Способ сепарации семян

 

Изобретение относится к способам и устройствам для очистки семян от примесей, калибровки зерна по комплексу физико-механических свойств и может быть использовано в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. Техническая задача изобретения состоит в повышении эффективности сепарации семян путем обеспечения оптимальных условий процесса разделения их по комплексу физико-механических свойств на шероховатой наклонной плоскости. Способ осуществляется следующим образом. Исходную смесь зерна подают слоем толщиной 3-11 диаметров зерна на шероховатую наклонную плоскость, установленную под углом к горизонту, в центральную ее часть между торцевыми кромками. После ссыпания с наклонной плоскости слой зерна делится на три части: верхнюю, среднюю и нижнюю в соотношении 0,1-0,2, 0,5-0,7 и 0,2-0,3 соответственно. Затем среднюю часть потока перемещают противоточно по отношению к нижней и верхней его части. При перемещении осуществляют многократную подачу зерна на шероховатую плоскость с повторным разделением ссыпающегося слоя на три части после каждой подачи и последующим противоточным ступенчатым транспортированием частей вдоль нижней кромки плоскости. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам и устройствам для очистки семян от примесей, колибровки зерна по комплексу физико- механических свойств и может быть использовано в сельском хозяйстве и пищевой промышленности.

Известен способ сепарации семян (см. Оригинальная семеочистная машина фирмы "Ребер" Петкус-100 "-Рекламные материалы фирмы пер. с 85/605/75), включающий классификацию материала по крупности зерна, пневматическую классификацию по плотности и сортировку семян по длине.

Недостатки указанного способа заключаются в том, что достаточно высокая эффективность классификации по плотности возможна только при выделении узкой фракции по величине зерен на стадии классификации по размеру. Однако, в этом случае резко снижается выход семян и происходит потеря материала с большой массой тысячи зерен. Кроме того, сортировка семян по их длине, реализуемая в ячеистом сортировщике (триере), характеризуется ограниченными возможностями вследствие сепарации семян только по их наименьшему размеру. В связи с этим зерна семян оказываются засоренными примесями, имеющими иную форму и сходную длину.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ сепарации семян (см. патент RU N 2014163, кл. В 07 В 13/00, 1994), включающий подачу исходного материала слоем толщиной 3-11 диаметров зерна на шероховатую наклонную плоскость в центральную ее часть между торцевыми кромками, разделение ссыпающегося слоя на две части, ступенчатое противоточное перемещение частей вдоль нижней кромки плоскости с повторной их подачей на плоскость и разделением слоя на части на каждой ступени и выгрузка семян и примесей у противоположных торцевых кромок плоскости.

Недостатком данного способа является относительно невысокая эффективность разделения частиц, различающихся по комплексу физико-механических свойств, например: отличающихся одновременно по-размеру и плотности. Снижение эффективности сепарации происходит вследствие неоднородности структуры по высоте слоя частиц, скатывающихся по шероховатой наклонной плоскости. Экспериментально установлено, что концентрация зерна наибольшая в центральной части слоя и наименьшая у основания (вблизи плоскости) и у открытой поверхности слоя. Аналогичное распределение наблюдается и для частиц, имеющих наибольшую массу (фиг. 1). Это объясняется тем, что более инерционные частицы, имеющие большую массу, вытесняют из области слоя, имеющей повышенную плотность, подвижные частицы в области потока с пониженной концентрацией твердой фазы. В итоге, при разделении такого слоя по высоте на две части, получаемые фракции оказываются в определенной степени засоренными разнородными компонентами.

Задача изобретения состоит в повышении эффективности сепарации семян путем обеспечения оптимальных условий процесса разделения их по комплексу физико- механических свойств на шероховатой наклонной плоскости.

Задача изобретения решается тем, что в способе сепарации семян, включающем подачу исходного материала слоем толщиной 3-11 диаметров зерна на шероховатую наклонную плоскость в центральную ее часть между торцевыми кромками, разделение ссыпающегося слоя по высоте на части, ступенчатое противоточное перемещение частей вдоль нижней кромки плоскости с повторной их подачей на плоскость и разделением на части на каждой ступени и выгрузку семян и примесей у противоположных торцевых кромок плоскости, ссыпающийся слой разделяют на три части: нижнюю, среднюю и верхнюю в соотношении (0,1-0,2), (0,5-0,7) и (0,2-0,3) соответственно и среднюю часть перемещают противоточно с нижней и верхней частями слоя.

На фиг. 2 представлена схема установки, реализующей способ сепарации семян.

