книги из ГПНТБ / Подготовительные процессы переработки масличных семян

сопротивления (характерном для этого направления) для над­ кола оболочки требуются меньшие усилия.

Результаты исследования семян сорта Чернянка 66 сведены в табл. 13.

Т а б л и ц а 13

лузги, мм; h2— высота падения груза копра до полного разрушения оболочки,

мм; Я — содержание целых ядер после разрушения пробы семян, %.

По мере возрастания линейных размеров семян усилия раз­ рушения как в направлении 4, так в направлении 2 уменьша­ ются. Наименвшее количество целого ядра получается при раз­ рушении семян в направлении 4. Существенное влияние толщины семян сказывается и при динамическом нагружении до полного разрушения оболочки в направлении 1. Средневзвешенные вели­ чины удельной работы разрушения семян Чернянка 66 динами­ ческим нагружением в направлении всех трех осей составляют (в Дж/кг)

имеют наименьшую прочность вдоль длины семени, а усилия разрушения в этом направлении возрастают с уменьшением толщины и массы семян.

Следовательно, целесообразно обрушивать семена подсолнеч­ ника направленным вдоль длинной оси ударом, предварительно калибруя их по совмещенному признаку (толщине и массе).

С е м е н а к л е щ е в и н ы . Прочность оболочек семян клеще­ вины также зависит от влажности и от направления прилагае­ мого усилия.

При статическом сжатии семян клещевины получена обрат­ ная зависимость прочности от их влажности [182]. Так, для

32

сорта Круглик 5 прочность оболочек снижается с 50,2 до 42,5 Н при увеличении влажности с 5,93 до 8,00%.

Зависимость прочности оболочки семян клещевины (в Н) от направления приложения разрушающих усилий [182] пока­ зана в табл. 14.

Т а б л и ц а 14

Как видно из табл. 14, у клещевины наименьшая прочность оболочки наблюдается в направлении 3, т. е. вдоль средней по величине оси. У семян высокомасличного подсолнечника наи­ меньшие усилия разрушения приходятся на наибольшую ось. Это можно объяснить различием упруго-пластичных свойств оболочек, ядра и строения семян.

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В аэродинамике двухфазного потока (поток восходящий, с постепенно возрастающей скоростью) газ — сыпучее тело (слой зернистого материала) различают три характерных состояния твердой фазы:

плотный (неподвижный или движущийся) слой — аэродина­ мическое давление потока Газа меньше массы слоя;

псевдоожиженный (кипящий) слой — аэродинамическое дав­ ление потока газа равно массе слоя';

унос частиц слоя (пневматический транспорт) — аэродина­ мическое давление потока газа больше массы частиц слоя.

Границы каждого из перечисленных состояний зависят от физических и аэродинамических свойств частиц слоя и свойств газового (воздушного) потока.

Физические свойства слоя частиц целесообразно представ­ лять в виде усредненных обобщенных характеристик (7], а аэро­ динамические свойства слоя и его частиц — в виде функцио­ нальных зависимостей безразмерных комплексов (критериев или симплексов подобия), в которые входят основные аэродинами­ ческие и физические характеристики частиц слоя. Такие зави­ симости обычно получают для одного или нескольких материа­ лов, близких по аэродинамическим свойствам [216].

Основными усредненными характеристиками зернистого слоя, являются порозность и удельная поверхность частиц.

П о р о з н о с т ь с л о я т — относительная величина, опреде­ ляющая долю объема слоя, не занятую твердыми частицами. Порозность не учитывает внутреннюю пористость самих частиц. Поэтому при определении т используется не истинная, а кажу­ щаяся (эффективная) плотность частиц.

В зависимости от состояния слоя т изменяется от т 0, соот­ ветствующего плотному слою, приблизительно до 1, когда слой переходит в состояние уноса.

Порозность плотного слоя обычно определяется по формуле

Рт

где Рн— объемная плотность слоя; рт— кажущаяся плотность частиц слоя.

Величина іп0 зависит от формы частиц, состояния поверх­ ности и характера укладки частиц в слое и не зависит от абсо­ лютной величины геометрически подобных частиц слоя.

Порозность начала псевдоожижения тп и кипящего слоя іпк определяется по формулам, аналогичным формуле (I—14), толь­ ко вместо рн подставляются значения объемной плотности слоя, соответствующие его аэродинамическому состоянию.

