Мукомольная промышленность

Пневматические сепараторы

Аэродинамическое (воздушное) сепарирование применяют для отделения воздушным потоком примесей, отличающихся от зерна основной культуры аэродинамическими свойствами. К таким примесям, которые называют легкими, относят цветочные оболочки, части стеблей и колосьев, семена сорных растений, щуплые зерна основной культуры, пыль и т.д.

Принцип воздушной сепарации основан на различии аэродинамических свойств зерна и примесей. Основной показатель аэродинамических свойств компонентов разделяемой смеси — скорость витания.

Если в вертикальный воздушный поток поместить несколько частиц зерновой смеси, то каждая из них будет находиться под действием силы тяжести G, приложенной к центру тяжести, и силы сопротивления R, равной подъемной силе воздушного потока при движении частицы вверх либо динамическому сопротивлению воздушной среды при движении частицы вниз.

В вертикальном восходящем потоке воздуха силы тяжести и силы сопротивления, действующие на частицу, всегда направлены в противоположные стороны, в связи с чем существует три возможных случая (рисунок 1):

  1. R1 > G1 — частица движется вверх;
  2. R2 = G2 — частица в равновесии;
  3. R3 < G3 — частица движется вниз.

 

Рисунок 1 - Разделение зерновой смеси по скорости витания частиц: V - абсолютная скорость частицы; U - скорость воздушного потока
Рисунок 1 — Разделение зерновой смеси по скорости витания частиц: V — абсолютная скорость частицы; U — скорость воздушного потока

Скорость, при которой частица находится во взвешенном состоянии, называют критической скоростью или скоростью витания υ0.

Разные скорости витания компонентов смеси служат показателем возможности их разделения. Чем больше разность между значениями скоростей витания компонентов, тем точнее может быть разделена данная смесь.

Способность частицы сопротивляться воздушному потоку называется парусностью и определяется формулой  П = F/Q, где F — площадь наибольшего сечения частицы, см2; Q — масса частицы, г.

Основные параметры пневмосепаратора, обеспечивающие эффективность очистки зерна и четкость сепарирования, — это удельная зерновая нагрузка, размеры пневмосепарирующего канала, скорость воздушного потока, равномерность распределения зерновой смеси по каналу и потери давления в пневмосепараторе.

Удельная зерновая нагрузка

Для разных машин в зависимости от назначения, вида обрабатываемой культуры и конструкции канала она колеблется в широких пределах. Однако для эффективного ведения процесса удельная нагрузка не должна превышать 200…220 кг/(ч ∙ см) даже при максимальной ширине канала (до 200 мм). Для достижения высокой эффективности пневмосепарирования не следует принимать удельные нагрузки выше 150…160 кг/(ч ∙ см). Скорость и перемещение зерновки в пневмосепарирующем канале приближенно определяются по эмпирическим формулам.

Размеры пневмосепарирующего канала

Пневмосепарирующий канал характеризуется шириной, высотой от места поступления зерна в канал до поворота в осадочное устройство, высотой от места поступления воздуха в канал до места поступления в него зерна и углом ввода сепарируемой смеси в канал. Длину пневмосепарирующего канала выбирают по оптимальной удельной зерновой нагрузке и заданной производительности. С увеличением ширины канала эффективность очистки возрастает, достигая некоторой максимальной величины. При дальнейшем увеличении ширины канала она снижается, так как приходится уменьшать скорость воздуха, обеспечивающую регламентированную четкость сепарирования.

Скорость воздушного потока

Эффективность очистки зерна воздушным потоком зависит от начальной скорости поступления зерна в пневмосепарирующий канал и средней скорости воздушного потока. Оптимальная начальная скорость 0,2…0,4 м/с. С повышением средней скорости воздушного потока эффективность очистки увеличивается до известного предела, после чего зерно переходит в «кипящее» состояние, при котором резко возрастает унос нормального зерна в отходы.

Направление скорости также влияет на эффективность сепарирования. Горизонтальное положение вектора скорости входа зерновок и примесей в канал повышает эффективность сепарирования на 12…15%. Это объясняется, с одной стороны, более пологой траекторией частиц в канале, при которой создаются лучшие условия выделения легких частиц, и, с другой стороны, некоторым замедлением движения, способствующим их выделению в зоне сепарирования.

