Параметрические расчеты смесителей

Одним из основных вопросов в теории работы смесителей является установление времени смешения, обеспечивающего заданную степень неоднородности получаемой смеси. В большинстве случаев время смешения определяется на основе экспериментальных исследований, про­водимых на модельном или на промышленном смесителе того типа, ко­торый предполагается использовать.

В последние годы появились первые теоретические разработки [32], касающиеся математического описания процесса смешения материа­лов. Эти разработки основываются на том, что движение частиц в пе­риод смешения (в частности, сыпучего материала) представляет собой случайный процесс. Для смесителей периодического действия уста­новлен ряд типовых зон, для большей части из которых можно уже сейчас получить функции времени пребывания в них частиц материала и рассчитать время смешения. В смесителях непрерывного действия время пребывания частиц в смесителе в значительной степени зависит как от характера питания исходными компонентами (работа дозато­ров), так и конструкции самого смесителя. Методика расчета длительности пребывания частиц (обычно частиц ключевого компонента) здесь более сложна.

Указанные теоретические разработки пока не доведены до инже­нерных методов расчета времени смешения материалов.

Еще более сложным и малоизученным в теоретическом отношении является процесс смешения жидких и высоковязких материалов. Имею­щиеся разработки касаются в основном расчета энергетических затрат на перемешивание и подробно изложены в курсе «Процессы и аппара­ты химической технологии». Ниже рассмотрены примеры расчета не­которых смесителей для сыпучих материалов.

Барабанные смесители. Производительность барабанных смесите­лей периодического действия (в кг/ч)- определяется из соотношения:

где V — полный объем аппарата, м³; φ —Коэффициент заполнения ба­рабана (φ = 0, 20÷ 0, 75), его величина зависит от формы барабана; р_к, ά _к — соответственно насыпная плотность (в кг/м³) и массовая доля отдельных компонентов смеси; τ — время смешения, мин.

Производительность барабанных смесителей непрерывного дейст­вия определяется производительностью дозаторов для каждого из ком­понентов.

Рабочая частота вращения п_опт (в об/мин), обеспечивающая опти­мальнее качество смеси, зависит в основном от типа смесителя, физико-механических свойств перемешиваемых компонентов и может быть оп­ределена из следующего выражения:

где d_r — среднее арифметическое значение диаметра частиц смешивае­мых компонентов; R_mox — максимальный радиус вращения корпуса смесителя.

Мощность N (в кВт), потребляемая барабанным цилиндрическим смесителем, слагается из четырех составляющих:

где N₁, N₂, N₃, N₄ — мощности, расходуемые соответственно на подъем материала до угла естественного откоса; на перемешивание, на преодо­ление трения в цапфах роликов (опор); на преодоление трения качения бандажей по роликам (там, где барабан опирается на ролики посред­ством бандажей).

Пусть Q₁— вес материала, поступающего в барабан в секунду, Н; Ro — радиус центра массы этого материала, распределенного в сегмен­те, м; со — угловая скорость вращения барабана, с^-1; φ.— угол естест-