Контрольные вопросы по теме «Классификация».

1. По каким признакам возможна классификация смеси частиц в процессе разделения этой смеси на две или несколько частей?

2. В чем заключается технологический смысл процесса грохочения? Сухой и мокрый способы грохочения, преимущества и недостатки каждого способа.

3. Кратко опишите кинематические схемы наиболее распространенных классификаторов

- виброгрохот;

- пневматический классификатор (проходного и замкнутого типа)

- гидроклассификатор.

4. Назовите основные показатели процесса грохочения и поясните их физический смысл.

5. Назовите основные конструктивные типы грохотов и приведите их конструктивные схемы.

6. Конструкции и конструкционные материалы просеивающих элементов грохотов, их основные характеристики, способы их крепления к коробу грохота.

7. Опишите основные схемы выделения классов частиц классифицируемого сыпучего материала при грохочении (при количестве классов более двух), проанализируйте их преимущества и недостатки.

8. Поясните конструкцию вибратора направленного действия самобалансного инерционного грохота. Чем вызван наклон линии действия возмущающей силы под углом 35⁰ – 40⁰ к плоскости вибрирующего сита.

9. При стационарной установке приводного электродвигателя самобалансного грохота на фундаменте в ходе каждого оборота изменяется межосевое расстояние между осью неподвижного электродвигателя и осью вибратора. Каким образом клиноременная передача между этими элементами предохраняется от повышенного износа вследствие циклического изменения межосевого расстояния?

10. Поясните понятие «самозащита» от перегрузок применительно к конструкции инерционного грохота с круговыми колебаниями.

11. Охарактеризуйте область применения различных типов классификаторов в зависимости от граничного размера разделения d_гр частиц сыпучего материала.

12. Охарактеризуйте основные причины, препятствующие достижению идеальной 100% эффективности процесса грохочения (отсутствия засоренности) в реальных промышленных условиях.

13. Охарактеризуйте основные схемы дробления с использованием грохочения, применимые в химической промышленности.

14. Охарактеризуйте основные конструктивные типы воздушных сепараторов. Область рационального использования воздушных сепараторов.

15. Укажите основные преимущества циркуляционных воздушных сепараторов по сравнению с проходными сепараторами.

Смесители сыпучих материалов. Процессы смешивания. Классификация смесителей.

Общие положения.

Смесителями называют машины или аппараты, предназначенные для осуществления процесса смешивания материалов. Под процессом смешивания принято понимать такой механический процесс, в результате которого первоначально находя­щиеся раздельно компоненты после равномерного распределения каждого из них в смешиваемом объеме образуют однородную смесь. Термин «перемешивание» больше связан со следствием воздействия рабочего органа на перемешиваемый материал: процесс перемешива­ния не обязательно должен привести смесь к однородному состоянию; в некоторых случаях его используют для разделения смеси на отдель­ные компоненты.

Обратным процессу смешивания является процесс сегрега­ции, приводящий к разделению смеси на отдельные компо­ненты.

В состав смесей может входить различное число компонентов (есть композиции, в состав которых входит несколько десятков компонентов). Соотношение количеств компонентов в смеси изменя­ется в широком диапазоне, иногда отношение масс компонентов в смеси составляет 1 : 10⁶.

Рассмотрим конструкции и методики расчета смесителей для сыпучих и пастообразных материалов.

Оценка качества смеси.

В процессе смешивания в рабочем объеме смесителя происходит взаимное перемещение частиц разных компо­нентов, находящихся до перемешивания раздельно или в неоднородно внедренном состоянии. В результате перемещений возможно беско­нечное разнообразие расположения частиц в рабочем объеме смеси­теля. В этих условиях соотношение компонентов в микрообъемах смеси - величина случайная, поэтому большая часть известных методов оценки однородности (качества) смеси основана на методах статистического анализа. Для упрощения расчетов все смеси условно считают двух компонентными, состоящими из так называемого клю­чевого компонента и условного, включающего все остальные компо­ненты смесей. Подобный прием позволяет оценивать однородность смеси параметрами распределения одной случайной величины - содержанием ключевого компонента в пробах смеси. В качестве клю­чевого компонента обычно выбирают такой компонент, который либо легко анализировать, либо распределение его в смеси особенно важно по техническим требованиям.

В нашей стране в качестве критерия оценки качества смеси используют коэффициент вариации V_c, %:

где - среднее арифметическое значение концентрации ключевого компонента во всех п пробах смеси, %; c_i -концентрация ключевого компо­нента в i-й пробе смеси, %.

Применительно к процессу смешивания сыпучих материалов этот критерий называют коэффициентом неоднородности, так как с его увеличением неоднородность смеси возрастает.

Необходимую массу пробы смеси сыпучих материалов принимают в зависимости от принятого метода анализа проб на содержание в них ключевого компонента. Обычно масса пробы колеблется в пределах от 1 до 10 г.

Кинетика периодического процесса смешивания.

Анализ экспе­риментальных зависимостей V_c = f (t) (где t —время смешивания), полученных при исследованиях смесителей периодического действия различных конструкций, показывает, что кинетическая кривая процесса смешивания имеет три характерных участка (рис.129) каждый из которых соответствует определенному по времени периоду смешивания.

Рис.129 Кинетическая кривая процесса смешивания сыпучих материалов в смесителях периодического действия.

В периоде 1 преобладает процесс смешивания за счет конвектив­- ного переноса компонентов по внутреннему объему смесителя. Процесс сегрегации по сравнению с процессом смешивания идет с небольшой скоростью. В связи с этим в периоде 1 V_с резко умень- шается до некоторого значения V_ск. К концу этого периода (t_к) в рабочем объеме смесителя практически нет агрегатов (макрообъе­- мов), состоящих из частиц одного компонента.

В периоде 2 скорость процесса смешивания становится соизмеримой со скоростью сегрегации, поэтому значения V_c со временем изменяются незначительно (по сравнению со значениями V_c периода 1 ). Сам же процесс смешивания реализуется в основном за счет переме­щений отдельных частиц друг относительно друга. Из-за внешней схожести с процессом диффузии молекул этот процесс смешивания называют диффузионным. В периоде 3 скорость процесса смешивания становится равной скорости процесса сегрегации, поэтому V_c не меняется во времени. Наименьшее значение коэффициента неоднородности называют пре­дельным коэффициентом неоднородности V_сп. Время t_см достижения смесью однородности, оцениваемой значением V_сп, является опти­мальным временем смешивания, так как при дальнейшем смешивании V_с не уменьшается.

В периоде 1 физико-механические свойства смеси не влияют существенно на кинетику процесса смешивания, а в периоды 2 и 3 влияние их становится преобладающим; поэтому в одном смесителе можно получить на различных по своим физико-механическим свой­ствам смесях неодинаковые значения V_сп.

Общая классификация смесителей.

Смесители классифицируют по следующим признакам:

- физическое состояние рабочей среды (смесители для сыпучих материалов, паст, высоковязких полимеров, резины и т. д.); - протекание процесса смешивания во времени (смесители периоди­ческого и непрерывного действия);

- природа силового воздействия на частицы (смесители гравита­ционные, центробежные, пневматические, электромагнитные и т. д.);

- механизм перемешивания частиц (смесители циркуляционные, объемного смешивания, диффузионного смешивания);

- конструкция (смесители барабанные, шнековые, ленточные, ло­пастные и т. д.);

- способ управления (смесители с ручным управлением, автомати­ческим или программным управлением).

На практике для классификации смесителей используют каждый из этих признаков, причем чаще всего комбинацию тех признаков, которые для данных условий расчета, конструирования и эксплуата­- ции наиболее важны.

В каталогах на смесительное оборудование, используемое в РФ принято следующее условное обозначение смесителей:

Первые буквы - тип смесителя по ОСТ 26-01-73-78 и ОСТ 26-01-57-83; цифры после тире: рабочий объем (дм³) - для смесителей периодического действия; номинальный диаметр рабочего органа (мм) - для смесителей непрерывного действия; последние буквы - исполнение смесите­ля по виду электрооборудования, обогрева и материалу деталей, соприка­сающихся с рабочей средой (В - взрывозащищенное; Н - невзрывозащищенное; Р - с рубашкой; Б - без рубашки; Э - с электрическим обогревом; К - коррозионная сталь; У - углеродистая сталь; Т - титановый сплав; цифры в конце обозначения - номер модели.

Пример условного обозначения смесителя с зэтобразными лопастями рабочим объемом 0,400 м³ (400 дм³) в невзрывозащищенном исполнении, с электрообогревом, из углеродистой стали:

Смеситель ЗЛ-400НЭУ ОСТ 26-01-73-78

Пример условного обозначения пневматического соплового смесителя рабочим объемом 0,630м³. (630 дм³.) во взрывозащищенном исполнении, без рубашки, из коррозионностойкой стали:

Смеситель ПС-63ОВБК ОСТ 26-01-73-78

Пример условного обозначения планетарно-шнекового смесителя рабочим объемом 0,630м³.(630 дм³.) в невзрывозащищенном исполнении, без рубашки, из углеродистой стали:

Смеситель ПШ-630НБУ ОСТ 26-01-73-78

Пример условного обозначения центробежного лопастного смесителя рабочим объемом 0,100м куб. (100 дм куб.) во взрывозащищенном исполнении, с рубашкой, из коррозионностойкой стали:

Смеситель ЦЛ-100ВРК ОСТ 26-01-73-78.

Смесители периодического действия.

Область применения и классификация.

Приготовление однородных по составу композиций из твердых сыпучих или пасто­образных материалов смешиванием их в смесителях – весьма распространенный технологический процесс. Круг химических производств, в которых исполь­зуют этот процесс, чрезвычайно разнообразен. К ним относятся крупнотоннажные производства пластмасс, удобрений, красителей, моющих средств, инсектофунгицидов и пестицидов, резинотехнических изделий, шин и т. п.

В химических производствах устанавливают в основном смесители периодического действия. Это объясняется тем, что, во-первых, при периодическом ведении процесса смешивания можно обеспечить точное соотношение между компонен­тами смеси (их загружают в смеси­тель по массе), а во-вторых, при большом числе компонентов их до­зирование в смеситель непрерывного действия затруднено.

По механике переноса вещества смесители периодического действия можно разделить на циркуляционные смесители; смесители объемного смешивания; смесители диффузионного смешивания.

Циркуляционные смесители.

