Лабораторная работа 5

 

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ И БЕЗОПАСНОЙ

ЭКСПЛУАТАЦИИ СМЕСИТЕЛЯ СЫПУЧИХ

МАТЕРИАЛОВ «ТУРБУЛА»

  Цель работы:

1.   1. Изучение устройства и принципа действия смесителя «Турбула».

2.   2. Испытание эффективности работы смесителя.

3.   3. Исследование безопасную эксплуатацию смесителя.

 

Основные теоретические положения

 

В химической, строительной, пищевой и других  отраслях промышленности широко применяется процесс смешивания сыпучих материалов. Цель процесса смешивания заключается в получении однородной по составу композиции из твердых сыпучих, влажных материалов и т.д. При этом зачастую качеством смеси, получаемой в результате процесса смешивания, определяется качество готового продукта.

Процесс смешивания – это механический процесс, результатом которого является образование однородной смеси путем распределения в смешиваемом объеме первоначально находящихся раздельно компонентов. Процесс, обратный процессу смешивания, называется сегрегацией. В результате процесса сегрегации смесь делится на отдельные компоненты.

Выделяют следующие элементарные процессы смешивания сыпучих материалов:

1) процесс конвективного смешивания – заключается в переносе компонентов (групп смежных частиц) по внутреннему объему смесителя, т.е. процесс протекает на макроуровне;

2) процесс диффузионного смешивания – заключается в перемещении отдельных частиц  различных компонентов относительно друг друга, т.е. процесс протекает на микроуровне, ;

3) процесс сегрегации – заключается в сосредоточении однородных частиц под действием гравитационных или инерционных сил в отдельных объемах смесителя. В результате процесса сегрегации происходит ухудшение качества смеси.

В процессе работы смесителя элементарные процессы протекают одновременно.  Однако их влияние на качество смеси существенно различается  в различные периоды смешивания.

Для оценки качества смеси используют, как правило, методы статистического анализа. При этом любую смесь условно рассматривают как  двухкомпонентную, состоящую из основного (ключевого) компонента и условного. Все компоненты смеси кроме основного считают одним условным компонентом. В этом случае однородность смеси оценивается по концентрации основного компонента в пробах смеси, т.е. параметрами распределения одной случайной величины. Основной компонент выбирают в зависимости от:

1) простоты и доступности анализа;

2) требований распределения конкретного компонента в смеси.

Для оценки качества смеси предложены различные величины: коэффициент вариации (неоднородности), степень смешивания, стандартное отклонение, критерий однородности, приведенное стандартное отклонение, коэффициент изменчивости, относительная дисперсия, дисперсия, интенсивность сегрегации и т.д.

Наиболее часто в исследовательской практике для оценки качества смеси применяют  коэффициент вариации Vс,  %:

 

, %                                                                                                (5.1)

где  – среднее арифметическое значение концентрации основного компонента во всех   пробах смеси,  %;  – концентрация основного компонента в -й пробе, %.

В исследовательской практике для определения коэффициента вариации предварительно отбирают и затем анализируют большое количество проб смеси. Масса отбираемой пробы определяется принятым методом анализа проб на содержание в них основного компонента. Рекомендуется отбирать пробы массой 1…10 г.

Качество смеси, получаемой в смесителях периодического действия, определяют на основе отбора и последующего анализа проб сыпучего материала.

Известны два метода отбора проб:

1) метод квартования;

2) метод точечного отбора (наиболее широко применяется).

Последний метод предполагает отбор проб с помощью специального пробоотборника из разных зон внутреннего объема смеси после остановки смесителя. Затем отобранные пробы анализируют на содержание основного (ключевого) компонента. Для каждого момента времени необходимо отбирать не менее пяти проб.

Методика определения концентрации ключевого компонента в пробах сыпучего материала зависит от свойств смеси и ее составляющих. Например, при смешивании гранул полимерных материалов эта концентрация определяется весовым способом: взвешивается общий вес пробы G1 и вес ключевого компонента G2. Концентрация ключевого компонента определяется по формуле:

                                                                                                           (5.2)

На основе полученных данных оценивают качество полученной смеси путем расчета значений среднего квадратичного отклонения концентрации ключевого компонента  или коэффициента вариации .

 

Описание установки

 

Смеситель периодического действия «Турбула» предназначен для приготовления смеси из сыпучих материалов или жидкостей. Рабочий объем смесительной чаши равен 2,6 литра.

