СПОСОБ КЛАССИФИКАЦИИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF LOOSE MATERIAL CLASSIFICATION AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к способам и устройствам для классификации сыпучих материалов и может быть использовано в химической, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве.
Известен способ классификации сыпучего материала (см. Способ сепарации зернового вороха и устройство для его осуществления. А.с. №1166845 по классам В07В 4/00, A01F), включающий его метание, воздействие на образующуюся разрыхленную струю материала пневмопотоком, который подают сбоку струи материала перпендикулярно направлению метания и параллельно плоскости метания с разделением струи на две части. Устройство, реализующее этот способ, содержит метатель сыпучего материала, камеру пневмосепарации, канал пневмопотока, сообщающийся с камерой при помощи окон, выполненных на боковых стенках камеры, перпендикулярных плоскости метания материала, и сборники фракций, причем в канале перед одним из окон установлен делитель пневмопотока на две части.
Недостатком этих технических решений является низкая эффективность разделения материала на фракции вследствие случайного столкновения неоднородных частиц, приобретающих различную скорость под воздействием пневмопотока, а также по причине неоднородности гидродинамических параметров в поперечном сечении последнего.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ классификации сыпучих материалов (см. патент RU 2233715 C1, 7 B07B 13/00), включающий их последовательную подачу слоем на ряд шероховатых наклонных плоскостей, разделение ссыпающегося слоя по высоте на три части после каждой плоскости, противоточное перемещение частей вдоль нижних кромок плоскостей и выделение фракций после последней плоскости путем продольного разделения ссыпающегося слоя на части. Устройство, реализующее этот способ, содержит загрузочный бункер, питатель-дозатор, расположенные под ним каскадом шероховатые наклонные плоскости, размещенные под каждой плоскостью узлы для разделения слоя ссыпающегося материала на три части и их противоточного перемещения вдоль нижних кромок плоскостей, и приемник выделяемых фракций материала.
Недостатком таких технических решений является низкая эффективность разделения исходного материала на классы при невысоком эффекте разделения на отдельной шероховатой плоскости и ограниченной на практике возможности увеличения числа ступеней сепарации (плоскостей) в каскаде.
Задачей предлагаемых способа и устройства является повышение эффективности классификации сыпучих материалов по комплексу физико-механических свойств частиц за счет сочетания эффектов гравитационной и пневматической сепарации на каскаде сепарирующих элементов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что:
1. В способе классификации сыпучих материалов, включающем их последовательную подачу слоем на ряд шероховатых наклонных плоскостей, разделение ссыпающегося слоя по высоте на три части после каждой плоскости, противоточное перемещение частей вдоль нижних кромок плоскостей и выделение фракций после последней плоскости путем продольного разделения ссыпающегося слоя на части, согласно изобретению перемещение частей ссыпающегося слоя осуществляют путем продувки слоя воздухом, который подают вдоль нижних кромок плоскостей в направлении одной из их боковых кромок, а центральную часть слоя перемещают навстречу потоку воздуха с использованием установленных в ряд отклоняющих элементов.
2. В способе классификации сыпучих материалов по п.1 согласно изобретению поддерживают однородную толщину слоя на каждой из плоскостей путем уравновешивания поперечных импульсов, действующих на слой со стороны потока воздуха и каждого из отклоняющих элементов.
3. В устройстве для классификации сыпучих материалов, содержащем загрузочный бункер, питатель-дозатор, расположенные под ним каскадом шероховатые наклонные плоскости, размещенные под каждой плоскостью узлы для разделения слоя ссыпающегося материала на три части и их противоточного перемещения вдоль нижних кромок плоскостей, и приемник выделяемых фракций материала, согласно изобретению узлы для разделения слоя на части и их противоточного перемещения выполнены в виде ориентированных вдоль нижних кромок плоскостей пневмокамер, связанных патрубками с коллекторами подводимого и отводимого воздуха, расположенными со стороны противоположных боковых кромок плоскостей, причем в центральной части каждой камеры размещены делители слоя материала, выполненные в виде двух вертикальных пластин, установленных с возможностью их автономного горизонтального перемещения, и ряд гибких отклоняющих элементов, закрепленных на противолежащих сторонах пластин.
На фиг.1 представлена схема установки, реализующей способ классификации сыпучих материалов; на фиг.2 - аксонометрическое изображение узла разделения ссыпающегося слоя материала на части и их противоточного перемещения.
