Класифікація (сортування) твердих матеріалів

Процес розділення сипучих сумішей на окремі фракції отримав назву сортування (або класифікація, сепарування). При сортуванні намагаються досягнути в основному такої мети: отримати фракції визначених розмірів або щільності; виділити з матеріалу домішки, що забруднюють його (пил, лушпиння, пісок, металеві предмети тощо).

Сортування широко використовується в харчовій промисловості. Наприклад, в борошномельному виробництві помел розділяється на висівки та борошно; в пивоварному та харчовому виробництвах зерно очищується від домішок; зерна кукурудзи та зеленого горошку, що потрапляють на консервні заводи розділяються за ступенем дозрівання.

В харчовій промисловості сортування використовується при очищенні зерна та інших матеріалів від домішок, розділення помелу зерна на висівки та борошно, а також в інших випадках, коли необхідно розділити продукт на окремі фракції.

В залежності від властивостей фракцій, що розділяються, розрізняють такі методи сортування сипучих матеріалів:

• розділення за розміром та формою частинок з використанням ситових машин та трієрів;

• розділення за швидкістю осадження частинок у рідкому та газовому середовищах;

• магнітна сепарація (розділення за електромагнітними властивостями);

• інші методи розділення (флотація, електростатична сепарація).

Просіювання полягає в тому, що суміш, яка обробляється, подається на сита, отвори яких пропускають частину суміші (прохід), а іншу частину (схід) затримують. Сита є основною частиною апаратів для просіювання.

Сита для харчових виробництв розрізняються за матеріалом та способом виготовлення. Сита, (рисунок 3.1) бувають плетені та пробивні (штамповані).

П робивні сита виготовляють із тонкої листової сталі або мідних та латунних листів с пробивними отворами (круглими, овальними).

Плетені – із круглої стальної, мідної або латунної проволоки. Вони мають отвори квадратної або прямокутної форми.

Рисунок 3.1 – Види сит

Ткані – із шовкових ниток, капрону, лавсану, нейлону.

Кожне сито характеризується номером та “живим” перерізом, номер сита відповідає розміру отворів сита в мм. У шовкових (тканих) ситах номер визначається за числом ниток на одиницю довжини (1 см для полегшених сит або 1 дм для обважнених сит).

Пропускна здатність сит характеризується його “живим” перерізом:

,

де F₀ – площа отворів сита, м²;

F – площа всього сита, м².

“Живий” переріз пробивних сит складає, як правило, не більше 50%, плетених – до 70%. Чим більший “живий” переріз сита, тим вища його пропускна здатність.

Щоб сипучий матеріал просіювався, потрібно, щоб він переміщувався по площині сита. Для цього його приводять у стан руху.

В залежності від розміщення сит, машини для просіювання поділяються на дві групи: машини з плоскими та машини з циліндричними ситами. Машини з плоскими ситами здійснюють зворотно-поступальні, кругові поступальні та вібраційні рухи для переміщення сипучого матеріалу. Циліндричні сита обертаються навколо вісі.

На рисунку 3.2 представлені принципові схеми основних типів машин для просіювання.

Рисунок 3.2 – Схеми машин для просіювання:

а – із зворотно-поступальними рухами;

б – з круговими поступальними рухами: 1 – шків; 2 – вантаж для зрівноважування;

в – ротаційний розсів.

Машини із зворотно-поступальними рухами називають ситами, що качаються або грохотами.

Для здійснення зворотно-поступального руху в ситових машинах застосовують кривошипно-шатунний механізм. Кругові поступальні рухи здійснюються за рахунок ексцентриситету двох валів (рисунок 3.2б). При ротаційному розсіві сито само здійснює обертальні рухи. Шків 1 надає рух валу, який ексцентрично зв’язаний з іншим валом, що надає руху ситам. До цього валу прикріплені грузи для зрівноважування 2.

Машини з круговими поступальними рухами (так звані розсіви) використовують для сортування продуктів на борошномельних, крохмале-патокових та інших виробництвах.

Розсів (рисунок 3.3) складається з двох корпусів 4, кожен з яких має до 18 горизонтальних рам з ситами з шовкових або капронових ниток.

