ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Лопастные смесители сыпучих материалов. Приготовление многоком-понентных смесей с гарантированным качеством.

Рекомендуемая область пременения

– пищевая промышленность;
– химическая промышленность;
– приготовление сухих многокомпонентных строительных смесей.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – разработка и расчет лопастного смесителя для приготовления многокомпонентных смесей сыпучих материалов с гарантированным качеством.

Необходимой операцией для многих технологических процессов является смешение сыпучих материалов. В химической промышленности, агропромышленном комплексе, производстве строительных материалов, пищевой промышленности и других отраслях для этих целей используют гравитационные, центробежные, барабанные, вибрационные, червячно-лопастные и прочие смесители. Их конструкции выбираются, как правило, исходя из особенностей производства, характеристики смешиваемых материалов, необходимой производительности, требуемого качества готовой смеси и экономических возможностей предприятия.

Создание новых и модернизация существующих смесителей часто базируется на данных экспериментальных исследований без детального выяснения механизма процесса смешения. Одним из возможных путей совершенствования смесительного оборудования для сыпучих материалов является применение конструкций смесителей с возможностью упорядоченного перемещения частиц внутри камеры смешения, а также разработка методики расчета основных режимных и конструктивных параметров, которые обеспечивают данные перемещения частиц и стабильное достижение требуемого качества смеси.

Возможностью управления процессом смешения, универсальностью, высокой производительностью, быстрой и несложной переналадкой для работы с различными сыпучими материалами обладают лопастные смесители. Ввиду малой изученности процесса, отсутствия универсальной физической модели перераспределения частиц  материала внутри одновального лопастного смесителя, необходимы экспериментальные и теоретические исследования механизма смешения в нем с целью совершенствования методов расчета и конструкций лопастных смесителей.

Цель работы. Исследование движения сыпучего материала в аппаратах с лопастными рабочими органами и создание на этой основе математической модели процесса смешения твердых компонентов, совершенствование конструкции и методики расчета режимных и конструктивных параметров одновального лопастного смесителя, обеспечивающих получение требуемого качества смеси, разработать рекомендации по проектированию и выбору режимных параметров смесителей указанного типа.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

На базе математической модели процесса смешения разработана методика расчета основных режимных и конструктивных параметров одновального лопастного смесителя. Выданы рекомендации по проектированию рабочих органов, механизма загрузки/выгрузки исходных компонентов и выбору режимных параметров одновального лопастного смесителя, обеспечивающих требуемое качество смеси. Результаты проведенных комплексных исследований позволили предложить способ смешения порошкообразных и мелкозернистых сыпучих материалов и устройство для его осуществления, которые позволили снизить время процесса на 15 … 20 %

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

В результате экспериментальных исследований выявлено, что для повышения эффективности одновального лопастного смесителя (сокращения времени смешения), необходимо осуществлять загрузку исходных компонентов в лопастной смеситель равномерно по длине смесителя и последовательно в порядке уменьшения размеров частиц и/или увеличения плотности материалов, из которых состоят компоненты.

