CC BY
43
венную сторону вопроса предполагается изучить в ходе дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.
Таким образом, экспериментально доказано, что характеристика питателя (изменение его производительности во времени) может оказывать существенное влияние на устойчивость процесса при пуске. Чтобы избежать появления неустойчивости при пуске на практике, как правило, используют воздуходувную машину большей производительности, а значит, завышают энергетические показатели процесса пневмотранспортирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. с. 1207039 СССР, МКИ В65 053/04. Способ транспортирования сыпучих материалов / В.П. Тарасов, Ф.Г. Зуев, В.П. Ко-цюба. - Опубл. в Б.И. - 1986. - № 4.
2. Тарасов В.Н. Влияние переходных и неустановивших-ся процессов на устойчивость и энергоемкость пневмотранспорта //
Тез. докл. Междунар. конф. «Научно-технический процесс в перерабатывающей отрасли АПК». - М., 1995. - С. 157-158.
3. Тарасов JB.I1., Глебов А.А., Гейнеман А.Э. Расчет пнев-мотранспортных ^'етяновок // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1999. -№ 2-3. - С 77-81.
4. Тарасов В.П., Зуев Ф.Г., Коцюба В.П. Экспериментальное исследование режима пуска однотрубной нагнетающей пневмотранспортной установки // Сб. науч. тр. «Разработка и совершенствование технологических процессов, машин и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания». -М., 1987.-С. 280-283.
5. Тарасов В.П., Ключников В.В., Новопашин В.Ф., Лямкин Е.С. Ступенчатый запуск пневмотранспортной установки // Тез. докл. Междунар. науч. конф. «Прогрессивные технологии -третьему тысячелетию». - Краснодар, 2000. - С. 200 -201.
6. Разработка пневмотранспортной установки муки потоком высокой концентрации производительностью 10 т/ч: Отчет о НИР, № ГР 01860098832 / Науч. рук. В.П. Коцюба, отв. исл. В.П. Тарасов. - 1990. - 43 с.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 04.11.02 г.
663.032.9:541.182.001.8
НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.Н. ИВАНЕЦ, И.А. БАКИН, Д.М. БОРОДУЛИН
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
В пищевой и ряде смежных отраслей промышленности одной из основных стадий технологии является процесс смешивания дисперсных материалов, в ряде случаев с их одновременным увлажнением. К числу таких производств относят получение комбинированных проду ктов питания, комбикормов, заменителей цельного молока, гранулирование порошков, выработку минеральных удобрений, строительных и шихтовых материалов.
В промышленной практике наибольшее распространение получила периодическая схема смесеприго-товления, когда композиции готовят в червячно-лопастных смесителях периодического действия. При этом как качество композиций, так и интенсивность процесса не удовлетворяют современным требованиям. Одной из основных проблем является равномерное распределение различных добавок (витамины, БАД, наполнители, стабилизаторы, ароматизаторы и т. п.), вносимых в малых количествах (0,5-2%) по всему объему смеси. В ряде случаев необходимо получать качественную смесь при соотношении смешиваемых компонентов 1 : 500 и выше.
Приготовление композиций с заданными качественными характеристиками может быть обеспечено за счет правильной организации процесса смешивания и его аппаратурного оформления. Поэтому разработка
эффективных непрерывнодействующих смесительных агрегатов для переработки мелкозернистых и дисперсных материалов с большой разницей содержания их в смеси является актуальной научной задачей, представляющей практический интерес для пищевой и других отраслей народного хозяйства.
Цель данной работы - создание нового класса высокоэффективных аппаратов для получения смесей сухих и увлажненных дисперсных материалов. Процесс смешивания в них основан на принципе создания направленной структуры материалопотоков в объеме аппарата за счет использования прямых и обратных рециклов. В ряде случаев предусматривается возможность совмещения процессов смешивания и диспергирования в одном аппарате.
Наиболее подходящими аппаратами для смешивания дисперсных материалов являются смесители непрерывного действия (СНД) центробежного типа, которые характеризуются высокой интенсивностью процесса смешения, происходящего в тонких слоях под действием центробежной силы. Основные требования, предъявляемые к СНД (обеспечение качественного смешивания, высокая сглаживающая способность, большая производительность, малые металло- и энергозатраты и др.), удовлетворяются в центробежных смесителях. Ряд таких смесителей, разработанных в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности, отвечают всем вышеперечисленным требованиям благодаря организации направленной структуры движения материальных потоков в них.
