Двухроторные смесители. 
Оборудование подготовительных процессов заводов пластмасс

Двухроторные смесители отличаются большим разнообразием конструкций; их применяют для приготовления с подогревом или охлаждением высоковязких пастообразных масс, смешения сыпучих материалов с небольшими добавками жидкостей, а также для пластикации композиций полимерных материалов. Конструкция этих смесителей зависит от их назначения. Общими основными конструктивными элементами двухроторных смесителей являются рабочая камера, в которой с различной скоростью навстречу один другому вращаются два ротора, имеющие в зависимости от назначения различную конфигурацию.

Лопастные смесители

Лопастные смесители широко используются в промышленности переработки пластических масс в процессах перемешивания с одновременным нагревом или охлаждением разнообразных полутвердых масс, паст, клеев, для перемешивания исходных сыпучих, волокнистых или иных материалов с пластификаторами.

Простейший вариант лопастного смесителя, широко применяемый в промышленности переработки пластмасс — смеситель с Z-образными лопастями (рис. 5.26) [2].

Внутри опрокидывающейся рабочей камеры располагаются два ротора, вращающиеся навстречу друг другу с различными скоростями (п = 180-Н200 об/мин).

Компоненты смеси загружаются при открытой крышке 5 или через загрузочный штуцер 6 и попадают непосредственно на Z-образные лопасти 2, вращающиеся в подшипниках 3 навстречу друг другу.

Лопасти вращаются в камере, образованной корытом 1 специальной формы, которое закрыто с торцов боковыми стенками 4. В торцовых стенках установлены сальниковые уплотнения, препятствующие проникновению перемешиваемой массы через зазоры в отверстиях между валами и стенками.

Рис. 5.26. Схема двухроторного смесителя с Z-образными лопастями:

пояснения в тексте Лопастные валы приводятся во вращение от электродвигателя 11 через упругую муфту 10, цилиндрический редуктор 9, универсальную муфту и приводные зубчатые колеса 8.

В зависимости от условий процесса перемешивания смесители изготавливаются с обогревом корыта с помощью рубашки 7 или без такого обогрева. Обогрев или охлаждение перемешиваемой среды осуществляется паром или водой. Иногда для обогрева используются трубчатые электронагреватели (ТЭНы).

Когда смешение окончено (длительность смешения определяется заданным качеством смеси), вращение лопастей прекращается и с помощью механизма опрокидывания 12, снабженного индивидуальным приводом, корыто поворачивается на 110°, крышка открывается, и при реверсивном вращении лопастей смешанный продукт выгружается.

В последнее время часто применяют двухроторные смесители с реверсивным шнеком.

Широкое распространение в промышленности переработки пластмасс получили модификации лопастных смесителей с реверсивным шнеком. Отличительная особенность этого типа смесителей по сравнению с рассмотренными — наличие реверсивного шнека, предназначенного для интенсификации процесса смешения, механизации разгрузки готовой смеси, а также, при необходимости, для формования пасты в нужный профиль. Данные смесители можно применять при следующих технологических процессах: смешение твердых веществ с жидкостями для получения однородных паст; смешение порошкообразных масс с жидкостями; нагреве или охлаждении полутвердых и густых масс при интенсивном перемешивании; окрашивании материалов; получении клеев.

Лопастной смеситель с реверсивным шнеком (рис. 5.27) [3] состоит из следующих основных конструктивных элементов: камеры смешения 1 с крышкой, двух лопастей 3 специальной формы, реверсивного шнека 2. Камера смешения 1 представляет собой корыто с двумя торцовыми съемными стенками 4, в которых имеются отверстия для валов лопастей и шнека. Дно камеры образовано двумя большими полуцилиндрами для лопастей и третьим полуцилиндром для шнека.

Смеситель работает следующим образом. В камеру смешения загружают необходимое количество сыпучего компонента, заливают жидкие компоненты и включают лопасти и шнек. Лопасти смесителя вращаются навстречу одна другой с различной частотой и перемешивают загруженные компоненты. Навивка лопастей имеет такое направление, что масса движется обычно к центру корыта. Шнек транспортирует массу в направлении задней торцовой стенки камеры. Затем шнек сбрасывает массу на быстроходную лопасть. Это приводит к значительной интенсификации процесса смешения. Готовая смесь выгружается шнеком через фильеру 5. Лопасти в это время загружают шнек, способствуя повышению его производительности.

Рис. 5.27. Схема лопастного смесителя с транспортирующим шнеком:

пояснения в тексте Лопастные смесители отличаются разнообразием типов и конструкций и могут быть классифицированы по приведенным ниже признакам [1].

Во-первых, по технологическому назначению:

• • смешение масс между собой и с жидкостями для получения однородных смесей;
• • растворение твердых и густых масс в жидкости;
• • образование суспензий твердых масс в жидкостях или эмульсий жидкостей в густых массах;
• • смешение порошкообразных материалов с красителями.

