Sortarea amestecurilor polidisperse solid-solid

1.Generalitati; clasificare

Pentru ramurile industriei alimentare, cum sunt industria moraritului berei, spirtului uleiului, zaharului, amidonului, conservelor, etc. care utilizeaza ca materie prima seminte, se impune sortarea ca operatie de separare a particulelor care se deosebesc unele de altele atat prin natura si forma (seminte, cereale, praf, pleava, etc.) cat si prin destinatia si marimea lor (cereale, mazare, ovaz, mazariche, neghina, etc.)

Scopul separarii poate fii dupa caracteristicile fizico-mecanice ale produsului de baza:

dupa dimensiune cu ajutorul sitelor;

cu ajutorul curentului de aer, dupaproprietatile aerodinamice;

cu ajutorul trioarelor dupa forma boabelor;

cu ajutorul campului magnetic, dupa proprietatile magnetice ale fractiunilor;

dupa culoare;

dupa diferenta de densitate a particulelor in mediu lichid (mazare verde, granule de amidon)

2.Operatia de cernere (separare cu ajutorul sitelor, separarea pe baza diferentei de marime a particulelor)

Se numeste cernere operatia de separare in fractiuni a amestecului de granule si pulberi pe baza diferentelor de forma si dimensiuni ale particulelor.

Aparatele utilizate poarta denumirea de gratare, ciururi si site.

La cernere prin orificiile sitei trece marea majoritate a particulelor cu dimensiuni mai mici decat a orificiilor, care alcatuiesc cernutul sau curentul inferior, si raman particulele care alcatuiesc refuzul.

Sita propriu-zisa se confectioneaza din diferite materiale: din tesaturi textile, metalice, table perforate cu ochiuri de forma circulara, dreptunghiulara sau patrata. Caractristicile principale ale sitelor sunt: dimensiunea ochiului (sub 1mm in diametru; peste 1 mm se numesc ciururi); numarul de ochiuri pe unitatea de lungime si de suprafata; totodata o caracteristica este suprafata vie = cu raportul dintre sectiunea orificiului (S_o) si sectiunea totala (S_t) a sitei exprimat prin relatia:

S_v= %

Factorii care influenteza operatia de cernere sunt:

grosime stratuli de material;

forma orificiilor si a particulelor (circulare, alungite, ovale, patrate, etc.)

umiditatea materialului;

natura materialului( influienteaza prin frecare uzura abraziva a sitei);

suprafata activa de cernere.

Metodele de realizare a cernerii sunt metoda: - cernuturilor, cand sitele se aseaza cap la cap incepand cu cea cu ochiuri mai mici si terminand cu cea cu ochiuri mai mari

R₁ 

R₂

R

C  R₃ C₁ C₂ C₃

Fig.1 Metoda refuzurilor la care sitele sunt asezate suprapus, incepad cu ochiuri mai mari si terminand cu sita cu orificii mai mici

La un numar de n site care formeaza aparatul de cernere se obtin n+1 fractiuni dintre care n cernuturi si un refuz la metoda cernuturilor si n refuzuri si un cernut in cazul metodei refuzurilor. Cernerea se efectueaza pe site tehnice prin care trec fractiuni pana la 0,042 mm.

Aparate de cernere:

În functie de modul cum se realizeaza deplasarea materialului in raport cu sita avem:

a) Aparate cu miscarea plan paralela alternativa (fig.2) sau plan paralela circulara a sitei (fig.3). Se utilizeaza la curatirea cerealelor si la cernerea malaiului. Miscarea de dute-vino a sitelor de obicei dispuse inclinat, se realizeaza prin mecanisme biela-manivela sau cu excentric. Alimentarea se face la partea superioara, produsul deplasandu-se apoi pe sita inclinata. Cernutul rezultat se evacueaza prin gura de evacuare (3) iar refuzul prin gura de evacuare (4

Fig.2 Site cu miscare plan-paralela alternativa

Site de cernere cu miscare plan-paralela circulara

Din aceasta categorie de aparate face parte sita plana sau plansichterul frecvent intalnit in intreprinderile de morarit si in industruia amidonului sau zaharului.

În principiu o astfel de sita functioneaza in felul urmator:miscarea de rotatie este transmisa printr-un excentric la cadrul cu rame cu site.

În figura 3. este redata schita de principiu a circulatiei produselor in interiorul unui pasaj de sita plana cu 12 rame cu site.

Fig.3. Actiunea paletelor asupra traiectoriei particulelor

Pentru ca materialul sa se deplaseze continuu intr-un sens se monteaza pe peretii laterali ai ramei cu site, palete din tabla sau in alte cazuri, se inclina sitele cu 4-5º.

