圆筒混合机内物料运动状态的研究

摘　要　圆筒混合机的作用是将配好的混合料混匀、润湿、制粒,使之达到成分均匀、水分适中、透气性良好的要求。为实现烧结原料的组分混合均匀,取得最佳制粒效果,本文从混合机内的物料运动规律入手,得出一混和二混最佳参数的选择办法。 　　关键词　圆筒混合机　物料状态　运动规律 　　1 　前　言 　　混合设备是烧结厂主要设备之一,设置在配料设备与烧结机之间,为烧结机提供均匀适合的烧结混合料。目前广泛使用的是圆筒混合机,根据原料性质的不同,烧结厂的混合作业分为一次混合和二次混合。一次混合主要目的是混匀和润湿;二次混合除继续混匀外,主要目的是制粒,并进行通蒸汽预热混合料,使混合料温度在露点温度以上,强化烧结过程。由于物料在筒体内运动的复杂性,所以到目前为止还没有一种很好的、精确的理论对圆筒混合机的设计进行有效地指导,导致设计多以经验为主,所以很多混合机制粒效果不佳,难以达到预期的效果。因此,寻求最佳的设计参数,是现在工厂所面临的突出问题。 　　2 　圆筒混合机内物料运动过程分析 　　混合机内的物料成分主要由精矿粉、焦粉、返矿、石灰石、添加剂等组成,物料都是颗粒状,粒径在0～5 mm之间。为了确定混合机的适宜工作参数,必须对筒体内物料的运动规律进行分析。由于物料运动状态相当复杂,为了使问题简化,根据物料的实际运动状态,作如下假设:物料与筒体间无相对滑动;物料层间相对滑动极小,计算时可以忽略不计。 　　物料在作抛射运动前随筒体一起匀速转动,所以只要分析出在抛射时刻物料的受力状态,就可以得出物料抛射后的运动规律。取最贴近筒体的物料作为研究对象,由于物料直径与筒体有效直径相比小得多,可认为物料与筒体内壁线速度相同,物料的受力如图1所示。 　　图中物料所受重力为G , 筒体对物料的支持力为N ,物料所受摩擦力为F ,其中摩擦力F=μN 。 　　180°- β为物料的提升角。此时物料颗粒法线方向受力方程为: 　　N + mgcosβ= mω2 R 　　(1) 　　物料在图示位置平衡时切线方向上受力方程为 　　F - mgsinβ= 0 　　(2) 　　将F =μN 和式(1) 带入到式(2) 可得 　　μ( mω2 R + mgcosβ) - mgsinβ= 0         (3) 　　由上式可以看出随着物料上升,β角变小,N 变小, F 也变小, 　　则重力在切线上分量mgsinβ变小。随着这些量的变化物料运动会随之改变,通过力学分析可得出六种不同运动状态。分别为Slipping 　　(滑移) 、Slumping (阶梯) 、Rolling(滚动) 、Cascading (小瀑布) 、Cataracting(大瀑布) 　　和Cent rifuging (离心) 　　。考虑到生产实际,混合机内侧焊有多条不等边角钢和耐磨衬板,所以不会有滑移和阶梯过程,并且也不会有离心情况出现。 　　3 　影响圆筒混合机混匀制粒的因素 　　圆筒混合机参数的确定以满足产量为前提,以取得最佳制粒效果为目标,尽可能减小尺寸,节省投资。 　　3、1 　混合料性质的影响 　　(1) 粘结性。粘结性大的混合料易于制粒,但对混合不利。 　　(2) 粒度。粒度差别大,易于产生偏析,难混匀,也不易于制粒; 　　在粒度组成相同的情况下,多棱角和形状不规则的物料较圆滑物料更易于制粒;混合料中大粒级比例减小,对混匀和制粒均有利。 　　(3) 混合料密度。各组分的混合料密度相差过大,对混匀和制粒都不利。 　　3、2 　添加水量的影响 　　混合过程中,添加适量的水有利于制粒。水分过大,不但影响混匀,且对制粒也不利,所以添加水量必须严格控制。