Volba vhodného typu mísiče může být ovlivněna následujícími podmínkami

Transkript

1 MÍSENÍ ZRNITÝCH LÁTEK Mísení zrnitých látek je zvláštním případem míchání. Zrnité látky mohou být konglomerátem několika chemických látek. Z tohoto důvodu obvykle bývá za složku směsí považován soubor částic, které mají při dynamických operacích stejné chování. K jejich charakteristice patří rozměry, tvar, kvalita povrchu a hmotnost částic. Za homogenní je považována taková zrnitá směs, kde jsou částice různého chování rovnoměrně rozděleny v celkovém objemu směsi. V průmyslové praxi se s mísením zrnitých směsí setkáváme v řadě průmyslových odvětví např. příprava stavebních materiálů, umělých hnojiv, krmných směsí pro hospodářská zvířata, slévárenských písků, pracích prostředků atd. Mechanismus mísení Smykové mísení tvorba ploch v celkovém objemu soustavy, po kterých částice po sobě klouzají a tím se navzájem přemisťují Konvektivní mísení přemisťování skupin částic navzájem do různé polohy Difúzní mísení změna polohy mezi jednotlivými částicemi soustavy Mísení náhodnými srážkami mezi částicemi nebo o stěnu zařízení Rozpojování shluků částic, deformace částic Základní typy zařízení pro směšování sypkých materiálů Technické podmínky ovlivňující výběr vhodného typu zařízení Volba vhodného typu mísiče může být ovlivněna následujícími podmínkami Objem nebo hmotnost směšovaných komponent. Může se pohybovat v širokém rozmezí laboratorní do 200 l, malé objemy do 7 m, u bubnových mísičů až do 10 m a více Způsob vedení procesu periodický nebo kontinuální Náchylnost materiálu k segregaci Podmínky průběhu procesu nasucho nebo s přídavkem kapaliny Energetická náročnost Investiční náklady Náklady na obsluhu a údržbu 1

2 Zařízení pro mísení zrnitých materiálů můžeme rozdělit do 4 skupin Bubnové směšovače jsou tvořeny různě tvarovanou rotující komorou, pracují periodicky nebo kontinuálně Směšovače se stacionární nádobou a rotujícím míchadlem Statické směšovače Ostatní zařízení využívaná k realizaci jiných procesů, ve kterých dochází současně i ke směšování (různé typy mlýnů, fluidní a pneumatické směšovače) Směšovače s rotující komorou Základní charakteristikou těchto mísičů je, že celý mísič je uveden do otáčivého pohybu, který způsobuje přesypávání a tím i homogenizaci vsádky. Protože tento způsob míchání je jednoduchý, používá se často v laboratorních podmínkách pro sledování procesu homogenizace a je proto také nejlépe teoreticky popsán. Bubnový mísič Nejvíce rozšířeným typem mísiče tohoto typu je bubnový mísič, který je právě pro svoji jednoduchost nejčastěji používán v průmyslu. Jeho předností je malá spotřeba energie, snadná manipulace a malé provozní náklady. Bubnové mísiče jsou vhodné pro mísení nesoudržných materiálů. Jsou konstruovány buď jako horizontální nebo šikmé a bývají uvnitř opatřeny lopatkami, které se uplatňují při rozbíjení aglomerátů. Mohou pracovat za sucha nebo s přídavkem kapaliny (příprava stavebních materiálů malty, betonové směsi), mohou být stacionární nebo mobilní (domíchávače betonových směsí zamezení segregace při přepravě) a pracovat i kontinuálně. Osa bubnu má sklon 4 vůči horizontální rovině. K mísičům s rotující komorou patří kromě bubnových mísičů i mísiče s různým konstrukčním uspořádáním a tvarem komory viz obr U mísičů s rotující komorou se doporučuje frekvence otáčení blížící se polovině kritické hodnoty a plnění 0 5 %, u mísičů typu V až 40 %. Obr Různá uspořádání mísičů s rotující komorou [1.1]. 2

3 Mísiče se stacionární komorou Proces mísení v mísičích se stacionární komorou je vyvolán pohybem vnitřního mísícího elementu. Mísící element může mít různý tvar a může být upevněn na jednom nebo na dvou hřídelích. Homogenizační účinek vzniká v oblastech smykových rovin, které se ve vsádce vytvářejí při otáčení míchacích elementů a při transportu elementu. V těchto zařízeních se někdy významně uplatňuje i složka konvektivního míchání, převažuje však difúzní míchání, které zaručuje docílení vysokého stupně homogenity. Mísiče s pásovým míchadlem Staví se mísiče o pracovním objemu do 7 m. Pracují obvykle kontinuálně, mohou však pracovat i vsádkově, pak mají jiný tvar mísících elementů. Jejich výhodou je, že se mohou používat pro mísení materiálů v širokém rozmezí vlastností i náchylných k segregaci, pro mísení suché i s přídavkem kapaliny. Používají se k mísení minerálních formovacích směsí, pracích prášků a dále jsou rozšířeny v potravinářském a dřevozpracujícím průmyslu. Jejich nevýhodou je vysoká energetická náročnost až do 17 kwh m, eroze komory a míchadla. Obr Mísič s pásovým míchadlem.

