Делимость сыпучей смеси

Сыпучие дисперсные материалы, состоящие из смеси отдельных частиц, отличающихся по каким то признакам можно разделять или совершать разборку смеси, при следующих обязательных условиях:

- в исходной смеси должны быть отделимые компоненты, то есть частицы физико-механические свойства которых отличны друг от друга;

- смесь должна быть разрыхленной на столько, чтобы внутри ее были полости (поры) достаточных размеров для прохождения отдельных частиц из внутренних слоев в слой, граничащий с поверхностью разделения и откуда они должны удаляться не скапливаясь.

Существующая закономерность процесса разделения заключается в том, что независимо от принципа работы сепаратора исходная смесь разделяется на два компонента-фракции (новые смеси), которые качественно отличаются от исходной смеси.

При выборе способа разделения сыпучей смеси необходимо правильно использовать различия в физических свойствах и геометрических признаках компонентов смеси. В первую очередь учитывают те признаки, которые обеспечивают наиболее полное разделение смеси на фракции с заданными показателями качества, то есть допустимого процента примеси другой фракции в выделяемой.

В связи с этим особое значение приобретают данные об изменчивости различных признаков выделяемой и сопутствующей фракций. Изменчивость различных признаков изучают при массовом определении варьируемых величин: длины, ширины, толщины, объёма, аэродинамических свойств, плотности и др. Результаты исследований используют для выбора разделяющих факторов (размеры отверстий сит, параметры ячеек триеров, скорость воздушного потока и др.), то есть выбирают те признаки, по которым наиболее резко различаются интересующие нас компоненты, что и определяет возможный процент выделения одной из фракций сыпучей смеси.

Для исследования физико-механических свойств компонентов смеси применяют статистические методы, выражая результаты измерений в виде вариационных рядов или вариационных кривых, определяющих частоту появления величины характеризующего параметра того или иного признака.

Из сопоставления результатов измерений выше указанных величин данного признака, полученных отдельно для каждой фракции, можно судить, какой из признаков нужно использовать, чтобы получить лучший результат.

Рассмотрим пример обработки зерна в приёмном отделении элеватора при отделении сорной примеси от зерна, при закладке его на хранение. В большинстве случаев, вариационные кривые размеров остатков стеблей, сорных семян и зерен основной культуры взаимно пересекаются, то есть на некотором интервале признаки совпадают по величине. Поэтому по этим признакам полностью разделить зерновую смесь на компоненты иногда практически невозможно. В зависимости от степени перекрытия вариационных кривых то или иное количество сорной примеси попадает в основную культуру, и в тоже время в отходы попадают зерна основной культуры. Это количество прямо зависит от требуемой чистоты фракций, и регулируется подбором параметров сепараторов и организацией технологического процесса сепарирования (выбор последовательности использования признаков делимости и количество повторных реализаций).

Возможно, три варианта взаиморасположения кривых двухфракционой смеси (например: зерно основной культуры и мелкие примеси), по признаку х (см. рис. 1)

Заштрихованная площадь между кривой 2 и осью абсцисс определяет относительное содержание в смеси мелких примесей, а площадь между кривой 1 и осью абсцисс - зерен основной культуры. Перекрестная штриховка показывает зону перекрытия признаков примесей и основной культуры.

Общий интервал  соответствует интервалу всей смеси, в котором варьирует признак х обоих компонентов. Из первого варианта смеси (рис.1а) видно, что при величине D делящего фактора по признаку х смесь теоретически может быть полностью разделена. Такая смесь называется разделимой по признаку х.  

1 - основная культура; 2 - примесь.

Второй вариант разделения смеси (рис. 1б), который в принципе преобладает, является трудноразделимой по признаку х смесью или не полностью разделимой. В этом случае часть площади, ограниченной кривой 1, перекрывается заштрихованной площадью на участке с интервалом . Эта часть смеси зерен не может быть разделена по данному признаку. Из нее теоретически можно выделить в два приема - часть основной массы зерен в чистом виде, соответствующую площади справа от прямой в-в, по делящему фактору D+, часть мелких примесей в чистом виде, соответствующую площади слева от прямой а-а, по делящему фактору D. Таким образом, данная смесь по признаку х может быть разделена на три фракции, при этом две из них будут представлять компоненты в чистом виде. Одна из фракций, соответствующая площади, ограниченной прямыми, а-а и в-в, определенная интервалом , содержит оба компонента и по данному признаку неразделима.

