Характеристика качества смесей

Качество приготовляемых смесей можно характеризовать степенью смешивания или, например, степенью однородности, под которой понимается взаимное распределение двух и более компонентов после совершенного смешивания всей системы. Степень смешивания (или степень однородности), используемая для оценки интенсивности смешивания, является в то же время показателем эффективности смешивания.

Согласно ранее принятому в отечественной литературе определению, интенсивность действия смешивающего устройства (она же интенсивность смешивания) характеризуется обычно следующими величинами:

· временем достижения конкретного технологического результата при постоянной частоте вращения или частотой вращения (окружной скоростью смешивающих лопастей) смешивающего механизма при постоянной продолжительности процесса;

· мощностью, расходуемой на смешивание, приведенной к единице объема или массы смешиваемого материала.

Следует понимать, что каждая из перечисленных выше величин является мерой интенсивности смешивания не вообще, а лишь для конкретного смешивающего аппарата, работающего с конкретной средой. Поэтому крайне важно найти величину, наиболее близко коррелирующуюся с рациональностью конструкции смесителя.
Основные факторы, обуславливающие рациональность конструкции смесителя

универсальный критерий интенсивности смешивания должен быть определен как скорость изменения степени смешивания во времени dI/dt.

В наших исследованиях [9] за основной фактор, обуславливающий рациональность конструкции смесителя, принята однородность смеси, выражаемая степенью ее сепарации S, характеризующей степень приближения смеси к материалу с некоторым идеальным порядком распределения в нем компонентов этой смеси. При этом скорость смешивания, представляющая собой уменьшение степени сепарации, и выражаемая уравнением служит критерием интенсивности процесса смешивания.

 

 

Скорость сепарации, пропорциональная разности масс и текущему значению степени сепарации, выражается отношением:

 

 

Анализ интегральной формы совокупного процесса смесеобразования, включающего, как уже отмечалось выше, в себя два частных и противоположных процесса – смешивание и сепарирование, описывается формулой:

где S – центральный абсолютный момент статистической плотности распределения физической плотности компонентов смеси по всему рассматриваемому объему; а и k – постоянные, характеризующие процесс смешивания и зависящие от природы и состояния смешиваемых материалов, а также от конструкции и режима работы смесителя; x – показатель общего поточного движения смеси в смесителе (предопределяется внутренним перемещением компонентов в зоне смешивания и характеризует суммарную меру воздействия смешивающего механизма на компоненты смеси, пропорциональную времени смешивания t, частоте воздействия n указанного механизма на смесь и количеству составляющих движения смешиваемой массы z, т.е. x = n•t•Z).

Варьируя параметрами, характеризующими меру воздействия смешивающего механизма на смесь, можно добиться необходимой интенсивности смешивания при требуемых показателях качества смеси.

Существенным критерием рациональности конструкции смесителей является также эффективность смешивания, определяемая количеством энергии, затрачиваемой на смешивание. С целью снижения энергоемкости процесса смешивания и т.о. повышения эффективности смешивания нами предложена [10] рациональная схема установки лопастей в роторных смесителях, при которой экономится до 30% энергии, за счет уменьшения мощности, потребной на преодоление заклинивания частиц щебня между рабочей кромкой лопасти и днищем смесительной чаши.

В целом процесс смешивания является случайным, что обусловлено влиянием суммы различных факторов (колебанием гранулометрического состава фракций минерального сырья, способом дозирования компонентов смеси и др.) Поэтому постоянство геометрических параметров и режима работы смесителя не может обеспечить протекание процесса смешивания по строго определенной зависимости. Тем не менее, смесительный аппарат вносит определенную закономерность в процесс смесеобразования и может способствовать обеспечению процесса, близкого по параметрам к оптимальному (т.е., отвечающему экспоненциальной зависимости (4)). Говоря языком математики, можно сказать, что процесс смешивания (несмотря на то, что он является случайным процессом) обладает отрицательными обратными связями, и любой «выброс» степени сепарации приводит в действие эти связи, и процесс асимптотически приходит в соответствие с соотношением (4).

Таким образом, процесс смешивания является асимптотически устойчивым, что естественно, так как это заложено в природе системы «смеситель-смесь». Если за критерий оптимума принять максимальную скорость процесса, обеспечивающую наиболее эффективное смешивание и наилучшее использование всех возможностей системы «смеситель-смесь», то устремления технологов и конструкторов должны быть направлены на максимальное обеспечение экспоненциального хода процесса, а следовательно, на оптимальный выбор рабочих параметров системы «смеситель-смесь», что достигается путем определения:

· рациональной (для конкретной смеси) частоты вращения лопастных валов;

· формы и схемы установки лопастей на валах;

· степени заполнения смесителя;

· продолжительности смешивания.

Т. е. эти четыре фактора являются определяющими.