CC BY
0
УДК 621
Б01: 10.17277/уез1тк.2023.04.рр.653-665
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В СМЕСИТЕЛЯХ ГРАВИТАЦИОННОГО ТИПА
В. Я. Борщев, Х. Фарур, В. С. Макаров, Г. В. Кокунов
Кафедра «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность», borschov@yandex.ru; ФГБОУ ВО «ТГТУ»; Тамбов, Россия
Ключевые слова: гравитационные смесители; повышение эффективности смешивания; смешивание сыпучих материалов; сыпучий материал.
Аннотация: Рассмотрены известные конструкции гравитационных смесителей сыпучих материалов, широко используемых в различных отраслях промышленности. В результате анализа конструкций смесителей гравитационного типа показана необходимость дополнительных воздействий на сыпучий материал в процессе его движения вдоль корпуса смесителя с целью интенсификации процесса смешивания. Большое внимание при разработке более совершенных конструкций гравитационных смесителей уделяется турбулизации потока сыпучего материала на рабочих органах смесителя.
Введение
Процесс смешивания сыпучих материалов широко применяется во многих отраслях промышленности, в таких как химическая (в производстве различных химических добавок), пищевая, сельское хозяйство, строительство (при производстве различных сухих строительных смесей) и др. [1].
Эффективность технологической стадии приготовления смесей из сыпучих материалов определяется стабильной подачей исходных компонентов в смеситель, высоким качеством и интенсивностью процесса смешивания, максимальным уменьшением влияния погрешностей дозирования исходных компонентов на качество готовой смеси [1 - 4].
В химической и смежных отраслях промышленности широко применяется гравитационное смешивание сыпучих материалов. Оно реализуется в смесителях, в которых смешиваемые компоненты движутся вдоль корпуса под действием гравитационных сил, многократно циркулируют и перераспределяются в объеме всей смеси. Преимущества гравитационных смесителей - простота устройства и эксплуатации; отсутствие движущихся рабочих органов; малые удельные энергетические затраты. С целью интенсификации процесса смешивания в гравитационных смесителях используют также дополнительное воздействие на сыпучий материал в виде распыления, наслоения слоев смешиваемых частиц, неравномерности движения частиц, удара струи сыпучего материала о рабочий орган смесителя и т.д. Наиболее распространенными в настоящее время являются лотковый, бункерный и ударно-распылительный смесители гравитационного типа.
В настоящей статье рассмотрены конструкции гравитационных смесителей, а также пути повышения эффективности смешивания сыпучих материалов в них.
Гравитационные смесители без перемешивающего органа
Простотой конструкции и эксплуатации характеризуются лотковые смесители. Классический гравитационный лотковый смеситель (рис. 1) представляет собой корпус 1 прямоугольного сечения с установленными внутри друг над другом наклонными лотками 2 [1].
Смешиваемые компоненты подаются в смеситель с помощью дозатора через штуцера 3 и 4. В рабочей зоне смешивания сыпучий материал движется по лотку тонким слоем. Угол наклона лотка к горизонту должен быть больше угла трения сыпучего материала о поверхность лотка. Смешивание отдельных компонентов происходит в момент встречи слоев, стекающих с первых двух лотков, при неравномерном их движении по последующим лоткам и пересыпании с лотка на лоток.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность процесса смешивания, обусловленная тем, что сыпучий материал движется по поверхности лотков в режиме скольжения практически без перемешивания частиц.
Повышение эффективности процесса смешивания сыпучих материалов в таких аппаратах возможно за счет различных конструктивных решений. Основные направления совершенствования гравитационных смесителей заключаются в разработке конструкций, реализующих режим активного взаимодействия частиц в процессе их движения вдоль корпуса аппарата.
Современным аналогом рассмотренного устройства является более эффективный смеситель сыпучих материалов гравитационного типа [5].
Смеситель сыпучих материалов гравитационного типа состоит из установленного на станине 1 вертикального корпуса прямоугольного сечения 2 (рис. 2). Внутри корпуса размещены друг над другом наклонные лотки 5. Подача исходных компонентов осуществляется через загрузочные устройства 3 и 4, снабженные дозаторами 8. Готовая смесь выгружается из нижней части корпуса через штуцер 7. На поверхностях лотков выполнены продольные ручьи 9 треугольного сечения. Каждый лоток сообщается через окно в стенке корпуса с дополнительными устройствами загрузки 6, снабженными дозаторами 8.
