Результат интеллектуальной деятельности: Способ исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету

Изобретение относится к области переработки сыпучих материалов и может быть использовано при исследовании качества смеси в процессах смешивания сыпучих материалов в различных отраслях химической, строительной, медицинской промышленности и ряде других.

Известен способ исследования процесса смешения сыпучего материала в барабанном смесителе, осуществляемый в устройстве для исследования процессов смешивания и сегрегации сыпучих материалов, находящихся в жидкости (патент РФ 2128080, МКИ В01F 3/12, опубл. 27.03.1999). Способ включает загрузку компонентов, вращение барабана, фиксацию смеси с помощью пластины, изогнутой по форме сечения сыпучего материала, остановку барабана, отбор и анализ проб с целью вычисления в них концентраций ключевого компонента с последующим определением коэффициента неоднородности. Пластина выполнена перфорированной для отвода жидкости при ее радиальном перемещении. К недостаткам данного способа необходимо отнести его неточность из-за невозможности сохранения относительного положения частиц компонентов при взятии проб контактным методом. Здесь возможно определение критерия качества лишь всей исследуемой партии, дозы смеси, без установления этого критерия в различных ее областях, например по длине смесителя.

Также известен способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету (патент РФ 2495398, МКИ G01N 1/38, опубл. 10.10.2013, включающий анализ изображения поверхности смеси и определение коэффициента ее неоднородности. Исследуемую смесь равномерно распределяют на гладкой поверхности, разделяют на необходимое число порций, получают цифровые изображения их поверхностей с построением гистограмм яркости, разделяют каждую порцию на одинаковое число частей - проб с построением их гистограмм яркости, а коэффициент неоднородности смеси рассчитывают сравнением цифровых изображений частей - проб порций с изображением всей порции исследуемой смеси по гистограммам яркости. К недостаткам этого способа следует отнести то, что при его использовании нарушается структура смеси при ее равномерном распределении на гладкой поверхности. Этим способом также невозможно получить значения критерия однородности в различных сечениях смеси. Кроме того, как и в предыдущем способе определяется критерий качества лишь сразу всей исследуемой смеси.

Также как и в способе, описанном выше, отсутствует информация об однородности смеси в различных ее областях (сечениях), которая является необходимой при исследованиях работы реальных устройств. Кроме того, данный способ не точен, поскольку предполагает перегрузку смеси из аппарата, при которой происходит относительное смещение ее частиц.

Наиболее близким к предлагаемому способу, принятым в качестве прототипа, является способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету (патент РФ 2385454 МКИ G01N 1/38, В01F 3/18, опубл. 27.03.2010). Он включает загрузку компонентов в смеситель, включение привода смесителя, его остановку, фиксацию изображения поверхности смеси через прозрачную стенку, анализ этого изображения посредством деления его на пробные зоны и вычисление в них концентраций ключевого компонента с последующим определением коэффициента неоднородности и его корректировкой с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения.

Недостатки данного способа связаны с тем, что он применяется лишь при анализе изображения поверхности смеси, перпендикулярного оси, вдоль которой смесь однородна, то есть, в случае когда качество ее вдоль этой оси не меняется. Поэтому он не эффективен для исследований поведения качества смеси в устройстве непрерывного действия по его длине. Проведение таких исследований этим способом возможно лишь в случае использования нескольких сменных корпусов различной длины (по числу исследуемых сечений, в которых определяется критерий качества смеси). Это приводит к повышению трудоемкости и материалоемкости при проведении и обеспечении эксперимента, увеличивается время проведения эксперимента.

Задачей изобретения является расширение исследовательских возможностей, снижение трудоемкости и материалоемкости, повышение скорости определения качества смеси по длине смесителя.

Поставленная задача достигается тем, что в способе исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету, включающем загрузку компонентов в смеситель, включение привода, его остановку, фиксацию изображения поверхности смеси через прозрачную стенку, анализ этого изображения посредством деления его на пробные зоны и вычисление в них концентраций ключевого компонента с последующим определением коэффициента неоднородности и его корректировкой с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения, перед фиксацией изображения смеси в исследуемых сечениях материала внутри корпуса смесителя устанавливают прозрачные поперечные перегородки, которые последовательно, после проведения анализа изображения поверхности смеси в конкретном сечении снимают, сыпучий материал, находящийся за снятой перегородкой удаляют, и анализ повторяют для следующего сечения исследуемого материала.

На фиг. 1 показан общий вид смесителя непрерывного действия, в котором осуществляется предлагаемый способ исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету.

На фиг. 2 показан вид А смесителя (фиг. 1).

Смеситель содержит корпус 1 с прозрачными торцевыми стенками, выполненными в виде колец 2 и 3, соединенный с приводом вращения 4, дозаторы (не показаны), бункер 5 загрузки компонентов, бункер 6 выгрузки смеси. В ходе исследований качества смеси используют прозрачные съемные перегородки 7, 8, 9.

