Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СМЕШЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к технологии и оборудованию для приготовления смесей сыпучих материалов с высокой неоднородностью частиц по размеру и плотности в химической, пищевой, микробиологической, строительных материалов и других отраслях промышленности.

Известен способ смешения сыпучих материалов с различными размерами и плотностью частиц (патент РФ №2392042 по классу B01F 9/06), заключающийся в дозированной подаче материалов во вращающийся барабан с установленными горизонтальными рядами в его центральной приосевой зоне отклоняющими элементами, организации в барабане потока падающих частиц с их поперечным перемещением в потоке и выгрузке смеси.

Устройство, реализующее этот способ содержит вращающийся барабан с периферийной подъемно-лопастной насадкой, установленные на противоположных торцах барабана загрузочные и разгрузочные устройства и установленные горизонтальными рядами в его центральной приосевой зоне отклоняющие элементы.

Недостатком этих технических решений является низкое качество смеси при смешивании компонентов с высокой неоднородностью дозирования вследствие низкой эффективности сглаживания пульсаций подачи исходных компонентов рассредоточенными поперечными перемещениями падающих частиц.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ смешения сыпучих материалов с различными размерами и плотностью частиц (патент РФ №2487748 по классу B01F 9/06), заключающийся в дозированной подаче компонентов смеси во вращающийся барабан с установленными неподвижно параллельными рядами отклоняющими элементами, организации во вращающемся барабане потока падающих частиц, разделении потока на части, обогащенные компонентами смеси с высокой неоднородностью дозирования, сообщении им импульсов в направлении загрузочного торца барабана и выгрузке смеси.

Недостаток способа заключается в сложности обеспечения сглаживающей способности по отдельным компонентам смеси с высокой склонностью к взаимной сегрегации при формировании их смеси.

Устройство, реализующее этот способ представляет собой вращающийся барабан с периферийной подъемно-лопастной насадкой, узлами для дозированной подачи компонентов и выгрузки смеси, установленный неподвижно в приосевой зоне барабана шероховатый скат, под нижней кромкой которого закреплены горизонтальными продольными рядами с возможностью поперечного перемещения в барабане отклоняющие элементы, направленные к противоположным торцам барабана в смежных рядах.

Недостатком устройства является ограниченные возможности по сглаживанию неоднородностей подачи компонентов с высокой склонностью к сегрегации в их смесях, вследствие сложности автономного воздействия на сегрегированные потоки компонентов.

Технической задачей предлагаемых способа и устройства является повышение качества готовой смеси за счет обеспечения автономного избирательного воздействия на сегрегированные потоки отдельных компонентов, имеющих высокую неоднородность дозирования и высокую склонность к сегрегации в смеси компонентов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что:

1. В способе смешения сыпучих материалов, заключающемся в дозированной подаче компонентов смеси во вращающийся барабан, с установленными неподвижно параллельными рядами отклоняющими элементами, организации во вращающемся барабане потока падающих частиц, разделении потока на части, обогащенные компонентами смеси с высокой неоднородностью дозирования, сообщении им импульсов в направлении загрузочного торца барабана и выгрузке смеси, в потоке падающих частиц перед разделением его на части организуют сдвиговое гравитационное течение материала, компоненты смеси с высокой неоднородностью дозирования подают с противоположных торцов барабана, а смесь выгружают из центральной части барабана.

2. В устройстве для смешения сыпучих материалов, содержащем вращающийся барабан с периферийной подъемно-лопастной насадкой, снабженный узлами для дозированной подачи компонентов и выгрузки смеси, установленный неподвижно в приосевой зоне барабана шероховатый скат, под нижней кромкой которого закреплены горизонтальными продольными рядами с возможностью поперечного перемещения в барабане отклоняющие элементы, направленные к противоположным торцам барабана в смежных рядах, узлы для дозированной подачи компонентов установлены с противоположных торцов барабана, ряды отклоняющих элементов закреплены с возможностью автономного перемещения, а узел выгрузки смеси размещен в центральной его части.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Высокое качество смеси при реализации процесса непрерывного смешения во вращающемся барабане может быть достигнуто только за счет обеспечения эффективного сглаживания неоднородностей непрерывной подачи отдельных компонентов, которые особенно ярко проявляются при порционном микродозировании. Повышение сглаживающей способности достигается как за счет интенсификации продольного перемешивания, так и в результате избирательного увеличения задерживающей способности по отдельным компонентам смеси. Таким образом, эффективность процесса непрерывного смешения повышается путем избирательного увеличения сглаживающей способности и интенсивности перемешивания в отношении компонентов смеси, имеющих высокую неоднородность дозирования. Кроме того, в результате подачи компонентов смеси с противоположных торцов барабана и выгрузки смеси из его центральной части увеличивается отношение величин продольных потоков перемешивания и компонентов смеси.

