Смесители с быстровращающимися роторами
В этих смесителях используется эффект псевдоожижения порошкообразных материалов, основанный на том, что при большой скорости движения частиц кинетическая энергия отдельных частиц оказывается больше работы, необходимой для преодоления сопротивления сил трения и сил тяжести. Благодаря этому каждая частица приобретает высокую подвижность, и движение ансамблей частиц оказывается подобным движению частиц жидкости. По этому принципу работают смесители «УкрНИИпластмаша», фирм «Хенкель», «Паненмайер» и др.
Степень псевдоожижения сыпучих веществ с помощью вращающейся в их среде лопастной мешалки определяется главным образом окружной скоростью лопастей, их формой, числом, размерами и их взаимным расположением, высотой слоя материала над лопастью, физическими и технологическими свойствами материала.
Переход сыпучего материала в псевдоожиженное состояние происходит через ряд промежуточных этапов, которым соответствуют различные форма свободной поверхности слоя и характер циркуляции материала (рис. 19).
При малых окружных скоростях лопасти ( м/с) материал начинает уплотняться и высота его слоя в сосуде уменьшается (рис. 19, а) по сравнению с первоначальным уровнем I – I. Очевидно, материал утрамбовывается, ликвидируются воздушные зазоры и достигается более плотная упаковка материала. При м/с (нижний предел относится к легким материалам типа талька, пресс-порошков, а верхний – к материалам типа мармалита, песка) частицы слоя начинают вибрировать, и продолжается уплотнение слоя с образованием в нем трещин (рис. 16, б). При м/с весь слой материала начинает медленно двигаться в сосуде, а отдельные частицы перемещаются по концентрическим окружностям (рис. 18, в). Дальнейшее увеличение до 2,5–3,5 м/с приводит к некоторому расширению слоя, который поднимается сначала только у вала, а затем во всем сосуде (рис. 19, г, д).
При м/с в массе около оси вращения образуется воронка, и материал начинает циркулировать от периферии к центру. Нижние слои материала поднимаются около стенки, направляются к оси по спиральным траекториям и затем как бы сливаются в центральную воронку (рис. 19, е). Направление циркуляции материала в этом случае прямо противоположно тому, которое наблюдается при продувании газа через слой материала.
При м/с циркуляция сыпучего материала становится весьма интенсивной. На свободной поверхности слоя появляются крупные волны, объем слоя заметно увеличивается (на 10–15%), материал переходит в псевдоожиженное состояние. Если продолжать увеличивать окружную скорость лопасти, то режим псевдоожижения материала становится бурным и сопровождается периодическими выбросами материала, фонтанированием из отдельных точек поверхности слоя. Чем больше толщина слоя материала, над лопастями рабочего органа, тем больше должно быть значение окружной скорости для псевдоожижения слоя. Уменьшение отношения высоты слоя материала к ширине лопасти благоприятно влияет на процесс. Для любого материала и любой конструкции рабочего органа характерна предельная высота слоя материала над лопастями, выше которой материал не переходите псевдоожиженное состояние.
Рис. 19.
При использовании в качестве рабочего органа радиальной прямоугольной лопасти с углом наклона к горизонтали 45° предельная высота слоя над лопастью для легких материалов (каолин, краситель, пресс-порошки) не превышает , а для сыпучих веществ со сравнительно большой насыпной массой и абразивных (песок, шифер, мармалит) – (где – ширина лопасти).
При окружных скоростях, соответствующих началу псевдожижения (рис. 19, д, е), циркуляция материала в слое протекает в основном в объеме над мешалкой. При дальнейшем увеличении скорости (рис. 19, ж, з) в циркуляцию вовлекаются и остальные слои материала.
В состоянии интенсивного псевдоожижения циркуляция материала распространяется на весь объем, и происходит интенсивное перемешивание.
Расход энергии на создание псевдоожиженного слоя механическим методом тесно связан с основными факторами, определяющими этот процесс, и состоянием слоя в данный момент.
