Особенности вихревого слоя ферромагнитных частиц позволяют использовать данный аппарат, чтобы проводить смешивание сыпучих материалов, при этом используя меньшие затраты энергии по сравнению с другими устройствами, а также исключить сепарирование полученной смеси.

Оборудование для смешивания сыпучих материалов

Многочисленные усилия инженеров и ученых в области разработок оборудования для смешения сыпучих материалов постоянно наталкиваются на серьезные трудности, обусловленные особенностями сыпучих материалов и их потоков. Отсутствие четкого определения понятия сыпучего материала, полностью отражающего его физическую природу, общепринятых его количественных характеристик, обоснованных методов и приборов для определения параметров и оценки свойств сыпучего материала порождают множество теорий, описывающих происходящие в сыпучей среде процессы.

Общей тенденцией при создании смесительного оборудования для сыпучих материалов является создание устройств, обеспечивающих интенсивные сдвиговые усилия, действующие на слои смешиваемых материалов, или большие относительные скорости смешиваемых компонентов, обеспечивающие необходимое перераспределение этих компонентов за минимальное время.

Оптимальными условиями смешения, которым должен отвечать смеситель, являются следующие:

• переменная во времени частота и амплитуда вибрационного фона;
• наиболее сложное движение рабочего органа;
• одинаковая интенсивность вибрационного фона по всему объему обрабатываемой среды.

Однако на пути выполнения этих условий возникают большие трудности конструктивного и экономического характера, так как вытекающая из перечисленных выше условий необходимость обеспечения одновременного интенсивного микро- и макро- перемешивания требует решения зачастую прямо противоположных задач.

Интересными в этом плане являются двухвальные вибрационные смесители непрерывного действия, в которых наряду с макроперемешиванием лопастными валами происходит высокочастотное перемешивание в микрообъемах. Однако такое решение требует большой затраты энергии, значительная часть которой расходуется на сообщение вибрации корпусу смесителя, массивному противовесу и всей массе смешиваемых компонентов. Поэтому изыскание принципиально новых средств и устройств для этих целей является актуальной задачей.

Сложная задача «эффективное перемешивание сыпучих материалов» легко решается в случае применения Аппарата Вихревого Слоя

Одним из путей решения сложной задачи по обеспечению эффективного перемешивания сыпучих материалов может быть вихревой слой ферромагнитных частиц. В случае перемешивания в нем сыпучих материалов в непрерывном режиме аппарат, создающий этот вихревой слой, должен удовлетворять следующим основным требованиям: исключать вынос ферромагнитных частиц из рабочей зоны или обеспечивать постоянное восполнение их; исключать сепарирование полученной смеси после выхода ее из вихревого слоя.

Не менее важным при непрерывном процессе смешения является способ транспортировки смешиваемых компонентов через вихревой слой, так как в зоне действия вихревого слоя нежелательно наличие каких-либо конструктивных элементов. Наиболее приемлемой может быть подача материалов в рабочую зону под действием силы тяжести. В этом случае аксиальная ось индуктора вращающегося электромагнитного поля (следовательно, и рабочей камеры) должна быть направлена вертикально или под углом к горизонту, большим, чем угол естественного откоса смешиваемых сыпучих материалов.

Процесс смешивания сыпучих материалов

Большие требования при непрерывном процессе смешивания предъявляются к дозаторам компонентов, так как ошибка в дозировании прямо влияет на соотношение подаваемых в рабочую зону компонентов. Качество же смешения от этой ошибки не зависит и определяется только режимом работы вихревого слоя.

В связи с тем, что вихревой слой имеет некоторую угловую скорость в направлении вращения электромагнитного поля, смешиваемые компоненты и готовая смесь также приобретают эту скорость. В зоне действия вихревого слоя это явление в силу хаотичного движения ферромагнитных частиц и смешиваемых немагнитных частиц не оказывает влияния на качество получаемой смеси. Однако после выхода из зоны действия вихревого слоя это приводит к сепарации смеси.

Следовательно, при выходе из рабочей зоны вращение смеси должно быть ликвидировано, что обеспечивается конструкцией отводящей магистрали потока. В отводящей же магистрали должны быть предусмотрены конструктивные элементы, обеспечивающие удержание ферромагнитных частиц в рабочей зоне (например, электромагнитное воздействие на них, гашение скорости их движения в ак­сиальном направлении на границе действия вращающегося электромагнитного поля любым из известных методов) или улавливание их с помощью специальных ловушек с одновременным восполнением в рабочей зоне.

Наиболее простым может быть устройство для смещения порошков в циклическом режиме. В этом случае указанные выше требования теряют свою силу, но одновременно появляется новое. Если в непрерывном режиме смешения решающую роль играет равномерное распределение смешиваемых компонентов в плоскости вращения ферромагнитных частиц, то при смешении в циклическом режиме на первый план выступает равномерное распределение компонентов в направлении, перпендикулярном плоскости вращения ферромагнитных частиц.

В этом случае в начальный момент времени, как правило, смешиваемые компоненты занимают определенные объемы в рабочей зоне и имеют минимальную поверхность контакта между собой. В связи с тем, что при движении через вихревой слой время пребывания смешиваемых частиц в вихревом слое неодинаково, передвижением рабочей камеры относительно магнитной системы или магнитной системы относительно рабочей камеры можно обеспечить разнесение частиц смешиваемых компонентов вдоль оси рабочей камеры аппарата. Варьируя величиной загрузки ферромагнитных частиц и их размерами, скоростью перемещения камеры относительно вихревого слоя можно обеспечить необходимую степень гомогенизации смеси за определенное время.

В случае циклического режима смешения на характер процесса решающее влияние оказывает интенсивность продольного перераспределения смешиваемых частиц. С этим связаны требования к режиму работы вихревого слоя и конструктивному оформлению аппарата для этих целей. В данном случае одним из важнейших параметров, определяющих процесс перемешивания, является скорость перемешивания рабочей камеры (емкости) относительно вихревого слоя. Величина этой скорости определяется коэффициентом заполнения емкости ферромагнитными элементами, а в конечном случае — вероятностью проскока смешиваемых частиц через вихревой слой.

Общий вид устройства аппарата, разработанного для циклического режима смешения сыпучих материалов, приведен на рис. 1. Аппарат состоит в основном из тех же узлов, что и АВС-100, описанный ранее. Отличительной его особенностью является наличие в нем механизма передвижения рабочей емкости относительно индуктора вращающегося электромагнитного поля с определенной скоростью. Имеются три ступени скорости: 1,83; 2.85; 5,6 м/мин. Конструктивно аппарат оформлен таким образом, что обеспечивает возможность быстрой смены рабочих емкостей в процессе работы и обработку компонентов в течение заданного времени. Наличие в комплекте запасного инструмента и приспособлений, а также рабочей емкости с рубашкой охлаждения позволяет использовать его для обработки сыпучих материалов, если имеются какие-то ограничения к температуре внутри рабочей емкости.