СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА СМЕСИ КОМПОНЕНТОВ, РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ПО ЦВЕТУ
METHOD OF DETERMINING QUALITY OF MIXTURE OF COMPONENTS DISTINGUISHED BY COLOUR

Изобретение относится к переработке сыпучих материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности: химической, медицинской, строительной и ряде других для контроля и оценки качества приготовления сыпучих смесей.
Известны оптические способы определения качества смеси компонентов (Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. - М.: Машиностроение, 1973, 216 с.), включающие отбор проб, вычисление концентраций ключевого компонента в пробах на основе сравнительного анализа их способности поглощать, отражать, преломлять свет и расчет коэффициента неоднородности смеси по колебаниям этих концентраций относительно средней концентрации.
К недостаткам этих способов следует отнести их трудоемкость вследствие необходимости отбора и обработки большого числа проб, а также построения зависимостей концентрации ключевого компонента от параметра, характеризующего оптические свойства пробы (калибровочных кривых) для дальнейшего сопоставления с ними каждой пробы.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету (Шубин И.Н. Разработка конструкций и методики расчета гравитационных смесителей для сыпучих материалов. Автореф. дисс…канд. техн.наук. Тамбов, 2002, 16 с.), включающий отбор и сканирование проб, вычисление концентраций ключевого компонента в пробах на основе анализа их изображений и расчет коэффициента неоднородности смеси по колебаниям этих концентраций относительно средней концентрации.
Данный способ предполагает также таблетирование проб. О колебаниях концентрации судят по колебаниям отражающей способности таблеток (проб). Этот способ не исключает недостатки вышеупомянутых способов, а кроме того, требует дополнительной операции таблетирования. К недостаткам способа относится также его невысокая точность, поскольку сканируется только поверхность таблеток (проб). Получение точных результатов возможно, только если сами пробы однородны.
Целью изобретения является снижение трудоемкости, повышение скорости и точности определения качества смеси. Поставленная цель достигается тем, что в способе определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету, включающем отбор и сканирование проб, вычисление концентраций ключевого компонента в пробах на основе анализа их изображений и расчет коэффициента неоднородности смеси по колебаниям этих концентраций относительно средней концентрации, анализируется изображение поверхности смеси, перпендикулярной оси, вдоль которой смесь однородна, при этом изображение делится на пробные зоны и вычисляются концентрации ключевого компонента как доли площадей, занимаемых этим компонентом на поверхностях пробных зон, а коэффициент неоднородности корректируется с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения.
Способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету, заключается в следующем.
Получают (черно-белое) фотографическое изображение смеси, таким образом, чтобы плоскость изображения смеси была перпендикулярна оси, ее однородности. Затем это изображение подвергается компьютерной обработке, в ходе которой оно разбивается на квадратные пробные зоны одинакового размера, в каждой из которых концентрация ключевого компонента вычисляется как отношение площади зоны, занятой ключевым компонентом, к площади всей зоны. Точка отделения ключевого компонента от транспортирующего определяется на шкале оттенков серого цвета исходя из требования соответствия средней концентрации ключевого компонента, найденной по всему изображению (с этой точкой отделения), его средней концентрации во всем объеме смеси. Среднеквадратическое отклонение найденных пробных концентраций, отнесенное к их среднему значению, определяет коэффициент неоднородности (вариации) смеси. Полученный коэффициент вариации концентрации ключевого компонента смеси на плоском изображении отличается от коэффициента вариации, полученного на основе анализа объемных проб. Дело в том, что он подвержен случайным колебаниям, обусловленным тем, что при одной и той же концентрации частиц ключевого компонента в объемном слое за пробной зоной на фотографируемой поверхности этой зоны может оказаться различное число частиц ключевого компонента. Поэтому полученный таким образом «плоскостной» коэффициент не точен и его корректируют с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения.
Возникающий дополнительный, по сравнению с вычисленным по объемным пробам, разброс концентраций может быть учтен, например, по методике, изложенной в работе (Л.В. Королев, М.Ю. Таршис. Метод оценки качества смешения сыпучих материалов по распределению частиц в плоском сечении рабочего объема // Изв. ВУЗов, «Химия и химическая технология». 2002. т.45. Вып.1. - С.98-100). Согласно этой методике коэффициент неоднородности , вычисляемый по объемным пробам, равен
2
0
где  - коэффициент неоднородности, найденный по плоскому изображению, α=(d/l), d - диаметр частиц ключевого компонента, с - объемная концентрация ключевого компонента в смеси, l - размер пробной зоны.
Очевидным являются снижение трудоемкости, повышение скорости и точности определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету по сравнению с гравиметрическими и оптическими способами.
1
2
1
2
1
2
3
3
Пример. Приготавливалась двухкомпонентная смесь в смесителе с гладким горизонтальным цилиндрическим барабаном диаметром 300 мм, высотой 120 мм. Угловая скорость вращения барабана ω=π рад/с (30 об/мин). Свойства частиц компонентов: насыпные плотности ρ= 1200 кг/м - (поваренная соль), ρ=1500 кг/м (речной песок), средние диаметры частиц d=0,375 мм, d=1,25 мм-1,25 мм. Загрузка послойная. Коэффициент загрузки 0,3. Соотношение объемов загрузки компонентов Q:Q=1:1.
Коэффициент неоднородности смеси  определялся предлагаемым способом при фотографировании сечения смеси, перпендикулярного оси ее однородности, совпадающей с осью барабана, через прозрачную стенку барабана. Потом эксперимент повторялся при тех же условиях, коэффициент неоднородности  определялся гравиметрическим способом. Для этого барабан останавливался через заданное число оборотов, производились соответствующие измерения. Затем компоненты снова загружались в барабан и измерения проводились после другого числа оборотов и т.д. Результаты экспериментов приведены в таблице, откуда видно, что с увеличением однородности смеси растет относительное отклонение δ «плоскостного» коэффициента неоднородности  от объемного коэффициента . Таким образом, для смесей, коэффициент неоднородности которых ниже 9-10%, необходима корректировка коэффициента  по формуле (1).
Зависимость коэффициентов неоднородности <img file="00000003.tif" he="6" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />, <img file="00000001.tif" he="6" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />, <img file="00000004.tif" he="6" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" /> и относительной погрешности δ, % определения <img file="00000003.tif" he="6" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" /> (относительно <img file="00000001.tif" he="6" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />) от числа оборотов барабана N
N
1
2
3
4
6
10
20
40
<img file="00000005.tif" he="7" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />%
93
51,2
27,1
20,9
10
5,9
4,9
4
<img file="00000006.tif" he="7" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" /> %
93
51,1
26,86
20,58
9,3
4,72
3,48
2,25
δ, %
0
0,2
0,89
1,56
7,5
25
41,76
77,8
<img file="00000007.tif" he="7" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" /> %
95
52
28
20
9,1
5
3,3
2,3