Наконец третья смесь (рис. 1в) в которой оба компонента перекрываются, относится к неразделимой смеси по данному признаку х.

Качественным критерием делимости смеси  считается:

где   - интервал перекрытия; - интервал смеси.

Разделимая смесь (рис. 1а) имеет =0 и =1; трудноразделимая (рис. 1б) < и <1; неразделимая (рис. 1в) = и =0.

Количественным критерием делимости двухкомпонентной смеси по одному признаку является соотношение:

, (г)

где s- сумма выходов (%) соответствующих площадям первого и второго компонентов, ограниченных кривыми 1 и 2 основанием  и ординатами а-а и в-в (см. рис. 1б).

Для определения делимости смеси, более точным и сложным является статистический метод, основанный на изучении корреляционных связей между признаками и построения корреляционных таблиц и пространственных корреляционных решеток. Эти методы положены в основу для выбора схемы сепарирования и соответствующих сепарирующих машин. Применению статических методов и компьютерных технологий с использованием универсальных редакторов обработки и анализа данных для предпроектных исследований посвящена данная лабораторная работа.

1.Цели и задачи работы.

1.1. Привитие навыков выполнения предпроектных исследований на примере установления параметров сепаратора для обработки сыпучей двухкомпонентной смеси.

1.2. Определение соотношения фракций и размерных характеристик компонентов исследуемой смеси.

1.3. Построение экспериментальных и теоретических вариационных рядов распределения размерных характеристик.

1.4. Получение количественных оценок свойств анализируемой смеси используемых в инженерно-конструкторских расчетах при определении конструктивных параметров сепаратора.

1.5. Определение параметров сепаратора и их влияния на делимость смеси по анализируемым признакам при заданной допустимой засорённости.

1.6. Привитие навыков применения ПК для получения, сбора, обработки и анализа экспериментальных данных и получения характеристик обрабатываемого материала, для определения конструктивных параметров рабочих органов.

1.7. Привитие навыков использования универсальных программ анализа данных Microsoft Excel.

2. Оборудование.

2.1. Лабораторное измерительное микрометрическое устройство.

2.2. Персональный компьютер.

2.2. Образцы, подготовленные для проведения испытаний - зерновая смесь (пшеница с овсом или пшеница с ячменем)-0,5 кг.

2.4. Лабораторные весы  ВЛК-500.

3. Описание измерительного микрометрического устройства.

Схема измерительного устройства приведена на рис. 2. Она состоит из основания 1, на котором прикреплен столик для расположения на нем объекта измерения 5. Подвижный упор измерительного устройства 3 соприкасаясь с объектом фиксирует на шкале микрометрического индикатора 4 показания измерений геометрических характеристик объекта (зерна): толщину, ширину и длину при соответствующем его расположении на столике 2.

1 - основание; 2 - столик; 3 - подвижный упор измерителя; 4 - микрометрический индикатор; 5 – объект измерения.

4. Последовательность выполнения первого этапа работы.

4.1. Отобрать 3 пробы анализируемой смеси, примерно по 20 гр. каждую.

4.2. Отделить одну фракцию от другой в каждой пробе.

4.3. Определить точный вес фракций в каждой пробе.

4.4. Данные занести в ячейки таблицы, подготовленной программы в универсальном редакторе обработки и анализа данных Microsoft Excel, представленные в программе в виде таблицы 1. Она может быть использована, как промежуточная перед занесением данных в компьютер.

Таблица 1

Соотношение фракций в анализируемой смеси.

Данные таблицы 1. заносятся в представляемую программой одноимённую таблицу «Соотношение фракций в анализируемой смеси» в зону I (см. также Приложение стр. 1). В этой же таблице программа выдаст соотношение фракций в анализируемой смеси.

4.5. Взять из общей массы смеси навеску примерно 100г.

4.6. Отделить из навески по N=50 шт. (эта цифра – объём выборки при первой обработке будет уточняться и требует корректировки см. пункт 4.9.) зерен составляющих основные компоненты смеси (пшеница-овес или пшеница-ячмень).

4.7. Используя лабораторное измерительное микрометрическое устройство, приведенное на рис. 2 произвести 50 измерений зерен каждого компонента смеси (двух компонентов), для каждого из трех геометрических признаков (толщины, ширины и длины).

