Практическое занятие № 3.

Тема: Сортирование.

Цель работы:Анализ работы машин и исследование основных характеристик процессов по сортированию твердых тел.

Порядок выполнения работы:

15. Записать в тетради тему практической работы.

16. Ознакомится с конструкцией и принципом действия машин для просеивания.

17. Ознакомление с основными параметрами этих машин и методикой расчета.

18. Произвести сравнительный анализ просеивающих машин.

19. Записать вывод о проделанной практической работе.

20. Ответить на контрольные вопросы.

Содержание работы:

Для разделения смеси зернистых материалов на фракции с узкими пределами размеров частиц применяются три вида клас­сификаций:

механическая, которая заключается в рассеве сыпучих мате­риалов на ситах, решетах или других устройствах. При механи­ческой классификации через отверстия рассеивающего устройст­ва проходят частицы материала, размеры которых меньше раз­меров отверстий. Не прошедшие через сита куски или частицы направляются на дополнительное измельчение;

гидравлическая классификация — разделение смеси твердых частиц на фракции в зависимости от скорости оседания частиц в жидкости;

воздушная сепарация — разделение смеси твердых частиц на фракции в зависимости от скорости отстаивания частиц в воз­духе.

Классификация применяется как вспомогательная операция для удаления мелочи перед измельчением материала, а также при возврате крупных частиц материала на повторное измель­чение и в качестве самостоятельной операции — для выделения готового продукта заданного фракционного состава.

Машины для просеивания. Машины с неподвижными ситами применяют сравнительно редко. На хлебозаводах для отделения муки от случайных примесей (волокон от мешков, обрывков шпага­та, комков муки и т. п.) применяют просеивающие машины с ситом в виде наклонного цилиндрического желоба. Муку вдоль желоба перемещает шнек, оснащенный щетками или бичами.

Просеивающие машины с подвижными ситами делятся на две группы: машины с плоскими горизонтальными или наклонными ситами и машины с вращающимися цилиндрическими ситами, на­зываемые обычно буратами. Название «грохот» для просеивающих машин, принятое в химической, горнодобывающей и других отрас­лях промышленности, в пищевых производствах практически не используется.

Схема простейшего устройства для просеивания с плоским кача­ющимся ситом изображена на рис. 1. Сито 1 закреплено в корпу­се 2, подвешенном на четырех гибких подвесках 3. Возвратно-по­ступательное движение сита обеспечивает кривошипно-шатунный механизм 4.

 

Рис. 1. Схема плоского качающегося сита:

1 – сито; 2 – корпус; 3 – подвески; 4 – кривошипно шатунный механизм.

 

Рис. 2. Силы, действующие на частицу на качающем сите

 

На частицу, находящуюся на поверхности сита (рис. 2.), действуют следующие силы:

сила тяжести

G = mg;

сила трения

T = f G,

где f - коэффициент трения частицы о сито;

сила инерции

I = m a

 

где а — ускорение, с которым движется частица, м/с².

 

На мукомольных предприятиях для сортирования продуктов по­мола применяют машины с круговым поступательным движением сит (рассевы). Сита в рассевах совершают круговое движение, но не вращаются вокруг вертикальной оси, а перемещаются по окруж­ности. Подобным образом движется решето в руках хозяйки, просе­ивающей муку.

Для очистки крупы, муки и других сыпучих материалов от ком­ков и случайных примесей применяют бураты — машины с ци­линдрическими или коническими вращающимися барабанами. Поверхность барабана выполнена из сита. Ось бурата с коническим барабаном (рис. 3.) расположена горизонтально, а с цилиндри­ческим — с наклоном 5...10⁰ к горизонту. Под действием силы тяже­сти при вращении барабана материал перемещается вдоль сита. Проход ссыпается в приемный желоб, установленный под бараба­ном, и с помощью шнеков удаляется из машины. Отделенная при­месь сходит с нижнего края цилиндра и высыпается из машины. Чем выше частота вращения барабана, тем больше производитель­ность бурата. Однако с увеличением частоты вращения возрастает центробежная сила, прижимающая материал к внутренней поверх­ности барабана. При определенной частоте вращения материал мо­жет так прижаться к барабану, что начнет вращаться вместе с ним, перестав перемещаться вдоль сита. Эту предельную частоту враще­ния барабана можно определить, рассматривая условия равновесия частицы на поверхности вращающегося сита (рис. 3.1). Пусть рас­сматриваемая частица занимает крайнее верхнее положение. Усло­вием ее равновесия является равенство двух действующих на части­цу сил: силы тяжести G и центробежной силы С:

G = C.

 

Выражая эти силы через массу m и соответствующие ускорения, получим

m g = m ω ² r

где ω — угловая скорость вращения барабана, 1/с; r— радиус барабана, м.