Пневматические и воздушные сепараторы (аспираторы) применяют для отделения воздушным потоком примесей, отличающихся от зерна основной культуры аэродинамическими свойствами. К таким примесям, которые называют легкими, относят цветочные оболочки, части стеблей и колосьев, полову, семена сорных растений, щуплые зерна основной культуры, пыль и т. д. Воздушные сепараторы находят применение на крупяных заводах при сепарировании продуктов шелушения крупяных культур.

Пневматические и воздушные сепараторы подразделяют на две группы с замкнутым и разомкнутым циклом воздуха. Воздушные сепараторы с разомкнутым циклом воздуха называются аспирационными колонками.

Основным недостатком аспирационных колонок является большое влияние их работы на воздухообмен в рабочем помещении. К их достоинствам относится использование относительно чистого воздуха, забираемого из помещения для пневмосепарирования.

Воздушные сепараторы с замкнутым циклом воздуха носят название аспираторы. Циркулирующий в машине воздушный поток не оказывает влияния на воздухообмен в помещении. В этом главное достоинство аспираторов.

В воздушных сепараторах с комбинированным циклом воздуха до 10% воздуха обновляется. Они не оказывают большого влияния на воздухообмен в рабочем помещении, как это имеет место в аспирационных колонках, и в то же время процесс пневмосепарирования осуществляется в них более чистым воздухом, чем в аспираторах.

Воздушный сепаратор РЗ-БАБ

Сепаратор РЗ-БАБ предназначен для очистки зерна от легких примесей.

Приемная камера 12 сепаратора (рисунок 2) сварной конструкции имеет отверстие в верхней части для поступления зерна. Корпус изготовлен из листовой стали в виде вертикального прямоугольного канала. Его основание сварено из уголков. На боковинах сепаратора по всей высоте расположены смотровые окна 1. Задняя стенка имеет жалюзи 8 для поступления воздуха в пневмосепарирующий канал. Внутри корпуса установлена подвижная стенка 5, которая с передней стенкой корпуса образует пневмосепарирующий канал 6. Подвижная стенка состоит из верхней и нижней частей, шарнирно соединенных между собой. Положение обеих частей регулируют штурвалами 4 и 9 так, что можно устанавливать различную скорость воздуха в верхней и нижней частях пневмосепарирующего канала. В верхней части пневмосепарирующего канала установлена дроссельная заслонка 2 для регулирования расхода воздуха. Ее положение фиксируют штурвалом 3. Вибролоток 11 сварной конструкции обеспечивает подачу зерна в пневмосепарирующий канал. Резиновая накладка вибролотка служит днищем приемной камеры. С корпусом лоток соединен резиновыми подвесками и пружинами 7, которые обеспечивают необходимый подпор  зерна в приемной камере независимо от нагрузки, что предотвращает подсос воздуха в пневмосепарирующий канал. Для установления начальногозазора между вибролотком и приемной камерой служит ось с ограничителем хода 13. Это винтовое устройство, на которое опирается вибролоток 11. Вибролоток приводится в колебательное движение инерционным вибратором 10, который представляет собой электродвигатель с дебалансными грузами. Изменяя их положение, увеличивают или уменьшают амплитуду колебаний вибролотка в пределах 1,5…2,5 мм. На боковой стенке  корпуса расположена люминесцентная лампа, освещающая пневмосепарирующий канал, что облегчает визуальный контроль и регулирование рабочего процесса. Сепаратор устанавливают на подставке, которую крепят к перекрытию этажа.

1 - смотровое окно; 2 - дроссельная заслонка; 3 - штурвал заслонки; 4, 9 - штурвалы подвижной стенки: 5 - подвижная стенка; 6 - пневмосепарирующий канал; 7 - пружина; 8 - жалюзи; 10 - вибратор; 11 - вибролоток; 12 - приемная камера; 13 - ограничитель хода; 14 - станина; 15 - конус выпускной; 16 - подвеска; 17 - отверстие для аспирации; 18 - патрубок приемный; 19 - корпус Рисунок 2 - Общий вид (а) и схема (б) воздушного сепаратора РЗ-БАБ
1 — смотровое окно; 2 — дроссельная заслонка; 3 — штурвал заслонки; 4, 9 — штурвалы подвижной стенки: 5 — подвижная стенка; 6 — пневмосепарирующий канал; 7 — пружина; 8 — жалюзи; 10 — вибратор; 11 — вибролоток; 12 — приемная камера; 13 — ограничитель хода; 14 — станина; 15 — конус выпускной; 16 — подвеска; 17 — отверстие для аспирации; 18 — патрубок приемный; 19 — корпус
Рисунок 2 — Общий вид (а) и схема (б) воздушного сепаратора РЗ-БАБ

