WPŁYW DŁUGOŚCI I ŚREDNICY MIESZALNIKA NA STOPIEŃ ZMIESZANIA MATERIAŁÓW SYPKICH

Transkrypt

1 Inżynieria Rolnicza 6(94)/27 WPŁYW DŁUGOŚCI I ŚREDNICY MIESZALNIKA NA STOPIEŃ ZMIESZANIA MATERIAŁÓW SYPKICH Alicja Kolasa-Więcek Instytut Inżynierii Produkcji, Politechnika Opolska Streszczenie. W pracy przedstaiono yniki badań procesu mieszania niejednorodnych materiałó sypkich proadzonych mieszalniku bębnoym. Zastosoano różne długości i średnice bębna. Pokazano jak zmienia się stopień ymieszania układó duskładnikoych zależności od zmiany smukłości mieszalnika. Słoa kluczoe: materiały sypkie, materiały ziarniste, niejednorodny układ duskładnikoy, mieszalnik bębnoy, stopień zmieszania Wykaz oznaczeń D g L M p s x v Ai v Bi σ o średnica bębna, przyspieszenie ziemskie, długość bębna, stopień zmieszania, pradopodobieństo znalezienia trasera doolnym segmencie, odchylenie standardoe składu mieszaniny próbach, udział składnika kluczoego, objętość fazy rozpraszanej i-tym segmencie, objętość fazy rozpraszającej i-tym segmencie, odchylenie standardoe na początku procesu mieszania. Wproadzenie Proces mieszania jest jednym z ażniejszych problemó teoretycznych i praktycznych technologii uzyskiania mieszanin jednorodnych różnych branżach przemysłu rolno spożyczego np. przemyśle paszoym [Grochoicz 996]. W praktyce przemysłoej otrzymanie mieszaniny du- lub ieloskładnikoej o ysokim stopniu ymieszania jest procesem złożonym i niełatym do osiągnięcia. Istotnym czynnikiem jest ybór odpoiedniej aparatury. Znalezienie mieszalnika o optymalnych parametrach jest zależne od ielu kryterió, do których należą przede szystkim [Koch, Nooryta 998; Boss 987]: 8

2 Alicja Kolasa-Więcek łaściości fizyczne materiałó oraz ymagana jednorodność mieszaniny (np. dla mieszaniny farmaceutycznej ymagany jest znacznie yższy stopień jednorodności niż dla mieszanki paszoej), rozmiary produkcji, zapotrzeboanie mocy, bilans kosztó inestycyjnych i eksploatacyjnych, który niejednokrotnie przesądza o ostatecznym yborze, czas mieszania łączny czas na realizację procesu (załadunek, mieszanie, rozładunek, czyszczenie), łatość czyszczenia aparatury. Jeżeli rozpatryalibyśmy dobór mieszalnika ze zględu na łatość czyszczenia to nieątpliie spradzają się tu mieszalniki bębnoe pozbaione elementó mieszających oraz mieszalniki przesypoe [Tukiendorf 23]. Cel badań Celem badań było znalezienie takich parametró mieszalnika, dla których badane układy osiągnęłyby najyższy stopień zmieszania odpoiednio krótkim czasie. Aparatura i metodyka badań Badania proadzono arunkach laboratoryjnych z zastosoaniem modelu poziomego mieszalnika bębnoego. (rys. ). Podstaoym jego elementem były ymienne bębny o zróżnicoanej długości i średnicy. Wykorzystano 6 cylindrycznych bębnó o różnych ymiarach. W tabeli zamieszczono otrzymane artości L/D. Tabela. Parametry bębnó Table. Parameters of drums Średnica D [mm] Długość L [mm] ,625 7,97 5,3 2,66 7,73 5,79 4,25 2,25 5 5,67 4,25 2,83,42 2 4,25 3,9 2,25,6 Źródło: opracoanie łasne 82

3 Wpły długości i średnicy... źródło: [opracoanie łasne] Rys.. Fig.. Schemat stanoiska badaczego: bęben, 2 dno bębna, 3 śruby dociskające pierścień, 4 pierścień centrujący dno, 5 - śruba zabezpieczająca przed przekręceniem się dna, 6 piasta, 7 duże koło pasoe, 8 ałek napędoy, 9 łożyska, pasek klinoy, podpora mechanizmu napędoego, 2 małe koło pasoe, 3 silnik, 4 zabezpieczenie łożyska, 5 ałek podtrzymujący, 6 - ymienne dno bębna; Layout of experimental fixture: - drum, 2 drum bottom, 3 ring holding scres, 4 bottom centering ring, 5 setscre preventing rotation of drum bottom, 6 hub, 7 large pulley, 8 drive shaft, 9 bearings, V-belt, drive mechanism bracket, 2 small pulley, 3 motor, 4 bearing protection, 5 supporting shaft, 6 replaceable drum bottom Częstość obrotoą mieszalnika obliczano z zależności: n kr 2g = () 2π D Badania proadzono dla par materiałó sypkich o stosunkach gęstości zamieszczonych tabeli 2. Ze zględu na długotrały czas proadzenia procesu mieszania zastosoano materiały modeloe, odznaczające się znaczą trałością i odpornością na ścieranie. Zastosoanie niektórych nasion mogłoby spoodoać pojaienie się błędu pomiaró na skutek ich nietrałości np. rozbijania trakcie długotrałego procesu mieszania. Do badań ykorzystano: tlenek glinu, kulki szklane, kulki staloe, agalit, które odpoiednio dobrano układy duskładnikoe. 83

