2.3. О разделении многокомпонентной смеси в электросепараторе

В данном разделе на базе закона сохранения импульса проводится количественный анализ кинематических характеристик взвешенного в восходящем воздушном потоке коллектива частиц из различающихся по механическим и геометрическим свойствам компонентов смеси под действием электростатического поля и силы тяжести, дается обоснование эффективности процесса разделения в электросепараторе смеси частиц с разными показателями аэродинамического сопротивления.

Значительная часть современных технологических процессов в пищевой, мясной, молочной и других отраслях промышленности связана с изготовлением, разделением и применением измельченных и порошкообразных материалов. Причём, удаление твердых частиц небольшого диаметра осуществляют с помощью таких физических операций как гравитационное осаждение, центрифугирование, термическое, электростатическое или магнитное осаждение и др. При проведении данных процессов встают проблемы разделения компонентов обрабатываемых смесей, эвакуации посторонних примесей, нейтрализации вредных выбросов в атмосферу продуктов переработки и др. Для решения этих задач используют, в частности, такие машины и аппараты как сепараторы, электросепараторы, циклоны, фильтры и т.п. [28]- [32], [44] – [47].

При обосновании безотходной энергосберегающей технологии переработки многокомпонентного сырья биологического происхождения с использованием электрической сепарации возникают проблемы эффективности данной технологии. Так, из-за несовершенства конструкции электросепараторов эффективность разделения сырья может снизиться, произойти потеря устойчивости режима работы конструкции, увеличиться потери сырья и др. Отсюда следует, что создание прогрессивного оборудования для обработки фаз смеси невозможно без научно-технического обоснования рациональных режимных, геометрических и механических параметров данного процесса.

В МТИМПБе разработан электросепаратор, с помощью которого удаётся повысить эффективность разделения многокомпонентного сырья и устойчивость его режимных параметров, снизить потери сырья.

Особенностью конструкции данного электросепаратора заключается в том, что по всей длине межэлектродного промежутка, за счет выполненного в виде секций с увеличивающейся к периферии высотой рабочих стенок, коронирующего зазем­ленного электрода, создается элек­трическое поле различной напряженности. Тем самым реализуется переменное действие электрических сил на компоненты такой перерабатываемой смеси как замороженное и измельченное мясокостное сырьё.

При этом компоненты смеси, вследствие их неодинаковой проводимости, приобретают различные по величине объемные заряды, в результате чего перемещаются по различным траекториям под действием электрических сил к заземленному электроду. Конструкция электросепаратора предусматривает его работу как при отрицательных температурах в атмосферных условиях и в условиях вакуума, так и при положительных температурах и нормальных условиях.

Анализируя состояние вопроса в области сепарирования взвесей в целом, следует отметить, что если в области технологии измельчения и сепарирования материалов, очистки газов и др. отмечаются значительные достижения, то в области развития теории данных процессов успехов меньше. Так, например, если задача о кинетике взвеси в восходящем воздушном потоке и считается наименее сложной среди подобных задач, она сравнительно мало изучена как в теоретическом, так и в экспериментальном отношениях [28] . В то же время данная задача, в том числе, и в условиях воздействия на смесь электростатического поля представляет значительный интерес для технических приложений. К недостаткам теоретических исследований в области кинетики частиц, взвешенных в восходящем воздушном потоке, следует отнести отсутствие удобных для успешного прогнозирования процесса аналитических зависимостей, связывающих исходный дисперсионный состав взвеси с физико-механическими и геометрическими параметрами процесса. В связи с чем разработка обоснованной теоретической базы, отражающей основные особенности процесса сепарирования в восходящем воздушного потоке коллектива частиц из различающихся по механическим и геометрическим свойствам компонентов смеси под действием сил электростатического поля и др. сил, по нашему мнению, представляется целесообразной.

Ниже, на основе закона сохранения импульса исследуется кинематика изолированной частицы, взвешенной в восходящем воздушном потоке, под действием сил разной природы.

После чего, исходя из рассчитанного значения диаметра некоторой, движущейся по заданной траектории, гипотетической частицы и закона распределения дисперсии взвеси, проводится количественный анализ эффективности процесса разделения смеси в пневмосепарирующем канале электростатического сепаратора.

Предварительно рассматриваем упрощённую задачу, считая, что в рабочем объёме сепаратора индуцировано электрическое поле постоянной интенсивности, а затем - в условиях, когда в том же объёме действует электрическое поле с градиентом напряжённости. Кроме того, в дальнейшем, предполагая, что кинетика частиц в плоскостях, параллельных рассматриваемой, примерно одинакова, ограничимся анализом плоского движения частицы.