СПОСОБ СМЕШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MIXING AND MIXER TO THIS END

Изобретение относится к технологии и оборудованию для непрерывного приготовления смесей сыпучих материалов, состоящих из частиц различного размера и плотности, при высокой неоднородности их дозирования, например, при порционном дозировании, в химической, пищевой, микробиологической, строительных материалов и других отраслях промышленности.
Известен способ смешения сыпучих материалов с высокой склонностью к сегрегации, заключающийся в подаче материалов во вращающийся барабан, организации в нем сопрягающихся потоков падающих и скатывающихся частиц, из разрыхления и выгрузке смеси (см. патент РФ №2287969 B01F 9/02, A23N 17/00). Устройство, реализующее этот способ, содержит вращающийся барабан, имеющий на его внутренней поверхности систему радиально закрепленных подъемных лопаток и разрыхляющих лопастей, и установленные на противоположных торцах барабана загрузочные и разгрузочные устройства.
Недостатком этих технических решений является низкая интенсивность продольного перемешивания неоднородных частиц вследствие эффектов перемешивания, действующих преимущественно в поперечном сечении барабана. В результате, это становится причиной низкой сглаживающей функции барабанного аппарата и как, следствие, нестабильного состава смеси.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ смешения сыпучих материалов с различными размерами и плотностью частиц (Патент РФ №2392042 С1, кл B01F 9/06), заключающийся в дозированной подаче материалов во вращающийся барабан с установленными горизонтальными рядами в его центральной приосевой зоне отклоняющими элементами и поворотными пластинами, организации во вращающемся барабане потока падающих частиц с их поперечным перемещением в потоке и выгрузке смеси. При этом процесс смешения организован с образованием последовательно расположенных вдоль барабана замкнутых контуров циркуляции материалов.
Недостатком способа является низкая эффективность сглаживания неоднородностей дозирования сыпучих материалов, например при порционной их подаче, вследствие отсутствия возможности избирательного увеличения сглаживающей способности по отдельным компонентам смеси.
Устройство, реализующее этот способ, представляет собой вращающийся барабан с периферийной подъемно-лопастной насадкой, снабженный узлами для дозированной подачи материалов, выгрузки смеси, и установленные неподвижно горизонтальными продольными рядами в его центральной приосевой зоне отклоняющие элементы, выполненные в виде воронок с наклонными течками и поворотные пластины. При этом воронки объединены в последовательно расположенные вдоль барабана группы, в каждой из которых течки воронок направлены в сторону сменной воронки группы, образуя замкнутый циркуляционный контур.
Недостатком устройства является однородное перемешивающее воздействие на поток частиц и отсутствие возможности оказания дифференцированного воздействия на отдельные части потока с целью повышения сглаживающей функции и интенсивности перемешивания в отношении отдельных компонентов смеси.
Технической задачей предлагаемых способа и устройства является повышение однородности состава смеси за счет оказания избирательного воздействия на сглаживающую функцию и интенсификации продольного перемешивания для отдельных компонентов смеси.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что:
1. В способе смешения сыпучих материалов, заключающемся в дозированной подаче материалов во вращающийся барабан с установленными неподвижно горизонтальными продольными рядами в его центральной приосевой зоне отклоняющими элементами и поворотными пластинами, организации во вращающемся барабане потока падающих частиц с их поперечным перемещением в потоке и выгрузке смеси, увеличивают время задержки в барабане материалов с высокой неоднородностью дозирования путем сообщения частям потока падающих частиц, обогащенными этими материалами, импульсов в направлении загрузочного торца барабана.
2. В способе смешения сыпучих материалов по п.1 размещают буферную массу материалов с высокой неоднородностью дозирования в барабане вблизи загрузочного его торца для уменьшения времени выхода на стационарный режим.
3. В устройстве для смешения сыпучих материалов, содержащем вращающийся барабан с периферийной подъемно-лопастной насадкой, снабженный узлами для дозированной подачи материалов и выгрузки смеси, и установленные неподвижно горизонтальными продольными рядами в его центральной приосевой зоне отклоняющие элементы, выполненные в виде воронок с наклонными течками, и поворотные пластины, ряды отклоняющих элементов закреплены с возможностью поперечного перемещения в барабане, течки воронок установлены с наклоном в направлении загрузочного торца барабана, а поворотные пластины закреплены на продольных кромках воронок каждого ряда.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
Для достижения однородности состава смеси при организации процесса непрерывного смешения чрезвычайно важна сглаживающая способность перемешивающего устройства. Особенно велика значимость сглаживающей функции в случае необходимости использования порционного дозирования отдельных компонентов. Такая необходимость возникает, например, при организации высокоточного дозирования, когда требуемая точность дозы надежно достигается только при весовом порционном их приготовлении.
