе. К боковой поверхности кольца приварены две короткие радиальные лопасти, угол наклона которых к горизонтали равен 45⁰. Для направления материала внутри корпуса установлена отражательная лопатка 10. Ротор 11 получает вращение от электродвигателя 4 через клиноременную передачу 6. Материал загружается через люк А, а выгружается через люк В, закрываемый во время работы смесителя затвором 8; последний приводится в действие пневмо-цилиндром 7.

Центробежные смесители конструктивно делятся на тур­боскоростные, двухстадийные, турбо­шнековые, круглые «конхи», центробежные мешалки, быстроходные сме­сители-агломераторы и др.

Центробежные смесители

Для приготовления различных компо­зиций из полимерных материалов при­меняются различные смесители: тур­боскоростные, двухстадийные, турбо­шнековые, ·.круглые «конхи», центро·

Центробежные смесители

Для приготовления различных компо­зиций из полимерных материалов при­меняются различные смесители: тур­боскоростные, двухстадийные, турбо­шнековые, ·.круглые «конхи», центро·

Из указан­ных смесителей наиболее прогрессив­ны двухстадийные. В этих машинах на перемешиваемую смесь воздейству­ет тепло от трения мешалки о мате-риал, смесь подвергается воздействию флюидных потоков и последующему охлаж-дению. Разделение процессов горячего смеше­ния и охлаждения смеси позволяет в данном случае значительно сократить цикл работы установки и повысить ее произ-водительность по сравнению со смесителями, в которых эти стадии осуществляются в одном объеме.

Центробежный смеситель периоди­ческого действия представлен на рис.16. Материал из бункера 1 по­ступает во вращающийся с валом 2 конус 3. Масса, находящаяся в кону­се (при значительной окружной скоро­сти корпуса), принимает форму пара­болоида вращения и, пересыпаясь че­рез край конуса, попадает в простран­ство между корпусом и конусом. При этом масса захватывается лопастями 5, свободно подвешенными на крышке корпуса 4. Вращающийся в корпусе материал передает часть своей кине­тической энергии лопастям, которые при этом начинают вращаться со зна­чительно меньшей угловой скоростью, чем материал.

Угловая скорость лопастей снижается тормозным устрой­ством 6, размещенным

на крышке смесителя. Таким образом, в кольцевом пространстве за счет разности окружных скоростей лопастей и мате­риала происходит его интeнсивное пе­ремешивание. Часть опускающегося вниз материала возвращается через специальные окна в конус. Cмесь вы­гружается через патрубок в днище аппарата. Кратность цирку-

Рис.16. Центробежный смеситель периоди-ческого действия

ляции ма­териала регулируется измене-нием час­тоты вращения приводного вала и торможением подвесной мешалки. Расход мощности на 1 т загружаемо­го материала 15-25 кВт, т. е. выше, чем у лопастных смесителей. Вибрационные смесители [6] для сыпучих материалов по принципу действия вибрационные смесители делят на принудительные и гравитационные. В смесителях принудительного действия на смесь оказывает­ся силовое воздействие, в результате которого траектория час­тиц резко отличается от их движения под действием силы тяже­сти. Силовое воздействие может быть либо только под действием вибрации, либо в сочетании с механическим или пневмати­ческим.

В гравитационных смесителях траектории движения ча­стиц смеси опре-деляются действием на них сил тяжести. Виб­рационное воздействие лишь усиливает гравитационный харак­тер движения, уменьшая силы трения, ликвидируя застойные зоны. Смесители принудительного действия значительно производительнее и эффек-тивнее гравитационных и получили наибольшее распространение.

Смесители принудительного действия бывают барабанными и лотковыми. Из смесителей принудительного действия в отече­ственной практике наибольшее распро-странение получили бара­банные (трубные) вибросмесители, принципиальное устройство которых показано на рис. 17.

Рис.17.Схема барабанного смесителя.

