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
Признаки различия | Способ | Название | Характерные случаи | |
сепарирования | машин | применения | ||
основные | сопутствующие | |||
Длина | Форма | Триерование | Триеры | Очистка зерна пшеницы |
от овсюга и куколя. | ||||
Извлечение ядра из про- | ||||
дуктов шелушения овса | ||||
Ширина | Плотность, | Просеивание на | Зерноочиститель- | Фракционирование |
форма (длина) | колеблющихся | ные сепараторы | зерна пшеницы. | |
ситах с круглыми | (ситовая часть), | Очистка зерна различ- | ||
и квадратными | скальператоры, | ных культур от крупных | ||
отверстиями | центрофугоры, | и мелких примесей | ||
просеивающие | ||||
машины | ||||
Толщина | Плотность, | Просеивание на | Зерноочиститель- | Очистка зерна от мел- |
форма | колеблющихся | ные сепараторы | ких тяжелых примесей - | |
ситах с прямо- | (ситовая часть), | подсева | ||
угольными удли- | скальператоры, | |||
ненными отвер- | центрофугоры, | |||
стиями | просеивающие | |||
машины | ||||
Плотность | Размеры, | Вибрационное | Вибропневматиче- | Очистка зерна различ- |
частиц и | форма | перемещение в | ские камнеотдели- | ных культур от органи- |
коэффици- | аэрируемом слое | тельные машины, | ческих и минеральных | |
ент трения | без просеивания | пневмосортиро- | примесей. | |
вальные столы | Разделение продуктов | |||
шелушения крупяных | ||||
культур с выделением | ||||
ядра | ||||
Скорость | Состояние | Пневматическое | Воздушные сепара- | Очистка зерна от легких |
витания | поверхности | (воздушное) сепа- | торы, аспирацион- | примесей, извлечение |
(плотность, | рирование | ные колонки, пнев- | щуплого зерна | |
размеры) | моканалы зерно- | |||
очистительных | ||||
сепараторов | ||||
Скорость | Форма | Ситовеечный | Ситовеечные | Сепарирование продук- |
витания, | процесс | машины | тов измельчения зерна | |
размеры | (обогащение), т. е. отбор | |||
по содержанию эндос- | ||||
перма | ||||
Размеры | Плотность, | Просеивание на | Рассевы мельнич- | Сепарирование продук- |
форма | горизонтальных | ные и крупяные, | тов измельчения зерна | |
ситах с круговыми | просеивающие | на мукомольных заво- | ||
поступательными | машины с плоски- | дах и сепарирование | ||
колебаниями в | ми и цилиндриче- | продуктов шелушения | ||
горизонтальной | скими ситами | на крупяных заводах | ||
плоскости | ||||
Упругость | Плотность, | Виброударное | Падди-машины, | Извлечение ядра из |
и коэффи- | форма | сепарирование | крупоотделители | продуктов шелушения |
циент удар- | риса и некоторых дру- | |||
ного трения | гих крупяных культур | |||
Форма, плот- | Размеры | Вибрационное пе- | Ячеистые се- | Извлечение ядра |
ность, коэффи- | ремещение по ячеи- | парационные | из продуктов шелуше- | |
циент трения | стым плоским | столы | ния крупяных культур | |
поверхностям | ||||
Размеры, ко- | Форма | Просеивание на | Сортирующие | Отбор ядра из продук- |
эффициенты | неподвижных на- | горки | тов шелушения риса, | |
трения, плот- | клонных ситах | овса | ||
ность | ||||
Магнитная | Размеры, ко- | Магнитное | Магнитные | Очистка зерна и про- |
восприимчи- | эффициент | сепарирование | сепараторы | дуктов его переработки |
вость | трения | от металломагнитных | ||
примесей | ||||
Цвет | Форма | Сортирование | Многоканаль- | Разделение на фракции |
по цвету | ные оптико- | по цветовым характе- | ||
электронные | ристикам зерен | |||
сортировщики |