RU2542241C1 - Continuous preparation of multicomponent mixes of loose materials - Google Patents

Continuous preparation of multicomponent mixes of loose materials Download PDF

Info

Publication number
RU2542241C1
RU2542241C1 RU2013145919/05A RU2013145919A RU2542241C1 RU 2542241 C1 RU2542241 C1 RU 2542241C1 RU 2013145919/05 A RU2013145919/05 A RU 2013145919/05A RU 2013145919 A RU2013145919 A RU 2013145919A RU 2542241 C1 RU2542241 C1 RU 2542241C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
loading
components
mixer
component
key
Prior art date
Application number
RU2013145919/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Тимофеевич Селиванов
Владимир Федорович Першин
Борис Евгеньевич Поляков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ
Priority to RU2013145919/05A priority Critical patent/RU2542241C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2542241C1 publication Critical patent/RU2542241C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Accessories For Mixers (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: proposed method comprises continuous proportioning of components, their loading into mixer at distance from discharging proportional to bulk densities and/or particle sizes, mixing and discharging of finished mix. Loading of components is performed continuously over mixer length, up to drum discharge edge. Entire period of loading key components is divided into three equal intervals. Loading intensity varies depending upon concentration of said key component after loading period of every component is divided in at least three unequal portions. Proposed device comprises continuous mixer, dispensers of components, loaders of components and finished mix discharge assemblies. Proposed device comprises n-1 perforated pipes arranged inside the mixer in its axis and provided with drives. Perforated shells are fitted at the tube to turn thereon. In initial position, all shell holes are aligned with those in tube. Every shell is divided into, at least, three equal parts with independent turnabout tube. Note here that said every part incorporates drive for its specified turn about the tube.
EFFECT: higher quality of mixing.
7 dwg

Description

Предложенное техническое решение относится к области переработки сыпучих материалов и может быть использовано для непрерывного приготовления многокомпонентных смесей в химической и других родственных с ней отраслях промышленности.The proposed technical solution relates to the field of processing bulk materials and can be used for the continuous preparation of multicomponent mixtures in the chemical and other related industries.

Известен способ приготовления многокомпонентных смесей сыпучих материалов [см. а.с. №2207900 (РФ), кл. B01F 3/18, 10.07.2003], включающий непрерывное дозирование компонентов, их загрузку в смеситель на расстоянии от места выгрузки, пропорциональном насыпным плотностям и/или размерам частиц, смешивание и выгрузку готовой смеси. Загрузку каждого из компонентов осуществляют непрерывно по длине смесителя, вплоть до разгрузочного края барабана. Непрерывную загрузку компонентов по длине барабана осуществляют равномерно. В описательной части представлена схема устройства, выбранного в качестве аналога: смеситель непрерывного действия в виде барабана, дозаторы компонентов, узлы загрузки компонентов и выгрузки готовой смеси. Смеситель дополнительно снабжен n-1 перфорированными трубами, установленными внутри смесителя вдоль его оси, с приводами вращения. На перфорированной трубе с возможностью фиксированного поворота установлены перфорированные обечайки, причем в исходном положении все отверстия в обечайках совпадают с отверстиями в трубе.A known method of preparing multicomponent mixtures of bulk materials [see A.S. No. 2207900 (Russian Federation), class B01F 3/18, 07/10/2003], including the continuous dosing of components, their loading into the mixer at a distance from the discharge point, proportional to bulk densities and / or particle sizes, mixing and unloading of the finished mixture. The loading of each of the components is carried out continuously along the length of the mixer, up to the discharge edge of the drum. Continuous loading of components along the length of the drum is carried out uniformly. In the descriptive part, a diagram of a device selected as an analogue is presented: a continuous mixer in the form of a drum, component dispensers, components loading units and finished mixture unloading. The mixer is additionally equipped with n-1 perforated pipes installed inside the mixer along its axis, with rotation drives. On the perforated pipe with the possibility of a fixed rotation, perforated shells are installed, and in the initial position all the holes in the shells coincide with the holes in the pipe.

Как показали результаты наших исследований, недостатком данного технического решения является неравномерность распределения частиц ключевых компонентов по циркуляционному контуру в поперечном сечении смесителя, в частности, пониженная концентрация ключевых компонентов в наружных слоях и слоях, примыкающих к области центра циркуляции, а также повышенная концентрация ключевых компонентов в средних слоях циркуляционного контура, что оказывает негативное влияние на качество готовой смеси.As the results of our studies have shown, the disadvantage of this technical solution is the uneven distribution of particles of key components along the circulation circuit in the cross section of the mixer, in particular, a reduced concentration of key components in the outer layers and layers adjacent to the region of the circulation center, as well as an increased concentration of key components in middle layers of the circulation circuit, which has a negative impact on the quality of the finished mixture.

