学习情境3混合机械设备

第五章混合机械设备本章学习目的：1.了解混合的基本概念和混合机理；2.熟悉混合均匀度的表示方法和影响混合质量的因素；3.了解混合机的分类。4.掌握混合机主要类型的结构、工作原理、技术性能和适用场合。基本概念混合：是指使两种或两种以上不同组分得物质在外力作用下由不均匀状态达到相对均匀状态的过程，经过混合操作后得到的物料称为混合物。完成混合操作的设备叫做混合机。混合物类型液—液、液—固、气—液、固—固和固—液--气的混合称为混合物.混合作业1、液—液、液—固（少量）、液—气的混合称搅拌；2、固—液（少量）、固—粘稠液体的混合称调和或捏合，或揉和；3、固—固的混合称为混合。混合操作的目的1、混合作为最终目的用于加工如生产香粉、爽身粉、洗涤剂、涂料、高分子材料、食品添加剂等2、混合作为辅助操作时，其目的在于：①促进传质，如溶解、浸出、萃取等②促进传热，如搅拌槽内的加热与冷却等③使反应物质接触良好，提高反应产率、控制反应温度和副反应，如硝化、聚合反应等.3.加速物理变化,如粒状溶质加入溶剂,通过混合机械的作用加速溶解混匀.1.混合机理图5－1混合状态示意图理想混合随机混合完全不相混1.混合机理(1)、对流混合：混合机的外壳或内部叶轮的旋转运动，促使物料粒子群大幅度移动位置，形成循环流动，同时进行混合。(2)、剪切混合：搅拌叶轮尖端和与壳壁面、底面间的间隙较小，对粉体凝集团的压缩力、剪切力的作用，使物料离子群相互滑移或碰撞，并进行混合。(3)、扩散混合：相邻近两离子相互改变位置所引起的局部混合各种混合机内，这三种机理同时存在，只不过依处理物料的性质不同，混合机理不同，对混合操作效果的影响程度不同。表5－1各类混合机的混合作用混合机对流混合扩散混合剪切混合重力式（容器旋转）大中小强制式（容器固定）大中中气力式大中小2．不同性质物料的混合精细化工生产中需要混合的物料多种多样,主要的物料混合以及对应的混合方式主要有下面几种液体的混合.密度成份不同.互不相溶的液体.少量不溶解的粉状固体与液体的混合.不同膏状物的混合.不同的热塑性及热塑性物料与少量粉状固体的混合.流动性好的颗粒状固体物.流动性很差的.互相发生黏附的颗粒或粉状固体.3．混合设备的种类（1）按操作方式来分：有间歇式和连续式（2）按设备运转形式来分：有旋转容器式和固定容器式（3）按工作原理来分：有重力式和强制式（4）按混合方式来分：有机械混合式和气力混合式（5）按混合与分料机理来分：有分料式混合机和非分料式混合机（6）按混合物料的不同来分：有气体和低粘度液体混合器、中高粘度液体和膏状物混合机械、热塑性物料混合机、粉状与粒状固体物料混合机械4大类。4、混合效果的度量衡量搅拌装置极其操作状态的优劣，视工艺过程的目的不同，可以用下列指标衡量：1、用传热系数或传质系数的大小评价加速加热或传质；2、用反应转化率，来评价促进化学反应过程；3、用混合的均匀度和分隔尺度来评价搅拌的效果。增加相关知识（一）、调匀度调匀度表示样品偏离均匀状态的程度，用i表示:体积分率：CAo=VA/VA+VB1、两个样品的调匀度：A、样品中CACA0时，B、样品中CACA0时，2、m个样品的平均调匀度,0AACCi,110AACCi,21miiiim（二）、分离尺度1、分离尺度分离尺度表示组分未分散部分的大小。同一个混合状态的调匀度是随所取样品的尺寸而变化的。说明单凭调匀度不能反应混合物的状态。·····························。。。。。。。。。第一节固体混合设备①固定容器式混合容器固定，搅拌器装在容器内部，混合机理以对流混合为主。适用于被混合物料的物理性质及配比相差较大的散装物料的混合操作。②旋转容器式混合通过混合机容器的旋转运动，使被混合物料在容器内部上下翻滚，不断地进行扩散，从而达到混合均匀的目的。混合机理以扩散混合为主。③气力式混合采用脉冲高速气流使物料强烈翻动；或者，由于高压气流在容器中形成对流流动而使物料混合。