Работа данного смесителя основана на порционной подаче одного из компонентов смеси, то есть на постепенной его подаче по высоте корпуса. Сыпучий компонент с меньшим массовым содержанием через загрузочное устройство 3 подается на верхний наклонный лоток 5 равномерным по ширине слоем и движется по его поверхности.
На сформированный на лотке слой сыпучего материала из устройства загрузки 4 подает второй компонент, содержание которого в смеси больше. При тонкослойном движении по поверхности лотка сыпучие компоненты перемешиваются. Полученная смесь тонким слоем поступает на следующий наклонный лоток, на котором на нее вновь равномерно по ширине лотка подается второй компонент из следующего по пути движения материалов дополнительного загрузочного устройства 6. Компоненты перемешиваются, и процесс повторяется на следующих лотках. Готовая смесь выгружается из смесителя через разгрузочный штуцер 7. В целях получения на наклонных лотках равномерного по толщине слоя смешиваемых компонентов на них изготовлены продольные ручьи 9 треугольного сечения. По мере подачи второго компонента толщина слоя материала на лотках увеличивается. Вследствие этого для обеспечения скорости перемещения смеси по лоткам угол их наклона к горизонтали увеличивается от верхнего лотка к нижнему.
Рис. 1. Гравитационный лотковый смеситель
Вид А
Рис. 2. Смеситель сыпучих материалов гравитационного типа
Таким образом, в процессе движения смеси в корпусе смесителя по наклонным лоткам происходит ее насыщение вторым компонентом. При такой организации подачи смешиваемых компонентов возможно получение смеси с большой разницей соотношения смешиваемых компонентов в ней.
Рассмотренный смеситель сыпучих материалов не имеет подвижных деталей, способен проводить порционное смешение и получать однородные смеси компонентов с массовым соотношением 1:10 и более. Однако вследствие продольного размещения стержней на наклонных лотках наблюдается организованное движение частиц в каналах между стержнями. В процессе такого движения практически исключено поперечное перемешивание частиц, что является причиной низкого качества получаемой смеси. Кроме того, следует отметить достаточную сложность конструкции смесителя, а также высокие требования к точности и равномерности дозирования сыпучего компонента с помощью дополнительных загрузочных устройств.
Практически такие же недостатки характерны для смесителя сыпучих материалов гравитационного типа, состоящего из неподвижного вертикального корпуса прямоугольного сечения с расположенными друг над другом лотками [6]. В верхней части корпуса установлены устройства загрузки, в нижней - выгрузки. Каждый из лотков сообщается с дополнительными устройствами загрузки одного из материалов. Над лотками установлены рейки с эластичными элементами, имеющими привод возвратно-поступательного движения. Лотки выполнены криволинейной формы - вогнутыми и выгнутыми. Они чередуются по высоте корпу-
8
4
4
9
1
са, причем длина эластичных элементов и расстояния между ними больше над выгнутыми лотками.
Основными недостатками известных конструкций лотковых гравитационных смесителей сыпучих материалов являются низкая эффективность процесса смешивания и небольшая эксплуатационная надежность. Вследствие этого интенсификация и повышение эффективности процесса смешивания в этих смесителях, на наш взгляд, должны осуществляться путем увеличения турбулизации и циркуляции потоков смешиваемых материалов. Такие подходы, как правило, характеризуются также уменьшением металло- и энергоемкости смесительного оборудования.
На рисунке 3 представлен гравитационный смеситель сыпучих материалов, в котором процесс смешивания интенсифицируется за счет турбулизации потоков смешиваемых компонентов на рабочих органах устройства [7].
Гравитационный смеситель для сыпучих материалов состоит из неподвижного вертикального корпуса 1 прямоугольного сечения. Внутри корпуса друг над другом размещены наклонные лотки 2. На поверхности лотков закреплены поперечные цилиндрические стержни 3, имеющие диаметр, равный среднему диаметру частиц сыпучего материала На крышке 4 имеются штуцера 5 и 6 для загрузки исходных компонентов, а в нижней части корпуса - штуцер 7 для выгрузки готовой смеси.
Принцип действия гравитационного смесителя для сыпучих материалов заключается в следующем. Исходные компоненты загружают в корпус смесителя через штуцера 5 и 6 в крышке. Смешиваемые компоненты поступают на верхние наклонные лотки 2. На наклонных лотках в зазоры между стержнями 3 попадают частицы материала, задерживаются в них и образуют неподвижный шероховатый слой. Относительно этого неподвижного шероховатого слоя на лотке организуется
Рис. 3. Схема гравитационного смесителя сыпучих материалов
сдвиговое течение сыпучего материала. В процессе сдвигового движения на поверхности лотка наблюдается интенсивное перемешивание частиц сыпучего материала. Затем частицы с первых лотков ссыпаются на нижележащий лоток, на котором процесс смешивания повторяется. В результате многократного повторения процесса на последующих лотках получается готовая смесь удовлетворительного качества. Готовая смесь выгружается из корпуса смесителя через нижний штуцер 7.
