三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)的性能及其影響因素

紀(jì) 榮（江蘇江山制藥有限公司,江蘇 靖江 214500）

三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)的性能及其影響因素

紀(jì) 榮
（江蘇江山制藥有限公司,江蘇 靖江 214500）

摘 要：結(jié)合工作實(shí)際對(duì)三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)的性能及其影響因素進(jìn)行淺析，首先基于混合原理對(duì)當(dāng)前混合機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行闡述，并提出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)、物料實(shí)驗(yàn)和混合度實(shí)驗(yàn)對(duì)混合機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)影響混合機(jī)性能的相關(guān)因素進(jìn)行探討和分析。

關(guān)鍵詞：三維運(yùn)動(dòng)；混合機(jī)；原理；性能

1 引言

混合是工業(yè)生產(chǎn)常見的操作，特別在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)，如飼料、食品、化肥等等，甚至在精細(xì)陶瓷、醫(yī)藥和其他相關(guān)日常常見的化學(xué)生產(chǎn)區(qū)域，混合也成為了產(chǎn)品生產(chǎn)的必須步驟。特別是近年來納米材料應(yīng)用和亞微納米的興起，化學(xué)企業(yè)對(duì)混合工藝的生產(chǎn)和混合作業(yè)的設(shè)備提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，這在某一程度上刺激促進(jìn)了混合機(jī)的發(fā)展?；旌蠙C(jī)是一種主要對(duì)固體粉粒物料均勻混合的混合設(shè)備，在實(shí)際工作中可以使得材料實(shí)現(xiàn)高均勻度和較好的流動(dòng)性。

2 混合機(jī)原理

最為常見的混合設(shè)備原理有三種，依靠容器轉(zhuǎn)動(dòng)、依靠容器固定內(nèi)部器件轉(zhuǎn)動(dòng)、依靠容器和內(nèi)部器件全部轉(zhuǎn)動(dòng)。而固體粒子在混合時(shí)必須依賴以下原理（機(jī)理），首先由于粒子群內(nèi)的速度分布，各粒子之間的相對(duì)摩擦和碰撞，俗稱剪切混合；其次粒子在小范圍內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)簡稱擴(kuò)散混合；最后的是對(duì)流混合，主要涉及顆粒在大尺寸范圍內(nèi)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。在混合機(jī)內(nèi)部作業(yè)中，三者都存在，而由于處理的物料和相關(guān)要求的效果不同，其對(duì)混合的影響也不盡相同，并且在對(duì)混合速率的影響定量關(guān)系中難以完全依靠理論分析，因此當(dāng)前多數(shù)混合機(jī)的工作和其他混合操作還依舊依靠相關(guān)的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)。這是混合機(jī)做性能測(cè)試的最初目的，也是實(shí)際工作的一項(xiàng)重要的需求。

3 混合機(jī)性能測(cè)試的內(nèi)容和方法

此處主要針對(duì)三維混合機(jī)的測(cè)試。三維混合機(jī)屬于容器回轉(zhuǎn)型的混合機(jī)，最為常見的有雙錐型混合機(jī)和V型混合機(jī)，后者在當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用中比較常見，因此此處以它和三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)的工作性能進(jìn)行對(duì)比。

實(shí)驗(yàn)主要分為三個(gè)部分，分別是混合機(jī)對(duì)比實(shí)驗(yàn)、物料實(shí)驗(yàn)和混合程度實(shí)驗(yàn)。混合機(jī)對(duì)比實(shí)驗(yàn)主要對(duì)比兩個(gè)混合機(jī)在相同的物料和配比下混合的性能以及相同配比下且裝填系數(shù)不一致的粉料在兩混合機(jī)作業(yè)的效果；物料實(shí)驗(yàn)主要考慮材料的粒度、密度、流動(dòng)性和團(tuán)聚性等物理特征，在物料實(shí)驗(yàn)中將不同的物料分別進(jìn)行混合機(jī)的測(cè)驗(yàn)；混合程度主要考慮在混合物料中控制組合的組分，通過物理和化學(xué)的混合度計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)混合機(jī)的工作性能評(píng)估。

4 混合機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)分析

在對(duì)比實(shí)驗(yàn)上，通過對(duì)比三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)和V型混合機(jī)在不同時(shí)間階段的混合度對(duì)其進(jìn)行性能的分析和評(píng)估。實(shí)驗(yàn)表明在混合時(shí)間30秒時(shí)，V型混合機(jī)的混合度為65%而三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)的混合度為95%，并且兩者隨著混合時(shí)間的變長混合度也逐漸上升，直到混合時(shí)間為480秒時(shí)混合度分別為79%和98%，其中填裝系數(shù)分別為14% 和13.5%。而在實(shí)際工作中影響固體粒子混合的因素主要有：

