Процесс классификации сыпучих материалов

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Политехнический институт

Кафедра «Технологические системы пищевых и перерабатывающих производств»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Процессы и аппараты пищевых производств»

на тему: «Процесс классификации сыпучих материалов»

Выполнила: ст. гр. 420 821и Ву Хыонг Занг

Тула 2014

Аннотация

В данной курсовой работе изложены основные методы процесса классификации сыпучих материалов, основные характеристики триера. Произведен расчет конструктивных размеров триера, исходя из заданных характеристик.

Содержание

  • Введение
  • 1. Общие сведение
  • 2. Осписание использованного устройства
  • 3. Расчетная часть
  • Заключение
  • Список литературы

Введение

На сегодняшний день сыпучие материалы имеют большое значение для различных отраслей промышленности. Примером могут послужить сферы, которые являются неотъемлемой частью нашей жизни, а именно:

— Строительные материалы

— Каменные породы

— Грунт

— Фармацевтическая промышленность

— Стекло

— Керамика

— Химическая промышленность

— Продукты питания

— Корм для животных

— Экологический сектор

— Электростанции

— Пластик

— Резина

— Деревообрабатывающая промышленность

— Металлургия

И это далеко не весь спектр. Но в первоначальном состоянии сыпучие материалы не бывает чисты и однородны, они могу быть загрязненными частицами примесей, или отличающими по размерам, чтобы променить их предже всего надо отделить примеси, и сопротировать по сортам.

Целью данной курсовой работы является изучение процесса классификации сыпучих материалов, машины и аппарата, приняемых в процессе.

Соответственно цели были поставлены следующие задачи:

— Рассмотреть понятие «сыпучие материалы».

— Изучить сущность процесса.

— Рассмотреть классификации методов классификации.

— Усваивать принцип работы основных методов.

— Рассмотреть конструкцию и принцип работы цилиндрического триера.

— Провести расчет размера триера

  • 1. Общие сведение

Под сыпучим материалом (или сыпучим телом) подразумевают дисперсную систему, состоящую из твердых частиц произвольной формы, находящихся в контакте. Пространство между частицами заполнено газом, а иногда, частично, и жидкостью. В зависимости от диаметра d частиц сыпучий материал может быть в следующих состояниях: пылевидном (d< 0,05мм), порошкообразном (0,05 мм < d < 0,5мм), мелкозернистом (0,5 мм < d < 2мм); крупнозернистом (2мм < d < 10мм); кусковом (d > 10мм).

Классификация — процесс разделения (сепарирования) однородного материала по величине, форме и качеству. По механическим требованиям часто требуется направлять на переработку куску (частицы) материалов, размеры которых должны находиться в строго определенных пределах. Процесс классификации по плотности частиц, линейным размерам, аэродинамическим и ферромагнитным свойствам, состоянию поверхности и др.

Во многих отраслях: пищевой, химической, биологической, и других промышленностей сепарирование является одним из основных технологических процессов. В хлебопекарной, кондитерской и макаронной промышленности сепарированием выделяют посторонние примеси из муки и сахара; в кондитерской -- калибруют семена и разделяют высокодисперсные пищевые продукты (например, какао порошок). И так же процесс сепарирования применяется для отделения клеток, биомассов, химикатов в биотехнологических и химиических производств.

  • Эффект разделения -- доля вещества, выделенного из смеси применяемым способом. Этот показатель применяют для характеристики как самого метода, так и используемого аппарата.

Классификация методов сепарирования сыпучих сред приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Методы сепарирования сыпучих материалов

  • Разделение неоднородных систем класса твердого-твердого осуществляют в основном по признаку различия размеров частиц сыпучего материала с использованием сит. Этот процесс называют вибрационным сепарированием. Классификацию проводят на рассеивающих устройствах, называемых грохотами. Для рассеивания материалов используют металлические или другие сита, решета из металлических листов со штампованными отверстиями, решетки из параллельных стержней -- колосников. Часть сыпучего продукта, имеющего размеры меньше размеров ячеек сита и проходящего через ситовую поверхность, называется проходом, а частицы продукта, которые не проходят по размерам сквозь отверстия сита и ссыпаются с него через край, образуют сход.

Процесс сепарирования движущегося сыпучего продукта состоит из двух одновременно происходящих стадий. На первой стадии — самосортировании — частицы, имеющие меньшие размеры, большую плотность, меньшее значение коэффициента внутреннего трения и удобно обтекаемую форму, перемещаются из верхних слоев в нижние и достигают поверхности сита. Вторая стадия — собственно просеивание частиц — происходит при относительном движении их по ситу. Однако для эффективного протекания процесса обе стадии требуют различного кинематического режима движения сита: при увеличении ускорения улучшается самосортирование, а для успешного осуществления просеивания необходимо ограничивать максимально допустимые пределы ускорения.