В предложенных технических решениях для повышения качества получаемой смеси использован эффект разделения неоднородных частиц материала в результате сдвигового течения на шероховатом скате.

Данный эффект заключается в следующем. При движении на шероховатой пластине (скате) организуется сдвиговое гравитационное течение сыпучего материала, в котором верхние слои материала обгоняют нижние и, взаимодействуя с ними, обмениваются между собой частицами. В слое материала при сдвиговом течении крупные и менее плотные частицы перемещаются в направлении к открытой поверхности потока, а мелкие и более плотные - погружаются к его основанию. Вследствие такого распределения материала на наклонной плоскости наблюдается преимущественное движение одних частиц над другими.

Поток скатывающихся с пластины частиц попадает на ряды отклоняющих элементов, расположенных под ее нижней кромкой и имеющих направление к противоположным торцам барабана в смежных рядах. При этом часть потока, попадающая в дальний ряд отклоняющих элементов, оказывается обогащенной крупными и менее плотными частицами, а другая часть, попадающая в ближний ряд элементов, - мелкими и более плотными. При падении частицы названных частей потока взаимодействуют с отклоняющими элементами и перемещаются на некоторое расстояние вдоль нижней кромки пластины к противоположным торцам барабана. В результате повторного многократного возврата скатывающихся частиц на шероховатый скат организуется многоступенчатое противоточное движение образовавшихся сегрегированных частей потока. Перемещаясь от ступени к ступени, сегрегированные потоки обогащаются соответствующими частицами, приобретая наиболее высокую концентрацию крупных и менее плотных частиц у одного торца барабана, а мелких и плотных - у противоположного его торца.

Противоток неоднородных частиц в барабане и их максимальные концентрации у противоположных его торцов создают благоприятные условия для сглаживания неоднородностей подачи компонентов смеси с высокой неоднородностью дозирования, частицы которых различаются по размеру и плотности. Сглаживающий эффект обеспечивается при противоточном вводе компонента по отношению к сегрегированному потоку частиц, аналогичных частицам компонентов. В этом случае повышенная концентрация частиц компонента у торца барабана, через который осуществляется его загрузка, выполняет функцию буфера, демпфирующего пульсации подачи компонента. Компоненты, частицы которых характеризуются альтернативными свойствами, подаются в барабан со стороны противоположного торца, а готовая смесь выгружается из центральной части барабана.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации предложенного способа смешения сыпучих материалов, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для смешения сыпучих материалов содержит вращающийся барабан 1 с периферийной подъемно-лопастной насадкой 2 и подпорными кольцами 3 для предотвращения самопроизвольной выгрузки материала из барабана, патрубками 4 и 5 для ввода компонентов смеси. В барабане в приосевой зоне неподвижно установлен шероховатый скат 6, под нижней кромкой которого закреплены горизонтальными продольными рядами отклоняющие элементы 7, направленные к противоположным торцам барабана в смежных рядах. Отклоняющие элементы закреплены на горизонтальных направляющих на внешних стойках с возможностью автономного поперечного перемещения в барабане. Для дозированной подачи компонентов смеси предусмотрены непрерывные дозаторы 8 и весовые порционные микродозаторы 9. Для выгрузки готовой смеси в центральной части барабана имеется узел выгрузки, выполненный в виде совокупности внутренних радиальных патрубков 10, длина которых определяется необходимым коэффициентом заполнения барабана. Для приема готовой смеси под барабаном установлена емкость 11.

Эффект разделения неоднородных частиц материала в процессе их сдвигового гравитационного течения на шероховатом скате, сопровождающийся образованием сегрегированных потоков сыпучего материала, использован в предложенных технических решениях для повышения однородности распределения компонентов в смеси. Повышение однородности смеси обеспечивается путем избирательного воздействия продольно распределенными импульсами, направленными к загрузочным торцам барабана, на сегрегированные части сдвигового потока, обогащенные компонентами, склонными к сегрегации в их смеси и имеющие высокую неоднородность дозирования, например, вследствие порционной их подачи.

Под действием импульсов, направленных навстречу противоточно движущимся сегрегированным потокам материала, происходит интенсивное сглаживание пульсаций подачи компонентов смеси с высокой неоднородностью дозирования и увеличение их концентрации в барабане в направлении торцов барабана, через которые осуществляется их загрузка. В результате избирательно увеличивается время пребывания названных компонентов в рабочем объеме смесителя, что способствует дополнительному демпфированию пульсаций их подачи.

