Спосіб сепарації сипучої суміші у текучому середовищі

Спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, що включає гравітаційне подавання часток суміші, що підлягає сепаруванню, аеродинамічну монотонно зростаючу дію на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струме 3 ваного матеріалу з невідсепарованим. Крім того, розмикання каскаду струменів повітряного потоку сприяє зриву генерації (припиненню коливального процесу), що помітно знижує якість сепарування, наближаючи його до якості сепарування звичайною віялкою. Найбільш близьким за своєю суттю та ефекту, що досягається, являється спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, сутність якого полягає у наступному: Спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, що полягає у гравітаційному подаванні часток суміші, що піддіється сепаруванню, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі готових фракцій, при цьому аеродинамічне діяння здійснюють у режимі резонансного автоколивального руху кожного струменя і усього каскаду струменів на частоті першої гармоніки коливань [див. пат. України №60254 з класу В 07 В 4/02, А 01 F опублікований 15.07.2005р. у Бюл. №7 за 2005p.]. Основний недолік відомого способу сепарування сипучої суміші полягає в тому, що його здійснення відбувається з використанням відкритої системи постачання текучого середовища для процесу сепарування, зокрема, повітряного потоку. У відомому способі повітряний потік для формування каскаду плоских струменів повністю всмоктується з довкілля, та туди ж (у довкілля) повністю повертається після використання його для сепарування сипкої суміші. Але «відпрацьований» повітряний потік повертається, природно, вже насичений звичайним пилом та летючими домішками біологічного походження, що автоматично породжує низку додаткові побічних недоліків, притаманних відомому способу сепарування, а саме: погіршує стан здоров'я працівників, викликаючи забруднення легенів та сприятиме викликанню небажаних алергічних реакцій (медичний недолік), забруднює довкілля та приміщення, де розташований пристрій (екологічний недолік), незважаючи на високу якість сепарування, все ж таки знижується комерційна привабливість відомих способу через наявність постійної щільної хмари пилу в зоні роботи пристою для сепарування (економічний недолік), та, навіть, може викликати пожежі, руйнування приміщень, обладнання та призвести до жертв через вибухонебезпечність повітряно-пилової суміші, коли вона досягне відповідної концентрації у приміщенні, що, у свою чергу, вимушує користувачів пристрою налагодити впотужню вентиляційну систему, яка, загалом, підвищує собівартість готової (сепарованої) зернової продукції через зростання вартості технологічного обладнання та підвищення енерговитрат. Другий суттєвий, мабуть і найважливіший, недолік відомого способу сепарування сипучої суміші проявляється при його застосування у сільському господарстві (переважне застосування) при очищенні та розділенні насіння або зернин сільськогосподарських культур на фракції, оскільки при його застосування неможливо очищати зернини від адгезійного шару пилу, яка досить щільно укутує всю поверхню кожної зернини. Це завжди наочно 50583 4 можна побачити під час перевантаження відсепарованого зернового матеріалу у тару (мішки, бункери, кузов вантажівки тощо): з'являється густа хмара пилу, але цей пил вже іншого походження. При пересипанні відсепарованого зернового матеріалу, зернини зіштовхуються між собою та механічно, через тертя зчищають адгезій-ний шар пилу з друг дружки, який і формує храму пилу при перевантаженні відсепарованого зернового матеріалу. Наявність хмари пилу при перевантаженні відсепарованого зернового матеріалу, за суттю, є прямим доведенням неможливості очищення зернин від адгезійного шару пилу відомим способом, за суттю, аеродинамічним, - для цього недостатньо потужності повітряного потоку. Збільшити ж потужність повітряного потоку не уявляється можливим, оскільки при цьому різко знижується якість розділення зернового матеріалу на фракції, тому що потужність повітряного потоку знаходиться у взаємозв'язку з фізичними властивостями сипучої суміші, а тому чітко розраховується з врахуванням розмірів та ваги матеріалу, що піддається сепаруванню. Оскільки зерновий матеріал під час сепарування не можливо очистити аеродинамічно шляхом впливу на нього каскадом плоских струменів, залишається лише впливати на зернини механічно, але відомий спосіб такого впливу зробити не може оскільки в ньому такої технологічної операції не передбачено. Отже, відомий спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі дозволяє досить якісно розділяти зерновий матеріал на декілька фракцій, але зовсім не очищує його від адгезійного шару пилу, який породжує низку подальших небезпечних проблем, вказаних вище. В основу корисної моделі поставлена задача усунення перелічених вище недоліків через створення способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі шляхом розширення функціональних можливостей способу, за рахунок рекуперації частки повітряного потоку з одночасним насиченням його каліброваними твердими домішками для одночасного здійснення процесу очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу та розділення його на окремі фракції. Поставлена задача вирішується тим, що в способі сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, що полягає у гравітаційному подаванні часток суміші, що підлягає сепаруванню, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і відводі готових фракцій, згідно з пропозицією, найбільш легкі тверді летючі фракції домішок калібрують за розміром на дві самостійні фракції, та найбільш дрібну з них, разом з більшою частиною вже використаного для сепарування потоку повітря повертають для формування каскаду плоских струменів, в якому зазначеній дрібній фракції твердих домішок додають прискорення, для механічного впливу на матеріал, що сепарується, а також другу непрохідну, більш крупну фракцію летючих домішок, разом з пилом та рештою потоку повітря безперервно видаляють у довкілля. 