Циркуляционные смесители. 
Оборудование заводов пластмасс

К ним относятся наиболее распространенные смесители порошкообразных и мелкозернистых сыпучих материалов. Для этих смесителей характерно движение (циркуляция) основного потока смешиваемого материала по замкнутому контуру. Соединение отдельных зон рабочего объема смесителя потоком материала в циркуляционный контур может быть последовательным, параллельным или сложным (с рециркуляцией, разветвлением, байпасом и т. д.). Движение материала через зоны обеспечивают либо перемешивающий орган, либо специальные транспортеры. Зона действия перемешивающего органа составляет незначительную долю общего рабочего объема смесителя.

К наиболее распространенным в отечественной промышленности циркуляционным смесителям следует отнести планетарношнековый и центробежный лопастной.

Смеситель с планетарношнековой мешалкой состоит из следующих основных частей (рис. 1.3): конического корпуса 1, крышки 4, привода 3 шнека, привода 2 водила, шнека 7, запорного механизма 8 и выгрузного патрубка 9. Шнек 7, получающий вращение вокруг собственной оси от привода шнека 3 через две пары конических шестерен (находятся в коробках передач 5 и 6), совершает планетарное вращение вокруг оси корпуса смесителя, получаемое от привода 2 через червячный редуктор, пару конических шестерен и водило 10. Верхний конец вала шнека 7 имеет опору в коробке передач 6, а ниж;

Рис. 1.3. Схема смесителя с планетарно-шнековой мешалкой ний — в шарнирной опоре, закрепленной в нижней части корпуса смесителя. Приводы шнека и водила смонтированы на крышке 4 корпуса смесителя. В некоторых конструкциях планетарно-шнековых смесителей привод шнека находится на отдельной плите, расположенной около нижней части корпуса, а привод водила — на крышке. Крышка имеет ряд технологических штуцеров (для загрузки компонентов смеси, подачи инертного газа, установки взрывной мембраны, отбора проб, установки термопар) и лаз для осмотра внутренней части корпуса.

На коническом корпусе 1, состоящем из двух частей, имеется люк для осмотра шарнирной опоры и коробка для выпуска готовой смеси. Отверстие в коническом корпусе, через которое готовая смесь выходит во внутреннюю часть коробки, закрыто клапаном, имеющим шарнирную опору. Для открытия и закрытия клапана предназначен механизм 8, состоящий из пневмоили гидроцилиндра и рычажной передачи.

Шарнирная опора вала шнека является одним из самых ответственных узлов смесителя. Опора размещена в сыпучем материале, поэтому ее конструкция должна обеспечить работу без смазочного материала и предотвратить истирание шейки вала шнека частицами перемешиваемого материала.

Планетарно-шнековый смеситель работает следующим образом. Подлежащий смешению материал загружают через верхний штуцер в крышке 4 (см. рис. 1.3). При планетарном вращении шнека 7смешиваемый материал поднимается витками шнека около стенок конического корпуса 1. Затем материал движется к оси корпуса, где образуется нисходящий поток материала. В узкой части корпуса материал снова захватывается витками шнека и транспортируется вверх вдоль стенок корпуса. Движение сыпучего материала вверх в отдельных объемах около стенки корпуса прерывистое; оно происходит только в моменты прохождения через эти объемы шнека. После завершения процесса смешения пневмоцилиндром открывается клапан, находящийся внутри коробки. Сыпучий материал начинает вытекать через отверстие в коробку, а из нее — в приемное устройство для хранения готовой смеси. Выпуск смеси производят при вращающемся шнеке.

Экспериментально установлены следующие оптимальные геометрические и режимные параметры планетарно-шнекового смесителя:

где d_m — наибольший диаметр витков шнека; — наибольший внутренний диаметр корпуса; /_ш — шаг винтовой линии шнека; 9 — коэффициент заполнения смесителя; (Ощ, (Ов — угловая скорость шнека и водила соответственно; и — окружная скорость наружной кромки витков шнека относительно его оси; а — угол конусности корпуса; — время смешения.

Мощность, кВт, привода планетарного вращения шнека.

где Cj — коэффициент, зависящий от физико-механических свойств смеси (табл. 1.1); р_н — насыпная плотность сыпучего материала, кг/м³; N_a — частота вращения шнека, об/мин; Lp — часть длины шнека, находящаяся в смеси, м; Г_ул — удельная поверхность шнека, м²/м; а — угол конусности корпуса, град.

Таблица 1.1. Значения коэффициентов С и С₂ для некоторых сыпучих материалов.

Удельная поверхность шнека (в м² на 1 м длины рабочей зоны шнека):

где F и /2 — площадь поверхности одной стороны витка шнека и вала на длине в один шаг соответственно, м².

Центробежные лопастные смесители относятся к циркуляционным смесителям с быстро вращающимся рабочим органом. Экспериментально установлено, что при вращении лопастной мешалки с окружной скоростью края лопасти более 6 м/с перемешиваемый сыпучий материал может быть переведен чисто механически в псевдоожиженное состояние. При этом значительно увеличиваются подвижность сыпучего материала и скорость его движения по циркуляционному контуру, благодаря чему время смешения не превышает 25 мин.

