Глава 6 оборудование для очистки и сепарирования сыпучего сельскохозяйственного сырья

Очисткой называется процесс отделения посторонних примесей из исходного сыпучего материала.

Сепарированием называется процесс разделения сыпучих материалов на фракции, различающиеся физическими и геометрическими размерами. Для разделения сыпучих материалов на фракции используют следующие признаки: плотность частиц, линейные размеры, аэродинамические и ферромагнитные свойства, состояние поверхности и др.

6.1. Научное обеспечение процессов очистки и сепарирования сыпучего сельскохозяйственного сырья

Часть сыпучего продукта, имеющего размеры ячеек сита и проходящего через ситовую поверхность, называется проходом, а частицы продукта, которые не пройдут по размерам сквозь отверстия сита и ссыпаются с него через край, образуют сход.

Для нормальной организации процесса разделения сыпучего продукта необходимо выполнить основное условие просеивания — скольжение частиц продукта по поверхности сита.

В связи с тем, что в промышленности неподвижные сита редко применяются ввиду их малой производительности и громоздкости, рассмотрим более подробно механизм просеивания в машинах с подвижными ситами, отвечающих современным требованиям производства.

Предельное ускорение, при котором сила инерции становится равной силе трения, называется критическим ускорением и для случая скольжения плоских частиц по ситу равно а_кр =fg, где f— коэффициент трения скольжения частицы по ситу; g = 9,81 м/с² — ускорение свободного падения.

Ситовой корпус подвешивают к станине машины с помощью плоских стальных пластин и приводят в колебательное движение посредством кривошипно -шатунного механизма.

Предельная частота вращения кривошипа п_n,, при котором частица не отделяется от сита, находится из формулы

где r — радиус кривошипа, м; α — угол наклона сита к горизонту, град.

По аналогии определяют основные параметры и для других кинематических схем. Для горизонтальных сит с колебаниями в наклонной прямой

n_n =3

где β — угол наклона подвески сита к вертикали, град.

Для наклонных сит с колебаниями в наклонной плоскости при β = α

п'_п ~ 3-_N/sin((p ± а ) / rcos (р,

где п'_п — частота вращения кривошипа, при которой частица начинает перемещаться

либо вниз — знак (-), либо вверх — знак (+). .

Процесс сепарирования движущегося сыпучего продукта состоит из двух одновременно происходящих стадий. На первой стадии (само сортировании) частицы, имеющие меньшие размеры, большую плотность, меньшее значение коэффициента внутреннего трения и удобно обтекаемую форму, перемещаются из верхних слоев в нижние и достигают поверхности сита. Вторая стадия (собственно просеивание частиц) происходит при относительном движении их по ситу. Однако для эффективного протекания процесса обе стадии требуют различного кинематического режима движения сита: при увеличении ускорения улучшается самосортирование, а для успешного осуществления просеивания необходимо ограничивать максимально допустимые пределы ускорения.

При возвратно-поступательном движении ситового корпуса в кривошипно-шатунном механизме возникают силы инерции, переменные по величине и направлению. Через шатун и кривошип эти силы передаются на подшипники и опоры ведущего вала, что вызывает повышенный износ механизмов и снижает их работоспособность.

Для уменьшения негативного воздействия сил инерции производят их уравновешивание следующими основными способами: использование спаренных механизмов; уравновешивание ситового корпуса с кривошипно-шатунным механизмом посредством вращающегося груза и уравновешивание ситового корпуса с помощью балансирующего механизма.

Для ограничения амплитуд колебаний ситового корпуса применяют амортизаторы различных конструкций: с применением силы трения элементов или с использованием сил упругости элементов.

Для уравновешивания сил инерции в зерноочистительных сепараторах с возвратно-поступательным движением используют также эксцентриковые и инерционные колебатели.

Пневмосепарирование основано на различии сопротивлений, оказываемых отдельными частицами воздушному потоку, что обусловлено их различными аэродинамическими свойствами.

Рассмотрим схему действия воздушного потока на частицу. На частицу массой т действует сила тяжести G = mg и сила сопротивления воздушного потока

,где ζ, — - коэффициент аэродинамического сопротивления; F_M • — площадь проекции частицы на плоскость, нормальную к вектору относительной ее скорости (миделево сечение), м²; v — относительная скорость частицы в воздушном потоке, м/с; р — плотность воздуха, кг/м³.

