无机非金属材料工业机械及设备第十七章

第17章概述,第四篇混合机械设备,第一节混合过程,混合：是指两种或两种以上不同组分的物料在外力作用下发生运动速度和方向改变，使各组分颗粒得以均匀分布的操作过程。又称均化过程。在混合中，一种或几种组分的分配可以成分子状态，也可以成质点状态，各组分也可能是物质的不同集态，即固体、液体或气体。混合和搅拌：同相之间的移动混合。不同相之间的移动搅拌。高粘度的液体和固体相互混合的操作捏合或混炼。,混合操作的目的,主要有两个方面：一、将混合作为最终的目的。二、作为完成其他目的的间接辅助操作。如：吸附、浸出、溶解、结晶等,第二节混合原理,在混合机中，物料的混合作用方式一般认为有以下三种：对流混合所有颗粒从一处向另一处作相对运动扩散混合颗粒在新生成的表面上作微弱的移动，在局部范围扩散剪切混合颗粒间的相互滑移和冲撞作用，引起局部混合,各类混合机的混合作用,混和状态模型,混合过程曲线,初期是以对流混合为主；在第区域中则以扩散混合为主；在全部混合过程中剪切混合都起作用。,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。实际的情况往往是混合质量先达到一最高值，然后下降而趋于平衡。,第三节混合效果的评价方法,一、混合均匀性概念是指混合物中一种或几种组分的浓度或其他物理性质的均匀性。分离尺度：（越大，越差）各个局部小区域体积的平均值。分离强度：（越大，越差）各局部区域内的浓度与整个混合物平均浓度之间的偏差平均值。,容许偏差和检验尺度,容许偏差：规定一定的试样大小，并要求试样浓度值的平均偏差值应小于某个规定的最大值，此最大偏差值称为容许偏差。检验尺度：规定的取样大小。,混合合格条件,如果混合物符合下列条件之一，则可认为混合是合格的：分离尺度小于检验尺度，且分离强度小于容许偏差；分离尺度虽大于检验尺度，但分离强度充分小于容许偏差，足以补偿前者；分离强度虽大于容许偏差，但分离尺度充分小于检验尺度，足以补偿前者。,二、表征混合效果的指标,（一）合格率物料中若干个样品在规定质量标准上下限之内的百分率，即在一定范围内的合格率。例如：有两组样品，要求某一成分的含量（质量分数）在92%2%范围内为合格。第一组样品平均值为92.58%,第二组样品平均值为92.04%，两组样品的合格率都一样，平均值也相近，但其波动幅度相差很大。,（二）标准偏差,标准偏差是指一组测量数据偏离平均值的大小。各次测定值对于真值的标准偏差为：对于有限次数的测定，平均值是最接近真值的，各次测定值对平均值的标准偏差为：,混合质量的离差曲线,S值越大曲线就越平坦，这就意味着某组分浓度测定值的离散程度大，即在混合机中各处的混合程度不均匀；S值越小，测定值数据的集中程度就高，各次测定值也就越接近算术平均值，混合的均匀程度就越好。,以混合前后物料的标准偏差之比表示均化效果,均化效果H值越大，表示均化效果越好。,（三）离散度和均匀度,离散度即一组测量数据偏离平均值的大小:均匀度为一组测量数据靠近平均值的程度：,（四）混合指数和混合度,当取样相当大时，有可能掩盖了局部的不均匀性；而取样较少，又可能用局部的不均匀性抹杀了整体的均匀性。混合指数：用来表征混合质量从混合前的完全离散状态到最佳的随机完全混合状态的进程。,混合度,混合度一般用下式表示：M值十分接近于1，上式改为：,（五）混合速度,混合速度是混合过程中物料实际状态与最后其中组分达到随机完全混合状态之间差异消失的速率。混合速率：,（六）混合的动力消耗,物料混合的基本问题是要保证物料在流动状态下进行，一般靠机械设备来实现，因此要消耗能量。在制取均相混合物时（即分离尺度达到分子间距离的数量级），混合作用属自发扩散。粉体或颗粒体混合时，被混合的物料必须保持运动状态而达到混合，同时要消耗能量。混合机的能量消耗只能由实验决定。一般在大型混合机内，存在运动件与重力之间的相互制约，所以弗鲁德准数起着主要的作用。,第四节影响混合的主要因素,影响混合效果的因素甚为复杂，主要是：物料的物理性质混合机的结构形式操作条件,一、物料的物理性质对混合的影响,物料颗粒的粒度、密度、形状、粗糙度、休止角等物理性质的差异将会引起分料，其中以混合料的粒度和密度差影响较大。分料的作用：堆积分料振动分料搅拌分料,防止分料的措施,1.对于具有较大分料倾向的物料，应选用以对流混合为主的混合机。2.运输中应尽量减少振动和落差；在工厂设计中，要尽量缩短输送距离；配合料的储存也应力求避免分料。3.对于配合料的粒度差和密度差等因素引起的分料，除了控制各组分物料的平均粒度在工艺要求的规定范围内之外，应使密度相近的物料粒度相近；而对于密度差较大的物料，则使其颗粒的质量相近，以避免各组分物料的分料。4.对于粒度差较大的配合料的混合过程，可以利用过混合现象，对混合的时间进行优选。5.在配合料中加入少量的水分（一般为4%左右），可以防止分料；可以考虑在水中加入某些表面活性剂，还可以提高配合料的温度到35以上。,（二）混合机结构形式对混合的影响,混合机机身的形状和尺寸，所用搅拌部件的几何形状、尺寸和间隙，结构材料及其表面加工质量，进料和卸料的设置形状等，都会影响到混合过程。采用长径比（L/D)1的鼓式混合机较有利于混合。,三、操作条件对混合的影响,操作条件包括：混合料内各组分的多少及其所占据混合机体积的比率；各组分进入混合机的方法、顺序和速率；搅拌部件或混合机容器的旋转速度等。,（一）混合机旋转速度对混合的影响,对于回转容器型混合机来说，当重力与惯性离心力平衡时，物料随容器以同样速度旋转，物料间失去相对流动不发生混合，此时的回转速度为临界转速。惯性离心力与重力之比称为重力准数：最佳转速：对于固定容器：,（二）装料方式对混合的影响,（三）装料比对混合