СТВОРЕННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ. ШТУКАТУРНИХ СТАНЦІЙ І АГРЕГАТІВ. НОВОГО ПОКОЛІННЯ
ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОЧИХ ПРОЦЕСІВ ШТУКАТУРНО — ЗМІШУВАЛЬНОГО ОБЛАДНАННЯ
3.1 Якісні показники процесу перемішування розчинної
Якість процесу перемішування може бути оцінена за допомогою таких показників, як ступінь перемішування, інтенсивність та ефективність перемішування [94].
Більшість відомих методів оцінки однорідності суміші (тобто ступеню перемішування) основана на методах статистичного аналізу [56, 89]. Для спрощення розрахунків усі суміші умовно вважають такими, що складаються з двох компонентів: ключового й умовного, який включає решту компонентів. Подібний метод дозволяє оцінити однорідність суміші за допомогою параметрів розподілу однієї випадкової величини - складом ключового компонента в пробах суміші. Головним обирають той компонент, який легко аналізувати або розподіл його в суміші дуже важливий за технічними вимогами. За такий критерій оцінки якості суміші приймається коефіцієнт варіації, %:
(3.1)
де c - середнє арифметичне значення концентрації ключового компонента в усіх п пробах суміші, %; с - концентрація ключового компонента в і-й пробі суміші, %.
Щодо змішування будівельних матеріалів, то цей критерій називають коефіцієнтом неоднорідності, оскільки з його збільшенням неоднорідність суміші зростає.
Але у випадку змішувача штукатурної станції застосування даної методики визначення коефіцієнту неоднорідності Kvar пов’язане з певними ускладненнями. Адже штукатурна станція приймає вже готовий товарний розчин, який виготовлений на розчинному вузлі із забезпеченням однорідності складу відповідно до ДСТУ Б В.2.7-23-95 "Розчини будівельні. Загальні технічні умови". При цьому основна задача змішувача штукатурної
станції - доведення суміші до необхідної для трубопровідного транспортування рухливості. Тому тут, на нашу думку, більш доцільним буде контролювання постійності рухливості суміші по всьому об’єму розчину, що знаходиться у бункері штукатурної станції. Якщо позначити середню арифметичну рухливість розчинної суміші в усіх п пробах як й , см, а рухливість
/-тої проби як йрух і, см, то коефіцієнт неоднорідності рухливості розчинної суміші може бути визначений за формулою
(3.2)
Інтенсивність дії змішувача визначається часом досягнення конкретного технологічного результату за умови постійної частоти обертання робочого органа або частотою обертання перемішуючого пристрою за умови постійної тривалості процесу. У випадку змішувача штукатурної станції технологічним результатом буде мінімізація коефіцієнта Kvar неоднорідності рухливості розчинної суміші. Зазвичай інтенсивність перемішування можна визначити за допомогою наступних величин [56, 89, 94]:
1) кутова швидкість робочого органа змішувача ю;
2) лінійна швидкість на зовнішньому діаметрі робочого органа и;
3) критерій Рейнольдса для процесів перемішування (див. нижче)
Л
Re = юД p/ц (де d - діаметр робочого органа змішувача; p - густи-
на суміші; ц - коефіцієнт структурованої в’язкості [31]);
4) потужність, що витрачається на перемішування, P, приведена до одиниці об’єму Q суміші, що перемішується (P/Q) або до одиниці маси суміші, що перемішується (P/Q-p).
Кожна з перерахованих вище величин є відповідною мірою інтенсивності перемішування для конкретного змішувача, котрий працює за конкретною схемою. Відомо [56, 89, 94, 107], наприклад, що при ю2 > ю1 інтенсивність перемішування при ю2 буде вище, ніж при ю1. Аналогічний висновок можна зробити, якщо и2 > u1, Re2 > Re1 і т. д. Справа ускладнюється при порівнянні інтенсивності перемішування у двох змішувачах різних схем. У таких випадках жодна з перерахованих вище величин не є досить надійним критерієм для порівняння інтенсивності перемішування. Найменш точні дані будуть у цьому випадку отримані за кутовою швидкістю
ю. Якщо ю2 > ©і, то це аж ніяк не означає, що інтенсивність перемішування в другому змішувачі буде вище, ніж в першому, тому що d1 може бути настільки більше d2, що перший змішувач буде працювати більш інтенсивно.
Більш доцільно для такого порівняння використати величини и та Re, але й вони не представляють універсальної міри інтенсивності, оскільки може виявитися, що и2 > u1 та Re2 > Re1, а інтенсивність першого змішувача буде більшою (залежно від виду й форми робочого органа).
Відносно більш точно про інтенсивність перемішування дозволяють судити значення P/Q і P/Q-p, але й вони не є універсальним критерієм інтенсивності перемішування. Ускладнюючим тут є той факт, що енергія в об’ємі розсіюється нерівномірно, а ця нерівномірність для різних типів змішувачів різна [56, 89, 107].
Визначення універсального критерію інтенсивності перемішування є однією з найбільш важких проблем техніки перемішування. Незважаючи на велику кількість досліджень, які ведуться в цьому напрямі [37, 107], остаточної єдиної думки з цього приводу немає. Відсутність такого критерію не дає можливості описати універсальними рівняннями процеси змішування у пристроях різних конструкцій, тому доводиться задовольнятися рівняннями для окремих конструкцій змішувачів [87, 89, 94].
Можна припустити, що критерій інтенсивності перемішування повинен бути визначений як швидкість зміни ступеня перемішування в часі dKvar/dt або Kvar/t [94, 107]. Виявлення конкретної форми такої функції для різних типів змішувачів, а саме стрічкового шнекового розчинозмішувача, як у нашому випадку, вимагає проведення подальших досліджень.
Ефективність перемішування визначається кількістю енергії, що витрачається на перемішування, для досягнення необхідного технологічного результату. Таким чином, із двох змішувачів більш ефективно працює той, у якому досягається певний технологічний ефект при більш низькій витраті енергії. Ефективність перемішування є також основою для оцінки роботи одного й того самого змішувача (для вибору оптимального режиму його роботи й оптимальних його розмірів). Однак для того щоб розрахувати ефективність перемішування, необхідно знати рівняння, що визначають потужність, яка витрачається на перемішування, не тільки для типових систем, але й при змінних геометричних параметрах системи. Ця проблема в останні роки набуває все більшого значення [56, 89, 94].
