Интенсификация процесса сепарации на каскадном решетном сепараторе

Одним из перспективных направлений повышения эффективности поточных машинных технологий является повышение качества процессов сепарации за счет применения сепараторов, разделяющих зерновые смеси по интенсивности просеивания [1]. Интенсивность просеивания имеет большое значение при рассмотрении процесса сепарации решетами. Подобно тому, как движение материальной точки определяется ее скоростью в каждый момент времени, так и процесс просеивания частиц через решето полностью определяется интенсивностью просеивания.

Таким образом, применение на стадии предварительной и первичной очистки универсальных воздушно-решетных каскадных сепараторов, сепарирующих по признаку интенсивности просеивания, обеспечивающих выделение за одну технологическую операцию более 60…70 % зерна, отвечающего требованиям базисных кондиций на продовольственное зерно, или более 50…60 % семян, отвечающих требованиям стандарта, позволяет существенно снизить себестоимость обработки, уменьшить производительность последующих машин, расположенных в линии, повысить качество сортирования и очистки зерна и семян.

В связи с тем, что интенсивность просеивания полностью определяет процесс сепарации, она зависит от физико-механических свойств зерновок и параметров решета, которые оказывают суммарное влияние на эффективность процесса сепарации. Факторы, определяющие интенсивность просеивания частиц µ(t), можно разделить на две группы [2]. Первую группу составляют физико-механические свойства (признаки) частиц a 1 , a 2 , …, a к , которые можно рассматривать как координаты вектора признаков, а в к- мерном пространстве: а=( a 1 , a 2 , …, a к ). Признаки a 1 , a 2 , …, a к оценивают все существенные для просеивания физико-механические свойства зерновок, такие как размеры, форма, фрикционные свойства, упругость и др.

Вторая группа – параметры решета – определяется вектором признаков b=(b 1 , b 2 , …, b m ).

Параметрами b 1 ,…, b m оцениваются свойства решета, которые оказывают влияние на просеивающую способность решета. К ним относится форма и размеры отверстий, их размещение, факторы кинематического режима движения решета, фрикционные свойства его поверхности и др.

Таким образом, интенсивность просеивания является функцией к+m-мерного пространства переменных:

µ(t)= F (a 1,…, a n, b 1,..., b m ). (1)

Зерновые смеси, поступающие на послеуборочную обработку, характеризуются комплексом физико-механических свойств, представляющих группу a , изменения которых в процессе послеуборочной обработки в большинстве случаев не происходит.

Поэтому основным направлением интенсификации процесса сепарации каскадных решетных сепараторов является совершенствование их основных технологических и конструктивных параметров.

С целью интенсификации процесса сепарации на каскадных решетных сепараторах провели сравнительные исследования способа подачи материала на решета при помощи дополнительного делительного решета «вертикальная подача», установленного над верхним решетом каскадного решетного сепаратора, и обычного способа, при котором зерновой материал подают сразу на верхнее решето каскадного решетного сепаратора «горизонтальная подача».

Эффективность выделения мелкой (короткой) и крупной (длинной) примесей определяли по формуле В.Г. и Г.В. Ньютонов:

E= max|ε⁽ⁱ⁾ – ε⁽⁰⁾|, (2) где ε⁽ⁱ⁾ - полнота просеивания мелкой (короткой) или соответственно крупной (длинной) примеси; ε⁽⁰⁾ - полнота просеивания основного зерна.

Этот показатель эффективности очистки зерна показывает не только полноту выделения мелких, крупных примесей, но и потери основного зерна в отходы.

Сопоставление теоретических данных с экспериментальными показало их хорошее соответствие (рис. 1).

Эксперимент проведен на решете с отверстиями диаметром 6,5 мм при подаче 15...30 т/ч∙м, частоте колебаний решетного стана 40...80 с^-1, амплитуде колебаний 7...9 мм, угле наклона решета 6...8°. Эксперименты проводили на зерновом материале, содержащем 91,2% чистого зерна пшеницы сорта Мироновская-808, 4,3% мелкой, 4,7% короткой и 3,7% длинной примесей. В качестве мелкой и короткой примесей использовали частицы зерновок пшеницы, расколотых вдоль и, соответственно, поперек, а длинных примесей - семена овса. Влажность зернового материала 14,5%. Масса используемого в опытах материала 150 кг.

