СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ
LOOSE PRODUCT MIXER

Изобретение относится к оборудованию для смешивания сыпучих материалов и может быть использовано в линиях производства комбикормов, пищевых смесей, пищеконцентратов и т.п.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является барабанный смеситель [Остриков А.Н. и др. Процессы и аппараты пищевых производств. - СПб.: ГИОРД, Кн. 1. - 2007. - 633 с.], включающий цилиндрический корпус со штуцерами (патрубками) и коническое днище. Внутри цилиндрического корпуса установлены друг над другом наклонные лотки. Смешиваемые компоненты подаются в смеситель непрерывным потоком через штуцера. Смесь исходных компонентов после встречи с поверхностью лотка перестраивается: по лотку материал скользит тонким слоем. Отдельные компоненты смешиваются в момент встречи слоев, стекающих с первых двух лотков, при неравномерном их движении по последующим лоткам и пересыпании с лотка на лоток.
Недостатком данного смесителя является низкая эффективность процесса смешивания, возможность образования застойных зон, что ограничивает область его применения.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса смешивания, снижение удельных энергозатрат на проведение процесса смешивания и расширение области применения за счет достигнутой универсализации механизма равномерного смешивания.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что внутри неподвижного корпуса находится вращающийся шнек, на поверхности вала которого установлены турбулизирующие лопатки, снаружи корпуса смесителя расположены две соосно установленные конусообразные камеры, выполненные с возможностью вращения в противоположные стороны, причем правые стенки каждой конусообразной камеры выполнены неподвижными и через них проходит загрузочный патрубок, подающий продукт в меньшую конусообразную камеру, на внутренней поверхности меньшей конусообразной камеры установлены ковши, а на ее наружной поверхности - витки шнека, в конце корпуса выполнено отверстие для пересыпания продукта в меньшую конусообразную камеру, в конце меньшей конусообразной камеры имеются радиально расположенные разгрузочные овальные отверстия для пересыпания продукта в большую конусообразную камеру, в конце большей конусообразной камеры также выполнены радиально расположенные разгрузочные овальные отверстия для выгрузки готовой смеси из смесителя, причем вращение шнека и конусообразных камер осуществляется от одного привода через систему зубчатых передач.
На фиг.1 представлено объемное изображение смесителя для сыпучих продуктов, на фиг.2 - плоскостное изображение смесителя для сыпучих продуктов.
Смеситель для сыпучих продуктов состоит из четырех загрузочных патрубков 1, которые находятся на неподвижном корпусе 2, шнека 3 с турбулизирующими лопатками 4, двух подшипниковых опор 6 и зубчатого колеса 7. Снаружи корпуса 2 смесителя расположены две соосно установленные конусообразные камеры 8 и 12, выполненные с возможностью вращения в противоположные стороны. В конце корпуса 1 имеется выгрузочное отверстие 5 для пересыпания продукта в меньшую конусообразную камеру 8 (фиг.1).
Шнек 3 приводится во вращение мотор-редуктором 14 с помощью шестеренок 15, 7 и шестерни-сателлита 16.
На внутренней поверхности меньшей конусообразной камеры 8 установлены ковши 9, а на ее наружной поверхности - витки шнека 11. В конце меньшей конусообразной камеры 8 имеются радиально расположенные разгрузочные овальные отверстия 10 для пересыпания продукта в большую конусообразную камеру 12 (фиг.2).
На правой неподвижной стенке камеры 12 находится патрубок 22 для загрузки компонентов смеси. На левой подвижной стенке камеры 12 закреплена шестерня 20. Меньшая конусообразная камера 8 приводится во вращение мотор-редуктором 14 с помощью зубчатого колеса 15, шестерен-сателлитов 16 и 21, находящихся на валу, который закреплен в подшипниковых опорах 17, и зубчатого колеса 20. Колесо 20 с внутренним зацеплением жестко закреплено на левой боковой стенке камеры 8.
На левой стенке камеры 12 закреплено зубчатое колесо 19 с внутренним зацеплением. Большая конусообразная камера 12 выполнена с возможностью вращения: для этого конусообразный корпус камеры 12 с помощью жестко закрепленных на нем левой боковой стенки и зубчатого колеса 19 приводится во вращение с помощью шестерен-сателлитов 21 и 16, зубчатого колеса 15 мотор-редуктором 14. В конце большей конусообразной камеры 12 выполнены радиально расположенные разгрузочные овальные отверстия 13 для выгрузки готовой смеси из смесителя.
Смеситель установлен на опорах 18.
Смеситель для сыпучих продуктов (фиг.1, 2) работает следующим образом.
Включается мотор-редуктор 14, который с помощью зубчатых колес 15, 7 и шестерен-сателлитов 16 и 21 одновременно приводит во вращение шнек 3 и две соосно установленные конусообразные камеры 8 и 12, причем шнек 3 и меньшая конусообразная камера 8 вращаются по часовой стрелки, а большая конусообразная камера 12 вращается против часовой стрелки.