4 Alicja Kolasa-Więcek Tabela 2. Parametry mieszanych materiałó Table 2. Parameters of mixed materials Układ Stosunek gęstości A 3,25 B C,7 Źródło: opracoanie łasne Przyjęto 6 punktó (, 5, 5, 3, 45 i 6 minut), dla których badano stopień ymieszania a tym samym jakość układó A, B i C. Przed rozpoczęciem procesu mieszania komponenty znajdoały się stanie całkoitego ich rozdzielenia. Dla szystkich badanych bębnó zachoano ten sam stopień ypełnienia mieszalnika 35%, przy czym fazą rozpraszaną zasze zasypyano środkoy segment. Ze zględu na losoy charakter procesu mieszania, poddano go analizie statystycznej. Udział fazy rozpraszanej yznaczano korzystając ze zoru: x v Bi i =. (2) v Ai + vbi Średni udział fazy rozpraszanej uzyskiano na podstaie rónania x = x i i=. (3) Stopnie zmieszania obliczono korzystając z definicji zaproponoanej przez Rose a [Rose 959]: s M = (4) gdzie s = i= σ o ( x p) oznacza odchylenie standardoe składu mieszaniny próbach, p oznacza pradopodobieństo znalezienia fazy rozpraszanej doolnym segmencie, natomiast i 2 (5) σ = p( p). (6) o 84

5 Wpły długości i średnicy... Wyniki badań Analiza ynikó pozala na uogólnienie, iż dla przebadanych par materiałó ich stan zmieszania przybiera różne artości (od stanu niezadoalającego do bardzo dobrego [Boss 987]) zależności od smukłości mieszalnika. Na poniższych ykresach przedstaiono ybrane yniki badań, dla jednej z badanych par materiałó przy mieszaniu proadzonym dla różnych długości bębnó (rys. 3). Układ: kulki stalo e - agalit, dla L = 22 mm,8,6,4 D = 8 mm D = mm D = 5 mm D = 2 mm Liczba krokó N Układ: kulki stalo e - agalit, dla L = 425 mm,8,6,4 D = 8 mm D = mm D = 5 mm D = 2 mm Liczba krokó N 85

6 Alicja Kolasa-Więcek Uk ład: kulki stalo e - agalit, dla L = 635 mm,8,6,4 D = 8 mm D = mm D = 5 mm D = 2 mm Liczba krokó N Układ: kulki stalo e- agalit, dla L = 85 mm,8,6 D = 8 mm,4 D = mm D = 5 mm D = 2 mm Liczba krokó N Źródło: opracoanie łasne Rys. 3. Fig. 3. Stopnie zmieszania par materiałó ziarnistych dla szystkich badanych długości bębna Degree of mixing for granular material component pair at all tested drum lengths Nieątpliie najyższe stopnie zmieszania otrzymano dla najkrótszego bębna przy L = 22 mm. Stan mieszaniny określany jako bardzo dobry uzyskano już po pierszych minutach mieszania, gdzie uzyskano stopnie zmieszania na poziomie M =,97,98. Zdecydoanie najmniej korzystne yniki otrzymano dla najdłuższego mieszalnika, gdzie trakcie długotrałego procesu mieszania stopień zmieszania zrastał aż do osiągnięcia artości M =,8. 86

7 Wpły długości i średnicy... Wnioski. Na podstaie poyższych ykresó możemy zaobseroać, że ze zrostem średnicy bębna uzyskiana na drodze mieszania artość stopnia mieszania maleje. 2. Długość mieszalnika znaczącym stopniu płya na stopień zmieszania komponentó a tym samym jakość mieszaniny. 3. Zaobseroano, że zdecydoanie najlepsze stopnie zmieszania dla szystkich przebadanych układó uzyskano dla najmniejszej ze średnic bębna, tj. przy D = 8 mm. Bibliografia Boss J Mieszanie materiałó ziarnistych, PWN Warszaa Wrocła, s Grochoicz J Technologia produkcji mieszanek paszoych, PWRiL Warszaa, s Rose H.E A Suggested Equation Relating to the Mixing of Poders and Its Application to the Study of the Performace of Certain Types of Machine, Trans. Instn. Chem. Engr., 37, 47. Koch R., Nooryta A Procesy mechaniczne inżynierii chemicznej, WNT, Warszaa, s Tukiendorf M. 23. Wpły zmiany ymiaró średnic cząsteczek na yniki mieszania materiałó ziarnistych podczas ysypu za zbiornikó, Problemy Inżynierii Rolniczej 2. IBMER, Warszaa, s Polska Norma PN-73/R-747: Ziarno zbóż. Oznaczanie gęstości. EFFECT OF DRUM MIXER SLENDERNESS ON THE DEGREE OF LOOSE MATERIAL MIXING Summary. The paper presents results of research pertaining to mixing operation of heterogeneous loose materials as performed in a drum mixer. To different drum lengths and diameters ere used for experiment. It as shon ho is the degree of mixing changing in case of to component mixtures depending on the change of drum mixer slenderness. Key ords: loose materials, granular materials, heterogeneous to component system, drum mixer, degree of mixing Adres do korespondencji: Alicja Kolasa-Więcek; a.kolasa-iecek@po.opole.pl Instytut Inżynierii Produkcji Politechnika Opolska ul. Ozimska Opole 87