Меню Рубрики

Установки для смешивания полимера

Оборудование для смешения полимерных материалов (стр. 1 из 6)

Оборудование для смешения полимерных материалов

Смешение широко применяют в различных отраслях промышленности, в том числе в производстве и при переработке пластмасс. Известно, что в подавляющем большинстве случаев чистый полимер не обладает нужным комплексом свойств и не может использоваться для изготовления изделий. Поэтому смешение применяют для введения в базовый полимер пластификаторов, наполнителей, стабилизаторов, красителей, пигментов, противостарителей, структурообразователей и других добавок.

Процесс смешения можно осуществлять в системах твердое сыпучее вещество – твердое сыпучее вещество, жидкость – жидкость, твердое сыпучее вещество – жидкость.

Классификация смесителей для полимерных материалов

Применяемые в настоящее время в промышленности смесители для пластмасс можно классифицировать следующим образом: 1) по физическому состоянию исходных компонентов – смесители для сыпучих материалов (без изменения физического состояния), низковязких и высоковязких жидкостей, вязкоэластичных жидкостей (с изменением в процессе смешения агрегатного состояния смеси); 2) по характеру процесса смешения – смесители периодического и непрерывного действия; 3) по механизму процесса смешения – смесители конвективного, диффузионного и конвективно-диффузионного смешения; 4) по режиму процесса смешения – смесители турбулентного и ламинарного смешения; 5) по способу воздействия на смесь – смесители гравитационные, центробежные, сдвиговые; 6) по конструктивному признаку – смесители барабанные (без перемешивающих и с перемешивающими устройствами), с быстроходными, тихоходными, планетарными, овальными, Z-образными, червячными роторами, дисковые и т.д.

На практике при классификации смесителей определяющим обычно является признак физического состояния и конструктивный, хотя в ряде случаев, как это будет показано ниже, могут использоваться любые из перечисленных выше признаков.

Статистическая теория смешения

Смешение – это физический процесс, целью которого является получение однородной смеси, состоящей из двух и более компонентов. При этом начальное состояние системы характеризуется упорядоченным распределением компонентов, а конечное – неупорядоченным, статистически случайным распределением компонентов.

Для реализации процесса смешения смеситель должен обеспечить проведение по меньшей мере двух процессов: измельчения (диспергирования) одного из компонентов (например, при получении дисперсий несмешивающихся жидкостей), в некоторых случаях сопровождающегося изменением физического состояния компонентов (растворением, плавлением, поглощением); статистически случайного распределения ингредиентов по всему объему смеси.

В состав любой смеси обычно входят два или более компонентов. Компонент смеси, концентрация которого выше всех остальных, называется дисперсионной средой (ДС). Компоненты смеси, распределяемые в дисперсионной среде, называют диспергируемой фазой (ДФ). В многокомпонентных системах смешение рассматривается как процесс последовательного смешения каждого компонента по очереди с ранее приготовленной смесью, играющей роль дисперсионной среды.

Для статистической оценки качества процесса смешения необходимо ввести понятия «размер предельной частицы» и «размер пробы».

Предельная частица – это наименьшая по размеру частица ДФ, получающаяся в процессе смешения. Предельные частицы могут быть молекулярных, коллоидных, микроскопических и макроскопических размеров. В истинных растворах предельными частицами являются молекулы ДФ. Наибольших размеров предельные частицы достигают при сухом смешении порошков или гранул полимеров.

Размер пробы обычно определяется размером предельной частицы. Если размер пробы соизмерим с размером предельной частицы, то в отобранной пробе окажется сравнительно мало таких частиц, и по внешнему виду рассматриваемая смесь может быть отнесена к крупнозернистым смесям. Если размер пробы много больше размера предельной частицы, то экспериментатору будет казаться, что в пробе содержится много таких частиц, и рассматриваемая смесь будет отнесена к мелкозернистым смесям.