Способ исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету, осуществляется следующим образом. В исследуемых сечениях материала (II, III и IV) внутри корпуса 1 смесителя устанавливают прозрачные поперечные перегородки 7, 8, 9. Включается привод 4 и, после дозирования, компоненты через бункер загрузки 5 поступают в корпус 1, где происходит их смешивание в режиме переката. Значения внутренних диаметров кольцевых перегородок определяют по коэффициенту загрузки смесителя. Смесь, перетекая через отверстия кольцевых перегородок 7, 8 и 9 заполняет корпус 1 смесителя. После установления стабильного режима перетекания компонентов через прозрачную торцевую стенку 3 привод выключают. Остановку корпуса смесителя осуществляют в момент, когда отверстия прозрачных перегородок, выполненные с эксцентриситетом относительно оси корпуса 1, находятся в наивысшем положении. Изображение поверхности смеси фиксируют фотокамерой через прозрачную стенку 3 и подвергают компьютерной обработке, в соответствии с известной методикой (см. патент РФ 2385454, МКИ G01N 1/38, B01F 3/18. Опубл. 27.03.2010). При этом определяется мгновенное значение коэффициента неоднородности в сечении I, то есть, на выходе из смесителя, которое корректируется с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения. Затем прозрачную торцевую стенку 3 снимают, а сыпучий материал, находящийся перед кольцевой перегородкой 9 удаляют. После этого фотокамерой фиксируют поверхность сыпучего материала, через прозрачную перегородку 9 (см. фиг. 2) и анализ полученного изображения повторяют. При этом получают мгновенное значение коэффициента неоднородности сыпучего материала в сечении II (непосредственно за перегородкой 9). Снимая кольцевые перегородки 9 и 8, последовательно удаляя смесь, находящуюся перед кольцевыми перегородками 8 и 7, соответственно, проводят анализ по указанной методике и получают мгновенные значения коэффициентов неоднородности сыпучего материала в сечениях III и IV.

Данный способ определения качества смеси компонентов является бесконтактным и обладает тем преимуществом, что при его использовании не нарушается структура смеси. Исследуемая смесь не извлекается из смесителя. Применение данного способа позволяет определять значения критерия качества смеси в ее различных сечениях в зависимости от длины корпуса (барабана) смесителя, в том числе, смесителя непрерывного действия, не извлекая из него смеси. Данный способ для получения такой зависимости не требует применения нескольких барабанов различной длины для каждого эксперимента, как это было бы необходимо при использовании прототипа. Таким образом, способ отличается простотой, скоростью получения необходимых значений критериев качества смеси, сравнительно невысокими трудоемкостью и материалоемкостью поскольку при проведении исследований не требуется сменных корпусов (барабанов).

Пример. Приготавливалась двухкомпонентная смесь в смесителе непрерывного действия с гладким горизонтальным цилиндрическим барабаном аналогичном смесителю, показанному на фиг. 1 и 2. Внутренний диаметр барабана составлял 230 мм, его длина - 405 мм. Кольцевые перегородки были установлены на расстояниях =80, 150, 280 мм от торцевой стенки, через которую осуществлялась загрузка компонентов, которые соответствуют сечениям IV, III и II, соответственно (фиг. 1). Отверстия кольцевых перегородок диаметром 100 мм выполнены с эксцентриситетом 15 мм относительно оси барабана (и центра наружного кольца). Угловая скорость вращения барабана составляла ω=π рад/с (30 об/мин). Загрузка компонентов осуществлялась через бункеры с различными сечениями выходных патрубков, обеспечивающими соотношение объемов загрузки компонентов Q₁:Q₂=l:2. Коэффициент загрузки - 0,3. Смешивались семена рапса и проса. Насыпные плотности и средние диаметры частиц которых:

ρ₁ = 667 кг/м³, d₁=1,75 мм (рапс),

ρ₂=840 кг/м², d₂=2,25 мм (просо).

Коэффициент неоднородности смеси V_c определялся предлагаемым способом, при последовательном фотографировании сечений смеси I, II, III и IV через прозрачные стенки колец 3, 9, 8, 7. (см. фиг. 1, 2). Начальное значение коэффициента неоднородности смеси определялось анализом изображения смеси, полученного фотографированием ее поверхности через прозрачную стенку 2, со стороны загрузки. В ходе эксперимента также определялся коэффициент неоднородности смеси гравиметрическим способом. При этом анализировалась смесь, забираемая в пробоотборник непосредственно за прозрачными перегородками 3, 8, 7, 6 (т.е. сразу за сечениями I, II, III и IV).

В таблице 1 приведено сопоставление значений коэффициентов неоднородности смеси, полученных двумя способами. Здесь δ относительное отклонение значения коэффициента неоднородности смеси V_c, полученного предлагаемым способом от значения коэффициента неоднородности смеси , полученного гравиметрическим способом.