Оборудование для очистки и сепарирования сыпучего сельскохозяйственного сырья, его классификация и общая характеристика

Цели и способы сепарирования продуктов на зерноперерабатывающих предприя­тиях весьма разнообразны:

• очистка зерновых смесей от примесей, ухудшающих хранение, транспорти­рование и переработку зерна или снижающих качество готовой продукции;

• сортирование зерна на фракции различного качества для переработки продукты разного назначения; сортирование зерна на фракции для раздельной переработки в продукты одинакового назначения (калибрование гречихи и некоторых других крупяных культур для раздельного шелушения);

• извлечение готовых продуктов в процессе переработки (отбор продуктов на мукомольных заводах);

• сепарирование промежуточных продуктов для их последующей раздельной обработки;

• очистка компонентов комбикормов (мела, соли, мясокостной и рыбной муки, продуктов измельчения жмыха и шрота и т. п.) от примесей и скомковавшихся частиц;

• очистка и калибрование семян;

• контроль готовой продукции и т. д.

Признаки, которыми должны отличаться частицы фракций, далеко не всегда совпадают с признаками, по которым можно механически разделить сыпучую смесь: например, по химическому составу или биологической природе частиц смесь можно разделить при помощи механических воздействий только в тех слу­чаях, если этим признакам сопутствуют различные физико-механические свойст­ва: размеры, форма, плотность, коэффициенты трения, магнитная восприимчи­вость и т. д.

Таким образом, успех сепарирования зависит прежде всего от степени соот­ветствия желаемых признаков разделения, обусловленных потребностями произ­водства, возможным признакам разделения, определяющим различное движение частицы в процессе сепарирования смеси.

Для механиче­ских способов сепарирования сыпучих материалов используют следующие при­знаки частиц:

• аэродинамические характеристики - скорость витания или коэффициент па­русности;

длину - максимальный размер частицы;

• ширину - максимальный размер наибольшего по площади сечения, пер­пендикулярного линии длины;

• толщину - минимальный размер того же сечения;

• форму, оцениваемую коэффициентом формы в виде отношения длины к толщине;

• плотность - отношение массы частицы к ее объему;

• упругость, оцениваемую коэффициентом восстановления нормальной ско­рости, т. е. отношением проекции скорости частицы после удара о непод­вижную поверхность к такой же проекции скорости до удара;

• трение о поверхность, оцениваемое коэффициентом сухого трения, т. е. от­ношением тангенциальной реакции связи к нормальной реакции при отно­сительном движении;

• магнитную восприимчивость, оцениваемую силой, с которой на массу в 1гдействует магнитное поле с единичной магнитной индукцией и напряжен­ностью;

• цвет - в последнее время получают распространение оптико-электронные устройства для сепарирования продуктов, злаковых и крупяных культур, от­личающихся цветовыми характеристиками.

Для использования различий частиц смеси по этим признакам при ее сепа­рировании на две и более фракций применяют разные способы механического воздействия.

Механические воздействия в процессе сепарирования выполняют три функ­ции: во-первых, они заставляют частицы с различными свойствами перемещаться в разные места рабочего пространства; во-вторых, они обеспечивают непрерыв­ное поступление смеси в рабочее пространство; в-третьих, раздельно удаляют из рабочего пространства полученные фракции. Характер механических воздейст­вий на частицы при выполнении этих функций может быть одинаковым или раз­личным. Например, при сепарировании в вертикальных пневматических каналах смесь в рабочее пространство поступает обычно гравитационным истечением из питателя или при помощи вибролотка; она разделяется на легкие и тяжелые час­тицы под совместным воздействием аэродинамических сил и сил тяжести, так же происходит и раздельное удаление легкой и тяжелой фракций из рабочего про­странства.

Наиболее четкого сепарирования можно достигнуть, если способ механиче­ского воздействия в производственном процессе совпадает с лабораторным спосо­бом определения того признака, по которому производят сепарирование. Напри­мер, плотность частиц определяют обычно погружением их на тонкой нити в жид­кость известной плотности и измеряют натяжение нити до и после погружения. Частицы разной плотности можно разделить гидростатическим способом, погрузив их в жидкость, плотность которой больше плотности частицы одного компонента (легкого), но меньше плотности частицы другого компонента (тяже­лого). Более плотные частицы утонут, а менее плотные останутся на поверхности.

Другим примером может служить разделение по размерам, например по ши­рине, которую измеряют обычно штангенциркулем, микрометром или инстру­ментальным микроскопом.

Чтобы извлечь из смеси частицы с шириной, меньшей предельно допусти­мой по технологическим требованиям, применяют пробивные сита с круглыми отверстиями, каждое из которых представляет собой «предельный калибр». Для точного разделения смеси каждую частицу нужно подвергнуть испытанию - «примериванию» к отверстию в том положении, в котором измеряли ширину, т. е. ось измерения длины должна быть перпендикулярна поверхности сита.

Ситовое сепарирование по ширине частиц осуществляют обычно при коле­баниях наклонных плоских сит, по которым продукт перемещается слоем, толщи­на которого в несколько раз превышает толщину частиц.

Чтобы частица с шириной, меньшей, чем диаметр отверстия, просеялась через него, ей необходимо занять положение в нижнем слое и осью длины разместиться перпендикулярно поверхности сита. Выполнению первого условия благоприятст­вует увеличение плотности и уменьшение объема данной частицы по сравнению с плотностью и объемом окружающих частиц; выполнению второго условия благо­приятствует увеличение общей толщины слоя, высоты его подбрасывания над си­том, а также уменьшение коэффициента формы данной частицы.

Таким образом, основной признак разделения - не единственный, а резуль­таты сепарирования зависят не только от него, но и от параметров процесса. Дей­ствие второстепенных признаков может совпадать по направлению с действием основного признака разделения, а может быть ему противоположным.

В литературе по вопросам сепарирования и сепарирующих машин для зерна и продуктов его переработки принято связывать способы сепарирования, сепари­рующие машины и признаки различия частиц (табл.1). Условность такой взаи­мосвязи очевидна, но для предварительного выбора способа сепарирования и типа машины по заданным признакам различия она представляется полезной. В ряде случаев, когда несколько признаков различия оказывают соизмеримое влияние на результаты сепарирования, свойства частицы характеризуют косвен­но через параметр механического воздействия, определяющий направление дви­жения частицы при сепарировании. Такой косвенной характеристикой служит, например, скорость витания частицы в восходящем воздушном потоке, завися­щая от плотности, размеров, формы и состояния поверхности частицы.

Выбор способа сепарирования в зависимости от основных признаков разли­чия частиц разделяемых компонентов сыпучей смеси часто неоднозначен. На него влияют не только направленность действия сопутствующих признаков различия, но и ряд других факторов: место и значение данной операции сепари­рования в общем технологическом процессе предприятия, энергоемкость спосо­ба, требуемая производительность и т. д.

Влияние этих факторов можно видеть на примере очистки зерна пшеницы от равновеликих частиц минеральных примесей. Основной признак различия ком­понентов данной смеси - это плотность, которая у минеральных частиц вдвое больше, чем у зерен пшеницы, что позволяет очень точно разделять смесь в пневмосепарирующем канале по скорости витания.

Однако такой способ на предприятиях хранения и переработки зерна не применяют из-за чрезвычайно малой концентрации тяжелого компонента (ты­сячные доли процента) и больших затрат электроэнергии. Иначе говоря, в таком случае из смеси извлекали бы не минеральные примеси, а зерно. Поэтому на практике применяют машины, основанные на других, более экономичных спосо­бах: в основном вибропневматические камнеотделительные машины.

1. Классификация процессов сепарирования