Для статистического описания смеси используют два статистически определяемых показателя: степень неоднородности (гомогенность смеси) и степень измельчения; первый характеризует изменение концентрации ДФ в объеме смеси, второй – изменение размера частиц ДФ.

Гомогенность смеси можно определить, рассматривая содержание ДФ в пробах смеси. Для простоты будем считать, что ДФ состоит из частиц одинакового размера, а дисперсионная среда является жидкостью, состоящей из одинаковых частиц, размер которых равен размеру частиц ДФ. Такое допущение позволяет ввести понятие «общее число частиц в пробе», складывающееся из числа частиц ДФ и числа частиц ДС. Это допущение может быть также применено при анализе сыпучих смесей, состоящих из частиц одинаковых размеров. Если в процессе смешения достигается случайное (беспорядочное) распределение частиц ДФ по всему объему смеси, то вероятность того, что в любой точке смеси содержится частица ДФ, определяется долей частиц ДФ в общем объеме смеси.

Экспериментальная оценка гомогенности смеси

Для статистической оценки качества смеси от нее отбирают ряд одинаковых проб (не менее десяти), объем которых должен превышать объем предельной частицы по меньшей мере в 10 3 раз. Очевидно, что даже в идеальной смеси число частиц ДФ в разных пробах будет различно.

Читайте также:  Установка защиты заднего бампера прадо 150

Статистическая теория смешения предсказывает, что распределение числа частиц ДФ в отобранных пробах должно подчиняться биномиальному закону:

Для такой идеальной смеси мерой предельной неоднородности, неизбежно Даже в идеальной смеси, является генеральная дисперсия (ГД) о 2 :

Смесители для сыпучих материалов

Смесители для сыпучих материалов в большинстве случаев относятся к категории смесителей периодического действия. Это значит, что все подлежащие смешению ингредиенты одновременно или в заданной последовательности вводятся внутрь рабочей камеры смесителя. Процесс смешения продолжается до тех пор, пока не будет получена смесь с заданной степенью гомогенности.

Барабанные смесители с вращающимся корпусом

Наиболее простой и распространенный вид смесителей для смешения порошкообразных пластмасс – это барабанные смесители. Основные типы барабанных смесителей для сыпучих материалов приведены на рис. 1. Простейший по конструкции смеситель (рис. 1, а) представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический барабан с цапфами на торцах. При вращении барабана находящийся в нем сыпучий материал пересыпается и благодаря относительному смещению слоев перемешивается в вертикальной плоскости. Для осуществления продольного (вдоль образующей барабана) смещения материала ось вращения располагают наклонно к образующей барабана (рис. 1,6) или перпендикулярно образующей барабана

Рис. 1 Схемы барабанных смесителей

Смешение в барабанном смесителе состоит из следующих элементарных процессов: 1) перемещение слоев материала при увеличении наклона его свободной поверхности до значения, превышающего угол естественного откоса; при этом слои материала скользят друг по другу, рассыпаясь на отдельные частицы, которые внедряются в соседние слои (конвективное смешение); 2) постепенное проникновение частиц различных компонентов через вновь образующиеся границы раздела (диффузионное смешение); 3) скапливание и агломерация частиц одинаковых массы и состава в отдельных частях камеры смесителя (процесс агрегации).

При смешении сыпучих материалов в барабане смесителя одновременно протекают все указанные элементарные процессы. Однако степень их влияния в различные периоды смешения неодинакова.

В начальный период смешения гомогенность смеси изменяется в основном за счет конвективного перераспределения компонентов. Смешение происходит за счет смещения макрообъемов. Поверхность раздела между разнотипными компонентами в это время еще мала. Поэтому вклад диффузионного смешения незначителен. Процесс агрегации еще не начался, так как отдельные частицы внутри перемешивающихся макрообъемов практически не смещаются относительно друг друга.