5 Відмітною особливістю запропонованого способу є повторне використання більшої частини повітряного потоку, попередньо повністю очищеного від механічних крупних забруднень (непрохідних) та пилу за допомогою фільтрування, та насичення цього повітря каліброваними твердими домішками дрібної летючої фракції, які використаються у якості засобу для механічного очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу шляхом зіткнення прискорених вказаних домішок з зернинами, подібно процесу піскоструйної обробки (очищення) звичайних металевих матеріалів. Запропонований спосіб сепарування, з одного боку, дозволяє повністю виключити забруднення довкілля або приміщення, виключити помітне переміщення повітряних мас у граничних зонах, зробити процес сепарування екологічно безпечним, з другого боку, дозволяє здійснювати механічний вплив на зерновий матеріал, що сепарується, твердими прискореними домішками, які руйнують адгезійний шар пилу на зерновому матеріалі. Причому обидві процеси - розділення на фракції та очищення - відбуваються, по-перше, одночасно, по-друге, в одному й тому ж місці - у сепарувальній камері. Завдяки рекуперації більшої частини вже використаного для сепарування повітряного потоку, автоматичного насичення його каліброваними твердими домішками без додаткових енергетичних витрат, знижуються загальні енерговитрати пристрою на здійснення процесу розділення зернового матеріалу на фракції та його очищення від адгезійного шару пилу приблизно у 30 разів, причому зазначені технологічні процеси відбуваються без зниження продуктивності пристрою та з одночасним підвищенням якості очищення вихідного зернового матеріалу. Технічним результатом корисної моделі є отримання нового процесу одночасного сепарування та очищення зернового матеріалу завдяки замкнутій повітряній системи, з невеликим виходом у довкілля повністю очищеного повітряного потоку, потужність якого вже малопомітна і не зайва для працівників та персоналу і не може викликати будь-які незручності для них, а також технічним результатом є отримання засобу механічного очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу у вигляді каліброваних твердих домішок, які здобуті з самого матеріалу, що сепарується, додаткових матеріалів для очищення зернин не використовується! При цьому якість розділення матеріалу при багатофракційному розшаруванню по масі, густоті або питомій вазі не зменшується, я якість очищення зернового матеріалу суттєво зростає. Отже, зміна принципу використання більшої частини повітряного потоку, принципу отримання засобу для очищення зернового матеріалу у замкненому просторі через його рекуперацію та часткове очищення, тягне за собою розширення функціональних можливостей способу. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак запропонованого технічного рішення забезпечує досягнення поставленої задачі корисної моделі. Подальша сутність корисної моделі пояснюється разом з ілюстративним матеріалом. Оскільки 50583 6 запропонований спосіб реалізується за допомогою технологічного обладнання, доцільно показати на ілюстративному матеріалі безпосередньо пристрій, який реалізує запропонований спосіб. Отже, на ілюстраціях зображено: Фіг.1 - схема пристрою для здійснення запропонованого способу сепарації з рекуперацією повітряного потоку, вигляд збоку з перерізом; Фіг.2 - те ж саме, вигляд зверху. Маленькими чорними крапками зображені калібровані тверді домішки, прозорими овалами зображені зернини матеріалу, що сепарується. Одинарними стрілками показаний рух повітряного потоку у пристрої, подвійними - повернення частини повітряного потоку у генератор для повторного формування з нього каскаду плоских струменів для сепарування. Запропонований спосіб сепарації сипучої суміші у текучому середовищі полягає у наступному. Зерновий матеріал завантажують у бункер 1 пристрою для сепарування. Далі провадять гравітаційне подавання зернин 2 матеріалу, що підлягає сепаруванню, у сепару-вальну камеру 3 з боку сопел 4. Для здійснення цієї операції використовують віброло-ток 5. На зернини 2, що знаходяться у вільному падінні, діють під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів у режимі розвиненої турбулентності генератора 6, яка утворюється завдяки викривленням струменів під час їх розширення у соплах 4. На виході із сепарувальної камери 3, забруднений пилом та механічними домішками різного калібру повітряний потік впирається у обертовий барабан 7 (обертається за допомогою приводу 8), який майже повністю перекриває вихід сепарувальної камери 3, оскільки практично дорівнюється її ширини. Повітряний потік проникає через калібрувальне решето 9 всередину обертового барабана 7, а непрохідні за розміром тверді домішки залишаються зовні барабана 7, на поверхні калібрувального решета 9. Таким чином відбувається очищення повітряного потоку від великих домішок та частково від звичайного пилу. Через калібрувальне решето 9 прохідні тверді домішки 10 потрапляють разом з частиною повітряного потоку всередину обертового барабана 7. Ця частина повітряного потоку разом каліброваними твердими домішками 10 потрапляє у повітропровід 11, та через нього повертаються у привід 12 подання повітря у генератор 6 каскаду плоских струменів, майже примусово, через висмоктування повітря з повітропроводу 11 приводом 12. Оскільки барабан 7 обертається, його поверхня (калібрувальне решето 9) постійно очищується від непрохідних механічних домішок за допомогою чистика 13. Усі відходи процесу сепарування та забруднення потрапляють у щілинний конфузор 14 завдяки їх відсмоктування повітряним потоком, який утворює вентилятор 15, та, далі, потрапляють у циклон 16, де відокремлюються від повітря та звідси потрапляють у бункер 17, який призначений для їх збирання. З циклону 16 повністю очищене повітря потрапляє у довкілля слабко потужним, майже непомітним, потоком. Відсепароване та очищене зерно потрапляє у збірники фракцій 18. 