За прототип принят способ приготовления многокомпонентных смесей сыпучих материалов и устройство для его реализации [см. патент №2478420 (РФ), кл. B01F 3/18, (РФ), 10.04.2013], включающий в себя непрерывное дозирование компонентов, их загрузку в смеситель на расстоянии от места выгрузки, пропорциональном насыпным плотностям и/или размерам частиц, смешивание и выгрузку готовой смеси, непрерывную загрузку компонентов по длине барабана осуществляют неравномерно, весь период загрузки каждого ключевого компонента разбивается не менее чем на три равных участка и в соответствии с тем, является ли в соответствующей области циркуляционного контура концентрация ключевого компонента повышенной или пониженной, изменяется интенсивность загрузки. В описательной части представлена схема устройства, выбранного в качестве прототипа: устройство содержит смеситель непрерывного действия, дозаторы компонентов, узлы загрузки компонентов и выгрузки готовой смеси. Устройство снабжено n-1 перфорированными трубами, установленными внутри смесителя вдоль его оси, с приводами вращения. На перфорированной трубе с возможностью фиксированного поворота установлены перфорированные обечайки. В исходном положении все отверстия в обечайках совпадают с отверстиями в трубе. Каждая из перфорированных обечаек разделена не менее чем на три равных части с независимой возможностью поворота относительно трубы, причем каждая из них снабжена приводом ее фиксированного поворота относительно трубы.The prototype adopted a method of preparing multicomponent mixtures of bulk materials and a device for its implementation [see patent No. 2478420 (RF), class B01F 3/18, (RF), 04/10/2013], which includes the continuous dosing of components, their loading into the mixer at a distance from the discharge point, proportional to bulk densities and / or particle sizes, mixing and unloading of the finished mixture, continuous loading of components according to the length of the drum is carried out unevenly, the entire loading period of each key component is divided into at least three equal sections and in accordance with whether the concentration of the key component is increased in the corresponding region of the circulation circuit or reduced, the intensity of the load changes. In the descriptive part, a diagram of a device selected as a prototype is presented: the device contains a continuous mixer, component dispensers, components loading units, and finished mixture unloading. The device is equipped with n-1 perforated pipes installed inside the mixer along its axis, with rotation drives. On a perforated pipe with the possibility of a fixed rotation, perforated shells are installed. In the initial position, all the holes in the shells coincide with the holes in the pipe. Each of the perforated shells is divided into at least three equal parts with independent possibility of rotation relative to the pipe, each of which is equipped with a drive for its fixed rotation relative to the pipe.

Несомненно, прототип позволил существенно повысить качество смеси по сравнению с аналогом, однако экспериментальные исследования процесса непрерывного приготовления многокомпонентных смесей, одним из ключевых компонентов которых является углеродный наноматериал семейства «Таунит» показали, что даже незначительные (порядка десятых долей %) отклонения качества от требуемого по регламенту, существенно снижают качество готового продукта. Поэтому для решения конкретных технических задач, например, при производстве композиционных материалов, модифицированных углеродными нанотрубками семейства «Таунит», необходима более высокая однородность смеси.Undoubtedly, the prototype allowed to significantly improve the quality of the mixture compared to the analogue, however, experimental studies of the continuous preparation of multicomponent mixtures, one of the key components of which is the carbon nanomaterial of the Taunit family, showed that even slight (about tenths of a percent) quality deviations from the required regulations, significantly reduce the quality of the finished product. Therefore, to solve specific technical problems, for example, in the production of composite materials modified with carbon nanotubes of the Taunit family, a higher uniformity of the mixture is required.

Технической задачей предложенных решений является повышение качества готовой смеси.The technical task of the proposed solutions is to improve the quality of the finished mixture.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что:The solution of the technical problem is achieved by the fact that:

в способе непрерывного приготовления многокомпонентных смесей сыпучих материалов, включающем в себя непрерывное дозирование компонентов, их загрузку в смеситель на расстоянии от места выгрузки, пропорциональном насыпным плотностям и/или размерам частиц, смешивание и выгрузку готовой смеси, загрузку каждого из компонентов осуществляют непрерывно по длине смесителя, вплоть до разгрузочного края барабана, непрерывную загрузку компонентов по длине барабана осуществляют неравномерно, в отличие от прототипа весь период загрузки каждого ключевого компонента разбивается не менее чем на три неравных участка, причем границы участков проходят в точках перехода концентрации ключевого компонента от повышенной к пониженной и/или от пониженной к повышенной по сравнению с заданной концентрацией и в соответствии с тем, является ли в соответствующей области циркуляционного контура концентрация ключевого компонента повышенной или пониженной, изменяется интенсивность загрузки, которая для любого участка j определяется зависимостьюin a method for the continuous preparation of multicomponent mixtures of bulk materials, which includes continuous dosing of components, loading them into the mixer at a distance from the discharge point, proportional to bulk densities and / or particle sizes, mixing and unloading the finished mixture, loading each component continuously along the length of the mixer , up to the discharge edge of the drum, continuous loading of components along the length of the drum is carried out unevenly, unlike the prototype, the entire loading period of each the radial component is divided into at least three unequal sections, and the boundaries of the sections pass at the points of transition of the concentration of the key component from increased to low and / or from low to high compared to a given concentration and in accordance with whether in the corresponding region of the circulation circuit the concentration of the key component is increased or decreased, the loading intensity changes, which for any section j is determined by the dependence

Figure 00000001
Figure 00000001

где qcp - интенсивность загрузки этого ключевого компонента, рассчитанная для случая непрерывной равномерной загрузки компонента; отклонение интенсивности загрузки на любом участке jwhere q cp is the loading intensity of this key component, calculated for the case of continuous uniform loading of the component; deviation of the load intensity in any section j