Технологический процесс в воздушном сепараторе

Технологический процесс в воздушном сепараторе происходит следующим образом. Зерно поступает в приемную камеру 12, затем на вибролоток 11. Подпор зерна препятствует подсосу воздуха в приемную камеру. Вибролоток не только выравнивает слой зерна по всей длине пневмосепарирующего канала, но и способствует расслоению зерновой смеси так, что легкие примеси перемещаются в верхний слой. Это способствует более эффективному их выделению воздухом. Кроме того, подвижную стенку 5 в нижней части устанавливают в такое положение, чтобы слой зерна, сходящего с вибролотка 11, был практически горизонтальным. Все это создает оптимальные условия для пневмосепарирования. Основное количество воздуха, проходя под вибролотком 11, объединяется с воздухом, поступающим через жалюзи задней стенки, и пронизывает слой зерна. Дополнительное поступление воздуха через жалюзи препятствует оседанию пыли в пневмосепарирующем канале. Легкие примеси вместе с воздухом поднимаются вверх по каналу и уносятся в аспирационную систему, а очищенное зерно выводится через выпускной патрубок.

Отличительная особенность воздушного сепаратора РЗ-БАБ — это наличие вибролотка, обеспечивающего надежное распределение и расслоение зерна по длине пневмосепарирующего канала, а также возможность регулирования сечения и формы пневмосепарирующего канала, что существенно повышает эффективность очистки зерна от легких примесей.

Перед пуском воздушного сепаратора следует обратить внимание на крепление вибратора. Амплитуду его колебаний регулируют, изменяя взаиморасположение грузов, установленных на концах вала. С увеличением расстояния между грузами амплитуда уменьшается, и наоборот. Для регулирования амплитуды колебаний снимают верхний и нижний кожухи вибратора, отпускают болты крепления крайних грузов. Далее приближают или удаляют свободные грузы относительно закрепленных. Необходимо следить за тем, чтобы положение грузов в верхней и нижней частях вибратора строго совпадало. Затем закрепляют грузы и устанавливают кожухи.

Вибролоток должен свободно вибрировать (от руки), а его амплитуда не должна превышать 3 мм. Недопустимо касание вибролотка стенок приемной камеры. Примерное расстояние между приемной камерой и резиновой пластиной вибролотка 3…4 мм. Вибролоток устанавливают строго параллельно кромке камеры так, чтобы размер щели был одинаковым по всей длине; его регулируют, изменяя натяжение пружины.

Аспиратор А1-БДЗ

Аспираторы типа А1-БДЗ с замкнутым циклом воздуха и диаметральным вентилятором предназначены для разделения продуктов шелушения крупяных культур (отбора лузги и мучки, контроля лузги, контроля готовой продукции) и для очистки зерна пшеницы от аэродинамически легких примесей. Аспираторы устанавливают в шелушильных отделениях крупяных и зерноочистительных отделениях мукомольных заводов. Аспираторы типа А1-БДЗ выпускают двух модификаций по производительности А1-БДЗ-6 и А1-БДЗ-12.

Аспиратор (рисунок 3, а) состоит из приемного патрубка 1 и корпуса, представляющего собой сборно-сварную конструкцию из листовой стали, в которой внутренними стенками и перегородками образованы приемная камера 11, вертикальные пневмосепарирующий 10 и рециркуляционный 5 каналы, осадочная камера 4. В нее по длине машины встроен диаметральный вентилятор 2 и шнек для вывода относов.

