三維運動混合機的性能及其影響因素

紀 榮（江蘇江山制藥有限公司,江蘇 靖江 214500）

三維運動混合機的性能及其影響因素

紀 榮
（江蘇江山制藥有限公司,江蘇 靖江 214500）

摘 要：結合工作實際對三維運動混合機的性能及其影響因素進行淺析，首先基于混合原理對當前混合機的應用進行闡述，并提出相應的實驗內容和實驗方法，通過對比實驗、物料實驗和混合度實驗對混合機進行性能測試，最后根據實驗結果對影響混合機性能的相關因素進行探討和分析。

關鍵詞：三維運動；混合機；原理；性能

1 引言

混合是工業生產常見的操作，特別在化學工業生產，如飼料、食品、化肥等等，甚至在精細陶瓷、醫藥和其他相關日常常見的化學生產區域，混合也成為了產品生產的必須步驟。特別是近年來納米材料應用和亞微納米的興起，化學企業對混合工藝的生產和混合作業的設備提出了更高的要求和標準，這在某一程度上刺激促進了混合機的發展。混合機是一種主要對固體粉粒物料均勻混合的混合設備，在實際工作中可以使得材料實現高均勻度和較好的流動性。

2 混合機原理

最為常見的混合設備原理有三種，依靠容器轉動、依靠容器固定內部器件轉動、依靠容器和內部器件全部轉動。而固體粒子在混合時必須依賴以下原理（機理），首先由于粒子群內的速度分布，各粒子之間的相對摩擦和碰撞，俗稱剪切混合；其次粒子在小范圍內部的運動簡稱擴散混合；最后的是對流混合，主要涉及顆粒在大尺寸范圍內的隨機運動。在混合機內部作業中，三者都存在，而由于處理的物料和相關要求的效果不同，其對混合的影響也不盡相同，并且在對混合速率的影響定量關系中難以完全依靠理論分析，因此當前多數混合機的工作和其他混合操作還依舊依靠相關的作業經驗。這是混合機做性能測試的最初目的，也是實際工作的一項重要的需求。

3 混合機性能測試的內容和方法

此處主要針對三維混合機的測試。三維混合機屬于容器回轉型的混合機，最為常見的有雙錐型混合機和V型混合機，后者在當前工業應用中比較常見，因此此處以它和三維運動混合機的工作性能進行對比。

實驗主要分為三個部分，分別是混合機對比實驗、物料實驗和混合程度實驗。混合機對比實驗主要對比兩個混合機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不一致的粉料在兩混合機作業的效果；物料實驗主要考慮材料的粒度、密度、流動性和團聚性等物理特征，在物料實驗中將不同的物料分別進行混合機的測驗；混合程度主要考慮在混合物料中控制組合的組分，通過物理和化學的混合度計算實現對混合機的工作性能評估。

4 混合機的實驗結果和數據分析

在對比實驗上，通過對比三維運動混合機和V型混合機在不同時間階段的混合度對其進行性能的分析和評估。實驗表明在混合時間30秒時，V型混合機的混合度為65%而三維運動混合機的混合度為95%，并且兩者隨著混合時間的變長混合度也逐漸上升，直到混合時間為480秒時混合度分別為79%和98%，其中填裝系數分別為14% 和13.5%。而在實際工作中影響固體粒子混合的因素主要有：

（1）材料的性質，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、流動性和聚團性等等；

（2）運轉的具體條件。主要涉及混合材料的成分配比和相關材料在容器中占據的比例，如上述的填裝系數，加入的順序以及混合機的旋轉速率等等；

（3）混合機的本身機械性能，主要包括大小尺寸、幾何形狀和結構材料等等。

4.1 材料性質影響

混合機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）。差異較大的物料對于混合機的作業來說較為困難，甚至會出現自然分離的現象，有關文獻將其稱為分料。在實驗中，V型混合機的在粒徑差異較大的物料實驗中，30秒時混合度僅為65%，而此時三維運動混合機的混合度已達到95%。并且當三維混合機在填裝系數73%高于V型混合機的10%的情況下，30秒的混合周期其仍然可以達到混合度73%的效果，而此時V型混合機僅為58%。這也從一個角度上說明，當物料條件較為苛刻（單體物料的粒度、密度和形狀差異較大）時，三維運動混合機基本不會出現分料情況。

4.2 運轉具體條件的影響

運轉條件主要考慮的是混合機的填裝系數，實驗表明雖然三維運動混合機的填裝系數遠高于V型混合機，但是無論是混合作業開始還是中途，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現混合，V型混合機必須擁有較大的混合空間以便物料能有分散的空間進行混合，因此在填料上V型混合機通常只有40%左右的利用率。對比之下，三維運動混合機的結構和運轉特性更加科學，其能使物料周期性旋轉、平移搖動及其他混合動作的三維運動，并且能輕易實現對連續物料的交替抖動，物料的混合擴散變得更加快捷和充分，填裝系數也可以輕易達到工作需求，混合度實現更加容易。

4.3 混合機的機械性能影響

混合機的機械性能、尺寸和其他設計情況可以影響粒子在混合機內部的運動狀態，進而影響整體的作業效果。在實際工作中，V型混合機由于設計了一個基于對稱的回轉中心線和非對稱的容器形狀可以使物料在斜圓筒內部進行反復的擴散和合并，實現混合效果。這種設計雖然可以使得物料實現內部的軸向變化但是幅度有限，因此V型混合機的混合作業時間較長。

相比之下，三維運動混合機以其經典的空間六桿結構實現了良好的混合效果，其可以實現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，這使得容器內部的物料對流和擴散更加容易，因此作業效率和混合效果相對優秀。

參考文獻：

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[2]王德福.雙軸臥式全混合日糧混合機的混合機理分析[J].農業機械學報,2006(08).

[3]何延東,王宇,高連興.飼料混合機的混合機理及工作性能的評定[J].農機化研究,2006(02).

作者簡介：紀榮（1976-），男，江蘇靖江人，專科，助理工程師，研究方向：常用化工設備裝置管理及優化。