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混合制粒机研究
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对固体颗粒在高速混合制粒机内的搅拌混合进行了试验。试验为固定一个物料体系，进行三因素(主搅拌桨转速、制粒桨转速、混合时间)三水平的正交试验。研究了主、辅搅拌桨转速及混合物料物性对混合效果的影响。从实践上分析了混合效果与各结构参数及操作参数的关系。通过找出最佳混合参数组合，给出最适混合转速及最适混合时间。
关键词:搅拌 固一固颗粒混合 混合度0 前言粉体的混合是一个复杂的问题，影响因素很多。通过对设定的混合机作混合物料组合和混合参数变化，由实验求得混合度，并进一步对混合机理进行研究，是一条行之有效的途径。
本粉体混合设备为立式双搅拌结构。主搅拌桨为三叶偏心斜锚式结构，其作用是可实现物料沿桨叶斜角作抛射式三维旋转。高速旋转的“人字形”制粒桨通过强力高速剪切作用，将被主桨回转抛散的原料分散、制粒。该装置示意图见图1。
根据混合制粒机理的理论研究与实验分析．一般认为影响混合效果的因素有下列几项：
(1)搅拌叶片的形状与装配位置；(2)搅拌叶片的圆周速度(转速、搅拌功率)；(3)混合固体特性；(4)混合时间。
为此本文设计了搅拌桨转速、制粒桨转速、混合时间等三参数三水平的正交混合试验，通过不同物料体系的混合实验探求最优工况一 。
1 试验参数1．1 物料体系的选择M ．Aloso，M．Satoh和K．Miyanami在《() ptim um com bination of size ratio， density ratio and concentration to m inim ize free surface segregation》中给出了离析度公式：
以式(1)为计算依据，确定出下述两个物系：(1)两种粒子密度差在一个数量级左右的面粉、铁粉混合体系，(2)密度及粒度相近的盐与碳化硅混合体系。上述两个物系的混合质量比均为9：1。
1．2 正交实验参数的选择主、辅搅拌桨的形状由设备定。将三叶偏心斜锚式主桨的桨叶斜角定为y=55。外形与筒体基本吻合，主、辅搅拌桨的装配主要包括主、辅搅拌间距和制粒桨高度，二者关系可由公式导出，也可由实验观测获得。制粒桨高度以物料被主桨抛射增高后的“混合制粒区” 刚使其“淹没”为宜。因此，没有将这两个参数作为正交实验参数，而是选择了主、辅搅拌桨的转速及混合时间作为正交实验参数。
2 实验方法三参数三水平正交实验的设计如下：
2．1 三参数的选择(1)三叶偏心斜锚式桨的转速A(r／min)(2)制粒桨的转速B(r／min)(3)混合时间C(min)2．2 三水平的选择根据实验观测给定三个水平：
对于盐一碳化硅体系根据各取样点分析， 分别得到混合后铁粉及碳化硅的含量并计算出混合度。
3 实验结果与讨论3．1 食盐一碳化硅混合体系的正交试验结果及分析表1为将衡量物料混合好坏的混合度作为目标值的正交试验结果汇总。按照数理统计的方法，对试验数据进行处理。
表1中，1、2、3分别为各因素的三个不同的水平，M1、M2、M3。为对应因素中水平1、2、3的混合度M的和m1、m2、m3。分别等于M1／3、M2／3、M3／3，Rj为极差值，等于该列m值中的最大值与最小值的差，其实际意义为R1值越大，该因素的水平变化对指标的影响就越重要。effect的值为对应m值与9次试验混合度值平均值的差，亦即该因素水平对目标值的贡献大小。effect值中的最小值即表示相应水平对混合效果的影响最大。由表1可看出，Rj(A)>Rj(B)>Rj(C)，因此，影响混合度的因素其作用大小顺序为A> B>C，即主搅拌桨(三叶偏心斜锚式搅拌桨)的转速的影响最大，其次是辅搅拌桨(“人字形”制粒切刀)的转速，混合时间的影响最小。本试验的最优工况为A2B1C1，即当主搅拌桨转速为400r／min、辅搅拌桨转速为1000r／min、混合时间为5min时，该搅拌混合机的混合效果较好。在最优工况条件下，最优工程平均达到的混合度的值为97.15%。
3．2 混合机实际混合度的回归分析为了实现对混合机混合度的有效控制，必须建立混合度与影响混合度的因素(如主搅拌桨转速n1、辅搅拌桨转速n2、混合时间t)之间的函数关系式。由于该函数关系是非线性的，因此假设这一关系式为：
对式(2)两边取自然对数，从而将多元非线性问题转化为线性问题。将试验过程中混合机的实测混合度值代入式(2)，用最小二乘法进行回归计算， 回归分析的结果汇总见表2。
经验回归公式为：
式(3)的线性相关系数为0.802，置信度为95，这说明回归的结果较好。由式(3)可见，实际混合度随着主搅拌桨转速的提高有所下降，随着辅搅拌桨转速及混合时间的增大而有所上升。
同理，对面粉一铁粉混合体系作正交试验，试验结果其最优工况为A2B1C1，即当主搅拌桨转速为300r／min、辅搅拌桨转速为1000r／min、混合时间为2min时，该搅拌混合机的混合效果较好。在最优工况条件下，最优工程平均达到的混合度的值为97.08%。
由此得出经验公式：
式(4)的线性相关系数为0.808，置信度为95。
3．3 讨论本文对自行搭建的混合制粒机实验装置的操作参数及结构参数进行了研究。将该型混合制粒机的主搅拌桨(三叶偏心斜锚式结构)的转速、辅搅拌桨(“人字形”制粒切刀)的转速及混合时间作为影响混合制粒机效果的主要因素，通过对两组不同的固体物料体系进行正交试验，分别得出了在不同的物料体系下混合制粒机的最优工况参数。同时，对影响混合制粒机混合度的因素进行了最小二乘法回归分析。从上述实验数据可以看出， 当两种粒子的密度差较大，即物料组合较为苛刻时，得到的混合度相对较低。本文的实验为粉体混合设备有关操作参数的获得，不仅提供了可行的实验方法，也提供了经验数据。今后，可以从改变搅拌桨装配、搅拌桨叶片形式、混合物料体系等方面着手，进行更深一步的实验研究。
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