Исследование процесса смешения сыпучих материалов в центробежном смесителе канального типа Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.867.4-492.2

А.Е. Лебедев, А.А. Петров

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕШЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ СМЕСИТЕЛЕ КАНАЛЬНОГО ТИПА

(Ярославский государственный технический университет) e-mail: xe666@mail.ru, pa2311@gmail.com

Исследован процесс смешения сыпучих материалов в новом центробежном смесителе канального типа. На основе вероятностного подхода составлено математическое описание процесса движения частиц в потоке. Изучено влияние смещения распылительных каналов на коэффициент неоднородности смеси.

Ключевые слова: процесс, смешение, поток, угол рассеивания, смесь, вероятность, частица

Смешение сыпучих материалов является одним из самых распространенных процессов в химической и других отраслях промышленности. Несмотря на огромное количество конструкций смесителей, проблема смешения материалов, склонных к разделению в процессе переработки, решена не окончательно. С целью исключения сегрегации во многих смесителях используют дополнительные приспособления для ее снижения. Однако введение таких устройств в большинстве случаев отрицательно сказывается на однородности получаемой смеси и времени переработки.

Для решения данной проблемы был разработан новый способ и устройство для смешения, позволяющее исключить сегрегацию при смешении склонных к разделению материалов. Принцип работы устройства основан на организации наложения предварительно полученных разреженных потоков частиц смешиваемых компонентов с одинаковыми (близкими) распределениями концентраций частиц по сечению потоков. В этом случае потоки смешиваемых компонентов накладываются друг на друга в зоне приемника таким образом, что объемные или весовые соотношения материалов остаются одинаковыми и равными требуемому соотношению компонентов в смеси [1, 2].

На рис. 1 изображена схема нового центробежного смесителя непрерывного действия с соос-норасположенными распылительными каналами.

При работе аппарата, подлежащие смешению сыпучие компоненты поступают из устройств загрузки 2 в коаксиальные приемные камеры распылительной насадки 3. При вращении насадки под действием центробежных сил частицы смешиваемых компонентов движутся из камер по смесительным каналам 4 и 5 и распыляются во внутреннем объеме обечайки 1. При этом образуются формирующие взаимно проникающие разреженные потоки, смешиваемых материалов, расположенные в одной плоскости с близкими пара-

метрами распределения частиц по сечениям потоков. Привод распылительной насадки осуществляется от электродвигателя 6.

13 2 2 6

Рис. 1. Схема смесителя Fig. 1. Scheme of the mixer

Для получения качественной смеси в данном смесителе необходимо обеспечить совпадение параметров распределения потоков смешиваемых компонентов [1]. Для этой цели было предложено выполнить сопловые трубки разной длины. При этом трубка, сообщающаяся с питателем компонента, имеющего более широкий угол разброса (распыла) должна иметь большую длину. В этом случае на некотором расстоянии от оси распылителя можно получить одинаковую ширину обоих потоков (рис. 2).

Согласно приведенной схеме, в начальной зоне взаимодействия по краям потоков смесеобразование не происходит. Это объясняется отсутст-

вием частиц одного из компонентов. С увеличением расстояния от оси вращения размер таких зон уменьшается, и на некотором расстоянии имеет место совпадение углов разброса смешиваемых материалов (зона перекрытия потоков). При незначительном различии в параметрах распределений частиц в данной зоне однородность смеси наилучшая. При дальнейшем движении частиц будет наблюдаться расхождение потоков с возрастанием площади участков, содержащих только один компонент.

Рис. 2. Схема взаимодействия материалов в разреженных потоках при распыливании соосным центробежным устройством с сопловыми трубками разной длины Fig. 2. Scheme of materials interaction in rarefied flows at spraing with coaxial centrifugal device with nozzle tubes of different lengths

Определим расстояние, на которое необходимо увеличить длину сопловой трубки. Согласно рис. 2:

AL = Li - L2 . (1)

Тогда из равенства ширины потоков имеем:

L1tg\ ^imax

] = Ltg ) (2)

Решая (1) с учетом (2), относительно AL получим:

SL)

AL = -

tg (pimL)

(3)

п (1)1.

В этих выражениях р Цах и р ^

опытные значения максимальных углов рассеивания частиц смешиваемых компонентов.

Согласно проведенным расчетам, увеличение длины трубок одного из компонентов на 5%

,(2)

приводит к снижению коэффициента неоднородности с 7% до 4%. Полученные данные были экспериментально подтверждены при перемешивании в смесителе с соосными трубками манной крупы и песка.

Сравнение расчетных и опытных данных по влиянию изменения длины сопловых трубок на однородность смеси представлено на рис. 3.

Рис. 3. Зависимости коэффициента неоднородности от смещения сопловых трубок Fig. 3. The dependence of heterogeneity coefficient on the shift of nozzle tubes

Таким образом, качество перемешивания в смесителе сыпучих материалов с соосно расположенными каналами можно повысить выполнив трубки разной длины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лебедев А.Е., Зайцев А.И., Капранова А.Б., Петров

А.А. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2012. Т. 55. Вып. 11. С. 119-121;

Lebedev A.E., Zaiytsev A.I., Kapranova A.B., Petrov

A.A. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved., Khim. Khim. Tekhnol. 2012. V. 55. N 11. P. 119-121 (in Russian).

2. Капранова А.Б., Лебедев А.Е., Зайцев А.И., Кузьмин

И.О. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2009. Т. 52. Вып. 5. С. 111-113;

Kapranova A.B., Lebedev. A.E., Zaiytsev A.I., Kuzmin I.O. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2009. V. 52. N 5. P. 111-113 (in Russian).

Кафедра теоретической механики