Эмпирическая зависимость, позволяющая рассчитать мощность привода W (кВт) в зависимости от свойств материала, окружной скорости и размеров лопасти имеет вид:
где – коэффициент сопротивления, зависящий от природы сыпучего материала;
– коэффициент уплотнения или разрыхления массы;
– угловая скорость лопасти, рад/с;
– насыпная масса материала, кг/м3;
, – ширина и длина лопасти, м;
– угол атаки, град;
– высота слоя сыпучего материала над лопастью, м;
– число лопастей ротора.
Перемещение частиц смеси осуществляется перемешивающим устройством в радиальном и аксиальном направлениях. Смесители с вертикальным расположением оси вращения перемешивающего устройства в технике переработки пластмасс занимают особое место, так как представляют собой универсальный высокопроизводительный тип машин. Эти смесители называют скоростными (центробежными) или турбулентными смесителями. Перемешиваемая масса быстроходным перемешивающим устройством отбрасывается к стенкам смесителя. По стенке аппарата она поднимается вверх и перемещается вновь к центру смесителя. В вертикальное движение смеси вовлекается весь объем материала. Благодаря этому масса материала интенсивно перемешивается и разогревается под воздействием диссипативного тепловыделения. Такая картина наблюдается в случае горячего смешения в обогреваемой камере, при этом время разогрева смеси невелико.
При холодном смешении частоту вращения необходимо выбирать такой, чтобы компенсировать тепловые потери за счет непрерывного контакта частиц материала с холодными стенками смесителя. Это достигается в смесителях центробежного типа (рис. 20). Объем смесителя составляет 10–2500 л при производительности до 5000 кг/ч. В промышленности пластмасс такие смесители используются в двух вариантах: с обогреваемыми (смесители горячего смешения) и охлаждаемыми (смесители холодного смешения) камерами, а иногда применяют смесительные агрегаты, в состав которых входят смесители как горячего, так и холодного смешения.
Рис. 20. Рис. 21.
Камеры смещения в этом случае снабжены рубашками, в которые подаются теплоноситель или хладагент, благодаря чему поддерживается необходимый температурный режим (см. рис 21).В этом случае рекомендуется следующее соотношение характеристик смесителей холодного и горячего смешения (индекс «1» относится к смесителям холодного, а индекс «2» - к смесителям горячего смешения):
где , – частоты вращения мешалок;
, – объемы смесительных камер;
, – диаметр камер смесителей;
, – мощности на валах мешалок.
В двухступенчатом смесителе порошкообразные компоненты подаются в верхнюю камеру через имеющийся в крышке пневматический клапан.
Во время загрузки ротор смесителя вращается с малой скоростью, соответствующей начальной стадии псевдоожижения. Одновременно с загрузкой порошкообразных компонентов в горячую камеру подаются жидкие компоненты – стабилизатор и пластификатор (из дозатора или вручную). Стадия загрузки занимает 1–3 мин. Через 30 с после окончания загрузки электродвигатель смесителя автоматически переключается на большую скорость, и материал в камере переходит в состояние интенсивного вихревого движения. В процессе смешения материал разогревается за счет трения частиц друг о друга и за счет тепла, подводимого от стенок корпуса (примерно 85% тепла генерируется за счет трения). По достижении заданной температуры (около 120 °С) термопара подает команду на выгрузку смеси в нижнюю камеру, предназначенную для охлаждения готовой смеси. Одновременно двигатели обеих камер переключаются на меньшую скорость вращения. Открывается заслонка разгрузочного окна, и горячая смесь по патрубку пересыпается в нижнюю камеру. Когда смесь из верхней камеры полностью пересыпается в нижнюю, заслонка вновь закрывается, а двигатель нижней камеры переключается на максимальную скорость вращения. При этом реализуется начальная стадия псевдоожижения. Смесь охлаждается за счет контакта с холодными стенками камеры.
Когда температура смеси снижается до 20–40 °С, заслонка разгрузочного люка открывается, а двигатель привода ротора вновь переключается на минимальную скорость вращения. Готовая смесь выгружается на транспортер или в приемный бункер для дальнейшего движения по технологическому циклу.
Производительность смесителя при емкости каждой камеры около 370 л достигает 0,56 т/ч.
Дата добавления: 2017-12-05; просмотров: 1226;