通常最适宜的制粒水分与烧结需求的水分较为接近。 　　3、3 　混合机参数的影响 　　影响混合的参数有混合时间、筒体转速、填充率、筒体长度、直径及安装倾角。 　　加长混合时间,对混匀有利。绝大多数原料都随混合时间的延长其制粒率提高,尤其是石灰石和焦粉比较突出,但也有个别矿粉到一定时间后恰好相反。 　　筒体转速决定混合料在圆筒内运动状况,因而对混匀和制粒效果影响很大。只有当转速适宜时,如图2 　　所示,混合料呈小瀑布状抛落,各组分有充分接触机会,才能取得良好的混匀效果。根据经验公式,一般情况下,一次混合机的转速n1 = 　　(0.2～0.3) Nc ;二次混合机的转速n2 = (0.25～0.35) Nc 。Nc 为临界转速。 　　填充率是指筒内物料平均横截面积占筒体有效横截面积的百分比,它对产量、混匀和制粒效果均有很大影响。填充率过大,在转速和混合时间不变的情况下,虽能提高产量,但此时料层增厚,混合料运动状态不佳,不能获得适宜的运动轨迹,会对混匀和制粒产生不良影响;填充率过小,生产率不能满足生产需要。填充率的确定须和转速协同考虑,使两者搭配合理,来获得适宜物料的运动,才能提高混匀和制粒效果。 　　筒体长度和直径既是决定混合机生产能力的主要参数,又直接关系到混匀和制粒效果。直径的影响可从转速、填充率和混合时间几个参数中反映出来;长度主要影响混合时间,增加长度也就是增加了混合时间。 　　安装倾角也直接影响混合时间,倾角大,混合时间短;倾角小则混合时间变长。 　　4 　物料混合过程最佳参数的选择 　　4、1 　一次混合机的最佳参数选择 　　对于一次混合机来说,以混合为主,其运动方式以物料作抛落运动(小瀑布) 为宜,如图2所示,这就要求物料提升角180°- 　　β必须大于90°。 　　此时物料颗粒能抛射条件为所受支持力N为0 。 　　从而有如下关系 　　如果ω 为已知定值,也可以得出β关于r的二维曲线。 　　由公式(6) 可以画出二维抛射面曲线,如图4 所示,所选用的坐标系是极坐标。 　　图4 中极径为筒体的半径,极角为物料抛射角。可以看出随着半径R 的减小, 抛射角β也随之减小。 　　物料抛射过程如图5 　　所示。下面对物料的抛射过程作一简单分析。物料运动过程中,物料料面与水平面所成的角的极限为物料的休止角。当物料上端到达物料抛射面时,即图5 　　中的A 点,物料被抛出。随着物料不断地被提升,物料与抛射面相交的点越来越多,被抛射的物料也不断增多。物料抛射点由A 　　点沿物料抛射面向筒体中心移动,直到B 点,即物料抛射面与物料休止角所对应料面的交点。物料抛射量达到最多,之后保持稳定。 　　物料处于滚动状态和大瀑布状态时混合效果不佳,而处于小瀑布时物料形成适宜的空间交汇,各组分在抛落中有充分的接触机会,能够取得良好的混匀效果。最佳状态在小瀑布与大瀑布的临近点。体现在图5 　　中即为图中空心位置能被料流填满。最佳落点需要满足 　　从而可以求得最佳参数组合。 　　4、2 　二次混合机的最佳参数选择 　　对于二次混合最佳参数选择原则为:对应一定的角速度,便可确定物料的抛射面;调整物料填充率,使得物料休止角所对应的料面到达抛落与滚落状态的临界点,此时滚动距离最长,制粒效果最佳。如果填充率过大,物料则会做抛射运动,制粒效果不好; 　　如果填充率过小,物料仍处于滚动状态,但滚动距离较小,制粒效果不是最佳。 　　制粒效果最佳状态如图6 所示。 　　由上式可以看出,最佳物料填充率与筒体转速、筒体半径以及物料的休止角有关。具体设计时应综合考虑,以得出合理的参数组合。 　　