（1）材料的性質(zhì)，主要包括混合粒子的粒度和粒度分布、混合粒子的形狀、松散程度、含水量、流動(dòng)性和聚團(tuán)性等等；

（2）運(yùn)轉(zhuǎn)的具體條件。主要涉及混合材料的成分配比和相關(guān)材料在容器中占據(jù)的比例，如上述的填裝系數(shù)，加入的順序以及混合機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率等等；

（3）混合機(jī)的本身機(jī)械性能，主要包括大小尺寸、幾何形狀和結(jié)構(gòu)材料等等。

4.1 材料性質(zhì)影響

混合機(jī)的混合材料是影響混合效果的第一因素。在混合材料中，各個(gè)單體材料的物理差異性較大（包括密度、形狀和粒度等）。差異較大的物料對(duì)于混合機(jī)的作業(yè)來說較為困難，甚至?xí)霈F(xiàn)自然分離的現(xiàn)象，有關(guān)文獻(xiàn)將其稱為分料。在實(shí)驗(yàn)中，V型混合機(jī)的在粒徑差異較大的物料實(shí)驗(yàn)中，30秒時(shí)混合度僅為65%，而此時(shí)三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)的混合度已達(dá)到95%。并且當(dāng)三維混合機(jī)在填裝系數(shù)73%高于V型混合機(jī)的10%的情況下，30秒的混合周期其仍然可以達(dá)到混合度73%的效果，而此時(shí)V型混合機(jī)僅為58%。這也從一個(gè)角度上說明，當(dāng)物料條件較為苛刻（單體物料的粒度、密度和形狀差異較大）時(shí)，三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)基本不會(huì)出現(xiàn)分料情況。

4.2 運(yùn)轉(zhuǎn)具體條件的影響

運(yùn)轉(zhuǎn)條件主要考慮的是混合機(jī)的填裝系數(shù)，實(shí)驗(yàn)表明雖然三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)的填裝系數(shù)遠(yuǎn)高于V型混合機(jī)，但是無論是混合作業(yè)開始還是中途，前者都比后者有更好的混合度。另一方面為了使物料能夠通過聚散和交替起落實(shí)現(xiàn)混合，V型混合機(jī)必須擁有較大的混合空間以便物料能有分散的空間進(jìn)行混合，因此在填料上V型混合機(jī)通常只有40%左右的利用率。對(duì)比之下，三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)特性更加科學(xué)，其能使物料周期性旋轉(zhuǎn)、平移搖動(dòng)及其他混合動(dòng)作的三維運(yùn)動(dòng)，并且能輕易實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)物料的交替抖動(dòng)，物料的混合擴(kuò)散變得更加快捷和充分，填裝系數(shù)也可以輕易達(dá)到工作需求，混合度實(shí)現(xiàn)更加容易。

4.3 混合機(jī)的機(jī)械性能影響

混合機(jī)的機(jī)械性能、尺寸和其他設(shè)計(jì)情況可以影響粒子在混合機(jī)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而影響整體的作業(yè)效果。在實(shí)際工作中，V型混合機(jī)由于設(shè)計(jì)了一個(gè)基于對(duì)稱的回轉(zhuǎn)中心線和非對(duì)稱的容器形狀可以使物料在斜圓筒內(nèi)部進(jìn)行反復(fù)的擴(kuò)散和合并，實(shí)現(xiàn)混合效果。這種設(shè)計(jì)雖然可以使得物料實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的軸向變化但是幅度有限，因此V型混合機(jī)的混合作業(yè)時(shí)間較長。

相比之下，三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)以其經(jīng)典的空間六桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了良好的混合效果，其可以實(shí)現(xiàn)三維的周期位置變化，使得容器在任何位置上都可以圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)，這使得容器內(nèi)部的物料對(duì)流和擴(kuò)散更加容易，因此作業(yè)效率和混合效果相對(duì)優(yōu)秀。

參考文獻(xiàn)：

[1]于洪偉，王德福，張建軍.單軸臥式全混合日糧混合機(jī)的試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007(04).

[2]王德福.雙軸臥式全混合日糧混合機(jī)的混合機(jī)理分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2006(08).

[3]何延?xùn)|,王宇,高連興.飼料混合機(jī)的混合機(jī)理及工作性能的評(píng)定[J].農(nóng)機(jī)化研究,2006(02).

作者簡介：紀(jì)榮（1976-），男，江蘇靖江人，?？疲砉こ處?，研究方向：常用化工設(shè)備裝置管理及優(yōu)化。