Процессы смешивания сыпучих материалов

Цель курсовой работы – изучить технологические основы процессов смешения сыпучих продуктов.

Процесс смешения будет тем более качественным, чем ближе содержание ключевого компонента к содержанию его в смеси при идеальном распределении. Если известны значения Q в 8-10 пробах, взятых из смеси, то оценку смеси производят по значению коэффициента неоднородности Кс,%: чем меньше Кс, тем более однородна смесь.
Технологической целью процесса смешения является получение смеси с постоянной плотностью материала во всем объеме и с равномерным распределением каждого компонента в любом участке объема. Для интенсивного смешения компонентам необходимо сообщить такие движения, чтобы их траектории имели возможно большее число пересечений и встречных движений. Движения макрообъемов и частиц могут быть встречными, поступательными и совмещенными. Составляющие движения по характеру их изменения во времени, определяемому скоростью и направлением, разделяют на постоянные, периодические и произвольно изменяющиеся во времени.
Идеальное распределение компонентов возможно в смеси, состоящей из сферических частиц с одинаковыми свойствами и размерами, и при отсутствии гравитации. Однако на практике реальные смеси компонентов состоят из частиц разных размеров с различными физико-химическими свойствами. Поэтому на процесс их перемещения влияет множество факторов, а в малых объемах смешиваемого продукта возможно бесконечное разнообразие взаимного расположения частиц. Поэтому соотношение компонентов в любой точке смеси - случайная величина и современные методы оценки качества смесей, степени их однородности основаны на методах статистического анализа. Для оценки качества смеси обычно выделяют компоненты, содержание которых в смеси сравнительно невелико, поскольку именно такие компоненты наиболее сложно равномерно распределить в смеси; желательно, чтобы их физические свойства в наибольшей степени отличались от свойств других компонентов.
При периодическом смешении в смеситель обычно поступает набор компонентов, предварительно почти не смешанных друг с другом. В процессе смешивания одновременно протекают следующие процессы:
1) перемещение группы смежных частиц из одного места смеси в другое внедрением или скольжением слоев;
2) постепенное перераспределение частиц различных компонентов через вновь образованные границы их раздела;
3) сосредоточение частиц, имеющих близкие размеры, форму, массу, в разных местах смесителя под действием силы тяжести (гравитационной силы).
В первом и во втором процессах частицы при смешивании равномерно распределяются в смеси, а третий процесс препятствует равномерному распределению частиц. Роль этих процессов в разные периоды смешивания неодинакова.
В фазе начала процесса качество смеси улучшается в основном за счет перемещения частиц из одного места смеси в другое внедрением или скольжением слоев. Скорость процесса смешивания практически не зависит от физико-механических свойств компонентов, так как процесс протекает в больших объемах. В этой фазе наиболее важную роль играет конструкция смесителя, придающая смеси определенный характер движения. В начале смешения частицы не успевают сосредоточиться в разных местах смесителя, так как в перемещаемых объемах компоненты неподвижны относительно друг друга.
В фазе постепенного перераспределения частиц на эффективность смешения влияют плотность, форма и характер поверхности частиц, гранулометрический состав, влажность компонента, его сыпучесть. Чем ближе по своим свойствам компоненты, тем эффективнее процесс их смешения. Кроме того, при большом числе компонентов доля каждого из них уменьшается, а продолжительность процесса увеличивается.
Компоненты с высокой дисперсностью распределить по объему равномерно легче, так как в единице объема содержится больше частиц. При этом происходит процесс сосредоточения частиц, залипания их в различных частях смесителя. Чем больше различаются физико-механические свойства смешиваемых компонентов, тем этот процесс продолжительнее.
Выбор конструкции смесителя зависит от свойств смешиваемых компонентов. Если при перемешивании сыпучих компонентов достаточно действия только гравитационных сил, то при перемешивании трудносыпучих компонентов и смешивании компонентов с жидкими добавками приходится дополнительно перемещать материал шнеками и лопатками.
При непрерывном смешивании поступление компонентов, их смешивание и выдача готовой смеси происходят непрерывно. Качество готовой смеси, получаемой в таких смесителях, зависит не только от их конструкции, но и от равномерности дозирования компонентов. Однако существующие дозаторы не могут обеспечить строго постоянной подачи компонента в любую единицу времени, его обычно подают пульсирующими потоками. Смеситель должен не только хорошо перемешивать компоненты, но и сглаживать пульсацию их подачи, поэтому при его выборе учитывают качество работы дозаторов. Если дозаторы подают равномерно или пульсация их подачи не оказывает существенного влияния на качество смеси, можно выбрать смеситель, в котором компоненты перемещаются вдоль его оси без продольного перемещения частиц. Если дозаторы подают компоненты неравномерно, следует применять смесители, способные частично или полностью сглаживать пульсации. В таких случаях кроме поперечного должно обязательно присутствовать продольное перемещение, обычно создаваемое лопастями, способными перемещать компоненты как в направлении движения, так и частично обратно [7, с.317].
2. Классификация, устройство, принцип действия смесительных машин

В результате выполнения курсовой работы изучены технологические основы процессов смешивания сыпучих продуктов.
Рассмотрены физические процессы, происходящие при смешивании. Отмечено, что в данном процессе условно можно выделить три фазы, в ходе которых осуществляется конвективный и диффузионный перенос частиц смешиваемых компонентов. При одновременном смешивании многих компонентов выделяют один ключевой, а остальные, для упрощения анализа процесса, объединяют в один условный компонент.
Приведена классификация смесительных машин по различным критериям. Охарактеризовано устройство и принцип действия наиболее распространенных смесительных машин. Обязательным элементом любого смесительного устройства является камера, куда подаются исходные продукты, оснащенная рабочим органом, осуществляющим смешение (вал, шнек, лента и т.д.). В пищевой промышленности широко применяются барабанные смесители, лопастные, с псевдоожижением материала.
В качестве примера приведена методика расчета барабанного смесителя для смешивания трех продуктов и получения смеси заданного состава. В результате расчета определены геометрические размеры барабана (диаметр и длина), мощность, потребляемая электродвигателем, выбраны стандартный электродвигатель и редуктор.
Таким образом, поставленные задачи выполнены, цель достигнута.