Методичка 5191

4 смесителя. Крышка имеет ряд технологических штуцеров для подачи инертного газа, для отбора проб, установки термопар и люк для осмотра внутренней части корпуса.

Шнек 7, получающий вращение вокруг собственной оси от привода 3, совершает планетарное вращение вокруг оси корпуса смесителя 1. Планетарное вращение шнеку обеспечивает вращение водила 10. Приводы шнека 3 и водила 2 смонтированы на крышке корпуса смесителя.

Верхний конец вала шнека 7 имеет опору в коробке передач 6, а нижний – в шарнирной опоре, закрепленной в нижней части корпуса.

Шарнирная опора вала шнека является одним из основных узлов смесителя. Размещена она в сыпучем материале, поэтому ее конструкция должна обеспечить работу шнека без смазки и предотвратить истирание частицами сыпучего материала шейки вала шнека. В нижней части корпуса имеется люк для осмотра шарнирной опоры.

При вращении шнека материал поднимается его витками вверх около стенок корпуса. Затем материал движется к оси корпуса, где образуется нисходящий поток материала. В узкой части корпуса материал снова захватывается витками шнека и поднимается вверх. Движение сыпучего материала вверх в отдельных зонах около стенок корпуса – прерывистое, оно происходит только в моменты прохождения через эти зоны шнека.

После завершения процесса смешения клапан 8 открывает отверстие в корпусе смесителя, и готовая смесь высыпается в приемный бункер 9, откуда смесь отводится в приемную емкость. Выпуск смеси из корпуса производится при вращающемся шнеке.

Экспериментально установлены наиболее рациональные геометрические и режимные параметры смесителей типа ПШ:

где dш – наибольший диаметр витков шнека; Dб – наибольший внутренний диаметр корпуса; tш – шаг шнека; – коэффициент заполнения смесителя;ш , в – угловая скорость шнека и водила; u – окружная скорость наружной кромки витков шнека вокруг оси шнека; tсм – время смешения;

41

– угол конусности корпуса. (Угол должен быть таким, чтобы угол наклона образующей конуса к горизонтальной плоскости был больше угла естественного откоса.)

Пример обозначения смесителя с планетарно-шнековой мешалкой: СПШ-100 – смеситель планетарно-шнековый с объемом смесительной

камеры 100 л.

Технические характеристики некоторых планетарно-шнековых смесителей, выпускаемых отечественными заводами, приведены в табл. П.4 приложения.

3. Смесители непрерывного действия

Смесители непрерывного действия можно классифицировать по следующим признакам:

по характеру переноса частиц (смесители с поршневым движением материала без продольного смешения частиц, с поршневым движением материала и частичным продольным перемешиванием частиц, с разносом введенного материала по всему внутреннему объему);

по способу воздействия на смесь (гравитационные, центробежные прямоточные, барабанные, вибрационные, червячно-лопастные и т.д.).

Классификация по первому признаку весьма удобна, когда речь идет о методах расчета непрерывнодействующих потоков. Второй признак удобен, когда рассматриваются их принцип действия и конструктивные схемы.

Рассматриваемые ниже конструкции классифицированы по второму признаку.

3.1.Гравитационные смесители

Вгравитационных смесителях компоненты смешиваются в результате движения сыпучего материала под действием сил тяжести. Принцип смешения сыпучих материалов в бункерах без специальных перемешивающих устройств основывается на явлении, наблюдаемом при выпуске сыпучих материалов через нижние отверстия бункеров.

42

Основная масса материала движется по бункеру подобно сплошному стержню, без перемещения частиц друг относительно друга. Лишь в пристенном слое толщиной, равной двухили трехкратному размеру частиц материала, скорость движения частиц приблизительно на 10 % меньше, чем в центральной части бункера. Подобное движение сыпучей массы наблюдается в той части бункера, которая расположена выше двукратного размера выпускного отверстия. В нижней же части бункера неравномерность движения частиц наблюдается по всему поперечному сечению бункера. На оси симметрии бункера формируется ядро течения с приблизительно эллиптической границей, на которой располагаются точки перегиба траекторий движения отдельных частиц. После прохождения этой границы частицы, расположенные на различном расстоянии от оси бункера, проходят за одно и то же время неодинаковый путь: наибольший

– в центре, наименьший – на периферии. В результате этого явления у выпускного отверстия возможна встреча частиц, расположенных в верхней части бункера на разных уровнях, что является элементарным актом смешения. Если выгружаемый из нижнего отверстия материал снова возвращать в бункер, то после нескольких подобных проходов он может быть достаточно хорошо перемешан. Такой принцип смешения используется в бункерных усреднителях: пересыпных и частично в циркуляционных.