Figura 4.Deplasarea materialului la un pasaj al sitei R_1-3 -refuzuri; C_1-2 -cernuturi

Conditia de cernere in sitele plane este ca produsul sa se afle in contact cu suprafata de cernere un timp optim si sa se deplaseze cu o viteza optima care sa asigure cea mai mare probabilitate ca particulele mai mici decat orificiile sitei sa treaca prin aceasta, conditii realizate datorita felului de miscare plan-circulara care obliga fiecare particula sa parcurga suprafata de cernere de la un capat la altul intr-o deplasare pe numeroase traiectorii circulare.

Se considera un punct M pe sita in care se afla o particula. Pentru ca particula sa se deplaseze pe sita este necesar ca forta centrifuga F_C imprimata particulei prin rotatia sitei plane sa depaseasca forta de frecare F_f a acesteia pe sita.

Fig.5. Schema fortelor care actioneaza in cazul sitei plane.

Daca ,respectiv in care: m-masa particulei ; ω-viteza unghiulara; r- raza excentritatii; f- coeficientul de frecare sita produs.

Atunci: F_a>F_f

Deci:

sau ;

n-turatia (rot./min.)

De unde: , sau

În practica se utilizeaza n=200 - 220 rot min. Se observa ca la turatii mai mari este necesara o excentricitate r mai mica.

b) Aparatele de cernere cu miscare de rotatie

Se intalnesc in industria moraritului atat pentru realizarea sortarii cerealelor in 2 sau 3 fractiuni cat si pentru realizarea cernerii fainii. Ele pot avea forma cilindrica, hexagonala sau conica. Suprafata tamburului se confectioneaza din sita cu orificii de diferite marimi care cresc in sensul deplasarii materialului. Se foloseste metoda cernuturilor.

În figura este reprezentat un aparat folosit ca sita de control la cernerea fainii in

industria panificatiei.

Figura 6. Schita de principiu a sitei tronconice rotative

snec de alimentare   6. gura de evacuare a refuzului

carcasa 7. gura de evacuare a cernutului

sita conica

snec

gura de alimentare

Mecanismul sortarii la sitele cu miscare de rotatie decurge astfel: o particula aflata pe peretele sitei este supus unui sistem de forte : G=m·g - forta de greutate; F­­­_c=m·ω²·r - forta centrifuga.

Figura.7. Sisteme de forte ce actioneaza in cazul sitei rotative.

Forta normala N rezultanta ce actioneaza asupra particulei este:

;

Pentru ca particular de masa "m" sa se desprinda de suprafata cilindrului este necesar ca:

sau

si

Se oberva ca desprinderea particulei de suprafata cilindrului are loc in cadrul II deci deasupra diametrului orizontal.

Daca: , atunci particular se deplaseaza impreuna cu cilindrul si separarea nu mai au loc.

La limita se poate scrie:

Pentru: f=tgφ

De aici rezulta:

În practica se apreciaza: [rot/min]

Productivitatea sitei cilindrice se calculeaza cu relatia:

; [t/h]

in care: ψ - coefficient de afanare a materialului (0,6 - 0,8); ρ- masa volumetrica kg/m³;θ- unghiul de inchidere al tablei fata de orizontala;h- inaltimea stratului de material in tabla;

c) Sita centrifuga de cernere cu batatoare rotative:

Fig.8. Schita unei centrifuge de cernere.

Camera la aceasta masina, in plus fata de cernerea in site cu miscare de rotatie, este completata cu o actiune violenta asupra produsului supus cernerii asigurata de un batator rotativ.

Corpul de cernere al sitei format din cilindrul (2) se roteste cu cca 20 - 30 rot/min. În interiorul cilindrului de cernere se roteste in sens invers cu cca 170 - 180 rot/min, rotorul (3) pe care sunt montate paletele (batatorele). Alimentarea aparatului se face prin racordul (1) iar evacuarea cernutului printr-un transportor melc (4).

Deplasarea produsului in interiorul sitei de la intrare spre evacuare este asigurata de o usoara inclinare a batatoarelor fata de axa orizontala cu cca 5% (reglabila). Cilindrul cu sita se construieste cu diametrul de 600 - 800 mm si lungime de 2000 - 2500 mm. Capacitatea de productie este de 150 kg/h·m² , suprafata de cernere pentru faina si 180 kg/h·m² in cazul cernerii pentru control a taratelor.

d)Triorul cilindric cu alveole, este intrebuintat pentru eliminarea impuritatilor care cu aceleasi dimensiuni in sectiune trazversala ca si semintele, insa au lungime mai mare.

Triorul de forma cilindrica are suprafata laterala interioara prevazut cu alveole stantate, cu ajutorul carora, particulele intrate in alveole la rotirea cilindrului sa se ridice si sa fie descarcate la o anumita inaltime intr-un jgheab collector. Particulele mai lungi nu pot intra complet in alveole inaintand de-a lungul cilindrului.Fig.9 Triorul cilindric cu alveole

Constructia celulelor triorului este determinata de destinatia lor. Pentru separarea impuritatilor sferice a jumatatilor de seminte, neghinei si mazarichei din orz se utilizeaza alveole cu diametrul 6,25 - 6,50 mm iar pentru separarea orzului de ovaz alveole cu Φ 9,5 - 10 mm.

