第四篇混合機械設(shè)備

第四篇混合機械設(shè)備授課教師：韓濤Tel：主要內(nèi)容第十五章概述第十六章混合機械及設(shè)備第十五章概述§15-1混合過程§15-2混合度§15-3影響混合的因素§15-4混合機類型第四篇§15-1混合過程一、混合過程混合過程是指物料在外力（重力及機械力等）作用下發(fā)生運動速度和方向的改變，使各組分顆粒得以均勻分布的操作過程。這種操作過程又稱為均化過程。二、物料混合的目的水泥、陶瓷原料的混合，是為固相反應(yīng)創(chuàng)造良好條件；玻璃原料的混合是為窯內(nèi)熔化反應(yīng)配制適當?shù)幕瘜W成分；在耐火材料和制磚的生產(chǎn)中，混合是為了獲得所需的強度，制備有最緊密充填狀態(tài)的顆粒配合料等。三、混合機理在混合機中，物料的混合作用一般認為有以下三種：1、對流混合（或稱移動混合）：物料在外力作用下產(chǎn)生類似流體的騷動，顆粒從物料中的一處散批地移到另一處，位置發(fā)生移動，所有顆粒在混合機中的流動產(chǎn)生整體混合。2、擴散混合：把分離的顆拉撒布在不斷展現(xiàn)的新生料面上，如同一般擴散作用那樣，顆粒在新生成的表面上作微弱的移動，使各組分的顆粒在局部范圍擴散達到均勻分布。3、剪切混合：在物料團塊內(nèi)部，由于顆粒間的相互滑移，如同薄層狀流體運動那樣，引起局部混合。實際混合作用上述三種混合作用是不能絕然分開的，各種混合機都是以上述三種作用的某一種作用起主導作用。最佳混合效果物料在混合機中從最初的整體混合達到局部的混勻狀態(tài)。在前期進行迅速地混合，達到最佳混合狀態(tài)后，要向反方向變化，使混合狀態(tài)變劣，而偏析和混合則反復地交替進行著，在某個時刻達到動態(tài)平衡。此后，混合均勻度不會再提高。一般再也不能達到最初的最佳混合狀態(tài)。這種反?，F(xiàn)象，認為是由混合過程后期出現(xiàn)的反混合所造成的。實際的情況，往往是混合質(zhì)量先達到一最高值，然后又下降而趨于平衡?；旌线^程要經(jīng)過混合質(zhì)量優(yōu)于平衡狀態(tài)的暫時的過混合狀態(tài)。這是有利于生產(chǎn)的，即在較短的混合時間內(nèi)可以達到較高的混合程度。混合過程曲線混合狀態(tài)（a）原始未混合狀態(tài)(b）理想完全混合狀態(tài)(c）隨機完全混合狀態(tài)理想完全混合狀態(tài)經(jīng)過充分混合后，理論上應(yīng)該達到相異顆粒在四周都相間排列的狀態(tài)，顯然這時兩種顆粒的接觸面積最大，這種狀態(tài)稱為理想完全混合狀態(tài)。隨機完全混合狀態(tài)從混合料中任一點的隨機取樣中，同種成分的濃度值應(yīng)當是接近一致的。這樣一種過程稱為隨機混合，它所能達到的最佳狀態(tài)稱為隨機完全混合狀態(tài)。第十五章§15-2混合度衡量混合料混合質(zhì)量的指標是混合度（或稱均勻度）。通常取若干個試樣進行分析測定。一、標準偏差標準偏差系指成分各值偏離平均值的大小。如果標準偏離小，則表明測定數(shù)據(jù)大多數(shù)集中在平均值附近，波動較小，如果標準偏差較大，則表明測定數(shù)據(jù)偏差平均值較大，比較分散。二、離散度和均勻度1、離散度離散度即不均勻度（或稱變異系數(shù)）作為衡量一組測定值相對離散程度的特征量。其定義式為：2、均勻度三、混合指數(shù)混合指數(shù)M：用來表征混合質(zhì)量從混合前的完全離散狀態(tài)到最佳的隨機完全混合狀態(tài)的進程。