Рассмотрим некоторые из пересыпных усреднителей.

Гравитационный лотковый смеситель

Гравитационный лотковый смеситель (рис. 19) представляет собой колонку 1 прямоугольного сечения, внутри которой установлены друг над другом наклонные лотки 2.

43

Рис. 19. Гравитационный лотковый смеситель:

1- корпус; 2 – наклонные лотки; 3, 4 – штуцера для загрузки

Смешиваемые компоненты подаются в смеситель дозатором через штуцера 3 и 4. Струя материала после встречи с поверхностью лотка перестраивается; по лотку материал скользит тонким слоем. Угол наклона лотка к горизонту α должен быть больше угла трения сыпучего материала о поверхность лотка.

Отдельные компоненты смешиваются в момент встречи слоев, стекающих с первых двух лотков, при неравномерном их движении по последующим лоткам и пересыпании с лотка на лоток.

Гравитационный бункерный смеситель

В гравитационном бункерном смесителе созданы несколько лучшие условия для перераспределения частиц. Конструкция этого смесителя представлена на рис. 20. Смешиваемые компоненты подаются в смеситель дозатором через штуцера 2 и 3. В цилиндрическую колонку 1 смонтированы друг над другом пять или шесть конических днищ 4 с

44

отверстиями 5. Таким образом, каждое коническое днище с частью цилиндрического корпуса колонки представляет собой бункер. Выпускные отверстия 5 в днищах должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы в бункерах создавался определенный запас материала.

Компоненты смешиваются в результате неравномерного движения частиц по бункерам. Для достижения необходимой однородности смеси материал, загруженный в бункер, необходимо заставить многократно пройти зону нижней части бункера, поэтому обычно в смесителе монтируют 3 и более конических днищ.

Рис. 20. Гравитационный бункерный смеситель:

1 – корпус; 2, 3 – штуцера для загрузки; 4 – коническое днище; 5 – выпускное отверстие

Гравитационный ударно-распылительный смеситель

В гравитационном ударно-распылительном смесителе (рис. 21)

поступающие из дозаторов через штуцера 1 компоненты последовательно проходят тонкими слоями по наклонным лоткам 2. Смешиваемые компоненты наслаиваются на нижнем лотке один на другой, что исключает возможность сосредоточения одного из них в каком-то одном месте верхнего бункера первой секции смесителя. Каждая секция смесителя

45

состоит из цилиндрической обечайки 3, конусообразного днища 4 с центральным отверстием, шибера 5 и ударно-распылительного наконечника 6. Выходящая из нижнего отверстия бункера струя свободно падающего материала встречает на своем пути наконечник 6. При ударе о наконечник она распыляется. Получающийся факел из твердых частиц имеет форму пологого параболоида вращения. Оседающие из факела частицы падают на слой материала, находящийся в бункере последующей секции. Подобный процесс опускания частиц в бункере, истечения их из отверстия и последующего распыливания и оседания повторяется на каждой секции смесителя. Перераспределение частиц отдельных компонентов происходит как во время их движения по бункерам, так и в факелах.

Рис. 21. Гравитационный ударнораспылительный смеситель:

1 – загрузочный штуцер; 2 – наклонный лоток; 3 – корпус; 4 – коническое днище; 5 – шибер; 6 – ударно-распылительный наконечник

Чтобы струя материала, вытекающая из отверстия конического днища, была устойчивой, необходимо иметь в бункере каждой секции определенный его запас. Этого можно добиться изменением величины выпускного отверстия с помощью шибера 5. При пусках в работу

46

смесителя каждый шибер, начиная с верхнего, открывается последовательно с некоторым интервалом времени, достаточным для создания определенного запаса материала в лежащем выше бункере.

Достоинства гравитационных смесителей: простота устройства; отсутствие движущихся побудителей смешения; малые удельные расходы энергии.

Недостатки: низкое качество смешения; необходимость точного дозирования; возможность смешения материалов только хорошей и – в отдельных случаях – средней сыпучести.

3.2. Барабанные смесители

Принцип действия машины барабанного типа заключается в том, что ее рабочая камера (полый цилиндр, установленный на опорных станциях) совершает вращательное движение вокруг продольной оси.

Вращающиеся барабанные аппараты состоят из барабана, габаритные размеры которого определяются необходимой величиной рабочего или реакционного пространства. Внутри барабан может иметь насадку для лучшего перемещения и пересыпания материала с целью улучшения тепло- и массопередачи. Барабан расположен горизонтально и наклонен к горизонту под небольшим углом 1 ÷ 5 градусов с уклоном к месту выгрузки.