К циркуляционным смесителям относятся наиболее рас­пространенные смесители порошкооб­разных и мелкозернистых сыпучих материалов. Для этих смесителей характерно движение (циркуляция) основного потока смешиваемого ма­териала по замкнутому контуру. Сое­динение отдельных зон рабочего объема смесителя потоком материала в циркуляционный контур может быть последовательным, параллельным или сложным (с рециркуляцией, разветвлением, байпасом и т. д.). Движе­ние материала через зоны обеспечивают либо перемешивающий орган, либо специальные транспортеры- Зона действия перемешиваю­щего органа составляет незначительную долю общего рабочего объема смесителя.

К наиболее распространенным в отечественной промышленности циркуляционным смесителям следует отнести планетарно-шнековый – тип ПШ, центрбежно-лопастной – тип ЦЛ, центробежно-волчковый – тип ЦВ и шнековый с центральной циркуляционной трубой - тип ЦЦТ.

Смеситель с планетарно-шнековой мешалкой - тип ПШ.

Смеситель типа ПШ с планетарно-шнековой мешалкой состоит из следующих основных частей (рис. 130):

Рис.130 Схема смесителя с планетарно-шнековой мешалкой: 1-конический корпус; 2-электродвигатель; 3- электродвигатель привода шнека7; 4-крышка; 5,6-коробки передач; 8-запорный механизм клапана; 9-разгрузочная коробка; 10-водило.

конического корпуса 1, крышки 4, привода 3 шнека, привода 2 водила, шнека 7, запорного механизма 8 и коробки 9. Шнек 7, получающий вращение вокруг собственной оси от мотор-редуктора 3 через две пары конических шестерен (находятся в коробках передач 5 и 6), совершает планетарное вращение вокруг оси корпуса смесителя от мотор-редуктора 2 через червячный редук­тор, пары конических шестерен и водило 10. Верхний конец вала шнека 7 имеет опору в коробке передач 6, а нижний - в шарнирной опоре, закрепленной в нижней части корпуса смесителя. Приводы шнека и водила смонтированы на крышке 4 корпуса смесителя. В не­которых конструкциях планетарно-шнековых смесителей привод шнека находится на отдельной плите, расположенной около нижней части корпуса, а привод водила - на крышке. Крышка имеет ряд технологических штуцеров (для загрузки компонентов смеси, подачи инертного газа, установки взрывной мембраны, отбора проб, уста­новки термопар) и лаз для осмотра внутренней части корпуса. На коническом корпусе 1, состоящем из двух частей, имеется люк для осмотра шарнирной опоры и коробка 9 для выпуска готовой смеси. Отверстие в коническом корпусе, через которое готовая смесь вы­ходит во внутреннюю часть коробки 9, прикрыто клапаном, имеющим шарнирную опору. Для открытия и закрытия клапана предназначен механизм 8, состоящий из пневмо- или гидроцилиндра и рычажной передачи.

Шарнирная опора вала шнека является одним из самых ответст­венных узлов смесителя. Опора размещена в сыпучем материале, поэтому ее конструкция должна обеспечить работу без смазочного материала и предотвратить истирание шейки вала шнека частицами перемешиваемого материала. Планетарно-шнековый смеситель работает следующим образом. Подлежащий смешиванию материал загружают через верхний штуцер в крышке 4 (рис. 130). При планетарном вращении шнека смеши­ваемый материал поднимается витками шнека 7 около стенок кони­ческого корпуса 1. Затем материал движется к оси корпуса, где образуется нисходящий поток материала. В узкой части корпуса материал снова захватывается витками шнека и транспортируется вверх вдоль стенок корпуса. Движение сыпучего материала вверх в отдельных объемах около стенки корпуса - прерывистое; оно происходит только в моменты прохождения через эти объемы шнека. После завершения процесса смешивания пневмоцилиндром открыва­ется клапан, находящийся внутри коробки 9. Сыпучий материал начинает вытекать через отверстие в коробку 9, а из нее - в приемное устройство для хранения готовой смеси. Выпуск смеси производят при вращающемся шнеке.

Экспериментально установлены следующие оптимальные геомет-­ рические и режимные параметры планетарно-шнекового смесителя: d_ш=0,2D₆; t_ш/d_ш=0,8; =0,8; ω_ш/ω_в=40; и=1м/с; α=34°; t_см=20 мин; где d_ш - наибольший диаметр витков шнека; D_б- наибольший внутренний диаметр корпуса; t_ш - шаг шнека; φ- коэффициент заполнения смесителя; ω_ш,ω_в - угловая скорость шнека и водила; и - окружная скорость наружной кромки витков шнека вокруг оси шнека; - угол конусности корпуса; t_см - время смешивания.

Мощность N, кВт, привода планетарного вращения шнека:

где C₁ - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств смеси (табл. 24); р_н - насыпная плотность сыпучего материала, кг/м³; п_ш - частота вращения шнека, об/мин; L_p - часть длины шнека, находящегося в смеси, м; F_yд - удельная поверхность шнека, м²/м; - угол конусности корпуса, град.

Удельная поверхность шнека F_yд (в м² на 1 м длины его рабочей зоны): Fуд = (2F₁+ F₂)/t_ш, где F₁и F₂ - площадь поверхности соответственно одной стороны витка шнека и вала на длине в один шаг, м².

Таблица 24.

Значения коэффициентов С₁ ,С₂ и С₃ для некоторых сыпучих материалов.

Материал	Насыпная плотность, кг/м5	Дисперс­ность материала, мм	С1 ּ106	С2 ּ106	С3 ּ106
Речной песок	1380	0,2—0,5	0,9	8,24	11,9
Соль поваренная	1070 970 1100	1—2 0,2—0,5 0,01—0,2	1,27 0,9 2,5	39 3,4 2,68	- 5,5 4,1

Продолжение Таблицы 24

Сода кальцинированная Опилки железные График гранулированный Каолин Цемент Полиэтилен порошкообразный Полиэтилен гранулированный Поливинилхлорид

505 2400 1070 272   980 240 561 481

0,01—0,1 0,25—1,0 0,2—0,5 0—0,07 0,01—0,1 0—0,02 3—5 0—0,02

2,3 - 0,8 0,94 2,1 - - -

2,24 95,5 38 3,3 2,84 3,93 8,5 5,9

3,8 11,4 8,8 2,65 2,2 4,8 - -

Отраслевым стандартом ОСТ 26-01-73—78 предусмотрено не­сколько типоразмеров планетарно-шнековых смесителей типа ПШ с рабочим объемом 0,04; 0,1; 0,25; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 3,2; 4,0; 6,3; 10,0; 16,0 м³.

Из зарубежных конструкций планетарно-шнековых смесителей наиболее распространен смеситель типа «Наута» (Голландия), вы­пускаемый в трех модификациях: с нижним (модель М_а), верхним (модель М_b) и раздельным (модель М_ах) приводом планетарного вращения шнека.

Центробежные лопастные смесители.

Центробежные лопастные смесители относятся к циркуляцион­ным смесителям с быстро вращающимся рабочим органом. Экспери­ментально установлено, что при вращении лопастной мешалки с окружной скоростью края лопасти более 6 м/с перемешиваемый сыпучий материал может быть переведен чисто механически в псевдоожиженное состояние. При этом значительно увеличиваются подвиж­ность сыпучего материала и скорость его движения по циркуляцион­ному контуру, благодаря чему время смешивания не превышает 25 мин. В центробежных лопастных смесителях используют мешалки, выполненные в виде радиальных лопастей, пропеллеров, дисков. Существенного значения форма лопастей мешалки на процесс пере­вода сыпучего материала в псевдоожиженное состояние не имеет. Единственное условие, предъявляемое к конструкции мешалки, - обеспечение высокой скорости циркуляции материала при низком лобовом сопротивлении вращению. Высота слоя сыпучего материала над мешалкой не должна превышать (8—10)b, где b - высота лопа­стей, мешалки. При необходимости псевдоожижения более высоких слоев сыпучего материала приходится устанавливать на одном валу несколько мешалок с шагом (8—10) b.

Центробежный лопастной смеситель типа ЦЛ (ОСТ 26-01-73—78) состоит из следующих основных узлов (рис.131): корпуса 1, крышки 2, рабочего органа с верхней 3 и нижней 4 лопастными мешалками, электродвигателя 5, вращающего вал мешалок через клиноременную передачу 6; станины 7 и выгрузочного патрубка 8 с клапаном.

Рис.131 Центробежный лопастной смеситель типа ЦЛ:

1-корпус; 2-крышка; 3-верхняя мешалка; 4-нижняя мешалка; 5-электродвигатель привода; 6-клиноременная передача; 7-станина; 8-разгрузочный патрубок с клапаном; 9-привод клапана.

Сварной корпус выполнен в виде конического (сужающегося кверху) сосуда с эллиптическим днищем и снабжен рубашкой, позволяющей охлаждать или нагревать смесь. В нижней части корпуса имеется отверстие, к которому крепится выгрузной патрубок с клапаном. Клапан, перекрывающий отверстие в корпусе в моменты загрузки и смешивания компонентов смеси, приводится в действие от двух пневмоцилиндров 9. Управление цилиндров автоматизировано.

Крышку корпуса выполняют эллиптической для смесителей с рабочим объемом более 0,1 м³ и плоской для смесителей с рабочим объемом, равным или меньше 0,1 м³. На крышке вваривают несколько технологических штуцеров. Для удобства обслуживания внутренней полости смесителя крышку выполняют поворотной вокруг оси, закрепленной на корпусе смесителя.

Рабочий орган смесителя выполнен в виде двух лопастных меша­лок (верхней 3 и нижней 4), насаженных на один консольно расположенный вал. Форма мешалок зависит от заданной степени измельче­ния частиц сыпучего материала. Если измельчение частиц недопу­стимо, то рекомендуют использовать мешалки, конструкция которых показана на рис. 132 (a - верхняя, б - нижняя).

Для смесей, которые допускают изменение гранулометрического состава в про­цессе смешивания, устанавливают мешалки более простой конфигурации.

Рис.132 Мешалки центробежного

лопастного смесителя типа ЦЛ для сыпучих материалов, для которых измельчение частиц недопустимо.

Отраслевым стандартом ОСТ 26-01-73—78 предусмотрены следую­щие типоразмеры смесителей типа ЦЛ; ЦЛ-6; ЦЛ-25; ЦЛ-100; ЦЛ-160; ЦЛ-250; ЦЛ-400; ЦЛ-630 (цифра соответствует рабочему объему смесителя в л).

