4 Расчетная часть

4.1 Теоретические основы воздушной сепарации зерновых смесей

Скорость воздуха в аспирационных каналах сепаратора должна быть такой, чтобы с воздухом уносились легкие примеси, но при этом не захватывалось полноценное зерно. Поэтому скорость воздуха должна быть несколько меньшей, чем скорость витания v_B — скорость воздуха (м/с), при которой частица витает (зависает), не падая и не поднимаясь. При расчете используем литературный источник 2.

На частицу, находящуюся в вертикальном воздушном потоке действуют:

• сила тяжести:

G = m·g, Н (4.1)

где m – масса частицы, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с², g = 9,8 м/с²;

• сила сопротивления воздуха:

, (4.2)

где ζ – коэффициент сопротивления, зависящий от аэродинамических свойств частицы (для ячменя, пшеницы и ржи ζ,- 0,2...0,22); ρ– плотность воздуха, кг/м²; F - миделево сечение (площадь сечения частицы в плоскости, перпендикулярной направлению ее движения в воздушном потоке), м²; v₀ – относительная скорость движения частицы в воздушном потоке, м/с.

Если G > R, то частица падает вниз; если G < R, то частица поднимается вверх, а если G = R, то частица витает в воздухе. При этом относительная скорость движения частицы в воздушном потоке v₀ равна нулю, а скорость движения воздуха равна скорости витания v_B. Поскольку при витании частицы в воздухе mg = ζ·ρ·F·v₀², то скорость витания (м/с) равна:

v_B² = m·g/ζ·ρ·F, м/с (4.3)

Для зерна ячменя, пшеницы и ржи скорость витания колеблется от 8,5 до 11,5 м/с, а скорость воздуха в воздушных сепараторах составляет 6...8 м/с.

Принципиальное устройство воздушного сепаратора показано на рис. 11. Лег­кие примеси отделяют от зерна потоком воздуха следующим образом. Зерновую смесь подают в приемную камеру 1, откуда оно поступает в аспирационный канал 2, в котором навстречу зерновому потоку движется воздух, захватывая с собой легкие примеси (относы) в осадочную камеру 4. Примеси осаждаются на дно осадочной камеры и выводятся из нее винтовым конвейером 3, а запыленный воздух засасывается вентилятором через штуцер 5.

Осаждение примесей в осадочной камере происходит потому, что при увеличении площади поперечного сечения воздушного канала скорость воздуха обратно пропор­ционально уменьшается. А, следовательно, уменьшается и сила сопротивления воздуш­ного потока, причем в гораздо большей степени. Например, если в аспирационный канал 2, площадь поперечного сечения которого F₁, поступает воздух с объемным расходом Q = F₁ v₁, то такой же объемный расход воздуха Q = F₂v₂ поступает и в осадочную камеру 4, площадь поперечного сечения которой F₂. Отсюда F₁v₁ ⁼ F₂v₂. Следовательно, во сколько площадь поперечного сечения осадочной камеры F₂ боль­ше площади поперечного сечения аспирационного канала F₁, во столько раз скорость воздушного потока в осадочной камере v₂ меньше его скорости v₁ в аспирационном канале.

4.2 Технологический расчет сепаратора воздушного

Эффективность сепарирования Е (%) в производственной практике оценивают отношением массы примесей, выделяемых воздушным потоком из зерновой смеси, к массе аэроделимых примесей, находившихся в исходной смеси. При этом, на основе баланса фракций и количественно- качественного анализа навеса очищенного продукта и отходов, используют формулу: При расчете используем литературный источник 2.

, (4.4)

где А - масса отходов, кг; а - содержание полноценного продукта (зерна) в отходах, % от их массы; В - масса отделяемых воздухом примесей в исходной (зерновой) смеси, кг.

Воздушный режим в воздушных сепараторах устанавливают такой, чтобы содержание полноценного зерна в отходах а не превышало 2 %.

Содержание нормального зерна в отходах характеризует чёткость сепарирования, т.е. качественную сторону процесса.

Степень неравномерности воздушного потока оценивается по коэффициенту вариации Ф :

,% (4.5)

где v - средняя скорость воздушного потока в пневмоканале, м/с; - среднее квадратичное отклонение скоростей в отдельных точках сечения пневмоканала от средней скорости воздушного потока.

Определяющее влияние на эффективность пневмосепарирования в установках с вертикальным каналом оказывает удельная нагрузка на канал q [кг/(ч·см)], скорость воздушного потока (м/с) и ширина канала В (мм). При реальных режимах сепарирования эти факторы связаны с эффективностью следующим соотношением:

= 0,5018 - 0,0031 q + 0,0613 v + 0,0008В, (4.6)

Здесь численно выражает эффектиность пневмосепарирования не в процентах, а в долях единицы, его часто называют коэффициентом извлечения примесей. Для эффективного ведения процесса удельная нагрузка не должна превышать 200-220 кг/(ч·см).

Пневмосепарирующий канал характеризуется шириной В, высотой Н от места поступления зерна в канал до поворота в осадочное устройство, высотой Н₂ от места поступления воздуха в канал до места поступления в него зерна.

С увеличением ширины канала эффективность очистки возрастает, достигая некоторой максимальной величины. Оптимальную ширину определяют в зависимости от удельной зерновой нагрузки на канал.

Длина сепарирующего канала тесно связана с производительностью аспиратора и оптимальной удельной зерновой нагрузке:

L=Q/q (4.7)

Тогда Q=L·q,

где Q- производительность;

q- 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). Удельная зерновая нагрузка в современных воздушных сепараторах составляет 100-130 кг/(ч*см) при очистке зерна.

В нашем случае q =111кг/(ч·см).

Длина сепарирующего канала L=0,6 м.

Тогда Q=111·60=6660 кг/ч. (4.8)

Эффективность очистки зерна воздушным потоком зависит от начальной скорости С ввода зерновой смеси в пневмосепарирующий канал и средней скорости воздушного потока. Оптимальная начальная скорость С₀ для зерна пшеницы находится в области 0,3-0,8 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. Ориентировочные значения средней скорости воздушного потока , м/с, в вертикальном пневмосепарирующем канале при очистке зерна пшеницы (для q= 90-115 кг/(ч-см)) составляют 6-8 м/с. Меньшие значения средней скорости относятся к большим удельным зерновым нагрузкам. Это связано, как показали исследования, с различной плотностью продуваемого воздухом слоя разделяемой смеси.