Смеситель порошков.
АО «Агентство прикладной механики» выпускает смесители как для промышленного применения https://apmech.ru/kind/mixture-industrial_equipment/
Высокая эффективность рассева.
так и для лабораторного применения https://apmech.ru/kind/mixture/
Смешивание порошков —процесс механической обработки, при котором компоненты, первоначально находящиеся в разделенном состоянии, после обработки образуют однородную смесь, в которой все частицы распределяются равномерно по всему объему.
Целью смешивания порошков является получение однородной массы из раздельно загружаемых компонентов, придание ей определенной однородной структуры и предотвращение обратного разделения конечного продукта на составные компоненты. Энергия, расходуемая на перемешивание, передается обрабатываемой массе компонентов через лопасти, вибрации или вращение барабана.
Смешивание условно можно разделить на три вида процессов:
- конвективное смешивание — это перемещение группы смежных частиц из одного объема места смеси в другое внедрением или скольжением слоев относительно друг друга;
- диффузионное смешивание — это постепенное перемещение частиц различных компонентов через вновь образованные границы их раздела;
- смешивание сдвигом — при котором смежные слои частиц движутся относительно друг друга.
Диффузионное смешивание порошков происходит в значительной степени в барабанных и вибрационных смесителях. В первом случае при наличии поверхности раздела частица может перемещаться в любом направлении при столкновении с другой. Во втором случае масса приобретает свойства псевдожидкости, и в слое создаются условия для свободного перемещения частиц.
Конвективное смешивание порошков происходит в горизонтальных лопастных и вертикальных шнековых смесителях. Скорость смешивания зависит от частоты вращения ротора и интенсивности происходящего обмена частиц.
Механизм смешивания порошков сдвигом характерен для противоточных ленточных смесителей порошков, имеющих внешнюю и внутреннюю спирали и перемещающих продукт в противоположных направлениях.
В смесителях порошков в процессе смесеобразования одновременно участвуют все три механизма смешивания в большей или меньшей степени. Вследствие различия физико-механических свойств компонентов смешивание сыпучих компонентов сопровождается противоположным процессом — сегрегацией готовой смеси.
Сегрегация — это сосредоточение частиц, имеющих близкие размеры, форму и массу в разных местах смесителя под действием сил тяжести (гравитационных сил).
Окончание процесса смешивания следует устанавливать в тот момент, когда явление сегрегации еще не начало заметно проявляться.
В общем случае процесс смешивания порошков представляет собой изменение концентрации какого-либо компонента во времени в рабочей камере смесителя.
Для смесителей порошков периодического действия в общем виде можно показать наличие трех основных зон на кривой, характеризующей процесс, называемой кривой смешивания.
Если разделить по времени смешивание на три интервала, то в первом преобладает конвективное смешивание, во втором — диффузионное, в третьем — сегрегация. Причем может наступить такое состояние, при котором некоторое время сегрегация будет преобладать, и смесь частично снова расслоится. При продолжении процесса вновь могут возобладать явления смешивания.
Первые два процесса способствуют равномерному распределению частиц в смеси, последний препятствует этому. Поэтому целесообразно окончание процесса устанавливать в тот момент, когда явление сегрегации еще не начало заметно проявляться, т. е. необходимо заканчивать процесс в конце второго интервала смешивания.
При описании процесса смешения сыпучих материалов используется диффузионная двухпараметрическая модель, согласно которой смешение частиц материалов происходит одновременно в продольном и поперечном направлениях камеры смешения:
где Dl — коэффициент продольного смешения; DR — коэффициент поперечного (радиального) смешения; R — радиальная координата исследуемой области смеси в аппарате; w — линейная скорость потока материала; С — концентрация ключевого компонента в исследуемой области смеси; t — время с момента начала процесса смешения.
Для решения выше приведенного уравнения необходимо знать DL и DR, которые определяют при испытаниях опытного образца смесителя и представляют в виде безразмерных комплексов Пекле:
где L — определяющий линейный размер аппарата. Если Ре -> оо, то диффузионная модель переходит в модель идеального вытеснения, а при Ре = 0 — в модель идеального смешения порошков. Из формулы видно, что на скорость смешивания влияет скорость потока материала и градиент концентрации ключевого компонента. Так вот конструкция бикубического смесителя порошков АО «АПМ» позволяет увеличивать эти характеристики на гранях и ребрах боковых поверхностей и значительно уменьшить время смешения и повысить его качество. При высокой эффективности смешивания не происходит нагрева материала.
В качестве критерия оценки однородности перемешанных материалов используют коэффициент вариации Vc (неоднородности), который рассчитывают по принятому количеству замеров п и содержанию наиболее малочисленного компонента смеси:
где: -т — средняя арифметическая массовая доля ключевого компонента в смеси, %;
хi — массовая доля ключевого компонента в і-пробе, %;
п — число проб.
Чем меньше Vc, тем равномернее смесь, что характеризует эффективность работы смесителей.
По численной величине коэффициента Vc качество смеси разделяют на следующие группы: Vc менее 5%- отличное, Vc от 5 до 10%- хорошее, Vc от10 до 20%- удовлетворительное.
Ниже приводится характерный график неоднородности от времени.
В бикубических смесителях порошков нашей разработки, https://apmech.ru/equipment/smesiteli-dlja-periodicheskogo-i-nepre/ снижаются амплитуды разброса коэффициента неоднородности после оптимального времени смешения за счет циклического перетряхивания материала на боковых ребрах с высокой эффективностью препятствующей сегрегации. По мнению отечественных и зарубежных ученых и практиков, смесь считается высокого качества, если однородность распределения компонентов в нем не ниже 95% при соотношении наименьшего компонента к смеси 1: 100 000.
Процессы смешивания порошков рассмотрены, например, в работе /В.А. Авроров, Процессы и аппараты пищевых производств, курс лекций, Пенза 2010./