СПОСОБ СМЕШЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR MIXING OF LOOSE MATERIALS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к технологии и оборудованию для приготовления смесей сыпучих материалов с высокой неоднородностью частиц по размеру и плотности 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, их разрыхлении и выгрузке смеси (см. патент РФ №2287969, В01F 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 (авт. св. СССР №1326857, кл. F26B 11/04, 30.07.1987), заключающийся в подаче материалов во вращающийся барабан с установленными горизонтальными рядами в его центральной приосевой зоне отклоняющими элементами и поворотной пластиной, организации во вращающемся барабане потока падающих частиц с их поперечным перемещением в потоке и выгрузке смеси.
Устройство, реализующее этот способ, представляет собой вращающийся барабан с периферийной подъемно-лопастной насадкой, снабженный узлами загрузки материалов, выгрузки смеси, и установленные неподвижно в его центральной приосевой зоне отклоняющие элементы, состоящие из осесимметричных барабану рядов воронок с наклонными течками и поворотной пластины. При этом течки воронок направлены вдоль оси барабана к противоположным его торцам.
Недостатком таких решений является низкая интенсивность перемешивания частиц в поперечном сечении барабана, в котором доминируют радиальные эффекты сегрегации частиц по размеру и плотности.
Технической задачей предлагаемых способа и устройства является повышение однородности смеси за счет интенсификации радиального и осевого перемешивания материала в объеме вращающегося барабана.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что:
1. В способе смешения сыпучих материалов, заключающемся в подаче материалов во вращающийся барабан с установленными горизонтальными рядами в его центральной приосевой зоне отклоняющими элементами и поворотной пластиной, организации во вращающемся барабане потока падающих частиц с их поперечным перемещением в потоке и выгрузке смеси организуют ряд расположенных вдоль барабана циркуляционных контуров смешения частиц путем объединения отклоняющих элементов в последовательно расположенные вдоль барабана группы, содержащие равное количество элементов в подъемной и опускной частях вращающегося барабана, которые направлены таким образом, что образуют замкнутый контур циркуляции.
2. В способе смешения сыпучих материалов по п.1 в смежных циркуляционных контурах организуют противоточное направление циркуляции частиц.
3. В устройстве для смешения сыпучих материалов, содержащем вращающийся барабан с периферийной подъемно-лопастной насадкой, снабженный узлами загрузки материалов, выгрузки смеси, и установленные неподвижно в его центральной приосевой зоне отклоняющие элементы, состоящие из осесимметричных барабану рядов воронок с наклонными течками и поворотной пластины, отклоняющие элементы объединены в последовательно расположенные вдоль барабана группы, каждая из которых содержит равное количество отклоняющих элементов в подъемной и опускной частях барабана, при этом течка воронки каждого элемента направлена в сторону одного из смежных с ним элементов группы, образуя замкнутый циркуляционный контур, а течки воронок в смежных группах образуют циркуляционные контуры с противоположным направлением течек.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
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. Продольное и поперечное смешение неоднородных частиц в барабане осуществляют посредством организации в поперечном сечении потока падающих частиц контуров циркуляционного их перемешивания. При этом контуры располагают в ряд вдоль оси барабана и циркуляцию в смежных контурах организуют в противоположных направлениях. Величина контуров такова, что в результате обеспечиваются знакопеременные продольные и поперечные перемещения частиц во всем поперечном сечении потока падающих частиц.
Наличие в падающем слое частиц поперечных контуров их циркуляции приводит к смешению сегрегированных потоков подъемной и опускной частей барабана как в осевом, так и в радиальном направлениях, что способствует повышению однородности распределения компонентов по объему смеси.
На фиг.1 представлена схема устройства для реализации предложенного способа смешения сыпучих материалов, на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1, а на фиг.3 - разрез Б - Б 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 симметрично его оси неподвижно установлены два ряда отклоняющих элементов, выполненных в виде воронок 7 с наклонными течками. На сопряженных кромках воронок параллельных рядов закреплена поворотная пластина 8, предназначенная для регулирования соотношения потоков частиц, падающих в подъемной и опускной частях барабана.
Отклоняющие элементы объединены в последовательно расположенные вдоль барабана группы, каждая из которых содержит по четыре элемента, два из которых размещены в подъемной и два - в опускной частях барабана. При этом течка каждого элемента направлена в сторону одного из смежных с ним элементов группы таким образом, что в совокупности течки элементов группы образуют замкнутый контур в проекции на горизонтальную плоскость (фиг.3), а течки элементов в смежных группах образуют контуры с противоположным направлением течек.
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 части барабана. 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. Под действием уравновешенных знакопеременных импульсов соответственных отклоняющих элементов насадки, действующих в осевом и радиальном направлениях, происходит продольное и поперечное выравнивание концентрации неоднородных частиц в объеме барабана.
В отсутствие отличительных признаков предложенных способа и устройства доминирует перемешивание неоднородных частиц в продольном направлении, в то время как эффекты сегрегации, имеющие место в поперечном сечении вращающегося барабана с периферийными подъемными лопастями, практически не компенсируются.