Figure 00000002
Figure 00000002

где m - номер первого подслоя в составе участка; k - номер последнего подслоя в составе участка; Сзад - заданная концентрация; Ci - концентрация ключевого компонента в i-том подслое циркуляционного контура; Vi - объем i-того подслоя, а длительность загрузки ключевого компонента на j-том участке разбиения определяется зависимостьюwhere m is the number of the first sublayer in the plot; k is the number of the last sublayer in the plot; With ass - a given concentration; C i is the concentration of the key component in the i-th sublayer of the circulation circuit; V i is the volume of the i-th sublayer, and the loading time of the key component in the j-th partition is determined by the dependence

Figure 00000003
Figure 00000003

где r - количество подслоев на j-том участке разбиения; l - число подслоев циркуляционного контура; τзаг - общая длительность загрузки ключевого компонента.where r is the number of sublayers in the j-th section of the partition; l is the number of sublayers of the circulation circuit; τ zag - the total duration of the loading of the key component.

Для практического осуществления предложенного способа может быть использовано устройство для приготовления n-компонентной смеси, описанное в прототипе. Оно включает в себя смеситель непрерывного действия, дозаторы компонентов, узлы загрузки компонентов и выгрузки готовой смеси, дополнительно снабжено n-1 перфорированными трубами, установленными внутри смесителя вдоль его оси, с приводами вращения. На перфорированной трубе с возможностью фиксированного поворота установлены перфорированные обечайки, отверстия в обечайке имеют характерные размеры: d1 - вдоль оси трубы и d2 - на окружности, и разделены на М групп, в каждой из которых d1 одинаков и равен диаметру отверстий в перфорированной трубе, a d2 изменяется и равноFor the practical implementation of the proposed method, a device for preparing an n-component mixture described in the prototype can be used. It includes a continuous mixer, component dispensers, components loading and unloading units, and is additionally equipped with n-1 perforated pipes installed inside the mixer along its axis with rotation drives. On the perforated pipe with the possibility of fixed rotation, perforated shells are installed, holes in the shell have characteristic dimensions: d 1 - along the pipe axis and d 2 - on the circumference, and are divided into M groups, in each of which d 1 is the same and equal to the diameter of the holes in the perforated pipe, ad 2 changes and is equal

Figure 00000004
Figure 00000004

где i - порядковый номер отверстия в группе, который изменяется от 1 до n0/М; n0 - количество отверстий в одном поперечном сечении трубы, выбирается кратным М; расстояния между центрами отверстий в поперечном сечении трубы больше или равны (n0/M)d1, причем в исходном положении все отверстия в обечайках совпадают с отверстиями в трубе, в отличие от известных решений каждая из перфорированных обечаек разделена не менее чем на три части с независимой возможностью поворота относительно трубы, причем каждая из них снабжена приводом ее фиксированного поворота относительно трубы. В отличие от варианта, описанного в прототипе длина обечаек каждой части, должна быть не одинаковой.where i is the serial number of the hole in the group, which varies from 1 to n 0 / M; n 0 is the number of holes in one cross section of the pipe, is selected as a multiple of M; the distance between the centers of the holes in the cross section of the pipe is greater than or equal to (n 0 / M) d 1 , and in the initial position all the holes in the shells coincide with the holes in the pipe, in contrast to the known solutions, each of the perforated shells is divided into at least three parts with independent possibility of rotation relative to the pipe, each of which is equipped with a drive of its fixed rotation relative to the pipe. In contrast to the variant described in the prototype, the length of the shells of each part should not be the same.

Устройство для осуществления указанного способа показано на фигуре 1. На фигуре 2 показано поперечное сечение смесителя А-А. Конструкция включает в себя смеситель 1, с узлами загрузки 2-4, узел выгрузки готовой смеси 5, дозаторы 6-8 для непрерывной подачи компонентов A, В и C, соответственно, перфорированные трубы 9 и 10 с приводами вращения 11 и 12.A device for implementing this method is shown in figure 1. Figure 2 shows a cross section of a mixer AA. The design includes a mixer 1, with loading units 2-4, an unloading unit for the finished mixture 5, dispensers 6-8 for the continuous supply of components A, B and C, respectively, perforated pipes 9 and 10 with rotation drives 11 and 12.

В качестве смесителя может быть использован барабанный смеситель непрерывного действия, у которого наблюдается циркуляционный характер движения в поперечных сечениях по его длине.As a mixer, a continuous drum mixer can be used, in which there is a circulating nature of the movement in cross sections along its length.

Устройство работает следующим образом: основной компонент A с помощью узла загрузки вводится в смеситель. Ключевые компоненты с помощью узлов загрузки 3 и 4 вводятся в перфорированные трубы таким образом, чтобы они были заполнены соответствующими сыпучими материалами. Перфорация на трубе 9 для подачи в барабан наиболее склонного к сегрегации ключевого компонента начинается не с начала трубы, а на определенном расстоянии от места выгрузки. В частности, компонент C начинали загружать в сечении, когда время пребывания двух основных составляющих смеси соответствовало расчетному моменту времени ввода данного компонента. При этом загрузка ключевых компонентов в смеситель осуществляется через отверстия перфорации в трубах. Диаметр отверстий подбирается таким образом, чтобы через них производилась вполне определенная, необходимая по требованиям к готовой смеси, загрузка ключевых компонентов в смеситель, в результате вращения труб приводами 11 и 12.The device operates as follows: the main component A is introduced into the mixer using the loading unit. Key components with the help of load nodes 3 and 4 are introduced into the perforated pipes so that they are filled with appropriate bulk materials. Perforation on the pipe 9 for feeding the key component most prone to segregation into the drum does not start from the beginning of the pipe, but at a certain distance from the discharge point. In particular, component C was started to be loaded in cross section when the residence time of the two main components of the mixture corresponded to the estimated time of entry of this component. In this case, the loading of key components into the mixer is carried out through perforation holes in the pipes. The diameter of the holes is selected so that through them a well-defined, required by the requirements for the finished mixture, loading of key components into the mixer, as a result of rotation of the pipes by the actuators 11 and 12, is produced.

