 |
Процессs сортирования сыпучих материалов и оборудование для
|
|
|
|
Сортирования
Сущность сортировочного процесса заключается в разделении сыпучих пищевых материалов на фракции, различающиеся качеством частиц (сортирование) и величиной частиц (калибрование), а также в отделении сыпучих продуктов от посторонних примесей.
Основным механическим рабочим органом сортировочного оборудования являются сита, которые по способу изготовления делятся на штампованные и тканые.
Часть сыпучего материала с размерами меньше размеров ячеек сита и проходящих через ситовую поверхность, называется проходом, а частицы, не проходящие сквозь отверстия сита, называются сходом.
Дисперсность сыпучей смеси оценивается с помощью ситового анализа, для чего пробу смеси пропускают через ряд сит, отличающихся друг от друга размером отверстий, и определяют количество продукта, находящегося на каждом сите. Далее, откладывая на оси абсцисс размер отверстий сита, а на оси ординат массу фракции, находящейся на сите в процентах от первоначальной пробы, строят кривую дисперсности смеси (рис.2.18).
Для осуществления процесса разделения сыпучего материала необходимо выполнить основное условие просеивания – скольжение частиц продукта по поверхности сита. При этом происходят одновременно две стадии сепарирования:
- самосортирование, заключающееся в перемещении частиц с меньшими размерами и меньшим значением коэффициента трения из верхних слоев в нижние к поверхности сита;
- собственно просеивание частиц, происходящее при относительном движении их по ситу.
Рис. 2.18 Распределение частиц смеси по крупности при ситовом анализе
Пневмосортирование основано на различии сопротивлении, оказываемом отдельными частицами воздушному потоку. В восходящем потоке сила тяжести 
и сила сопротивления движению 
, действующие на частицу, противоположны по направлению. При 
частица движется вниз, при 
- верх, а при 
наблюдается процесс витания частиц. Эффективность пневмосортирования зависит от средней скорости воздушного потока, его равномерности, физико-механических свойств смеси, конструктивных особенностей оборудования и других факторов.
|
|
|
Просеивающее оборудование, применяемое в пищевой промышленности, классифицируется на следующие виды:
- по конструкции ситовой поверхности (плоские и барабанные сита);
- по способу получения движения продуктов (с неподвижными ситами, с возвратно-поступательным, круговым и вибрационным движением сит, с горизонтальной и вертикальной осью вращения сита);
- по конфигурации ситовой поверхности (цилиндрические, конические, призматические).
Схемы просеивателей представлены на рис. 2.19.
Рис. 2.19 Схемы просеивания сыпучих частиц
а, б – с вращающимся ситом, в – с неподвижным ситом, г – с плоским ситом
1 – продукт, 2 – проход, 3 – сито, 4 – шнек, 5 – ворошитель, 6 – крышка
Определим частоту колебаний плоского сита, для чего рассмотрим условия движения элементарной частицы на этом сите.
Из рис. 2.20 видно, что на частицу в состоянии покоя действует сила тяжести 
, которая раскладывается на две составляющих – силу нормального давления 
, которая прижимает частицу к поверхности сита, и тангенциальную силу 
, побуждающую частицу к перемещению по наклонной плоскости сита. Перемещению частицы препятствует сила трения, равна 
.
Частица будет находиться в покое при условии 
, т.е. 
. Учитывая, что 
, где 
- угол трения, то при 
частица будет находиться на сите в покое.
Рис. 2.20 Схема действующих на частицу сил в состоянии ее покоя
Для перемещения частицы материала по поверхности сита ему необходимо сообщить периодические колебания, которые приведут к возникновению еще одной силы, воздействующей на частицу – силе инерции. Если ускорение сита равно 
, где 
- угловая скорость вращения кривошипа или эксцентрика, 
- угол его поворота, то сила инерции будет равна 
. Эта сила, также как и сила тяжести частицы, раскладывается на две составляющие: продольную 
и нормальную 
.
|
|
|
При периодическом движении наклонного сита на упругих подвесках нормальная составляющая силы инерции 
будет менять направление (рис. 2.20).