Весь цикл смешения можно разделить на три стадии (рис. 2). На первой стадии (участок /) интенсивно развивается конвективное смешение. Начальная неоднородность смеси довольно быстро уменьшается. На этой стадии скорость процесса почти не зависит от физико-химических свойств компонентов, так как смешение происходит на уровне макрообъемов. Определяющее влияние на скорость процесса смешения на первой стадии оказывают траектории движения материала внутри смесителя. Вторая стадия (участок // ) наступает после того, как смешиваемые компоненты в основном распределены по объему барабана смесителя.

Рис. 2. Диаграмма изменения коэффициента вариации v для смеси, получаемой в смесителе барабанного типа (/ – время смешения). Пояснения в тексте

На этой стадии влияние конвективного и диффузионного процессов становится соизмеримым, так как процесс перераспределения частиц происходит на уровне отдельных частиц (движение частиц относительно друг друга). Наконец, на третьей стадии, когда достигнута минимальная степень неоднородности, начинает сказываться процесс агрегации (область III, кривые 1 я 2). Если после частичной агрегации образовавшиеся агломераты вновь диспергируются, то степень однородности смеси, оцениваемая коэффициентом вариации, колеблется около некоторого значения (кривая 1). Возможен также вариант (кривая 2), при котором два противоположных процесса в определенный момент времени уравновешиваются. В обоих случаях проводить дальнейшее перемешивание не имеет смысла, так как качество смеси не изменяется.

источник

Промышленные миксер смесители для полимеров

Изделия из полимерных материалов широко распространены в повседневной жизни благодаря невысокой стоимости, большому разнообразию физико-механических свойств, а также возможности вторичной переработки пластмассы. Полимеры, на основе которых производят различные предметы, в чистом виде не используются, так как без специальных добавок изделия не будут обладать нужными качествами. В состав добавляют дополнительные компоненты, такие как красители, стабилизаторы, пластификаторы, наполнители и т.д. Качество готового материала напрямую зависит от однородности исходной сыпучей смеси. Поэтому для смешивания разнородных фракций применяются специальные устройства – миксер смесители для полимеров.

Для получения пластмассовых материалов с заданными свойствами, пропорции полимеров и добавок заранее подбирают и просчитывают. Сырье в миксер смеситель для полимеров подается в виде гранул, порошка, крошки, хлопьев, дробленки. Это может быть первичный материал, либо вторичное сырье, получаемое измельчением в дробилках пластмассовых отходов, и пришедших в негодность пластиковых предметов.

Читайте также:  Установка irisman на ps3

Миксер смесители для полимеров входят в состав периферийного (дополнительного) оборудования. Применение периферии ускоряет, облегчает и выводит на более высокий уровень процессы подготовки сырья для литья пластмасс, что в конечном счете повышает качество готового изделия. Загрузка компонентов и выгрузка полученной смеси из миксер-смесителя для полимеров может выполняться вручную, либо автоматически, с помощью вакуумных загрузчиков. Также возможно совмещение миксера с экструдером или термопластавтоматом.

Наибольшее распространение получили барабанные, лопастные и вертикальные шнековые смесители благодаря несложной конструкции, легкости монтажа, обслуживания и эксплуатации.

Рабочие камеры миксеров для полимеров и перемешивающие устройства изготавливают из нержавеющей и коррозионностойкой стали. Это обеспечивает:

• Химическую чистоту готового материала;
• Легкую очистку рабочей камеры;
• Долгий срок эксплуатации.

Барабанный смеситель

В барабанных смесителях смешение полимеров с красителями и добавками происходит за счет многократного пересыпания компонентов, которое происходит при постоянном вращении барабана. При каждом обороте слои смещаются, смесь на стенке барабана поднимается и осыпается под действием силы тяжести.

В зависимости от конструктивных особенностей выделяют барабанные смесители:

• Ось камеры которых может совпадать осью вращения (вала), либо располагаться относительно нее со смещением, под углом или перпендикулярно;
• С дополнительными смесительными инструментами (лопастями, шнеком) и без них;
• С цилиндрической, шестигранной и V-образной камерой.