Установка состоит из бункера исходной смеси 1 со щелевидным выгрузочным отверстием, питателя-дозатора 2, под которым каскадом расположены шероховатые разделительные плоскости 3. Плоскости установлены последовательно друг под другом без зазора в проекции на горизонтальную плоскость и с зазором в проекции на вертикальную плоскость. Под нижней кромкой каждой плоскости смонтированы узлы для разделения падающего слоя частиц материала на три части и противоточного их перемещения вдоль названной кромки.
Каждый узел разделения и перемещения частиц материала представляет собой (фиг.2) ориентированную вдоль нижней кромки разделительной плоскости пневмокамеру 4. Пневмокамера связана патрубками с коллекторами подводимого 5 и отводимого 6 воздуха, расположенными со стороны противоположных боковых кромок плоскости.
В центральной части пневмокамеры продольно установлены делители падающего слоя материала на три части, выполненные в виде двух вертикальных пластин 7 и 8. Пластины закреплены на стенке пневмокамеры с возможностью их автономного перемещения в горизонтальной плоскости тягами 9. Между пластинами, на их противолежащих сторонах, закреплен ряд гибких отклоняющих элементов 10, изготовленных, например, из транспортерной ленты или кордной ткани.
Под узлом разделения и перемещения частей материала, ссыпающегося с нижней разделительной плоскости, установлен приемник фракций 11, разделенный вертикальными перегородками на части в соответствии с числом выделяемых фракций.
Способ осуществляется следующим образом. Из бункера 1 с помощью питателя-дозатора 2 исходный материал подается на шероховатую наклонную плоскость 3, установленную под углом к горизонту, близким к углу естественного откоса материала, по всей длине плоскости. На плоскости образуется слой материала, движущийся к ее нижней кромке. При этом на плоскости организуется сдвиговое гравитационное течение сыпучего материала, в котором верхние слои материала обгоняют нижние и, взаимодействуя с ними, обмениваются между собой частицами.
Взаимодействие частиц происходит в режиме столкновения. В результате определенная часть частиц сыпучего материала с похожими свойствами (размер, плотность) перемещается в направлении к открытой поверхности слоя, а другая часть - в противоположном направлении, т.е. к основанию слоя. В центральной части слоя, характеризующейся наивысшей плотностью, концентрируются малоподвижные тяжелые частицы (наиболее крупные и плотные). В периферийных, менее плотных областях слоя, у основания и у его открытой поверхности концентрируются подвижные легкие частицы. Они приобретают при столкновении более высокие скорости. Одновременно в слое происходит процесс разделения частиц по механизму просеивания. В результате этого в нижней части слоя скапливаются преимущественно мелкие относительно плотные частицы, а в верхней части - относительно крупные частицы с низкой плотностью. Таким образом, на наклонной плоскости наблюдается преимущественное движение одних частиц над другими.
При этом по толщине скатывающегося слоя имеется градиент скорости частиц. Частицы, расположенные в верхней части слоя, имеют большую скорость, чем частицы, расположенные в средней его части. Последние, в свою очередь, скатываются с большей скоростью, чем частицы, расположенные в нижних слоях. В связи с этим в веере, образующемся при ссыпании материала с нижней кромки плоскости, частицы верхних слоев летят по длинным траекториям вблизи верхней границы веера, частицы средних слоев - по более коротким траекториям, а частицы нижних слоев - по самым коротким траекториям вблизи нижней границы веера.
В пневмокамере 4 веер падающих частиц продувается потоком воздуха, направленным вдоль нижней кромки разделительной плоскости. При продувке со скоростью воздуха, не превышающей скорости витания наиболее мелких и наименее плотных частиц материала, пневмопоток сообщает импульс частицам веера и смещает их в направлении одной из боковых кромок плоскости. При этом величина смещения зависит от размера, плотности и парусности частиц. Наибольшее смещение будут иметь мелкие и легкие частицы, движущиеся преимущественно в периферийных слоях веера, а наименьшее - крупные и плотные частицы, концентрирующиеся в его центральной части. Это становится причиной пневмосепарации частиц, которая протекает в благоприятных для нее условиях.
Такие условия возникают вследствие того, что отдельные токи воздуха при их продольном движении в веере предварительно отсепарированного материала контактируют с падающими частицами, имеющими более однородные свойства, чем свойства частиц смеси в целом. Это позволяет снизить эффекты перемешивания, обусловленные столкновением неоднородных частиц при их пневмосепарации.
Более крупные и плотные частицы, движущиеся преимущественно в центральных слоях веера, перед их падением на нижерасположенную разделительную плоскость контактируют с отклоняющими элементами 10 и перемещаются навстречу потоку воздуха, что обеспечивает повышение эффективности разделения неоднородных частиц.
