Способ исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету Российский патент 2024 года по МПК B01F23/60 

Изобретение относится к области переработки сыпучих материалов и может быть использовано при исследовании процессов смешивания сыпучих материалов в различных отраслях химической, строительной, угольной, медицинской промышленности и ряде других.

Известен способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету (патент РФ 2495398, МПК G01N 1/38, опубл. 10.10.2013, БИ №28), включающий анализ изображения поверхности смеси и определение коэффициента ее неоднородности. Исследуемую смесь равномерно распределяют на гладкой поверхности, разделяют на необходимое число порций, получают цифровые изображения их поверхностей с построением гистограмм яркости, разделяют каждую порцию на одинаковое число частей - проб с построением их гистограмм яркости, а коэффициент неоднородности смеси рассчитывают сравнением цифровых изображений частей - проб порций с изображением всей порции исследуемой смеси по гистограммам яркости. К недостаткам этого способа следует отнести то, что при его использовании нарушается структура смеси после ее распределения на гладкой поверхности. Нельзя судить о недостатках и преимуществах аппарата, в котором она была получена. Этим способом также невозможно получить значения критерия качества (однородности) в различных сечениях смеси в аппарате. Критерий качества определяется только всей исследуемой смеси, что не позволяет судить о состоянии смеси в различных местах внутри корпуса смесителя.

Также можно отметить что, отсутствует информация об однородности смеси в различных ее областях (сечениях), которая является необходимой при исследованиях работы реальных устройств. Кроме того, данный способ не точен, поскольку предполагает перегрузку смеси из аппарата, при которой происходит относительное смещение ее частиц.

Недостатки данного способа связаны с тем, что он применяется лишь при анализе изображения поверхности смеси, перпендикулярного оси, вдоль которой смесь однородна, то есть, в случае, когда качество ее вдоль этой оси не меняется. Поэтому он не эффективен для исследований поведения качества смеси в аппаратах непрерывного действия, по длине смесителя.

Наиболее близким к предлагаемому способу, принятым в качестве прототипа, является способ исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету (патент РФ 2690539 МПК B01F 3/18, опубл. 27.03.2010, БИ №16), включающий загрузку компонентов в корпус смесителя, включение привода его остановку, фиксацию изображения поверхности смеси, анализ этого изображения посредством деления его на пробные зоны и вычисление в них концентраций ключевого компонента с последующим определением коэффициента неоднородности и его корректировкой с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения. Внутри корпуса смесителя, в исследуемых сечениях материала устанавливаются прозрачные поперечные перегородки, которые последовательно, после проведения анализа изображения поверхности смеси в конкретном сечении снимаются, сыпучий материал, находящийся за снятой перегородкой удаляется, и анализ повторяется для следующего сечения смеси.

К недостаткам данного способа следует отнести невозможность его применения для исследования смеси в аппаратах с перемешивающими элементами, исключающими установку дополнительных перегородок внутри корпуса (шнековыми, ленточными и рядом других). Кроме этого, при использовании способа число перегородок, устанавливаемых в исследуемых сечениях смеси (и исследуемых сечений), должно быть небольшим. В противном случае, меняется характер движения частиц и уменьшается величина объема загрузки исследуемого смесителя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение исследовательских возможностей при изучении поведения однородности смеси по длине смесителя с дополнительным перемешивающими элементами, то есть, повышение его универсальности.

Технический результат достигается тем, что предлагается способ исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету, включающем загрузку компонентов в корпус смесителя, включение привода его остановку, фиксацию изображения поверхности смеси, анализ этого изображения посредством деления его на пробные зоны и вычисления в них концентраций ключевого компонента с последующим определением коэффициента неоднородности и его корректировкой с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения.

Существенными отличительными признаками является то, что под смесителем размещают приводной транспортер, в нижней части корпуса смесителя выполняют продольную прорезь с заслонкой, которую открывают после остановки смесителя, включают транспортер, и анализ смеси проводят после ее распределения на поверхности транспортерной ленты и остановки транспортера.

На фиг. 1 показан общий вид устройства (смесителя и транспортера) в котором осуществляется предлагаемый способ исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету и транспортера.

На фиг. 2 показан вид А устройства (фиг. 1).

На фиг. 3 показан вид Б транспортера.

Устройство включает смеситель и транспортер. Смеситель содержит корпус 1, соединенный с приводом вращения 2, дозаторы (не показаны), бункер 3 загрузки компонентов и бункер 4 выгрузки смеси. В нижней части корпуса 1 выполнена продольная прорезь 5 с заслонкой 6. Под смесителем размещен приводной транспортер 7 с приводом 8. Фиксация поверхности смеси осуществляется фотокамерой, размещенной над лентой транспортера (фотокамера не показана).