На фигуре 3 показано сечение трубы 13 с установленной на ней перфорированной обечайкой 14. Отверстия на обечайке расположены таким образом, что в случае, показанном на этом рисунке, возможна выгрузка сыпучего материала через все отверстия трубы. При повороте обечайки относительно трубы на некоторый угол против часовой стрелки возникает перекрытие одного отверстия трубы, двух и т.д. до полного перекрытия отверстий в трубе. Вследствие того, что на трубе установлен ряд подобных обечаек, возможно на определенных участках трубы как полное, так и частичное перекрытие отверстий для осуществления необходимого регламента загрузки ключевых компонентов.Figure 3 shows a cross section of a pipe 13 with a perforated shell 14 mounted on it. The holes on the shell are arranged so that, in the case shown in this figure, unloading of bulk material through all the holes of the pipe is possible. When the shell is rotated relative to the pipe by a certain angle counterclockwise, one hole of the pipe, two, etc. until the holes in the pipe are completely blocked. Due to the fact that a number of such shells are installed on the pipe, it is possible that in certain sections of the pipe both full and partial overlapping of the holes is possible to carry out the necessary regulations for loading key components.

На фигуре 4 показана одна из перфорированных труб 13 с тремя обечайками 15-17, расположенными на ее перфорированном участке. Стержни 18-20 жестко прикреплены к обечайкам. Их свободные концы проходят через диск с кольцевыми пазами 21, располагающийся около загрузочного края трубы. На свободных концах стержней нарезана резьба, и гайками 22 они фиксируются относительно диска 21, тем самым происходит фиксация обечаек 15-17 на наружной поверхности перфорированной трубы.The figure 4 shows one of the perforated pipes 13 with three shells 15-17 located on its perforated section. The rods 18-20 are rigidly attached to the shells. Their free ends pass through a disk with annular grooves 21 located near the loading edge of the pipe. A thread is threaded at the free ends of the rods, and they are fixed with nuts 22 relative to the disk 21, thereby fixing the shells 15-17 on the outer surface of the perforated pipe.

Для обоснования правильности выбранного способа процесса смешивания были проведены численные эксперименты с расчетами концентраций и качества смеси по математическим моделям процесса смешивания дисперсных материалов, отличающихся размерами частиц [Першин В.Ф., Селиванов Ю.Т. Моделирование процесса смешивания сыпучих материалов в циркуляционных смесителях непрерывного действия // Теор. основы хим. технологии, 2003, т.37, №6, с.629-635] и реальные эксперименты на действующих лабораторных установках.To justify the correctness of the selected method of the mixing process, numerical experiments were carried out with the calculation of the concentration and quality of the mixture according to mathematical models of the process of mixing dispersed materials that differ in particle size [Pershin V.F., Selivanov Yu.T. Modeling the process of mixing bulk materials in continuous circulation mixers // Theor. basics of chem. Technology, 2003, vol. 37, No. 6, pp. 629-635] and real experiments on existing laboratory facilities.

В связи с тем, что разделение на различные компоненты многокомпонентных смесей, одним из ключевых компонентов которых является углеродный наноматериал семейства «Таунит», для дальнейшего анализа состава, является весьма сложной технической задачей, в дальнейшем при проведении экспериментов в качестве компонентов смеси использовались: стеклянные шарики с диаметром d=0,8 мм - основной компонент; стеклянные шарики с d=0,4 мм, и кварцевый песок d=0,2 мм - ключевые компоненты.Due to the fact that the separation into different components of multicomponent mixtures, one of the key components of which is the carbon nanomaterial of the Taunit family, for further analysis of the composition, is a very difficult technical problem, in the future, when conducting experiments, the following components were used as mixture components: glass balls with a diameter of d = 0.8 mm - the main component; glass balls with d = 0.4 mm and silica sand d = 0.2 mm are key components.

Для расчетов использовалась послойная модель процесса приготовления многокомпонентных смесей в барабанном смесителе непрерывного действия [Першин В.Ф. Модель процесса смешения сыпучего материала в поперечном сечении гладкого вращающегося барабана // Теор. основы хим. технологии, 1989, т.23, №3, с.370-377].For calculations, a layer-by-layer model of the process of preparing multicomponent mixtures in a continuous drum mixer was used [Pershin V.F. The model of the process of mixing bulk material in the cross section of a smooth rotating drum // Theor. basics of chem. technology, 1989, t. 23, No. 3, S. 370-377].