M值為無因次量。未混合時，M=0；達到隨機完全混合狀態(tài)時，M=1；實際的隨機混合為1>M>0。修正式四、混合速度第十五章§15-3影響混合的因素影響混合過程的因素主要有物料的物理性質(zhì)、混合機的結(jié)構(gòu)形式和操作條件三個方面。一、物料的物理性質(zhì)對混合的影響物料顆粒所具有的形狀、粒度及粒度分布、密度、表面性質(zhì)、休止角、流動性、含水量、粘結(jié)性等都會影響混合過程。離析物料顆粒的粒度、密度、形狀、粗糙度、休止角等物理性質(zhì)的差異將會引起離析，其中以混合料的粒度和密度差影響較大。離析的機理離析的機理有三個方面：1、堆積離析有粒度差（或密度差）的混合料，在倒瀉堆積時就會產(chǎn)生離析，細（或密度?。╊w粒集中在料堆中心部分，而粒度大（或密度大）的顆粒則在其外圍。2、振動離析具有粒度差和密度差的薄料層在受到振動時，也會產(chǎn)生離析。即使是埋陷在小密度細顆粒料層中的大密度粗顆粒，仍能上升到料層的表面，產(chǎn)生離析。3、攪拌離析采用液體攪拌的方式來強烈攪拌具有粒度差的混合料，也會出現(xiàn)離析，多數(shù)不能得到良好的混合效果。而對液體混合是成功的方法，對固體粉料不一定有效，甚至會導致嚴重的反混合。二、混合機結(jié)構(gòu)形式對混合的影晌混合機機身的形狀和尺寸、所用攪拌部件的幾何形狀和尺寸、結(jié)構(gòu)材料及其表面加工質(zhì)量、進料和卸料的設(shè)置形式等都會影響到混合過程。設(shè)備的幾何形狀及尺寸影響物料顆粒的流動方向和速度；向混合機加料的落料點位置和機件表面加工情況影響著顆粒在混合機內(nèi)的運動。三、操作條件對混合的影響操作條件包括:混合料內(nèi)各組分的多少及其所占據(jù)混合機體積的比率，各組分進入混合機的方法、順序和速率，攪拌部件或混合機容器的旋轉(zhuǎn)速度等，對混合過程都有影響。

轉(zhuǎn)速對于回轉(zhuǎn)容器型混合機來說，物料在容器內(nèi)受重力、慣性離心力、摩擦力作用產(chǎn)生流動而混合。當重力與慣性離心力平衡時，物料隨容器以同樣速度旋轉(zhuǎn)，物料間失去相對流動不發(fā)生混合，此時的回轉(zhuǎn)速度為臨界轉(zhuǎn)速。慣性離心力與重力之比稱為重力準數(shù):

顯然，F(xiàn)r應(yīng)小于1。一般對于圓筒型混合機，F(xiàn)r=0.7～0.9;對于v型混合機，F(xiàn)r=0.3～0.4。由給定的Fr值確定轉(zhuǎn)速ω值的大小。實驗表明，最佳轉(zhuǎn)速n與容器最大回轉(zhuǎn)半徑及混合料的平均粒徑有關(guān)，一般有如下關(guān)系：第十五章§15-4混合機類型混合機的類型很多，可按以下幾個方面進行分類：1、按操作方式來分，有間歇式和連續(xù)式兩類。連續(xù)混合時，應(yīng)選取合適的喂料機，它既能給料又能連續(xù)稱量。出口處物料的均勻度應(yīng)作連續(xù)測定，并及時反饋訊號調(diào)節(jié)喂入量，以便獲得最佳的均勻度。性能連續(xù)式混合機的優(yōu)點是：可放置在緊靠下一工序的前面，因而大大減少混合料在輸送和中間貯存中出現(xiàn)的離析現(xiàn)象；設(shè)備緊湊，且易于獲得較高的均勻度，可使整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)連續(xù)化、白動化，減少環(huán)境污染以及提高處理水平。