2.3.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