Известно, что процесс смешения в смесителе сыпучих материалов складывается из следующих элементарных одновременно протекающих процессов: 1) перемещение группы смежных частиц из одного места смеси в другое внедрением, скольжением слоев (процесс конвективного смешения – начальный (I) этап смешения); 2) постепенное перераспределение частиц различных компонентов через свежеобразованную границу их раздела (процесс диффузионного смешения – заключительный (II) этап смешения); 3) сосредоточение частиц, имеющих одинаковую массу в соответствующих местах смесителя под действием гравитационных или инерционных сил (процесс сегрегации). Сократить время конвективного и диффузного процессов на соответствующих этапах смешения предлагается путем организации максимальной интенсивности различных видов перемещения частиц материала ("поршневого" и сдвигового) за счет изменения угла поворота рабочих органов и соответственно формы "застойной" зоны, образующейся перед лопастями (рис. 2). Способ реализуется следующим образом: 1) для уменьшения пускового момента предусмотрен в начале процесса смешения угол поворота лопастей относительно оси вращения вала равный 90°(начинаем процесс с минимальной интенсивностью "поршневого" и сдвигового перемещения в течение определенного времени (3 … 10 с)); 2) для организации равномерного переноса больших порций сыпучего материала (макрообъемов), т.е. максимальной интенсивности "поршневого" перемещения, угол поворота лопастей составляет 0° (уменьшение времени конвективного смешения (рис. 1, I-й этап) (t_I= (0,2 … 0,4) T) происходит в этот момент за счет активного перемещения частиц сыпучего материала блоками под воздействием клиновидного рабочего органа по всему объему смесителя; 3) заканчивается процесс смешения при максимальной интенсивности сдвигового перемещения компонентов смеси, когда угол поворота лопастей находится в диапазоне от j_ст до a_к (период диффузного смешения (рис. 1, II-й этап) сокращается, так как интенсифицируется процесс перемещения микрообъемов частиц за счет увеличения перемещения частиц материала в потоках и площади его соприкасающихся поверхностей, обусловленное дополнительным эффектом смешения за счет движения частиц внутри "застойной" зоны. Таким образом, предложенный способ и устройство для его осуществления обеспечивают стабильное достижение требуемого качества смеси и снижают время процесса смешения T на 15 … 20 % по сравнениюсо смешением в одновальном лопастном смесителе с фиксированным положением лопастей, в котором возможна организация максимальной интенсивности лишь одного из видов перемещения либо "поршневого", либо сдвигового.

Предложенный способ осуществляется в одновальном лопастном смесителе (рис. 2), имеющем возможность изменения угла поворота лопастей 1 относительно оси вращения вала за счет специального механизма, состоящего из штанги 2 и упоров 3, перемещающими в радиальном направлении оси 4 лопастей 1. Поворот лопастей 1 при продольном перемещении штанги 2 осуществляется за счет винтовых канавок 5 осей 4 и штифтов 6. Лопасти 1 выполнены с закругленной формой кромки для обеспечения равномерного зазора по всей ширине лопасти между кромкой и внутренней поверхностью смесительной камеры в пределах допустимого диапазона 0,001 … 0,003 м, радиус которой определяется из соотношения

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Как показывают опытные исследования различных образцов оборудования данного класса и технические характеристики оборудования, приведенных в технической документации к оборудованию, предложенный способ повышает удельную производительность в 1,5?2 раза. Данный результат подтвержден на НТФ «ЛИОНИК» г. Москва при использовании данного метода и установки при приготовлении сухих концентратов.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Высокая производительность. За счет интенсивного перемещения частиц сыпучего материала обеспечивается высокая удельная производительность и эффективность смешения.

Энергосбережение. Энергозатраты на 15-20% меньше, чем при использовании аналогичного оборудования без интенсификации поршневого и сдвигового движения частиц.

Экологическая безопасность. Возможна полная герметизация процесса дозирования и смешения компонентов от окружающей среды.

Энергопотребление. Опытные испытания показали, что на смешение 1 килограмма продукции необходимо затратить 50 Вт.

Безлюдная технология. Данное оборудование требует присутствие человека только в процессе снятия определенных показателей для расчета основных геометрических параметров оборудования. Дальнейшее управление процессом по программе с использованием современных ПК.

Новые потребительские свойства продукции

- высокая эффективность;
- технологичность процесса.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Результаты промышленных испытаний лопастного одновального смеси-теля при производстве сухих концентратов натуральных напитков, компо-нентный состав которых включает в себя ряд сыпучих материалов, подтвер-дили, что предложенный способ приготовления смеси сыпучих материалов позволяет получить более стабильное качество смеси и снижение времени процесса смешения на 15 %. Методика расчета смесителя с использованием компьютерной программы принята к использованию при создании новой конструкции лопастного одновального смесителя, которым оснащается рас-ширяемое производство сухих концентратов натуральных напитков в рамках договора между Межрегиональным научно-техническим центром (МНТЦ) "ПЧЕЛОПРОМ" и ТГТУ.

Предлагаемые инвестиции

5 млн. руб.

Рынки сбыта

Пищевая и химическая промышленность. Производство строитель-ных материалов в плане дозирования и смешения компонентов.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализа-ции не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

19.02.2007