7 Повернена у привід 10 частина повітряного потоку разом каліброваними твердими домішками 10 потрапляють у генератор 6 струменів, звідки подаються у сопла 4, де калібровані тверді домішки 10 зазнають прискорення каскадом плоских струменів повітря. Прискорені калібровані тверді домішки 10, зіштовхуючись з зернинами 2 матеріалу, руйнують адгезій ний шар пилу на їх поверхні, який відокремлюється та потрапляє у повітряний потік, а очищені зернини 2 розділяються на фракції та потрапляють у відповідні збірники фракцій 18. Відпрацьований повітряний потік зіштовхується з обертовим барабаном 7 і весь процес рекуперації частини повітряного потоку на насичення каліброваними твердими домішками 10 повторюється. Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення від раніш відомих, полягає у рекуперації частини повітряного потоку та насиченні його каліброваними твердими домішками, вилученими з матеріалу, що сепарується. Вказані відмінності, у сукупності, дозволяють не тільки якісно розділяти сипучу суміш на окремі фракції, але й механічно її очищати від адгезійного пилу через механічний вплив на частки прискореними каліброваними твердими домішками, та саме так отримувати якісно очищений продукт сепарування. Жодний з відомих способів сепарування сипучої суміші у текучому середовищі не можуть володіти вказаними властивостями, оскільки, або в загалі не мають засобів для очищеннячасток сипучої суміші, або мають фільтри, які повністю очищують повітря, але для цього витрачають більше енергії ніж фільтрування через калібрувальне решето. Експериментальний зразок пристрою для реалізації запропонованого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі під час випробувань показав, що під час розділення на фракції зернової суміші, зокрема пшениці, при продуктивності 10т за годину, витрати повітря склали 3600м на годину для очищення повітря потрібна потужність вентилятора лише 2кВт. Для отримання такого ж ефекту з використанням звичайного фільтрувального елемента (без калібрувального решета) потрібна потужність приблизно 60кВт, тобто у 30 разів більша. Запропоноване технічне рішення перевірене на практиці. Спосіб складається із звичайних операцій, не містить процесів, яких неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, з чого виходить, що запропоноване технічне рішення промислово придатне. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з найближчим аналогом, можна віднести наступне: - очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу за рахунок механічного впливу на нього каліброваними твердими домішками; - поєднання процесів розділення на фракції та очищення у часі та просторі за рахунок насичення повітряного потоку каліброваними твердими домішками; 50583 8 - зменшення всмоктування повітря із довкілля за рахунок повернення його частини у генератор струменів; - підвищення якості обробки сипучої суміші через перелічені вище переваги. Соціальний ефект від впровадження корисної моделі, у порівнянні з використанням найближчого аналога, отримують за рахунок покращення умов праці, усунення причин розвитку захворювань легень та розвитку алергічних реакцій, не забруднення довкілля та виробничого приміщення, підвищення пожежної безпеки. Економічний ефект від впровадження корисної моделі, у порівнянні з використанням найближчого аналога, отримують через підвищення комерційної привабливості способу, що сприятиме його розповсюдженню, та через це, впровадження у виробництво екологічно чистого процесу, отримання очищеного зернового матеріалу від адгезійного шару пилу, зниження енерговитрат на очищення відпрацьованого повітряного потоку. Після опису запропонованого способу сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, фахівцям у даній галузі знань повинно бути наочним, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним будучи представленим даним прикладом. Численні можливі модифікації операцій способу можуть змінюватися у залежності від вихідної сировини, що підлягає сепаруванню, ступеню забруднення повітря, виду та властивостей забруднень, та, зрозуміло, знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній області знань і розглядаються такими, що знаходяться в межах об'єму запропонованого технічного рішення. Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є те, що повітря, яке використовується для формування каскаду плоских струменів для сепарування, очищується та повертається для повторного використання, тобто циркулює всередині пристрою для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, та й ще насичується каліброваними твердими домішками, які використовуються у якості засобу механічного впливу на частки сипучої суміші для її очищення, і саме ці обставини дозволили надбати запропонованому способу сепарування перераховані вище і інші переваги. Зміна запропонованого принципу рекуперації повітряного потоку та насичення його каліброваними твердими домішками на інші, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інші, подібні описаному способу сепарації, вже не вимагатимуть будьякого творчого підходу від конструкторів і інженерів, і не можуть вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами згідно з чинним законодавством. 9 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 50583 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601