4.8. Результаты измерений занести в ячейки таблицы, подготовленной программы в универсальном редакторе обработки и анализа данных Microsoft Excel, представленные в программе в виде таблицы 2. Она может быть использована, как промежуточная перед занесением данных в компьютер.

Таблица 2.

Результаты измерений компонента ______________,

геометрического признака ______________.

(В методических указаниях представлена часть таблицы для одного из компонентов и одного из геометрических признаков, фиксирующая измерения от1 до N..)

Данные таблицы 2, по каждому компоненту и признаку заносятся в зону II каждой из 6-и, представляемых программой одноимённых таблиц «Компонент Признак» (см. Приложение стр. 3, 4). В этих же таблицах в результате расчетов программа выдаст эмпирическое распределение, теоретическое распределение, среднее значение признака для данной выборки, стандартное отклонение, коэффициент вариации, скос, эксцесс, минимальное значение, максимальное значение и графическое представление эмпирического распределения (гистограмма) и теоретического по нормальному закону распределения (кривая) вариационного ряда размеров анализируемого признака.

4.9. Уточнить достаточный объём выборки. Первоначально число зёрен в выборке берётся N=50 шт. В дальнейшем это число уточняется по критерию Стьюдента, (рассчитывается в рамках прилагаемой программы, см. зону III выделенную в приложении стр. 3) в результате анализа экспериментального и теоретического распределений размеров анализируемого признака на предмет соответствия закону нормального распределения. Для инженерных расчетов, достаточна точность, дающая 5% отклонения при доверительной вероятности 0,95. Установить с учётом требований к допустимой ошибке объём выборки (N=15, 30, 50 шт.) это, как уже было сказано выше, зависит от геометрических характеристик компонентов анализируемой смеси. Занести эту цифру в представляемую программой таблицу «Объём выборки» (см. зону N выделенную в приложении стр. 1).

Сделать промежуточные выводы, а результаты корректирования объёмов выборки отметить в отчёте.

4.10. Выделить исследуемые зоны на графиках и в таблицах, в которых будет исследоваться перекрытие размеров компонентов, с целью установления возможного % выхода выделяемого компонента при задаваемом уровне засорённости. Для этого необходимо исследовать графики распределения геометрических параметров обоих компонентов по каждому признаку, построенных программой (см. зоны IV, V, VI Приложение стр. 6). Выделенные на графиках зоны перенести в таблицы «Компонент Признак» построенных программой IV, V, VI Приложение стр. 3, 4) и

4.11. Построенные программой таблицы «Анализ делимости смеси по признакам» (3 признака – 3 таблицы) тоже содержат интервалы соответствующие выделенным зонам (см. зоны IV, V, VI Приложение стр. 1, 2). В этих интервалах в каждой из 3-х упомянутых выше таблиц выделить соответствующие, итоговым таблицам «Итоговые результаты исследования смеси. Засорённость и  % выхода по признакам» и «Конструктивные параметры сепаратора соответствующие устанавливаемой засорённости» представляемым программой, допустимым засорённостям, выход фракции из смеси и параметр сепаратора (см. зоны 1, 2, 3, 4, 5 Приложение стр. 2). Результаты занести в итоговые таблицы «Итоговые результаты исследования смеси. Засорённость и % выхода по признакам» «Конструктивные параметры сепаратора соответствующие устанавливаемой засорённости». Данные таблицы дают полную картину выполненных исследований, и представляют возможность провести анализ результатов.

5. Анализ результатов.

5.1. Полученные графики и результаты обработки данных занести в отчет.

5.2. Сделать выводы о делимости смеси, используя рассмотренные геометрические признаки и значениях конструктивных параметров сепаратора соответствующих целям разделения смеси.

6. Форма отчетности по лабораторной работе.

По окончании лабораторной работы студенты в индивидуальном порядке сдают преподавателю оформленный протокол лабораторной работы, который должен содержать следующие данные:

- наименование работы;

- цели и задачи работы;

- основные понятия об использовании изучаемых в лабораторной работе свойствах;

- рассмотренные рисунки, графики и таблицы;

- распечатки с результатами экспериментальных исследований и выполненными расчётами;

- промежуточные и конечные выводы.

 

На главную

В начало