Эти смесители представляют собой цилиндрический корпус 1, уста-новленный на опорных амор­тизаторах 3 и снабженный дебалансным вибровоз-будителем 2. Вибровозбудитель может быть расположен внутри смеситель­ной камеры или вне ее. Приводной электро-двигатель распола­гается отдельно и со-единен с вибровозбудителем карданной или клиноременной передачей. Кон-струкция смесителя проста и надежна, в ней отсутству­ют трущиеся и вращаю-щиеся в рабочей камере части. Однако им присущ ряд органи-ческих недостатков, а именно, быстрое затухание ампли­туды колебаний по мере удаления от стенки камеры, ограничен­ная область применения ( только для

легкотранспортируемых материалов). Из-за затухания колебаний в толще смешивае-мой массы центральные области, наиболее удаленные от стенки, перемешиваются медленно, а примыкаю­щие к стенке - быстрее, поэтому возникают сложности при соз-дании виброустановок большого объема. Барабанные вибросмесители пригодны лишь для хорошо­ смешивающихся материалов сухих или с небольшой степенью влажнос-ти, поддающихся вибротранспортированию. При сме­шивании влажных материалов наблюдается резкое уменьшение скорости циркуляции и интенсивности перемешивания.

Скорость циркуляционного движения материала зависит от его грануло-метрического состава. При уменьшении размера частиц скорость циркуляции при постоянных параметрах вибрации и массе загрузки увеличивается, однако после достижения частицами размера менее 10 мкм резко падает.

Интенсивность перемешивания зависит от степени заполнения рабочей камеры смесителя, которая обычно равна 0,75 ­0,85 и влияет на величину свободной поверхности смеси, где происходят процессы макроперемешивания (аналогичные водо­падному эф-фекту в барабанных смесителях). При небольшом заполнении камеры возможна сепа-рация компонентов, а при значительном - ухудшаются условия протекания макропроцес­сов. Для увеличения свободной поверхности смеси поперечное сечение камеры иногда выполняют эллипсовидным, однако наи­более целесообразная форма U-образная.

Оптимальный режим виброперемешивания соответствует ра­боте на резонансной частоте смеси, которая определяется по формуле:

,

где Е_ср - среднее значение модуля упругости смеси; S_п - площадь попереч­ного сечения объема смеси, ортогональной к направлению действия силы; l_с­- размер смеси в том же направлении; m_с - масса смеси.

,

где - % содержания i-го компонента; n - число компонентов в смеси; E_i -модуль упругости вещества i-го компонента смеси.

Рис.18.Бункерный вибросмеситель с цент-ральной вставкой: 1 – корпус; 2,5 – вибровозбу-дители; 3 – рифление; 4 - днище; 6 – маятник; 7 – отверстия для подвода реагента; 8 – шланг; 9,10 – упругие опоры.

Большая производительность и од-нородность смеси достигается в бун-керных смесителях с центральной встав-кой (рис. 18). Вибрационный смеситель состоит из корпуса 1 и днища 4. Между корпусом и днищем создаются кольце-вые полости перемешивания (I II и III). На корпусе и на днище установлены ви-бровозбуди­тели 2 и 5. Днище выполнено в виде колокола и соединено с верти-кальной осью, шарнирно закрепленной в упругой опоре 9. Такое закрепление обес-печивает гирационное движе­ние оси и связанного с нею днища. На внутренней поверхности корпуса и днища имеются рифления 3, интенсифицирующие дви-жение материала. Корпус опирается на металлоконструкции через амортиза-торы 10. Смешиваемые компоненты загружают через загрузочное от­верстие в крышке, а жидкие реагенты из гибкого шланга 8 через отверстия 7 в оси поступают в зону смешивания.

Вращение дебалансов вибровозбудителей генерирует гори­зонтальные противо-фазные колебания корпуса и днища по круговым траекториям. Материал последовательно обрабатыва­ется, активизируется и смешивается с жидкой средой. Готовая смесь выво-дится из смесителя через щель между корпусом и днищем. Ширину выходной щели регулируют резьбовым соединением в узле шарнира под-вески оси. Случайно образовавшиеся кон­гламераты разрушаются вибрацией, а посторон-ние твердые предметы, попавшие в смесь, застревают в корпусе, прерывая поток материала, но не вызывая аварии.

Ленточные смесители [7] периодическо­го и непрерывного действия выполня­ют смешение ленточными спиралями (рис. 19), укрепленными на гори­зонтальных

Рис. 19. Спирали ленточных смесителей

Рис.20. Одновальный смеситель с ради- альными лопатками

валах смесителя. Лопатки (лопасти) смесителя (рис. 20), типовые формы которых изображены на рис.21, можно рассмат­ривать как прерывистую ленточную спираль. Ленточные спирали не только перемешивают материал, но и перемещают его вдоль корыта.

