CC BY
55
621.929:541.182
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТР УКЦИИ АППАРА ТА
В.Н. ИВАНЕЦ, А.В. СИБИЛЬ
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности,
650056, г. Кемерово, Бульвар Строителей, 47; электронная почта: [email protected]
На основе концепции создания в аппарате направленного движения материальных потоков рассмотрена возможность интенсификации процессов смешивания сыпучих материалов за счет оптимизации конструкции аппарата. Приведены результаты экспериментальных исследований на модели центробежного смесителя с ротором в виде полого усеченно -го конуса с волнообразной верхней кромкой. Модернизация ротора обеспечивает повышение эффективности процесса смешивания в пересекающихся потоках сыпучего материала, позволяя повысить сглаживающую способность аппарата и интенсивность смешивания без дополнительных затрат энергии.
Ключевые слова: смешивание, сыпучие материалы, центробежный смеситель.
Развитие отраслей промышленности, связанных с получением и применением дисперсных материалов, невозможно без использования высокоинтенсивного и энергосберегающего оборудования. В пищевых технологиях одним из основных процессов является получение смесей сыпучих компонентов. В последнее время большое внимание уделяется вопросам интенсификации за счет оптимизации технологии и аппаратурного оформления, повышения равномерности потенциалов полей в рабочем объеме смесителя, выбора новых принципов построения процесса и конструкций аппаратов. В связи с этим при проектировании новых и модернизации существующих смесителей актуален поиск оптимальных режимов работы оборудования и его конструктивного оформления.
В настоящей работе приведены результаты исследований, направленных на разработку процесса и оборудования для смешивания сыпучих материалов, различающихся по физико-механическим свойствам, при их соотношении в смеси до 1 : 400. Решение проблемы достигается за счет организации направленного движения материальных потоков в рабочем объеме аппарата с целью многократного и интенсивного смешивания макро- и микрообъемов компонентов смеси путем изменения конструкции рабочего органа смесителя. В результате частицы компонентов смеси движутся в аппарате не хаотично, а по заданным траекториям и направлениям, что позволяет достигнуть требуемого качества смешивания.
Как показали исследования и опыт промышленной эксплуатации [1], в настоящее время не существует универсальных аппаратов для получения смесей сыпучих материалов. В течение ряда лет на кафедре ПАПП КемТИПП разрабатываются конструкции центробежных механических смесителей. В этих аппаратах смешивание происходит при движении компонентов под действием центробежных сил по поверхности ротора, выполненного в виде тела вращения (диски, полые усеченные конуса), и их последующем распылении. Аппараты характеризуются высокой производительностью при малых габаритах и энергоемкости, позволяют по-
лучать смеси хорошего качества при высоком соотношении компонентов, отличающихся физико-механическими свойствами.
В соответствии с концепцией организации направленного движения материальных потоков в аппарате нами разработана оригинальная конструкция центробежного смесителя периодического действия [2]. Аппарат состоит из вертикального цилиндрического корпуса с эллиптическими крышкой и днищем с патрубками, приводного вала с ротором в виде диска, к которому прикреплен концентрично расположенный полый усеченный конус. На рабочей поверхности конуса имеются четыре перепускных окна и спиралевидных направляющих лопастей с вырезами. В нижней части смесителя имеются разгрузочные лопасти с отогнутыми концами.
На модели аппарата с направленной организацией движения материалопотоков в ходе опытов изучено влияние его режимных параметров работы на качество процесса смешивания и найдены рациональные технологические значения. В экспериментах в качестве основного компонента использовалось сухое обезжиренное молоко, ключевой компонент - ферромагнитный порошок, соотношение смешиваемых компонентов
1 : 400, время смешивания 3 мин. Качество смешивания оценивали по величине коэффициента вариации V (неоднородности) концентрации ферромагнитного трассера в 30 пробах смеси (массой 10 г), отбираемых
к =30%, к=30%, к=60%, к =60%,
п = 10,5 с'1 п = 24,5 с'1 п = 10,5 с'1 л = 24,5 с'1
Рис. 1
Рис. 2
из рабочей зоны аппарата. Исследуемые факторы варьировались на двух уровнях: скорость вращения ротора п - 10,5 и 24,5 с4, коэффициент загрузки аппарата К -30 и 60%. Графическое отображение результатов эксперимента показано на рис. 1.