Отличительной особенностью разработанных СНД является наличие ротора, выполненного в виде полого усеченного конуса, или комбинации конусов, а также специальных устройств для создания рециклов или опережающих потоков.
Первый представитель класса центробежных СНД, разработанных нами [1], состоит из корпуса внутри которого расположены пакеты роторов, накопитель с регулирующей диафрагмой , ворошитель, разгрузочные лопасти и конусные перегородки. Смешивание материалов происходит в накопителе и на внутренних поверхностях пакета ротора и конусных перегородок. Окончательная доводка смеси осуществляется в нижней части аппарата. Основная цель данной конструкции - сглаживание флуктуаций питающих потоков в 8-10 раз за счет использования регулирующей диафрагмы.
Сглаживающая способность в улучшенной конструкции СНД [2] увеличит!ется за счет разделения входного потока на несколько частей с последующим их пересечением, а также благодаря наличию демпфирующего бункера-накопителя с ворошителем и диа-фрагменным отверстием.
Предварительное разрыхление и измельчение конгломератов частиц исходных компонентов, входящих в состав композиции, вызвало необходимость установки в верхней части смесителя крестообразных лопастей и пальцев [3]. Прошедшие через них компоненты равномерными потоками поступают на ребристые поверхности конических тарелей. Здесь они перераспределяются и в виде факелов распыла сбрасываются в конический накопитель. В ряде случаев в процессе смешивания возможно образование конгломератов частиц. Для исключения их попадания в конечный продукт последний выгружается из аппарата через конический перфорированный стакан. Разрушение конгломератов частиц в исходных компонентах и смеси позволяет улучшить ее качество на 15-20%.
Центробежный СНД [4] позволяет получать смеси хорошего качества из компонентов, которые могут содержать достаточно прочные конгломераты, образующиеся, например, при хранении По конструкции данный СНД аналогичен описанным выше. Здесь также предусмотрено разрушение конгломератов в исходных компонентах и смеси за счет их попадания между шипами и диспергирующими лопастями. Отличительной особенностью смесителя является оригинальная форма разгрузочных лопастей с режущими кромками и днища аппарата, что позволяет организовать интенсивную рециркуляцию смеси. В результате смеситель обеспечивает разрушение конгломератов частиц, хорошее сглаживание пульсаций входных материальных потоков и интенсивное смешивание компонентов.
Повысить сглаживающую способность СНД можно, используя рециркуляцию материальных потоков. Смеситель [5], содержащий корпус с кош еными перегородками, вертикальный вал с закрепленными на нем коническими роторами, накопитель с ворошителем
и др. (рис. 1), с целью повышения сглаживающей способности снабжен рециркулирующим устройством, включающим многоступенчатую неподвижную верхнюю о и вращающуюся нижнюю 7 тарели, направленные в противоположные стороны. Смеситель работает следующим образом. Исходные компоненты поступают через патрубки 1 вовнутрь направляющей воронки 2 и далее на внутренние поверхности конусных тарелок 3. Оригинальная форма выходного отверстия направляющей воронки 2 и кольцевые зазоры между валом 4 и тарелками 3 обеспечивают относительно равномерное распределение входного потока по всем тарелкам. Потоки материала, сбрасываемые с них, пересекаются около поверхности бункера-накопителя 5, и движутся по спиральной траектории с возрастающей скоростью. Смесь дополнительно смешивается на выходе из накопителя 5 ворошителем 6 и поступает на нижнюю вращающуюся тарель 7, где частицы под действием центробежных сил в виде пылевых факелов сбрасываются с нее. Поток частиц, ударяясь о коническую поверхность верхней неподвижной тарели 8, разбивается на две части, одна из которых попадает на следующую ступень вращающейся тарели 7, а вторая возвращается на первую. Этот так называемый рециркулирующий поток смешивается с вновь посту пившим материалом, тем самым усредняя концентрации ингредиентов и сглаживая его флуктуации. После этого смесь, для повышения ее гомогенности, поступает на нижерасположенный конический ротор 3, а затем выгружается лопастями 9.
