Основы процесса смешения и классификация оборудования

Целью смешения является получение из двух или более компонен­тов, взятых в определенных соотношениях, однородной в любом малом объеме массы, разные компоненты которой входили бы в этот объем в тех же пропорциях, в каких они были взяты первоначально [15].

Смешение широко применяется в химических производствах. Оно используется для получения однородных смесей из сыпучих компонентов, введения в перерабатываемый материал различных добавок (красителей, наполнителей, стабилизаторов в производстве полимеров, растворителей и т. п.), глубокого перемешивания (гомогенизации) пастообразных материалов.

Процесс смешения осуществляется в системах твердое вещество — твердое вещество, жидкость — жидкость, твердое вещество — жидкость. В зависимости от поставленной задачи в результате процесса смешения может быть достигнуто: простое физическое смешение; диспергирование (двух несмешивающихся жидкостей, твердых тел в жидкостях, газов в жидкостях л т. д.); изменение физического состояния компонентов (рас­творение, кристаллизация, плавление); управление химическими реак­циями, и их ускорение.

Наиболее общий характер носит простое физическое смешение, протекающее без изменения агрегатного состояния, и размеров частиц компонентов. Остальные процессы сопровождаются, как правило, теп­ло- или массообменными явлениями, им присущи свои особенности и в данной главе own не рассматриваются. Оборудование, в котором реа­лизуются эти процессы, относится к специальному (для переработки, например, пластических масс, резиновых смесей широко применяются вальцы, пластоомеентели, червячные пластификаторы и другие машины).

В процессе простого смешения наиболее неудобными для получе­ния однородной смеси являются сыпучие материалы. Это объясняется сложностью и специфичностью как самого процесса смешения, так и анализа свойств материалов и готовых композиций {32].

Качество процесса смешения характеризуется однородностью гото­вой смеси, которая оценивается статистическими методами по результа­там анализа проб, отбираемых из смеси.

Для количественной оценки процесса смешения, например, сыпучих материалов, был предложен ряд методов и критериев. Наибольшее рас­пространение в СССР получил коэффициент неоднородности:

где с — среднее арифметическое значение концентрации ключевого (по которому ведется расчет) компонента в пробах, %; с, -—концентрация ключевого компонента в пробе; N — число проанализированных проб.

Величина К_с в процессе смешения уменьшается, достигая некото­рой величины, зависящей как от свойств смеси, так и от конструкции аппарата или машины, в которых смешиваются компоненты.

В химических производствах применяется большое количество сме­сителей для сыпучих, жидких, пастообразных материалов и различных неоднородных систем. Такое разнообразие смесителей несколько за­трудняет их классификацию, которая учитывала бы как конструктив­ные признаки, так и функциональное назначение. Было предложено классифицировать смесители по многим признакам [19], но при этом один и тот же аппарат мог относиться к различным видам в зависимо­сти от рассматриваемого признака. В дальнейшем было отмечено, что важнейшим признаком для смесителей является их конструкция. Вероятно, эта точка зрения более приемлема. На рис. 3.1 приведена схема классификации, основанная на использовании конструктивной общности смесителей, их назначения и характерных особенностей ра­боты.

Рис. 3.1. Схема классификации машин и аппаратов для смешения материалов