Рисунок 1 - Зависимость эффективности выделения примесей каскадным решетным сепаратором от количества ярусов решет (а) и подачи материала (б) при разных способах загрузки:

1 - горизонтальная загрузка; 2 - вертикальная загрузка. Линии - расчетные данные; точки - эксперимент; ∆ - мелкая примесь;

• – короткая примесь,; - длинная примесь (овес)

Максимальная разница рассчитанного и экспериментального значений эффективности выделения примесей не выходит за пределы случайной ошибки опыта (5%). Она составляет, %: мелких частиц - 4,9 , коротких частиц - 4,3 и длинных (овса) - 3,8.

Анализ исследований показал, что эффективность выделения мелких и коротких примесей при «вертикальной загрузке» с увеличением количества ярусов решет в каскаде увеличивается в большей степени, чем при «горизонтальной загрузке». Эффективность выделения мелкого и короткого компонентов при «вертикальной загрузке» на каскаде решет из 12 ярусов является достаточно высокой - 0,92, которая при «горизонтальной загрузке» достигается только на каскаде из 20 решет (рис. 1 а). Максимальная эффективность выделения длинных примесей при «горизонтальной загрузке» на каскаде, содержащем даже 25 решет, не превышает 0,85, что при «вертикальной загрузке» достигается уже при 8...9 решетах.

С увеличением производительности каскадного сепаратора эффективность выделения мелких и коротких примесей уменьшается как при горизонтальной, так и при вертикальной загрузках, причем разность между значениями эффективности разделения для сравниваемых способов с ростом производительности сепаратора растет (рис. 1 б). Эффективность выделения мелких и коротких примесей каскадным сепаратором, состоящим из 15 ярусов, при производительности 15 т/ч∙м и горизонтальной загрузке составляет 0,83...0,85, которую при вертикальной загрузке можно достичь при производительности 25 т/ч.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили, что применение «вертикальной загрузки» в каскадном решетном стане позволяет уменьшить количество ярусов решет на 35...42% и повысить производительность сепараторов в 1,3...1,5 раза.

Экспериментальные исследования по применению «вертикальной загрузки» проводили на экспериментальной установке - каскадном решетном сепараторе (рис. 2).

Рисунок 2 - Общий вид каскадного решетного сепаратора

Одним из эффективных способов повышения просеиваемости разделяемых компонентов на решетах и особенно на каскадных сепараторах является оптимизация кинематического режима работы решет.

Рассмотрим полноту просеивания ее однородных частиц i-го компонента зерновой смеси по длине однородного решета при подаче материала слоем небольшой толщины, которая определяется выражением:

ε i = 1 – e ^-µix,                                                  (3)

где µ i - интенсивность просеивания i-го компонента, дм^-1; x – длина решет, дм.

Из (3) находим:

µ i = -1/x ln(1- ε i ).                                            (4)

Если в формулу (4) подставить полученные в эксперименте значения х и соответствующие им значения ε i , можно видеть, что интенсивность просеивания на начальных участках решета для всех компонентов смеси максимальная, а с увеличением расстояния от начала решета уменьшается. Это связано с тем, что примесь и основное зерно неоднородны. Таким образом, можно разделить компоненты зернового материала, имеющие различия по интенсивности просеивания на каскадном решетном сепараторе.

Выводы

Анализ проведенных экспериментальных исследований на каскадном решетном сепараторе показал, что одновременно можно выделить мелкие, короткие и длинные примеси за одну технологическую операцию.

Кроме того, исследования подтвердили, что применение «вертикальной загрузки» в каскадном решетном стане позволяет уменьшить количество ярусов решет на 35...42% и повысить производительность сепараторов в 1,3...1,5 раза.