На рис. 22 показана принципиальная схема конструкции барабанного смесителя.

Барабан вращается с помощью венцовой шестерни 3, которая связана с шестерней, сидящей на валу редуктора. Для передачи давления на фундамент от масс всех вращающихся частей аппарата барабан снабжен бандажами, которые опираются на опорные ролики так называемой опорной станции. Количество опорных станций зависит от длины барабана, расстояние между опорами не превышает 18 ÷ 20 м. Опорные ролики изготавливают обычно из более мягкого, чем бандаж, или одинакового с ним материала. Чаще всего бандаж представляет собой кольцо прямоугольного сечения, свободно надетое на установленные по окружности барабанные башмаки, под которые подкладываются

47

усиливающие и регулирующие подкладки. Подбором толщины регулирующих подкладок достигается совмещение центров барабана и бандажа.

Рис. 22. Схема барабанного смесителя непрерывного действия:

1 – корпус; 2, 4 – бандажи; 3 – зубчатое венцовое колесо; 5 – разгрузочная камера; 6 – опорная станция; 7 – электродвигатель; 8 – редуктор; 9 – подвенцовая шестерня; 10 – опорно-упорная станция; 11 – наклонный желоб

Также применяют бандажи, жестко скрепленные с барабаном. Жесткое крепление бандажа на корпус ухудшает его взаимодействие с опорными роликами и требует большой точности при изготовлении и монтаже конструкции. При свободной посадке бандажа на барабан необходимо предусматривать температурные зазоры, иначе в стенках барабана при разогреве возникают концентрации напряжений из-за дополнительных нагрузок. По обоим концам барабана устанавливают камеры, необходимые для загрузки и выгрузки материала, а также для подвода и отвода сушильного агента.

Зазор между вращающимся барабаном и неподвижными камерами уплотняют лабиринтами, сальниковыми или манжетными уплотнениями.

48

Внутренние устройства барабанных машин предназначены для равномерного распределения материала, обеспечения контакта между перерабатываемыми веществами по всему сечению барабана. Внутренние устройства должны интенсивно перемешивать материал без его измельчения.

В зависимости от физико-химических свойств обрабатываемого материала и характера их изменения по длине могут располагаться различные насадки.

При обработке материалов, обладающих значительной адгезией к материалу барабана, применяют лопасти, собирающие большие порции материала, для преодоления сил адгезии за счёт сил гравитации. К таким устройствам относятся винтовые и подъёмно-лопастные насадки.

3.3. Червячно-лопастные смесители

Червячно-лопастные смесители используют в основном для смешения увлажненных или плохо сыпучих материалов. В червячно-лопастных смесителях для смешения и осевого перемещения сыпучих материалов служат лопатки, спирали, прерывистые витки шнека и винтовые ленты, закрепленные на одном или двух параллельных валах, пропущенных через корпус смесителя.

В двухвальном смесителе валы могут вращаться навстречу друг другу или в одну сторону. Перемешивающие элементы, закрепляемые на валах, как правило, однотипные (либо лопатки, либо ленты и т.д.). Однако имеются червячно-лопастные смесители, у которых перемешивающие элементы чередуются: например, лопатки перемежаются несколькими витками шнека. Направление винтовых линий, по которым монтируют перемешивающие элементы, в двухвальных смесителях может быть одинаковым или различным. В последнем случае один из валов должен иметь более высокую транспортирующую способность с тем, чтобы обеспечить прохождение смешиваемого материала в смесителе от места загрузки до места выгрузки.

Червячно-лопастные смесители относятся к тихоходным машинам: скорость вращения их валов обычно не превышает 150 об/мин.

49

На рис. 23 показана схема установки с червячно–лопастным смесителем.

Рис. 23. Схема установки с червячно-лопастным смесителем:

1 – бункер хранения; 2 – питающий шнек; 3 – бункер-дозатор; 4 – ворошитель; 5

– дозирующий шнек; 6 – подающий лоток; 7 – приемная камера; 8 – верхняя смесительная секция; 9 – нижняя смесительная секция

Установка предназначена для непрерывного приготовления композиций увлажненных порошков. Отдельные компоненты, подлежащие смешению, загружаются в бункера хранения 1, откуда они непрерывно подаются с помощью питающих шнеков 2 в бункера-дозаторы 3. Через каждый бункер-дозатор пропущен вал, имеющий привод от электродвигателя. На этом валу закреплены ворошитель 4 и несколько витков дозирующего шнека 5, входящих в нижний патрубок бункерадозатора. Этими витками определенное количество материала дозируется на подающий лоток 6, с которого он тонким слоем соскальзывает в приемную камеру 7. В этой камере тонкие слои отдельных компонентов

50