2. СИТОВЫЕ (РЕШЕТНЫЕ) СЕПАРАТОРЫ

Рабочим органом машины является колеблющийся ситовой канал, образованный плоским ситом, двумя продольными и одной поперечной (передней) стенками.

Сыпучая смесь поступает с приемной стороны канала у передней стенки и перемещается к открытому — сходовому концу, разделяясь на две фракции: проход (частицы, прошедшие через отверстия сита) и сход (частицы, не прошедшие через сито). Под действием вибрации осуществляются:

— транспортирование смеси вдоль канала, необходимое для непрерывности процесса и характеризуемое средней скоростью центра масс всего сыпучего тела;

— самосортирование — погружение в нижние слои (к поверхности сита) частиц меньших размеров и большей плотности и всплывание в верхние слои частиц больших размеров и меньшей плотности (см. параграф 6 гл. IV);

— просеивание — прохождение через отверстия сита частиц с размерами меньшими, чем размеры отверстия.

Просеивание как заключительная стадия сепарирования происходит из нижнего слоя. Поэтому, когда сыпучее тело имеет значительную толщину по сравнению со средним размером частиц, необходимо, чтобы в нижний слой погружались частицы, подлежащие просеиванию. Если такие частицы «всплывают», например при их меньшей плотности по сравнению с окружающими, то для эффективного сепарирования необходимо перемешивать сыпучее тело или уменьшить его толщину до размера одной-двух частиц.

Из условий неразрывности потока в поперечном сечении канала на расстоянии х от приемного конца толщина слоя

где В — ширина канала, средняя по сечению потока скорость, средняя плотность движущегося сыпучего продукта, массовая производительность по исходной смеси, количество прохода на участке от до х.

При относительно небольшой концентрации проходового компонента в исходной смеси Для осредненных по всему каналу параметров

где - коэффициент извлечения проходового компонента.

Средняя скорость транспортирования является основным параметром, который выбирают для достижения наибольшего эффекта сепарирования при заданных варьируя кинематическими параметрами (при гармонических колебаниях частотой со и амплитудой А), углом а наклона сита к горизонтальной плоскости и углом наклона траекторий точек сита к его плоскости. Для вибрационных ситовых машин характерны несколько регулярных режимов вибрационного перемещения.

1. Прямолинейные гармонические колебания без подбрасывания с двусторонним движением и мгновенными остановками, применяемые обычно для разделения смесей по ширине или толщине частиц с помощью штампованных (пробивных) тонколистовых (решет), имеющих круглые или прямоугольные отверстия или с помощью плетеных металлических Непрерывный контакт с ситом и отсутствие интервалов относительного покоя увеличивает вероятность просеивания частиц из нижнего слоя и уменьшает динамические нагрузки на сито, характерные для интенсивного подбрасывания.

2. Равномерные круговые колебания в вертикальной плоскости с непрерывным подбрасыванием; этот режим применяют для разделения смесей частиц разнообразной формы, получаемых, например, при дроблении горных пород и других минеральных материалов, а также для разделения связных сыпучих смесей растительного происхождения. В этих случаях подбрасывание и удары благоприятствуют разрыхлению и самосортированию смесей, но требуют применения прочных и жестких которым часто придают конструкцию колосников. Вследствие интенсивного рассеяния энергии из-за взаимного трения частиц удар считают неупругим.

3. Равномерные круговые колебания в горизонтальной плоскости применяют для четкого разделения сыпучих смесей растительного и минерального происхождения по толщине или ширине частиц на большое число фракций шести — восьми), что достигается размещением в ситовом корпусе большого числа ярусов горизонтальных с различными размерами отверстий. В этих машинах кроме металлических применяют сртг из шелка или искусственного волокна (капрона, нейлона и т. п.), а ситовые корпуса выполняют в форме шкафа с дверцами и выдвижными рамками, что обеспечивает герметичность и удобства эксплуатации.