Поделим уравнение на m и выразим угловую скорость че­рез частоту вращения: ω = π n /30. Получим

 

g = π ² n²

900 r

 

Принимая g = π ², находим частоту вращения барабана (об/мин), при которой частица вращается вместе с ним:

 

n = 30/ √ r

Для успешной работы бурата частица не должна подниматься выше половины высоты барабана, поэтому принимают рабочую частоту вращения

n_p= (0,3...0,5) n , т. е. n = 30/ √ r

 

Основной недостаток описанной конструкции состоит в том, что всегда работает только нижняя половина вращающегося сита. Этого недостатка лишены центробежные бураты, в которых вращается не только барабан, но и специальные бичи внутри барабана.

Материал, прижатый к внутренней поверхности барабана, подни­мается вместе с ним на некоторую высоту, а затем падает на быстро вращающиеся бичи, которые разбрасывают материал по поверхности всего сита, увеличивая производительность машины. Просеянный продукт и отделенные примеси выводятся из машины, как у обычного бурата.

 

Разделение в триере. Машины, разделяющие частицы по форме (триеры), применяют для очистки зерна от сорных примесей, имеющих те же, что и зерно, размеры в поперечном сечении, но обладающих большей или меньшей длиной. Вращающийся барабан триера на внутренней поверхности имеет ячейки полусферической формы. В эти ячейки попадают округлые частицы примеси или частицы дробленого зерна. Частицы эти в ячейках поднимаются вместе с вращающимся барабаном и падают в приемный желоб, установленный в верхней половине барабана. Зерна могут также захватываться ячейками, но благодаря своей длине они вываливаются при подъеме. Увеличение поверхности с ячейками, а значит, и производительности машины достигается путем замены барабана на диски с ячейками на поверхности, установленные параллельно на одном валу. Такой дисковый триер изображен на рис. 4. Рабочий орган триера состоит из ряда кольцевых дисков, на боковых поверхностях которых имеются ячейки.

 

 

Рис. 3. Бурат:

1 — шнек-питатель; 2 — кожух; 3 — коничес­кий барабан (сито); 4 — шнек

 

Рис. 3.1. Силы, действую­щие на частицу, вращаю­щуюся вместе с барабаном

 

 

- Зерно

- Длинные примеси

- Минеральные примеси

 

Рис. 4. Схема дискового триера:

1 — приемное устройство; 2— рабочий диск; 3, 5, 7—заслонки; 4 - ковшовое колесо; 6— вал;

I — исходное зерно; II — очищенное зерно; III— длинные примеси; IУ— минеральные примеси.

Форма, размеры ячеек и угловая скорость вращения дисков подобраны таким образом, что короткие приме­си, содержащиеся в обрабатываемой зерновой массе, захватывают­ся ячейками, поднимаются вверх и при определенном угле поворо­та, зависящем от частоты вращения дисков и от коэффициента тре­ния частиц о диск, выпадают из ячеек на наклонные лотки и выво­дятся из машины. Длинные зерна тоже захватываются ячейками, но занимают в них неустойчивое положение и выпадают из ячеек при меньшем угле поворота дисков. При движении зерна вдоль машины количество коротких примесей в нем снижается.

Подобным же образом работает триер, отбирающий зерна овсю­га из зерновой массы. Роль коротких примесей в этом случае выпол­няет основная культура — зерна пшеницы, ячменя и др.

Пневматическое и гидравлическое сортирование. Издавна кресть­яне использовали ветер для очистки зерна от шелухи. Этот процесс назвали провеиванием, а устройства для его осуществления — веял­ками. Поясним принцип провеивания (сортирования в воздушном потоке) на простой схеме (рис. 5.). Пусть зерно с примесями падает сверху, а поток воздуха направлен горизонтально. На каж­дую отдельную частицу действуют две силы: сила тяжести G = mg и сила F, уносящая частицу вместе с потоком.

S — площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную направлению движения; называется площадью Миделева сечения, м²; w_вит — скорость витания, м/с.

Остановимся на вновь введенном понятии «скорость витания». Если струя воздуха направлена снизу вверх, то частица, попавшая в струю, либо поднимается вверх, либо опускается вниз в зависимос­ти от скорости струи. Одинаково возможен и третий случай, когда частица находится в равновесии, т. е. сила тяжести равна силе, с которой струя действует на частицу. При этом частица «витает», не­много поднимаясь, а затем немного опускаясь в струе. Скорость воздуха, при которой наблюдается такое равновесие, называют ско­ростью витания w_вит. Равнодействующая от сложения сил G и F рис. 5, б) направлена под углом к горизонту, и чем больше сила G преобладает над F, тем круче угол падения частицы. Поэтому легкие частицы упадут на горизонтальную поверхность дальше, чем тяжелые.