5 　结　论 　　本文阐述了混合、制粒时物料的运动过程,描述了影响圆筒混合机混匀制粒的因素;详细研究了一次混合和二次混合时的最佳操作参数,指出一次混合时物料处于小瀑布运动状态,二次混合时物料为滚动状态时较好。 · 行业聚焦：  　　中国实施乳品加工业发展战略的重点领域是针对制约我国乳业发展的关键技术与设备，依据引进消化和自主创新相结合的原则进行科技攻关，争取在以下技术和设备上取得突破，推动我国乳品加工业的科技进步。　　       1.乳品加工的关键技术 　　（1）膜分离技术 　　膜分离技术因其具有对环境污染小、能量消耗低、无需使用添加剂、避免产品的热破坏，而且过滤的同时将物料浓缩或分离等优点，使得它在乳品加工中显示出越来越多的实用价值和广阔的应用前景。 　　目前发达国家膜分离技术在乳品加工中的应用主要有： 　　①反渗析技术在一、卧式槽型混合机使用说明及注意事项 　　1、使用前应进行一次空运转试车，在试车前应先检查卧式槽型混合机全部连接件的坚固程度，减速器内的润滑油油量和电器设备的完整性，然后闭合总开关，通入电源，进行空运转试车。 　　2、空运转试车要求逐项试验。在未发现不正常的响声、轴承档发高热、减速器温度直升等不良现象的情况下，才可投入生产。 　　3、在运转中如需铲刮混合机槽壁物料，应用竹木器工具，切不可用手，以免造成伤手事故。 　　4、在卧式槽型混合机使用中如发现机器震动异常或发出不正常怪声，应立即停车检查。 　　5、混合机使用冷冻干燥方法就是将含有大量水分的物质,预先进行降温冻结成固体,然后在真空条件下使水蒸汽直接从固体中升华出来,并用冷凝方法捕凝升华的水汽,致使物质脱水干燥。冷冻干燥具有避免药物受热分解、产品质地疏松、加水后迅速溶解、含水量低(1%～3%)、稳定性好、有利贮存、受污染机会少、产品质量高等特点。因此,冷冻干燥在生物工程、医疗工业、食品工业科研等得到了广泛的应用。如厦门特宝生物工程公司的特尔立、福建天神微生物工程有限公司的胞必佳、厦门建发制药公司生产的注射用前列腺素E1和注射用阿昔洛韦等,都属于冷冻干燥制成的药品。 　　1 冻干机的性能选择 　　1.1 冻干机的容量、规格,包括搁板面积、冷一、 微波技术用于茶叶杀青、干燥的可行性 　　自1945年人们发现微波热效应以来，微波加热的应用日益广泛。由于茶叶中含有水分，水分子在微波电磁场中被极化，具有偶极子特性，并随着电磁场的频率不断地改变极性方向，分子作高速振动，产生摩擦热，使茶叶从内部深层升温，并且各处温度一致。利用微波加热的这一特性，能使茶叶快速升温，达到钝化酶的临界点温度，加速茶叶结构水的迁移，非常适合于绿茶杀青工艺和茶叶后期干燥作业。日本、韩国将微波用于茶叶加工，制成的绿茶有效营养成分能基本不损失，而且色、香、味均好于传统的加工方法。由此可见，微波技术用于茶叶的杀青和后期干燥是一种比较理想的方式，应用的关键是如何匹配微艺参数，确保生产的重复性和可追溯性，各个用户根据品种的多少来设定。沸腾干燥设备一般要求能够存储50种生产工艺，而目前国产设备大多做不到这一点。建议对PLC控制系统、机械执行机构进行改进和扩展，使功能更完善。如具有足够的内存，能够储存多种生产工艺，提供现场打印参数、数据保存、进行数据与数据PC连接功能等。 　　3结语 　　本文从流化床式沸腾干燥机的工作原理等入手，结合工艺操作参总结了生产过程中的一些问题，并简要提出了该类设备改进的建议，希望设备生产厂家今后能研发出更多的能满足制药生产过程工艺要求、性能参数指标先进、可操作性强、环保、节能及经济技术指标先进的制药干燥设备。

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