У д е л ь н а я п о в е р х н о с т ь ч а с т и ц F0 представляет со­ бой отношение поверхности частицы к ее объему

(1-15)

Применительно к слою, состоящему из однородных частиц, у которых показатель (интервал) дисперсности

где 4Макс и 4ч,ш— средние максимальный и минимальный эквивалентные диа­ метры,

удельную поверхность целесообразно рассматривать как ве­ личину среднюю.

Средняя величина F0 связана со средней поверхностью еди-' ницы объема слоя F соотношением

Для слоя однородных несферических частиц величину F0 мо­ жно выразить через средний, эквивалентный диаметр частиц da и фактор формы ер, тогда уравнение (I—17)- примет вид:

где < р = | / 0 ,2 0 7 ^ [ 2 І 6 ] .

34

К основным аэродинамическим характеристикам зернистого слоя относятся критические скорости (скорость псевдоожижения и скорость уноса), скорость витания и удельное сопротивление.

С к о р о с т ь п с е в д о о ж и ж е н и я ѵа— скорость потока газа в свободном сечении аппарата, при которой либо возникает движение частиц в слое и при ее увеличении сопротивление слоя остается постоянным, либо сохраняется движение частиц, но при дальнейшем уменьшении скорости потока движение частиц пре­ кращается, а сопротивление слоя начинает уменьшаться.

В первом случае ѵп характеризует переход частиц слоя из плотного в псевдоожиженное состояние, во втором — из псевдо­ ожиженного в плотное. В реальных условиях величина ѵп зави­ сит не только от способа получения, но и от размера, формы,

в свободном сечении аппарата, при достижении которой начи­ нается унос частиц из слоя.

С к о р о с т ь в и т а н и я ч а с т и ц ы ѵв — скорость воздуш­ ного потока, при которой частица находится во взвешенном со­ стоянии. При этом скорость ее по отношению к стенкам сосуда равна нулю.

Цун и ѵв обычно мало различаются, поэтому иногда прини­

с л о я Ар/Н0— средний перепад давления, приходящийся на единицу высоты плотного слоя. Если разделить Ар/Н0 на объем­ ную плотность слоя ри, можно получить безразмерную форму­ лу удельного гидравлического сопротивления:

Величина R для плотного слоя изменяется от 0 примерно до 1. Второе крайнее значение соответствует переходу плотного слоя в псевдоожиженное состояние.

К настоящему времени накоплен некоторый теоретический и экспериментальный материал по основным аэродинамическим свойствам масличных семян. Первые результаты исследований в этой области опубликованы Ф. Г. Гоголевым [50]. Им иссле­ дованы закономерности изменения удельного гидравлического сопротивления плотных слоев семян подсолнечника, сои, клеще­ вины, льна и конопли, высота которых составляла 100—2000 мм в зависимости от скорости воздуха.

Некоторые аэродинамические характеристики масличных се­ мян приведены в табл. 15.

35

Проведенными исследованиями была установлена зависи­ мость сопротивления слоев перечисленных сортов масличных семян от высоты слоя и скорости воздуха:

где Др— сопротивление слоя; мм вод. ст.; #о — высота плотного слоя семян, мм;

V— скорость фильтрации воздуха, м/с;

А и п— постоянные, значения которых приведены в табл. 15.'

Аэродинамическое сопротивление плотного слоя и скорость псевдоожижения хлопковых семян различных сортов и опушенности изучены в работе [58]. Высота слоя семян в этих опытах составляла 50—200 мм, а скорость фильтрации восходящего по­ тока, воздуха изменялась в пределах 0,087—-2,39 м/с.

В результате обработки экспериментальных данных полу­ чены следующие количественные зависимости:

Аэродинамическое сопротивление в состоянии псевдоожиже­ ния и скорость псевдоожижения подсолнечных семян и других материалов изучены в работе [91]. Параметры воздуха и слоя материалов в проведенных исследованиях изменялись в следу­ ющих пределах: температура воздуха 20—100° С, относительная его влажность 15—90%, скорость воздуха 0,2—10 м/с, высота

36

Т а б л и ц а 16

плотного слоя 25—300 мм. Скорость псевдоожижения для частиц данного материала, одинаковых по форме, фракционному со­ ставу и влажности, не зависит от высоты плотного слоя мате­ риала в изученных пределах.