Из рис. 1 следует, что в большей степени на значение коэффициента неоднородности смеси влияет частота вращения ротора, которую для данной модели аппарата следует принять п = 10,5 с4. При увеличении загрузки аппарата значение коэффициента неоднородности смеси уменьшается, т. е. качество смешивания улучшается.
Изучено влияние изменения конструктивных параметров ротора на возможность интенсификации процесса смешивания. Исследовали различные варианты структуры движения материальных потоков в аппарате:
1 - гладкий конусный ротор - базовая конструкция (прямоточный аппарат);
2 - ротор с перепускными окнами (опережающие потоки);
3 - ротор с направляющими лопастями (рециркулирующие потоки);
4 - ротор с перепускными окнами и направляющими лопастями (опережающие и рециркулирующие потоки);
5 - ротор с волнообразной верхней кромкой и с перепускными окнами (опережающие и рециркулирующие потоки).
По результатам опытов построен график зависимости коэффициента неоднородности смеси от конструктивных особенностей ротора (рис. 2).
Из анализа результатов исследований следует, что организация направленного движения материалопото-ков позволяет повысить качество смешивания. За счет выполнения окон на поверхности конусного ротора (варианты 2 и 4) значение коэффициента неоднородности уменьшилось на 37 и 69% соответственно по сравнению с конструкцией с гладким ротором. Сочетание движения рециркулирующих и опережающих мате-риалопотоков (варианты 4 и 5) позволяет повысить качество смешивания на 69 и 74% соответственно по сравнению с базовой конструкцией. Лучшие результаты получены для варианта 5 - модернизированная конструкция ротора с волнообразной верхней кромкой. В этом случае при сбрасывании компонентов с волнообразной кромки создается дополнительный эффект смешивания в пересекающихся разреженных потоках материала.
Таким образом, опытным путем подтверждена возможность интенсификации процесса смешивания за счет внесения изменений в конструкцию аппарата для создания направленного движения потоков смешиваемых компонентов в аппарате. Модернизация прямоточных центробежных смесителей путем изготовления верхней кромки конусного ротора в виде волны обеспечивает повышение эффективности процесса смешивания в пересекающихся потоках сыпучего материала, позволяя значительно повысить его сглаживающую способность и интенсивность смешивания без дополнительных затрат энергии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бакин И.А., Иванец В.Н. Теоретические и практиче -ские аспекты разработки конструкций центробежных смесителей для переработки дисперсных материалов. - Кемерово: КемТИПП, 2007. - 156 с.
2. Пат. 2361653 РФ. МПК В 01 Б 7/26 - 2008115038/15. Цен -тробежный смеситель - диспергатор / С. А. Ратников, Д.М. Бороду -лин, А. В. Сибиль // БИПМ. - 20.07.2009.
Поступила 06.04.10 г.
INTENSIFICATION OF A MIXING PROCESS BY OPTIMIZING THE DEVICE STRUCTURE PARAMETERS
V.N. IVANETS, A.V. SIBIL
Kemerovo Institute of Food Science and Technology,
47, Boulvar Stroitelei, Kemerovo, 650056; e-mail: papp@kemtipp. ru
Being based on the concept of forming the directed movement of material streams in the device, the possibility of intensifying the processes of dispersed materials mixing at the expense of the optimal device design has been considered. Results of experimental researches in using the model of a centrifugal mixer with a rotor in the form of a hollow truncated cone having a wavy top edge are presented. Rotor modernization provides a more efficient process of mixing in crossed streams of a dry dispersed material and enables increasing the device smoothing ability and the intensity of mixing without additional energy consumption.
Key words: the mixing, bulk materials, centrifugal mixer.