При этом сглаживающая способность устройств существенно зависит не только и не столько от интенсивности продольного перемешивания, как от степени проявления задерживающей функции в отношении отдельных компонентов смеси, имеющих высокую нестабильность подачи в рабочий объем перемешивающего устройства. Таким образом, эффективность процесса непрерывного смешения может быть существенно повышена за счет обеспечения возможности избирательного увеличения сглаживающей способности и интенсивности перемешивания в отношении отдельных компонентов смеси.
При подаче сыпучего материала во вращающийся барабан в нижней его части образуется засыпка, в которой материал перемещается с образованием центра циркуляции. При этом вследствие сегрегации крупные и менее плотные частицы циркулируют в засыпке преимущественно в ее периферийных слоях, а мелкие и более плотные - во внутренних.
Для радиального и осевого перемешивания неоднородных частиц во вращающемся барабане организуют движение материала в падающем слое. Поток свободно падающих частиц в барабане организуют либо при вращении гладкого безнасадочного барабана со скоростью, соответствующей «водопадному» режиму движения сыпучего материала, либо за счет использования барабанов с периферийными подъемными лопастями. Вследствие сегрегации материала в засыпке поток падающих частиц в поперечном сечении барабана является неоднородным по составу. В подъемной части барабана поток обогащен мелкими и более плотными частицами, а в опускной - крупными и менее плотными частицами.
Эффект разделения неоднородных частиц материала в поперечном сечении вращающегося барабана использован в предложенных технических решениях для повышения однородности распределения компонентов в смеси. Повышение однородности смеси достигается путем избирательного воздействия импульсами, направленными к загрузочному торцу барабана, на части потока падающих частиц, обогащенных частицами компонентов смеси, имеющих высокую неоднородность дозирования, например, вследствие порционной их подачи.
Под действием импульсов, направленных навстречу основному потоку материала, происходит интенсивное продольное перемешивание компонентов смеси с высокой неоднородностью дозирования и увеличение их концентрации в барабане в направлении к загрузочному его торцу. В результате, увеличивается время задержки этих компонентов в рабочем объеме смесительного устройства при соответствующем возрастании его сглаживающей способности.
Поскольку, в общем случае, период концентрирования материалов под действием обратных импульсов может быть значительным, то для снижения времени выхода на стационарный режим вблизи загрузочного торца барабана размещают буферную массу материалов, эквивалентную их задержке в барабане. Эту массу определяют либо экспериментально, либо методом математического моделирования.
На фиг.1 представлена схема устройства для реализации предложенного способа смешения сыпучих материалов, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Устройство содержит вращающийся барабан 1 с периферийной Г-образной насадкой 2, загрузочную камеру 3 с патрубком 4 для ввода компонентов смеси, разгрузочную камеру 5 с патрубком 6 для вывода смеси. В барабане, в приосевой его зоне, неподвижно установлены горизонтальными продольными рядами отклоняющие элементы, выполненные в виде воронок 7 с наклонными течками, имеющими наклон в сторону загрузочного торца барабана. На одной из продольных кромок воронок каждого ряда элементов закреплены поворотные пластины 8, предназначенные для регулирования величины потоков частиц, попадающих на отклоняющие элементы того или иного ряда.
Ряды отклоняющих элементов закреплены на горизонтальных направляющих в загрузочной и разгрузочной камерах с возможностью поперечного перемещения в барабане. Для подачи компонентов смеси предусмотрены дозаторы 9, 10.
В результате эффектов сегрегации у открытой поверхности засыпки движутся преимущественно крупные и менее плотные частицы, которые в первую очередь захватываются подъемными лопастями и выпадают с них, соответственно, в опускной барабан. Мелкие и более плотные частицы перемещаются в засыпке барабана преимущественно в глубинных ее слоях, вследствие чего в последнюю очередь захватываются подъемными лопастями и падают с них в подъемной части барабана. Таким образом, устанавливается некоторое распределение неоднородных частиц в поперечном сечении падающего слоя. Ряды отклоняющих элементов и закрепленные на них поворотные пластины устанавливают таким образом, чтобы сообщить обратные продольные импульсы частям потока падающих частиц, обогащенным компонентами смеси, имеющими высокую неоднородность дозирования. Под действием обратных импульсов происходит продольное перемешивание компонентов и увеличение их задержки в барабане, что повышает его сглаживающую функцию в отношении указанных компонентов.