其缺點是：參于混合的物料組分不宜過多；微量組分物料的加料，不易計量精確，對工藝過程的變化，適應(yīng)性較差；設(shè)備價格較高，維修不便。2、按設(shè)備運轉(zhuǎn)形式按設(shè)備運轉(zhuǎn)形式來分，有旋轉(zhuǎn)容器式和固定容器式兩類。旋轉(zhuǎn)容器式混合機的特點是：幾乎全部為間歇操作；裝料比Q/V）較固定容器式為小；對于流動性較好而且其它物理性質(zhì)差異不大時，可得到較好的均勻度，其中尤以V型混合機的混合均勻度較高，容器內(nèi)部容易清掃；可用于磨蝕性強的物料混合，多用于品種多而批量較小的生產(chǎn)中。其缺點是：混合機的加料和卸料，都要求容器停止在固定的位置上，故需加裝定位機構(gòu)，加卸料時容易發(fā)生粉塵，需要采取防塵措施。固定容器式混合機的特點固定容器式混合機的特點是：在攪拌槳葉強制作用下使物料循環(huán)對流和剪切位移而達到均勻混合，混合速度較高，可得到較滿意的混合均勻度，由于混合時可適當加水，因而防止粉塵飛揚和離析。缺點是：容器內(nèi)部較難清理；攪拌部件磨損較大。玻璃工廠常用的多是固定容器式混合機。3、按工作原理按工作原理來分，有重力式和強制式兩類。重力式混合機是物料在繞水平軸（個別也有傾斜軸）轉(zhuǎn)動的容器內(nèi)，主要受重力作用產(chǎn)生復雜運動而相互混合。這類混合機按容器外形來分有：圓筒式、鼓式、立方體式、雙錐式和V式等。這類混合機易使粒度差或密度差較大的物料趨向離析。為了減少物料結(jié)團，有些重力式混合機（如V式）內(nèi)還設(shè)有高速旋轉(zhuǎn)槳葉。強制式混合機強制式混合機是物料在旋轉(zhuǎn)槳葉的強制推動下，或在氣流作用下產(chǎn)生復雜運動而強行混合。這類混合機按其軸的傳動形式來分又有：水平軸的（槳葉式、帶式等）；垂直軸的（即盤式：定盤式和動盤式）；斜軸的（即螺旋葉片式）等。強制式混合機的混合強度較重力式為大，而且可大大地減少物料特性對混合的影響。4、按混合方式按混合方式來分，有機械混合機和氣力混合設(shè)備兩類。機械混合機在工作原理上大致又可分為重力式（轉(zhuǎn)動容器型）和強制式（固定容器型）兩類。氣力混合設(shè)備用脈沖高速氣流使物料受到強烈翻動或由于高壓氣流在容器中形成對流流動而使物料混合。也有多種，主要有重力式（包括外管式、內(nèi)管式和旋管式等）、流化式和脈沖旋流式等。5、按混合與離析機理按混合與離析機理來分，有離析型混合機和非離析型混合機兩類。前者以擴散混合為主，屬重力式混合機；后者以對流混合為主，屬強制式混合機。強制式混合機也存在有一定程度的離析，但遠比重力式混合機為小。6、按混合物料按混合物料來分，有混合機和攪拌機兩類。通常將干粉料混合或增濕混合的機械稱為混合機；將軟質(zhì)原料（如粘土、高嶺土或白至等）碎解在水中制成料漿，或使料漿保持均勻懸浮狀態(tài)防止沉淀的機械設(shè)備稱為攪拌機。第十五章第十六章混合機械及設(shè)備§16-1料漿攪拌機§16-2粉料混合機第四篇§16-1料漿攪拌機一、料漿攪拌機的分類攪拌機按攪拌動力來分，有機械攪拌的和氣力攪拌的兩類，前者利用適當形狀的槳葉在料漿中的運動來達到攪拌的目的；后者利用壓縮空氣通入槳池使料漿受到攪拌。按攪拌槳葉的配置，有水平的和立式的兩種。水平的多作混合或碎解物料之用，立式的多作攪拌之用。按攪拌槳葉的形狀來分，有槳式、框式、螺旋槳式、錨式和渦輪式等。