Оборудование для смешивания компонентов

Оборудование для смешения сыпучих материалов.Смешение полимерных материа­лов применяется для введения в полимер доба­вок (вулканизирующих агентов, наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов, красителей, измельченных отходов производства изделий и др.), целенаправленно его изменяющих.

Наиболее часто при приготовлении по­лимерных композиций применяют барабанные смесители, поскольку они просты в изготовле­нии и эксплуатации. Для повышения интен­сивности и эффективности процесса смешива­ния во вращающемся барабане и исключения нежелательных последствий эффекта сегрега­ции компоненты загружаются в смеситель по­следовательно в порядке увеличения удельных плотностей или уменьшения размеров частиц. В смесителях непрерывного действия данный регламент реализуется за счет загрузки компо­нентов в места, расположенные на разных рас­стояниях по длине загрузочного отверстия барабана.

В установке периодического действия, показанной на рис. 4.1, внутри барабана 3, вдоль его оси установлена труба 2 с щелевой прорезью на всю ее длину. Труба 2 приводится во вращение реверсивным приводом 4. Изме­нение направления вращения трубы 3 осущест­вляется механизмом 5. На одном из краев ще­левой прорези трубы 2 установлена пластина 6 с возможностью ее перемещения в радиальном направлении и поворота.

Рис. 4.1. Схема вибровращательной мельницы

Основной компонент загружают в бара­бан 3, а ключевой – в трубу 2. Барабан приво­дится во вращение. Основной компонент дви­жется по замкнутому циркуляционному конту­ру внутри барабана. Труба 2 с помощью ревер­сивного привода 4 и механизма управления 5 поочередно поворачивается в противополож­ных направлениях на угол больше угла трения покоя сыпучего материала, относительно вер­тикального диаметра. При этом сыпучий мате­риал равномерно распределяется по длине тру­бы 2. После этого с помощью механизма управления 5, реверсивный привод начинает вращать трубу 2 с постоянной угловой скоро­стью в юм же направлении, что и барабан 3. При достижении открытой поверхностью сы­пучего материала угла наклона к горизонту, равного углу трения покоя, ключевой компо­нент начинает высыпаться из трубы 2 и рас­пределяться по наружной поверхности основ­ного компонента, движущегося по замкнутому циркуляционному контуру в поперечном сече­нии вращающегося барабана.

При постоянной угловой скорости за одинаковые промежутки времени труба будет поворачиваться на одинаковые углы. Посколь­ку угол наклона открытой поверхности сыпу­чего материала к горизонту в процессе осыпа­ния практически не меняется, то, используя принцип обращенного движения, нетрудно определить, какое количество материала будет высыпаться из трубы за эти промежутки вре­мени.

 

При приготовлении многокомпонентных смесей загрузка компонентов в барабан осуще­ствляется последовательно. При реализа­ции непрерывного процесса смешения особое внимание следует уделять выбору дозаторов, поскольку от этого существенно зависит каче­ство смеси и ее себестоимость. Непрерывное дозирование сыпучих материалов можно осу­ществлять различными дозаторами.

Смесители-пластикаторы. Такие смеси­тели используются при производстве и перера­ботке пластмасс и резиновых смесей с целью получения высококачественных композиций. В Зависимости от конструкции смесительно – пластицирующего органа (лопасти, ротора, валка, червяка и др.) смесительные машины подразделяются на лопастные, роторные, вал­ковые, червячные. Основные требования к конструкции смесительных устройств – это минимальные затраты электроэнергии, малая металлоемкость, компактность и долговеч­ность при эксплуатации.

Лопастные смесители применяются для смешения сыпучих и волокнистых материалов с пластификаторами, для изготовления паст, замазок, клеев и других высоковязких поли­мерных композиций. Рабочие органы таких смесителей выполнены обычно в виде двух Z-образных валов, расположенных горизон­тально и вращающихся навстречу друг другу с различными окружными скоростями (рис. 4.2). В зависимости от проводимой техноло­гической операции лопасти выполняются одно – или многокрыльчатыми, штифтовыми или в ином конструктивном исполнении.

Рис. 4.2. Открытый смеситель с Z – образными гладкими лопастными валами

К недостаткам оборудования этого типа относятся: длительность обработки смеси, зна­чительный расход мощности привода на еди­ницу готовой смеси, периодический режим работы. С целью снижения энергозатрат и вре­мени смешения полимерных материалов разра­ботаны комбинированные смесительные уст­ройства с винтовой скребковой мешалкой, рас­положенной в смесительном бункере, и че­тырьмя роторами в корпусе смесителя (два пальчиковых ротора малого диаметра и два лопастных ротора большего диаметра).

Роторные смесители – смесители, лопа­сти которых занимают около 60 % общего объ­ема смесительной камеры. Они применяются для смешивания пластических масс с наполни­телями, красителями и другими ингредиента­ми, для диспергирования, гомогенизации и проведения механо-химических процессов. Основным элементом смесителя является ра­бочая камера 2, образованная двумя полуци­линдрами, в которой расположены фигурные роторы 1, вращающиеся навстречу друг другу с разными скоростями (рис. 4.3). В верхней части закрытых смесителей расположен под­вижный затвор 3, предназначенный для запи­рания смесительной камеры после заполнения ее компонентами.

