Теоретические основы процесса отделения посторонних примесей растениеводческой продукции.

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.

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 тре-

ния, 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 n_n (c^-1)при котором частица не отделяется от сита, находится из формулы

n_n =30/

где г — 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

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

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

где n _n —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 (самосортировании) 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 от-

дельными частицами воздушному потоку, что обусловлено их различными аэродинамическими свойствами.

Рассмотрим схему действия воздушного потока на частицу. На частицу массой m 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 (Rе).

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 < 1 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:

или

Наибольшее влияние на эффективность пневмосепарирования оказывают:

удельная нагрузка продукта на канал q средняя скорость воздушного потока v_в; выравненность воздушного потока Ф_в; 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.

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

,

где k = ζpF_M/(2m) — коэффициент пропорциональности силы аэродинамического сопротивления; t — время, с; v — относительная скорость движения частицы в канале,

м/с; ѱ— коэффициент.

Коэффициент извлечения легких примесей в пневмосепарирующем канале

,

где А — коэффициент, зависящий от v_ѱ и от свойств компонентов, м^-2с;

, ,

здесь v_ѱ — скорость фильтрации, м/с; t —время, с; q₁ —удельная нагрузка, кг/м²; Н₀ — начальная толщина слоя продукта, м; L_x —длина рабочего канала, м; р₁ — плотность псевдоожиженного слоя тяжелого компонента, кг/м3; H_т — 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:

где F _м — сила притяжения металломагнитной частицы к магниту, Н; V = mp объем частицы, ^м3; m — масса частицы, кг; р — плотность частицы, кг/м3; H— напряженность магнитного поля, А/м; F_c — сила сопротивления, Н; х — удельная объемная магнитная восприимчивость частицы, м³/кг; gradH — градиент напряженности поля, представляет собой производную dН/dr в направлении г (наибольшего возрастания напряженности H).

В общем случае уравнение для времени осаждения металломагнитных примесей имеет вид

где К —коэффициент сопротивления среды, см^-1; Н —толщина слоя очищаемого продукта, м; А —коэффициент, характеризующий магнитное поле, (А=(2+12)×10³ ), см ³×с^-2; n- угловая скорость барабана, с ^-1.

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

где; m₀ — масса проходовой фракции, кг; m —масса извлеченного продукта, кг. m_c — масса исходной смеси, 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:

Взаимосвязь коэффициентов недосева и извлечения определяется уравнениями

и ,

где И — относительное содержание проходовой смеси, %.