Во-вторых, по конструктивным особенностям:

• • емкости корыт смесителей;
• • максимальной мощности на приводе лопастных валов;
• • способу выгрузки смеси (смесители с поворачивающимся корытом, смесители с выгрузкой смеси через отверстие в дне корыта);
• • форме лопастных валов;
• • конструкции корыта (смесители с корытом без рубашки для обогрева; с корытом для обогрева нагревателями омического сопротивления; с корытом для обогрева жидкостными теплоносителями);
• • конструкции крышки корыта (смесители с крышками для перемешивания масс без давления в корыте, с крышками для перемешивания масс под вакуумом в корыте и с крышками для перемешивания масс с избыточным давлением в корыте);
• • конструкция сальникового уплотнения корпуса корыта (с сальниками для уплотнения масс без давления в корыте, с двойными сальниками и герметически закрытой сальниковой камерой для перемешивания масс под вакуумом или под избыточным давлением в корыте).

В смесителях общего назначения периодического действия в зависимости от технологического процесса применяются лопасти различной конструкции.

Обычно смешение в смесителях лопастного типа осуществляется с помощью двух горизонтально расположенных лопастных валов, имеющих Z-образный профиль, которые вращаются навстречу друг другу с различными скоростями. Гребни лопастей наплавляют специальным сплавом, что исключает возможность образования искр в смесительной камере и обеспечивает взрывобезопасную работу.

Лопастные валы смесителей общего назначения не имеют обогрева, и необходимый тепловой режим смешения создается за счет регулирования температуры корпуса.

Важнейший элемент лопастных валов — форма лопастей (рис. 5.28), которая определяется выполняемыми технологическими операциями [1].

Рис. 5.28. Роторы лопастных смесителей:

а — г — Z-образные лопастные роторы; д — двухкрыльчатые лопастные валы; е — четырехкрыльчатые лопастные валы; ж — многокрыльчатые роторы.

Z-образные лопастные валы (рис. 5.28, а — г) являются универсальными и применяются для перемешивания высококонсистентных полутвердых масс или смешения их с жидкостями для получения однородных паст, клеев и т. п. Подобные лопасти с зубчатыми гребнями используются для размельчения и смешения волокнистых материалов.

Двухкрыльчатые лопастные валы (рис. 5.28, 8) могут быть рекомендованы для перемешивания небольших количеств материала.

Четырехкрыльчатые лопастные валы (рис. 5.28, е) предназначены для перемешивания масс с целью их промывки или удаления из них газовых включений, а также для проведения процессов растворения полутвердых масс в жидкостях.

Многокрыльчатые валы (рис. 5.28, ж) с Т-образными лопастями применяются для смешения сыпучих материалов и увлажнения твердых сыпучих материалов.

Опоры лопастных валов стандартных конструкций смесителей выполняются на подшипниках качения.

На рис. 5.29, а показана кинематическая схема привода лопастей смесителей общего назначения [1]. В этом случае одностороннее расположение приводных зубчатых колес создает неравномерную нагрузку на лопастные валы. Кроме того, вследствие создаваемого при работе зубчатого колеса 4 окружного усилия возникает опрокидывающий момент, приложенный к станине, что требует установки дополнительного подшипника 5.

На рис. 5.29, б показана кинематическая схема привода с равномерным распределением нагрузки на лопастные валы.

Рис. 5.29. Кинематические схемы привода смесителей лопастного типа:

• 1 — лопастной вал; 2 — опоры лопастного вала; 3 — пара цилиндрических зубчатых колес; 4 —дополнительное зубчатое колесо; 5 — дополнительная опора; б — редуктор; 7 — упругая пальцевая муфта; 8 — электродвигатель;
• 9 — зубчатая муфта; 10 — дополнительная пара зубчатых колес;
• 11 —дополнительный вал с опорами

Эта схема используется для тяжело нагруженных смесителей и включает дополнительный вал с двумя промежуточными парами зубчатых колес 10. Подобные машины не подвергаются влиянию опрокидывающего момента, приложенного к станине смесителя, однако вес машины увеличивается.

Упругие муфты 7 в схемах привода обеспечивают плавный пуск, а зубчатые муфты 9 позволяют компенсировать неточности установки, допущенные при монтаже машины.

Для разгрузки смесителей лопастного типа наиболее широко используется поворот корпуса на угол, достаточный для выбрасывания готовой смеси вращающимися лопастями. В смесителях больших объемов (емкостью от 2000 л) применяют разгрузочные устройства в виде люков в каждой половине корпуса.

Приводы механизмов разгрузки смесителей с опрокидывающимся корпусом могут быть электромеханическими или гидравлическими. Для смесителей с нижней выгрузкой смеси применяется электромеханический привод открытия и закрытия нижнего люка.