  • На рис. 2.2 показан качающийся грохот, который широко применяется в промышленности.
  • Рис. 2.2. Качающийся грохот: 1--эксцентрик; 2-- шатун; 3-- пружина; 4-- корпус; 5-- сито.

Грохот приводится в колебательное движение при помощи кривошипного механизма. Отсев проваливается при сотрясении сита в отверстия, а отход перемещается вдоль сита и с него поступает непосредственно на измельчение. Для отбора нескольких фракций качающиеся грохоты делают многоярусными; в этих грохотах материал подается на верхнее сито, имеющее наибольшие отверстия. Крупные куски удаляются с этого сита как отход, а отев поступает на расположенное ниже сито с более мелкими отверстиями. На этом сите снова получают отход и отсев, причем отсев попадает на следующее более мелкое сито, и т. д.

Основное препятствие просеиванию на ситах -- образование сводов над их отверстиями. Для разрушения сводов применяют внешние воздействия, основное из которых -- вибрация. Ее применяют также для перемещения частиц сыпучей смеси в пространстве, подачи исходного продукта в рабочую зону машины, удаления продуктов сепарирования, а также для перемещения материала от одного рабочего органа к другому.

Для разрушения сводов используют также ряд специфичных приемов: очистку поверхности сит щетками, резиновыми шариками или подушечками, встряхивание сит ударами.

  • Гидравлической классификацией называют сепарирование в водной среде.

Гидравлическая классификация основана на разности в скоростях падения частиц материала неодинаковой величины и плотности, находящихся во взвешенном состоянии в водной среде. Частицы классифицируются в основном в условиях их стесненного падения, при этом одновременно осуществляется и очистка (промывка, обогащение) материалов от примесей, резко отличающихся от основного материала величиной частиц и плотностью.

Процессы гидравлической классификации и промывки основаны на законах падения твердых тел в спокойном или движущемся в различных направлениях потоке воды. Выбирают такую скорость потока, чтобы из классификатора выносились частицы, размер которых меньше определенной величины, -- верхний продукт, а в классификаторе осаждались более крупные частицы, обладающие большей скоростью осаждения, -- нижний продукт. При осаждении крупных частиц преобладающее значение имеет динамическое сопротивление, а при осаждении мелких -- сопротивление трения.

Размер частиц материала, по которому происходит разделение, принято называть граничным.

По принципу действия различают гидравлические классификаторы с горизонтальным или восходящим потоком воды; центробежные (гидроциклоны); механические (спиральные, реечные); многокамерные.

  • На рис. 2.3. показана схема классификации в вертикальном гидроклассификаторе.
  • Рис. 2.3. Схема вертикального гидроклассификатора: 1- отводная труба; 2- обогатительная камера; 3-диффузор; 4 — классификационная камера; 5- патрубок; 6 — нижний патрубок.
  • Магнитное сепарирование основано на назличии магнитных свойств частиц. Используют этот метод для выделения ферромагнитных частиц из сыпучих продуктов. Ферромагнитными являются, например, железосодержащие частицы (опилки) в муке. При воздействии на такую сыпучую смесь магнитного поля железосодержащие частицы увлекаются магнитными силами к одному из полюсов магнита.

В настоящее время в магнитных колонках вместо постоянных магнитов из легированной стали широкое распространение получили магниты из специальных сплавов, которые обладают более высокой магнитной характеристикой. Металломагнитные примеси в магнитных колонках удаляют вручную. Электромагнитные сепараторы выпускают чаще всего с неподвижной магнитной системой барабанного или ленточного исполнения.

В основе процесса магнитного сепарирования лежит разница в магнитных свойствах компонентов смеси. Сущность процесса заключается в том, что из общего потока движущейся смеси выделяются металломагнитные частицы, изменяющие свой путь по направлению действия магнитной силы. При этом в процессе магнитного сепарирования можно выделить две стадии: движение магнитной частицы к полюсу и удержание её на магните.

  • Схемы, поясняющие принцип действия статического и электромагнитного сепараторов, представлены на рис. 2.4.
  • Рис. 2.4 — Функциональная схема магнитного сепаратора: а) со статическим магнитом; б) с электромагнитом: 1-подковообразный магнит; 2-магнитные линии; 3-ступенька; 4-соленоид; 5-сердечник; 6-полюс.