В отсутствие отличительных признаков предложенных способа и устройства имеет место перемешивание неоднородных частиц в продольном и поперечном направлениях, с равной интенсивностью перемешивания и с одинаковой сглаживающей функцией для отдельных компонентов смеси.
ПРИМЕР. В барабанный смеситель, представляющий собой вращающийся барабан диаметром 0,6 м и длинной 2,0 м, на внутренней поверхности которого закреплены Г-образные подъемные лопасти высотой 0,06 м, подают ингредиенты смеси хлопьев пяти злаков. При этом хлопья четырех злаков (пшеницы, ржи, ячменя и овса), которые мало различаются по размеру и плотности и хорошо сохраняют свои структурно-механические свойства в процессе непрерывного объемного дозирования, подают непрерывно с использованием тарельчатых дозаторов-питателей. Хлопья же пятого злака - кукурузы, которые существенно отличаются от хлопьев остальных злаков большими размерами и малой плотностью, подают в барабан периодически с использованием порционного весового дозатора, что связано с относительно небольшим расходом названных хлопьев, нестабильностью их свойств и сложностью организации достаточно точного непрерывного их дозирования.
В центральной приосевой зоне барабана установлены продольно 2 ряда отклоняющих элементов, представляющих собой воронки с наклонными течками. Течки воронок наклонены в направлении к загрузочному торцу барабана. Угол наклона течек отклоняющих элементов к горизонту больше угла трения материала о поверхность элементов и составляет 45°. В каждом ряду установлено 8 воронок, имеющих горловину размером 0,23×0,12 м. На одной из продольных кромок каждого ряда воронок закреплены поворотные пластины длинной 1,84 м и шириной 0,16 м. Ряды воронок закреплены на горизонтальных направляющих с возможностью поперечного перемещения в барабане. Один из рядов смещен на периферию свободного объема барабана в область опускающихся лопастей. Закрепленная на этом ряду поворотная пластина обеспечивает доступ падающих частиц к отклоняющим элементам ряда. Напротив, поворотная пластина, закрепленная на другом ряду отклоняющих элементов, находится в положении, предотвращающем контакт падающих частиц с отклоняющими элементами.
В период заполнения барабана в его головную часть загружают буферную массу порционного дозируемого компонента (кукурузы). Ингредиенты смеси попадают в засыпку материала в нижней части барабана, откуда подъемными лопастями транспортируются в верхнюю его часть для образования потока падающих частиц. Материал постепенно перемещается к разгрузочному торцу барабана за счет наклона последнего и поточного подпора.
Вследствие сегрегации частиц материала, циркулирующего в засыпке в нижней части барабана, крупные и менее плотные частицы (хлопья кукурузы) перемещаются к периферии засыпки, а мелкие и плотные - в ее центральные слои. Подъемные лопасти заполняются первоначально частицами из периферийных, а затем из внутренних слоев засыпки. В результате в подъемной части барабана ссыпаются частицы из внутренних слов засыпки, а в опускной - из периферийных (Фиг.2).
Таким образом, часть потока частиц падающего слоя, расположенная под опускающими лопастями, оказывается обогащенной частицами порционного дозируемого компонента. Под действием расположенных в этой части потока отклоняющих элементов частицы перемещаются в направлении загрузочного торца барабана. При перемещении от одной ступени отклоняющих элементов к другой происходит обогащение этого потока частицами порционного дозируемого компонента. В результате, в загрузочной части барабана образуется буферная масса порционного дозируемого компонента, которая увеличивает время его задержки в рабочем объеме. Это обеспечивает сглаживание пульсаций, вызванных порционной подачей компонента и, как следствие, повышение однородности состава смеси. Кроме того, повышению однородности смеси способствует интенсификация продольного перемешивания материала под действием встречных его потоков, один из которых обусловлен наклоном барабана и подпором, создаваемым загружаемым материалом, а другой - действием отклоняющих элементов.
Готовая смесь выгружается из барабана со стороны разгрузочного его торца.
Предлагаемые способ и устройство позволяют использовать эффект сегрегации, наблюдаемый в завесе падающих частиц во вращающемся барабане, для интенсивного сглаживания вариаций состава смеси сыпучих материалов в процессе непрерывного ее приготовления при высокой неоднородности дозирования, например, при порционной подаче отдельных компонентов, путем воздействия на сегрегированные потоки, обогащенные этими компонентами, обратными импульсами. По сравнению с прототипами предлагаемые технические решения обеспечивают более высокую однородность состава смеси, поскольку позволяют осуществить избирательное интенсивное воздействие на потоки отдельных компонентов, с целью увеличения их задержки и интенсивности продольного перемешивания.