Из центробежных лопастных смесителей, выпускаемых иностран­ными фирмами, наибольшее применение получили смесители типа TS (ФРГ, фирмы «Гюнтер-Папенмайер» и «Ангер») и типа FM (ФРГ, фирма «Хеншель»). В смесителях типа TS мешалка двухлопастная (пропеллерная), а в смесителях типа FM - дисковая, состоящая из двух частей: верхнего плоского диска с прорезями и нижнего сплош­ного, выполненного по форме днища корпуса смесителя.

Центробежные лопастные смесители используют для смешивания текучих и вязкотекучих сыпучих материалов, а также для приготов­ления сыпучих смесей с небольшими добавками жидкого компонента, вводимого в смеситель в распыленном состоянии.

Экспериментально установлены следующие оптимальные геоме­трические параметры смесителя типа ЦЛ: угол конусности обечайки корпуса = 2 ... 5°; высота смесительной камеры Н = (0,7 ... 0,9)D (где D - диаметр смесительной камеры, принимаемый с учетом пол­ного объема V_n смесителя по формуле:

и стандартных диаметров аппаратов по ГОСТ 9931—79); диаметр верхней лопасти d_вл= (0,85 ... 0,9)D (для смесителя с цилиндрическим корпусом); и d_вл = (0,5 ... 0,6)D (для смесителя с коническим корпусом); диаметр нижней лопасти d_нл = (0,85 ... 0,95)D; расстояние между верхней и нижней лопастями h = 0,12D (для смесителя с цилиндри­ческим, корпусом) и h = 0,2D (для смесителя с коническим корпусом); диаметр кольца верхней лопасти d_к = 0.45D; высота лопастей b= (0,13 ... 0,15) D.

Мощность (кВт), необходимая для перемешивания сыпучих материалов в смесителе типа ЦЛ с использованием мешалки (см. рис. 132):

где С₂ - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала (см. табл. 24); К_ф - коэффициент формы лопастей ме­- шалки ( для прямых лопастей С_ф = 1, для спиральных - K_ф = 1,06, а для лопастей, изображенных на рис. 132 К_ф=0,72); L и b - соответственно длина и высота мешалки, м; H_с - высота слоя материала над лопастью, м; - угол наклона лопастей мешалки к горизонтали, град.; S - радиальный зазор между краем лопасти мешалки и стенкой корпуса, м.

Волчковые смесители.

Разновидностью центробежных лопастных смесителей следует считать волчковые смесители – тип ЦВ. В центробежных волчковых смесителях рабочим органом яв­- ляется вращающийся полый конус, с помощью которого сыпучий материал циркулирует внутри корпуса. Отечественный серийно выпускаемый центробежный волчковый смеситель типа ЦB-630 ВРК состоит из следующих основных узлов (рис. 133): корпуса 2 цилиндрической формы с рубашкой для охлаждения или нагрева смеси; ротора 3 со скребками серповидной формы 5; приводного редуктора 11, на котором крепятся корпус 2 и элек­тродвигатель 6 для привода ротора во вращение; очистных скреб­ков 4, закрепленных на свободно подвешенной вращающейся раме с ленточным тормозом 10; разгрузочной камеры 7 с клапа­ном, приводимым в действие от пневмоцилиндра 8; крышки 1 с несколькими технологическими штуцерами (для загрузки сыпу­чих компонентов, подачи жидкого компонента, установки раз­рывной мембраны, для смотрового окна). Ротор закреплен на консольном приводном валу 9.

Рис.133 Схема центробежного волчкового смесителя

ЦВ-630 ВРК: 1-крышка с технологическими штуцерами; 2-корпус с охлаждающей рубашкой; 3-ротор с серповидными скребками 5; 4-очистные скребки с ленточным тормозом 10; 6-электродвигатель привода ротора; 7-разгрузочная камера с клапаном; 8-пневмоцилиндр клапана камеры 7; 9-консольный приводной вал ротора 3; 11-угловой приводной редуктор.

Работает смеситель типа ЦВ следующим образом. При вра­щении ротора, представляющего собой полый усеченный конус с донышком и двумя симметрично расположенными в его нижней части окнами, сыпучий материал, попавший в него при загрузке, под влиянием центробежных сил начинает двигаться по внутрен­ней поверхности конуса вверх, а затем сбрасывается в кольцевое пространство между конусом и корпусом смесителя. Новые пор­ции сыпучего материала поступают внутрь конуса из кольцевого пространства через окна, находящиеся в нижней его части. Сер­повидная лопастная мешалка, приваренная к донышку ротора, увеличивает подвижность частиц сыпучего материала в нижней части смесительной камеры и способствует их протоку через окна в конусе. Материал смешивается как при подъеме частиц по ко­нусу, так и вне конуса вследствие их перераспределения во время отскока от стенок корпуса, опускания вниз по кольцевому про­странству и в зоне работы серповидной лопасти. Для очистки внутренней поверхности конуса и смесительной камеры преду­смотрены скребки 4, закрепленные на свободно подвешенной раме. Вал рамы закреплен в подшипниковом узле, смонтирован­ным на крыше 1. Скребки 4 вместе со свободно подвешенной вращающейся рамой получают вращатель­ное движение от потока сыпучего материала, увлекаемого вра­щающимся ротором. Частота вращения рамы, которая должна быть намного меньше частоты вращения ротора, регулируется ленточным тормозом 10, расположенным на крышке 1.

Смеситель типа ЦВ-630 ВРК, предназначенный для смешива­ния сыпучих материалов с насыпной плотностью р_н<1700кг/м , а также для приготовления легкоподвижных пастообразных смесей с динамической вязкостью 50...200 Паּс, имеет смесительную ка­меру с рабочим объемом V_р = 0,63 м³, установочной мощностью электродвигателя N_yc = 17 кВт и массой G = 2765 кг. Избыточное дав­ление внутри смесительной камеры должно быть не более 0,002 МПа, а в рубашке - 0,3 МПа. Рабочая температура внутри смесительной камеры может изменяться от -20 до +130°С.

Экспериментально установлены следующие оптимальные геометрические и режимные параметры смесителей типа ЦБ: угол раструба конуса α = 60°; коэффициент заполнения смесительной камеры φ = 0,8; ω²R = 200...300 м/с² (где ω- угловая скорость вра­щения ротора, с^-1, R - наружный радиус конуса, м). Достижимая однородность смесей V_c = l,5…2%.

В смесителях типа ЦВ мощность привода ротора в кВт определяется с учетом опытных данных по формуле N = 1,25C₃K_фp_нLb^0,6H ^1,67, где С₃ - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств смеси (см. табл. 24); К_ф - коэф­фициент формы мешалки ротора (для мешалки лопастной спираль­ной формы К_ф=0,7, для мешалки с прямыми лопастями К_ф = 1); L - размах лопастей мешалки, м; ω - угловая скорость вращения ро­тора, с^-1.

Смесители с центральной циркуляционной трубой.

В смесителях с центральной циркуляционной трубой типа ЦЦТ циркуляция смешиваемого сыпучего материала осуществляется с помощью шнека, заключенного в трубу, которая неподвижно закреплена в корпусе смесители вдоль его оси.

Принцип действия этого типа смесителей ясен из приводимой на рис. 134 схемы конструкции одного из представителей семейства смесителей типа ЦЦТ. Они часто используются для усреднения больших партий сыпучих ма­териалов (до 100 м³).

Рис.134 Схема смесителя ЦЦТ:

1-штуцер для загрузки материала; 2-горизонтальный шнек; 3-вертикальный шнек; 4-корпус; 5-нижняя часть корпуса; 6-центральная труба; 7-смешиваемый материал; 8-разбрасывающий диск; 9-неподвижный диск; 10-крышка; 11-штуцер для выгрузки материала.

Загрузка компонентов смеси осуществляется через штуцер 1, ввареный

в крышку корпуса или так, как это показано на рис. 134 . При вращении шнека 3 сыпучий материал поднимается по трубе 6 вверх, затем сбрасывается в кольцевое пространство между трубой 6 и корпусом смесителя 4, там он опускается вниз и снова поступает в центральную трубу 6. Образующиеся в процессе смешивания комки сыпучего материала, проходя через диски 9 и 8, разрушаются. Нижний диск 8 закрепляется на валу шнека 3. В некоторых конструкциях смесителей ЦЦТ диски отсутствуют, а в нижней конической части корпуса, на валу шнека закрепляется лопасть, увеличивающая подвиж­ность сыпучего материала в заборной части шнека. Смешанный материал выгружается через штуцер 11.

Экспериментально установлено, что наилучшие показатели про­цесса смешивания достигаются в смесителях типа ЦЦТ при следующих па­раметрах: h₀ =1,3 d_ш; α = 60°;

τ_см =20…60 мин; = 30; u= 1 м/с, = 0,5; t_ш/d_ш - 0,5. Здесь ho - длина шнека не ограниченного трубой; d_ш – диаметр шнека; t_ш - шаг витков шнека; т_см - время смешивания; = G₁/G₂ - кратность циркуляции: G₁- масса материала, прошедшая за время τ_см через трубу; G₂ - масса загружаемого в смеситель материала; - коэффициент заполнения.

Смесители объемного смешивания. В смесителях этой группы смешиваемые компоненты перемещаются рабочими поверхностями мешалки по всему внутреннему объему смесителя отдельными бло­ками, хаотически. Блоки из частиц одного компонента, попадая под действие лопастей мешалки, разрезаются на части, которые затем хаотически разносятся в разные места внутреннего объема смесителя его рабочими органами. Процесс разрушения блоков и их перераспределение в пространстве в конеч­ном итоге приводят к смешиванию компонентов.

В смесителях объемного смешивания скорость процесса смешива­ния зависит в основном от количества одновременно существующих поверхностей сдвига в массе сыпучего материала и скорости относи­тельного перемещения материала в месте сдвига. В большинстве случаев процесс смешивания в смесителях этой группы интенсифици­руют увеличением поверхностей сдвига; для этого увеличивают число лопастей или число витков у ленточных мешалок. Для умень­шения энергозатрат принимают небольшую частоту вращения ме­шалки. Конструкция мешалки должна обеспечить хаотическое пере­мещение смешиваемого материала по всему рабочему объему смеси­теля. К наиболее распространенным смесителям объемного смешивания относятся ленточный смеситель и двухроторный смеситель с зетобразными лопастями.

Ленточные смесители.

