Исследование процессов разделения
НЕОДНОРОДНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Цель работы
Изучение процессов разделения неоднородных систем на примере разделения сыпучих пищевых продуктов.
Задачи работы
1. Изучить принципы классификации неоднородных систем.
2. Выбрать способ и устройство разделения сыпучих пищевых продуктов.
Теоретические основы
Общие вопросы разделения. Разделение неоднородных систем по размерам входящих в них частиц или по группам этих размеров, называемых фракциями, составляет существо сортирования сыпучих смесей. По фракциям разделяют зерновые и крупяные смеси, муку и некоторые другие продукты. Основным способом сортирования по фракциям является просеивание через сита. Однако этот способ принципиально пригоден для разделения частиц только по двум из трех их характерных размеров. Например, зерно пшеницы и зерно сорного растения «овсюг» имеют близкие размеры по толщине и ширине, но существенно различаются по длине. Если смесь этих продуктов просеивать через сито, через которое проходят зерна пшеницы, то зерна овсюга почти так же хорошо пройдут через него, т.е. их разделение таким способом невозможно. Для разделения подобных продуктов используется триерование.
Наиболее ярким примером разделения сыпучих смесей по форме частиц является выделение проходом треугольных частиц гречихи из ее смеси с сорными примесями. Для этого используется пробивное сито с отверстиями треугольной формы.
Признак «различие плотности частиц» используется в двух основных методах разделения: осаждении и сепарировании. В поле силы тяжести или центробежных сил частицы дисперсной фазы приобретают ускорение, которое по второму закону Ньютона пропорционально действующей силе и обратно пропорционально массе частиц. В результате частицы начинают двигаться в направлении вектора действующей силы. При этом все «тяжелые»частицы оседают на твердых поверхностях оборудования, отделяясь таким образом от окружающей среды.
Такое отличие разделяемых частиц, как «различные магнитные свойства», используется для выделения ферромагнитных частиц из сыпучих продуктов. При воздействии на такую сыпучую смесь магнитного поля железосодержащие частицы увлекаются магнитными силами к одному из полюсов магнита.
Эффект разделения – степень выделения доли вещества из смеси применяемым способом – является характеристикой как метода, так и используемого аппарата.
Описание сортировальной установки.Рассеиванием называют сортирование сыпучих смесей с помощью сит. Поток продукта, проходящего через сито, называют проходом, а продукт, остающийся на сите – ситовым остатком. Если ситовый остаток сходит с поверхности сита в сторону его наклона, то он называется сходом.
Состав сложной сыпучей смеси, в которой содержатся частицы различных размеров, характеризуется кривыми распределения частиц (рис.2.2.) На графиках интегральных кривых распределения по оси абсцисс откладывают размеры частиц, а по оси ординат – массовое количество вещества, прошедшего (или непрошедшего) через сито соответствующего размера (номера), т.е. массовый проход или сход с соответствующего сита. На дифференциальных кривых распределения по оси ординат откладывают дифференциал от прохода или схода с данного сита, равный массовому количеству вещества, прошедшего через сито с размером ячеек h, но непрошедшего через сито с размером ячеек (h+dh). Получение данных кривых называют ситовым анализом сыпучей смеси.
При пропускании сыпучей смеси через сита часть вещества, которое могло бы пройти через отверстия сит, не проходит через них вследствие образования сводов над отверстиями. Для увеличения доли проходящего вещества необходимо постоянно разрушать своды. Для этого используются специфичные приемы: вибрирование ситовой поверхности, очистка поверхности сит щетками, резиновыми шариками или подушечками, встряхивание сит под действием ударов по ним и т.п.(рис.2.3).Количество материала, проходящего через сито в единицу времени, называют «севкостью». Основное влияние на севкость оказывает коэффициент трения материала сит и просеиваемого вещества, его «скользкость».