При движении в поперечном сечении гладкого вращающегося барабана полидисперсного материала наблюдается эффект сегрегации. Сущность данного эффекта заключается в том, что частицы определенного размера концентрируются в определенных зонах смесителя. Скорость продвижения частиц к их конечному распределению зависит от соотношения размеров частиц. В рассматриваемом случае наибольшую склонность к сегрегации имели самые мелкие частицы кварцевого песка. Частицы стеклянных шариков размером d=0,4 мм будем называть менее склонными к сегрегации, а частицы стеклянных шариков с d=0,8 мм - основным компонентом. Качество смеси оценивалось по коэффициентам неоднородности VS1 и VS2 [см. а.с. №2207900 (РФ), кл. B01F 3/18, 10.07.03].When moving in the cross section of a smooth rotating drum of a polydisperse material, a segregation effect is observed. The essence of this effect is that particles of a certain size are concentrated in certain areas of the mixer. The speed of particles moving towards their final distribution depends on the ratio of particle sizes. In the case under consideration, the smallest particles of quartz sand had the greatest segregation tendency. Particles of glass balls with a size of d = 0.4 mm will be called less prone to segregation, and particles of glass balls with d = 0.8 mm will be called the main component. The quality of the mixture was evaluated by the inhomogeneity coefficients VS1 and VS2 [see A.S. No. 2207900 (Russian Federation), class B01F 3/18, 07/10/03].

При отборе проб после проведения эксперимента и математическом моделировании процесса смешивания циркуляционный контур, образованный смешиваемыми компонентами в поперечном сечении, делят на подслои.When sampling after the experiment and mathematical modeling of the mixing process, the circulation circuit formed by the mixed components in cross section is divided into sublayers.

На фигуре 5 показана структура распределения ключевых компонентов по подслоям циркуляционного контура при равномерной и непрерывной загрузке ключевых компонентов, т.е. соответствующая варианту, выбранному в качестве аналога. Очевидно, что в различных зонах циркуляционного контура наблюдается повышенное или пониженное содержание ключевых компонентов. Причем в общем случае ширина этих зон, соответствующая различному количеству подслоев, не одинакова. Из этого можно сделать вывод о том, что при разбиении периода загрузки каждого ключевого компонента не менее чем на три равных участка, в соответствии с вариантом, описанном в прототипе, невозможно достижение равномерного распределения по подслоям циркуляционного контура. В случае разбиения периода загрузки на неравные участки, причем границы участков проходят в точках перехода концентрации ключевого компонента от повышенной к пониженной и/или от пониженной к повышенной по сравнению с заданной концентрацией, можно добиться полного совпадения периодов повышенной или пониженной интенсивности загрузки с зонами повышенного или пониженного содержания ключевых компонентов.Figure 5 shows the structure of the distribution of key components in the sublayers of the circulation circuit with uniform and continuous loading of key components, i.e. corresponding to the option selected as an analogue. It is obvious that in different zones of the circulation circuit there is an increased or decreased content of key components. Moreover, in the general case, the width of these zones, corresponding to a different number of sublayers, is not the same. From this we can conclude that when dividing the loading period of each key component into at least three equal sections, in accordance with the option described in the prototype, it is impossible to achieve a uniform distribution over the sublayers of the circulation circuit. In the case of dividing the loading period into unequal sections, with the boundaries of the sections passing at the points of transition of the concentration of the key component from high to low and / or from low to high compared to the specified concentration, it is possible to achieve complete coincidence of periods of high or low intensity of loading with zones of high or low content of key components.

Рассмотрим зависимости, позволяющие рассчитать интенсивность загрузки какого-либо одного ключевого компонента при разбиении периода загрузки на неравные участки. Пусть средняя интенсивность загрузки этого ключевого компонента, рассчитанная для случая непрерывной равномерной загрузки компонента, т.е. для варианта, соответствующего аналогу, равна qcp. Длительность загрузки этого ключевого компонента τзаг. Тогда общее количество ключевого компонента загруженного в смесь будет равноConsider the dependencies that allow you to calculate the load intensity of any one key component when dividing the load period into unequal sections. Let the average loading intensity of this key component calculated for the case of continuous uniform loading of the component, i.e. for the variant corresponding to the analogue is equal to q cp . The loading time for this key component is τ zag . Then the total amount of the key component loaded into the mixture will be equal to

Figure 00000005
Figure 00000005

Пусть весь период загрузки разбивается на три неравных участка с интенсивностью загрузки q1, q2, q3, как показано на фигуре 5. Длительность загрузки на каждом из участков, соответствующая количеству подслоев с пониженным или повышенным содержанием ключевого компонента, равна τ1, τ2, τ3.Let the entire loading period be divided into three unequal sections with the loading intensity q 1 , q 2 , q 3 , as shown in Figure 5. The loading duration in each of the sections, corresponding to the number of sublayers with a reduced or increased content of the key component, is τ 1 , τ 2 , τ 3 .

Figure 00000006
Figure 00000006

ТогдаThen

Figure 00000007
Figure 00000007

Интенсивность загрузки на первом участкеThe intensity of the load in the first section

Figure 00000008
Figure 00000008

Отклонение интенсивности загрузки от среднего значения для первого участкаDeviation of the load intensity from the average value for the first section

Figure 00000009
Figure 00000009

В верхней границе суммы 5 - число подслоев, соответствующих первому участку (на фигуре 5 обозначено цифрой I); Сзад - концентрация ключевого компонента, соответствующая требованиям заказчика; Ci - концентрация ключевого компонента в i-том подслое циркуляционного контура; Vi - объем i-того подслоя.In the upper boundary of the sum 5 is the number of sublayers corresponding to the first section (in figure 5 is indicated by the number I); With ass - the concentration of the key component that meets the requirements of the customer; C i is the concentration of the key component in the i-th sublayer of the circulation circuit; V i is the volume of the i-th sublayer.