Для обеспечения интенсивного перемешивания частиц в процессе их сдвигового течения угол наклона лотков должен находиться в интервале (1,1...1,15)ао (ао - угол естественного откоса сыпучего материала) [8, 9]. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют, что при таких углах наклона на лотках организуются условия сдвигового течения, благоприятные для интенсивного перемешивания частиц сыпучих материалов. При меньших значениях угла наклона на лотке в процессе сдвигового течения не наблюдается интенсивное перемешивание частиц материала. При большем наклоне в процессе сдвигового течения сыпучего материала на лотке наблюдается хаотичное движение частиц, препятствующее эффективному перемешиванию частиц. Вследствие этого организация сдвигового течения сыпучего материала на наклонных лотках как при малых, так и больших углах наклона характеризуется низким качеством смеси.
Данное устройство позволяет значительно интенсифицировать перемешивание частиц сыпучих материалов в результате их сдвигового течения на наклонных лотках. По сравнению с аналогами данное устройство обеспечивает получение смеси высокого качества, что улучшает технико-экономические показатели производства.
Более эффективными и предпочтительными являются конструкции смесителей, характеризующиеся активным гидродинамическим режимом. В них организуется эффективное движение смешиваемых компонентов вдоль корпуса аппарата [10]. Для организации движения сыпучего материала в корпусе смесителя устанавливаются различные транспортирующие устройства, в частности шнеки, пересыпные воронки, а также применяются устройства для аэрирования потока сыпучего материала.
На рисунке 4 представлена схема гравитационного смесителя с устройством для аэрирования потока сыпучего материала.
Гравитационный смеситель [11] состоит из вертикального корпуса 1, на внутренних стенках которого по высоте закреплены наклонные пересыпные пластины. На крышке вертикального корпуса 1 установлены патрубки 2 и 3 подачи исходных сыпучих материалов на верхние наклонные пересыпные пластины 4 и 5. Над этими пластинами шарнирно закреплены подпружиненные распределительные пластины 6. В средней части корпуса 1 установлена перфорированная наклонная пересыпная пластина 7. На боковых стенках вертикального корпуса 1 смонтированы патрубки 8 и 9 подвода и отвода воздуха соответственно. Под патрубком отвода воздуха 9 установлен отбойный элемент 10.
Гравитационный смеситель работает следующим образом. Исходные сыпучие материалы подаются через патрубки 2 и 3 на верхние наклонные пересыпные пластины 4 и 5. С помощью подпружиненных распределительных пластин 6 исходные материалы равномерно распределяются по ширине наклонных пересыпных пластин. Ссыпаясь с пластины, один порошок тонким слоем накладывается на другой, и далее по пластине 5 движется уже двухслойный поток, который падает на перфорированную наклонную пересыпную пластину 7. Одновременно с исходными сыпучими материалами в смеситель через патрубок подвода воздуха 8 подается воздух.
Проходя через отверстия перфорированной наклонной пересыпной пластины 7, воздух псевдоожижает движущийся по ней поток исходных материалов. За счет этого исходные материалы интенсивно перемешиваются. Отработанный воздух удаляется из смесителя через патрубок отвода воздуха 9. При этом он огибает отбойный элемент 10, который служит для предотвращения уноса сыпучего материала вместе с воздухом. Смешанные в псевдоожиженном слое сыпучие материалы опускаются вниз, дополнительно смешиваются на нижних наклонных пересыпных пластинах. Готовая смесь выводится из смесителя через штуцер в нижней части корпуса.
В процессе интенсивного перемешивания в псевдоожиженном слое возможно истирание частиц смешиваемых материалов, а также унос мелких частиц воздушным потоком из смесителя. В результате может изменяться заданное соотношение компонентов смеси.
В отличие от лоткового, более интенсивное перераспределение и, следовательно, перемешивание частиц сыпучих материалов обеспечивается в бункерных смесителях [1, 12, 13].
На рисунке 5 представлена классическая конструкция гравитационного бункерного смесителя [1]. Смешиваемые компоненты подаются в смеситель дозатором через штуцера 2 и 3. По высоте цилиндрического корпуса 1 смонтированы друг над другом пять или шесть конических днищ 4 с отверстиями 5. При этом каждое коническое днище и часть цилиндрического корпуса образуют бункер. Размер выпускных отверстий 5 в днищах должен выбираться из условия обеспечения определенного запаса материала в бункерах.
