X. СМЕШЕНИЕ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Конструкции аппаратов для смешения твердых (сыпучих) материалов — смесителей в основном зависят от метода смешения (пересыпка, перелопачивание, псевдоожижение и др.) физико-механических, химиче­ских и других свойств отдельных компонентов и их смесей, а также от требуемого качества и интенсивно­сти смешения.

При смешении любого числа компонентов анализ качества смеси обычно проводят путем оценки распределения одного («ключевого») компонента в остальной системе методами статистического анализа.

Устройство смесителей. Ниже рассматриваются некоторые типы смесителей периодического и непре­рывного действия, применяемые в хи­мической промышленности.

Смесовые барабаны. Смесовый барабан (рис. Х-1) пред­ставляет собой цилиндрический кор­пус 1, вращающийся на опорных роликах 2. Барабан снабжен внутренними спиральными ребрами 3 и полками 4 для лучшего перемешивания материала. Смесовый барабан является аппаратом периодического действия. Загрузка и выгрузка мате­риала производится с помощью шнека 5.

Смесовые барабаны выполняются также с корпусом другой формы (призматической, цилиндро-конической и др.), вращающимся в цапфах на горизонтальном валу.

Эти смесители просты по устройству, но пригодны лишь для смешения сухих порошкообразных материалов и требуют значительного времени смешения. Поэтому аппараты такого типа в настоящее время вытесняются более эффективными смесителями.

Смесители с вращающимися лопастными рабочими органами применяются не только для смешения сухих твердых материалов, но также для приготовления густых и вязких каше­образных и тестообразных масс и паст.

К числу конструкций такого смесителя относится показанная на рис. X-2,а. Смеситель представляет собой корпус 1 с двумя полуци­линдрическими днищами, в котором вращаются навстречу друг другу два горизонтальных вала 2 с лопастями, перемешивающими материал. Раз­личные конструкции этих смесителей отличаются главным образом дли­ной корпуса аппарата и конфигурацией лопастей. Одна из широко применяющихся конструкций вала с массивными лопастями Z-образной формы изображена на рис. ХХ-2,б.

В шнековых лопастных смесителях рабочими сме­шивающими органами являются валы-шнеки с Т-образными (рис. Х-3), винтовыми лопастями или лопастями другой формы. Большинство шнековых лопастных смесителей имеют один вал, вращающийся в корыто­образном корпусе. Для улучшения качества смешения в некоторых кон­струкциях одновальных смесителей используют привод, который осуще­ствляет вращение и одновременно возвратно-поступательное движение вала.

Кроме одновальных применяются также двухвальные лопастные сме­сители. Двухвальный противоточный смеситель (рис. Х-4) стоит из кор­пуса 1 и двух вращающихся в нем шнековых валов 2 и 3. Лопасти на валах установлены таким образом, чтобы вал 2 подавал материал к разгрузочному отверстию 4 смесителя, а вал 3 — в обратную сторону. Вследствие того, что число оборотов вала 2 больше числа оборотов вала 3, материал, ин­тенсивно перемешиваясь, перемещается к разгрузочному отверстию.

Лопастным рабочим органом (рис. Х-5) ленточного сме­сителя является вращающийся в цилиндрическом или корытообраз­ном корпусе вал, на котором смонтированы стержни 1 с укрепленными на их вершинах плоскими лентами 2, изогнутыми по винтовым линиям.

В ряде случае корпус ленточного смесителя снабжают рубашкой для обо­грева или охлаждения перемешиваемой массы. Смешение в таких аппара­тах нередко совмещают с другими технологическими операциями (напри­мер, с подсушкой материала), присоединяя корпус смесителя к источнику вакуума.

Вследствие небольшой скорости вращения смесительных валов (п = -10-15 мин^-1) процесс смешения в аппаратах с вращающимися лопастными рабочими органами относительно продолжителен. Однако в этих смесителях с помощью валов можно создать однонаправленное движение материала вдоль корпуса, что позволяет использовать их для непрерыв­ной работы.

Высокоэффективными аппаратами для смешения сыпучих материалов являются непрерывно действующие смесители с псевдоожи­жением материала быстровращающимся ротором.

В корпусе 1 аппарата (рис. Х-6) на консольном валу 2 быстро вращается ро­тор, состоящий из верхнего диска 3 (с центральным отверстием) и нижнего диска 4 (с загнутыми кверху краями). При вращении ротора с окружной ско­ростью, превышающей 5—8 м/сек (по на­ружному диаметру дисков), в аппарате создается интенсивная циркуляция сыпучего материала (направление циркуляции показано, стрелками), который переходит в состояние, близ­кое к псевдоожижению. В промышленных аппаратах такого типа при­меняют различные конструкции быстровращающихся роторов.

Интенсивная циркуляция сыпучего материала, необходимая для эффек­тивного смешения, достигается также в смесителях центробежного действия с вра­щающимся конусом (рис. Х-7).

В корпусе 1 аппарата на валу 2 вращается полый усеченный конус 3 с двумя симметрично расположенными окнами 4. При вращении конуса 3 частицы материала под действием центробежных сил движутся по вну­тренней поверхности конуса вверх, сбрасываются в пространство между конусом и корпусом и через окна 4 вновь поступают в конус 3. Проходу материала через окна 4 способствует лопастная мешалка 5, вращающаяся вместе с конусом.

Процесс смешения осуществляется при подъеме материала по конусу вследствие разных скоростей его частиц, а также в пространстве между конусом и корпусом при падении частиц и при перемешивании их лопаст­ной мешалкой. Для материалов с плохой сыпучестью в корпусе устанав­ливают раму 6; последняя движущимся материалом вовлекается в свободное вращение, скорость которого регулируют ленточным тормозом 7. Рама 6 создает дополнительные завихрения в движущемся материале, что способствует лучшему его смещению. Загрузка и разгрузка материала производится через люки соответственно в крышке и днище корпуса.

В описанном аппарате достигается быстрое и эффективное смешение. Последовательная установка нескольких таких аппаратов (каскадом) позволяет организовать непрерывный процесс смешения.

К пневмосмесителям относятся аппараты, в которых сме­шение осуществляется в слое псевдоожиженного газом (например, воз­духом) зернистого материала. Такие аппараты отличаются высокой эффективностью и малым временем смешения, отсутствием вращающихся деталей, но требуют установки пылеулавливающих устройств при сме­шении тонкодисперсных материалов.

Кроме описанных типов смесителей применяются также вибросме­сители, в которых необходимая циркуляция сыпучего материала создается с помощью вибраций высокой частоты.