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    混合制粒機的研究

    發布時間: 2011-03-18  點擊次數: 2002次

    對固體顆粒在高速混合制粒機內的攪拌混合進行了試驗。試驗為固定一個物料體系,進行三因素(主攪拌槳轉速、制粒槳轉速、混合時間)三水平的正交試驗。研究了主、輔攪拌槳轉速及混合物料物性對混合效果的影響。從實踐上分析了混合效果與各結構參數及操作參數的關系。通過找出*混合參數組合,管式離心機給出zui適混合轉速及zui適混合時間。
     
        關鍵詞:攪拌 固一固顆?;旌?混合度 
    0 前言
     
        粉體的混合是一個復雜的問題,影響因素很多。固液分離機通過對設定的混合機作混合物料組合和混合參數變化,由實驗求得混合度,并進一步對混合機理進行研究,是一條行之有效的途徑。
     
        本粉體混合設備為立式雙攪拌結構。主攪拌槳為三葉偏心斜錨式結構,其作用是可實現物料沿槳葉斜角作拋射式三維旋轉。高速旋轉的“人字形”制粒槳通過強力高速剪切作用,將被主槳回轉拋散的原料分散、制粒。該裝置示意圖見圖1。
    根據混合制粒機理的理論研究與實驗分析.一般認為影響混合效果的因素有下列幾項:
     
        (1)攪拌葉片的形狀與裝配位置;
     
        (2)攪拌葉片的圓周速度(轉速、攪拌功率);
     
        (3)混合固體特性;
     
        (4)混合時間。
     
        為此本文設計了攪拌槳轉速、制粒槳轉速、混合時間等三參數三水平的正交混合試驗,碟式分離機通過不同物料體系的混合實驗探求*工況一 。
    1 試驗參數
    1.1 物料體系的選擇
     
        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》中給出了離析度公式:
     
        以式(1)為計算依據,確定出下述兩個物系:(1)兩種粒子密度差在一個數量級左右的面粉、鐵粉混合體系,(2)密度及粒度相近的鹽與碳化硅混合體系。上述兩個物系的混合質量比均為9:1。
    1.2 正交實驗參數的選擇
     
        主、輔攪拌槳的形狀由設備定。將三葉偏心斜錨式主槳的槳葉斜角定為y=55。外形與筒體基本吻合,主、輔攪拌槳的裝配主要包括主、輔攪拌間距和制粒槳固液分離機高度,二者關系可由公式導出,也可由實驗觀測獲得。制粒槳高度以物料被主槳拋射增高后的“混合制粒區” 剛使其“淹沒”為宜。因此,沒有將這兩個參數作為正交實驗參數,而是選擇了主、輔攪拌槳的轉速及混合時間作為正交實驗參數。
    2 實驗方法
     
        三參數三水平正交實驗的設計如下:
    2.1 三參數的選擇
     
        (1)三葉偏心斜錨式槳的轉速A(r/min)
     
        (2)制粒槳的轉速B(r/min)
     
        (3)混合時間C(min)
    2.2 三水平的選擇
     
        根據實驗觀測給定三個水平:
     
        對于鹽一碳化硅體系
     
        根據各取樣點分析, 分別得到混合后鐵粉及碳化硅的含量并計算出混合度。
    3 實驗結果與討論
    3.1 食鹽一碳化硅混合體系的正交試驗結果及分析

              表1為將衡量物料混合好壞的混合度作為目標值的正交試驗結果匯總。按照數理統計的方法,對試驗數據進行處理。
     
        表1中,1、2、3分別為各因素的三個不同的水平,M1、M2、M3。為對應因素中水平1、2、3的混合度M的和m1、m2、m3。分別等于M1/3、M2/3、M3/3,Rj為極差值,等于該列m值中的zui大值與zui小值的差,真空爐其實際意義為R1值越大,該因素的水平變化對指標的影響就越重要。effect的值為對應m值與9次試驗混合度值平均值的差,亦即該因素水平對目標值的貢獻大小。effect值中的zui小值即表示相應水平對混合效果的影響zui大。由表1可看出,Rj(A)>Rj(B)>Rj(C),因此,影響混合度的因素其作用大小順序為A> B>C,即主攪拌槳(三葉偏心斜錨式攪拌槳)的轉速的影響zui大,澄清分離機其次是輔攪拌槳(“人字形”制粒切刀)的轉速,混合時間的影響zui小。本試驗的*工況為A2B1C1,即當主攪拌槳轉速為400r/min、輔攪拌槳轉速為1000r/min、混合時間為5min時,該攪拌混合機的混合效果較好。在*工況條件下,*工程平均達到的混合度的值為97.15%。
    3.2 混合機實際混合度的回歸分析
     
        為了實現對混合機混合度的有效控制,必須建立混合度與影響混合度的因素(如主攪拌
    槳轉速n1、輔攪拌槳轉速n2、混合時間t)之間的函數關系式。由于該函箱式爐數關系是非線性的,因此假設這一關系式為:
     
        
     
        對式(2)兩邊取自然對數,從而將多元非線性問題轉化為線性問題。將試驗過程中混合機的實測混合度值代入式(2),用zui小二乘法進行回歸計算,回歸分析的結果匯總見表2。
     
        經驗回歸公式為:
     
        
     
        式(3)的線性相關系數為0.802,置信度為95,這說明回歸的結果較好。由式(3)可見,
    實際混合度隨著主攪拌槳轉速的提高有所下降,隨著輔攪拌槳轉速及混合時間的增大而有
    所上升。
     
        同理,對面粉一鐵粉混合體系作正交試驗,試驗結果其*工況為A2B1C1,即當主攪拌槳轉速為300r/min、輔攪拌槳轉速為1000r/min、混合時間為2min時,氣氛爐    高溫爐該攪拌混合機的混合效果較好。在*工況條件下,*工程平均達到的混合度的值為97.08%。
     
        由此得出經驗公式:
     
        
     
        式(4)的線性相關系數為0.808,置信度為95。
    3.3 討論
     
        本文對自行搭建的混合制粒機實驗裝置的操作參數及結構參數進行了研究。將該型混合
    制粒機的主攪拌槳(三葉偏心斜錨式結構)的轉速、管式爐輔攪拌槳(“人字形”制粒切刀)的轉速及混合時間作為影響混合制粒機效果的主要因素,通過對兩組不同的固體物料體系進行正交試驗,分別得出了在不同的物料體系下混合制粒機的*工況參數。同時,對影響混合制粒機混合度的因素進行了zui小二乘法回歸分析。從上述實驗數據可以看出,當兩種粒子的密度差較大,即物料組合較為苛刻時,得到的混合度相對較低。本文的實驗為粉體混合設備有關操作參數的獲得,不僅提供了可行的實驗方法,也提供了經驗數據。今后,可以從改變攪拌槳裝配、攪拌槳葉片形式、混合物料體系等方面著手,進行更深一步的實驗研究。

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