Компоненты смешиваются в результате неравномерного движения частиц по бункерам. Для достижения необходимой однородности смеси материал, загруженный в бункер, должен многократно пройти зону нижней части бункера. Вследствие этого обычно в смесителе монтируют три и более конических днищ.
Применение бункерных смесителей ограничено приготовлением смесей из хорошо сыпучих материалов. Для смешивания материалов, склонных к налипанию, эти смесители не применяются. Кроме того, смешиваемые материалы в бункерах не должны образовывать своды над выпускными отверстиями.
Гравитационные смесители с перемешивающим органом
Для интенсификации процесса смешивания в гравитационных смесителях, в частности, применяется такой динамический процесс, как удар струи сыпучего материала о рабочий орган смесителя. В результате удара происходит распыл струи сыпучего материала и, как следствие, интенсификация перераспределения частиц в разреженном потоке.
В гравитационном ударно-распылительном смесителе [1] поступающие из дозаторов через штуцера 1 исходные компоненты последовательно проходят тонкими слоями по наклонным лоткам 2 (рис. 6).
Порошок 1 Порошок 2 +
Воздух
Воздух
9
\ 10 ■
К 1
Смесь {
Рис. 4. Гравитационный смеситель
Смешиваемые компоненты наслаиваются на нижнем лотке один на другой. Вследствие этого они не скапливаются в одном месте верхнего бункера первой секции смесителя. Перемещение частиц материала вниз по секциям происходит под действием сил тяжести. Каждая секция смесителя состоит из цилиндрической обечайки 3, конического днища 4 с центральным отверстием, шибера 5 и ударно-распылительного наконечника 6. Выходящая из нижнего отверстия бункера струя свободно падающего материала ударяется о наконечник 6 и распыляется. Получающийся факел из твердых частиц имеет форму пологого параболоида вращения. Частицы факела падают на слой материала, находящийся в бункере последующей секции. Процессы движения частиц в бункере, истечения их из отверстия и последующего распыливания и оседания повторяются на каждой секции смесителя. Перераспределение частиц отдельных компонентов происходит как во время их движения по бункерам, так и в факелах.
Для обеспечения устойчивой струи материала, вытекающей из отверстия конического днища, необходимо иметь в бункере каждой секции определенный его запас. Этого можно добиться изменением размера выпускного отверстия с помощью шибера 5. При пуске в работу смесителя шибера, начиная с верхнего, открываются последовательно с некоторым интервалом времени, необходимым для создания определенного запаса материала в вышележащем бункере.
Модификации ударно-распылительных смесителей представлены в работах [14, 15]. Основными недостатками ударно-распылительных смесителей являются их относительная сложность, а также невозможность получения качественных смесей из плохо сыпучих или увлажненных компонентов.
Для интенсификации процесса смешивания сыпучих материалов и повышения качество смеси в гравитационных смесителях дополнительно применяют конструктивные элементы, осуществляющие разрыхление плотного потока, повышение подвижности частиц и их перераспределение в корпусе смесителя.
Такой подход реализован в виброгравитационном смесителе [1], в котором благодаря применению вибраций имеется возможность смешивать вещества средней сыпучести, такие как тальк, мел, углеграфитовые порошки, цемент и т. д.
Виброгравитационный смеситель состоит из нескольких секций прямоугольного сечения, расположенных друг над другом (рис. 7).
1
На верхней секции имеется дозатор 1 непрерывного действия, способный принимать до шести разных компонентов одновременно. В каждой секции смесителя на различной высоте установлены ударно-распылительные отражатели 2, а также имеется днище 3 с четырьмя отверстиями 4.
Принцип перемещения мате-^ риала по секциям аналогичен движению частиц в ударно-распыли-7 тельном смесителе. Отличие заключается в том, что при пересыпании материала в виброгравитационном смесителе образуется
Рис. 7. Схема виброгравитационного смесителя нескольких факелов распыла,
в остальном процесс аналогичен.
Выгрузка готовой смеси осуществляется из нижней секции через выходное отверстие. Процесс перемешивания материалов в основном происходит при образовании нескольких факелов распыла частиц, перекрещивании их траектории полета и перемещении по стенкам днища. Для исключения задерживания частиц на стенках днищ в секциях служит пневматический или механический эксцентриковый вибратор 5. Корпус смесителя установлен на резинометаллическом амортизаторе 6, который смонтирован на станине 7.
