Оборудование заводов по переработке пластмасс

Барабанные смесители с вращающимся корпусом

Наиболее простой и распространенный вид смесителей для сме­шения порошкообразных пластмасс — это барабанные смесите­ли. Основные типы барабанных смесителей для сыпучих мате­риалов приведены на рис. 4.2. Простейший по конструкции сме­ситель (рис. 4.2, а) представляет собой горизонтально располо­женный цилиндрический барабан с цапфами на торцах. При вращении барабана находящийся в нем сыпучий материал пере­сыпается и благодаря относительному смещению слоев переме­шивается в вертикальной плоскости. Для осуществления про­дольного (вдоль образующей барабана) смещения материала ось вращения располагают наклонно к образующей барабана (рис. 4.2, б) или перпендикулярно образующей барабана
(рис. 4.2, в), применяют V-образные барабаны (рис. 4.2,г), ка­чающиеся с комбинированным вращением (рис. 4,2, д), кониче­ские (рис. 4.2, е) и граненые (рис. 4.2, ж).

Смешение в барабанном смесителе состоит из следующих элементарных процессов: 1) перемещение слоев материала при увеличении наклона его свободной поверхности до значения, превышающего угол естественного откоса; при этом слои мате­риала скользят друг по другу, рассыпаясь на отдельные части­цы, которые внедряются в соседние слои (конвективное смеше­ние); 2) постепенное проникновение частиц различных компо­нентов через вновь образующиеся границы раздела (диффузи­онное смешение); 3) скапливание и агломерация частиц одина­ковых массы и состава в отдельных частях камеры смесителя (процесс агрегации).

При смешении сыпучих материалов в барабане смесителя одновременно протекают все указанные элементарные процессы. Однако степень их влияния в различные периоды смешения не­одинакова.

В начальный период смешения гомогенность смеси изменя­ется в основном за счет конвективного перераспределения ком­понентов. Смешение происходит за счет смещения макрообъе­мов. Поверхность раздела между разнотипными компонентами в это время еще мала. Поэтому вклад диффузионного смешения незначителен. Процесс агрегации еще не начался, так как от­дельные частицы внутри перемешивающихся макрообъемов практически не смещаются относительно друг друга.

Весь цикл смешения можно разделить на три стадии (рис. 4.3) На первой стадии (участок 1) интенсивно развивает­ся конвективное смешение. Начальная неоднородность смеси довольно быстро уменьшается. На этой стадии скорость процес­са почти не зависит от физико-химических свойств компонентов, так как смешение происходит на уровне макрообъемов. Опреде­ляющее влияние на скорость процесса смешения на первой стадии оказывают траектории движения материала внутри смесителя. Вторая стадия (уча­сток II) наступает после того, как смешиваемые компоненты в основном распределены по объему барабана смесителя. На этой стадии влияние кон-

Рис. 4.3. Диаграмма изменения коэф­фициента вариации v для смеси, по­лучаемой в смесителе барабанного типа (t — время смешения). Поясне­ния в тексте.

•вективного и диффузионного процессов становится соизмери­мым, так как процесс перераспределения частиц происходит на уровне отдельных частиц (движение частиц относительно друг друга). Наконец, на третьей стадии, когда достигнута минималь­ная степень неоднородности, начинает сказываться процесс аг­регации (область III, кривые 1 и 2). Если после частичной агре­гации образовавшиеся агломераты вновь диспергируются, то степень однородности смеси, оцениваемая коэффициентом ва­риации, колеблется около некоторого значения (кривая /). Воз­можен также вариант (кривая 2), при котором два противопо­ложных процесса в определенный момент времени уравновеши­ваются. В обоих, случаях проводить дальнейшее перемешивание не имеет смысла, так как качество смеси не изменяется.

Барабанные смесители — тихоходные машины, так как ок­ружная скорость вращения барабана обычно не превышает 0,17—1,0 м/с. При больших окружных скоростях возникающие центробежные силы оказываются сравнимыми с силами тяже­сти, и движение материала прекращается.

Частота вращения N (об/мин), обеспечивающая хорошее ка­чество смешения, может определяться по эмпирической формуле

N = (1500 - н 2000) Vd4/RMBKC (4.8)

Где d4 — средний диаметр частиц смешиваемых компонентов, мм; Rmskc — рас­стояние от оси вращения до стенки корпуса смесителя, мм.

Степень заполнения барабана смесителя с цилиндрическим корпусом должна составлять не менее 30 и не более 70%- При малой степени заполнения (3—10%) порошкообразный мате­риал скользит сплошным слоем по внутренней поверхности ба­рабана.

При горизонтальном расположении оси вращения барабана в материале не возникает интенсивного продольного перемеши­вания, хотя в нем наблюдается медленное продольное переме­щение частиц. Появление некоторого продольного перемещения связано с тем, что частицы, скользящие в направлении, нор­мальном к оси вращения барабана, за счет случайных соударе­ний с другими частицами отклоняются от прямолинейной тра­ектории в ту или другую сторону. Процесс продольного переме­щения внешне сходен с процессом молекулярной диффузии в жидкостях и газах. Однако вследствие гораздо меньших скоро­стей частиц он протекает очень медленно. Поэтому для увеличе­ния скорости продольного перемещения в корпусе барабанных смесителей с горизонтальной осью обычно устанавливают спе­циальные транспортирующие механизмы (ленточные червяки, винтовые мешалки и т. п.). Схема типичной конструкции бара­банного смесителя CJIK-200 (Бердичевский завод «Прогресс») с ленточной мешалкой представлена на рис. 4.4.

Стальной цилиндрический барабан 1 опирается на катки 7, установленные на станине 6. Внутри барабана расположена лен­точная мешалка 2, состоящая из двух рядов закрученных по

Спирали металлических лент. Внешние ленты перемещают мате­риал от периферии к центру, внутренние — к торцевым стенкам. Подлежащие смешению ингредиенты загружаются в барабан через люк А (или Б). Через этот же люк выгружается готовая смесь. В барабане смесителя имеется технологический люк В, который можно использовать для введения жидких ингредиен­тов.

Привод мешалки осуществляется от электродвигателя 5 че­рез клиноременную передачу 4 и редуктор 3. Отечественной промышленностью выпускаются барабанные смесители с лен­точными мешалками и рабочей емкостью барабана 2 и 6,3 м3.

При проектировании цилиндрических стальных барабанов их наружные диаметры выбирают из следующего ряда чисел: 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000 мм. Смеси­тельные барабаны изготавливают из хорошо свариваемой стали (марки ВСТЗ). Если смешиваемый материал коррозионно-акти - вен, барабаны изготавливают из двухслойной листовой стали: основной слой — из стали марок Ст. З или стали 20К и дополни­тельный слой — из коррозионно-стойкой стали.

Мощность привода цилиндрического горизонтального бара­банного смесителя W (кВт) рассчитывается по формуле

W = (GJ102) R0со sin ф (4.9)

Где См — масса материала в барабане, кг; R0— радиус центра тяжести массы материала, заполняющей барабан, м; со — угловая скорость вращения бараба­на, с-1; ф-—угол естественного откоса перемешиваемого материала.