混合机的种类⑴重力式混合机①圆筒型混合机②双锥型混合机③V型混合机④正方型混合机⑵强制式混合机①螺旋带式混合机②立式螺旋混合机A、中心螺杆混合机B、螺杆倾斜安装的混合机⑶气力式混合机①重力式气力混合②流化式气力混合③脉冲旋流式气力混合⑷连续式混合机①立式连续带式混合机②连续V型混合机③高速回转圆盘式混合机httpwww.qddry.comproducts.aspclassname=182一重力式混合机（容器旋转）工作原理及特点依靠重力使粒度差和密度差较大的物料趋向分料。在混合操作中，物料的混合作用和分离作用是同时进行的。优点：适合于流动性较好，物理性质相差不大的物料的混合。特别是V型混合机的混合均匀度较高，多用于品种多、批量小的生产。缺点：A、加料和卸料时容器应停留在固定位置，需设置定位机构；B、加料和卸料时粉尘容易外扬，须采取防尘措施。（一）、圆筒式混合机1、水平轴圆筒混合机装料量为容器的30%。容器两端有混合死角，混合效果不理想，卸料不方便。2、倾斜轴圆筒混合机装料量为容器的60%,转速：40-100转/分.混合能力增加。圆筒式混合机结构示意图和外形图5－2圆筒式混合机结构示意图和外形图（二）多面体混合机这种机器由多面体（正方形、矩形、双锥形和正八角形等）容器及其内壁上所装的导向板等组成双锥型混合机运转时，物料强烈翻滚，流动断面不断变化形成良好的横向流动效应。对于流动性好的物料混合较快，能耗低，适合于粉体物料的混合。正方型混合机物料受到三维方向上的重叠混合作用，混合速度快、时间短、无混合死角，容易卸料。（三）V型混合机装料量为容器的10~30%转速为6~25转/分。运转时，物料在重力和离心力的作用下沿着交叉的两个圆筒移动，在尖端处重复冲撞交流混合，加上容器的非对称性，使物料时紧时松，混合效果比双锥式混合机更好，混合时间短。适合于干粉料的混合。二强制式混合机（容器固定）工作原理及特点容器内的物料采用旋转的搅拌叶片进行强行混合，其混合强度较重力式大，极大地降低物料特性对混合的影响，可得到较满意的混合度。优点：1、混合均匀、混合速度较高。2、混合时可以加适当的水，防止粉尘飞扬和分料。缺点：1、容器内部较难清理，搅拌部件容易磨损。这类混合机按轴的传动可分为：水平轴（桨叶式、带式）垂直轴（即盘式：定盘式和动盘式）斜轴（即螺旋叶片式）（一）螺旋带式混合机1、组成：U型混合槽、轴上固定有螺旋方向相反的两条带状螺旋形搅拌装置、传动机构、机架及电动机等。混合机长径比为2~10，搅拌器转速20~60r/min,装料量为混合槽德30~40%，最大不超过60%。2、工作原理：搅拌装置运转时，物料上、下翻转混合；两螺带外缘回转半径不同，对物料搅拌的速度也不同，有利于径向分布的物料混合；方向相反的两条螺旋带使物料在混合室中形成左、右往复运动，不断地重复分散和积聚，产生轴向混合。螺带式混合机工作原理及实物图螺带式混合机示意图图5－6螺带式混合机的类型锥式螺带混合机（a）连续式螺带（b）打断式螺带螺带的形式3、螺旋带式混合机的特点优点：1、混合作用柔和，产生摩擦热少，可不设冷却装置。但为满足冷却混合工艺需要，可设冷却夹套。2、结构简单、操作、维修方便，广泛用于干粉或湿润粉体的混合。对香粉、爽身粉及以滑石粉为基质的粉类采用螺旋带式混合机，其效果较好。缺点：1、槽的两端有混合死角；2、槽与搅拌器的间隙较小，粉体容易破碎。二、螺杆混合机1、中心螺杆混合机﹙或垂直螺旋式混合机﹚组成：主要由混合室、螺杆、进料口、出料口、传动装置和电动机等组成。工作原理：当螺杆旋转时，物料由锥筒底部经中心管输送到混合器上部，并向四周落下，底部粉料继续向上输送，在混合室形成循环混合。优点：1、传动机构简单、结构紧凑，占地面积小，投资费用低；2、功率消耗少。缺点：1、混合效率低；2.清扫不方便.2、螺杆倾斜安装的混合机(锥式螺杆混合机)组成：主要由混合室、螺杆、传动机构、机架和电动机等组成。