Устанавливать отклоняющие элементы целесообразно в непосредственной близости от лопастей, поскольку указанные области характеризуются наивысшей плотностью потока падающих частиц (см. Картошкин А.Д., Шаповалова О.Г., Киприянов Ю.И. Получение минеральных удобрений в барабанах грануляторах-сушилках. Хим. Пром., 1979, №1, с.40-43). Ширина элементов может быть равна в пределе радиусу барабана за вычетом высоты подъемных лопастей.
Угол наклона течек отклоняющих элементов к горизонту должен быть, очевидно, больше угла трения материала о поверхность элементов.
ПРИМЕР. В барабанный смеситель, представляющий собой вращающийся барабан диаметром 0,6 м и длиной 2,0 м, на внутренней поверхности которого закреплены Г-образные подъемные лопасти высотой 0,06 м, непрерывно подают сыпучие ингредиенты комбинированного корма, частицы которых различаются по размеру и плотности. В центральной приосевой зоне барабана установлен блок отклоняющих элементов, состоящий из двух осесимметричных барабану рядов воронок с наклонными течками, расположенными под углом 40 градусов к горизонту. В каждом ряду установлено 8 воронок, имеющих горловину размером 0,23×0,23 м. На сопряженных кромках воронок параллельных рядов закреплена поворотная пластина длиной 1,84 м и шириной 0,23 м.
Течки воронок направлены таким образом, что образуют четыре группы отклоняющих элементов. Каждая группа содержит четыре воронки, две из которых расположены в подъемной, а две - в опускной части барабана. Течка каждой воронки группы направлена в сторону одной из смежных с ней воронок этой же группы. При этом в совокупности течки воронок группы образуют замкнутый контур в проекции на горизонтальную плоскость, а течки воронок смежных групп образуют контуры с противоположным направлением течек.
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 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 слоев засыпки, а в опускной - из периферийных (фиг.2).
Таким образом, с учетом падающего слоя и засыпки, в потоке частиц, циркулирующих в поперечном сечении барабана, можно выделить две его сегрегированные части, одна из которых перемещается по внешнему (большому) контуру, пролегающему через падающий слой в опускной части барабана и периферию засыпки, а другая - по внутреннему (малому) контуру циркуляции, пролегающему через падающий слой в подъемной части барабана и внутренние слои засыпки.
Отклоняющие элементы циркуляционного контура обеспечивают перемешивание материала за счет переноса частиц из одной сегрегированной части потока в другую.
При этом отклоняющие элементы, направленные поперек оси барабана из подъемной его части в опускную (Фиг.3), перемещают материал внутренних слоев засыпки на ее поверхностный слой, который в первую очередь захватывается лопастями. В результате, частицы, падающие в подъемной части барабана, на следующем этапе попадают в опускную часть барабана, откуда продольно ориентированными отклоняющими элементами перемещаются на участки засыпки по месту расположения смежных с ними отклоняющих элементов, направленных из опускной части барабана в подъемную. Таким образом, и на этом участке наружные слои засыпки также обогащаются частицами из ее внутренних слоев и в первую очередь захватываются подъемными лопастями. Как следствие, этот материал выпадает с лопастей в опускной части барабана и под действием элементов циркуляционного контура, направленных поперек оси барабана из опускной его части в подъемную, транспортируется в верхнюю часть засыпки материала. При этом, как и на всех других этапах циркуляционного переноса частицы из внутренних слоев засыпки оказываются расположенными над частицами поверхностного ее слоя, что приводит к перемешиванию материала под действием эффектов сегрегации, действующих в поперечном сечении засыпки. Смесь частиц захватывается лопастью после предварительного ее заполнения частицами поверхностного слоя и поэтому ссыпаются в подъемной части барабана. Под действием продольно-ориентированных отклоняющих элементов смесь транспортируется под отклоняющие элементы, направленные поперек оси барабана из подъемной его части в опускную. Далее процесс циркуляционного перемешивания продолжается в соответствии с изложенной схемой.
Под действием поворотной пластины потоки частиц, падающих в подъемной и опускной частях барабана, выравниваются и в результате поддерживается материальный баланс потоков, транспортируемых от одного смежного отклоняющего элемента циркуляционного контура к другому. Как следствие, обеспечивается баланс встречных продольных и поперечных потоков на участке барабана, соответствующем отдельному циркуляционному контуру.
С целью поддержания баланса продольных и поперечных импульсов, действующих на сегрегированные потоки на участке барабана, соответствующем двум смежным группам отклоняющих элементов, течки воронок в них направлены таким образом, что образуют циркуляционные контуры с противоположным направлением циркуляции. При этом частицы получают уравновешенные знакопеременные осевые и радиальные импульсы, в результате чего осуществляется продольное и поперечное перемешивание материала в барабане.
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 с подъемными лопастями, для интенсификации процесса смешения сыпучих материалов путем многократного циркуляционного перемешивания в поперечном сечении сегрегированного потока падающих частиц. По сравнению с прототипами предлагаемые технические решения обеспечивают более высокую однородность распределения частиц, различающихся по размеру и плотности, в объеме смеси за счет интенсификации их радиального перемешивания в барабане.