Машины, на которых осуществляется пневматическое сортирование, называют воздушными сепараторами. Воздуш­ные сепараторы существуют не только в виде самостоятельных ма­шин, но и в виде пневмосепарирующих устройств, входящих в другие зерноочистительные машины, дробилки и т. п. Воздушные сепараторы встраивают в пневмотранспортные установки, в этом случае их называют пневмоаспираторами.

При сортировании в неподвижной жидкости более легкие части­ки всплывают на поверхность, а тяжелые опускаются на дно. Гидравлическое сортирование может осуществляться в потоке жидко­сти с использованием динамичес­кого воздействия потока на частицу, как при пневматическом сепарировании. Схема гидравлического сортирования показана на рис. 2.17. Примером гидравлического сепаратора может служить машина для сортирования зеленого горошка по степени спелости, используемая в консервной промышленности. В этой машине, вначале в растворе пова­ренной соли, смесь разделяется на два потока. Более зрелый горошек оседает в растворе, а зеленый всплывает к поверхности. Затем эти потоки направляются на вра­щающиеся ситовые барабаны, где от горошка отделяются ра­створ и мелкая примесь. С одно­го барабана сходит зрелый горошек, а с другого — недозревший.

 

Рис. 5. Схема сортирования в воздушном потоке:

- разделение частиц на две фракции; б— вита­ние частицы

 

 

 

Рис. 6. Схема гидравлического сортирования:

1 — бункер; 2 — ванна с раствором соли; 3 — ситчатый барабан для отделения легкой фрак­ции; 4— циркуляционный насос; 5 — сбор­ник соляного раствора; 6— ситчатый барабан для отделения тяжелой фракции

 

Пневматическое и гидравлическое сортирование можно осуще­ствить в

циклонах и гидроциклонах.

Отделение металлических примесей. Случайные металлические предметы, попавшие в перерабатываемое сырье, могут вызвать по­ломку рабочих органов измельчающих машин. Поэтому отделению металлических примесей в производстве придают особое значение. Простейшее устройство для отделения металлов — магнит­ный сепаратор (рис. 7), составленный из постоянных маг­нитов. Такие сепараторы устраивают в наклонных желобах, по ко­торым перемещается сырье. Задерживаемые металлические пред­меты периодически удаляют вручную.

 

 

 

Рис. 7. Схема магнитного сепаратора с постоянными магнитами:

1 — корпус; 2— крышка люка для ручной очи­стки магнитного экрана; 3— регулирующая заслонка с противовесом; 4 — магнитный экран; 5— блок магнитов.

 

 

Рис. 8. Схема работы барабанного электромагнитного сепаратора:

1— сепаратор; 2 — лента транспортера; 3 — бункер

 

Более совершенны электромагнитные сепараторы, в которых плотность магнитного потока зависит от силы тока, питающего катушки. Электромагнитные сепараторы, имеющие сильное магнитное поле, устраивают под лентами транспортеров. Схема барабанного электромаг­нитного сепаратора для отделе­ния металлической примеси от сахарной свеклы изображена на рис. 8. Электромагниты этого сепаратора смонтированы в ве­дущем барабане ленточного транспортера, подающего свек­лу. Стальные диски, составляю­щие барабан, разделены между собой катушками, покрытыми по периферии латунными кольцами.

Катушки последовательно включены в цепь постоянного тока напряжением 120 В. Сталь­ные и другие магнитные предме­ты притягиваются к барабану че­рез транспортерную ленту, оги­бающую барабан. Свекла с транспортера сходит на наклон­ный лоток, а металлические при­меси сбрасываются с нижней ветви ленты транспортера после схода ее с барабана, где действие магнитного поля прекращается.

Пути интенсификации сорти­рования и снижения энергозатрат. Дальнейшее совершенствование оборудования для сортирования сыпучих материалов связано прежде всего с улучшением ос­новных рабочих органов. Промышленность осваивает производ­ство новых ситовых полотен, среди которых отметим ячеистые и клинообразные сита. Эффективно применение механических виб­раций при воздушной и гидравлической сепарации, так как образо­вание псевдоожиженного состояния здесь достигается при мень­ших затратах энергии. Удачно сочетание двух принципов разделе­ния в ситовеечных машинах, применяемых в мукомольной про­мышленности. В них происходит просеивание частиц по размерам и одновременно частицы разделяются по плотности, что позволяет получить разные по своим качествам фракции одного и того же размера.

 

Контрольные вопросы и задания.

1. Назовите известные вам способы сортирования зерна.

2. Какие сита используют в пищевой промышленности?

3. Как оценить эффективность просеивания?

4. Объясните принцип работы триера.

5. Как отделяют металлические примеси?

6. В каких случаях применяют гидравлическое сортирование?