Вертикальный шнековый смеситель

Конструкция вертикального шнекового смесителя состоит из конусного или цилиндрического корпуса и шнека, расположенного в центральной части камеры. Составляющие смеси насыпаются в рабочую камеру через люк в верхней ее части или загрузочный бункер. Разгрузочное отверстие расположено в нижней части бункера и закрывается специальной задвижкой. Разнородные фракции перемешиваются посредством шнека, который вращается с высокой скоростью и поднимает со дна бункера сырье. За счет центробежных сил частицы полимеров и добавок выбрасываются вверх в камере и рассыпаются, затем сползают вниз и снова поднимаются, в процессе перемешиваясь друг с другом.

Конструкция вертикальных смесителей со шнеком характеризуется следующими достоинствами:

• Смесь достигает необходимого уровня однородности в кратчайшие сроки;
• Конусная форма бункера упрощает процесс смешивания, исключает появление мертвых зон и залежей компонентов;
• Экономят производственную площадь благодаря компактным размерам;
• Легкое перемещение по цеху – часто ножки вертикальных миксеров оснащают роликами.

Объем перемешивающей камеры миксеров-смесителей обычно составляет от 25 до 2000 литров.

источник

Классификация оборудования для смешения полимерных материалов

Смесители, применяемые в промышленности производства и переработки пластических масс, отличаются большим разнообразием, что затрудняет их классификацию. Это объясняется, с одной стороны, тем, что в начале развития рассматриваемой отрасли для смешения смол с другими компонентами (наполнителями, красителями, пластификаторами и т. д.) применяли смесительное оборудование, заимствованное из других отраслей промышленности. С другой стороны, смешению подвергают материалы, отличающиеся гранулометрическим составом, плотностью, физическим состоянием и другими свойствами. И, наконец, смешение полимерных материалов часто сопровождается теплофизическими и химическими процессами – растворением, плавлением полимера, образованием химических связей и диспергированием. Кроме того, смешению подвергают различные системы (твердое вещество –твердое вещество, жидкость – жидкость и жидкость – твердое вещество). При этом часто в одном смесителе можно перемешивать вещества, имеющие одинаковое или различное физическое состояние. Применяемые в настоящее время смесители для полимерных материалов можно классифицировать следующим образом:

1. по конструктивному признаку:

— барабанные смесители без перемешивающего и с перемешивающими устройствами;

— смесители с тихоходными и быстроходными роторами;

— смесители–пластикаторы – многочервячные и дисковые экструдеры,

2. По физическому состоянию исходных компонентов:

— жидкости различной вязкости.

3. По характеру процесса смешения:

— периодического и непрерывного действия.

4. По частоте вращения перемешивающего устройства:

— тихоходные и быстроходные смесители.

5. По механизму процесса смешения:

— с конвективным, диффузионным и конвективно–диф-фузионным смешением.

6. По режиму работы машины:

— с турбулентным и ламинарным смешением.

7. По способу воздействия на смесь:

— статистические и динамические смесители.

При классификации смесителя определяющими является конструктивный признак, хотя на практике каждый из перечисленных выше признаков можно использовать для классификации.

Барабанные смесители

Барабанные смесители можно разделить на две группы – смесители с вращающимся корпусом без перемешивающих устройств; смесители с перемешивающими устройствами.

Читайте также:  Установка датчиками слепых зон в зеркала

Процесс смешения в каждом смесителе зависит не только от его конструктивных особенностей, но и от свойств исходных компонентов смеси. При смешении в барабанных смесителях можно выделить следующие элементарные процессы:

— перемещение группы смежных частиц из одного места смеси в другое внедрением, вмятием, скольжением слоев (процесс конвективного смешения);

— постепенное перераспределение частиц различных компонентов вновь образовавшуюся границу их раздела (процесс диффузионного смешения);

— сосредоточение частиц одинаковой массы в соответствующих местах смесителя под действием гравитационных или инерционных сил (процесс сегрегации).