Пневматическое сепарирование (аспираторы) применяют для выделения основного продукта из пневматической сети и отделения воздушным потоком примесей, отличающихся от зерна основной культуры аэродинамическими свойствами. К таким примесям относят щуплые, недоразвитые зерна, пленки, оболочки, полову, солому, пыль и т. д., объединенные общим названием легкие примеси (относы).

  • Принцип действия пневматического сепаратора заключается в том, что на частицы, помещенные в воздушный поток, действуют несколько сил, которые можно свести к двум основным: силе тяжести G и аэродинамической силе R.
  • В вертикальном (рис. 2.5. а) восходящем потоке сила тяжести G и сила сопротивления R, действующая на частицу, всегда противоположны. Таким образом, отношение G/R определяет направление движения частицы: при G/R<1 частица движется вниз, при G/R>1 частица движется вверх и при G/R = 1 частица находится в равновесии, т. е. витает. Из соотношения R = G получается выражение для определения скорости витания или критической скорости. Если скорость воздуха омывающего частицу с различных его сторон не одинакова, то кроме того возникают поперечная (подъёмная) сила R", рис. 2.5. б). Её величина зависит от разности скоростей по сторонам частичастицы. Суммарная величина аэродинамической силы R будет равна векторной сумме R" и R'.
  • Рис. 2.5 — Схема сил, действующих на частицу в воздушном потоке: а) — в вертикальном потоке; б) — в горизонтальном потоке.

Пневмосепараторы можно разделить на две группы: с разомкнутым и замкнутым циклом воздуха. К первой группе относят аспирационные колонки, широко применяющиеся на крупяных заводах, и пневмосепараторы для мукомольных заводов с пневматическим транспортом, которые выпускают с относоотделительной камерой и без нее. Ко второй группе относят, главным образом, пневмосепараторы с двукратной продувкой, используемые в зерноочистительных отделениях мукомольных и крупяных заводов. Кроме того, воздушные сепараторы часто применяются как составной элемент других технологических машин, например, воздушно-ситовые сепараторы, камнеотделительные машины и т. д.

В современных зерноочистительных машинах применяют следующие способы сепарирования:

— в вертикальном, наклонном или поперечном воздушном потоке;

— воздушное с использованием поля центробежных сил;

— воздушное с использованием кинетической энергии компонентов

сепарируемой смеси;

— пневмоинерционное и пневмоситовое;

— аэромеханическое при внутрицеховом пневмотранспорте и др.

  • Рис. 2. 6. Центробежно-воздушный сепаратор: 1-патрубок для отвода готового продукта; 2-наружный конус; 3-центробежное колесо; 4-нрашающаяся тарелка; 5-крыльчатка вентилятора; 6-поворотные створки; 7-внутренний конус; 8-патрубок для отвода крупных частиц на повторный размол.

Благодаря конструктивной простоте и компактности устройств, такой метод получил широкое применение в сепарировании зерновой смеси.

2. Осписание использованного устройства

Триеры применяют для выделения примесей, которые отличаются от зерен основной культуры длиной.

Триеры по конструктивному исполнению основных рабочих органов подразделяют можно классифицировать следующим образом:

Рис. 3.1. Классификация триеров

На рис. 3.2. и 3.3 показаны общие виды тихоходного и быстроходного триеров

Цилиндрический триер состоит из двух основных частей: цилиндра с ячейками на внутренней поверхности и находящегося внутри него желоба со шнеком. При вращении цилиндра с зерном в ячейки триера попадают из смеси частицы зернового материала, длина которых меньше диаметра ячеек, и поднимаются вверх, падают в желоб, находящийся внутри цилиндра и выводятся наружу шнеком.

Рис. 3.2. Цилиндрический триер для отбора коротких примесей: 1, 7, 8 --шнеки; 2 -- канал; 3--приемный патрубок; 4 -- клапан; 5, 6 -- плоскости; 9, 11-- лотки; 10 -- регулятор; 12 -- ролик; I-- зерно на очистку; II -- куколь; III -- очищенное зерно

Рис. 3.3. Цилиндрический триер для отбора динных примесей: 1 — цилиндр; 2 — питающее устройство; 3 — шнек для удаления очищенного зерна; 4 — ременная передача на шнек; 5 — станина; 6 — устройство для регулирования размера выпускного отверстия питающего механизма; 7 — противовес; 8 — плужки; 9 — ворошитель (4 шт. по окружности); I- зерно на очистку; II- очищенное зерно; III- овсюг; IV- аспирация.