Ленточный смеситель типа Лн-200 (рис. 135) состоит из следующих основных частей: корпуса 1, ротора 6, привода 2 ротора, разгрузоч­ного затвора 4, пневмоцилиндра 3, привода клапана, станины 5. Корпус смесителя цилиндрической формы имеет плоские крышки, люки А и З, предназначенные для осмотра и чистки внутренней части смесителя, и ряд технологических штуцеров: Б и Ж - для подачи жидких добавок, В - для отсоса воздуха в моменты загрузки, Е - для загрузки компонентов смеси, М - для спуска промывных жидко­стей, Л - для осмотра клапана, К - для выгрузки смеси, И - для обдувки клапана.

Рис.135 Ленточный смеситель типа Лн-200:

1-корпус; 2-привод ротора; 3-пневмоцилиндр разгрузочного клапана; 4- разгрузочный затвор; 5-станина; 6-ротор; А и З – люки для осмотра и чистки; технологические штуцеры: Б и Ж – подача жидких добавок; В – отсос воздуха при загрузке; Е – загрузка исходных компонентов; М – спуск промывных жидкостей; Л – осмотр клапана; К – выгрузка смеси; И – обдувка клапана.

Ротор смесителя состоит из вала, на котором закреплены два ряда спиральных лент. Применяются ленты трех типов: тип А, тип Б, тип В ( рис. 136).

Рис.136 Конструкции ленточных спиральных мешалок: тип А - комбинированная; тип Б – с наружной лентой в виде сегментов; тип В – с различным шагом.

Наружные ленты в процессе смешивания перемещают материал в центральную часть корпуса, а внутренние - к его торцовым крышкам. Для этого ленты разделены на две части с разным направлением спиралей. Ротор вращается с частотой 3,27 об/с. Привод ротора состоит из электродвигателя, редуктора и соединительных муфт. Мощность привода 15 кВт.

Частоту вращения ротора в ленточных смесителях принимают с таким расчетом, чтобы окружная скорость верхней кромки наруж­ной ленты была равна 1,2 м/с. Зазор между наружными кромками ленты большего диаметра и внутренней поверхностью корпуса не должен превышать 3 мм. Время смешивания в ленточных смесителях 1-6 ч.

По ОСТ 26-01-73—78 предусмотрен выпуск смесителей Лн (12 типоразмеров с рабочим объемом от 0,006 до 10 м³).

Рекомендуемая область применения - смешивание связных сы-­ пучих материалов, а также сыпучих материалов с небольшими добав­- ками жидкого компонента, вводимого в смеситель в распыленном виде.

Червячно-лопастные смесители.

В червячно-лопастных смесителях можно смешивать пластические массы и резины, а также сыпучие и пасто­образные материалы. В большинстве случаев эти машины изготовляют с двумя валами - смесительными органами, конструкция которых зависит от физико-механических свойств смешиваемых материалов.

Рис.137 Червячно-лопастной смеситель типа ЗЛ-400:

1-смесительная камера; 2-две z-образные лопасти; 3-крышка; 4-зубчатая передача; 5-редуктор4 6-электродвигатель; 7-маслонасосная станция; 8-станина привода лопастей; 9-станина смесительной камеры; 10-два гидроцилиндра опрокидывания камеры; 11-рычаги с противовесами для открывания крышки камеры.

На рис. 137 приведена схе­ма червячно-лопастного смесителя типа ЗЛ-400. По ОСТ 26-01-73—78 он называется смесителем с зетобразными лопастями. Смеситель состоит из следующих основных частей: смесительной камеры 1, имеющей рубашку для обогрева или охлаждения смешиваемой массы; крышки 3; двух зетобразных лопастей 2; привода лопастей, состоящего из электродвигателя 6, редуктора 5 и зубчатой передачи 4, обеспечивающей передачу крутящего момента от одной лопасти к другой; станины 8 привода лопастей; станины 9, смесительной камеры; двух гидроцилиндров 10 механизма опрокидывания смесительной камеры; насосной станции 7, обеспечивающей подачу масла в гидроцилиндры (на рисунке показан только электродвигатель этой станции). Зетобразные лопасти (рис. 138) вращаются в противоположные стороны с частотой: быстроходная 0,67 1/с, тихоходная 0,42 1/с.

Рис. 138 Конструкции валков в смесителях типа ЗЛ и ЗШ

В зависимости от физико-механических свойств смешиваемого материала смесители типа ЗЛ (и ЗШ) комплектуются валками различной конфигурации (рис. 138): тип А используют в основном для смешивания высоковязких жидкостей, резины; тип Б – для смешивания влажных и пастообразных материалов; тип В – для смешивания сыпучих сухих и увлажненных материалов. Смесительную камеру 1 (рис. 137) можно опрокидывать вокруг оси одной из лопастей в моменты выгрузки готовой смеси с помощью двух гидро­цилиндров 10. Крышку 3 открывают поворотом ее вокруг оси, закреп­ленной на корпусе смесительной камеры. Для открывания крышки на ней установлены два рычага с грузами 11.

Установочная мощность привода смесителя типа ЗЛ-400 равна 45 кВт. ОСТ 26-01-73—78 предусматривает 13 типоразмеров смесителей типа ЗЛ с рабочим объемом смесительной камеры от 0,004 до 1,6 м³.

Рекомендуемая область использования смесителей типа ЗЛ - приготовление липких пастообразных смесей вязкостью от 0,2 до 100 кПаּс.

Рис.139 Схема смесителя с z-образными лопастями и разгрузочным шнеком ЗШ-400-02:

1-вращающийся разгрузочный шнек; 2-электродвигатель разгрузочного шнека; 3-редуктор разгрузочного шнека; 4-зубчатая передача к шнеку; 5-разгрузочная коробка с пневмоклапаном; 6- загрузочная коробка с пневмоклапанном.

Более удачно, чем в смесителях типа ЗЛ, решена выгрузка готовой смесительной камеры в смесителях с зетобразными лопастями и разгрузочным шнеком (тип ЗШ - ОСТ 26-01-73—78). В смесителях этого типа (рис. 139) в нижней части корпуса под лопастями смонтирован шнек, имеющий реверсивное вращение. Шнек предназначен для повышения эффективности процесса смешивания и выгрузки из смесительной камеры готовой смеси. Эти машины рекомендуют для смешивания нелипких масс вязкостью до 100 кПаּс.

Плужные смесители.

В плужных смесителях объемного смешивания (тип ПЖ) рабочим орга­ном являются плужки - лемехообразные лопасти, закрепляемые на горизонтальном валу. Они рекомендуются для смешивания тяжелых сыпучих компонентов (с насыпной плотностью до 2500 кг/м³), а также сыпучих с жидкими компонентами, обра­зующих в процессе их смешения налипающую на внутреннюю поверхность смесителя массу.

На отечественных заводах серийно выпускаются плужные смесители типа ПЖ двух типоразмеров: ПЖ-250 (с рабочим объемом смесительной камеры не более V_p < 0,25 м³, общей уста­новочной мощностью электродвигателя N_yc = 22,5 кВт, рабочим избыточным давлением в смесительной камере Р_р = 1 атм и в рубашке Р_р = 0,6 МПа, рабочей температурой в смесительной камере и рубаш­ке t_р=0...+100°С) в одном исполнении НРУ (для некоррозионной и невзрывоопасной среды с рубашкой) и ПЖ-630 (V_p < 0,63 м³; N_yc= 33 кВт, Р_р = 0,002 МПа, t_р= -20...+160°С) в двух исполнениях: НБК (для коррозионной и невзрывоопасной среды, без рубашки) и ВБК (для коррозионной и взрывоопасной среды, без рубашки).

Рис. 140 Схема плужного смесителя ПЖ 630:

1-электродвигатель привода; 2-редуктор; 3-корпус; 4-приводной вал ротора; 5-лемехообразные лопасти; 6-стойка правой опоры ротора; 7-разгрузочная коробка; 8-ножевые головки с индивидуальными приводами от электродвигателей 10; 9-станина привода ротора.

Плужный смеситель типа ПЖ-630 (рис. 140) состоит из сле­дующих основных узлов: корпуса 3 цилиндрической формы с торцевыми крышками, опирающимися на станину; ротора, со­стоящего из приводного вала 4 и лемехообразных лопастей 5; электродвигателя 1 и редуктора 2 привода ротора; ножевых голо­вок 8 с индивидуальными приводами от электродвигателей 10; станины 9 для привода ротора и стойки 6 для правой опоры вала ротора; разгрузочной коробки 7 с клапаном. Корпус смесителя имеет несколько технологических штуцеров (для загрузки компо­нентов, выгрузки смеси, установки термопары, разрывной мем­браны, ножевой головки), и люки для осмотра и чистки смесителя. Процесс разрушения блоков и их перераспределение в пространстве в конечном итоге приводят к смешиванию компонентов.

Планетарно-лопастные смесители.

Планетарно-лопастные смесители ПЛ (рис. 141) для смешивания сухих сы­пучих материалов используются реже, чем для смешивания паст и высоко­вязких жидкостей. Рабочим органом этих смесителей являются несколько лопастных мешалок импеллерного типа (рис 141, поз. 2), вращающихся вокруг собственной оси при одновременном вращении мешалок вокруг оси корпуса аппарата 1, чаще цилиндрической формы. Привод мешалок - от электродвигателя через редуктор и планетарную передачу 3. Привод закреплен на верхней плите 4, имеющей поступательное движение вверх и вниз при остановке питателя, что необходимо для чистки и осмот­ра внутренней части корпуса и мешалок. Механизм подъема плиты размещать в стойке 6, его привод осуществляется через редуктор 7 от электродвигателя.

Рис.141 Планетарно-лопастной смеситель6

1-камера смешения; 2-планетарные мешалки лопастного типа; 3-водило; 4-верхняя подъемная плита с приводом мешалок; 5-коническая оболочка-переходник; 6-стойка; 7-механизм подъема и опускания верхней подъемной плиты 4.

Выпуск готовой продукции из корпуса осуществляется через разгрузочную коробку с клапаном, находящуюся в нижней части корпуса, а загрузка компонентов производится через штуцер, находящийся на крышке корпусе. Кроме этого штуцера на крышке размещены и другие технологические штуцера: для подвода инертного газа, отвода паров и воздуха, предохранительной мембраны, манометра, термопары. Корпус часто выполняется с рубашкой для охлаждения или нагрева смеси.