Смеситель состоит из сварного корпуса, расположенного на основании 1 (рис. 5.1) и разделенного на две части с помощью стенки 2. В одной части корпуса установлен привод, а  во второй – исполнительный механизм.

Рис. 5.1 Общий вид смесителя

 

Для защиты исполнительного механизма служит прозрачный колпак 4, откидывающийся на шарнирах 5. На рисунке 5.2 представлена схема, поясняющая устройство исполнительного механизма. В корзине 2 с помощью  двух пар бобышек 3 и 4 крепится съемная смесительная чаша 1. Чаша закрывается крышкой 9 с помощью винта 10 и струбцины 11. Движение корзины 2 осуществляется от привода через ведущий вал и вилку . От корзины крутящий момент передается ведомому валу и вилке . В результате корзина 2 вместе с чашей 1 совершает сложные пространственные движения. Вследствие этого сыпучий материал перемешивается в чаше. На боковине 3 корпуса (рис. 5.1) имеется блок управления работой смесителя, обеспечивающий регулирование частоты вращения чаши и времени процесса смешивания.

Рис. 5.2. Схема смесителя

1 – смесительная чаша; 2 – корзина; 3, 4 – бобышки; , – серповидные вилки; , – центральные втулки; – ведущий вал; – ведомый вал; 8 – привод; 9 – крышка; 10 – винт; 11 – струбцина

Порядок выполнения работы

 

1.     Занести в табл. 5.1 заданные преподавателем параметры по выполнению работы.

2.     Предварительно подготовить порции смешиваемых компонентов в соответствии с табл. 5.1.

3.     При отключенном от сети смесителе откинуть защитный колпак и поворотом исполнительного механизма вручную установить чашу 1 в такое положение, в котором она может выть извлечена из корзины 2. Затем, отпустив винт 10, вынуть струбцину 11 и извлечь чашу из корзины. Сняв с чаши крышку 9, загрузить смешиваемые компоненты и закрыть чашу крышкой. Затем, установить чашу в корзину, закрепить винтом и опустить защитный колпак.

4.     Установить заданный преподавателем режим работы (период, время, частоту) с помощью пульта управления и включить смеситель.

5.     Через заданный промежуток времени работы привод смесителя автоматически выключается.

6.     При отключенном от сети смесителе отобрать пробы из смесительной чаши через интервалы, указанные в табл. 5.1.

Примечание. После анализа на содержание основного компонента пробы сыпучего материала следует возвращать в смесительную чашу.

 

Протокол испытаний

 

5.1. Задание на выполнение работы

 

Наименование параметра

Значение параметра

Смешиваемые компоненты

 

Соотношение компонентов

 

Коэффициент заполнения

 

Общий объем (вес) загрузки,  л (г)

 

Время отбора проб, t, мин.

 

 

 

5.2. Результаты анализа и расчета среднего квадратичного
отклонения содержания ключевого компонента в пробах смеси и
коэффициента вариации

 

, мин

, г

G2i, г

Ci, %

, %

, %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

Обработка опытных данных

 

Определить концентрацию основного (ключевого) компонента в отобранных пробах смеси:

– определить для каждого заданного момента времени общий вес пробы G1i и вес ключевого компонента G2i;

– определить концентрацию основного (ключевого) компонента сi по формуле (5.2);

– результаты анализов и расчетов записать в табл. 5.2;

2. Оценить эффективность работы смесителя путем расчета значений среднеквадратичного отклонения содержания основного компонента в пробах  и коэффициента вариации   и построения графика кинетической кривой процесса смешивания .

 

Контрольные вопросы

 

1.     Охарактеризуйте устройство и принцип действия смесителя.

2.     Сформулируйте цель и методику проведения исследования работы смесителя.

3.     Перечислите величины, применяемые для оценки качества смеси материалов.

4.     Сформулируйте физический смысл среднего квадратичного отклонения и коэффициента вариации.

5.     Методы отбора проб и анализа их на содержание ключевого компонента.

6.     Охарактеризуйте кинетику процесса смешения материалов в смесителе периодического действия.

7.     Как получить кинетическую кривую процесса смешения и в чем состоит ее ценность?

8.     Охарактеризуйте особенности безопасной эксплуатации смесителя.

9.     Назовите наиболее опасные узлы смесителя.

10. Перечислите источники вредных воздействий при работе смесителя.

 

 

тестирование по темеНа главную