а) б)
Рис. 2.20 Схема действия сил на отдельную частицу при возвратно-поступательном движении плоского сита
Условие движения частицы вниз (рис. 2.20б) 
или 
. Подставив значения сил, получим выражение 
(1). Можно видеть, что сила 
будет максимальной при 
. После преобразований (1), учитывая, что , получим выражение для минимального числа колебаний сита, при котором будет сохраняться скольжение частицы 
.
При увеличении числа колебаний сита возможен случай движения частиц вверх по ситовой поверхности. Это произойдет при условии 
. Из этого условия следует, что 
. Таким образом, число колебаний плоского сита должно находиться в пределах 
.
Рассмотрим условия просеивания сыпучих частиц на плоском сите. Задача формулируется следующим образом: необходимо определить размеры отверстий сита и критическую скорость относительного движения частицы 
радиуса 
, обеспечивающих ее просеивание с учетом сопротивления среды [32].
В начале свободного движения частицы на краю отверстия сита 
и 
(рис.2.22).
Рис.2.22 Схема просеивания частицы на плоском сите
Просеивание частицы обеспечивается в случае, если при 
. В начале свободного движения частицы при 
и 
.
Уравнение пологой траектории движения частицы на сите 
, где 
- коэффициент парусности частицы При 
уравнение просеиваемости частицы имеет вид 
, из которого критическая скорость просеиваемости будет равна 
[32].
Пример: Требуется определить критическую скорость просеивания при радиусе частицы 
мм, длине отверстия 
мм и коэффициенте парусности частицы 
м-1.
По формуле акад. В.П.Горячкина критическая скорость частицы без сопротивления среды равна 
= 1,09 м/сек. Разлагая выражение 
в ряд и ограничиваясь тремя членами разложения 
, формула (1) приводится к виду 
= 1,1 м/сек.
|
|
|
Из приведенного примера можно видеть, что влияние сопротивления среды на критическую скорость просеивания при малых значениях и 
незначительно. С увеличением этих величин соответственно будет возрастать и скорость 
.
Просеиваемость частиц во вращающемся ситовом барабане зависит от скорости частицы , скорости вращения барабана и ширины отверстий 
, где 
- внутренний диаметр барабана, 
- число отверстий по окружности барабана, 
- длина по окружности барабана между отверстиями (рис.2.23).
Рис 2.23. Схема движения частицы в ситовом барабане
Движение частицы является свободным и описывается уравнениями системы
.
Эти уравнения используются для определения параметров и режимов работы ситового барабана. За время прохождения частицей пути вертикально вниз внутренние точки барабана должны пройти расстояние 
. Для ситового барабана условие просеиваемости можно записать в виде 
, где 
- время прохождения частицей пути , 
- время прохождения внутренней точкой барабана расстояния .
На частицу, находящуюся внутри вращающегося барабана действует центробежная сила 
, где - масса частицы, 
- окружная скорость барабана, - радиус вращения барабана. Кроме центробежной силы на частицу будет действовать сила трения и сила тяжести (рис. 224).
Из уравнения равновесия сил 
, где 
- угол подъема частицы (
), при замене 
на 
и на 
, находится при заданном значении угла подъема число оборотов барабана.
Рис. 2.24 Силы, действующие на частицу в ситовом барабане
Число оборотов барабана принимают равным 
.
На рис. 2.25 в качестве примера приведено устройство мукопросеивателя барабанного типа модели МП, который предназначен для просеивания и аэрации муки всех сортов, а также для просеивания крахмала, сахарного песка, соли и дробленых круп. При включении привода вращение от приводного вала через коническую передачу получает барабан. Частицы продукта центробежной силой отбрасываются к стенкам сита и проходят сквозь них. Крупные частицы остаются внутри барабана.
|
|
|
Рис. 2.25 Мукопросеиватель модели МП
1 – бункер, 2 – шпилька, 3 – втулка, 4 -, 8 – крышка, 5 – подшипник, 6,9 – конические шестерни, 7 – вал, 10- вал барабана, 11 – манжета, 12 – днище, 13 – ситовый барабан, 14 – рассекатель, 15 – корпус, 16 – скребок, 17 – гайка
|
|
|