按槳葉運動特點來分，有定軸轉(zhuǎn)動的和行星運動的等。常見攪拌槳葉的形狀一、機械式攪拌機1、水平槳式攪拌機2、行星式攪拌機槳葉一方面繞支柱7公轉(zhuǎn)，同時又繞自身的立軸5公轉(zhuǎn)，作出行星運動。這種行星運動能引起料漿激烈的湍流運動，有利于攪拌的進行。3、旋槳式攪拌機靠槳葉的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生強烈的湍流運動來攪拌、混合及潮解粘土。貯槳池一般為坐在混凝土基礎(chǔ)上，通常制成三角形或八角形，以消除料漿的旋回運動，從而提高攪拌效率。二、氣力攪拌機械氣力攪拌設(shè)備是利用壓縮空氣通入漿池，使物料產(chǎn)生強烈的湍流運動而得到攪拌作用。它特別適合于高深的料漿池使用。料漿池較高，可有效地利用上升氣流進行料漿攪拌。為了使料漿成分混合均勻，并防止沉淀，可在料漿庫內(nèi)設(shè)置壓縮空氣管道進行吹氣攪拌。管道布置形式通常單管吹氣和雙管吹氣兩種。第十六章§16-2粉料混合機一、螺旋式混合機螺旋式混合機用于干粉料的混合、潮濕或潮解粘土等，有單軸和雙軸兩種類型。單軸螺旋式混合機雙軸螺旋式混合機雙軸螺旋式混合機分類與性能

按料槽內(nèi)料流方向的不同，雙軸螺旋式混合機有并流式和逆流式兩類。并流混合時，兩軸轉(zhuǎn)向相反，螺旋槳葉的旋向也相反，物料沿同一方向并流推送；逆流混合時，兩軸轉(zhuǎn)向相反，螺旋槳葉旋向相同，使物料往返受到較長時間的混合。兩軸轉(zhuǎn)速不同，送料卸料口的速度比反向運動的快，使物料最終移向卸料口卸出。逆流式混合機的進料和卸料與并流式混合機相同，但生產(chǎn)能力較小。生產(chǎn)能力與兩軸速度差成正比?；旌蠒r間和質(zhì)量可通過改變齒輪的傳動比來調(diào)節(jié)。最適宜的混合時間及相應(yīng)的生產(chǎn)能力應(yīng)根據(jù)試驗及每種物料的實際數(shù)據(jù)來確定。二、輪碾式混合機輪碾式混合機的構(gòu)造與輪碾機相似，有盤轉(zhuǎn)式和輪轉(zhuǎn)式兩種。三、漿葉式混合機

四、行量式混合機物料在行星式混合機中的混臺五、氣力混合設(shè)備

氣力混合設(shè)備的主要部件是設(shè)于混合庫(均化庫)底的各種型式的充氣箱。充氣箱的主要部件為多孔板。多孔板是半透性的，壓縮空氣穿過多孔板向上流，而當停止充氣時，料粉不能通過過多孔板掉落。多孔板采用多孔透氣陶瓷板、多極孔鑄型金屬陶瓷板或各種纖維材料制成的織物。氣力混合裝置的共同特點是：向裝在庫底的充氣箱送入壓縮空氣，通過多孔板產(chǎn)生空氣細流，使粉料流態(tài)化，然后只在庫底的一部分加強充氣而形成劇烈渦流?；旌蠋斓撞康某錃饷娣e約占整個庫底面積的55～75％。1、分區(qū)充氣混合設(shè)備混合庫底鋪設(shè)一層充氣箱，這些充氣箱按一定形式排列組成若干充氣區(qū)，各區(qū)都有獨自的進氣管道。進行混合時，首先向各區(qū)同時通入一定壓強的凈化壓縮空氣，使庫內(nèi)粉料充分流態(tài)化，然后輪流改變各區(qū)的進氣壓力（或進氣量），使流態(tài)化粉料在壓力差或速度差的作用下不斷改變對流方向，以致全庫物料都得到充分的混合。分區(qū)充氣混合設(shè)備常用的分區(qū)方法有扇形、條形和環(huán)形三種以及由扇形演變而來的切變流混合庫。（1）扇形分區(qū)充氣混合設(shè)備充氣混合系統(tǒng)采用四分混合法。