В отсутствие отличительных признаков предложенных способа и устройства не обеспечивается эффективное сглаживание пульсаций подачи отдельных компонентов, склонных к сегрегации в их смесях, что является причиной низкого качества готовой смеси.

ПРИМЕР. В барабанный смеситель, представляющий собой вращающийся барабан диаметром 0,6 м и длиной 2,0 м, на внутренней поверхности которого закреплены радиальные подъемные лопасти высотой 0,06 м, подают сыпучие ингредиенты кормовой добавки «Здравур».

В центральной приосевой зоне барабана неподвижно установлен шероховатый скат шириной 0,4 м под углом, близким к углу естественного откоса материала. Под нижней кромкой ската горизонтальными рядами закреплены отклоняющие элементы с возможностью поперечного перемещения. Отклоняющие элементы выполнены в виде наклонных желобов прямоугольного сечения с горизонтальными верхними кромками боковых стенок. Угол наклона желобов равен 45(и превышает угол трения материала о желоб, а расстояние между боковыми стенками составляет 0,03 м. В каждом ряду установлено по сорок отклоняющих элементов, направленных к одному из торцов барабана. В смежных рядах отклоняющие элементы имеют противоположное направление.

С противоположных торцов барабана установлены дозаторы для непрерывной объемной подачи исходных компонентов, имеющих высокую концентрацию в смеси, и весовые порционные дозаторы, предназначенные для формирования микродоз ингредиентов. В центральной части барабана смонтирован узел выгрузки смеси, выполненный в виде ряда закрепленных по цилиндрической образующей барабана радиальных патрубков. Последние закреплены на барабане с возможностью радиального перемещения с целью управления коэффициентом заполнения материала в барабане.

С целью быстрого выхода на стационарный режим в период заполнения барабана в зоны, прилегающие к торцам барабана, загружают буферные массы порционно дозируемых микрокомпонентов (витамины, аминокислоты и др.). Из засыпки материала в нижней части барабана материал исчерпывается подъемными лопастями и сбрасывается на шероховатую пластину. В слое материала при сдвиговом течении менее плотные и более крупные частицы микроэлементов перемещаются в направлении к открытой поверхности потока, а мелкие и более плотные частицы погружаются к его основанию. Поток скатывающихся с шероховатого ската частиц попадает на отклоняющие элементы, которые делят его на части вдоль порога скатывания. При этом часть потока, попадающая в дальний ряд отклоняющих элементов, оказывается обогащенной крупными и менее плотными частицами, а другая часть - мелкими и более плотными. При падении частицы взаимодействуют с отклоняющими элементами, и перемещаются на некоторое расстояние вдоль нижней кромки шероховатого ската к противоположным торцам барабана. Вследствие многократного продольного смещения материала названных сегрегированных частей технологического потока в барабане организуется их многоступенчатое противоточное взаимодействие. Поскольку сегрегированные потоки порционно дозируемого компонента перемещаются навстречу потоку его загрузки, то они оказывают интенсивное сглаживающее воздействие на пульсации подачи компонента, обеспечивая его перенос между зонами с высокой и низкой концентрацией компонента в барабане. Кроме того, при перемещении сегрегированного потока вдоль барабана происходит его обогащение частицами порционно дозируемых компонентов, загружаемых с торца барабана, в направлении которого перемещается поток. В результате у загрузочных торцов барабана образуются буферные массы порционно дозируемых компонентов, избирательно увеличивающие время их пребывания в рабочем объеме смесителя. Вследствие этого достигается дополнительный эффект сглаживания пульсаций, вызванных порционной подачей компонентов и, соответственно, повышение однородности смеси.

Вследствие многоступенчатого противоточного взаимодействия компонентов смеси, склонных к сегрегации, их концентрация в барабане изменяется от максимального значения у одного торца, до минимального значения - у другого. В центральной же части формируется смесь с регламентированным соотношением компонентов, которая выгружается из смесителя.

Предлагаемые способ и устройство позволяют использовать эффект сегрегации при сдвиговом гравитационном течении сыпучего материала, организуемом на шероховатом скате во вращающемся барабане, для интенсивного сглаживания неоднородностей подачи компонентов смеси в процессе непрерывного ее приготовления при высокой неоднородности дозирования путем противоточного импульсного воздействия на сегрегированные потоки, обогащенные этими компонентами. По сравнению с прототипом предлагаемые технические решения позволяют получить более высокую однородность состава смеси, так как обеспечивают избирательное интенсивное сглаживающее воздействие на потоки компонентов, склонных к сегрегации