Отклонение интенсивности загрузки от среднего значения для второго участка (на фигуре 5 обозначено цифрой II)The deviation of the load intensity from the average value for the second section (in figure 5 is indicated by the number II)

Figure 00000010
Figure 00000010

Отклонение интенсивности загрузки от среднего значения для третьего участка (на фигуре 5 обозначено цифрой III)The deviation of the load intensity from the average value for the third section (in figure 5 is indicated by the number III)

Figure 00000011
Figure 00000011

В общем случае разбиения на участки отклонение интенсивности загрузки на любом участке определяется зависимостью (2).In the general case of division into sections, the deviation of the loading intensity in any section is determined by dependence (2).

При этом следует отметить, что отклонение интенсивности может иметь как положительное, так и отрицательное значение, в зависимости от того, является ли концентрация ключевого компонента на данном участке повышенной или пониженной по сравнению с требованиями.It should be noted that the deviation in intensity can have both positive and negative values, depending on whether the concentration of the key component in this area is increased or decreased compared to the requirements.

Интенсивность загрузки определяется из выражения (1). Длительность загрузки ключевого компонента на j-том участке разбиения определяется зависимостью (3).The intensity of the load is determined from the expression (1). The loading time of the key component in the jth section of the partition is determined by dependence (3).

Зависимости, позволяющие рассчитать интенсивность загрузки для других ключевых компонентов, подобны.The dependencies that allow you to calculate the load intensity for other key components are similar.

Экспериментальная проверка указанных способов проведения процессов смешивания соответствовала условиям проведения численных экспериментов. При этом использовался барабанный смеситель диаметром 0,3 метра и длиной 1 метр. Концентрация ключевых компонентов в смеси по каждому из них составляла 5%. Состояние смеси оценивалось только для случаев, соответствующих наилучшему распределению каждого ключевого компонента в поперечном сечении барабана, рассчитанному по математической модели процесса. Экспериментальные точки, характеризующие состояние смеси, обозначены для кварцевого песка - о, а для стеклянных шариков - □.An experimental verification of the indicated methods for carrying out mixing processes corresponded to the conditions for conducting numerical experiments. In this case, a drum mixer with a diameter of 0.3 meters and a length of 1 meter was used. The concentration of key components in the mixture for each of them was 5%. The state of the mixture was evaluated only for cases corresponding to the best distribution of each key component in the cross section of the drum, calculated according to the mathematical model of the process. The experimental points characterizing the state of the mixture are indicated for quartz sand - o, and for glass balls - □.

На фигуре 6 показаны графики, характеризующие изменение качественного состава смеси в случае равномерной и непрерывной загрузки ключевых компонентов, вплоть до разгрузочного края барабана, т.е. по способу, выбранному в качестве аналога. Время начала загрузки первого и второго ключевых компонентов, как видно из графиков, не совпадает. Длительность проведения процесса в этом случае увеличивается, однако наилучшее качество готовой смеси по обоим ключевым компонентам достигается одновременно, и коэффициенты неоднородности не превышают 2-3%.Figure 6 shows graphs characterizing the change in the qualitative composition of the mixture in the case of uniform and continuous loading of key components, up to the discharge edge of the drum, i.e. according to the method selected as an analogue. The start time for loading the first and second key components, as can be seen from the graphs, does not match. The duration of the process in this case increases, however, the best quality of the finished mixture for both key components is achieved simultaneously, and the heterogeneity coefficients do not exceed 2-3%.

Анализ качества распределения ключевых компонентов по подслоям циркуляционного контура показывает, что наблюдаются зоны повышенной или пониженной концентрации в различных группах подслоев. При этом в общем случае указанные зоны для различных ключевых компонентов не совпадают. Это связано с тем, что объемы подслоев уменьшаются при продвижении от наружной поверхности барабана к центру циркуляции. На скорость продвижения ключевых компонентов в область центра циркуляции также оказывает влияние их количество в соприкасающихся подслоях. Из анализа вышесказанного следует, что при целенаправленном изменении интенсивности подачи ключевых компонентов в различные зоны смесителя качество готовой смеси может быть повышено. Диапазон изменения интенсивности подачи незначителен и не превышает плюс-минус 8%.An analysis of the quality of the distribution of key components among the sublayers of the circulation circuit shows that zones of increased or decreased concentration are observed in various groups of sublayers. Moreover, in the general case, these zones for different key components do not coincide. This is due to the fact that the volumes of the sublayers decrease as they move from the outer surface of the drum to the center of circulation. The rate of progress of key components in the region of the center of circulation is also affected by their number in adjacent sublayers. From the analysis of the above it follows that with a targeted change in the intensity of the supply of key components to various zones of the mixer, the quality of the finished mixture can be improved. The range of variation in the feed rate is negligible and does not exceed plus or minus 8%.