Способ исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету, осуществляется следующим образом. Включается привод 2 вращения корпуса 1. После дозирования компоненты подают в бункер загрузки 3 и, через отверстие в торцевой стенке, попадают в корпус 1 смесителя, где начинается процесс их смешивания. При этом компоненты перемещаются внутри корпуса 1. После установления стабильного режима перетекания компонентов в бункер 3 привод выключается, и корпус 1 смесителя останавливается таким образом, чтобы прорезь 5 оказалась над лентой транспортера. Зазор между лентой транспортера и прорезью определяет высоту слоя и выбирается таким образом, чтобы при выключенном транспортере и открытой заслонке 6 смесь не растекалась по ленте транспортера. Затем заслонка открывается и включается привод транспортера. Смесь при движении ленты распределяется по ней слоем, ширина которого примерно равна ширине прорези, а высота определяется размером зазора между прорезью и лентой транспортера. После полной послойной разгрузки смеси из корпуса смесителя привод транспортера выключается и лента останавливается. Поверхность смеси фиксируется с помощью цифровой фотокамеры. Затем проводится анализ этого изображения посредством деления его на пробные зоны и вычисления в них концентраций ключевого компонента с последующим определением коэффициента неоднородности и его корректировкой с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения. При этом анализ с определением коэффициента неоднородности проводится для каждой полосы смеси, на которые условно разбивается ее поверхность в направлении, поперечном к направлению движения ленты (фиг. 3). Таким образом, определяются коэффициенты неоднородности смеси, для сечений, находящихся на конкретных расстояниях от места загрузки компонентов (фиг. 1, 3). В результате анализа получают зависимость качества (коэффициента неоднородности) смеси от длины смесителя.

Данный способ определения качества смеси компонентов является комбинированным. Хотя исследуемая смесь извлекается из аппарата и, однако, после послойного распределения ее на ленте, можно установить - какому участку слоя соответствует конкретной участи смеси, в аппарате после его остановки.

Затем применяется бесконтактный метод исследования. После анализа изображений этих участков можно построить зависимость коэффициента неоднородности смеси от длины корпуса смесителя (расстояния от места загрузки компонентов до исследуемого сечения смеси).

Преимущество данного способа в том, что он может быть использован в аппаратах с перемешивающими элементами любого типа (например, шнековыми, ленточными и другими), в корпусе которого нельзя разместить поперечные прозрачные перегородки, через которые затем фиксируется изображение смеси.

Кроме того, критерий качества можно определить в любом сечении смеси, которому соответствует его значение в полосе слоя, проведенной поперек ленты транспортера на расстоянии которое отсчитывается от места загрузки компонентов вдоль оси смесителя (фиг. 3).

Пример. Исследовалась двухкомпонентная смесь в смесителе непрерывного действия с гладким горизонтальным цилиндрическим барабаном аналогичном смесителю, показанному на фиг. 1 и 2. Внутренний диаметр барабана составлял 230 мм, его длина - 405 мм. Угловая скорость вращения барабана составляла ω=π рад/с (30 об/мин). Загрузка компонентов осуществлялась через бункеры с различными сечениями выходных патрубков, обеспечивающими соотношение объемов загрузки компонентов Q₁:Q₂=1:2. Коэффициент загрузки - 0,3. Смешивались семена рапса и проса. Насыпные плотности и средние диаметры частиц которых:

ρ₁=661 кг/м³, d₁=1,15 мм(рапс), ρ₂=840 кг/м³, d₂=2,25 мм(просо).

Коэффициент неоднородности смеси V_c определялся предлагаемым способом. Для сопоставления проводились следующие исследования. Начальное значение коэффициента неоднородности смеси определялось анализом изображения смеси, полученного фотографированием ее поверхности через прозрачную стенку, со стороны загрузки. В ходе эксперимента также определялся коэффициент неоднородности смеси гравиметрическим способом.

В таблице приведено сопоставление значений коэффициентов неоднородности смеси, полученных двумя способами. Здесь δ относительное - отклонение значения коэффициента неоднородности смеси V_c, полученного предлагаемым способом, от значения коэффициента неоднородности смеси полученного гравиметрическим способом (анализом материала на ленте).

Изобретение относится к области переработки сыпучих материалов и может быть использовано при исследовании процессов смешивания в различных отраслях химической, строительной, угольной, медицинской промышленности и ряде других. Способ включает загрузку компонентов в корпус смесителя, в нижней части которого имеется прорезь с заслонкой, включение привода, его остановку, распределение смеси на ленте транспортера, размещенного под смесителем, фиксацию изображений поверхности смеси, их анализ посредством деления на пробные зоны и вычисление в них концентраций ключевого компонента с последующим определением коэффициента неоднородности. Способ позволяет определить критерий качества в поперечных сечениях смеси в аппарате с перемешивающими элементами любого типа. Технический результат изобретения - расширение исследовательских возможностей при изучении поведения однородности смеси по длине смесителя с дополнительным перемешивающими элементами. 3 ил., 1 табл.

Способ исследования качества смеси компонентов, различающихся по цвету, включающий загрузку компонентов в корпус смесителя, включение привода, его остановку, фиксацию изображения поверхности смеси, анализ этого изображения посредством деления его на пробные зоны и вычисления в них концентраций ключевого компонента с последующим определением коэффициента неоднородности и его корректировкой с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения, отличающийся тем, что под смесителем размещают приводной транспортер, в нижней части корпуса смесителя выполняют продольную прорезь с заслонкой, которую открывают после остановки смесителя, включают транспортер, а анализ смеси проводят после ее распределения на поверхности транспортерной ленты и остановки транспортера.