При перемешивании сыпучих материалов в смесителе одновременно протекают все указанные элементарные процессы, однако доля их влияния в различные периоды смешения неодинакова.

Смесители барабанного типа представляют собой барабан, внутри которого могут быть смонтированы устройства, улучшающие смешение в осевом направлении (горизонтальные полости, подъемные полочки, оребрение внутренней поверхности и т.д.). Качество смеси при данной продолжительности смешения зависит от частоты вращения барабана (рис. 15).

При заданной частоте вращения барабана частицы материала под действием центробежных сил прижимаются к внутренней поверхности барабана, обрушиваются и снова вовлекаются в движение. При некоторых значениях смесительное воздействие максимально.

При больших значениях частоты вращения определенные слои материала не участвуют в процессе смешения. Движение частиц происходит по наклонной поверхности или по параболической траектории, а также по перекрещивающимся траекториям, причем движение частиц двухмерное. Характер движения частиц зависит от степени заполнения барабана. Путем установки специальных полочек или выбора формы барабана достигается и трехмерное движение частиц.

Барабанные смесители с вращающимся конусом (рис.16) являются смесителями периодического действия (кроме смесителей с наклонной осью (рис. 16, б)).

На рис. 16, а) показан смеситель горизонтального типа, то же на рис. 16, г), только вращение барабана осуществляется от приводных катков 1. Барабаны с осью вращения, не совпадающей с осью барабана, приведены на рис. 16, в). Остальные барабаны, представленные на рис. 16: д) – биконический; е) – V-образный; ж) – тетраэдрический; з) – с подъемными полками; и) – с оребрением внутренней поверхности; к – с коническими полками.

На рис. 17 представлены барабанные смесители с перемешивающими устройствами: а) – с двумя перемешивающими устройствами; б) – с перемешивающими устройствами червячного типа; в) – с наклонной осью вращения перемешивающего устройства; г) – с перемешивающими устройствами лопастного типа.

На ЗАО «Атлант» г. Минск разработан смеситель с перемешивающими устройствами (рис.18) для смешивания гранулированных термопластичных материалов с гранулированным концентратом красителя или с дробленым вторичным материалом. Смеситель имеет высокую производительность, обеспечивает однородность смешивания, установку времени смешивания на пульте управления. Смеситель смонтирован на станине 1, корпус 2 неподвижный внутри его вращается ленточная мешалка 3. Материал для смешивания подается через люк 4, а смешанный выгружается через люк 6 в емкость 7. Привод мешалки 5 осуществляется от электродвигателя через редуктор на вал мешалки. Технические характеристики смесителя следующие:

Параметры Единицы измерения БЗС 0143
Тип Стационарный
Объем смесителя м 3
Объем заполнения м 3 0,4
Скорость вращения шнека об/мин
Количество электродвигателей шт
Установленная мощность кВт
Питающая сеть 380 В, 50 Гц
Габариты: длина ширина высота мм мм мм
Масса кг

Барабанные смесители – тихоходные машины, т.к. окружная скорость вращения барабана обычно не превышает 0,17–1,0 м/с. При больших окружных скоростях возникающие центробежные силы оказываются сравнимы с силами тяжести, и движение материала прекращается. Степень заполнения барабанного смесителя составляет 30–70 %. При малой степени заполнения барабана с цилиндрическим корпусом до 10 % порошкообразный материал скользит сплошным слоем на внутренней поверхности барабана.

Частота вращения, обеспечивающая хорошее качество смешения определяется по зависимости :

где – средний диаметр частиц смешиваемых компонентов, мм;

– расстояние от оси вращения до стенки корпуса, мм.

Мощность привода цилиндрического горизонтального барабанного смесителя W (кВт) рассчитывается по формуле:

где – масса материала в барабане, кг;

– радиус центра тяжести массы материала, заполняющей барабан, м;

– угловая скорость вращения барабана, с –1 ;

– угол естественного откоса перемешиваемого материала.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

источник