Интересное конструктивное решение в целях повышения интенсивности перемешивания частиц сыпучих материалов в гравитационных смесителях предложено в работе [16].
На рисунке 8 представлена схема гравитационного смесителя сыпучих материалов. Смеситель содержит вертикальный бункер 1 с входными 2 и выходными 3 патрубками, в котором размещен распределитель потока. Распределитель выполнен в виде соосных и расположенных друг над другом усеченных конусов 4, обращенных вершинами вверх и снабженных горло- ' винами 5 в виде колец. Каждая нижерасположенная горловина выполнена с меньшим диаметром, чем вышерасположенная, конусы разделены прорезями на лепестки 6. При этом каждый из конусов повернут вокруг оси относительно предыдущего на половину углового шага между его лепестками. Последний по ходу сыпучего потока конус 7 выполнен сплошным, то есть не имеет прорезей.
Часть зернистого материала ссыпается с лепестков конусных распределителей потока веером вниз по корпусу практически без активного взаимодействия с основным потоком материала. Вследствие этого снижается эффективность поперечного перемешивания
частиц материала и, как следствие, качество
Рис. 8. Гравитационный смеситель перемешивания исходных компонентов. г
г сыпучих материалов
Активным взаимодействием частиц смешиваемых компонентов в поперечном сечении корпуса характеризуется процесс смешивания сыпучих материалов в аппарате, представленном на рис. 9 [17]. Аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, конического днища 2, закрепленных осесимметрично корпусу пересыпных воронок 3 в виде усеченных конусов, патрубков 4 и 5 для загрузки исходных компонентов и выгрузки готовой смеси соответственно. При этом пересыпные воронки 3 закреплены с зазором относительно цилиндрического корпуса 1 и с зазором относительно друг друга в проекции на вертикальную плоскость с помощью кронштейнов 6 в виде наклонных пластин, имеющих противоположный наклон на смежных воронках. Под каждой пересыпной воронкой установлены разрыхлители потока материала, выполненные в виде лопастей 7. Лопасти закреплены на вертикальном валу 8, установленном осесимметрично корпусу 1 и вращающемся от привода 9.
В зазорах между пересыпными воронками 3 и разрыхлителями 7 с зазором относительно них в проекции на вертикальную плоскость на корпусе аппарата закреплены направляющие воронки 10 в виде перевернутых усеченных конусов. На их внутренней поверхности смонтированы изогнутые лопасти 11, имеющие противоположный наклон на смежных воронках. Под нижней направляющей воронкой в корпусе неподвижно закреплена тарель 12.
Смеситель сыпучих материалов работает следующим образом. Сначала сыпучий материал подают через загрузочный штуцер 4 и пересыпные воронки 3 на тарель 12 до полного заполнения внутреннего пространства каскада пересыпных воронок. При этом под каждой из пересыпных воронок образуются насыпки материала с углами естественного откоса. После заполнения пересыпных воронок подачу материала продолжают и приводят в действие лопасти 7, расположенные
в насыпках материала под воронками. Под действием лопастей 7 часть материала параллельными разрыхленными потоками падающих частиц перемещается в пространстве между пересыпными воронками и корпусом. Падающие частицы параллельных потоков контактируют с кронштейнами 6, выполненными в виде наклонных пластин. При контакте с кронштейнами падающие частицы изменяют траекторию движения и перемешиваются.
Далее частицы, падающие в пространстве между пересыпными воронками 3 и корпусом 1, попадают в направляющие воронки 10. В них с помощью изогнутых лопаток 11 сыпучий материал, падающий в пространстве между пересыпными воронками и корпусом, дополнительно перемешивается. Затем смешиваемый материал через нижнее основание направляющих воронок вновь подается в пересыпные воронки 3. Дополнительный эффект перемешивания частиц сыпучего материала организуется при самотечном движении материала в пересыпной воронке вдоль корпуса смесителя 1.
Вследствие неравномерного движения вдоль корпуса аппарата в конических пересыпных воронках частицы материала подвергаются продольному перемешиванию, а также вовлекаются в радиальные перемещения. Это приводит к определенному продольному и поперечному перемешиванию частиц, что способствует дополнительному перемешиванию сыпучих материалов. Затем сыпучий материал подается в следующую пересыпную воронку, где процесс смешивания повторяется в последовательности, аналогичной рассмотренной. В результате многократного повторения процесса перемешивания на последующих воронках достигается достаточно высокое качество смешивания сыпучих материалов. Готовая смесь выгружается из устройства через патрубок 5 в коническом днище 2.
