ПЕРЕРАБОТКА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В. МАШИНАХ БАРАБАННОГО ТИПА

ПРПГОТОВЛЕППЕ СМЕСП ПЗ ПЕСКОЛЬКПХ КОМПОПЕПТОВ, СКЛОППЫХ К СЕГРЕГАЦПП

При организации процесса смешивания сыпучих материалов возможны два диаметрально противо­положных направления: 1) максимальное детерминирование; 2) максимальная стохастичность. Первое направление, которое в основном реализуется в циркуляционных смесителях, предпочтительнее, по­скольку позволяет в большей степени управлять процессом и прогнозировать качество готовой смеси.

Циркуляционные смесители широко используются в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в химической промышленности, для смешивания порошкообразных и мелкозернистых сы­пучих материалов. Характерной особенностью данных смесителей является движение (циркуляция) ос­новного потока смешиваемого материала по замкнутому контуру [3]. К циркуляционным смесителям

можно отнести иланетарно-шнековые, центробежные, лопастные, вибрационные, барабанные и т. п. [3,

4].

Наиболее остро в настоящее время стоит проблема приготовления высококачественных смесей из компонентов, частицы которых отличаются по размерам и плотностям. Сложность реализации данной технологической операции заключается в том, что одновременно с процессом смешивания идет про­цесс сегрегации, приводящий к разделению смеси на отдельные компоненты. Наиболее наглядно про­текание этих двух противоположных процессов можно наблюдать на примере приготовления двухком­понентной смеси в барабанном смесителе периодического действия.

Рассмотрим поперечное сечение горизонтального гладкого вращающегося барабана. При вращении барабана сыпучий материал движется по замкнутому циркуляционному контуру. Пусть необходимо при­готовить смесь из компонентов А и Д причем диаметр частиц сіл > бв. Из практики известно, что после длительного смешивания таких компонентов мелкие частицы коицентрпруются в окрестностях центра циркуляции материала - точки С (рис. 4.12, а), образуя так называемое ядро сегрегации. Следует особо отметить, что такое состояние системы является устойчивым, т. е. сколько бы мы ни продолжали смеши­вать компоненты, ядро сегрегации не разрушается. Таким образом, каким бы ни было первоначальное рас­пределение компонентов Ти5в поперечном сечении барабана, после определениого времени смешивания система обязательно достигнет устойчивого состояния, показанного на рис. 4.12, а. Если первоначально распределить компоненты А и Д как показано на рис. 4.12, б, то по пути к состоянию 4.12, а система пройдет состояние, при котором компоненты будут образовывать однородную смесь.

Рпс. 4.12. Распределеппе компопептов, отличающихся диаметрами частиц,

в поперечпом сечеппп барабапа

Приведенные в разд. 4.2 модели процесса смешивания сыпучего материала в поперечном сечении вращающегося барабана учитывают специфику движения частиц материала в гладком вращающемся барабане, а именно наличие поднимающегося и скатывающегося слоев, проскальзывание одних движу­щихся подслоев относительно других и т. п. Сравнение результатов расчетов ЭВМ коэффициента неод­нородности с экспериментальными данными показало, что данные модели позволяют описать не толь­ко процесс смешивания, но и процесс сегрегации. На рис. 4.13 показана характерная кривая изменения коэффициента неоднородности во времени для смеси из двух компонентов, у которых частицы отли­чаются по плотности в два раза.

Коэффициент неоднородности (вариации) определялся по общепринятой зависимости [3].

Пусть, например, коэффициент неоднородности готовой смеси должен быть не более 10 %. В этом случае на графике можно выделить три участка. На участке I (рис. 4.13) смесь находится в неустойчи­вом неоднородном состоянии, на участке II - в неустойчивом однородном состоянии. Критерием при­знания неоднородности или однородности смеси является верхняя граница коэффициента неоднород­ности, которая определяется требованиями к качеству готового продукта процесса смешения. На участ­ке III смесь находится в устойчивом неоднородном состоянии. Промежуток между участками II и III является переходным периодом.

Аналогичные характерные зависимости коэффициента неоднородности от времени смешивания были получены для компонентов, отличающихся диаметром частиц. Экспериментальные исследования проводились на лабораторной установке с диаметром барабана 0,25 м и 0,6 м. Угловая скорость враще­ния барабана изменялась в диапазоне 0,1...0,5 от критической. Следует отметить, что чем больше отли­чаются частицы компонентов по размерам и плотностям, тем за меньшее время система приходит в од­нородное состояние, т. е. тем круче кривая на участке I (см. рис. 4.13).

Результаты проведенных исследований показывают, что, изменяя регламент загрузки, т. е. последо­вательность, место и время подачи отдельных компонентов в циркуляционный смеситель, можно вли­ять не только на интенсивность процесса смешивания, но и на качество готовой смеси. Таким образом, имеется возможность оптимизировать процесс смешивания компонентов, склонных к сегрегации, во- первых, за счет рациональной загрузки компонентов в смеситель и во-вторых, за счет поиска таких со­четаний режимных и геометрических параметров смесителя, при которых будут минимальны затраты на приготовление единицы готовой смеси.

Первая задача может быть решена загрузкой компонента, имеющего меньший диаметр частиц или большую их плотность, в те зоны смесителя, из которых при движении частиц этого компонента к цен­тру циркуляции состояние системы будет изменяться таким образом, что обязательно достигнет одно­родного состояния. Пример такой рациональной загрузки показан на рис. 4.12, б. Вторая задача может быть решена при использовании алгоритмов расчета на ЭВМ процесса смешивания, основанного на моделях, предложенных в разд. 4.2.

Барабанные смесители могут быть успешно использованы при периодическом и непрерывном смешивании трех и более компонентов, склонных к сегрегации. Предложены способы [44, 45], реализа­ция которых требует минимальной реконструкции существующего оборудования, но обеспечивающие высокопроизводительное и качественное приготовление многокомпонентных смесей из материалов, существенно отличающихся размерами частиц и их плотностью.