На фигуре 7 показаны графики, характеризующие изменение качественного состава смеси в случае неравномерной непрерывной загрузки ключевых компонентов по длине барабана, т.е. по способу, выбранному в качестве прототипа. Весь период загрузки каждого ключевого компонента разбивался не менее чем на три равных участка и в соответствии с тем, являлась ли в соответствующей области циркуляционного контура концентрация ключевого компонента повышенной или пониженной, изменялась интенсивность загрузки. Наилучшее качество готовой смеси по обоим ключевым компонентам достигается одновременно, и коэффициенты неоднородности не превышают 1,85%.The figure 7 shows graphs characterizing the change in the qualitative composition of the mixture in the case of non-uniform continuous loading of key components along the length of the drum, i.e. by the method selected as a prototype. The entire loading period of each key component was divided into at least three equal sections, and in accordance with whether the concentration of the key component was increased or decreased in the corresponding region of the circulation circuit, the loading intensity changed. The best quality of the finished mixture for both key components is achieved simultaneously, and the heterogeneity coefficients do not exceed 1.85%.

Графики, характеризующие изменение качественного состава смеси в случае неравномерной непрерывной загрузки ключевых компонентов по длине барабана, когда весь период загрузки каждого ключевого компонента разбивался не менее чем на три неравных участка и в соответствии с тем, являлась ли в соответствующей области циркуляционного контура концентрация ключевого компонента повышенной или пониженной, изменялась интенсивность загрузки, подобны графикам, изображенным на фигуре 7. Однако в этом случае удается достичь более высокого качества смеси, а коэффициенты неоднородности не превышают 1,4%. Таким образом, по сравнению с прототипом однородность смеси при использовании предложенного способа улучшается как минимум на 20%.Graphs characterizing the change in the qualitative composition of the mixture in the case of non-uniform continuous loading of key components along the length of the drum, when the entire loading period of each key component was divided into at least three unequal sections and in accordance with whether the concentration of the key component was increased in the corresponding region of the circulation circuit or reduced, the download intensity changed, similar to the graphs shown in figure 7. However, in this case, it is possible to achieve higher quality mixtures, and the heterogeneity coefficients do not exceed 1.4%. Thus, in comparison with the prototype, the uniformity of the mixture when using the proposed method is improved by at least 20%.

Не менее важным является уменьшение диапазона разброса качества смеси в отдельных пробах. Если в случае получения смесей, соответствующем способу прототипа, в части проб коэффициенты неоднородности оказывались несколько выше или ниже средних значений, то в случае предлагаемого способа число таких проб оказалось существенно ниже.Equally important is the reduction in the range of variation in the quality of the mixture in individual samples. If in the case of obtaining mixtures corresponding to the prototype method, in some samples, the heterogeneity coefficients were slightly higher or lower than the average values, then in the case of the proposed method, the number of such samples was significantly lower.

Таким образом, как показывают приведенные выше результаты численных и натурных экспериментов предлагаемый способ способен обеспечить достижение поставленной цели - повышение качества смеси.Thus, as shown above, the results of numerical and field experiments, the proposed method is able to achieve this goal - improving the quality of the mixture.

Claims (1)

Способ непрерывного приготовления многокомпонентных смесей сыпучих материалов, включающий в себя непрерывное дозирование компонентов, их загрузку в смеситель на расстоянии от места выгрузки пропорциональном насыпным плотностям и/или размерам частиц, смешивание и выгрузку готовой смеси, загрузку каждого из компонентов осуществляют непрерывно по длине смесителя, вплоть до разгрузочного края барабана, непрерывную загрузку компонентов по длине барабана осуществляют неравномерно, отличающийся тем, что весь период загрузки каждого ключевого компонента разбивается не менее чем на три неравных участка, причем границы участков проходят в точках перехода концентрации ключевого компонента от повышенной к пониженной и/или от пониженной к повышенной по сравнению с заданной концентрацией и в соответствии с тем, является ли в соответствующей области циркуляционного контура концентрация ключевого компонента повышенной или пониженной, изменяется интенсивность загрузки, которая для любого участка j определяется зависимостью
qj=qcp-Δqj,
где qcp - интенсивность загрузки этого ключевого компонента, рассчитанная для случая непрерывной равномерной загрузки компонента; отклонение интенсивности загрузки на любом участке j
Δ q j = ( i = m k V i C i C з а д i = m k V i ) / i = m k V i
Figure 00000012
,
где m - номер первого подслоя в составе участка; k - номер последнего подслоя в составе участка; Сзад - заданная концентрация; Ci - концентрация ключевого компонента в i-том подслое циркуляционного контура; Vi - объем i-того подслоя, а длительность загрузки ключевого компонента на j-том участке разбиения определяется зависимостью
τj=r/l*τзаг,
где r - количество подслоев на j-том участке разбиения; l - число подслоев циркуляционного контура; τзаг - общая длительность загрузки ключевого компонента.
The method of continuous preparation of multicomponent mixtures of bulk materials, including continuous dosing of components, loading them into the mixer at a distance from the discharge point proportional to bulk densities and / or particle sizes, mixing and unloading the finished mixture, loading of each component is carried out continuously along the length of the mixer, up to to the discharge edge of the drum, continuous loading of components along the length of the drum is carried out unevenly, characterized in that the entire loading period of each key of the component is divided into at least three unequal sections, with the boundaries of the sections passing at the points of transition of the concentration of the key component from increased to low and / or from low to high compared to a given concentration and in accordance with whether there is a circulation loop in the corresponding region the concentration of the key component increased or decreased, the loading intensity changes, which for any section j is determined by the dependence
q j = q cp -Δq j ,
where q cp is the loading intensity of this key component, calculated for the case of continuous uniform loading of the component; deviation of the load intensity in any section j
Δ q j = ( i = m k V i C i - C s but d i = m k V i ) / i = m k V i
Figure 00000012
,
where m is the number of the first sublayer in the plot; k is the number of the last sublayer in the plot; With ass - a given concentration; C i is the concentration of the key component in the i-th sublayer of the circulation circuit; V i is the volume of the i-th sublayer, and the loading time of the key component in the j-th partition is determined by the dependence
τ j = r / l * τ zag ,
where r is the number of sublayers in the j-th section of the partition; l is the number of sublayers of the circulation circuit; τ zag - the total duration of the loading of the key component.
RU2013145919/05A 2013-10-14 2013-10-14 Continuous preparation of multicomponent mixes of loose materials RU2542241C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013145919/05A RU2542241C1 (en) 2013-10-14 2013-10-14 Continuous preparation of multicomponent mixes of loose materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013145919/05A RU2542241C1 (en) 2013-10-14 2013-10-14 Continuous preparation of multicomponent mixes of loose materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2542241C1 true RU2542241C1 (en) 2015-02-20