Различные компоненты из четырех загрузочных патрубков 1 поступает в зону загрузки корпуса 2, где захватываются вращающимся шнеком 3 с турбулизирующими лопатками 4. Форма, размеры и шаг расположения турбулизирующих лопаток 4 совместно с вращающимся шнеком 3 придают компонентам смеси турбулизированное, направленное вдоль оси шнека 3 движение в направлении выгрузочного отверстия 5. Интенсивное перемешивание сыпучих компонентов, различающихся структурно-механическими свойствами и гранулометрическим составом, обеспечивается за счет разницы сил трения между компонентами смеси, внутренней поверхностью корпуса 2 и поверхностью шнека 3. Достигнув конца корпуса 2, смесь компонентов пересыпается через выгрузочное отверстие 5 в меньшую конусообразную камеру 8.
Одновременно другие компоненты через загрузочный патрубок 22 подаются в меньшую конусообразную камеру 8, где происходит смешивание с компонентами смеси, поступившими из неподвижного корпуса 2 через выгрузочное отверстие 5 в камеру 8. Затем все эти компоненты смеси по внутренней наклонной поверхности вращающейся конусообразной камеры 8 перемещаются от загрузочного отверстия 5 при помощи ковшей 9, установленных с определенным шагом, интенсивно перемешиваясь, к радиально расположенным разгрузочным овальным отверстиям 10 для пересыпания смеси в большую конусообразную камеру 12.
Затем смесь через разгрузочные овальные отверстия 10 поступает в большую конусообразную камеру 12, в которой эффективное перемешивание достигается комбинированным воздействием вращающихся по часовой стрелки витков 11 на внешней поверхности меньшей конусообразной камеры 8 и вращением корпуса конусообразной камеры 12 против часовой стрелки. Подобное воздействие обеспечивает равномерное и дополнительное перемешивание сыпучих компонентов. Готовая смесь непрерывно разгружается через радиально расположенные разгрузочные овальные отверстия 13.
Из теории известно [Процессы и аппараты пищевых производств: Учеб. для вузов: В 2 кн. / А.Н.Остриков, Ю.В.Красовицкий, А.А.Шевцов и др.: Под ред. А.Н.Острикова. - Кн. 1. - СПб.: ГИОРД, 2007. - С.598-639.], что процесс смешивания складывается из трех элементарных процессов:
- конвективное смешивание - перемещения группы смежных частиц из одного места смеси в другое внедрением, скольжением слоев;
- диффузионное смешивание - постепенное перераспределение частиц через свежеобразованную границу их раздела;
- сегрегация частиц - сосредоточение частиц, имеющих близкую массу и размеры, в соответствующих местах смесителя под действием инерционных, гравитационных сил.
Если первые два процесса способствуют улучшению качества смеси, то последний - препятствует этому. В смесителе одновременно протекают все три процесса, но их влияние в разные периоды смешивания неодинаково. Процесс конвективного смешивания в первые моменты идет с большой скоростью, при этом скорость процесса почти не зависит от физико-механических свойств смеси. Главное влияние на скорость процесса смешивания в этот момент времени оказывает характер движения потоков частиц, который определяется конструкционными параметрами смесителя.
После того как компоненты в основном будут распределены по рабочему объему смесителя, процессы конвективного и диффузионного смешивания становятся, по их влиянию на общий процесс смешивания, сопоставимы. Начиная с некоторого момента, процесс диффузионного смешивания становится преобладающим.
Затем существенное влияние на процесс начинает оказывать сегрегация частиц. В какой-то момент времени эти процессы могут уравновеситься, после чего дальнейшее перемешивание теряет смысл, и процесс должен быть закончен.
Продолжительность диффузионного смешивания зависит и от физико-механических свойств смеси, из которых наибольшее значение имеют гранулометрический состав, плотность, форма и характер поверхности частиц, их влажность и сыпучесть. Чем ближе у компонентов указанные свойства, тем эффективнее их смешивание. Большее различие в размерах, плотности способствует сегрегации частиц. Имеет значение также число компонентов. С их увеличением доля каждого уменьшается, а процесс смешивания затрудняется.
Такое использование комбинированного воздействия на смесь сыпучих компонентов, а именно:
1) скольжения смеси компонентов по поверхности витков шнека 3;
2) обеспечения вихревого движения потока смеси компонентов турбулизирующими лопатками 4;
3) перемешивание движущегося потока смеси ковшами 9;
4) пересыпания смеси компонентов из цилиндрической внутренней секции корпуса 2 в конусообразную камеру 8 и далее в большую конусообразную камеру 12;
способствует интенсивному протеканию конвективного и диффузионного смешивания, но препятствует сегрегации частиц. Это существенно повышает эффективность процесса смешивания сыпучих компонентов.
Предлагаемый смеситель для сыпучих продуктов имеет следующие преимущества:
- повышение эффективности процесса смешивания за счет применения оригинальных по конструкции турбулизирующих лопаток 4, ковшей 9 и соосно установленных конусообразных камер 8 и 12; а также за счет раздельного ведения компонентов смеси через патрубки 1 и других компонентов через патрубок 22;
- снижение удельных энергозатрат на проведение процесса смешивания за счет минимизации продолжительности процесса смешивания и комбинирования различных по интенсивности способов перемешивания;
- расширение области применения за счет достигнутой универсализации механизма равномерного смешивания.