Для обеспечения однородной величины потока (толщины слоя) на поверхности разделительных плоскостей регулируют зазор между делителями потока падающих частиц 7 и 8, увеличивая его или уменьшая в направлении перемещения материала.
Предварительно отсепарированный материал попадает на следующую ступень каскада, где процесс гравитационной и пневматической сепарации с противотоком неоднородных частиц повторяется в последовательности, аналогичной рассмотренной. При многократном повторении процесса на каскаде ступеней сепарации происходит распределение частиц материала по размеру и (или) плотности вдоль нижней кромки разделительных плоскостей.
Материал, покидающий последнюю ступень сепарации, падает в приемник конечных фракций 11, разделенный перегородками, перпендикулярными плоскости ссыпания на части, по числу выделяемых фракций.
Таким образом, на каскаде сепарирующих ступеней организуется многоступенчатая сепарация и противоточное перемещение частиц, различающихся по комплексу физико-механических свойств. При этом каждый из движущихся навстречу друг другу потоков материала обогащается частицами с определенными свойствами.
В результате указанной организации процесса на каскаде ступеней сепарации достигается многократное усиление комбинированного эффекта пневмо-гравитационной сепарации, наблюдаемого на одной ступени разделения.
Использование предложенного варианта совмещения эффектов гравитационной (сегрегации) и пневматической сепарации позволяет повысить эффективность классификации и уменьшить число ступеней разделения, необходимых для решения технологической задачи.
ПРИМЕР. Сыпучий материал, представляющий собой смесь ячменя с примесью семян овсюга и колотых зерен ячменя, подают слоем из расходного бункера, имеющего щелевидное разгрузочное отверстие, с помощью секторного питателя на расположенные каскадом ступени сепарации. Каждая ступень сепарации содержит наклонную шероховатую плоскость шириной 0,7 м и длиной 1 м и расположенную под ней вдоль нижней кромки пневматическую камеру высотой 0,6 м.
Пневмокамера и плоскость закрыты общим кожухом, а основанием камеры является верхняя часть наклонной плоскости, принадлежащей следующей ступени сепарации. В центральной части пневмокамеры вдоль нижней кромки разделительной плоскости установлены делители потока падающих частиц, выполненные в виде установленных на одной высоте двух вертикальных пластин высотой 0,25 м и длиной 1 м. Пластины установлены в камере с возможностью автономного их перемещения в горизонтальной плоскости. Между пластинами закреплен ряд гибких отклоняющих элементов, расположенных под углом 45° к горизонту. По торцам камеры имеются штуцера, связывающие ее с коллекторами подводимого и отводимого воздуха. Под пневмокамерой самой нижней ступени сепарации установлен приемник выделяемых фракций материала, разделенный вертикальными перегородками на четыре части, предназначенные для приема семян, продовольственного, фуражного зерна и отходов.
В быстром сдвиговом потоке на шероховатой наклонной плоскости под действием эффектов сегрегации материал разделяется, в результате чего мелкие и легкие его частицы (колотое зерно и овсюг) концентрируются преимущественно в периферийных частях падающего слоя материала и перемещаются потоком воздуха в пневмокамере в направлении одной из торцевых кромок плоскости. Наиболее крупные и плотные зерна, которые сосредотачиваются преимущественно в центральной части падающего слоя и в меньшей степени подвержены воздействию потока воздуха, под действием отклоняющих элементов перемещаются к противоположной торцевой кромке плоскости. Таким образом, организуются встречные потоки частиц, один из которых при переходе от одной ступени сепарации к другой обогащается наиболее крупным и плотным семенным и продовольственным зерном, а другой мелким, колотым и менее плотным фуражным зерном, а также семенами овсюга. В результате на выходе с последней ступени сепарации частицы материала в зависимости от их размера, плотности и парусности распределяются вдоль нижней кромки разделительной плоскости. Со стороны одной из боковых кромок плоскости концентрируется семенное зерно, у другой - легкая нетоварная фракция, а промежуточные фракции (продовольственное и фуражное зерно) располагаются между ними. Полученные фракции выделяются из потока материала установленными в приемнике вертикальными перегородками.
Предлагаемые способы и устройство обеспечивают комбинированное использование эффектов гравитационной (сегрегации) и пневматической сепарации при классификации сыпучих материалов по комплексу физико-механических свойств частиц на каскаде сепарирующих элементов.
По сравнению с прототипом предлагаемые технические решения позволяют повысить эффективность классификации и расширить функциональные возможности оборудования.