Рис. 3.4. Схема работы триеров: а — кукольный триер; б — овсюжный триер: 1 — цилиндр; 2 — желоб; 3 — шнек.

В цилиндре остаются частицы, длина которых больше диаметра ячеек и которые не укладываются в них по длине, и выходят сходом по цилиндру с другой стороны.

Триеры, выделяющие из зернового материала короткие примеси (например, куколь, битое зерно и т. п.), называются кукольными. У них очищенное зерно выходит из цилиндра, а примеси — из желоба. Триеры, предназначенные для отделения длинных зерновых примесей, называют овсюжными. В них зерно выходит из желоба, а примеси -из цилиндра. У выходного конца овсюжного цилиндра устанавливают кольцо — диафрагму, которая способствует образованию слоя зернового материала внутри цилиндра.

Цилиндрические триеры с внутренней ячеистой поверхностью изготавливаются одинарного и двойного действия. Триеры одинарного действия имеют по всей длине цилиндра ячейки одного типа и размера и выделяют только короткие или только длинные примеси. Триеры двойного действия на различных участках цилиндра по длине имеют ячейки двух размеров для отделения длинных и коротких примесей.

Форма триерных ячеек определяется способом изготовления, и по этому признаку они могут быть штампованные, фрезерованные и литые.

Наибольшее распространение получили стальные цилиндры со штампованными ячейками, как наиболее прочные и дешевые в изготовлении. Форма и размеры штампованных ячеек берутся согласно государственному стандарту на триерные цилиндры. Штампованные ячейки в плане круглые, а в разрезе по окружности цилиндра — ковшеобразные.

Для приема и отвода зерна и примесей, выбранных ячейками, служат желоб и шнек. Относительно оси триера шнеки располагают концентрично и эксцентрично (рис. 3. 4).

Рис. 3.4. Схемырасположенияшнеков в триерах: а — концентричная; б — эксцентричная

Принцип работы: рабочим органом цилиндрического триера (рис. 3. 5) является металлический цилиндр 2, на внутренней поверхности которого выштампованы ячейки 1 в виде полусферы. Внутри цилиндра установлен лоток 4.

В процессе работы цилиндр вращается относительно оси 5. Зерновая масса подается внутрь цилиндра и в процессе ее перемещения вдоль цилиндра, частицы западают в ячейки, подымаются на определенную высоту, а затем выпадают, высота подъема характеризуется углом выпадения. При выпадении частица обладает определенной скоростью и поэтому летит, как тело брошенное под углом к горизонту и ее траектория выглядит в виде параболы.

Короткие частицы 3 занимают более устойчивое положение в ячейке, поэтому у них угол выпадения больше чем у длинных частиц 6:

(1)

где, в — угол выпадения коротких частиц;

б — угол выпадения длинных частиц.

Рис. 2.4. — Схема работы триера

Зная углы выпадения зерна и примесей можно найти такое положение лотка 4, при котором смесь будет разделяться. По лотку будет выходить более короткая фракция, а сходом с внутренней поверхности цилиндра — более длинная фракция.

Продольное движение зерновой массы вдоль цилиндра осуществляется за счет угла наклона триера и подпора вновь поступающей массы.

Рабочим размером является диаметр ячейки. В триерах для отделения коротких примесей (куколеотборниках) — Ш 3…5 мм (куколь, вика, сорное просо, дробленое зерно); для отделения длинных примесей (овсюгоотборники) — Ш 7…11 мм (овес, овсюг, ячмень и д.р.).

3. Расчетная часть

Определение размеров триерного цилиндра для разделения коротких примесей. Задаемся вначале окружной скоростью, которая принимается для для тихоходных триеров vm = 0,25… 0,50 м/с; быстроходных триеров vб = 0,90…1,4 м/с. Вид зерена: выбираем рис, содержание примесей в исходном материале а=15,0%; производительность G=5000кг/ч.

Решение:

Для риса принимаем следующие линейные размеры (по приложению 1) по табл. 3.1.