В центробежных лопастных смесителях используют мешалки, выполненные в виде радиальных лопастей, пропеллеров, дисков. Форма лопастей мешалки не оказывает существенного влияния на процесс перевода сыпучего материала в псевдоожиженное состояние. Единственное условие, предъявляемое к конструкции мешалки, — это обеспечение высокой скорости циркуляции материала при низком лобовом сопротивлении вращению. Высота слоя сыпучего материала над мешалкой не должна превышать (8+ 10)6, где 6 — высота лопастей мешалки. При необходимости псевдоожижения более высоких слоев сыпучего материала приходится устанавливать на одном валу несколько мешалок с шагом (8 +10)6.

Центробежный лопастной смеситель типа ЦЛ состоит из следующих основных узлов (рис. 1.4): корпуса /, крышки 2, рабочего органа с верхней 3 и нижней 4 лопастными мешалками, электродвигателя 5, вращающего вал мешалок через клиноременную передачу 6, станины 7и выгрузного патрубка .

Сварной корпус выполнен в виде конического (сужающегося кверху) сосуда с эллиптическим днищем и снабжен рубашкой, позволяющей охлаждать или нагревать смесь. В нижней части корпуса имеется отверстие, к которому крепится выгрузной патрубок с клапаном. Клапан, перекрывающий отверстие в корпусе в моменты загрузки и смешения компонентов смеси, приводится в действие от двух пневмоцилиндров 9. Управление цилиндрами автоматизировано.

Крышку корпуса выполняют эллиптической для смесителей с рабочим объемом более 0,1 м³ и плоской для смесителей с рабочим объемом, равным или меньшим 0,1 м³. В крышку вваривают несколько технологических штуцеров. Для удобства обслуживания внутренней полости смесителя крышку выполняют поворотной вокруг оси, закрепленной на корпусе смесителя.

Рис. 1.4. Центробежный лопастной смеситель типа ЦЛ.

Рис. 1.5. Мешалки центробежного лопастного смесителя типа ЦЛ для сыпучих материалов, для которых измельчение частиц недопустимо:

в — верхняя мешалка на рис. 1.4; б— нижняя мешалка на рис. 1.4

Рабочий орган смесителя выполнен в виде двух лопастных мешалок (верхней 3 и нижней 4), насаженных на один консольно расположенный вал. Форма мешалок зависит от заданной степени измельчения частиц сыпучего материала. Если измельчение частиц недопустимо, то рекомендуют использовать мешалки, конструкция которых показана на рис. 1.5 (а —верхняя, б — нижняя). Для смесей, которые допускают изменение гранулометрического состава в процессе смешения, устанавливают мешалки, показанные на рис. 1.6 (а — верхняя, б — нижняя).

Центробежные лопастные смесители используют для смешения текучих и вязкотекучих сыпучих материалов, а также для приготовления сыпучих смесей с небольшими добавками жидкого компонента, вводимого в смеситель в распыленном состоянии.

Рис. 1.6. Мешалки центробежного лопастного смесителя типа ЦЛ для сыпучих материалов, для которых допустимо измельчение частиц:

о — верхняя мешалка на рис. 1.4; б— нижняя мешалка на рис. 1.4

Экспериментально установлены следующие оптимальные геометрические параметры смесителя типа ЦЛ: угол конусности обечайки корпуса, а = 2ч-5^е; высота смесительной камеры Я = (0,7 + 0,9)Д где D — диаметр смесительной камеры; диаметр верхней лопасти </<sub>в л = (0,85 + 0,9)/) (для смесителя с цилиндрическим корпусом) и d_{B л} = (0,5 + 0,6)/) (для смесителя с коническим корпусом); диаметр нижней лопасти d_BJl = (0,85 + 0,95)/); расстояние между верхней и нижней лопастями h = 0,12/) (для смесителя с цилиндрическим корпусом) и И =0,2/) (для смесителя с коническим корпусом); диаметр кольца верхней лопасти </<sub>к = 0,45/); высота лопастей Ь- (0,13 + 0,15)/).

Мощность (кВт), необходимая для перемешивания сыпучих материалов в смесителе типа ЦЛ с использованием мешалки (см. рис. 1.5):

где Сг — коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала (см. табл. 1.1); /^ — коэффициент формы лопастей мешалки (для прямых лопастей Ал = 1, для спиральных — = 1,06, а для лопастей, изображенных на рис. 1.5,.

А^, = 0,72); р" — насыпная плотность сыпучего материала; Z, и Ь — соответственно длина и высота мешалки, м; ш — угловая скорость; #с —высота слоя материала над лопастью, м; а —угол наклона лопастей мешалки к горизонтали, град; S— радиальный зазор между краем лопасти мешалки и стенкой корпуса, м.