在驱动装置的带动下，螺杆自转和公转，自转速度为60~90r/min，公转速度为2~3r/min。工作原理：当螺杆自转时，螺杆周围的物料在螺杆细棱作用下由锥筒底部移向顶部，并在重力作用下落回底部，实现垂直方向的上下流动；当螺杆公转时，螺杆使锥筒壁处的物料流向中心，这种上、下流动和流向中心的运动产生了复杂的旋涡运动，导致整个混合室内物料各组分间的分布混合。优点：1、混合效率高、混合时间一般不超过5min；适合于干粉料或粒料的混合。2、功率消耗较少。缺点：1、螺旋搅拌器与混合室的间隙小，容易破碎物料。锥式双螺杆混合机桨叶式混合机桨叶式混合机由卧式圆筒状容器和内装的旋转轴及轴上装有的数对叶桨组成.旋转桨叶翻动，搅拌待混物料使之混合。其特点是强烈.高效的混合，其轴上特殊分布的叶桨确保物料径向.环向.轴向三向运动,形成复合循环.桨叶式混合机:适合于固体与固体.固体与液体之间的混合,混合速度快.精度高.出料方便.易于清理.广泛用于洗涤剂.涂料.树脂.玻璃硅.颜料.农药.化肥.饲料.小麦粉.奶粉.微量成份及各种桨料的干燥与混合.桨叶的形式（四）犁刀式混合机犁刀式混合机主要由传动部分、卧式筒体、犁刀组轴、飞刀组、出料阀、喷液装置等部件组成。犁刀混合机由主动轮减速机带动犁刀组轴运动，一方面将物料沿筒体圆周做径向周向湍动，同时将物料沿犁刀两侧的法线方向抛出，另一方面被抛出物料经飞刀组时被高速旋转的飞刀剪切搅拌而强烈抛散，物料在犁刀和飞刀的复合作用下，不断更迭扩散而混合。犁刀式混合机（五）螺杆混合挤出机：主要用于热塑性物料（如橡胶和塑料）与添加剂.各种粉剂(如二氧化钛.炭黑等)的混合.其结构如下图:螺杆混合挤出机实物图***(气力式混合机)特点：1、混合机工作时，每个颗粒能充分分散开，提高混合程度；2、没有运动部件，混合装置的设备容量大，功率消耗较前面两种混合设备低；3、结构简单、维修方便、费用低。1、重力式气力混合在重力的作用下，物料在圆锥状料斗中的流动，于汇合口处具有混合作用。此混合作用纯粹是由重力流动所产生。外管重力式气力混合由料仓、集料斗、外管、风机等组成内管重力式气力混合由内管、反射罩和风机等组成。设备结构简单、无运动部件，事故少，维修容易，一次投资和常年维修费低。旋管重力式气力混合由料仓、进料管（物料切向进入）、风机等组成***2、流化式气力混合组成由料仓、多孔板、过滤器、风机等组成工作原理空气以不同的流速从不同的部位穿过多孔板进入料层，不仅使物料流态化，而且使物料作循环运动，从而达到物料的混合。缺点：气流速度较高，动力消耗较大。***3、脉冲旋流式气力混合组成：混合机头、过滤器、进料口、出料口和空气压缩机等。工作原理：混合机头将压缩空气变为仓内脉冲（脉冲周期为1s）向上的空气旋流，带动所有物料一起运动，脉冲停止供气，物料颗粒下降；当下一次气旋时，物料在新的位置升起。在脉冲的空气旋流作用下，物料反复上、下移动，致使物料强烈混合.它是气力混合中效率较高的一种混合方法，设备容积为1~45m3,混合时间≯60s，从装料、混合、卸料≯3.5~4.0min，相对密度为6︰1的物料可得到满意的均匀度，如微量添加剂质量分数仅0.001%时，也能混合均匀。混合后的物料可以直接由气力输送设备卸料。***(连续式混合机)1、连续混合的特点：①易得到较高的均匀度②大大减少混合物在输送中出现的分料现象③占地面积一般较间歇式小；④避免了物了在混合处暂时停顿的损失；⑤省去了间歇混合时装料和卸料的繁重重复工作；⑥维修不便；⑦对工艺生产上的变化，适应性差；⑧微量加料，计量不易准确⑨参混物料的组成不宜过多2、立式连续带式混合机3、连续V型混合机4、高速回转圆盘式混合机三、混合机的选择（1）要根据产品的生产工艺过程的要求及操作目的来选择（2）根据固体粉料的物性分析对混合操作的影响（3）要考虑混合机的操作条件（4）要根据生产的产品的种类、规模，生产车间的大小、高度来选择（5）要考虑混合机所需的功率，操作的经济性，包括装料、混合、卸料等操作，