Спирально-винтовые смесители непрерывного действия

В спирально-винтовых смесителях непрерывного действия транспортирование и смешение сыпучих материалов осуществляется винтовыми цилиндрическими гибкими спиралями [55—57). Рассмотрим принципиальную схему спирально-виптового смесителя непрерывного действия (рис. 2.21) (191, в котором перераспределение компонентов осуществляется двумя вращающимися цилиндрическими винтовыми спиралями 1 и 2, вставленными одна в другую и помещенными в трубчатый кожух 3. Цилиндрические спирали 1 и 2 изготавливаются из стальной или бронзовой пружинной проволоки и имеют противоположную навивку витков, что исключает их сцепление во время вращения. Направление вращения наружной спирали 1 назначается таким образом, чтобы смешиваемые материалы перемещались от загрузочного патрубка 4 к зоне выгрузки. Следовательно, наружпая спираль служит не только для смешения, но и осуществляет транспортировку смешиваемых материалов. Подобную роль выполняет и внутренняя спираль 2, которая может вращаться как в том же направлении, что и наружная, так и в противоположном направлении. Шаг 5, диаметр d, толщина спирали б, их угловые скорости со, а также выбор направления вращения спиралей обусловливаются оптимальными условиями процесса смешения и зависят от физико-механических свойств смешиваемых материалов. Спирали приводятся во вращение от соответствующих приводов 5 и 6 через клиноременную передачу. Длина трубы смесителя выбирается в зависимости от требуемого качества смеси, но лимитируется прочностью спиралей.

Смеситель может иметь одну, две или три спирали, приводимые во вращение от одного или нескольких приводных валов. Это позволяет иметь три варианта смесительных устройств: односпиральный, двухспиральный, трехспиральный. На рис. 2.22 и 2.23 схематично даны конструкции двухспирального и трехспирального смесителей.

Смесители, выполненные по данному принципу, отличаются простотой конструкции, компактностью, высокой интенсивностью процесса смешения вследствие того, что частота вращепия спирали может достигать 1000—1500 об/мин, достаточной производительностью.

Заметим, что в одпоспиральном смесителе смешение осуществляется преимущественно в радиальном направлении. В двухспиральном смесителе имеет место' перераспределение компонентов в осевой направлении, что обусловливается различным направлением подъема витков спиралей, которые при вращении в одном направлении перемещают смешиваемые материалы в противоположных направлениях. Благодаря этому сглаживаются различия в составе смеси по длине смесителя, возникающие из-за неравномерного поотупления материалов в загрузочную воронку, и улучшается качество готовой смеси. В любой точке объема, находящегося внутри смесителя, имеют место значительные градиенты скоростей, в результате чего происходит быстрое перераспределение компонентов.

Для построения математической модели процесса смешения в спирально-винтовом смесителе используем математическое описание непрерывно действующего смесителя (1.193), полученное в гл. 1:

где с® — центрированное значение относительной концентрации компонента Л; F (с°_А) — функция, характеризующая изменение математического ожидания концентрации с°_л под действием некоторого силового поля; D — параметр, характеризующий процесс изменения с°_А при движении вдоль аппарата (коэффициент макродиффузии); t — время; I — длина смесителя.

Если.в смесителе выбрать п элементов длины и перейти к выборочным статистикам, как это сделано в § 2.4, то получим уравнение.

Рис. 2.21. Принципиальная схема спирально-винтового смесителя непрерывного действия

1 — наружная смешивающая спираль; 2 — внутренняя смешивающая спираль; 3 — трубчатый смесительный кожух (для взятия проб смеси разрезан в горизонтальной плоскости на две части); 4 — загрузочная воронка; 5, G — электродвигатели привода наружной и внутренней спиралей; 7 — подшипниковый узел приводной головки; 8,9 — бункера сыпучих компонентов; Ю, 11 — дозаторы-питатели сыпучих компонентов; 12, 13 — электродвигатели питателей;] 14 — емкость жидкости; 15 — шестеренчатый насос; 1G — емкость готовой смеси.

Рис. 2.22. Схема двухспиралыюго смесителя с приводом от одного вала.

|—наружная смешивающая спираль; 2 — внутренняя смешивающая спираль; 3— смесительный кожух; 4 — смешиваемые материалы; 5 — электродвигатель; 6 — клиноременная передача; 7 — подшипниковый узел контрприводного вала; 8 — загрузочная воронка; 9 — выгрузочный наконечник; 10 — готовая смесь; 11 — приемная емкость; 12 — кожух для теплохолодоносителя.

Рис. 2.23. Схема трехспирального смесителя.

j, 2, 8 — наружная, средняя и внутренняя спирали; з — смесительный кожух; 4 — патрубки для подачи смешиваемых материалов; 5 — торцевая стенка;'б — уплотнение; 7 — транспортная трубка; 9 — выгрузочный патрубок; 10, И, 12 — подшипниковые узлы наружной, средней и внутренней спиралей; 13 — сальниковые уплотнения; 14 — кожух для теплохолодоносителя где а² — дисперсия концентрации компонента; F (]f о^г) характеризует изменение качества смеси под действием силового поля; D —* коэффициент макродиффузии. Функцию F (Yо²) введем в следующем виде [191:

где к — константа скорости смешения; о_р, o" — равновесная (предельная) и начальная дисперсии концентрации компонента смеси.

Для спирально-винтовых смесителей характерно однонаправленное перемещение смешиваемой массы. С учетом этого уравнение (2.112) приведем к виду.

где — средняя скорость перемещения смешиваемой массы вдоль аппарата.

При рассмотрении процесса смешения в спирально-винтовом смесителе непрерывного действия определенной особенностью является наличие дозаторов-питателей (см. рис. 2.21). Работа этих устройств оказывает? влияние на процесс смешения, и поэтому возникает необходимость в исследовании смесительного комплекса, состоящего из дозаторов-питателей и непрерывнодействующего смесителя.

Пусть при подаче одного из компонентов имеется флюктуация, описываемая синусоидальным законом (/, = д_1ср 4- A sin bt, где <7, — расход первого компонента на входе в смеситель; <7_1ср — средний расход первого компонента; А и b — параметры синусоидального закона. Такая подача компонентов выполняется при использовании многих систем дозатор-питатель. В связи с этим рассмотрим задачу об изменении качества смеси, приготовленной в смесителе непрерывного действия, при наличии синусоидальных возмущений в подаче компонента. Если суммарный расход компонентов q₀ = — Я -Ь <7г ~ const, то концентрация первого компонента в любой момент времени на входе в смеситель будет равна.

где с_н — начальная концентрация на входе в смеситель при отсутствии колебаний расхода компонента; с* — начальная концентрация на входе в смеситель при колебаниях расхода компонента;

Если начальную дисперсию концентрации cj определить по формуле.

то, подставляя (2.119) в (2.120), получим.

где о_н — начальная дисперсия концентрации компонента при отсутствии колебаний расхода компонента на входе в смеситель; А_х = = А (1 — 2c_H)/q₀ Л₂ = —(Alq₀)².

С учетом (2.113)—(2.117) и (2.121) запишем математическуюмодель процесса смешения в спирально-винтовом смесителе непрерывного действия в виде.

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

начальные и граничные условия:

первое из трех уравнений — решение стационарной задачи; параметры математической модели (2.122) А, о_р, W_h D определяются экспериментально.