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混合机
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不锈钢双轴桨叶混合机内部

混合机又名搅拌机是现代工业不可缺少的生产工艺,随着中国工业的不断发展,混合系统及混合机设备的发展将越来越强大。混合覆盖着整个工业领域,如化工、食品、建材、药品、化肥,我们每天每时使用的产品在生产中至少有一步混合工艺。

  

         无重力混合机工作原理图                    卧式螺带混合机工作原理图                     犁刀混合机工作原理图

混合机(搅拌机)好坏的评估根据不同的物理量:
A、混合均匀度:分析物料参合好坏的物理量,通过概率论获得,混合均匀度是由混合机种类确定。 
B、死角:指物料在混合容器中不能参与混合的物理现象,死角百分比是评价混合机制造好坏的物理量。
C、混合时间:评价混合速度的物理量,指不同物料开始混合到混合达到均匀度要求内的时间,混合时间是由混合机种类及型号确定。


混合机(搅拌机)选型的基本原则

混合机选型时,首先要了解该混合操作过程在整个生产流程中所处的位置、混合目的、最终要求达到的混合度大小、粉粒体的物性和处理量,以及其他相应的工作条件。
这些工作条件主要包括:

1.间歇式还是连续式操作
2.物料是否对剪切敏感
3.有无腐蚀性或需要特殊的结构材料
4.是否允许粉粒体尺寸的减小
5.热量的移出或加入
6.环境要求
7.混合机的维护清洗要求等。

同时还必须结合混合机本身的特性来选用合适的混合机型式。

一般情况下,可根据下列三个基本原则进行选型:

  1. 根据混合过程的要求进行选型。
  2. 根据混合物的质量要求选型。
  3. 根据混合流程费用选型。

 一、根据混合过程的要求进行选型

混合机在选型时,很少仅仅根据一系列独立实验中得到的混合物质量来确定混合机型式。通常,要综合考虑混合物质量和不同混合机类型对过程的相容性,初始选择时首先将不相容的混合设备淘汰。这些相容性主要指以下内容:

  1. 产品的纯净度
    在很多工业加工过程中,产品的纯净度是最重要的,为避免批量操作之间的污染,每次使用后,混合设备必须彻底清洗。为适应这一条件,混合机内部形状要光滑,内表面应进行高精度抛光处理,而且要易于清洗操作。为避免润滑油可能产生的污染,轴承与密封件不应该与混合物直接接触,或安放在混合物上面。转筒式混合机——即常见的双圆锥混合机、V型混合机等都能满足上述的所有要求,具有简单的外形,并且混合机内部与旋转部分无接触。
    而带有复杂叶轮装置的低速对流混合设备,不仅存在着清洗问题,而且所有对流混合设备均存在混合物与润滑表明接触的可能性,如卧式螺带混合机、锥形混合机等。此外,不少混合机也不适用于产品规格经常变动,并需彻底清洗的加工环境。
  2. 混合机密闭性
    混合机选型时,除要考虑能提供高纯度的产品外,还必须考虑粉尘溢出并污染环境等环保问题。从健康、安全及经济角度考虑,应尽可能减少粉尘溢出,将粉料全部密封在封闭的混合容器中操作。但加料和卸料操作时,密闭容器必须打开,此时将有一些细粉尘溢出弥散到周围空气中,也应采取相应措施尽量减少污染。
  3. 粉碎作用
    有时,混合机选型时还要考虑混合过程应避免或促使颗粒尺寸减小的问题,即混合机的粉碎作用。一般情况下,转筒式混合机和低速对流式混合机的“温和”操作,不致于造成明显的粉碎;但高速叶轮冲击颗粒的混合设备或有强烈剪切作用的混合设备具有较强的粉碎作用。因此,如果要求混合机的粉碎作用较小时,应避免选用高速叶轮类混合机,以及叶轮与混合机内壁间间隙很小的混合设备。
  4. 温升问题
    带有大量能量输入的粉碎型混合机,可能会使混合物产生客观的温度上升。若混合机内混合物预热会产生分解,则不宜选用该类混合设备。其中,个别情况下,采用高速叶轮混合机所形成的温度升高,可用于使混合物某一成分趋近熔点,并保证混合物成分的物理黏结。
  5. 磨损问题
    对于研磨性能很强的颗粒,混合机的磨损问题比颗粒磨细更重要,甚至与这类混合物的飞灰接触,都可能引起轴承损坏。在这方面,转筒式混合设备具有较大的优越性,这是因为混合物与润滑表面不相接触,而且简单的筒体壁面可采用耐磨损衬料涂层加以保护。
  6. 混合湿粉料
    湿粉料的混合可选用不依靠自然循环的对流式混合设备,即用强制对流混合设备。如在转筒式混合机中增加湿度,为避免大量物料团聚结块,可在混合机内加装搅拌叶轮。
  7. 连续操作
    连续混合操作时,混合物规格不会经常变动,混合机的清洗功能也不太重要,关键是工作时间,具备连续装料和卸料功能。
    另外,连续式混合设备的设计标准也与间歇式混合设备有较大差别。主要表现为:在选用不同的加料控制系统类型情况下,连续式混合机有时希望在混合机内部有大量的返混发生。