Значение коэффициента ζ, зависит от формы частицы, состояния ее поверхности и режима потока воздуха, обтекающего ее, т.е. от числа Рейнольдса (Re).

В вертикальном восходящем потоке воздуха сила тяжести G и сила сопротивления R, действующая на частицу, всегда противоположны. Таким образом, отношение R/G определяет направление движения частицы: при R/G < I частица движется вниз; при R/G > 1 — вверх и при R/G = 1 частица находится в равновесии.

Из соотношения R = G можно найти скорость витания или критическую скорость:

mg = р _Mv_BHT или v_bht =

Наибольшее влияние на эффективность пневмосепарирования оказывают: удельная нагрузка продукта на канал q; средняя скорость воздушного потока v_b; выравненность воздушного потока Ф_b ; физико-механические свойства примесей сепарируемой смеси и степень засоренности; размеры и конструктивное решение пневмосепарирующих каналов; начальная скорость и условия ввода сепарируемой смеси в пневмосепарирующий канал и др.

В. В. Гортинский получил аналитическую зависимость перемещения частицы в пневмосепарирующем канале:

где k = ^pF_M/2m — коэффициент пропорциональности силы аэродинамического сопротивления; t — время, с; v — относительная скорость движения частицы в канале, м/с; \|/ — коэффициент.

Коэффициент извлечения легких примесей в пневмосепарирующем канале

где А — коэффициент, зависящий от Уф и от свойств компонентов, м"²-с;

здесь v — скорость фильтрации, м/с; t — время, c;q — удельная нагрузка, кг/м²; H— начальная толщина слоя продукта, м; L_x — длина рабочего канала, м; р, — плотность псевдоожиженного слоя тяжелого компонента, кг/м³; Hт — толщина слоя тяжелого компонента, м.

Магнитное сепарирование. Очистку сырья и промежуточных продуктов от металломагнитных примесей производят на магнитных сепараторах с постоянными магнитами или электромагнитами.

Металломагнитные примеси весьма разнообразны по форме, размерам и происхождению: случайно попавшие мелкие металлические предметы, продукты износа рабочих органов и др.

По способу удаления металломагнитных примесей из движущегося потока продукта различают три типа магнитных сепараторов: с верхним расположением магнитов, с нижним расположением магнитов и барабанные магнитные сепараторы с вращающейся немагнитной обечайкой.

Для нормального отделения металломагнитных примесей в магнитном поле необходимо выполнение следующего условия:

F_c,

где F_M — сила притяжения металломагнитной частицы к магниту, Н; V • — объем частицы, м³; m — масса частицы, кг; р — плотность частицы, кг/м³; Н — напряженность магнитного поля, А/м; F_c — сила сопротивления, Н; л: — удельная объемная магнитная восприимчивость частицы, м³/кг; grad Н — градиент напряженности поля, представляет собой производную дН/дr в направлении r

(наибольшего возрастания напряженности Н).

В общем случае уравнение для времени осаждения металломагнитных примесей имеет вид

, ,,.,--

где K" — коэффициент сопротивления среды, см~¹;Н — толщина слоя очищаемого продукта, м; А — коэффициент, характеризующий магнитное поле, A=(2+12)- 10³, см³-с"².

Данное уравнение определяет эффективность первой стадии процесса магнитной сепарации.

Вторая стадия заключается в удерживании извлеченной металломагнитной примеси на поверхности магнитного экрана от смывания ее потоком очищенного продукта и определяется соотношением смывающей силы потока и удерживающей способности магнита.

Эффективность работы рассева оценивается следующими показателями: нагрузкой, коэффициентом недосева, коэффициентом извлечения. Нагрузка представляет собой количество исходной смеси, поступающей в рассев в единицу времени.

Коэффициент недосева (%) характеризует неоднородность фракций и показывает относительное содержание мелких, проходовых фракций в продуктах, полученных сходом с сита, и вычисляется по формуле

"г 5 = (77₀ - Л)/(6₀ - Л),

где q — масса исходной смеси, кг; П₀ — масса проходовой фракции, кг; П — масса извлеченного продукта, кг.

Коэффициент извлечения (%) равен отношению массы извлеченного продукта к массе того же продукта, содержащегося в исходной смеси, т.е. он показывает, какую часть данной фракции удается выделить из исходной смеси:

.-• .; •• . Л = (Л/Л₀)100. .. ;• ^:

Взаимосвязь коэффициентов недосева и извлечения определяется уравнениями

где И — относительное содержание проходовой смеси, %.