Основы воздушного сепарирования

ВОПРОС 2.

Воздушное сепарирование на зерноперерабатывающих предприятий применяют с целью удаления из зерна легких примесей и щуплых зерен, отдаления лузги, оболочки и мучки при производстве крупы и муки и т.д. Воздушное сепарирование основано на различие аэродинамических свойств компонентов смеси. На аэродинамические свойства влияет форма, масса и размер частиц, состояние поверхности и их положение, относительно направления воздушного потока и другие факторы.

Для разделения можно использовать горизонтальный или вертикальный воздушный поток.

Если частицу поместить в воздушный поток, то на нее будут воздействовать две силы: сила тяжести (G=mg) и сила сопротивления воздушному потоку (R), которую можно определить по формуле Ньютона (при ламинарном режиме):

R=ξ F_м, (H) (1)

где, ξ – коэффициент аэродинамического сопротивления

F_м– менделеево сечение (площадь проекции частицы на плоскость перпендикулярную к направлению воздушного потока), м²;

p_в- плотность воздуха, кг/м³;

υ₀ – относительная скорость частицы в воздушном потоке, м/с.

Коэффициент аэродинамического сопротивления зависит от формы, состояния поверхности и режима воздушного потока (ламинарный, турбулентный).

Если частица находится в вертикальном воздушном потоке (рис.2), то действующие на нее силы направлены в противоположные стороны и можно выделить три случая:

1) R>G – частица движется вместе с воздушным потоком вверх;

2) R<G – частица движется вниз;

3) R=G –частица находится в равновесии, т.е. витает.

Рисунок 2 – Схема разделения смеси в вертикальном воздушном потоке

Скорость воздушного потока, при которой частица находится в состоянии равновесия, называют критической скоростью или скоростью витания. Так как в равновесном состоянии относительная скорость частицы равна скорости воздушного потока, только направлена в противоположную сторону (υ₀ = - υ_вит), а силы действующие на частицу равны (R = G), то подставив данные в формулу 1 получим:

υ_вит=, (м/с) (2)

Скорость воздушного потока, при котором частица витает, имеет для каждой фракции смеси определенное значение (пшеница -8,9…11,5 м/с; органическая пыль -2,5 м/с). Условие, при котором возможно разделение, выражается следующим равенством:

υ_{вит зерна}> υ_возд> υ_{вит примесей} (3)

В производственных условиях скорость воздушного потока в среднем принимают υ_воз=5…7 м/с.

Если частица находится в горизонтальном воздушном потоке, то на нее действует те же силы G и R. При этом частица движется под действием равнодействующей силы по параболе (рис.2). Крутизна падения зависит от соотношения сил G и R, которое характеризуется коэффициентом полета (k)

k=tg (4)