| Ситовый остаток, % |
| Выход фракций, % |
| а |
| b |
| d |
| h,мм |
| h,мм |
| c |
| hср |
а б
Рис. 2.2. Типичные результаты ситового анализа:
а – интегральное распределение частиц по размерам;
б – дифференциальное их распределение
Рис. 2.3. Схемы просеивающих машин:
а – с возвратно-поступательным движением; б – с круговым
движением (z – эксцентриситет; 1 – веретено;
2 – уравновешивающие грузы); в – ротационный рассев (бурат)
Сита пищевой промышленности разделяются на: пробивные из тонкой листовой стали со штампованными отверстиями, плетеные (проволочные) из круглой металлической проволоки, тканые из шелковых нитей, капрона, нейлона, перлона (рис. 2.4, 2.5). Обычная форма отверстий сит – круглые, продолговатые, квадратные и прямоугольные. Для сепарирования гречихи используются сита с отверстиями треугольной формы. Пропускная способность сит определяется их живым сечением, составляющим до 50 % общей площади для пробивных и до 70 % для плетеных сит.
Рис. 2.4. Разновидности промышленных пробивных сит и ситовых поверхностей
Материал проволоки сит: сталь, латунь, фосфористая бронза. Размеры сит стандартизованы и различаются по номерам. Сита с квадратными отверстиями имеют номер, равный числу миллиметров в стороне отверстия (в свету).
Для отделения сорной зерновой примеси, отличающейся от основного зерна по геометрическим размерам применяют аппарат под названием триер.
Триер – вращающийся цилиндр с ячейками на внутренней поверхности (рис.2.6). Мелкие и короткие зерна полностью размещаются внутри ячеек, а длинные – только частично. При медленном вращении цилиндра длинные зерна выпадают из ячеек раньше, а короткие – позже, т.е. при повороте на больший угол. Это позволяет, установив разделительную перегородку внутри триерного цилиндра, разделить зерна по длине.
Рис. 2.5. Разновидности плетеных сит и оборудование для просеивания: грохот и ситовой агрегат
Триер для выделения коротких примесей (кукольный) имеет относительно мелкие ячейки, а для выделения длинных (овсюжный) – крупные. В ячейки кукольного триера западают короткие примеси, а в ячейки овсюжного – зерна основной культуры. Зерна или примесь, выпавшие из ячеек до подхода к разделительной перегородке, перемещаются к выходу по наклонной поверхности цилиндра, а выпавшие за перегородку удаляются с помощью шнека. Частота вращения триера не должна быть выше критической, при которой зерна удерживаются в ячейках центробежной силой. При диаметре цилиндров 600...650 мм частота их вращения не превышает 30...50 об/мин. Диаметры ячеек серийных триерных цилиндров для зерновых культур равны 5; 6,3; 8,5; 9,5; 11,2 мм. Обычно для кукольного триера они равны 5 мм, для овсюжного – 9,5 мм. Критическая частота вращения триера определяется формулой n= 30 , где R – радиус, на котором расположены ячейки.
Сортность муки может быть улучшена простым ее рассеиванием. Основным фактором, улучшающим качество муки при рассеивании, является не столько отделение крупных частиц эндосперма, сколько отделение оболочек, зародыша и алейронового слоя зерновок. Поэтому в целом продукт разделяется по крупности и добротности.
Применяют комбинированные рассеивающие машины, выполняющие обе операции в ситовеечном процессе. В них сквозь просеивающее сито просасывается воздух, его поток создает псевдоожиженный слой сыпучего продукта, в котором оболочки зерна, как обладающие парусностью, собираются в верхней части псевдоожиженного слоя и стекают по нему в сторону уклона сита (уклон составляет 1...3 %). Расход воздуха подбирается так, чтобы обеспечивалось псевдоожижение, но не было чрезмерного уноса муки. В некоторых публикациях ситовеечные машины называют вакуумированными рассевами, так как в них пространство над ситом соединяют со входом вентилятора.
Рис. 2.6. Триер и схема технологического процесса в триерном цилиндре: 1 – триерный цилиндр; 2 – шнек для удаления коротких составляющих зернового вороха; 3 – разделительная перегородка