庫底的充氣裝置由四個扇形體組成，在每個扇形體依次作混合時，其它三個扇形體則在進行充氣。由空氣壓縮機供應(yīng)充氣和混合所需的空氣。導入混合扇形體用于混合的空氣量為空氣供應(yīng)總量的75%，其余25％空氣量則導入三個充氣的扇形體。因此在混合的扇形體上面形成一個充氣非常透徹的稀薄料柱。在充氣的扇形體上面比較密集的粉料不斷地與這稀薄的料柱混合并向上移動，這樣產(chǎn)生粉料的垂直快速環(huán)流。經(jīng)過一定時間后自動依次轉(zhuǎn)換扇形體充氣，可獲得近乎完全均勻的混合料。扇形分區(qū)充氣混合設(shè)備（2）條形分區(qū)充氣混合設(shè)備混合庫的庫底被分成5個混合條帶，條帶l、3和5構(gòu)成一組，而2和4構(gòu)成另一組，每組負擔50％的充氣區(qū)域。兩組交替自動充氣使庫內(nèi)物料不斷地流動而混合均勻。（3）環(huán)形分區(qū)充氣混合設(shè)備庫底分為5個充氣圈，其混合作用與條形混合法相似，進行混合和充氣的順序亦相同。（4）切變流混合庫庫底分成四個充氣區(qū)。在一定時間內(nèi)只有一個區(qū)以強氣流（攪拌空氣）充氣；其余三個區(qū)則以弱氣流充氣（非攪拌空氣）。這樣產(chǎn)生一股上升的空氣與粉料的湍流而在其余三個區(qū)同時產(chǎn)生向下的切變流?；旌蠒r間決定于混合庫的大小及攪拌空氣的壓強和流量，尤其決定于粉料的性質(zhì)?；旌蠋炜稍O(shè)在貯存庫的頂上，這樣可使混合好的物料依靠重力直接卸入貯存庫內(nèi)。切變流混合庫性能分區(qū)充氣混合設(shè)備的優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作可靠，均化效果好，容許入庫混合料成分的質(zhì)量波動大（士5%)，而輸出混合料的質(zhì)量波動小。其缺點是建造費用較高，動力消耗較大。2、內(nèi)管重力式混合設(shè)備通過庫底充氣箱3向庫中的內(nèi)管2及其周圍同時送風，一次風使庫內(nèi)粉料充分流態(tài)化，二次風則以較大的風速在內(nèi)管中向上噴射。位于內(nèi)管頂部的反射罩4也具有同樣的分散物料作用。向四周輻射狀分散的物料借重力下落，最后集聚混合至內(nèi)管底部，隨即又從內(nèi)管中依靠氣力上升，庫內(nèi)物料按圖中箭頭方向進行對流循環(huán)運動。循環(huán)速度與二次風速成正比，通常二次風速是一次風速的5～10倍。對流動性不好的物料，僅對其周圍部分進行周期性的間歇通風，或帶有壓力差的周期性通風，這樣對粘性較大的粉料也能得到某種程度的混合。內(nèi)管重力式混合設(shè)備性能帶內(nèi)管的氣力混合設(shè)備可以使對流混合、擴散混合和剪切混合等三種混合形式在庫內(nèi)互相迭加，故混合效率較高，同時可通過內(nèi)管和反射罩的調(diào)節(jié)作用，用少量的壓縮空氣就可獲得良好的混合效果。這種混合設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件，事故少，維修易，一次投資和常年維修費用低，由于進行整體對流循環(huán)，故粉料粒徑和比重對混合效果沒有影響，不會產(chǎn)生離析分層現(xiàn)象，單位充氣面積處理量大壓縮空氣消耗量少。3、雙層庫混合設(shè)備4、混合室連續(xù)混合設(shè)備混合室連續(xù)混合設(shè)備是四分混合庫和貯存庫的氣力卸料系統(tǒng)的組合形式。在主庫1