Таблица 3.1. Основные параметры риса

Наименование культуры

Масс" 1000 шт. зерен, кг

Диаметр ячеек, мм, для выделения примесей

Длина семян. мм

Насыпная плотность кг/м2

Коэффициент трения по стали

Коротких

длинных

Рис

0,024… 0,031

6,3; 7,1

-

5,0--7,0

500−550

0. 40

1. Определение размеров триерного цилиндра

Зададимся вначале окружной скоростью, которая принимается для быстроходных-vб= 0,9 м/с. Для обеспечения производительности более 5000 кг/ч применяют блоки из двух или более параллельно работающих триеров. Длина L, м, триерного барабана определяется по формуле Г. Т. Павловского:

где G — производительность триера, кг/ч;

а — содержание коротких зерен в исходном материале, %;

D — диаметр триерного цилиндра, м;

д — вместимость одной ячейки (д= 1), k — количество ячеек на 1 мІ триерной поверхности;

е — коэффициент использования ячеистой поверхности (е=0,1 — для триеров, отделяющих короткие зерновые примеси, е=0,5 — для триеров, отделяющих длинные примеси),

v — окружная скорость.

где d — диаметр ячеек, мм.

Тогда длина триера равна:

Рассчитаем расчетную производительность, т. е. максимальная масса зерна, которая может быть выбрана ячейками при условии их заполнения,

.

где L — длина цилиндра, м;

k — количество ячеек на 1 мІ триерной поверхности;

v — окружная скорость цилиндра, м/с;

Д2 — средняя масса зерна, выбираемого одной ячейкой, кг.

где q — расчетная производительность, т. е. максимальная масса зерна, которая может быть выбрана ячейками при условии их заполнения.

Диаметр быстроходного триерного цилиндра ориентировочно определяется из соотношения:

Для тихоходного триерного цилиндра:

Расчетная рабочая площадь поверхности триера Fр, мІ, определяется по формуле:

где q — удельная нагрузка на 1 мІ триерной поверхности, кг/(мІ. ч); (q = 125… 185 кг/ч — для тихоходных триеров; q = 400… 1100 кг/ч — для быстроходных триеров).

Сопоставим расчетную рабочую площадь поверхности Fр с полученной по формуле теоретической площадью поверхности Fm.

По полученным значениям рабочей поверхности окончательно выберем диаметр и длину триерного цилиндра.

Таблица 3.2. Стандартизированные параметры триера

Длина цилиндра, мм

Внутренний диаметр цилиндра, мм

400

500

600

800

Площадь триерной поверхности цилиндра, м2

750

0,942

1,177

-

-

1500

1,884

2,355

2,826

-

2250

-

3,532

4,240

5,652

536

-

-

5,652

7

Соответственно с расчетом были выбраны следующие параметры

D = 600 мм; L = 1500 мм

От длины триерного цилиндра зависит продолжительность пребывания зерна в нем, а следовательно, качество разделения. После уточнения длины и диаметра триерного цилиндра проверим выполнение соотношения

Проверим провиность выбора:

Размер выбран правильно.

Таблица 3.3 5 вариантов исходных данных для расчета

Наименование культуры

Вид примесей

Вид триера

Производительность, т/ч

Содержание примесей, %

Диаметр ячеек, мм,

Масс" 1000 шт. зерен, кг

е (***)

Рис

Корот.

Т (*)

2

14,0

6,3; 7,1

0,024… 0,031

0,1

Пшеница

Длин.

Т

1

13,4

8,0; 8,5; 9,0

0,022…0,042

0,1

Рожь

Длин.

Б (**)

6

20,0

8,5; 9,0; 9,5

0,013…0,032

0,5

Просо

Корот.

Т

5

29

2,5; 3,15

0,006

0,1

Овес

Корот.

Б

7

18

8,0; 8,5; 9,0

0,020…0,042

0,5

*Т — Тихоходный

**Б — Быстроходный

***е — коэффициент использования ячеистой поверхности

сепаратор цилиндрический триер зерно

Заключение

В данной работе рассмотрены общие методы процесса классификации сыпучих материалов, и также подробно описаны оборудование и прицип работы устройства для разделения зерен по длине — триера.

В результате выполнения курсовой работы я изучила суть и классификацию методов разделения сыпучих материлов. И также в процессе выполнения работы я приобретала умение рассчитать основные конструктивные размеры триеров, выяснила, что линейные размеры триера пропорционально зависят от производительности машины и его окружной скорости.

Список литературы

1. Г. Д. Кавецкий, В. П. Касьяненко Процессы и апараты пищевой технологии 3-е изд., перераб. и дополн., Москва «КолосС» 2008, 591 с.

2. Плаксин Ю. М., Малахов Н. Н., Ларин В. А. Процессы и апараты пищевых производств — 2-е изд., перераб. и доп., -М.: КолосС, 2006, 760с.

3. Г. И. Старшов, С. Н. Никоноров, А. И. Никитин, Основы проектирования и расчет технологического оборудования пищевых предприятий, учеб. пособие, Саратов 2008., 187 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой