Пользователи закрытых мешалок прекрасно знают, что первое, что необходимо понять, это для какого режима работы такие машины предназначаются: для довольно узкого диапазона рецептур, как это бывает при производстве покрышек, или же для работы с самыми разнообразными рецептурами?

В первом случае основным требованием является высокая производительность и следовательно, если речь идет о линии по производству покрышек, закрытый смеситель обладает всеми теми характеристиками, которые необходимы для достижения высокой производительности. Как правило, в таком случае смеситель будет объемным (камера смешивания от 270 до 400 литров, не исключая также возможности использования еще более крупных смесителей), будет обладать скоростными роторами (как правило, 60 оборотов в минуту, а то и больше), большим усилием нажима на груз давления и высокомощным двигателем. Вполне понятно, что от смесителя, предназначенного для работы на давальческом сырье, требуется совсем иное. Прежде всего, необходимость обеспечения производственной гибкости определяет потребность в среднем или даже средне-малом смесителе, причем требуемые объемы производства будут достигаться одновременным использованием сразу нескольких машин, вместо применения единого крупного агрегата.

Производительность установки будет зависеть скорее от умелого планирования производства партиями в целях сведения к минимуму простоев, нежели от скорости работы роторов и мощности двигателя. В любом случае, для сведения к минимуму времени перехода от одной смеси к другой, особое внимание будет уделяться всему тому, что позволяет упрощать чистку аппарата и его осмотр: в этом смысле обретают важность такие факторы, как доступность колец уплотнения и зоны разгрузки, точно также как в таком случае полезно, чтобы стенки в зоне запитки были хромированы.

ТИПЫ РОТОРОВ
Все без исключения производители мешалок для производства покрышек уделили большое внимания выявлению наилучшей формы роторов в целях снижения продолжительности цикла, и это вполне оправдано (хотя подчас результаты оказываются не совсем адекватными тем, которые заявлены самими машиностроителями). В любом случае целесообразно предположить, что, работая с довольно ограниченным набором рецептур, который имеет место при производстве покрышек, следует добиваться рационализации формы ротора, которая бы позволила значительно снизить продолжительность цикла, учитывая общие объемы производства. Так, например, всего лишь 10 секунд сокращения времени цикла, длящегося в целом 3 минуты, означает экономию времени более чем на 5%, что очень ощутимо, особенно если учесть, что линия производства покрышек работает, как правило, круглосуточно и эта экономия на 5% выразится в значительном росте производительности в круглосуточном режиме. Совершенно иначе выглядит ситуация при работе с рецептурами, которые сильно отличаются друг от друга. Пытаться определить форму ротора, которая бы идеально подходила для всех видов и сроков смешивания для всего (обычно довольно широкого) диапазона рецептур представляется делом трудно выполнимым, а то и вовсе невозможным. С другой стороны, сэкономить 10 секунд на производственном цикле для 10 производственных партий, когда в любом случае теряются 30 ч 60 минут на чистку линии и приготовление новых ингредиентов, а также наладку новых параметров производства - это дело второстепенное.

ТАНГЕНЦИАЛЬНАЯ ИЛИ ВЗАИМОПРОНИКАЮЩАЯ ФОРМА РОТОРА?
Совсем иначе дело обстоит при выборе тангенциальной или взаимопроникающей формы ротора, ибо здесь речь идет не столько о форме ротора, сколько о конструкции смесителя в целом. В научной литературе неоднократно отмечены принципиальные различия между смесителями этих двух типов (типом, где резка материала осуществляется на участке между ротором и кожухом, т.е. по тангенциальному принципу, или же типом, где резка осуществляется между двумя роторами, т.е по взаимопроникающему принципу).
 

Одной из основных черт взаимопроникающего ротора в отличие от тангенциального является то, что при этой конфигурации часть смесительного действия осуществляется между лопастью ротора и корпусом соседнего ротора, что близко к резке, которая типична для валковых смесителей. Разница скоростей в зоне ламинирования, благодаря которой обеспечивается дисперсия ингредиентов, достигается при равенстве угловых скоростей за счет разницы радиусов между лопастью одного ротора и корпусом другого ротора.
Такое же явления разности тангенциальных скоростей, как правило, имеется и  в валковых цилиндрах за счет соотношения фрикционов.
 

***

Вторым аспектам, важность которого часто недооценивается, является то. что использование взаимопроникающих роторов придает камере смешивания конфигурацию, обладающую выигрышным соотношением поверхности и объема. Это означает, что по сравнению с тангенциальными системами такие системы при равном внутреннем объеме смесителя обладают большей поверхностью для теплообмена.

Понять, почему смеситель с взаимопроникающими роторами обладает существенно более протяженной поверхностью по сравнению со своим тангенциальным аналогом, можно, следуя следующей линии рассуждений: представим себе, что конструируются две смесительные камеры с одним межосевым расстоянием - одна тангенциального, а другая взаимопроникающего типа; совершенно очевидно, что в этих условиях диаметр камеры со
взаимопроникающими роторами будет больше диаметра камеры с тангенциальными роторами; взаимопроникающий ротор, занимая больше пространства в камере, окажется больше, нежели тангенциальный ротор; разница объемов между самой камерой и ротором, определяющая на практике общую вместимость смесителя, окажется достаточно близкой в обоих случаях. В результате при равенстве объемов камер смешивания, взаимопроникающая конфигурация обеспечивает существенно большую поверхность контакта между машиной и материалом, нежели в случае тангенциальных роторов.

ВАЖНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ
Известно, что при смешивании резины очень важно обеспечить хороший теплообмен.
Теплообмен между двумя жидкостями (в нашем случае это, с одной стороны, полимер, а с другой стороны - вода охлаждения) зависит от следующих факторов:
*разница температур между жидкостями (полимером и водой);
*общий коэффициент теплообмена, который определяется как природой и кинетическими свойствами жидкостей, участвующих в процессе, так и формой стенок, через которые этот теплообмен осуществляется;
*площадь стенок, через которых происходит теплообмен.
Сопоставляя процессы теплообмена такими, какими они осуществляются в смесителе взаимопроникающего типа по сравнению со смесителями тангенциального типа, следует отметить следующее.

Разница температур между полимером и охлаждающей водой изменяется в целом одинаково при том условии, что в обеих машинах смешивается одинаковый компаунд и ставится целью получение одинакового результата. Общий коэффициент теплообмена остается примерно одинаковым, учитывая, что обе жидкости (полимер и вода) в обоих случаях одинаковы и кинетические условия сходны: то же самое можно отнести и к стенке, через которую этот теплообмен осуществляется. Однако, поверхность теплообмена значительно отличается, ибо во взаимопроникающем смесителе она намного больше, нежели в тангенциальном; эту разницу поверхностей можно оценить в дополнительные 50%, что, конечно же, фактор далеко не второстепенный.

Таким образом, становится совершенно ясно, что при равенстве остальных условий, смеситель взаимопроникающего типа способен передать охлаждающей жидкости существенно больше энергии, нежели смеситель тангенциального типа. Принимая количество энергии, передаваемое от двигателя смеси, как надежный показатель качества перемешивания, становится понятным, что   чем больше энергии удается отвести от смеси в процессе охлаждения, тем больше энергии можно передать самой смеси, не превышая границ температуры смеси, диктуемых технологическими условиями. Таким образом, интенсифицируя отвод энергии при охлаждении, мы снижаем перепад температур смеси, что позволяет поддерживать смесь в смесителе до достижения требуемого уровня дисперсии.

Дополнительные мощности охлаждения открывают целый ряд возможностей. При равенстве качества дисперсии становится возможным передавать одинаковые количества энергии при большей мощности в более краткий промежуток времени (более высокие обороты роторов и/или более высокий нажим на груз), что приводит к повышению производительности. При равной предельной температуре можно увеличить продолжительность цикла для достижения требуемого уровня дисперсии без превышения предельного уровня температур.

* * *

Таким образом, представляется, что не остается никаких сомнений относительно предпочтительности использования смесителей взаимопроникающего типа. Однако, следует также учитывать, что при равенстве объемов смешивания смеситель взаимопроникающего типа обладает существенно более обширной камерой по сравнению со своим тангенциальным аналогом; поэтому речь идет о более объемной, тяжелой и, следовательно, дорогостоящей машине. Мы уделили достаточно много времени сопоставлению машин тангенциального и взаимопроникающего типа, но тем не менее эта тема далеко не исчерпана. Возвращаясь к исходному постулату о существенном различии между линиями для покрышек и линиями, работающими с средне-малыми партиями, следует подчеркнуть, что смеситель взаимопроникающего типа (именно благодаря своей способности лучше контролировать температуру смеси) часто позволяет осуществить смешивание всех необходимых ингредиентов (включая вулканизирующие добавки) за один заход, в то время как в смесителях тангенциального типа оказывается неизбежным производить смешивание за два захода или же добавлять вулканизирующие добавки в валковый смеситель, устанавливаемый ниже по линии.

Это преимущество особенно ценно при работе на давальческом сырье и возможно является одним из объяснений того, почему смесители со взаимопроникающими роторами так популярны среди предприятий, работающих в условиях частой смены смеси. Вполне естественно, что при выборе оборудования необходимо руководствоваться соображениями уровня требуемых инвестиций и оценивать, в какой степени относительные преимущества технологического плана (более высокая производительность и/или лучшее качество) оправдывают более высокую начальную стоимость оборудования. Тем не менее многие придерживаются того мнения, что в большинстве случаев совокупные преимущества, предоставляемые смесителями  взаимопроникающего типа (а их даже больше, нежели те, что были перечислены в этой статье) с лихвой компенсируют недостаток, связанный с необходимостью более крупных исходных инвестиций. И не удивительно, что на таком требовательном рынке, как рынок Германии, сегодня трудно найти на производствах смесители тангенциального типа.

Бруно Миланезе

Автор данный статьи является консультантом по вопросам смесительных установок для пластмасс и резины, активно работающим с ведущими машиностроителями всего мира.