Основные теоретические положения. Процесс механического разделения смесей на их составные

Исходные партии зерна, несмотря на предварительную очистку в хозяйствах и на элеваторах, содержат в своей массе значительное количество различных примесей минерального и органического происхождения. Таким образом, зерновая масса, поступающая в переработку представляет собой смесь, состоящую из зерна основной культуры и других компонентов. При подготовке зерна к помолу такая смесь должна быть разделена с целью выделения только зерен основной культуры.

Процесс механического разделения смесей на их составные, более однородные фракции, называется сепарированием.

Для анализа и оценки технологического процесса сепарирования сыпучих смесей, к которым относятся и зерновые смеси, служат методы позволяющие получать наиболее объективные показатели эффекта разделения исходной смеси на составляющие ее компоненты.

Прежде, чем перейти к определению показателей технологического эффекта сепарирования, следует ввести некоторые термины и понятия.

Исходная смесь - зерновая смесь, состоящая из одного или нескольких компонентов и предназначенная для разделения в сепараторе.

Фракция - часть смеси, выделенная на сепараторе. Фракция может состоять из одного или нескольких компонентов, входящих в исходную смесь.

Чистота фракции - относительное содержание основного компонента в данной фракции в долях или процентах от выхода.

Выход фракции - отношение количества материала фракции к количеству исходной смеси, выраженной в долях или процентах от количества исходной смеси.

Степень извлечения отношение количества компонента во фракции к количеству того же компонента в исходной смеси.

Общая закономерность процесса разделения заключается в том, что исходная смесь в результате сепарирования разделяется на части / новые смеси/, которые качественно отличаются от исходной смеси. Новые смеси / фракции / по своему составу отличаются большей однородностью по тем признакам, которые положены в основу разделения смеси / длина, ширина, толщина и др. /, причем, чем одно­роднее полученные фракции по данному признаку, тем выше эффект разделения.

Качество процесса сепарирования оценивается полнотой выделения каждого из компонентов в чистом виде.

Задачей очистки является отделение от зерновой массы худшего компонента/примесей/ с целью обогащения лучшего компонента /зерна /при наименьших потерях последнего в отходы.

Критерием эффекта сепарирования служит показатель Е. Физическая сущность этого показателя теоретически обоснована на примере сортирования двухкомпонентной смеси на две фракции /рис 1 /.Пусть Q = 1 - исходная смесь, подлежащая сепарированию. Предположим, что указанную смесь требуется разделить по признаку X на два компонента: <р \ и <р ₂.

Рисунок 2 – График сепарирования зерна

Вследствие несовершенства сепаратора во фракции Q₁ содержится некоторая часть q частиц компонента φ₂, а во второй фракции Q₂ - р - частиц компонента φ₁.

Чистота первой фракции φ₁₁=

а второй фракции q₂₂ равна: q₂₂ = .

При идеальной работе сепаратора, т.е. при оптимальном режиме исходная смесь будет разделена на 2 фракции с максимальным показателем их чистоты φ_max1,

и φ_max2.

Если сепаратор работает не в оптимальном режиме, то φ₁₁< φ_max1, а φ₂₂< φ_max2 Поскольку φ₁₁> φ_max1 а φ₂₂> φ₂, то содержание первого компонента в первой фракции(ее чистота) увеличится на φ₁₁- φ₁, а содержание второго компонента во второй фракции увеличится на φ₂₂- φ₂ по сравнению с содержанием этих компонентов в исходной смеси.

Предельно возможное увеличение содержание компонентов в обеих фракциях при оптимальной работе сепаратора будет соответственно равно φ_max1- φ₁,

и φ_max2-φ₂. Следовательно, степень обогащения первой фракции будет равна отношению фактического прироста в ней концентрации первогокомпонента к предельно возможной, т. е.: ;

и, соответственно, степень обогащения второй фракции:

Общий эффект сепарирования Е определяется как средневзвешенная степень обогащения обеих фракций:

(9)

В частном случае, когда исходная смесь может быть разделена на компоненты в чистом виде, т.е φ_max1 = φ_max2 =1, показатель Е будет равен:

(10) где , а выход соответственно, первой и второй фракций.

Распространяя вывод на сложные смеси, общий технологический эффект сепарирования n-компонентной смеси на n фракций можно представить в виде:

(11) где φ_i - содержание i-гo компонента в исходной смеси;

φ_ii - чистота i-ой фракции;

W_i - выход i-ой фракции.

Описание лабораторной установки

Работа выполняется на лабораторном сепараторе. Сепаратор состоит из станины, ситового корпуса и приемного бункера с питателем. Ситовой корпус совершает 200 колебаний в минуту с помощью эксцентрикового механизма на приводном валу, вращающемся от электродвигателя.

Рисунок 3 – Принципиальная схема сепаратора

Второе сито с круглыми отверстиями 0,5 мм для выделения крупных примесей, прошедших через приемное сито.

Третье сито с прямоугольными отверстиями размерам 2,2x20 мм для выделения крупного зерна.

Четвертое подсевное сито размером 1,7x20 мм для выделения мелких примесей. Сходом с этого сита получают мелкое зерно.

Таким образом, основной компонент /зерно/ выделяется проходом через сито диаметром 5 мм и сходом с сита 1,7x20 мм. Второй компонент / крупные примеси / выделяется сходом с первых двух сит с отверстиями 6x6. мм и диаметром 5 мм. Третий компонент /мелкие примеси/ - проходом через сито с отверстиями размером 1,7x20 мм. 4. Порядок выполнения работы.

Из предназначенной к очистке партии зерна выделяют две навески: одна /50г/ для анализа, вторая /2 кг/ для очистки на сепараторе.

Первую навеску подвергают техническому анализу на содержание удаляемых примесей в зерне до машины, т.е. определение содержания компонентов φ₁, φ₂ и φ₃ в долях единицы или процентах.

Вторую навеску пропускают через сепаратора до полного освобождения сит от сходового продукта. Полученные три фракции взвешивают на весах. Результаты взвешивания, выраженные в процентах в исходной смеси, рассматривают как выход каждой фракции W_], W₂ и W₃.

Из каждой излученной после сепарирования фракции отбирают навески по 50 г для определения чистоты фракции по содержанию в них основных компонентов, а именно φ₁₁, φ₂₂ и φ₃₃.

Таблица 5 – Результаты первого сепарирования

На основании полученных результатов, определить эффективность сепарирования исходной смеси по формуле:

(11)

Время сепарирования 53 сек.

Производительность равна 67,92 кг/ч.

Таблица 6 – Результаты второго сепарирования

Время сепарирования 10 сек.

Производительность равна 360 кг/ч.

Вывод: чем выше режим работы сепаратора, тем ниже эффективность работы сепаратора.