Классификация оборудования для смешения полимерных материалов

Смесители, применяемые в промышленности производства и переработки пластических масс, отличаются большим разнообразием, что затрудняет их классификацию. Это объясняется, с одной стороны, тем, что в начале развития рассматриваемой отрасли для смешения смол с другими компонентами (наполнителями, красителями, пластификаторами и т. д.) применяли смесительное оборудование, заимствованное из других отраслей промышленности. С другой стороны, смешению подвергают материалы, отличающиеся гранулометрическим составом, плотностью, физическим состоянием и другими свойствами. И, наконец, смешение полимерных материалов часто сопровождается теплофизическими и химическими процессами – растворением, плавлением полимера, образованием химических связей и диспергированием. Кроме того, смешению подвергают различные системы (твердое вещество –твердое вещество, жидкость – жидкость и жидкость – твердое вещество). При этом часто в одном смесителе можно перемешивать вещества, имеющие одинаковое или различное физическое состояние. Применяемые в настоящее время смесители для полимерных материалов можно классифицировать следующим образом:

1. по конструктивному признаку:

- барабанные смесители без перемешивающего и с перемешивающими устройствами;

- смесители с тихоходными и быстроходными роторами;

- смесители–пластикаторы – многочервячные и дисковые экструдеры,

- валковые смесители.

2. По физическому состоянию исходных компонентов:

- порошок,

- гранулят,

- жидкости различной вязкости.

3. По характеру процесса смешения:

- периодического и непрерывного действия.

4. По частоте вращения перемешивающего устройства:

- тихоходные и быстроходные смесители.

5. По механизму процесса смешения:

- с конвективным, диффузионным и конвективно–диф-фузионным смешением.

6. По режиму работы машины:

- с турбулентным и ламинарным смешением.

7. По способу воздействия на смесь:

- гравитационные,

- центробежные,

- сдвиговые смесители.

8. По способу смешения

- статистические и динамические смесители.

При классификации смесителя определяющими является конструктивный признак, хотя на практике каждый из перечисленных выше признаков можно использовать для классификации.

Барабанные смесители

Барабанные смесители можно разделить на две группы – смесители с вращающимся корпусом без перемешивающих устройств; смесители с перемешивающими устройствами.

Процесс смешения в каждом смесителе зависит не только от его конструктивных особенностей, но и от свойств исходных компонентов смеси. При смешении в барабанных смесителях можно выделить следующие элементарные процессы:

- перемещение группы смежных частиц из одного места смеси в другое внедрением, вмятием, скольжением слоев (процесс конвективного смешения);

- постепенное перераспределение частиц различных компонентов вновь образовавшуюся границу их раздела (процесс диффузионного смешения);

- сосредоточение частиц одинаковой массы в соответствующих местах смесителя под действием гравитационных или инерционных сил (процесс сегрегации).

При перемешивании сыпучих материалов в смесителе одновременно протекают все указанные элементарные процессы, однако доля их влияния в различные периоды смешения неодинакова.

Смесители барабанного типа представляют собой барабан, внутри которого могут быть смонтированы устройства, улучшающие смешение в осевом направлении (горизонтальные полости, подъемные полочки, оребрение внутренней поверхности и т.д.). Качество смеси при данной продолжительности смешения зависит от частоты вращения барабана (рис. 15).

Рис. 15.

При заданной частоте вращения барабана частицы материала под действием центробежных сил прижимаются к внутренней поверхности барабана, обрушиваются и снова вовлекаются в движение. При некоторых значениях смесительное воздействие максимально.

При больших значениях частоты вращения определенные слои материала не участвуют в процессе смешения. Движение частиц происходит по наклонной поверхности или по параболической траектории, а также по перекрещивающимся траекториям, причем движение частиц двухмерное. Характер движения частиц зависит от степени заполнения барабана. Путем установки специальных полочек или выбора формы барабана достигается и трехмерное движение частиц.

Барабанные смесители с вращающимся конусом (рис.16) являются смесителями периодического действия (кроме смесителей с наклонной осью (рис. 16, б)).

Рис. 16.

На рис. 16, а) показан смеситель горизонтального типа, то же на рис. 16, г), только вращение барабана осуществляется от приводных катков 1. Барабаны с осью вращения, не совпадающей с осью барабана, приведены на рис. 16, в). Остальные барабаны, представленные на рис. 16: д) – биконический; е) – V-образный; ж) – тетраэдрический; з) – с подъемными полками; и) – с оребрением внутренней поверхности; к – с коническими полками.

Рис. 17.

На рис. 17 представлены барабанные смесители с перемешивающими устройствами: а) – с двумя перемешивающими устройствами; б) – с перемешивающими устройствами червячного типа; в) – с наклонной осью вращения перемешивающего устройства; г) – с перемешивающими устройствами лопастного типа.

Рис. 18.

На ЗАО «Атлант» г. Минск разработан смеситель с перемешивающими устройствами (рис.18) для смешивания гранулированных термопластичных материалов с гранулированным концентратом красителя или с дробленым вторичным материалом. Смеситель имеет высокую производительность, обеспечивает однородность смешивания, установку времени смешивания на пульте управления. Смеситель смонтирован на станине 1, корпус 2 неподвижный внутри его вращается ленточная мешалка 3. Материал для смешивания подается через люк 4, а смешанный выгружается через люк 6 в емкость 7. Привод мешалки 5 осуществляется от электродвигателя через редуктор на вал мешалки. Технические характеристики смесителя следующие:

Параметры

Единицы измерения

БЗС 0143

Тип

Стационарный

Объем смесителя

м3

Объем заполнения

м3

0,4

Скорость вращения шнека

об/мин

Количество электродвигателей

шт

Установленная мощность

кВт

Питающая сеть

380 В, 50 Гц

Габариты: длина ширина высота

мм мм мм

Масса

кг

Барабанные смесители – тихоходные машины, т.к. окружная скорость вращения барабана обычно не превышает 0,17–1,0 м/с. При больших окружных скоростях возникающие центробежные силы оказываются сравнимы с силами тяжести, и движение материала прекращается. Степень заполнения барабанного смесителя составляет 30–70 %. При малой степени заполнения барабана с цилиндрическим корпусом до 10 % порошкообразный материал скользит сплошным слоем на внутренней поверхности барабана.

Частота вращения, обеспечивающая хорошее качество смешения определяется по зависимости :

где – средний диаметр частиц смешиваемых компонентов, мм;

– расстояние от оси вращения до стенки корпуса, мм.

Мощность привода цилиндрического горизонтального барабанного смесителя W (кВт) рассчитывается по формуле:

где – масса материала в барабане, кг;

– радиус центра тяжести массы материала, заполняющей барабан, м;

– угловая скорость вращения барабана, с^–1;

– угол естественного откоса перемешиваемого материала.