十四_十五_混合机械设备

第四章混合机械设备§4.1概述混合过程:两种或两种以上不同组份的物料在外力作用下运动速度和方向发生改变，使各组分颗粒得以均匀分布的过程。§4.1混合机械设备概述1定义一混合过程混合的目的在于获得均匀混合物，强化热交换过程，增强物理和化学反应。§4.1混合机械设备概述2混合机及其类型：一混合过程混合机械：将两种或两种以上不同组分的物料混合在一起构成混合物的机械设备混合机、搅拌机和捏合机。一类是对粉粒状物料，低中粘度物料进行混合的机械称为混合机（多指固＋固）或者搅拌机（多指液＋液或液＋固）。另一类是对高粘稠浆料和塑性固体物料进行混合的机械设备叫做捏和机§4.1混合机械设备概述一混合过程固体混合机按混合操作形式，可分为间歇操作式和连续操作式。固体混合机按混合容器的运动方式不同，可分为固定容器式和回转容器式2混合机及其类型：固体混合机按工作原理，可分为强制式和重力式§4.1混合机械设备概述一混合过程(1)固定容器式混合机a螺旋环带式混合机强制式2混合机及其类型：§4.1混合机械设备概述一混合过程(1)固定容器式混合机b双轴桨叶式混合机2混合机及其类型：强制式§4.1混合机械设备概述一混合过程靠容器本身的旋转作用带动物料上下运动而使物料混合的设备(2)旋转容器式混合机（重力式）旋转容器式混合机的混合容器是固定的，容器内没有搅拌工作部件，物料随着容器旋转依靠自身的重力形成垂直方向运动，物料在器壁或容器内的固定抄板上引起折流，造成上下翻滚及侧向运动，不断进行扩散，而达到混合的目的。2混合机及其类型：§4.1混合机械设备概述一混合过程(2)旋转容器式混合机—水平/斜置回转筒式2混合机及其类型：§4.1混合机械设备概述一混合过程(2)旋转容器式混合机—V型混合机2混合机及其类型：⑴对流混合:体积混合或移动混合。是指物料在混合容器和搅拌装置的运动作用下，所有粒子在混合机内从一处向另一处作相对流动，位置发生转移，产生整体的流动而混合现象—整体混合。§4.1混合机械设备概述3混合基理一混合过程通常发生在混合的初始阶段，对流混合的混合速度较快，但是混合的均匀程度较差。对流混合在固定容器式混合机中表现得非常明显。§4.1混合机械设备概述3混合基理一混合过程⑵扩散混合：点混合，物料以单个粒子为单元向四周无规律移动，类似气体和液体分子的扩散，使各组分的粒子先在局部范围内扩散，达到均匀分布—局部混合这种混合作用通常发生在混合操作的中后期，扩散混合的混合速度较慢，但是最终达到的混合的均匀程度较高，扩散混合在旋转容器式混合机中表现得特别明显。§4.1混合机械设备概述3混合基理一混合过程⑶剪切混合面混合或切变混合。物料受剪切作用组分内部粒子之间产生相对滑动，物料组分被拉成愈来愈薄的料层，使组分之间接触界面愈来愈大，从而引起的混合现象。剪切混合现象在液体与固体混合的捏和机和高粘度液体的搅拌机中表现得特别明显§4.1混合机械设备概述3混合基理一混合过程混合设备的混合机理组成混合设备类型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）大中中气力式大小小4固体混合过程分为三个阶段：§4.1混合机械设备概述（1）初始阶段对流混合为主，离析（分料）作用不明显。（2）混合均匀阶段对流混合和扩散混合共同作用（3）平衡阶段达到动态平衡一混合过程离析：由于颗粒性质差异导致颗粒优先向混合机的某些区域运动§4.1混合机械设备概述5混合过程中的离析（分料）在实际操作过程中，引起混合料的离析主要有：P345（1）堆积分料：当颗粒混合倾注成堆时，大颗粒（或密度大）倾向于滚落到堆的边缘，细的（或密度小的）集中出现在料堆中心；（2）振动分料：粉体物料的振动会形成空隙，细颗粒要比粗颗粒更容易掉入这些空隙中，形成离析。粗的颗粒在上面，细的颗粒在下面。一混合过程§4.1混合机械设备概述（3）搅拌分料（剪切离析）：当在粉体的流动过程中形成速度梯度时，则某一粒度层就会相对于邻近的另一层有一个相对速度。