Планетарно-лопастные смесители имеют большое разнообразие по числу мешалок и конструктивному выполнению их приводов. Условно их можно разделить на две группы: смесители с принудительным режимом работы мешалок, законы движения которых определяются на стадии проек­тирования и не изменяются во время эксплуатации, и смесители с адаптивным (самонастраивающимся) режимом работы мешалок, законы движения мешалок в которых определяются величинами сопротивления смешиваемой массы движению мешалок: мешалки вращаются чаще там, где сопротивление смешиваемой массы мешалкам наибольшее.

Разработанный ряд отечественных смесителей типа ПЛ имеют рабочую емкость корпуса в пределах от 0,006 до 1 м³.

Отечественными заводами серийно выпускаются планетарно-лопастные смесители типа ПЛ со следующими основными характеристиками: смеситель ПЛ-0,01 имеет объем смесительной камеры V_p = 0,01 м³, суммарную установочную мощность N_yc электродвигателей 1 кВт, рабочую температуру t_р, в смесительной камере от -20 до +130° С, рабочее избыточное давление Р_р в смесительной камере не более 0,02 МПа; смеситель ПЛ-04 (V_P = 0,04 м³, N_yc = 2,45 кВт, t_p= -20...+130°С, Р_р = 0,02 МПа); смеситель ПЛ-0,16 (V_P = 0,16 м³, N_yc = 6,6 кВт, t_p= -20...+130°С, Р_р = 0,02 МПа).

Барабанные смесители.

Барабанные смесители часто используются для смешивания сухих сыпучих, абразивных и взрывоопасных материалов, когда не требуется высо­кая однородность

смеси. Различаются они формой вращающегося корпуса, схемы некоторых из них показаны на рис. 142. Барабанные смесители относятся к тихоходным машинам: окружная скорость вращения корпуса у них составляет 0,17...1 м/с при коэффициенте заполнения корпуса смесью = 0,5.

Во ВНИИПТХИММАШе были проведены сравнительные испытания барабанных смесителей емкостью 16 л. Результаты этих испытаний показывают, что наилучшие результаты оказались у смесителей, корпуса кото­рых обеспечивают при их вращении многократные разъединения и объеди­нения скользящих слоев материала по граням корпуса ( типы г, е, ж, з рис.142)

Рис. 142 Основные схемы корпусов барабанных смесителей периодического действия: а - цилиндрический, б - цилиндрический с осью вращения, перпендикулярной к оси цилиндра, в - биконический горизонтальный, г - биконический вертикальный, д - горизонтальный граненный, е - бицилиндрический, з – тетраэдрический, ж – кубический, и – наклонный ( «пьяная бочка»).

Корпуса барабанных смесителей снабжаются цапфами, которые устанавливаются в подшипниках скольжения или качения, закрепляемых на стойках.

Привод корпусов барабанных смесителей осуществляется от электродвигателя через редуктор и клиноременную передачу. В некоторых конструкциях этих смесителей устанавливают вспомогательный мотор-редуктор с помощью которого корпус смесителя может устанавливаться в вертикальное положение при разгрузке и загрузке сыпучего материала.

К преимуществам барабанных смесителей можно отнести:

• простоту конструкции и надежность в эксплуатации;

• возможность смешивания абразивных и взрывоопасных материалов;

• возможность смешивания материалов без разрушения частиц;

• широкий диапазон рабочих объемов (от 1 л до 150 м³).

К их недостаткам относятся:

• низкое качество готовой смеси;

• длительность процесса смешивания (более 1 ч);

- значительные удельные затраты энергии;

• образование комочков при введении в смесь жидких добавок.

Рассмотрим конструкцию серийно выпускаемого промышленностью барабанного двухконусного смесителя (рис.143), которые применяются для смешивания сухих высокоабразивных тяжелых порошкообразных материалов с насыпной плотностью не более 3000кг/м³ при нежелательности их загрязнения продуктами абразивного износа внутренних рабочих поверхностей смесителя.

Рис. 143 Барабанный двухконусный смеситель:

1-биконический корпус смесителя; 2-верхний загрузочный люк; 3-редуктор привода; 4-нижний разгрузочный патрубок; 5-несущие стойки станины; 6-подшипники скольжения цапф; 7-цапфы; 8-вспомогательный привод вертикальной установки корпуса при загрузке и выгрузке материала; 9-электродвигатель главного привода.

Биконический корпус 1 смесителя устанавливается своими цапфами 7 в подшипниках скольжения 6 и приводятся во вращение главным приводом (электродвигатель 9, редуктор 3 и клиноременная передача) для периодической загрузки и выгрузки сыпучего материала. Угол раскрытия конических днищ, образующих биконический корпус, составляет 90°, такая пространственная геометрия корпуса способствует эффективному смешиванию компонентов. Для установки корпуса в вертикальном (при загрузке и выгрузке) положении или в любом другом требуемом положении (при осмотре или ремонте) используется относительно маломощный тихоходный вспомогательный привод 8 (клиноременная передача, мотор-редуктор и вспомогательный электродвигатель), а также электромагнитная разобщающая муфта на быстроходном валу редуктора 3.

Отечественной промышленностью выпускаются серийно барабанные двухконусные смесители типа БК: БК-1,6 24К-01 и БК-25 24-01соответственно с номинальной емкостью корпуса 1,6 м куб. и 2,5 м куб.и установочной мощностью электродвигателей-15,75 кВт и23,1 кВт.

Барабанные смесители с биконическим корпусом выпускаются во многих странах. Наиболее известны барабанные смесители американской фирмы «Пфаудлер», которая имеет отделения во многих странах мира.

Некоторые зарубежные фирмы выпускают барабанные смесители типа «Турбула» с корпусом (контейнером) любой формы, закрепляемым в зажимах механизма, позволяющего вращать корпус в трех плоскостях. При подобном вращении улучшается качество смеси, снижается время смешивания появляется возможность без пересыпаний закончить процесс смешивания в транспортной таре (контейнере).

Расчеты на прочность основных элементов червячно-лопастных смесителей.

В червячно-лопастных смесителях рассчитывают на прочность лопастные валы (иногда называемые роторами), подшип­ники лопастных валов, корпус, фундаментную плиту и фундаментные болты, устройство запирания выгрузного отверстия и механизм опрокидывания корпуса.

Лопастной вал рассчитывают на прочность по номинальной мощности электродвигателя N_эл привода с учетом его КПД. На лопастной вал действуют равномерно распределенная нагрузка q_м от сопротивления перемешиваемой массы, равномерно распределен­ная нагрузка q_в от собственной массы лопастного вала, крутящий момент М_в и осевые силы Q на лопастях вала. Осевые силы на отдель­ных лопастях вала зетобразной мешалки противоположно направ­лены; выбором углов подъема лопастей сумму сил Q делают равной нулю. Это позволяет исключить из расчетной схемы лопастных валов силы Q.

Нагрузка:

q_м = Mв /(R_maxl),

где R_mах - максимальный радиус лопастей вала; l - длина части лопастного вала между центрами его подшипниковых опор. Крутящий момент на лопастном валу:

М_в =( N_эл )/ω

где - КПД привода; ω - угловая скорость лопастного вала.

Изгибающий момент в опасном сечении лопастного вала посредине его фигурной части:

где l₁ — длина фигурной части лопастного вала.

Так как в опасном сечении концентраторов напряжений нет, расчеты на прочность выполняют по статической нагрузке с учетом 30 %-ной перегрузки в моменты пуска. При этих условиях напряже­ние изгиба в опасном сечении:

_из =1,3M_из/W,

где W - момент сопротивления поперечного сечения лопастного вала.

Величину W рассчитывают по приближенной формуле, учитывая, что лопастной вал выполняют полым:

где F - площадь внутри наружного контура сечения лопастного вала; b и h - соответственно ширина и высота этого сечения; S - длина периметра стенки лопастного вала; - толщина стенки лопастного вала.

Напряжение кручения в опасном сечении полого лопастного вала:

здесь F_o - площадь, охватываемая средней линией стенки; _min - минимальная толщина стенки вала.

Приведенное напряжение в опасном сечении лопастного вала

должно быть меньше допускаемого изгибающего напряжения [ ]_из материала, из которого изготовлен лопастной вал (его чаще всего отливают из стали 35Л-П и 45Л-П).

Фундаментные болты и плиты рассчитывают на прочность с учетом действия, на них следующих усилий (см. рис. 144).

1. Усилие Р₁ от крутящего момента на лопастном валу возникает при полном заедании лопастных валов в смесительной камере и растягивает болты:

где М_эл - крутящий момент на валу электродвигателя; и - пере­даточное число редуктора; - КПД редуктора (можно принять = 0,9); z₁ - число фундаментных болтов водном ряду L - расстояние между центрами от­верстий в фундаментной плите под болты противоположных рядов.

2. Усилие Р₂ возникает в ре­зультате трения смешиваемой массы о корпус смесителя. Сила трения:

где R - радиус средней части лопастей вала; - угол подъема гребня лопасти вала; _вн - коэффициент трения смешиваемого мате­риала о стенки корпуса смесителя.

Силы трения Т в положениях І и ІІІ валов (рис. 144) взаимно уравновешиваются, а в положениях ІІ и IV - суммируются. На фундаментные болты в положении ІІ вала действует растягивающее усилие от силы трения Т Р = Р₂ = 2Т/z (где z - общее число фундаментных болтов). Так как при заедании валов возникает усилие Р₁, а при нормальном их вращении - усилие Р₂, то необходимо рассчитывать оба эти усилия, а прочностной расчет фундаментных болтов выполнять по наибольшему из усилий Р₁ и Р₂.

Рис. 144 Схема действия сил Т и Р в двухвальном червячно-лопастном смесителе

Приливы под фундаментные болты в плите проверяют на проч­ность под действием изгибающего момента М_из=Р₁ּ а или Миз=Р₂ ּ а (здесь а - наибольшая сторона прилива от оси отверстия до стенки фундаментной плиты). Изгибающее напряжение от действия момента М_из равно _из = M_из/W, где W - момент сопротивления сечения прилива в месте действия момента М_из. Напряжение _из должно быть меньше допускаемого напряжения изгиба материала, из которого изготовлена фундаментная плита.

Смесители диффузионного смешивания.

В смесителях диффузионного смешивания частицы одного ком­понента постепенно внедряются в массу частиц другого компонента и, наоборот, частицы второго компонента внедряются в массу частиц первого. Это явление внешне аналогично процессу диффузии. Для облегчения движения частиц в слое сыпучего материала его переводят в разреженное состояние псевдо- или виброожижением, а также газомеханическим псевдоожижением.