Следует отметить, что гравитационные смесители характеризуются простотой в изготовлении и эксплуатации, но отличаются достаточно низкой эффективностью при смешивании склонных к сегрегации компонентов.
Заключение
Проведенный анализ свидетельствует, что классические конструкции промышленных гравитационных смесителей в большинстве случаев морально устарели. Кроме того, для них характерна невозможность получения смеси стабильного состава и высокого качества. Значительным недостатком существующих конструкций смесителей является низкая эффективность процесса смешивания и их низкая эксплуатационная надежность. Поэтому для интенсификации процесса смешивания, на наш взгляд, перспективными являются пути и подходы, позволяющие увеличивать турбулизацию и циркуляцию потоков смешиваемых сыпучих материалов.
Таким образом, наиболее эффективными и предпочтительными являются конструкции гравитационных смесителей с активным гидродинамическим режимом, в которых обеспечивается организованное движение вдоль корпуса аппарата частиц сыпучих материалов, подвергаемых смешиванию. Для организации движения сыпучего материала в корпусе смесителя монтируются различные транспортирующие устройства, в частности пересыпные воронки, а также применяются устройства для аэрирования потока сыпучего материала.
Список литературы
1. Макаров, Ю. И. Аппараты для смешения сыпучих материалов / Ю. И. Макаров. - М. : Машиностроение, 1973. - 216 с.
2. Першин, В. Ф. Переработка сыпучих материалов в машинах барабанного типа / В. Ф. Першин, В. Г. Однолько, С. В. Першина. - М. : Машиностроение, 2009. - 220 с.
3. Бородулин, Д. М. Развитие смесительного оборудования центробежного типа для получения сухих и увлажненных комбинированных продуктов : монография / Д. М. Бородулин, В. Н. Иванец. - Кемерово : Изд-во КемТИПП, 2012. - 178 с.
4. Демин О. В. Пути повышения эффективности смешивания сыпучих материалов / О. В. Демин, М. М. Свиридов, В. Ф. Першин // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2010. - Т. 53, № 1. - С. 97 - 99.
5. Пат. 2526963 Российская Федерация, МПК B28C 5/04 (2006.01). Смеситель сыпучих материалов гравитационного типа / А. И. Зайцев, А. Е. Лебедев,
A. Б. Капранова ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЯГТУ». -№ 2013135421/03 ; заявл. 26.07.2013 ; опубл. 27.08.2014, Бюл. № 24. - 5 с.
6. Пат. 2770358 Российская Федерация, МПК B01F 23/60_(2022.01). Смеситель сыпучих материалов гравитационного типа / А. Е. Лебедев, И. С. Гуданов ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ЯГТУ». - № 2013135421/03 ; заявл. 12.11.2021 ; опубл. 15.04.2022, Бюл. № 11. - 7 с.
7. Пат. 2683838 Российская Федерация, МПК B28C 5/04 (2006.01). Гравитационный смеситель / В. Я. Борщев, Т. А. Сухорукова ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ТГТУ». - № 2018112079 ; заявл. 03.04. 2018 ; опубл. 02.04.2019, Бюл. № 10. - 5 с.
8. Долгунин, В. Н. «Температура» зернистой среды и физические эффекты взаимодействия частиц при быстром сдвиговом течении зернистых материалов /
B. Н. Долгунин, В. Я. Борщев // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2007. - Т. 50, № 8. - С. 78 - 82.
9. Dolgunin, V. N. Modeling the Gravity Cascade Classification of Granular Materials / V. N. Dolgunin, V. Ya. Borshchev, M. Yu. Ilyasova // Chemical and Petroleum Engineering. - 2014. - Vol. 50, No. 7 - 8. - P. 430 - 434.
10. Верлока, И. И. Современные гравитационные устройства непрерывного действия для смешивания сыпучих компонентов / И. И. Верлока, А. Б. Капранова, А. Е. Лебедев // Инженерный вестник Дона. - 2014. - № 4. - С. 46
11. Пат. 16508 Республика Беларусь, МПК B01F 3/18. Гравитационный смеситель / Э. И. Левданский, А. Э. Левданский, Д. И. Чиркун, У. В. Опимах ; заявитель и патентообладатель Учреждение образования «Белорусский государтсвен-ный технический университет». - № 20100907 ; заявл. 10.06.2010 ; опубл. 30.10.2012. - 3 с.