На величину скорости псевдоожижения определенное влия­ ние оказывает состояние поверхности частиц, которое обусловли­ вает силу сцепления частиц в плотном слое. За счет углубления поверхности испарения в процессе сушки силы сцепления частиц становятся менее значительными, поэтому скорость псевдоожи­ жения заметно уменьшается. Следовательно, при прочих равных условиях, силы сцепления обусловливаются формами связи вла­ ги в частицах. Например, для исследованных семян подсолнеч­ ника предельная минимальная влажность Wn, при которой силы сцепления перестают оказывать влияние, равна 26% и близка к величине гигроскопической влажности.

При влажности материала ниже Wn скорость псевдоожиже­

vn — окорость псевдоожижения;

d3— средний эквивалентный диаметр частиц;

V — кинематическая вязкость воздуха; рт — кажущаяся плотность частиц; рв — плотность воздуха;

g — ускорение силы тяжести;

А я п — постоянные, величина которых зависит от режима псевдоожижения,

полидисперсности и формы частиц.

В результате обработки экспериментальных данных получе­ ны следующие критериальные зависимости для определения ско-

37

рости псевдоожижения семян подсолнечника и других, близких по форме зернистых материалов:

для влажности семян

для влажности семян

U7

'T п

яние превышения исходной влажности семян подсолнечника по от­ ношению к №'п=26% ; Ren=40-r500.

Сопротивление псевдоожиженного (кипящего) слоя семян подсолнечника согласно опытным данным независимо от их влажности подчиняется соотношению

где Др— сопротивление слоя, Па; На— высота плотного слоя, м;

рн — объемная плотность семян, кг/м3.

На основании опытных данных установлены также критери­ альные зависимости для сопротивления плотного, максимально разрыхленного слоя виноградных семян и его скорости псевдо-, ожижения [170]:

Др

где Eu = -----—— критерий Эйлера;

BG

Нп = — — — высота слоя, рассчитанная по кажущейся плотности семян;

FРт

V— скорость фильтрации; • Др— сопротивление плотного слоя.

Сопротивление псевдоожиженного (кипящего) слоя вино­ градных семян, по данным авторов работы [170], примерно равно сопротивлению слоя семян подсолнечника:

При обработке экспериментальных данных по критическим скоростям в работе [115] использовалось известное выражение для коэффициента лобового сопротивления сферических частиц, которое выводится из дифференциального уравнения, описыва­ ющего процесс свободного падения частиц в неограниченном объеме.

В результате математической обработки опытных данных по­ лучены расчетные формулы для определения скорости, уноса:

для семян подсолнечника

38

ности сравнения или обобщения) тех исследований, в которых не содержится достаточно полной характеристики исследован­ ных семян. Поэтому результаты таких исследований аэродинами­ ческих свойств масличных семян в настоящую работу не вклю­ чены. Кроме того, даже,рассмотренные зависимости не равно­ значны по своей ценности.

Обобщения в виде формул типа (I—20), (I—21) и (I—22) несмотря на простоту имеют существенные недостатки, заклю­ чающиеся в том, что они справедливы только для тех семян и даже только для тех сортов семян, с которыми проводились ис­ следования, т. е. обобщения являются сугубо эмпирическими.

Обобщения в виде критериальных уравнений (I—24), (I—25), (I—27) и (I—28) являются более полными, поскольку учитыва­ ют некоторые физические свойства газообразной и твердой фаз и поэтому, как правило, справедливы не для одного, а для не­ скольких материалов.

В настоящее время аналитических обобщений аэродинами­ ческих свойств морфологических частей и рушанки масличных семян в литературе нет, поэтому ниже приведены данные по их скоростям витания в виде таблиц и графиков.

В табл. 17 по данным работ [125, 131] приведены средние значения скоростей витания для семян, ядра и оболочки неко-. торых видов масличных культур.

39

Рис. 21. Вариационные кривые скоростей витания семян (3), ядра

(2) и лузги (1) старых масличных сортов:

а — клещевина, б — подсолнечник.

ПЫ Л Ь

Рис. 22. Предельные скорости витания компонентов рушанки подсолнечника.

Рис. 23. Зависимость скорости ви­ тания хлопковых семян (а) и их шелухи (б) от опушениости се­ мян:

6 — исходная смесь.

40

Вариации скоростей витания компонентов рушанки семян подсолнечника и клещевины старых сортов [125] показаны на рис. 21. Пределы изменения скорости витания рушанки совре­ менных сортов семян подсолнечника [257] представлены графи­ чески на рис. 22.

На рис. 23 и в табл. 18 представлены результаты исследо­ вания скоростей витания хлопковых семян, шелухи и частиц оголенной шелухи и ядра различных размеров [161].

* Проход через сито с отверстиями диаметром 2 мм.

41