Рисунок 3.3 – Розсів

Обидва корпуси жорстко зв’язані між собою і за допомогою тросів підвішені до перекриття. Приводний механізм розсівів складається з головного валу 3 та балансирного валу 6 з балансирами 5, які зрівноважують сили інерції корпусів під час роботи. Вся приводна система підвішена в підшипнику 2. Головний і балансирний вали зв’язані між собою за допомогою ланцюга таким чином, що їх вісі ексцентричні. Балансирний вал обертається в підшипниках 7, які жорстко закріплені на рамі ситових корпусів. Завдяки круговому поступальному руху сит з отворами, розміри яких зменшуються внизу, вихідна суміш просіюється. При цьому може бути отримано 4-5 фракцій.

Машини з ситами, що обертаються, називаються буратами. Вони можуть мати барабани циліндричної, шестигранної або конічної форми. Робоча поверхня барабана виконується з сит із отворами різного розміру. Розмір отворів збільшується за ходою руху сипучого матеріалу. Циліндричні та шестигранні барабани встановлюють під кутом 5-10⁰, конічні – горизонтально. Принцип дії бурата з конічним барабаном, що використовують для просіювання борошна, представлений на рисунку 3.4.

Борошно поступає в шнек-живильник 1, просіюється через конічний барабан 3 та видаляється з кожуха 2 за допомогою шнека.

Бурати прості в роботі та обслуговуванні, але мають невелику продуктивність, тому що в роботі приймає участь лише частина їх ситової поверхні.

Рисунок 3.4 – Схема бурата

Н а ситових машинах неможливо розділити суміші частинок різної довжини, наприклад, відділити половинки зерен або кулеподібне насіння бур’янів. Для очищення зерна від таких домішок застосовують трієри. Конструкція трієра зображена на рисунку 3.5.

Рисунок 3.5 – Принципова схема трієра: 1 – довгі зерна; 2 – короткі зерна; 3 – шнек; 4 - жолоб

Робочим органом трієру є металевий циліндр або диск з комірками. Зерно потрапляє в середину циліндру. При його обертанні комірки заповнюються зернами. При цьому довгі цілі зерна (1) випадають із комірок раніше за короткі (2), що укладаються в комірки. Уламки зерен, кругле насіння бур’янів випадають із комірок при більшому куті повороту циліндру. Для приймання слугує лоток (4), який встановлений в середині циліндру. Обертання трієру здійснюється через шнек (3).

В конічному відцентровому сепараторі (рисунок 3.6) для розділення зернових сумішей за розмірами зерен та інших домішок суміш поступає в нижню частину барабана 1, який обертається з визначеною частотою. Барабан має отвори 2 і 3 різних розмірів, причому розміри збільшуються за висотою барабана. Завдяки дії відцентрової сили та нахилу стінок барабана суміш рухається знизу вгору і класифікується на фракції І, ІІ, ІІІ,ІV.

Процеси розділення частинок неоднакової густини і величини у рідкому та повітряному середовищі пов’язані з неоднаковою силою ваги частинок та підйомною силою середовища.

Рисунок 3.6 – Схема відцентрового конічного сепаратора.

Гідравлічне сортування широко застосовується у спиртовому, цукробуряковому і крохмале-патоковому виробництвах для виділення піску, каміння та інших домішок із картоплі, буряків та кукурудзяних зерен; консервному виробництві для сортування зеленого горошку та зерен кукурудзи, які мають різну густину в залежності від ступеню достигання.

Пневматичне сортування дозволяє відділити більш легкі частинки від важких, наприклад, лушпиння від зерна, пилу та інших легких домішок, які видаляються повітряним потоком.

Магнітна сепарація застосовується для видалення із сипучих матеріалів різних металевих предметів, які можуть викликати поломку обладнання. Схеми магнітних сепараторів представлені на рисунку 3.7.

Рисунок 3.7 – Магнітні сепаратори:

а – з постійним магнітом;

б – з електромагнітом

Принцип їх дії – притягнення металевих феромагнітних домішок до магніту при пропусканні матеріалу тонким шаром в безпосередній близькості від магніту. Потім домішки знімаються з магніту.