12. Пат. 484888 Российская Федерация, МПК B01F 13/00_(2000.01). Гравитационный смеситель / В. Г. Жуков, Г. М. Жукова ; заявитель и патентообладатель Московский технологический институт мясной и молочной промышленности. -№ 1856542 ; заявл. 11.12.1972 ; опубл. 25.09.1975, Бюл. № 35. - 6 с.
13. Пат. 2220763 Российская Федерация, МПК B01F 3/18 (2000.01). Смеситель сыпучих материалов / А. Н. Панков, А. Н. Лукаш, А. А. Панков ; заявитель и патентообладатель Тульский государственный университет. - № 2002113789/1 ; заявл. 27.05.2002 ; опубл. 10.01.2004, Бюл. № 1.
14. Пат. 1079273 Российская Федерация, МПК B01F 3/18 (2000.01). Гравитационный смеситель сыпучих материалов / И. О. Дрейер, О. О. Разянова, Г. Е. Голубчикова, С. И. Кузнецов, А. А. Мухин ; заявитель и патентообладатель Латвийский филиал всесоюзного научно-исследовательского института комбикормовой промышленности. - № 3432662 ; заявл. 28.04.1982 ; опубл. 15.03.1984, Бюл. № 10. - 5 с.
15. Пат. 1678425 Российская Федерация, МПК B01F 3/18 (2000.01). Гравитационный смеситель / И. О. Дрейер, О. О. Разянова, Г. Е. Голубчикова, С. И. Кузнецов, А. А. Мухин ; заявитель и патентообладатель Рижский политехнический институт им. А. А. Пельше. - № 4755625 ; заявл. 01.11.1989 ; опубл. 23.09.1991, Бюл. № 35. - 6 с.
16. Пат. 1755904 Российская Федерация, МПК Б01Б 3/18 (2000.01). Смеситель сыпучих материалов / И. Т. Кладько ; заявитель и патентообладатель И. Т. Кладько. - № 4775181 ; заявл. 02. 01. 1990 ; опубл. 23.08. 1992, Бюл. № 31. - 6 с.
17. Пат. 195175 Российская Федерация, МПК Б01Б 7/18 (2006.01). Усреднитель сыпучих материалов / В. Я. Борщев, Т. А. Сухорукова, Ю. А. Феоклистов, В. В. Матюкин ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ТГТУ». -№ 2019135016 ; заявл. 31.10.2019 ; опубл. 16.01.2020, Бюл. № 2. - 6 с.
Ways to Increase the Efficiency of Mixing Bulk Materials in Gravity Type Mixers
V. Ya. Borshchev, H. Faarour, V. S. Makarov, G. V. Kokunov
Department of Technological Processes, Devices and Technosphere Safety, borschov@yandex.ru; TSTU; Tambov, Russia
Keywords: gravity mixers; increasing mixing efficiency; mixing bulk materials; bulk material.
Abstract: The well-known designs of gravitational mixers for bulk materials, widely used in various industries, are considered. As a result of the analysis of the designs of gravity-type mixers, the need for additional influences on bulk material during its movement along the mixer body is shown in order to intensify the mixing process. When developing more advanced designs of gravity mixers, much attention is paid to turbulence of the flow of bulk material on the working parts of the mixer.
References
1. Makarov Yu.I. Apparaty dlya smesheniya sypuchikh materialov [Apparatuses for mixing bulk materials], Moscow: Mashinostroyeniye, 1973, 216 p. (In Russ.)
2. Pershin V.F., Odnol'ko V.G., Pershina S.V. Pererabotka sypuchikh materialov v mashinakh barabannogo tipa [Processing of bulk materials in drum-type machines], Moscow: Mashinostroyeniye, 2009, 220 p. (In Russ.)
3. Borodulin D.M., Ivanets V.N. Razvitiye smesitel'nogo oborudovaniya tsentrobezhnogo tipa dlya polucheniya sukhikh i uvlazhnennykh kombinirovannykh produktov : monografiya [Development of centrifugal-type mixing equipment for producing dry and moistened combined products: monograph], Kemerovo: Izdatel'stvo KemTIPP, 2012, 178 p. (In Russ.)
4. Demin O.V., Sviridov M.M., Pershin V.F. [Ways to increase the efficiency of mixing bulk materials, Izvestiya vuzov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [News of universities. Chemistry and chemical technology], 2010, vol. 53, no. 1, pp. 97-99. (In Russ., abstract in Eng.)
5. Zaytsev A.I., Lebedev A.Ye., Kapranova A.B. Smesitel' sypuchikh materialov gravitatsionnogo tipa [Mixer of bulk materials of gravitational type], Russian Federation, 2014, Pat. 2526963. (In Russ.)
