Процеси у виробництві будівельних матеріалів і виробів (стр. 2 из 14)
Рис 5.2. Залежність коефіцієнта неоднорідності змішування від вогкості (1) суміші і концентрації компоненту (2)
Рис 5.3. Залежність коефіцієнта неоднорідності змішування від висоти суміші (1) і частоти обертання лопатей (2)
З технологічних чинників, що впливають на ефективність змішування, слід назвати кількість (об'їм) сировинної суміші, обробці, що піддається. В одновальних і двохвальних змішувачах безперервної дії кількість суміші можна характеризувати заввишки суміші в лотку (кориті). Із збільшенням висоти суміші коефіцієнт неоднорідності змішування спочатку знижується, досягає мінімально можливої величини, а потім знову починає рости (мал.5.3). У одновального змішувача це зростання виявляється менш, а у двохвального - більш істотно. Оптимально можливі значення коефіцієнта неоднорідності змішування силікатної формувальної маси у цих змішувачів різні [54,79].
Частота обертання лопатей змішувачів в лоткових змішувачах впливає на якість змішування неоднозначно. Коефіцієнт неоднорідності змішування силікатної суміші із збільшенням частоти обертання лопатей спочатку знижується, досягає мінімальної величини, а потім знову починає збільшуватися (мал.5.3). Залежність носить нелінійний характер і спостерігається як на одновальних, так і двохвальних змішувачах. Можна вважати, що в області регулювання частоти обертання лопатей від 1,5 до 2,1 с-1 коефіцієнт неоднорідності змішування в двохвальних змішувачах безперервної дії мало змінюється і досягає майже мінімальної величини.
Майже така ж закономірність і при дослідженні залежності коефіцієнта неоднорідності змішування від кута установки лопатей на валах змішувачів. В діапазоні зміни кута нахилу лопатей від 35 до 60° досягається мінімально можлива величина коефіцієнта неоднорідності змішування по ключовому компоненту. Максимальна продуктивність досягається при куті нахилу 45° (мал.5.4).
Мал.5.4. Залежність продуктивності (1) і коефіцієнта неоднорідності змішування (2) від кута нахилу лопатей на валу.
Зміна продуктивності і коефіцієнта неоднорідності по обидві сторони від кута 45°, зразкове однакове і невелике, тобто рівну продуктивність можна одержати, встановлюючи лопаті під кутом в 30 і 60°. Цим частково можна пояснити різноманіття значень кутів нахилу лопатей в змішувачах безперервної дії.
Момент сили на валах змішувачів в одновальних і двохвальних змішувачах безперервної дії при змішенні, наприклад, силікатних формувальних сумішей змінюється неоднозначно залежно від зміни основних параметрів (мал.5.5). Так, наприклад, момент сили росте із збільшенням об'єму суміші в лотку.
Мал.5.5. Залежність моменту сили на валах від висоти суміші в лотку (1), кута нахилу лопатей (2) і вогкості оброблюваної суміші (3).
Графік залежності має лінійний вигляд. А збільшення кута нахилу лопатей приводить до зменшення моменту сили. Залежність носить також лінійний характер. Із збільшенням вогкості суміші момент сили на валах спочатку зменшується, досягає мінімальної величини, а потім знову починає збільшуватися. Графік залежності має нелінійний вигляд. Зміна вогкості від 5 до 7% не позначається істотно на зміні моменту сили на валах змішувача. Отже, знаючи оптимальні значення основних параметрів змішування, можна розрахувати момент сили на валах, потужність електродвигуна і продуктивність змішувача [17, 54, 79].
Продуктивність лопатевих змішувачів безперервної дії можна розрахувати по формулі [17, 54, 79]
(5.7)де D, d - відповідно зовнішній і внутрішній діаметри лопатей; SB - крок гвинтової лінії установки лопатей; п - частота обертання лопатей; Zл - кількість лопатей, встановлених на одному кроці гвинтової лінії; ZB - кількість валів змішувачів; Кл - коефіцієнт, що враховує взаємне перекриття лопатей в поперечному перетині лотка (корита); КН - коефіцієнт, що враховує ступінь заповнення лотка (корита) сумішшю.
Потужність приводу двохвальних змішувачів безперервної дії [17]
(5.8)де р - питомий опір суміші при обертанні лопатей змішувачів; ZB - кількість валів змішувачів; Sі - площа проекції і-тої лопаті на напрям обертання; Rі - відстань від осі обертання до центру тяжіння і-тої лопаті; ω - кутова швидкість валу змішувача; η - КПД приводу змішувача.