Рис. 1
Принципиальное отличие новой конструкции [6] СНД центробежного типа с одним ротором от вышеописанных состоит в том, что конуса закреплены на диске ротора в горизонтальном положении. Сыпучие компоненты поступают в смеситель через загрузочные патрубки на диск ротора и под действием центробежных сил начинают двигаться по поверхности внутреннего конуса. При этом часть потока через окна с опережением поступает последовательно на внутренние поверхности двух других конусов. Над ротором установлен отражатель в виде объемной спирали Архимеда, который обеспечивает рециркуляцию смеси на каждом конусе. Создание опережающих потоков и рециркуляция смеси позволяет интенсифицировать процесс сме •
шивания и обеспечивать хорошее сглаживание флуктуаций входных потоков.
Пропускная способность окон непостоянна и сильно зависит от частоты вращения ротора и свойств исходных компонентов, что является недостатком данной конструкции. С целью его ликвидации нами предложен модернизированный СНД [7].
Рис. 2
В смеситель (рис. 2) сыпучие материалы дозаторами подаются через патрубки 1 и попадают на внутреннюю поверхность направляющей воронки 2. Скользя по ней, они ссыпаются через кольцевой зазор между выходным отверстием воронки и валом 3 на диск ротора. Благодаря наличию окон 4 на поверхностях внутрен-н ;го 5 и среднего 6 конусов сыпучие материалы под действием центробежной силы инерции равномерно распределяются сразу по трем конусам ротора. Таким образом, одна часть материала с опережением направляется на средний и внешний конуса, а другая, попавшая на поверхность внутреннего конуса 5, под действием центробежной силы инерции движется по ней снизу вверх тонким разреженным слоем. Сход материала с поверхности конуса происходит по касательной к ней. При этом траектории движения частиц относительно корпуса смесителя закручены в сторону вращения ротора. Часть потока, дойдя до первого направляющего кольца 7, в котором имеются окна, начинает скользить по его внутренней поверхности. Через некоторое время она сбрасывается с нее и пересекается с
той частью потока, которая через окна в первом направляющем кольце движется ко второму (сплошному) кольцу 8. Пересечение потоков способствует их турбулизации и дополнительному смешиванию компонентов. Материал, дошедший до сплошного направляющего кольца 8, скользит по его внутренней поверхности и равномерно ссыпается к основанию среднего конуса ротора, где смешивается с опережающим потоком,. поступающим на него с поверхности диска через окна 4 внутреннего конуса. Далее суммарный поток движется по поверхности среднего конуса и вышеописанный процесс повторяется. Аналогичное явление происходит на внешнем конусе ротора. После этого смесь ссыпается на днище 9 смесителя, где разгрузочными лопастями 10 через патрубок 11 выводится из него, подвергаясь при этом дополнительному смешиванию.
Схожую конструкцию имеет СНД [8]. Принципиальное отличие новой конструкции (рис. 3) заключается в том, что в нижних частях внутреннего 5 и среднего 6 конусов находится еще по одному ряду окон, ограниченных снизу поверхностью диска ротора, а над верхними окнами установлены козырьки. Данный смеситель также снабжен дополнительным отражателем, который имеет торовую поверхность.
Смеситель работает следующим образом. Исходные компоненты дозаторами подаются через патрубки 1 и попадаюг на внутреннюю поверхность направляющей воронки 2. Скользя по ней, они ссыпаются через кольцевой зазор между выходным отверстием воронки и ватом 5 на диск ротора. Так как окна 4 снизу ограничены поверхностью диска, только часть потока переходит на поверхность внутреннего конуса 5, а другая часть через окна движется к среднему конусу 6. Дошедший до него поток материала опять разделяется на две части. Одна из них проходит через окна 4 и движется дальше, а другая переходит на поверхность среднего конуса. Часть входного потока, перешедшая на поверхность внутреннего конуса, движется по ней снизу вверх и, благодаря наличию на конусе верхних окон 7, частично переходит через них на поверхность среднего конуса 6. В результате наличия над окнами 7 козырьков 8 поток материала, сошедший с нижней кромки окна, почти полностью переходит на поверхность последующего конуса. Оставшаяся часть потока, не прошедшая через окна, сбрасывается с поверхности конуса и отражателем 9 возвращается к нижнему' его основанию. Тем самым образуется кошур рециркуляции смеси. На среднем конусе 6 происходит аналогичный процесс. Смесь, попавшая на сплошной внешний конус 10, движется по нему и сбрасывается по направлению к стенке корпуса. Далее она выгружается из аппарата лопастями 11.