Sistemul de forte ce actioneza asupra particulei din alveola este alcatuit din :

forta centrifuga F_c = m·ω²·r =

fota de greutate G = m·g

rezultanta celor doua forte in normala la suprafata N va fi :

N = F_c+G = m·g·cosα + m·ω²·r

forta de frecare T₁ (in cazul suprafetei netede a cilindrului), va fi:

T₁ = f·N =

În care : f=tgφ - coeficientul de frecare unde φ-unghiul de frecare

Fig.10 Sistemul de forte ce actioneza asupra particulei din alveola

Componenta tangentiala a greutatii particulei:

T = m·g·sinα

Alunecarea particulei este posibila daca:

T ≥ T₁

Adica : m·g·sinα ≥ m·g·

De unde rezulta:

Sau tinand cont de ω si inlocuind vom obtine : rot/sec

La marirea turatiei creste forta centrifuga si grauntele se vor ridica la un unghi de 90° sau mai mare (α = 90° + β).

Daca β = 90° sau mai mare nu are loc separarea deoarece particulele nu se mai desprind de suprafata cilindrica datorita influentei fortei centrifuge.

Deci se impune o turatie limita a triorului adica sin (180° -φ) = sin φ si astfel:

n_max=, [rot/sec]

Trioarele functioneza sub turatia limita si se disting :

trioare lente la care n = (0,2÷0,3) n_maxde regula cu cilindru inclinat cu 5÷10° fata de orizontala;

trioare rapide la care n = (0,75÷0,8) n_max cu axa de rotatie a cilindrului orizontala.

e)           Separarea particulelor solide pe baza de diferenta de forta centrifuga (separarea cu trior spiral):

Triorul spiral serveste la separarea sparturilor si boabelor mici de grau din deseuri pe baza diferentei de masa specifica si a formei suprafetei particulelor. Datorita fortei centrifuge care se dezvolta in timpul rostogolirii pe planul inclinat elicoidal, boabele rotunde sunt proiectate catre marginile jgheabului putandu-se colecta astfel separat.

Fig.9 Triorul spiral

Triorul spiral are montat la partea superioara un dispozitiv de alimentare(1) cu subar dozator. Prin cadere libera produsul se scurge pe suprafata elicoidala (2) unde se produce separarea in 3-4 componente. Praful se colecteaza langa stalpul de sustinere (4) al planului inclinat, spartura de grau la mijlocul planului iar boabele rotunde de neghina si mazariche sunt dirijate inspre periferia jgheabului fiind captate de clapetele de deviere.

3. Separarea magnetica

Puterea de atractie P a magnetilor permanenti:

(kg)

Fig.10 Principiul de separare magnetica

unde: B- inductia magnetica (G_s); S- sectiunea trasversala a campului magnetic (cm²);Înclinarea optima a suprafetei α=40°.

Fig.11 Separator electromagnetic (5t/h)

1. tambur magnetic

2. subar

3. banda transportoare

Curentul necesar este de 110 V continu (rederesor cu seleniu)

4. Separarea dupa insusirile aerodinamice

Se face atunci cand boabele (amestecul) cad liber intr-un curent de aer.

P - forta portanta

G

G>P - cadere gravitationala

G=P - plutire

G<P - deplasare cu curentul

Presiunea curentului de aer ce actioneaza asupra bobului este: P=K·F·in care:

K- coeficient de rezistenta aerodinamica;

F- suprafata proiectiei bobului in plan perpendicular pe directia curentului de aer;

γ- greutatea specifica a aerului;

K grau = 0,184 - 2,262;

K porumb= 0,19 - 0,27;

K floarea soarelui= 0,16 - 0,24;

Viteza de plutire (m/s)

Grau 8,9 - 11,5;

Porumb 8,4 - 10,8;

Floarea soarelui 12,5 - 14;

5. Separarea hidraulica

Fig.12 Separarea in current de aer

Fig.13 Masina de spalat prin flotatie

capacitatea este de 4 t/ h;

Instalatie de sortat prin flotatie pentru mazare verde.

Fig.14 Masina de sortat prin flotatie

H₁ - sedimente boabe, H₁=(0,02÷0,03) (m)

palnie de alimentare

plutitor

camera de flotatie

conducta de recirculare solutie NaCl (ρ_m=1080 kg/m³)

jgheab

conducta de evacuare produs

pompa de recirculare

colector solutie

conducta de golire

site vibratoare de separare mazare

Masini de sortat in curent de aer

Fig.15 Vanturatoarea selectoare pentru mazare