Отечественная промышленность не выпускает стандартные смеси­тели диффузионного смешивания. Известно применение лишь отдель­ных конструкций смесителей этой группы: вибросмеситель, пневмо-смеситель, горизонтальный барабанный смеситель без внутренних устройств.

Рассмотрим кратко принцип действия некоторых смесителей с диффузионным смешиванием. В этих смесителях необходимо создать разреженные слои смешиваемого сыпучего материала, увеличив его порозность, что позволит более сво­бодному перемещению твердых частиц в рабочем объеме смесителя. Это достигается либо с помощью наложения на слой дисперсного материала вибраций, либо путем псевдоожижения слоя (струйного или газомеханического).

Вибрационные смесители периодического действия в промышленности практически не используются.

В пневмосмесителях смешивание материала достигается путем вдувания в слой частиц газа. Причем пневмосмесители можно разделить на две под-­ группы: струйные пневмосмесители и смесители с псевдоожиженными слоя­ми.

В струйных пневмосмесителях, например, в пневмосмесителе типа ПC-1OO ВБК01, сжатый газ (азот или воздух) подается внутрь корпуса импульсно через ряд сопел с перекрещивающимися осями, создавая соответ­ствующую циркуляцию частиц или их хаотические перемещения внутри слоя. В связи с этим, струйные пневмосмесители следует отнести к циркуляционным смесителям или смесителям объемного смешивания.

В пневмосмесителях с псевдоожиженным слоем частиц газ подается внутрь корпуса под решетку (сетку), на которой находится смешиваемый ма­териал. В качестве решетки часто используется пористая керамика.

В псевдоожиженном слое частицы хаотически перемещаются друг относи­тельно друга, происходит взаимный «диффузионный» обмен частицами микрообъемов смеси, в результате чего и протекает процесс их смешивания.

Серийно пневмосмесители с псевдоожиженными слоями не выпус­каются, известны случаи использования пневмосмесителей диффузионно­го смешивания для усреднения больших партий сыпучего материала (до 200 м³) в производстве пластмасс. В большинстве пневмосмесителей не удается достичь хорошего качества смеси. Это объясняется несколькими причинами. Во-первых, в аппаратах с отношением высоты Н_с слоя материала над решеткой к внутреннему диаметру D корпуса, равным 0,25, возникает несколько очагов циркуляции частиц (до 6). Частицы медленно перемещают­ся из одного очага в другие очаги. Для сокращения числа очагов следует увеличивать высоту слоя. При Н_с = D создается один очаг, что более благоприятно для процесса смешивания. Если же желательно иметь Н_с < D, то следует в центр решетки подавать газ в больших количествах, чем на периферии. Это позволяет создать одноочаговый режим псевдоожижения. Во-вторых, в псевдоожиженных слоях происходит быстрая сепарация частиц по размерам и массе. Для уменьшения сепарации частиц в слое процесс смешивания не следует вести дольше определенного времени. Следует отметить, что оптимальное время продувки слоя газом, с точки зрения сепарации, не всегда совпадает с оптимальным временем смешивания. В-третьих, в результате возможного каналообразования в псевдоожиженном слое пылевидные материалы плохо псевдоожижаются и почти не перемещаются по объему смесителя. В этих случаях около решетки размещают вращающуюся лопастную мешалку, которая препятствует образованию каналов, по которым проходит основная масса газа Указанные выше явления следует учитывать при конструировании пневмосмесителей с псевдоожиженными слоями.

К достоинствам пневмосмесителей следует отнести простоту их кон­струкции и низкие удельные энергозатраты. К недостаткам - значительную эрозию внутренних поверхностей корпуса, истирание частиц компонентов, явление электростатического заряда, который может возникнуть при смешивании диэлектрических материалов, низкое качество смеси, необходи­мость очистки отходящего газа от пылевидных частиц.

Пневмосмесители снабжаются пылеулавливающими устройствами (рукавными фильтрами, циклонами, роторными пылеуловителями и пр.).

Смесители непрерывного действия.

Область применения и классификация. Принцип действия.

Смесители непрерывного действия не получили широкого применения в промышленности из-за сложности дозирования в них потоков сыпу­чих компонентов в строго заданных соотношениях. Однако эти аппараты имеют по сравнению со смесителями периодического действия ряд существенных преимуществ: высокую производитель­ность, возможность полной автоматизации процесса приготовления смеси и возможность их установки в непрерывно действующих технологических линиях без промежуточных емкостей, небольшую энерго- и метал­лоемкость. Это заставляет разработчиков продолжать поиск методов обеспечения надежной и стабильной работы непрерывно действу­ющих смесителей с получением смесей заданного качества.

По механизму переноса вещества внутри смесителей непрерыв­ного действия их можно разделить на смесители прямоточные, сме­сители диффузионного смешивания (размывного действия) и смесители объемного смеши­вания.

В прямоточных смесителях компоненты смешиваются за счет хаотических перемещений частиц в поперечных сечениях потока, проходящего вдоль смесителя. В продольном направлении потока частицы движутся практически с одинаковой скоростью, т. е. без продольного их перемешивания. Подобный режим движения назы­вают поршневым или режимом, близким к идеальному вытеснению. Прямоточные смесители практически не обладают «сглаживающей» способностью, т. е. не способны изменить наруше­ния в соотношении компонентов, возникшие по тем или иным при­чинам во входном потоке. По этой причине их необходимо комплекто­вать высокоточными питателями. Такие смесители отличаются ма­лыми энергетическими затратами, так как в большинстве из них частицы компонентов движутся через смеситель в разреженных потоках.

В смесителях диффузионного смешивания компоненты движутся вдоль корпуса смесителя в режиме, весьма близком к поршневому, но при наличии определенного продольного перемешивания частиц. Радиальное перемешивание в смесителях этого типа происходит со значительно большей скоростью, чем продольное перемешивание. Частицы компонентов перемещаются (диффундируют в слое) относи­тельно некоторого поперечного сечения потока, двигающегося с оди­наковой с потоком скоростью, как вперед, так и назад по потоку. В смесителях диффузионного смешивания (размывного действия) сглаживаются флуктуации расхода компонентов, поступающих в смеситель, поэтому их можно комплектовать питателями средней точности.

В смесителях объемного смешивания поступающие компоненты хаотически перемещаются рабочими органами или средой по всему внутреннему объему смесителя. По принципу действия они наиболее близки к аппаратам идеального смешивания. Их можно комплек­товать питателями низкой точности или порционными дозаторами, так как такие смесители имеют большую сглаживающую способ­ность, однако затраты энергии в них больше, чем в смесителях других типов.

Конструкции смесителей непрерывного действия.

Прямоточные смесители.

Прямоточный центробежный смеситель конструкции А.М. Ластовцева.

Применяемый в отечественной промышленности прямоточный центробежный смеситель конструкции А.М. Ластовцева состоит из следующих основных частей (рис. 145) цилиндрического корпуса 5, составленного из нескольких царг и имеющего в верхней крышке штуцера 1 для ввода компонентов смеси, а в нижней царге штуцер 6 для выгрузки смеси; вала 3, на котором закреплены конусы 2 и радиальная лопасть 7; пересыпных воронок 4, закреп­ленных в корпусе смесителя; привода вала, состоящего из электродвигателя 8 и клиноременной передачи.

Рис. 145 Схема прямоточного центробежного смесителя конструкции

А.М. Ластовцева: 1-верхняя крышка с технологическими штуцерами; 2-конусы, закрепленные на валу 3; 4-пересыпные воронки; 5-корпус, составленный из царг; 6-выгружной штуцер; 7-радиальная лопасть; 8-электродвигатель привода вала 3.

Смеситель работает следующим образом. Подлежащие смешиванию сыпучие компо­ненты из питателей через штуцера 1 посту­пают внутрь смесителя, где попадают в пер­вый вращающийся конус 2. Под действием центробежных сил инерции частицы мате­риала поднимаются по конусу и затем сбра­сываются в виде пылевидного факела на воронку 4. После удара частиц о поверхность воронки они сползают внутрь следующего вращающегося конуса, где процесс повторяется. Смешивание компонентов происходит на конусах, в факеле и на внутренних поверхностях воронок.

Угловую скорость (с^-1) конусов следует выбирать с учетом экспериментально установленного соотношения ²R = 300, где R - наибольший радиус конуса, м.

Пропускная способность центробежного смесителя по готовой смеси достигает 100 м³/ч на 1 м² площади кольцевого сечения между краем конуса и внутренней поверхностью корпуса смесителя. Число секций т, состоящих из конуса и воронки, можно рассчитать с учетом необходимого качества смеси, определяемого коэффициентом неод­нородности V_c %, по формуле V_c = 26,5/т² + 1,6.

В смесителе можно получать смеси с V_c = 2 % при обеспечении высокой точности подачи компонентов. Удельная производительность этого смесителя 4—10 м³/(ч-м³) смеси при энергозатратах не более 0,5 кВт-ч на 1 т готовой смеси.

Центробежный прямоточный смеситель рекомендуют использовать для смесей, для которых допустимо дробление частиц, хорошо сыпучих смесей и в случае, когда внутри смесителя должно быть небольшое количество материала.

Прямоточный ленточный смеситель непрерывного действия типа НД.

Рассмотрим одну из распространенных конструкций прямоточных смесителей - ленточный двухвальный смеситель непрерывного действия типа НД, конструкция которого показана на рис. 146.

Рис. 146 Ленточный СНД: 1-корпус; 2-зубчатая передача; 3-редуктор; 4,5-электродвигатель; 6-рыхлитель; 7-рама; 8-разгрузочная камера; 9-лопатки; 10-валы; 11-спиральные ленты.

Исходные перемешиваемые компоненты вводятся через верхний штуцер корпуса 1, а выгружаются через разгрузочную камеру 8 с противоположной стороны корпуса. Смешивание исходных сыпучих компонентов в начале его перемещения слева направо осуществляется лопатками 9, а затем элементами спиральных лент 11, жестко закрепленными на валах 10. Вращение валов от привода (электродвигатель 4, редуктор 3, муфта и зубчатая пара 2 с заданным передаточным числом). В разгрузочной камере 8 установлен принудительный рыхлитель 6 с электродвигателем 5. весь агрегат смонтирован на раме 7.

