Для получения высококачественных смесей с малым содержанием ключевых компонентов разработан целый ряд конструкций смесителей. Ключевыми являются более тяжелые и/или более плотные смешиваемые компоненты. Наиболее перспективным, на наш взгляд, является циркуляционный смеситель непрерывного действия с упорядоченной загрузкой компонентов [1]. Проведение смешивания с использованием этой конструкции позволяет, но не гарантирует получение положительного результата без обеспечения определенных режимов работы.
Математическая модель [2, 3] для случая приготовления трехкомпонентной смеси, позволяет, в результате целенаправленной корректировки характера организации загрузки наиболее склонного к сегрегации ключевого компонента, рассчитать время начала загрузки его в смеситель, что приводит к совпадению во времени оптимального распределения по объему смеси обоих ключевых компонентов. Вместе с этим, если длительность проведения процесса, совпадающая со временем загрузки в смеситель менее склонного к сегрегации ключевого компонента, рассчитана по математической модели правильно, качество готовой смеси повысится.
При использовании послойной или ячеечной математической модели на базе марковских цепей [2, 3] в поперечном сечении барабанного смесителя вначале циркуляционный контур, образованный смешиваемыми компонентами, разбивается на подслои [1]. Объемы подслоев при продвижении от обечайки барабанного смесителя к центру циркуляции убывают. Расчеты по модели показывают, что при равномерной и непрерывной загрузке ключевых компонентов структура распределения ключевых компонентов по подслоям циркуляционного контура будет неравномерной. В различных зонах циркуляционного контура наблюдается повышенное или пониженное содержание ключевых компонентов. Причем в общем случае ширина этих зон, соответствующая различному количеству подслоев, не одинакова. В случае разбиения периода загрузки на три или более неравных участка, причем границы участков проходят в точках перехода концентрации ключевого компонента от повышенной к пониженной и/или от пониженной к повышенной по сравнению с заданной концентрацией, можно добиться полного совпадения периодов повышенной или пониженной интенсивности загрузки с зонами повышенного или пониженного содержания ключевых компонентов.
Результаты натурных и численных экспериментов [4] показывают, что при целенаправленном изменении интенсивности подачи ключевых компонентов в различные зоны смесителя качество готовой смеси может быть повышено как минимум на 20%. Диапазон изменения интенсивности подачи незначителен и не превышает плюс-минус 8%.
Подобный метод приближения условий проведения процесса к оптимальным может быть использован и для других типов циркуляционных смесителей, таких как: V-образный, "пьяная бочка", биконический, ленточный и одновальный лопастной. Это связано с тем, что предложенная математическая модель [2] может быть использована при описании процесса непрерывного смешивания в циркуляционных смесителях других типов, поскольку в ней учитываются только общие закономерности движения компонентов, как в продольном, так и в поперечном сечениях смесителя.
Предложенный метод оптимизации процесса приготовления многокомпонентных смесей за счет целенаправленного изменения характера загрузки ключевых компонентов может быть использован как при модернизации действующего, так и разработке нового смесительного оборудования [4].