Ряд опытно-промышленных образцов СНД нашей конструкции (производительность 50-400 кг/ч), укомплектованных дозаторами объемного типа, успешно использован для получения опытных партий витаминизированной муки, заменителя цельного молока, комбини-
А-А (ротор условно остановлен)
рованных продуктов, композиционных материалов. Качество полученных смесей хорошее (коэффициент неоднородности равен 3-5%).
Рис. 3
Приведенный обзор разработанных в КемТИГГП новых конструкций СН Д центробежного типа для получения смесей дисперсных материалов позволяет сделать следующие выводы о принципах развития и усовершенствования смесительного оборудования данного типа:
1. Движение материалов в смесителе должно осуществляться в тонких и разреженных потоках, что повышает интенсивность процесса смешивания. В свою очередь. организация такого движения материалов требует наличия больших разрывных и сдвиговых напряжений в смеси, возникающих, например, под воздействием центробежных сил инерции.
2. Для повышения качества готовой композиции необходимо обеспечить разрушение конгломератов час-
тиц в исходных компонентах и образующихся в процессе их смешивания. Это может достигаться за счет наличия в конструкции СНД диспергирующих устройств в виде лопастей с острыми кромками, а также за счет установки на пути движения потока различного рода препятствий с целью использования его кинетической энергии для прямого или скользящего удара.
3. Смесители непрерывного действия, хорошо сглаживающие флуктуации входных потоков, могут быть укомплектованы простыми по конструкции и педоро гимн питателями объемного типа. Наиболее эффективный способ повышения сглаживающей способности СНД -организация направленного движения материальных потоков в нем, т. е. разбиение входного потока на несколько частей с последующим их пересечением. Использование рециркуляции (как внутренней, так и внешней) позволяет надежно сглаживать флуктуации питающих потоков и получать смеси хорошего качества. С этой целью можно устанавливать в смесителях промежуточные бункеры-накопители с ворошителями, что, однако, влечет за собой увеличение удельных энергозатрат.
Руководство указанными принципами дает возможность проектировать высокоэффективные малогабаритные СНД с пониженными материало- и энергозатратами, позволяющие получать комбинированные продукты высокого качества при соотношении смешиваемых компонентов 1 : 100 и выше.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. с. 997776 СССР, МКИ В01 F7/26: В28 С5/16. Центробежный смеситель порошкообразных материалов / А.С. Курочкин, В.Н. Иванец, Г.С. Сулеин, А.А. Крохалев. - Опубл. в Б.И. - 1983. -№7.
2. А с. 1278236 СССР, МКИ В28 С5/16. Центробежный смеситель /АС. Курочкин, В.Н. Иванец, Г.Г. Айрапетян и др. - Опубл. в Б.И. -1986.-№47.
3. А. с. 1278239 СССР, МКИ В01 F7/26. Центробежный смеситель / АС. Курочкин, В.Н. Иванец, Ю. А Коршиков и др. - Опубл. в Б.И. - 1986. -№ 47.
4. . 1345413 СССР, МКИ В01 F7/26. Смеситель сыпучих ма-
териалов / АС. Курочкин, В.Н. Иванец и др. - Опубл. в Б.И. -1987. -№ 5.
5. А. с. 2081747 РФ, МКИ В 28 С 5/16. Центробежный сме-сителЙТО.Ю. Гарбузова, В.Н. Иванец, АБ. Шушпанников. - Опубл. в Б.И. - 1997. - № 17.
6. Пат. 2132725 РФ, МКИ В01 F7/26. Центробежный смеситель / В.Н. Иванец, И. А. Бакин, Б. А Федосенкоа - Опубл. в Б.И. -1999.— №19.
7. Пат. 2177823 РФ, МКИ В01 F7/26. Центробежный смеситель / В.Н. Иванец, Г.Е. Иванец, С. А. Ратников и др. - Опубл. в Б.И. -2002.-№ 1.
8. Пат. 2177362 РФ, МКИ В01 F7/26. Центробежный смеси-
тель / В.Н. Иванец С.А. Ратников, Г.Е. Иванец и др. - Опубл. в Б.И. -2001.-№36. ...., . .. . - \
Кафс.чра процессов и аппаратов пищевых производств ‘
Поступила 25.11.02г, ;