В смесителях этого типа процесс смешивания осуществляется за счет радиального перемещения частиц, поэтому он не способен сглаживать флуктуации концентраций смешиваемых компонентов. Это обстоятельство требует комплектации таких смесителей дозаторами повышенной точности. В этом случае можно получить смеси с V_с ≈ 3-5%.

Разновидностью этого типа смесителей следует считать спирально-винтовые смесители, в которых вместо лопаток и спиральных лент на валах смесителя крепятся спирали – одна или две на одном валу. При двух спиралях внешняя спираль (большего диаметра) обеспечивает перемещение смешиваемых компонентов к разгрузочной камере, а внутренняя (меньшего диаметра, соосная с внешней, но имеющая противоположную навивку) частично возвращает смешиваемый материал обратно, реализуя определенное продольное перемешивание. Это уменьшает величину коэффициента неоднородности смеси V_с, т.е. улучшает ее качество при прочих равных условиях.

Вибрационные прямоточные смесители непрерывного действия.

В смесителях этого типа смешиваемые исходные сыпучие компоненты непрерывно перемещаются вдоль колеблющегося корпуса смесителя. На рис. 147 приводится конструктивная схема вибрационного двухвального смесителя типа ДВС-Н, разработанного ВНИИМС.

Рис. 147 Вибрационный двухвальный СНД типа ДВС-Н: 1-корпус; 2- рама; 3-противовес; 4-вал; 5-пружинные амортизаторы; 6-валы; 7-лопатки.

Машина включает в себя корпус 1 овальной формы, два вращающихся вала 6 с закрепленными на них лопатками 7, которые размещены на раме 2, опирающейся на пружинные амортизаторы-опоры 5. Вибрации агрегата возбуждаются вращающимся валом 4 с дебалансом и противовесом 3. Валы вращаются в противоположных направлениях. Лопатки, жестко закрепленные на валах 6, имеют разные углы атаки в плоскости вращения. Одна группа лопаток, имеющая угол атаки 90°, осуществляет в основном смешение, другая же, с углом атаки 45° - в основном, перемещение смешиваемых компонентов по длине смесителя от входа к выходу. Один из валов 6 приводится во вращение приводом (электродвигатель, редуктор, упругая муфта), второй вал 6 получает противоположное вращение от первого вала 6 через зубчатую пару с заданным передаточным числом. Вал вибровозбудителя 4 получает вращение либо от автономного электродвигателя, либо от общего электродвигателя привода через клиноременную передачу. При высокой точности исходного дозирования при смешивании увлажненных сыпучих материалов с размером частиц не менее 10 мкм можно добиться значения коэффициента неоднородности V_с ≤ 3%.

Трубные прямоточные вибрационные смесители непрерывного действия.

Конструктивная схема противоточного трубного вибрационного смесителя типа ИСиА приведена на рис. 148.

Рис. 148 Прямоточный вибрационный смеситель типа ИСиА: 1-корпус; 2-труба; 3-вал; 4-пружины; 5-дебалансы; 6-штуцер; 7-станина; 8-резиновые амортизаторы; 9-штуцер.

В цилиндрическом корпусе 1 этого смесителя размещена защитная труба 2, внутри которой вращается вибровозбудитель (вал 3 с дебалансами 5). Вибровозбудитель получает вращение от привода (электродвигатель и клиноременная передача - на схеме не показаны). Корпус 1 имеет небольшой угол наклона от загрузочного штуцера 9 к разгрузочному патрубку 6 – за счет этого угла наклона обеспечивается продольное виброперемещение смешиваемых сыпучих материалов. Корпус опирается на восемь пар цилиндрических пружинных опор, которые через резиновые амортизаторы 8 опираются на станину 7. Основная масса смешиваемого сыпучего материала перемещается в поперечном кольцевом направлении в сторону, обратную вращению вала 3. За счет этого достигается интенсивное перемешивание в поперечном направлении. При смешивании сыпучих сухих компонентов при высокой точности дозирования возможно достижение степени неоднородности V_с ≈ 3% за τ_см = 10-20 сек.

Смесители диффузионного (размывного) смешивания непрерывного действия.

Из смесителей непрерывного действия диффузионного смешивания наиболее распространены барабанные смесители, центробежные смесители типа НДЦ, вибрационные смесители и червячно-лопастные смесители.

Барабанные смесители непрерывного действия.

В барабанных смесителях (рис.149) (иногда называемых смесевыми бара­банами) смешивание загружаемых компонентов происходит за счет вращения корпуса цилиндрической формы, ось которого имеет не­большой уклон к горизонтали (примерно 4°). Такой смеситель (рис. 149) состоит из следующих основных элементов: корпуса (барабана), на котором закреплены бандажи 2 и 4 и венцовое (зубча­тое) колесо 3; опорных станций 6 и 10, предназначенных для опирания корпуса на ролики и фиксации его в горизонтальном направлении, привода корпуса, состоящего из электродвигателя 7, редуктора 8 и малой шестерни 9; наклонного желоба 12, предназначенного для подачи в смеситель смешиваемых материалов; разгрузочной камеры 5; станины 11. Конструкции корпуса, бандажей, венцового колеса, опорных станций подробно рассматриваются в разделе курса «Барабанные машины». Для поддержания необходимого уровня материала внутри корпуса в его торце ввари­вают подпорное кольцо, через которое материал попадает в разгру­зочную камеру 5.

Рис. 149 Схема барабанного смесителя непрерывного действия:

1-корпус (барабан); 2,4-бандажи; 3-венцовая шестерня; 5-разгрузочная камера; 6,10-опорная и опорно-упорная станции; 7-электродвигатель привода; 8-редуктор; 9-ведущая шестерня; 11-станина; 12-наклонный желоб для подачи исходных материалов.

Сыпучие материалы можно подавать в смеситель непрерывно или порционно. Последнее возможно благодаря тому, что барабанный смеситель обладает высокой сглаживающей способностью.

Для увеличения скорости продольного смешивания, от которой во многом зависит сглаживающая способность смесителя, внутри корпуса иногда монтируют винтовую насадку, состоящую из спиральных лент и уголков.

Рис. 150 Конструктивный вариант размещения перемешивающей насадки во внутреннем пространстве барабанного смесителя непрерывного действия.

В некоторых барабанных смесителях внутри нижней части корпуса устанавливают шнек или лопастной вал, вращающийся от индивидуального привода и выполняющий ту же функцию, что и винтовая насадка.

В полых барабанных смесителях рекомендуют поддерживать каскадный режим движения материала в корпусе. При этом режиме частицы материала, находящиеся в глубине слоя, движутся по круговым траекториям вплоть до выхода на поверхность в верхней части ската, образованного свободной поверхностью слоя смешиваемого мате­риала. После выхода частиц на поверхность слоя они скатываются по склону. Вся верхняя часть ската представляет собой слой небольшой толщины, состоящий из хаотически движущихся вниз частиц. Именно в этом тонком слое и происходит в основном процесс смешивания частиц. Каскадный режим движения частиц достигается при частоте вращения корпуса п < 0,6n_кр (где n_кр - критическая частота вращения корпуса, при которой частицы прижимаются к его стенкам). Длину L корпуса барабанного смесителя принимают с учетом диаметра d: L = (3…6) d.

Область использования барабанных смесителей непрерывного действия - смешивание абразивных сыпучих материалов и смеши­вание сыпучих материалов с одновременным прокаливанием, сушкой, пропиткой жидким компонентом, проведением химической реакции в твердой фазе.

Инженерные методы расчета мощности привода машин барабанного типа излагаются в разделе курса «Барабанные машины».

Центробежный смеситель непрерывного действия типа НДЦ.

В группу смесителей размывного действия следует отнести конструкцию центробежного смесителя типа НДЦ-25 (рис.151).

Рис. 151 Смеситель типа НДЦ:

1-электродвигатель; 2-шнек; 3-вращающийся конус; 4-разгрузочный штуцер.

Конструкция этого смесителя подобна конструкции центробежного волчкового смесителя периодического действия типа ЦВ, но вместо свободно подвешенной вращающейся рамы с лопастями и скребками в смесителе НДЦ жестко установлен шнек 2 параллельно внутренней поверхности вращающегося конуса 3. Шнек вращается от автономного электродвигателя 1 таким образом, что часть частиц смешиваемых сыпучих компонентов перемещается витками шнека в сторону обратную движению основного потока частиц по внутренней поверхности вращающегося конуса 3. За счет этого увеличивается степень продольного перемешивания компонентов и, соответственно, повышается сглаживающая способность смесителя.

Выброшенная из вращающегося конуса смесь опускается через кольцевое пространство между внешним корпусом и конусом 3 и далее выгружается через нижний штуцер 4 с помощью вращающейся лопасти ворошителя.

Серийно выпускается один тип центробежного смесителя непрерывного действия в конструктивном исполнении НДЦ-25 ВБК-01 производительностью до 1500 кг/ч, рабочим давлением Р_рс = 0,002 МПа, t_р = 0…60°С, с установленной мощностью привода ротора N_{ус р}= 1,1 кВт и шнека N_{ус ш}= 0,55 кВт.

Для оценки необходимой мощности привода ротора N [Вт] смесителя НДС, рекомендована зависимость:

N = 14·10^-3 · k·ρ_н ·ω² · (Q + V·ω)(3·D-4·l ·sinα) ² ,

где k – коэффициент, учитывающий проскальзывание материала относительно конуса, k=exp[-0,04·ω·exp(-ρ_н ·10^-3)];

ρ_н – насыпная плотность смешиваемого материала, кг/м³;

Q – производительность смесителя, м³/сек;

l-длина образующей вращающегося конуса, м;

α-угол наклона образующей конуса к горизонту; ω-частота вращения конуса 1/сек;

D-наибольший диаметр конуса, м; V-запас материала в смесителе, м³.

Вибрационный смеситель непрерывного действия.

Смесители этого типа также относятся к смесителям размывного действия. Конструктивная схема вибрационного СНД приводитсянарис.152.

Рис. 152 Вибрационный СНД: 1-корпус; 2-вибрационный лоток; 3-вибратор; 4-рама.

Подаваемые на смешение сыпучие компоненты вводятся через верхний загрузочный штуцер на вибрирующий перфорированный спиральный лоток 2. Через отверстие вибрирующего лотка смешиваемый материал частично перемещается вниз к выходному патрубку корпуса 1. Рабочая частота вибратора 3 подбирается таким образом, чтобы обеспечить перемещение не прошедших через отверстие частиц вверх по вибрирующему лотку 2. тем самым обеспечивается определенное продольное смешение (размывание) частиц смеси, повышающее качество смеси при использовании дозаторов с невысокой точностью дозирования. В конструкции этого смесителя предусмотрена установка регулировочной пластины, перекрывающей часть отверстий в вибрирующем лотке 2 с целью регулирования величины рециркуляции частиц.