只要有机会，颗粒就可能落入或滚入一个新的颗粒层中，容易导致离析。5混合过程中的离析（分料）一混合过程§4.1混合机械设备概述7离析的防止措施（1）从混合的机理来看，显然对流混合离析最小，而扩散混合最有利于离析的产生，对于具有离析倾向较大的物料，选择以对流混合为主的混合机，如选择容器固定的连续式混合机。（2）混合料从混合机卸出后，运输中应尽量减少振动和落差。在工厂设计中应量缩短混合机和成型设备的距离，另外，在混合料的贮存时也应力求避免离析。一混合过程§4.1混合机械设备概述（3）改进配料方法，使物性相差不大。（4）在干物料中加入适当液体，如用水（可以用表面活性剂）润湿粉体，适当降低其流动性，有利于混合。这种方法，有时也用在离析倾向较大的固体混合物，以保持其良好的混合状态。（5）改进混合方法，粒子层的重叠方式，应在混合机内混合时，下层粒子向上层移动，上层粒子向下移动，降低离析程度。7离析的防止措施一混合过程混合过程是一种“随机事件”，所以工业混合也可称为概率混合，它所能达到的最佳程度称为随机完全混合状态，即统计的完全均匀混合状态。§4.1混合机械设备概述1混合过程的随机性二混合度从混合机中取n个样品，每个样品中某组分的浓度值分别为X1,X2，…，Xi，Xn,当测定次数为有限次数n时，某组分浓度的算术平均值为§4.1混合机械设备概述2标准偏差二混合度niiXnX11当测定次数趋于无穷大时，极限为a，可看作为某组分浓度的真值§4.1混合机械设备概述2标准偏差二混合度)1(1limniinXna将各次浓度测定值Xi对于真值a的标准偏差定义为niiaXn12)(1X对于有限次数的测定，各次测定值对的标准偏差定义为§4.1混合机械设备概述2标准偏差二混合度标准偏差S的平方叫做均方根离差：XniiXXn12)(11niiXXnS122)(11图表示沿混合机某方向取样，样品中某组分浓度值的变化曲线§4.1混合机械设备概述2标准偏差二混合度浓度测定值X的密度函数曲线见图，图中S值的大小影响了曲线的形状。§4.1混合机械设备概述2标准偏差二混合度但是标准偏差S只能反映某组分浓度绝对值的波动情况，尚不能确切地说明各个组分混合后的相对均匀程度如何。例如，某组分在混合物中的含量为50％，经测定其S值为0.02，而另一种组分在混合物中的含量仅5％，其S值也是0.02，经验表明，前一种组分在混合物中均匀分布程度远比后一种好。这是因为S值只与各观测值相对x的离差有关，而与各测定值本身的大小无关。所以，仅用S和X两个特征数，还不足以全面客观地反映混合物质量的优劣，§4.1混合机械设备概述2标准偏差二混合度采用变异系数CV这个特征量，亦即用相对离散程度作为特征量，才便于评价混合的质量。100%SCX§4.1混合机械设备概述3离散度和均匀度二混合度上例的两种组分中，第一种组分的变异系数Cv（即相对离散值）只有Cv=4％，而第二种组分的Cv=40％§4.1混合机械设备概述与Cv相对应的特征是为某组分在混合物中的相对不离散程度，均匀度3离散度和均匀度二混合度1SVHC第一种组分在混合物中的均匀度为96％，而第二种组分的均匀度仅60％。§4.1混合机械设备概述表征混合质量从混合前的完全离散状态到最近的随机完全混合状态的进程。4混合指数二混合度220220rSSMSS00lnlnlnlnrSSMSS§4.1混合机械设备概述用某瞬间t的方差S2与达到随机完全混合状态的方差的接近程度来表示混合速度4混合速度二混合度2rS§4.1混合机械设备概述影响混合质量的因素有材料因素（物料性质）、设备因素（混合机结构性能）和工艺因素（操作条件）三个方面。三影响混合的因素1物料的物理性质对混合的影响粉料颗粒形状粒度粒子密度粒子水份含量总之，密度差小、粒径小而粒度分布均匀，片状少，含水量小的材料容易混合均匀。对于少量液体与固体的混合，用润湿性大的材料容易于混合均匀。§4.1混合机械设备概述三影响混合的因素2混合机结构形式对混合的影响§4.1混合机械设备概述三影响混合的因素3操作条件对混合的影响