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一文了解粉体的混合原理及设备概述
2022年12月14日 发布 分类:粉体入门 点击量:689
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混合是指物料在外力(重力及机械力等)作用下发生运动速度和方向的改变,使各组分颗 粒得以均匀分布的操作过程。这种操作过程又称为均化过程。

混合与搅拌的区别并不严格习惯上把同相之间的移动叫混合;不同相之间的移动叫搅拌;又把高黏度的液体和固体相互混合的操作叫捏合或混练,这种操作相当于混合及搅拌的中间程度。从广义上讲,一般将这些操作统称为混合。粉体的处理以固-固相为主,但固- 液相、固-气相体系在粉体工程程中也占有重要的地位。

一、混合过程

物料在混合机中,从最初的整体混合达到局部的混匀状态。在混合的前期,均化的速度 较快,颗粒之间迅速地混合。达到最佳混合状态后,不但均化速度变慢,而且要向反方向变 化,使混合状态变劣,这种反混过程叫偏析或分料。当混合过程进行一定程度,混合过程总 是进行着两种历程,颗粒被混合着,而同时又偏析着,偏析和混合反复交替进行,在某个时 刻达到动态平衡。此后,混合均匀度不会再提高,一般再也不能达到最初的最佳混合状态。 这种反常现象,认为是混合过程后期出现的反混合所造成的。

实际的情况,往往是混合质量先达到一最高值,然后又下降而趋于平衡。平衡的建立乃 基于一定的条件,适当地改变这些条件,就可以使平衡向着有利于均化的方向转化,从而改 善混合操作。混合过程要经混合质量优于平衡状态的暂时过混合过程,这是有利于生产的, 可以掌握在较短的混合时间内达到较高的混合程度。

二、混合机理

混合机中,物料的混合作用方式一般认为有以下三种。

1.对流混合

对流混合其实就是由于静力或者是动力等因素引起的流体产生的对流运动,可以使质量、热量、动量随之混和在一起。在反应釜设备中可以通过不锈钢搅拌器的旋转把机械能传给液体物料造成液体的流动这种叫做强制对流。

2.扩散混合

把分离的颗粒撒布在不断展现的新生料面上,如同一般扩散作用那样,颗粒在新生成的 表面上作微弱的移动,使各组分的颗粒在局部范围扩散达到均匀分布。

3.剪切混合

在物料团块内部,由于颗粒间的互相滑移,如同薄层状流体运动那样,引起局部混合。

上述三种混合作用不能绝然分开,各种混合机都是以上述三种作用中的某一种起主导作用。各类混合机的混合作用见下表。

要详尽而准确地描述混合状态是较困难的。关于混合状态的模型如图所示。设将两组分的物料颗粒看做黑白两种立方体颗粒,图(a)所示为两种颗粒未混合时的状态。经过充分混合后,理论上应该达到相异颗粒在四周都相间排列的状态见图(b)。显然 这时两种颗粒的接触面积最大,这种状态称为理想完全混合状态。但是,这种绝对均匀化的 理想完全混合状态在工业生产中是不可能达到的。实际混合的最佳状态如图(c)所示那样,是无序的不规则排列。这时,无论将混合过程再进行多长时间,从混合料中任一点的 随机取样中,同种成分的浓度值应当是接近一致的。这样一种过程称为随机混合,它所能达到的最佳状态称为随机完全混合状态。


混合状态模型

(a)完全离散状态(b)理想完全混合状态(c)随机完全混合状态

三、混合设备

混合机的类型很多,可按以下几个方面进行分类.

1.按操作方式来分

按操作方式分为间歇式和连续式两类。现在较常用的是间歇式混合机,连续式混合机对生产过程的自动化具有重要意义。

2.按设备运转形式来分

按设备运转形式有回转容器式和固定容器式两类。

3.按工作原理来分

按工作原理分为重力式和强制式两类。重力式混合机是物料在绕水平轴(个别也有倾斜 轴)转动的容器内,主要受重力作用产生复杂运动而相互混合。

强制式混合机是物料在旋转桨叶的强制推动下,或在气流作用下产生复杂运动而强行混 合。

4.按混合方式来分

按混合方式分为机械混合机和气力混合设备两类。机械混合机工作原理上大致又可分为重力式(回转容器式)和强制式(固定容器式)两类。气力混合设备用脉冲高速气流使物料受 到强烈翻动或由于高压气流在容器中形成对流流动而使物料混合,主要有重力式(包括外管 式、内管式和旋管式等)、流化式和脉冲旋流式等。

机械混合机多数有机械部件直接与物料接触,尤其是强制式混合机,机械磨损较大。

5. 按混合与分料机理来分

按混合与分料机理分,有分料型混合机和非分料型混合机两类。前者以扩散混合为主, 属重力式混合机;后者以对流混合为主,属强制式混合机匸强制式混合机也存在有一定程度的分料,但远比重力式混合机为小。

物料也可分为分料型物料与非分料型物料两类。

6.按混合物料来分

按混合物料分为混合机和搅拌机两类。通常将干粉料混合或增湿混合的机械称为混合 机;将软质原料(如黏土、高岭土或白垩等)碎解在水中制成料浆,或使料浆保持均匀悬浮状 态防止沉淀的机械设备称为搅拌机。

小结

物料混合的目的多种多样。例如,水泥、陶瓷原料的混合.是为固相反应创造良好条件; 玻璃原料的混合是为窑内熔化反应配制适当且均匀的化学成分;在耐火材料和制砖的生产中,混合是为了获得所需的强度,制备有最紧密充填状态的颗粒配合料;绘画和涂料颜料的调制,合成树脂与颜料粉末的混合是为了调色;粉末冶金中金属粉和硬脂酸之类的混合,以及焊条中焊剂的混合等是为了调整物理性质。咖喱粉等香辣调味品生产中,将涉及数种味道香料的均匀混合;饲料工业中营养成分的配合(混合),要求所用量间的变化极小。上述操作都属于粉体混合过程。

虽然物料混合的目的多种多样,对混合程度的要求和评价方式也不一样,但是,混合过程的基本原理是相同的。


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