Ленточные смесители состоят из корыта с плос­кими стенками и плоской крыш-кой. Через торцовые стенки проходит вал, на котором по винтовой линии укреп­лены радиальные стержни. К стерж­ням на различных расстояниях от оси крепятся две - три плоские ленты, изогнутые по винтовой линии с проти­воположными углами наклона. От­верстие для выгрузки находится в днище корыта. Корпуса сме­сителей изготовляют из углеродистых сталей, а также из двухслойных ста­лей Cт3-12X18H9T и Ст3 - ­12ХI8Н10Т. Технические характеристики некоторых ленточных смесителей приведены в табл. 2.

Табл. 2.

Основные параметры некоторых ленточных смесителей

Размеры корыта (длина ширина высота), мм	Емкость, дм3	Мощность (кВт) для смеси плотностью, кг/м3			Частота вращения, об/мин
		до 480	480-800	более 800
450 550 l000 600 750 l125 750 900 1275 900 l100 l750 1060 I200 1475 1200 1350 1950 1 350 1500 2225 1500 1650 2700	190 380 665 1330 1520 2660 3800 5700	1,5 3.0 3,0 5,0 7,5 10 15 25	2,0 5.0 7,5 10 10 15 20 25	3 5 10 15 15 20 25 20	53 40 32 27 23 20 18 16

Лопаточные смесители используются для смешивания как дисперсных материалов, так и перемешивания пластичных материалов, паст, замазок, клея и др. Выполняются одно- или двухвальными.

Рис. 21. Типовые формы лопастей

В смесителях лопаточного типа непрерывного действия лопасти закреплены на валу по винтовой ли­нии, что обеспечивает одновременное перемешивание и переме-щение мате­риала вдоль вала. Для обеспечения необходимого качества перемешива­ния сыпучих материалов в таком сме­сителе экспериментально устанавлива­ют опти-мальное время смешивания, которое должно соответствовать вре­мени, необходимому для перемещения сыпучих материалов в смесителе от места загрузки к месту выгруз-ки. Это время можно регулировать изменени­ем частоты вращения вала с лопатка­ми, а также угла поворота лопаток относительно вала.

В лопаточных смесителях периодического действия материал обычно пе­ремешивается радиальными лопастя­ми, несколько повернутыми относи­тельно оси вращения. Такое устрой­ство рабочих органов обеспечивает перемешивание с одновременной цир­куляцией материала в корыте.

Лопастные смесители отличаются разнообразием типов и конструкций и могут быть классифицированы по технологическому назначению на сме­сители, предназначенные для:

- смешения масс между собой и с жидкостями для получения одно­родной смеси;

- расслоения (обновление поверх­ностей) масс для промывки, удале­ния жидких и га-зовых включений, а также насыщения жидкостями или газами перемешиваемых масс;

- изменения структуры масс, при­дания им пластичности, разрушения включенных в мaссу комков;

- растворения твердых и густых масс в жидкости;

- варки, прогревания или охлаж­дения масс с одновременным интен­сивным перемешиванием;

- образования суспензий твердых масс в жидкостях или эмульсий жид­костей в густых массах:

- смешения порошкообразных ма­териалов с красителями.

По конструктивным особенностям лопастные смесители можно класси­фицировать по:

- емкости корыта смесителей (5, 25, 100, 200, 400, 800 и 2000 л);

- максимальной мощности приво­да лопастных валов (смесители ма­лой мощности - до 25 кВт; средней мощности - до 60 кВт; повышенной мощности - до 150 кВт);

- способу выгрузки смеси (смеси­тели с поворачивающимся корытом и с выгрузкой через отверстие в дне корыта);

- форме лопастных валов (z-об­разные гладкие; z-образные, защи­щенные от истирания накладками, двухкрыльчатые, четырехкрыльчатые, многокрыльчатые);

- конструкции корыта (без рубаш­ки для обогрева, с обогревом элект­ронагревателями омического сопро­тивления, с частичным обогревом жидкими теплоносителями, с полным обогревом жидкостными теплоноси­телями, с защитными покрытиями внутренней полости стенок листовым металлом);

- конструкции крышки корыта (смесители для перемешивания масс без давления или с избыточным дав­лением в корыте);

Двухвальный противоточный смеси­тель непрерывного действия лопаточ­ного типа показан на рис. 22. По­добные смесители обеспечивают более тщательное переме-шивание массы. Лопатки 1 и 4 на валах 2 и 5 этих смесителей устанавливают с таким расчетом, чтобы они, перемешивая, продвигали массу в направлении к разгрузочному люку 3. Крутящий мо­мент передается на валы 2 и 5 через цилиндрический редуктор 6.