Використовування оптимальних значень параметрів змішування і конструктивно-технологічних параметрів змішувачів дає можливість їх оптимального конструювання і ефективного використовування в промисловості будівельних матеріалів для обробки багатокомпонентних формувальних будівельних сумішей.
1.1.3 Диспергіроване змішування сипких матеріалів
Зміна фізико-механічних і технологічних властивостей сировинних формувальних сумішей (мас) спікання, грануляція, гасіння, сегрегації, зволоження і т.п. вимагають вдосконалення технології приготування суміші. Одним із способів ефективної переробки формувальних будівельних сумішей є диспергіроване змішування, тобто одночасне подрібнення і змішування. Диспергірування - це тонке подрібнення твердих тіл, що приводить до утворення дисперсних систем. Диспергіроване змішування може здійснюватися в спеціальних машинах: швидкохідних двохвальних змішувачах безперервної дії; барабанних стрижньових розтирачах-гомогенізаторах, дискових і щіткових змішувачах і ін. [17, 46, 54, 79, 103].
Мал.5.6. Блок-схема програми моделювання диспергірованого змішування на ЕОМ.
Відомо, що хімічні реакції проходять по поверхні речовин, тобто по поверхні контактів між частинками матеріалу. Тому для підвищення інтенсивності хімічних реакцій речовин вимагається збільшити число контактів між частинками (компонентами). Цю мету переслідує процес подрібнення і процес змішування. Проте неможливо забезпечити достатнє число контактів суміші, якщо цю суміш тільки подрібнити або, навпаки, тільки змішати. Отже, одночасне подрібнення і змішування повинні характеризуватися єдиним узагальненим критерієм обробки. Таким критерієм, наприклад, може служити число контактів між компонентами суміші, вимірюване непрямим способом на основі моделювання [46, 54].
Моделювання процесу на ЕОМ дозволяє одночасно для кожного стану умовного об'єму елементів визначити число контактів елементів різних видів і дисперсію змісту елементів одного вигляду. Блок-схема програми моделювання приведена на мал.5.6 [46, 54].
При виконанні машинного експерименту задавалися наступними значеннями концентрації одного з компонентів: 0,033; 0,10; 0,17; 0,234; 0,333; 0,50. Для знаходження рівняння регресії використовували метод якнайменших квадратів. На рис 5.7 і 5.8 приведена графічна залежність числа контактів N елементів різних видів і коефіцієнтів лінійної регресії β1 і β2від дисперсії ключового компоненту Dпри різних значеннях концентрації α. Аналітична залежність для β1β2і N мають вигляд
(5.9) 
(5.10)
Мал.5.7. Залежність числа контактів N від дисперсії Dі концентрації елементів а
Для практичного використовування, наприклад, стосовно обробки одиниці маси силікатної формувальної суміші, залежність (5.10) приводиться до вигляду
(5.11)де а - математичне очікування змісту ключового компоненту в суміші; d - середній діаметр частинки суміші.
Мал.5.8. Залежність коефіцієнтів β1 і β2, від концентрації елемента а
Інтенсивність обробки силікатної суміші в барабанному стрижньовому розтирачі-змішувачі рекомендується визначати по формулі [46, 54, 79, 103]
(5.12)де Q - продуктивність подрібнення-змішувача, кг/год; с - коефіцієнт проковзування стрижнів; φ - коефіцієнт заповнення барабана стрижньовим завантаженням; N1 і N2 - відповідно потужність, затрачувана на підйом і утримання стрижньового завантаження і на повідомлення енергії стрижням, кВт; k - відносний коефіцієнт скачування і підйому стрижнів; ψ - коефіцієнт відносної частоти обертання барабана. Рівняння кінетики подрібнення - змішування [46, 54, 103]
(5.13)де п - поточне значення якості обробки суміші; пм - максимально можлива якість обробки суміші; п0 - якість суміші до її обробки; А - постійний коефіцієнт, що характеризує технологічну ефективність обробки; t - час обробки суміші.
Інтенсивність обробки суміші λ необхідно визначити досвідченим шляхом, для чого суміш піддається двократній обробці [46, 54, 79, 103].
Розділ 2. Формування будівельних сумішей
Формування - технологічний процес (сукупність процесів) отримання з формувальних сировинних сумішей (мас) виробів-напівфабрикатів заданої форми, розмірів, густини, міцності під дією зовнішніх силових дій.