Family

ID=53288958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013145919/05A RU2542241C1 (en) 2013-10-14 2013-10-14 Continuous preparation of multicomponent mixes of loose materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2542241C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1125036A1 (en) * 1983-07-26 1984-11-23 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения Drum mixer
US5076704A (en) * 1991-02-08 1991-12-31 Highway Equipment Company Methods of and apparatus for blending and elevating materials
RU2157725C2 (en) * 1997-02-24 2000-10-20 Тамбовское акционерное общество открытого типа "Завод "КОМСОМОЛЕЦ" Loose material proportioner
RU2207900C2 (en) * 2001-04-13 2003-07-10 Тамбовский государственный технический университет Method of continuous preparation of multicomponent mixtures and device for realization of this method
RU2478420C2 (en) * 2011-07-25 2013-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО ТГТУ Method of continuous preparation of multicomponent mixes and device to this end

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1125036A1 (en) * 1983-07-26 1984-11-23 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения Drum mixer
US5076704A (en) * 1991-02-08 1991-12-31 Highway Equipment Company Methods of and apparatus for blending and elevating materials
RU2157725C2 (en) * 1997-02-24 2000-10-20 Тамбовское акционерное общество открытого типа "Завод "КОМСОМОЛЕЦ" Loose material proportioner
RU2207900C2 (en) * 2001-04-13 2003-07-10 Тамбовский государственный технический университет Method of continuous preparation of multicomponent mixtures and device for realization of this method
RU2478420C2 (en) * 2011-07-25 2013-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО ТГТУ Method of continuous preparation of multicomponent mixes and device to this end

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kruger et al. 3D concrete printer parameter optimisation for high rate digital construction avoiding plastic collapse
Hobbs et al. Optimization of a static mixer using dynamical systems techniques
Regner et al. Effects of geometry and flow rate on secondary flow and the mixing process in static mixers—a numerical study
Liu et al. Modelling and parameter optimization for filament deformation in 3D cementitious material printing using support vector machine
Chung et al. Investigation of characteristics and responses of insulating cement paste specimens with Aer solids using X-ray micro-computed tomography
He et al. Effects of interlayer notch and shear stress on interlayer strength of 3D printed cement paste
Jones et al. Rheological control of 3D printable cement paste and mortars
RU2542241C1 (en) Continuous preparation of multicomponent mixes of loose materials
Lefevre et al. Modelling the flow of particle-filled resin through a fibrous preform in liquid composite molding technologies
Ottino et al. Scaling of granular flow processes: from surface flows to design rules
Şimşek et al. Development of a graphical user interface for determining the optimal mixture parameters of normal weight concretes: A response surface methodology based quadratic programming approach
Wangler et al. Residence time distributions in continuous processing of concrete
RU2478420C2 (en) Method of continuous preparation of multicomponent mixes and device to this end
Koynov et al. Measurement of the axial dispersion coefficient of powders in a rotating cylinder: dependence on bulk flow properties
Hogg et al. Axial transport of dry powders in horizontal rotating cylinders
Sunkara et al. Transverse flow at the flight surface in flighted rotary drum
Evseev Automatic mixers for the synthesis of functional mixtures with desired properties from small batches
RU2207900C2 (en) Method of continuous preparation of multicomponent mixtures and device for realization of this method
Ivanec et al. Design of drum type apparatus for processing of bulk materials
Mahdi et al. Coupling the image analysis and the artificial neural networks to predict a mixing time of a pharmaceutical powder
Cao et al. Numerical flow simulation of fresh concrete in mixing truck
RU2398623C1 (en) Method of mixing loose materials and unit to this end
Park et al. Role of coherent structures in an isothermally reacting mixing layer
Pershin et al. Use of Numerical Experiments for Optimization of Mixing of Granular Materials.
Chupshev et al. Functional model of energy consumption for mixing with a vertical paddle mixer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151015