Транспортирование сыпучей смеси. Так как обычно ширина канала В на порядок больше средней толщины слоя то пренебрегают трением сыпучего тела о боковые стенки и рассчитывают скорость транспортирования по формулам теории вибрационного транспортирования плоских частиц (см. гл. 1), уточняя только величины Формулу (5) гл. 1 для определения следует заменить выражением

учитывает реакцию сыпучего тела в равномерном восходящем потоке перпендикулярно к плоскости сита; длина канала.

Формула (12) гл. 1 принимает вид

где учитывается нормальная реакция передней стенки.

В случае горизонтальных поступательных круговых (с радиусом колебаний горизонтальной плоскости [12]

Самосортирование при вибрации. При ситовом сепарировании интенсивность самосортирования оценивают скоростью погружения частиц (см. параграф 6 гл. IV) проходового компонента из верхнего слоя к поверхности сита за время

Для круговых поступательных колебаний в плоскости горизонтального сита при линейной зависимости коэффициента сопротивления сдвигу от координаты средняя скорость погружения частиц от верхнего слоя до плоскости сита [4]

где коэффициент, зависящий от свойств проходовой частицы и среды, — коэффициент, в котором коэффициенты сопротивления сдвигу соответственно нижнего слоя по ситу и верхнего слоя по лежащему ниже.

Формула (8) справедлива, когда послойное движение происходит во всем сыпучем теле, т. е. при выполнении условия

При слабо выраженных признаках различия частиц проходового и сходового компонентов более существенно проявляется стохастическая природа процесса [18], причем обратная зависимость интенсивности самосортирования от толщины сыпучего тела и частоты колебаний сохраняется для кругового и прямолинейного движений сита.

Просеивание. Просеивание отдельной частицы при ее движении над отверстием сита — явление случайное, вероятность которого для безотрывного движения подчиняется нормальному закону [6, 12]

где скорость центра масс частицы относительно сита; критическое значение скорости при

Для сферической частицы диаметром при равномерном движении над прямоугольным отверстием длиной в горизонтальном сите

где коэффициент восстановления нормальной скорости частицы при ударе о кромку отверстия.

При движении частицы с подбрасыванием вероятность просеивания существенно уменьшается вследствие уменьшения времени контакта с ситом. Это происходит не только от увеличения нормальной составляющей ускорения сита и нарушения условия безотрывного движения, но и вследствие отражения частицы вверх при ударе о кромку отверстия. Последнее наблюдается при движении тонкого слоя. Увеличение толщины сыпучего тела до некоторого оптимального значения увеличивает вероятность просеивания, так как верхние слои, не испытывая непосредственно ударов, препятствуют отрыву от сита частиц нижнего слоя. При подбрасывания по этой причине не происходит, но избыточное давление верхних слоев увеличивает трение между частицами нижнего слоя, что затрудняет просеивание последних. Удельная производительность сита по проходу пропорциональна числу частиц, прошедших над отверстиями сита за 1 с и вероятности их просеивания:

где с — коэффициент пропорциональности, зависящий от «живого» сечения сита, концентрации проходового компонента в нижнем слое, плотности и других свойств частиц.

Вблизи значения с увеличением возрастает число частиц, проходящих над отверстием в единицу времени, при незначительно убывающей вероятности при дальнейшем увеличении решающее влияние на оказывает существенное уменьшение

Для просеивания частиц, близких по форме к сферическим, оптимальными колебаниями сита являются круговые поступательные в горизонтальной плоскости, так как они позволяют обеспечить почти постоянное значение относительной скорости нижнего слоя, близкое к оптимальному. При прямолинейных колебаниях относительная скорость изменяется непрерывно периодически, и ее оптимальное значение

Если форма частиц удлиненная, то более эффективными могут быть прямолинейные колебания, обеспечивающие определенную ориентацию частиц относительно отверстия.

Относительное движение с подбрасыванием оказывается эффективнее безотрывного движения для сильно удлиненных частиц в случае разделения по ширине при круглых отверстиях и для плоских частиц в случае разделения по толщине при прямоугольных удлиненных отверстиях.

Эффективность просеивания существенно зависит от способа очистки сит от частиц, застревающих в отверстиях. Для этого применяют встряхивающие очистители (резиновые шарики или шайбы) или щеточные очистители (инерционные или с принудительным движением).