二、根据混合物的质量要求选型:

混合物的混合质量与混合机效率两者之间是相辅相成的,只有有了混合物的混合质量,才有混合设备的效率。而比较混合机效率的唯一合理基准是平衡混合物的质量。不同混合机达到这一平衡条件所需的时间有很大差异,可以采用一种标准混合物,通过比较各混合机的性能来综合评价其效率。

以扩散混合或剪切混合作用为主要混合机理的混合设备,常会出现分级,而以对流混合起主要作用的混合设备,则较少出现分级。任何一种依靠转动或搅拌作用的混合机,例如旋转壳体或垂直搅拌混合器都可产生相当程度的分级,但螺带装搅拌装置等有铲式叶轮的混合机可减小分级倾向。

另外,分级程度还取决于组分特征。加入物料因过细或潮湿使流动性变差时,采用任何一种结构型式的混合机生产出的混合物质量都不会有太大差异。此时,结构选型将主要根据价格及过程的要求而定。但如果物料流动性好,并有较宽的筛分,则必须从不会发生分级现象的混合机中选型,以获得最佳的混合效果。

在选用用于黏性粉料的混合机时,主要应考虑混合速率,他比平衡混合物的质量更为重要。而且须注意的是,同一混合机其不同方向的混合速率有可能是不一样的,如转筒类的混合机径向混合速度相对较快,而轴向混合速度则较慢。但对于流动性能好的混合物,因单个颗粒的移动性能较强,故混合速率与起始加料方式的关系不大。

同时,评价混合机性能时,还不能忽略混合器必须完全卸空这一操作特点,这是因为排空操作常设计颗粒在倾斜表面上的向下扩散,并且经常牵涉到混合物主体的剪切作用,而这些因素将促使分级,所有有可能使原来在混合机内为高质量的混合物因卸料过程而被破坏。

 三、根据混合流程费用选型:

若有两种或两种以上的混合机,既能满足过程的要求,又能保证混合物质量,则最终的混合机选择将取决与混合操作的单位成本。此时,全面、正确地估算混合费用就显得尤为重要。通常,粉料混合只占全部产品生产费用的很小百分比,只有因产品不合规格而耗费较长生产时间时,混合才成为代价较大的过程。
因此,选择既能满足混合物质量规格的要求,又能与整个过程十分协调的混合设备,比操作费用的少量节省更为重要。

混合过程的费用可分解为三部分:A、投资折旧; B、能量消耗; C、劳动工资。

对于粉粒料的间歇混合过程来说,选用对流式混合机与选用转筒式混合机的单位运转费用之间的差异甚小。在决定混合过程总费用中,大多数情况,劳动工资费用是占支配地位,任何能够降低劳动含量的措施,均能促使单位操作费用明显降低。

降低劳动含量的措施之一是降低混合循环的操作频率,即适当加大最低工艺流程容量,也就是适当增加混合机的安装容量。但劳动力节省的结果将导致折旧费用的增加,因此需要对循环时间做出优选。如对于较低混合速率的混合机来说,适当的超容量设计是无可非议的。

降低劳动含量的第二个措施是采用连续化混合操作。在这种情况下,劳动力消耗很低,混合机的主要作用是作为缓冲容器,以消除组分加料速率的波动。而且连续化混合操作在降低劳动费用的同时,不会提高折旧费用。但必须强调的是当重点放在控制颗粒由储存体系到设备的流动时,辅助设备的费用将上升。


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