6. Lebedev A.Ye., Gudanov I. S. Smesitel' sypuchikh materialov gravitatsionnogo tipa [Mixer of bulk materials of gravity type], Russian Federation, 2022, Pat. 2770358. (In Russ.)
7. Borshchev V.Ya., Sukhorukova T.A. Gravitatsionnyy smesitel' [Gravity mixer], Russian Federation, 2019, Pat. 2683838. (In Russ.)
8. Dolgunin V.N., Borshchev V. Ya. [Temperature" of a granular medium and physical effects of interaction of particles during rapid shear flow of granular materials], Izvestiya vuzov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [News of universities. Chemistry and chemical technology], 2007, vol. 50, no. 8, pp. 78-82. (In Russ., abstract in Eng.)
9. Dolgunin V.N., Borshchev V.Ya., Ilyasova M.Yu. Modeling the Gravity Cascade Classification of Granular Materials, Chemical and Petroleum Engineering, 2014, vol. 50, no. 7-8. pp. 430-434.
10. Verloka I.I., Kapranova A.B., Lebedev A.Ye. [Modern continuous gravitational devices for mixing bulk components], Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering Bulletin of the Don], 2014, no. 1, pp. 46 (In Russ., abstract in Eng.)
11. Levdanskiy E.I., Levdanskiy A.E., Chirkun D.I., Opimakh U.V. Gravitatsionnyy smesitel' [Gravity mixer], Republic of Belarus, 2012, Pat. 16508.
12. Zhukov V.G., Zhukova G.M. Gravitatsionnyy smesitel' [Gravity mixer], Russian Federation, 1975, Pat. 484888. (In Russ.)
13. Pankov A.N., Lukash A.N., Pankov A.A. Smesitel' sypuchikh materialov [Mixer of bulk materials], Russian Federation, 2004, Pat. 2220763. (In Russ.)
14. Dreyyer I.O., Razyanova O.O., Golubchikova G.Ye., Kuznetsov S.I., Mukhin A. A. Gravitatsionnyy smesitel' sypuchikh materialov [Gravity mixer of bulk materials], Russian Federation, 1984, Pat. 1079273. (In Russ.)
15. Dreyyer I.O., Razyanova O.O., Golubchikova G.Ye., Kuznetsov S.I., Mukhin A.A. Gravitatsionnyy smesitel' [Gravity mixer], Russian Federation, 1991, Pat. 1678425. (In Russ.)
16. Klad'ko I.T. Smesitel' sypuchikh materialov [Mixer of bulk materials], Russian Federation, 1992, Pat. 1755904. (In Russ.)
17. Borshchev V.Ya., Sukhorukova T.A., Feoklistov Yu.A., Matyukin V.V. Usrednitel' sypuchikh materialov [Bulk materials homogenize], Russian Federation, 2020, Pat. 195175. (In Russ.)
Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz beim Mischen von Schüttgütern in Gravitationstypmischern
Zusammenfassung: Es sind die bekannten Konstruktionen von Gravitationsmischern für Schüttgüter betrachtet, die in verschiedenen Industriezweigen weit verbreitet sind. Als Ergebnis der Analyse der Konstruktionen von Schwerkraftmischern zeigt sich die Notwendigkeit zusätzlicher Einflüsse auf das Schüttgut während seiner Bewegung entlang des Körpers des Mischers, um den Mischprozess zu intensivieren. Bei der Entwicklung fortschrittlicherer Konstruktionen von Schwerkraftmischern wird viel Wert auf die Turbulenzen des Schüttgutflusses an den Arbeitsteilen des Mischers gelegt.
Moyens d'augmentation de l'efficacité du mélange des matériaux en vrac dans les mélangeurs à gravité
Résumé: Sont examinées les conceptions connues des mélangeurs à gravité de matériaux en vrac largement utilisés dans diverses industries. A l'issus de l'analyse des structures des mélangeurs de type gravité est montrée la nécessité des effets supplémentaires sur le matériau en vrac lors de son mouvement le long du corps du mélangeur afin d'intensifier le processus de mélange. Une grande attention est accordée à la turbulence du flux de matière en vrac sur les organes de travail du mélangeur lors du développement de modèles plus avancés de mélangeurs à gravité.
Авторы: Борщев Вячеслав Яковлевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность»; Фарур Хамза - аспирант кафедры «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность»; Макаров Вадим Сергеевич - студент; Кокунов Глеб Викторович - студент, ФГБОУ ВО «ТГТУ»; Тамбов, Россия
