Аппараты для перемешивания твердых сыпучих и тестообразных материалов можно по конструкции разбить на несколько групп:
- смесители с вращающимися лопастями;
- шнековые смесители;
- смесовые барабаны;
- смесители с поступательно-движущимися лопастями.
Последние применяются для перемешивания значительных количеств твердых материалов, расположенных на большой площади в тонком слое (например, для перелопачивания солода), и в химической промышленности почти не используются.
Смесители с вращающимися лопастями.
Для перемешивания сыпучих и тестообразных тел широко применяют смесители с мешалками, состоящими из двух параллельно установленных горизонтальных роторов специальной формы. Роторы вращаются в противоположные стороны в корытообразном сосуде, дно которого имеет форму двух полуцилиндров.
В таких смесителях происходит смешивание вминанием и одновременно деление перемешиваемой массы.
На рис. 1 изображена схема работы специально изогнутых лопастей в корыте смесителя. Пунктирными линиями показаны лопасти с поворотом к первоначальному положению (изображенному сплошными линиями) на 180°. Стрелками указано направление действия сил при вращении лопастей в корыте.
Рис. 1. Схема работы лопастей смесителя.
Работа смесителя протекает следующим образом. Под влиянием давления лопасти масса прижимается к седлу корыта и раздавливается часть массы выходит из сферы действия данной лопасти и подхватывается второй лопастью. То же происходит и с массой, направляемой к седлу второй лопастью. Таким образом происходит деление массы. Вместе с тем силы, действующие в объеме, изображенном на схеме проекцией ВАОБЕ (рис. 1), направлены в массу и приложены, вследствие вращения лопастей, попеременно в различных точках, в результате чего достигается смешивание вминанием. Для устранения встречи разрезанных седлом однородных масс после полного оборота лопастей лопасти должны иметь неодинаковое число оборотов, причем отношение чисел оборотов не должно быть целым числом. Обычно это отношение принимают близким к двум.
Процесс перемешивания в аппарате этого типа сопровождается частичным перетиранием масс и другими нежелательными процессами.
Путем выбора соответствующей формы лопастей и корыта, а также числа оборотов лопастей можно усилить или ослабить протекание указанных процессов.
Машиностроительные заводы изготовляют смесители трех типов: 1) легкие, 2) средние, 3) тяжелые.
Рис. 2. Смеситель легкого типа:
1-корыто; 2-лопасти; 3-противовес для опрокидывания корыта; 4-привод.
Смеситель легкого типа (рис. 2) предназначается для перемешивания порошкообразных или мягких тестообразных материалов с добавлением жидкостей или без них. Смеситель снабжен приспособлением для опрокидывания корыта при разгрузке.
На рис. 3 показан смеситель тяжелого типа, предназначенный для перемешивания очень густых, вязких масс (пластические массы, синтетический каучук) и для промывки веществ, нерастворимых в жидкости.
Рис. 3. Смеситель тяжелого типа.
Смеситель снабжен низким чугунным корытом, отлитым заодно с рубашкой. Корыто и привод устанавливаются на чугунной станине. Роторы приводятся во вращательное движение от трансмиссии или от электродвигателя при помощи зубчатой передачи.
Шнековые смесители.
Для смешения различных сыпучих материалов применяют так называемые дифференциальные смесительные шнеки.
Такой шнек (рис. 4) представляет собой корыто 1, в котором вращаются два параллельных горизонтальных вала 2 с плоскими лопастями 3. Лопасти насажены на валы по винтовой линии через определенные промежутки.
Рис. 4. Дифференциальный смесительный шнек:
1-корыто; 2-валы; 3-лопасти.
Лопасти образуют как бы прерывистую винтовую поверхность. Корыто шнека закрывается крышкой (на рисунке не показана).
При вращении валов измельчаемый материал перемешивается по направлению их вращения и вдоль оси шнека.
Смесовые барабаны.
В производстве органических красителей и многих других сухие продукты смешивают в смесовых барабанах.
Смесовой барабан (рис. 5) представляет собой горизонтальный стальной барабан 1, на который надеты чугунные бандажи 2. Барабан вращается на опорных роликах 3.
Рис. 5. Смесовой барабан:
1-барабан; 2-бандажи; 3-опорные ролики; 4-винтообразные лопасти;
5-перегородки; 6-шнек; 7-загрузочный патрубок; 8-разгрузочный патрубок.
На внутренних стенках барабана укреплены винтообразные лопасти 4 и тангенциальные перегородки 5, не доходящие до оси барабана. Такое устройство способствует энергичному перемешиванию материала при вращении барабана.
Для загрузки и выгрузки материала служит шнек 6. Материал поступает в барабан через верхний патрубок 7. После окончания перемешивания направление вращения барабана меняется на обратное и материал тем же шнеком выгружается из барабана через нижний патрубок 8,
Смесовые барабаны приводятся во вращение от фрикционной (при малой производительности) или зубчатой передачи.
А.Г. Касаткин
Основные процессы и аппараты химической технологии
(Глава VI. Перемешивание материалов / Перемешивание в твердой сыпучей и тестообразной среде)