УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Настоящее устройство относится к области переработки сыпучих материалов, в том числе содержащих наноструктурированные компоненты, и могут быть использованы в химической, строительной, пищевой, фармацевтической промышленности.
Из существующего уровня техники известен смеситель с регулированием пространственного положения перемешивающих лопаток и пружиной с регулируемым усилием сжатия, благодаря которой устанавливается оптимальная упругость перемешивающих лопаток в зависимости от объемного веса смешиваемых материалов и их гранулометрии [см. Патент 94007464 РФ, A1 B01F 15/00. Смеситель / Л.Р.Гуревич, Г.В.Хохлачев, А.Я.Старожицкий, В.С.Щукин (РФ), 27.01.1996]. Недостатком данного смесителя является отсутствие возможности направленного, управляемого изменения пространственного положения лопаток.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является смеситель с возможностью регулирования положения лопаток в зависимости от периода процесса смешивания [Пат. 2398623 Российская федерация, С1, МПК В01F 7/04. Способ смешивания сыпучих материалов и установка для его осуществления/ Демин О.В., Першин В.Ф.; заявитель и патентообладатель Тамб. Гос. Техн. Ун-т - №2000091152 16/15; заявл. 21.04.2009, опубл. 10.09.2010, Бюл. №25.]. Недостатком данного технического решения является то, что отсутствует возможность организации активного перемещения частиц материала в радиальном направлении при различных углах поворота лопаток.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в сокращении времени смешивания и повышении качества смеси.
Данная задача решается за счет того, что две части лопатки в рядах рабочих органов выполнены с взаимным их смещением в радиальном и осевом направлениях и смещением их осей симметрии относительно осей поворота.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является интенсификация смешивания за счет образования активного крупно- и мелкомасштабного перемещений частиц в радиальном направлении.
Устройство поясняется фиг.1, на которой изображен общий вид смесительного устройства с расположением рабочих органов в рядах и потоками перемещений частиц, и фиг.2, на которой представлены кинетические кривые процесса смешивания (график зависимости коэффициента неоднородности от времени смешивания).
Устройство содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого расположен полый вал 2, имеющий привод 3 (фиг.1). На валу 2 радиально по винтовой линии расположены лопатки, состоящие из двух частей: наружной (лопатки 4) и внутренней (лопатки 5). Лопатки 4 и 5 смещены друг относительно друга в осевом направлении на величину в и в радиальном направлении на величину λ (фиг.1). Лопатки 5 расположены ближе к валу 2, а лопатки 4 ближе к корпусу 1 смесительной установки. Оси симметрии лопаток 4 и 5 смещены относительно осей их поворота на величину e, что обеспечивает самостоятельный поворот лопаток на заданный угол α в диапазоне от 0° до 180°. В каждом ряду рабочих органов установлены две лопатки 4 и две лопатки 5, оси которых смещены на угол 90°. Лопатки 4 и 5 жестко соединены с осями 6 и 7 соответственно, расположенными во втулках 8 и 9, имеющих винтовые канавки 10 и 11. Втулки 8 и 9 имеют штифты 12, взаимодействующие с винтовыми канавками осей 6 и 7. Длина канавки 10 по дуге окружности лопатки 4 равна π/2. Длина канавки 11 по дуге окружности лопатки 5 равна π. Направление винтовых канавок 10 и 11 противоположное. В соседних рядах рабочих органов аналогичное расположение рабочих органов. Устройство имеет механизм независимого изменения угла поворота лопаток 4 и 5, выполненный в виде установленных в полости вала 2 центральных штанг 13 и 14 с упорами 15 и 16 соответственно, размещенными по эквидистантным линиям установки втулок 8 и 9 и взаимодействующие с торцами осей лопаток. Упоры 16 соединены со штангой 14 через прорези 17 в штанге 13. Штанга 14 находится в центральной полости штанги 13 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Штанга 13 установлена в направляющих втулках 18 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Наружный конец штанги 13 соединен с реверсивным исполнительным механизмом 19 (фиг.1). Наружный конец штанги 14 соединен с реверсивным исполнительным механизмом 20.