4 Lopatkové mísiče Od pásových se liší tím, že hřídel je opatřen lopatkami různého tvaru v závislosti na aplikaci. Lopatkové mísiče se používají pro hodně soudržné materiály. Při výrobě pryže, plastických hmot a keramických materiálů se používají uzavřené dvojité mísiče s elementy ve tvaru čoček viz obr Obr Mísič s lopatkovým míchadlem. Obr Kontinuální mísič s dvojitou komorou a míchadly ve tvaru čoček. 4

5 Mísiče s šroubovým míchadlem Pro periodické mísení práškových materiálů v zásobnících o velkém objemu se do nich umisťují mechanická míchadla. Nejčastěji se používají šroubová míchadla. Od šroubových míchadel používaných pro míchání viskózních kapalin se odlišují podstatně větší délkou šroubu (obr. 1.10) a tím, že při rotaci vynášejí materiál směrem k hladině. Speciální konstrukci mísiče tohoto typu představuje zařízení známé pod označením Nauta-mix, znázorněné na obr Komora má tvar komolého kužele, ve kterém šroubové míchadlo koná vedle otáčivého pohybu ještě krouživý pohyb podél stěny nádoby a zvyšuje se tak mísící účinek. Toto konstrukční řešení však komplikuje pohon mísiče. Zařízení pracuje zpravidla kontinuálně a hodí se i pro směšování pevných zrnitých materiálů s kapalinami. Obr Zásobník se šroubovým míchadlem. 1 nádoba, 2 pohon, míchadlo, 4 škrabka, 5 průzor, 6 výstup Obr Mísič NAUTA-MIX. 1 nádoba, 2 šnek, pohon, 4 vstupní hrdlo, 5 výstupní hrdlo, 6 XXX 5

6 Pneumatické mísení Pro mísení velkých objemů sypkých materiálů se často používá pneumatické mísení. Tímto způsobem je možno mísit materiály do velikosti zrna 0,5 mm. V cementárenském 1 průmyslu se takto mísí velká množství (až několik tisíc t h ) mletého vápence a křemene. Mísení se provádí v silech (obr. 1.12a), jejichž dno je vybaveno soustavou trysek (obr. 1.12b), do kterých je přiváděn tlakový vzduch. Sila mají průměry 9 20 m a objem do m. Měrná spotřeba energie bývá asi 1, 6 kwh t materiálu. Nevýhodou je nutnost odprášení velkého množství vzduchu. Obr Silo s fluidním směšováním. 6

7 Statické směšovače V průmyslové praxi se převážně používá uspořádání vertikální. Při vertikální orientaci obr. 1.1a, b se k pohybu materiálu využívá gravitace. Při horizontálním uspořádání je nutno pro zajištění průtoku materiálu směšovačem použít hnací médium vzduch a na výstup zařadit odlučovač, což je nevýhodné. Správnou volbou průřezu směšovače a tvaru elementů, lze jeho výkonnost měnit 1 v širokém rozsahu. Výkonnost směšovače o průměru 100 mm může být až 1 kg s. Vyrábějí se až do průměru 1,4 m, pro větší rozměry mohou mít i čtvercový průřez. Pracují kontinuálně a vykazují malou spotřebu energie. Udržují trvale stav smíšení, nedochází u nich k následné segregaci. Nepoužívají se k mísení s přídavkem kapaliny. Jejich určitou nevýhodou je, že v nich nedochází k axiálnímu směšování, takže vyžadují spolehlivé dávkování směšovaných komponent v konstantním požadovaném poměru, u abrazivních materiálů dochází k otěru elementů a stěn směšovače. Obr Vertikální uspořádání statických směšovačů ve výrobní lince. a přímé dávkování, b nepřímé dávkování 7

8 Výběr vhodného typu směšovače Výběr vhodného typu směšovače pro daný účel ovlivňuje řada faktorů specifických pro každý proces. Uvedená kritéria mohou jen orientačně ukázat vhodnost určitých zařízení pro některé procesy. Pro mísení malých množství materiálů (do 1 m ) je možno použít mísiče s rotující komorou, např. mísič typu V, mísič kuželově-válcový nebo mísič hranatý. Pro mísení větších objemů se užívají bubnové mísiče (do objemu 10 mísiče nebo mísiče s nepohyblivou komorou. m ), kuželové Pro mísení materiálů v zásobnících o objemu nad 10 m do řádově několika tisíc je možné použít šroubové míchadlo nebo pneumatické mísení. Pro materiály náchylné k segregaci jsou vhodné statické směšovače nebo mísič s pásovým míchadlem. Pro tyto materiály nejsou vhodné mísiče bubnové. Mísení sypkých materiálů s kapalinami je vhodné provádět v bubnových mísičích s vnitřními vestavbami, mísičích s pásovým míchadlem nebo v mísičích Nauta. Podíl kapaliny musí dosáhnout určité hodnoty, která zaručuje dokonalé smíšení a je různá pro různé druhy materiálů. m 8