Червячно-лопастные смесители непрерывного действия.

Червячно-лопастные смесители непрерывного действия - достаточно распространенные в промышленности непрерывно действующие смесительные машины. Однако их используют в основном для сме­шивания высоковязких полимерных материалов или приготовления глиняных масс (шликера) в производствах керамики, кирпича, огне­упоров. Известны случаи их использования и для смешивания сыпу­чих материалов.

Червячно-лопастные смесители бывают одно- и двухвальными. В качестве рабочих органов, выполняющих смешивание и перемещение материала вдоль корпуса, используют лопатки, винтовые ленты, спирали, шнеки. Сечение корпуса может иметь одну из сле­дующих форм: цилиндрическую, корытообразную, овальную, по­вернутой восьмерки. В двухвальном смесителе валы могут вращаться навстречу один другому или в одном направлении. Рабочие эле­менты, закрепляемые на валах, чаще всего делают однотипными: либо лопатки, либо ленты и т. д. Однако имеются червячно-лопаст­ные смесители, рабочие органы которых имеют разную конструкцию, например, лопатки перемежаются несколькими витками шнека. Направление винтовых линий, по которым монтируют перемеши­вающие элементы рабочих органов, в двухвальных смесителях мо­жет быть одинаковым или разным. В последнем случае один из валов должен иметь значительно большую транспортирующую способность, чтобы обеспечить прохождение смешиваемого материала вдоль кор­пуса смесителя в направлении выпускного отверстия. В одновальных червячно-лопастных смесителях направление винтовых линий на всем протяжении корпуса не должно быть одинаковым, так как для обеспечения необходимой сглаживающей способности смесителя некоторая доля смешиваемого материала должна перемещаться назад (по отношению к основному потоку). В этом случае увеличи­вается коэффициент продольного смешивания. Конструктивно эту проблему можно решать, например, установкой в лопастном смеси­теле после четырех - шести лопаток, перемещающих материал к раз­грузочному штуцеру корпуса, двух лопаток, обеспечивающих пере­мещение некоторой доли материала назад. Направление движения материала зависит от угла наклона лопаток к плоскости их враще­ния.

С целью увеличения продольного смешивания в некоторых конструкциях червячно-лопастных смесителей не­прерывного действия предусмотрены, кроме вращательного дви­жения, осевые осциллирующие (колебательные) перемещения валов с ходом до 50 мм. Смесители подобного типа называют осциллирую­щими. Благодаря переменному осевому перемещению рабочих орга­нов перерабатываемый материал подвергается воздействию дополнительного сдвигающего усилия, способствующего перемешиванию и пластикации материала. Такие смесители используют для перера­ботки высоковязких или пастообразных материалов, имеющих по­вышенную адгезию.

Отечественная промышленность выпускает несколько серий двухвальных червячно-лопастных непрерывно действующих смесителей типа СН. Смесители типа СН используются в реакторно-смесительных установках, предназначенных для перемешивания сыпучих, жидких и высококонсистент­ных материалов в различных соотношениях. При этом в смесителях данного типа можно осуществлять химические реакции, смешение компонентов, смешение с интенсивным диспергированием, растворение с увлажнением сыпу­чих материалов. Кроме того, можно осуществлять сопутствующие процессы, такие, как теплообмен с целью нагревания или охлаждения перемешиваемых масс, их вакуумирование, промывку, насыщение, пластификацию и др. Смесь выдавливается из смесительных машин в виде нитей, жгутов, брусков т.д. в зависимости от профиля формующей головки.

В зависимости от технологического назначения серии смесители марки­руются СНП, СНД, СНВ, СНИ, СНС, СНТ.

Смесители типа СНП предназначены для перемешивания компонентов с целью проведения химических реакций в пастообразной среде и получения пастообразных смесей, а также для производства анодной массы для алюминиевой промышленности, изоляционной массы на основе старой резины синтетических моющих средств для получения продуктов девулканизации подошвенной ре­зины и пр.

Смесители СНД предназначены для перемешивания компонентов, обра­зующих пастообразную массу, с проведением процесса диспергирования при производстве синтетических моющих средств, получении цинкового крона и др.,

Смесители СНВ предназначены для перемешивания химически реаги­рующих компонентов, выделяющих газообразную фазу, а также при вакуумировании.

Смесители СНИ предназначены для перемешивания компонентов, кото­рые образуют пастообразную массу, с одновременным перетиранием (как на бегунах). Они используются при производстве симазина, изола, мастик из изола на основе девулканизации старой резины, пороизола, коллоидной серы и др.

Смесители типа СНС предназначены для перемешивания сыпучих ком­понентов с целью их увлажнения при производстве шихты для силумина, массы для строительных кумароновых плиток и др.

Смесители типа СНТ предназначены для нагревания или охлаждения полутвердых масс.

Перечисленные смесительные машины предназначены для смешения сыпучих компонентов, имеющих частицы размером от 0 до 20 мм, с жидко­стями вязкостью до 10пз.

Изображенный на рис. 153 червячный вал 7 реактора-смесителя СН, в разрезе состоит из собственно вала 12 , на который насажены питающий червяк 9, зональные смесители 6, имеющие нагнетательные а и тормозящие б витки, кулачки 2 и отбойный червяк 1. Вал 12 и насадки имеют полости для обогревающей или охлаждающей жидкости.

Рис. 153 Реактор смеситель типа СН:

1-отбойный червяк; 2-кулачки; 3-съемные фильеры; 4-головка; 5-корпус; 6-зональные смесители; 7-червяки; 8-перепускные каналы; 9-питающий червяк; 10-загрузочное отверстие; 11-крышка; 12-вал; 13-раздвоитель; а-нагнетательные витки; б-тормозящие витки.

Параллельно расположенные червяки 9 вращаются в одну сторону, при этом их витки находятся в зацеплении. Геометриче­ский профиль витков выбран так, что витки взаимно очищают друг друга по всей по­верхности и перекрывают винтовые каналы в местах зацепления не более чем на 50% площади, при этом образуется сплошной 8-образный канал (рис.154)

Рис. 154Профиль червяков двухчервячного смесителя типа СН

Основной рабочей частью реактора-сме­сителя является набор зональных смесителей (рис.155). Зональный смеситель состоит из двух параллельно вращающихся червяков, имеющих нагнетательные 1 и тормозящие 2 витки. Для продвижения перемешиваемой массы от загрузочного до выгрузочного от­верстия число нагнетательных витков при­нимается большим, чем тормозящих. При увеличении числа тормозящих витков повы­шается внутреннее давление в перемеши­ваемой массе, которое может достигать 20 МПа.

Рис. 155 Зональный смеситель двухчервячного смесителя типа СН:

1- нагнетательные витки; 2-тормозящие витки; 3-перепускной клапан.

Для регулирования давления в корпусе смесителя имеются перепускные клапаны 3, при передвижении которых изменяется зазор разгрузочного отверстия.

Благодаря наличию тормозящих витков время нахождения перемешиваемой массы в смесителе не зависит от скорости вращения червячных валов, поэтому время перемеши­вания является основным параметром, обе­спечивающим хорошее качество смеси. Про­изводительность смесителя регулируется до­зирующими устройствами.

Ha производительность смесителя и теп­ловой режим процесса смешения влияет скорость вращения червячных валов. Тепло­вой режим достигается и регулируется не только с помощью теплоносителя, подавае­мого в зональные рубашки корпуса и чер­вячные валки, но и путем изменения вели­чины зазора перепускных клапанов, в ре­зультате чего изменяется напряжение сдвига в перемешиваемой массе. Эта особенность смесителей типа СН позволяет в широких пределах регулировать тепловой режим в каждом зональном смесителе. Наличие зон нулевого давления позволяет вводить в кор­пус машины жидкие компоненты, а наличие отверстий в корпусе - сыпучие наполнители.

Для смешивания сыпучих материалов чаще всего используются смесители серии СНС, а для пастообразных материа­лов - серии СНД и СНИ.

Двухвальный червячно-лопастной смеситель типа СН-200 (рис 156) состоит из следующих основных частей: литого разъем­ного корпуса 1, внутри которого расположены два параллельных червяка 7; редуктора-раздвоителя 2, обеспечивающего передачу вращения с определенной частотой на два вала-червяка от одного электродви­гателя 4; привода валов, состоящего из электродвигателя 4; редуктора 3 и муфты 6; станины 5. Червяки смесителя вращаются в одну сторону, что обеспечивает интенсивность смешивания и самоочистку их витков. Рабочая длина шнеков 2011 мм, диаметр 203 мм.

Рис. 156 Червячно-лопастной смеситель типа СН-200:

1-литой разъемный корпус; 2-раздвоитель вращения на два вала-червяка с заданной частотой от одного электродвигателя 4; 3-редуктор; 5-станина; 6-муфта; 7-два параллельных вала-червяка.

Производительность и мощность привода червячно-лопастных смесителей типа СН зависит от диаметра и длины червяков и физико-механических свойств смешиваемой массы. Техническая характери­стика некоторых смесителей типа СН приведена в табл. 25.

Таблица 25. Технические характеристики смесителей типа СН.

Типоразмер смесителя	Диаметр червяков, м	Максимальный крутящий момент на валу редук­тора, Нм	Частота вращения червяков, об/мин	Производи- тельность, кг/ч
СН-100 СН-200 СН-300 СН-400	100 2 200 300 400	441 1960 2352 4410	30—200 30—150 30—100 30—60	0—185 200—1500 5000—8000 1000—15000

Смесители объемного смешивания непрерывного действия.

Непрерывно действующие смесители объемного смешивания представляют собой чаще всего каскад из двух-трех смесителей периодического действия объемного смешивания. В качестве непре­рывно действующих смесителей объемного смешивания исполь­зуют также аппараты с псевдоожиженным слоем; такие смесители обладают наибольшей сглаживающей способностью, но по сравнению со смесителями других групп имеют большие энергозатраты и другие проблемы, характерные для псевдоожиженных систем. Это и определяет их ограниченное применение в промышленности (серийно их не выпускают). ( См. описание аналогичных смесителей периодического действия).