При перемещении штанги 13 и 14 одновременно влево на одинаковые расстояния, упоры 13 и 14 нажимают на торцы осей 6 и 7, которые принудительно вместе с лопатками 4 и 5 поворачиваются в противоположные стороны на заданный угол αё и одновременно перемещаются радиально от оси вала 2. При выгрузке смеси штанга 13 перемещается вправо, упоры 15 отходят от торцов осей 6, лопатки 4 за счет смещения е и давления слоя сыпучего материала поворачиваются на требуемый угол α, перемещаясь радиально к оси вала 2; штанга 14 перемещается влево, упоры 16 нажимают на торцы осей 7, поворачивая лопатки 5 на требуемый угол α, перемещаясь радиально от оси вала 2. Лопатки 4 на периферии выполнены скруглеными. Лопатки 5 на периферии выполнены прямыми. Устройство имеет узлы загрузки компонентов 21 и узел выгрузки смеси 22. Перемещение материала в осевом и радиальном направлениях в реакционном объеме смесителя создается за счет соответствующего изменения углов поворота лопаток 4 и 5 на различные углы α, что обеспечивает два осевых потока перемещения материала: наружний A вблизи корпуса 1 и внутренний B вблизи вала 2, между которыми за счет смещения лопаток 4 и 5 в радиальном и осевом направлениях образуется активное мелкомасштабное перемещение частиц в радиальном направлении от центральной оси корпуса к его стенкам в пределах рядов рабочих органов (потоки C и D).
c
Устройство работает следующим образом. Производится одновременная загрузка компонентов через узлы 21, расположенные вдоль смесителя (фиг.1). Создается одновременное и быстрое перемещение частиц двумя потоками (A и B, фиг.1) вдоль оси вращения вала в противоположные стороны до равномерного распределения концентраций исходных компонентов по длине смесителя. Смещение лопаток 4 и 5 обеспечивает образование дополнительного радиального мелкомасштабного перемещения частиц (потоки C>>D, фиг.1) между осевыми потоками (A и B, фиг.1), что значительно интенсифицирует процесс равномерного распределения концентраций исходных компонентов по длине смесителя () и снижает коэффициент неоднородности смеси () по сравнению с прототипом (участок I V=f(t) (фиг.2); кривая 1 - предложенное устройство, кривая 2 - прототип).
После равномерного распределения концентрации исходных компонентов по длине смесителя организуется максимальная интенсивность крупномасштабных перемещений частиц в осевом (потоки A и B) и образуется крупномасштабные перемещения частиц в радиальном (потоки C≈D) направлении (участок II фиг.2), что снижает время конвективного периода смешивания (, ). Организация сдвиговое перемещение частиц, за счет соответствующих углов поворота лопаток позволяет получить между двумя противоположно направленными осевыми крупномасштабными потоками A и B активное мелкомасштабное перемещение частиц в радиальном направлении в рядах рабочих органов (потоки, C<D что дополнительно сокращает время диффузионного смешивания (, )В последующем проявление сегрегации и смешивания уравновешиваются (участок IV фиг.2) и требуется выгрузить готовую смесь. Выгрузка готовой смеси организуется ее направленным перемещением общим потоком (потоки A, B и С имеют одинаковое направление, фиг.1) к выгрузному узлу 22 в осевом направлении за счет одинакового направления поворота лопаток 4 и 5 (фиг.1). Максимальная интенсивность сдвигового мелкомасштабного перемещения (потоки A≈B одинакового направления) с активным радиальным мелкомасштабным перемещением частиц в рядах рабочих органов (потоки (C>>D) уменьшает время выгрузки без потери однородности смеси связанной с возможной ее сегрегацией (, , участок IV фиг.2). Суммарное время названных процессов - время смешивания сокращается () при улучшении качества получаемой смеси ().
…
Управление процессом, реализуемое конструктивными особенностями предложенного устройства обеспечивает сокращение времени смешивания на 1012%.