СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НЕОДНОРОДНОСТИ СМЕСИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF DETERMINING COEFFICIENT OF HETEROGENEITY OF MIXTURE OF LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к области лабораторных исследований процессов смешения различных сыпучих материалов в химической промышленности, в промышленном производстве строительных материалов и в других отраслях промышленности.
Известен способ определения коэффициента неоднородности смеси, включающий фотографирование фронтальной поверхности смеси, находящейся в смесителе в плоском сечении рабочего объема, компьютерную обработку полученной фотографии, определение «плоскостного» коэффициента неоднородности смеси, расчет коэффициента неоднородности смеси [Л.В. Королев, М.Ю. Таршис. Метод оценки качества смешения сыпучих материалов по распределению частиц в плоском сечении рабочего объема, Известия вузов. Химия и химическая технология, 2002, том 45, вып 1, с 98-100]. К недостатку данного способа следует отнести сложность расчета коэффициента неоднородности смеси только по величине «плоскостного» коэффициента неоднородности смеси, не дающего представления о качестве смеси в слоях, удаленных от фронтальной поверхности. Другим недостатком данного способа является невозможность его применения для определения коэффициента неоднородности сыпучих материалов, содержащих фракции менее 100 мкм, склонных вследствие электризации к налипанию на поверхность, через которую осуществляется фотосъемка, что меняет истинную картину распределения частиц в материале.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения коэффициента неоднородности смеси, включающий определение необходимого числа проб, минимально допустимого веса пробы, отбор проб, определение концентрации ключевого компонента в пробе с помощью разделения смеси рассевом на ситах или другими способами, с дальнейшим вычислением коэффициента неоднородности смеси [Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов / Ю.И.Макаров. - М.: Машиностроение, 1973. - 216 с.].
К недостатку данного способа следует отнести отсутствие возможности отбора проб из разных точек сечения без нарушения структуры соседних слоев материала в смесителе, что искажает истинную картину процесса смешения сыпучих материалов, особенно смесей, сильно различающихся по фракционному составу.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является увеличение точности определения коэффициента неоднородности смеси за счет исключения возможности нарушения структуры соседних слоев материала в смесителе при отборе проб, что позволяет получить неискаженные количественные данные о качестве смешения сыпучих сред как в каждой точке отбора пробы, так и в среднем по каждому сечению и по смесителю в целом.
Технический результат достигается тем, что смесь сыпучего материала в смесителе разделяют поперек горизонтальной оси на равные по толщине участки отбора проб и на границе каждого участка, последовательно вдоль горизонтальной оси смесителя, выделяют и отбирают пробы смеси равных объемов из идентичных точек каждого выделенного участка по всей его толщине, а коэффициент неоднородности смеси вычисляют для каждой точки отбора, в среднем по каждому сечению и в среднем по смесителю в целом.
Предлагаемый способ осуществляют с помощью устройства, где на фиг. 1 представлена схема общего вида устройства, на фиг. 2 - поперечный разрез по пазу, закрытому откидной шторкой, на фиг. 3 - поперечный разрез по пазу со вставленной в паз пластиной, на фиг. 4 - схема съемного пробоотборного диска, а на фиг. 5 - схема пробоотборника. На фиг. 6 представлена таблица значений концентраций ключевого компонента в опытах и значений коэффициентов неоднородности для каждой точки отбора проб.
Устройство (фиг. 1) включает смеситель барабанного типа 1 с питателями 2, 3, съемные тонкостенные пластины 4, 5, съемный пробоотборный диск 6 и пробоотборники 7. Боковая поверхность корпуса смесителя 1 снабжена сдвоенными пазами 8, 9, в которые вставляют съемные тонкостенные пластины 4, 5. Сдвоенные пазы 8, 9 во время вращения смесителя закрывают откидными шторками 10, соединенными с корпусом смесителя 1 шарнирами 11 (фиг. 2). Съемные тонкостенные пластины 4, 5 вставляют в пазы 8, 9 при откинутой шторке 11 (фиг. 3). Съемный пробоотборный диск 6 (фиг. 4) содержит корпус 12 с отверстиями 13, в которые вставляют пробоотборники 7. Пробоотборник 7 (фиг. 5) содержит капсулу 14, в которую помещен подвижный поршень 15. Продольный размер (длина) каждой капсулы составляет 1,2-1,3 величины суммы: толщины корпуса пробоотборного диска, толщины тонкостенной пластины и расстояния между сдвоенными пазами.
Способ осуществляют следующим образом.
Перед началом процесса смешения пазы 8, 9 закрывают шторкой 10. Включают приводы смесителя 1 и питателей 2, 3 и начинают процесс смешения материалов. После установления стабильного соотношения масс материала на входе и выходе из смесителя 1 прекращают подачу материала из питателей 2, 3 и прекращают вращение смесителя 1 в положении, когда пазы 8, 9 находятся в верхней полусфере смесителя. Освобождают ближайшие к выходу из смесителя пазы 8, 9 от шторки 10 и вводят в них тонкостенные пластины 4, 5 до их соприкосновения с противоположной стенкой смесителя. Удаляют из смесителя 1 весь материал, расположенный на участке от выхода до ближайшей к выходу тонкостенной пластины 4, пробоотборный диск 6 подводят к тонкостенной пластине 4 до соприкосновения с ней его фронтальной плоскости и затем последовательно вдвигают до соприкосновения с пластиной 4 капсулы 7 и подвижные поршни 15, после чего тонкостенную пластину 4 вынимают. В сыпучий материал, расположенный между фронтальной плоскостью пробоотборного диска 4 и оставшейся второй тонкостенной пластиной 5, вводят последовательно каждую капсулу 7 до ее упора в пластину 5, одновременно соответственно выдвигая поршень 15 из капсулы 7. За счет вдавливания капсулы 7 она заполняется пробой материала. Собранный в каждой капсуле 13 материал рассеивают на ситах и вычисляют коэффициенты неоднородности смеси как в каждой точке отбора пробы, так и в среднем по каждому сечению и смесителю в целом. После окончания отбора проб из всех точек данного сечения пробоотборный диск 6 вынимают и операции повторяют на следующем сечении.
Пример
Проведен сравнительный опыт по определению коэффициента неоднородности смеси в одних и тех же точках в 3-х сечениях смесителя барабанного типа, путем отбора проб горизонтальным поворотным пробоотборником и заявляемым способом. Смешиванию подвергалась фракция сланца от 1,0 мм до 3,0 мм с фракцией сланцевой золы до 1,0 мм. Условия проведения процесса (скорость вращения барабана и время смешения) в обоих случаях идентичны.
c.i.
Коэффициент неоднородности V определялся по формуле:
i
где  - среднее арифметическое значение концентрации ключевого компонента в пробах, %; c - значение концентрации ключевого компонента в i-й пробе, %; n - число проанализированных проб.
Значения концентраций ключевого компонента в опытах и коэффициент неоднородности для каждой точки отбора проб приведены в таблице 1 (фиг. 6).
Полученные значения находятся в диапазоне 2-6%, характеризующем удовлетворительное качество смешения компонентов в смесителях, но показатели, полученные пробоотборником, имеют больший разброс.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять коэффициент неоднородности смеси, компоненты которой различны по фракционному составу, и позволяет получать количественные данные о качестве смешения сыпучих сред как в каждой точке отбора пробы, так и в среднем по каждому сечению и смесителю в целом.