Процесс приготовления смесей в ротор­ных смесителях является периодическим и ведется по заранее установленному регла­менту. характерному для смесей каждого типа. Выбор режимов работы смесителей зависит от ряда факторов, определяющих условия смешения: суммарного количества загружае­мого в смесительную камеру материала, продолжительности смешения, давления верхнего затвора, частоты вращения роторов,

 

Рис. 4.3. Роторные смесители: А – открытые; б – закрытые; 1 – смесительные роторы; 2 – смесительная камера; 3 – верхний затвор; 4 - разгрузочное устройство

В валковых смесителях-пластикаторах (вальцах) основными рабочими органами яв­ляются два полых цилиндрических валка, вра­щающихся навстречу друг другу с разными окружными скоростями, с осями, расположен­ными в горизонтальной плоскости. Основные технологические операции, проводимые на вальцах, – это смешение, пластикация, дробле­ние, рафинирование смесей, промывка каучу – ков, подогрев смесей и др.

На рис. 4.4. показаны вальцы для пла­стикации, на чугунной фундаментной плите которых размещены две стальные станины с траверсами, в которых установлены подшип­ники для валков. Задняя пара валковых подшипников неподвижная, передняя – может перемещаться в направляющих станины при помощи нажимных винтов, которые вращают­ся электродвигателями через червячные редук­торы /. Валки нагреваются водой, перегретой до температуры 180 °С. Задний валок приво­дится во вращение через двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор 8 и пару приводных колес 4. Передний валок приводит­ся во вращение через пару фрикционных шес­терен 2. Асинхронный электродвигатель 7 со­единен с редуктором упругой муфтой. Для остановки вальцев служит колодочный тормоз 6. Система смазки подшипников циркуляцион­ная.

 

Вальцы снабжены приспособлениями для возврата массы в зазор валков и скатывания вальцуемого материала в рулон, ножом для подрезания кромок, передвижными ограничи­тельными стрелами 3. Просыпающаяся (через зазор между валками) во время загрузки по­рошкообразная масса возвращается в рабочий зазор вальцев ленточным конвейером.

Пластицируемые и смешиваемые мате­риалы несколько раз пропускаются через зазор вальцев для получения однородной массы. Выходящая с вальцев масса свертывается в рулон валиком, прижимаемым к образующей переднего валка. Для съема материала при изготовлении ленты применяют устройство с двумя дисковыми ножами, установленными на передвижных каретках. Каретка с ножами при помощи ходового винта совершает возвратно- поступательное движение вдоль образующей валка. При этом срезается лента необходимой ширины.

Расчет основных параметров вальцев сводится к определению распорных сил, мощ­ности привода и производительности по зави­симостям, полученным на основе гидромеха­нической теории вальцевания.

Смесители непрерывного действия явля­ются наиболее перспективными смесителями, так как имеют ряд преимуществ перед смеси­телями периодического действия. В них реали­зуются более высокие скорости и напряжения сдвига, в результате отсутствия пиковых на­грузок снижается мощность привода до 40 %, улучшаются показатели качества смеси за счет работы смесителя в установившемся режиме, возможно совмещение операции смешения с профилированием заготовок.

Для смешения высоковязких полимерных композиций применяют двухчервячные смеси­тели типа DSM со спаренными взаимозацеп – ляющимися и вращающимися в одном направ­лении червяками со смесительными лопастями, аналогичными элементам закрытых роторных смесителей периодического действия.

Технологический блок смесителя состоит из трех секций: загрузки, смешения и пласти­кации с дросселирующими элементами и на­гнетания, дозирования. В соответ­ствии с этим каждый вращающийся рабочий вал состоит из трех элементов: загрузочного червяка б, смесительной лопасти 7 и разгру­зочного (напорного) червяка 9. Загрузочные червяки с большим межвитковым объемом и глубокой нарезкой захватывают перерабаты­ваемый материал и транспортируют его в ка­меру смешения, в которой он пластицируется и перемешивается под давлением двумя взаимо – зацепляющимися смесительными лопастями. Давление в камере смешения можно устанав­ливать, регулируя в достаточно широких пре­делах величину двух конических дроссели­рующих зазоров. Кроме того, регулируя пло­щадь поперечного сечения с помощью дроссе­лирующего элемента, можно воздействовать на важнейшие технологические параметры про­цесса смешения, например, на напряжение сдвига, давление, время пребывания материала в смесительной камере, его температуру и ка­чество смешения. После прохождения дроссе­лирующих зазоров материал попадает в напор­ные червяки, вращающиеся в отделенных друг от друга полостях корпуса, в котором могут быть предусмотрены дегазационные отверстия. Оба разгрузочных червяка продавливают мате­риал через фильеры или другой формующий инструмент в зависимости от заданной формы экструдата.

Корпус смесителя в зоне смешения и раз­грузки имеет электрический обогрев и воздуш­ное охлаждение, а полые червячные валы мо­гут термостатироваться с помощью воды или пара.

Производительность таких смесителей варьируется в широком диапазоне в зависимо­сти от свойств получаемой смеси, соотношения компонентов и их количества и заданной фор­мы и размеров экструдата.

Смесители типа СН-100 являются наибо­лее перспективными и универсальными смеси­телями непрерывного действия и используются на различных стадиях производства и перера­ботки широкого класса полимерных и компо­зиционных материалов на их основе (рис. 7.1.9) [5, 32].

Смеситель такого типа чаще всего состо­ит из раскрывающегося корпуса с горизон­тальной линией разъема. Верхняя 1 и нижняя 8 части корпуса имеют рубашки обогрева 2 и 4. Для подвода и отвода теплоносителя в рубаш­ки 6 вварены патрубки с фланцами 5 и 6. Внут­ри корпуса 10 в горизонтальной плоскости расположены два сборных червяка 7, находя­щихся в зацеплении и имеющих однонаправ­ленное вращение.