1 - приемный патрубок; 2 - вентилятор; 3 - заслонка; 4 - осадочная камера; 5 - рециркуляционный канал; 6 - электродвигатель; 7 - шнек; 8 - контрпривод; 9 - выпускной патрубок; 10 - пневмосепарирующий канал; 11 - приемная камера; 12 - делитель; 13 - двухклапанный механизм; 14 - скат; 15 - скатная плоскость Рисунок 3 - Общее устройство (а) и технологическая схема (б) аспиратора А1-БДЗ
1 — приемный патрубок; 2 — вентилятор; 3 — заслонка; 4 — осадочная камера; 5 — рециркуляционный канал; 6 — электродвигатель; 7 — шнек; 8 — контрпривод; 9 — выпускной патрубок; 10 — пневмосепарирующий канал; 11 — приемная камера; 12 — делитель; 13 — двухклапанный механизм; 14 — скат; 15 — скатная плоскость
Рисунок 3 — Общее устройство (а) и технологическая схема (б) аспиратора А1-БДЗ

К нижней части пневмосепарирующего канала приварен выпускной патрубок 9 для вывода очищенного продукта из аспиратора. В верхней части приемной камеры установлен механизм 13 с двумя грузовым клапанами, сблокированным между собой тягой, и делитель 12, положение которого можно изменять относительно приемного патрубка в зависимости от направления потока продукта. Это позволяет лучше распределить продукт по длине приемной камеры и пневмосепарирующего канала. Двухклапанный механизм автоматически поддерживает постоянный уровень продукта в приемной камере независимо от его поступления. В пневмосепарирующем канале продукт падает на направляющую, которая в концеимеет горизонтальный участок для лучшего «разбрызгивания» зерна в зоне сепарирования или на наклонную плоскость ската при использовании сепаратора на контроле лузги. Для регулирования воздушного режима на  входе в осадочную камеру установлена поворотная заслонка 3 обтекаемой формы. Ее поперечное сечение имеет форму лемнискаты. Ротор диаметрального вентилятора сварной конструкции на полуосях с промежуточными дисками, к которым приварены 29 лопаток, вращается в подшипниковых узлах. В зависимости от перерабатываемой культуры и производительности частоту вращения ротора вентилятора изменяют, заменяя шкивы. Вал шнека установлен в двух шариковых сферических подшипниках.

С противоположной стороны привода ротора сделано окно для вывода относов из шнека и установлен противоподсосный клапан, который выполнен из листовой резины и армирован продольными металлическими полосами. Для визуального наблюдения за поступлением продукта в аспиратор и его сепарированием в пневмоканале с торцов машины предусмотрены два смотровых окна, которые крепят на стенках с помощью резиновых уплотнений. Для очистки внутренней поверхности аспиратора к торцовым стенкам корпуса крепят на петлях фортки и дверку с резиновыми уплотнениями, которые фиксируют ручками с зажимами. Для более надежной герметичности вывода относов с аспиратором поставляют патрубок, который закрепляют к торцовой стенке корпуса.

Привод вентилятора и шнека — от электродвигателя 6, который установлен на плите, через клиноременную передачу и контрпривод 8. Последний можно перемещать в двух направлениях: по вертикали и горизонтали, обеспечивая, таким образом, натяжение всех клиновых ремней.

Принцип работы

Принцип работы аспиратора заключается в следующем (рисунок 3, б). Исходный продукт через приемный патрубок 1 самотеком поступает в приемную камеру, в которой по наклонным скатам 14 равномерно распределяется по всей ее длине. Затем по наклонной скатной плоскости 15 продукт поступает в пневмосепарирующий канал 10, где продувается восходящим потоком воздуха, создаваемым диаметральным вентилятором 6.

Аэродинамически легкие примеси захватываются воздухом и поступают в осадочную камеру 4. Очищенный продукт выводится из машины через выпускной патрубок 9. Относы, осаждаясь в камере 4, выводятся из машины шнеком 7. Воздух, освобожденный от примесей, вновь засасывается ротором вентилятора и через рециркуляционный канал поступает в пневмосепарирующий канал. Таким образом, воздушный поток движется по замкнутому циклу.

Эффективность очистки

Эффективность очистки Е (%) зерна характеризует количественную сторону процесса и оценивается отношением массы примесей, выделенных из зерновой смеси, к массе примесей, находившихся в исходной смеси и отделяемых воздушным потоком (или рабочим органом для других зерноочистительных машин). При этом используется формула

Эффективность очистки

где А — масса отходов, кг; а — содержание полноценного зерна в отходах, %, Б — масса примесей в исходной зерновой смеси, которые можно отделить воздушным потоком, кг.

Содержание нормального зерна в отходах характеризует четкость сепарирования, т.е. качественную сторону процесса. Суммарная эффективность очистки зерна от легких примесей в зависимости от цели и задачи сепарирования имеет разное значение, причем наиболее высокие требования предъявляют к обработке и подготовке зерна к помолу и переработке его в муку.