Способ осуществляют следующим образом. Из бункера 1 зерно подается на шероховатую наклонную плоскость 2, установленную под углом к горизонту, близким к углу естественного откоса материала в центральной ее части между торцевыми кромками.

Величина шероховатостей на плоскости поддерживается равной половине среднего диаметра частиц выделенной фракции семян для того, чтобы исключить проскальзывание частиц. Подачу семян на наклонную плоскость с целью обеспечения более высокой эффективности отделения семян от примесей по комплексу физико-механических свойств осуществляют многократно слоем толщиной, равной 3-11 диаметрам зерна. Многократная подача зерна на пластину может быть реализована либо с помощью бесконечной ленты, имеющей ширину, равную длине пластины, и подъемные лопасти; либо с помощью внутренней подъемной насадки барабанного аппарата.

При этом на плоскости организуется сдвиговое гравитационное течение зерновой смеси от верхней кромки к нижней, в котором верхние слои материала обгоняют нижние и, взаимодействуя с ними, обмениваются между собой частицами. Как правило, зерна культурных растений на стадии тонкой очистки отличаются от зерен примесей сразу по нескольким признакам: размеру, плотности, форме, шероховатости, упругости (при относительно небольшом различии в указанных свойствах). В сдвиговом потоке на плоскости частицы взаимодействуют между собой.

Взаимодействие частиц происходит в режиме столкновения. В результате столкновения частицы в нем участвующие перемещаются в некотором направлении от места столкновения. При этом преимущественное направление перемещения частицы определяется в зависимости от комплекса ее свойств или от степени проявления некоторого доминирующего признака. В результате определенная часть частиц смеси, имеющих похожие свойства, перемещается в направлении к открытой поверхности слоя, а другая часть - в противоположном направлении, т. е. к основанию слоя. Вследствие наивысшей плотности слоя в его центральной части, в ней концентрируются малоподвижные - наиболее крупные и плотные зерна (с наибольшей массой тысячи зерен). В периферийных, менее плотных областях слоя у основания и у открытой его поверхности концентрируются подвижные частицы, приобретающие при столкновениях более высокие скорости (мелкие и неплотные зерна). Одновременно в слое протекает процесс разделения частиц по механизму просеивания. В результате просеивания в нижней части слоя сосредотачиваются преимущественно мелкие относительно плотные зерна (колотое зерно), а в верхней части - относительно крупные зерна с низкой плотностью (необмолоченное и невызревшее зерно, полова). Следовательно, на наклонной плоскости наблюдается преимущественное движение одних частиц над другими (фиг. 2).

После скатывания слой зерна разделяют по высоте на три части: нижнюю, среднюю и верхнюю в соотношении (0,1-0,2), (0,5-0,7) и (0,2-0,3) по объему зерен соответственно, например с помощью двух продольных перегородок, устанавливаемых с возможностью поступательных перемещений относительно нижней кромки пластины.

Полученные части перемещают противоточно вдоль нижней кромки пластины (например, с помощью наклонных элементов), направляя среднюю часть к одной торцевой ее кромке, а нижнюю и верхнюю - к другой. Затем эти части материала вновь подают на пластину на ее участки, соседствующие с участком, на котором осуществляется подача исходного материала. На соседних участках пластины процесс разделения частиц в скатывающемся слое повторяется, ссыпающийся материал разделяют аналогичным образом на три части, которые после противоточного перемещения вдоль нижней кромки пластины также возвращают на смежные ее участки, где рассмотренные операции вновь повторяют в последовательности, аналогичной рассмотренной. Таким образом на наклонной пластине организуется многоступенчатая сепарация при противоточном перемещении частиц, различающихся по комплексу физико-механических свойств. При этом каждый из движущихся навстречу друг другу потоков материала обогащается частицами с определенными свойствами (один из потоков обогащается зернами семян с наибольшей массой тысячи зерен, а другой - примесей). Выгрузка семян и примесей производится у противоположных торцевых кромок плоскости.

Процесс сепарации семян организуется в режиме их быстрого сдвигового течения, которое сопровождается эффектом разделения (сегрегации) по комплексу физико-механических свойств (размер, плотность, форма, шероховатость, упругость). Эффект заключается в том, что одни частицы перемещаются к поверхности скатывающегося слоя, а другие погружаются к основанию слоя (см. Классен П. В., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования, с. 63). При этом верхние слои движутся со значительно большими скоростями, чем нижние (см. также, с. 63).

Эффект разделения частиц в гравитационном потоке, обусловленный уменьшением концентрации твердой фазы в направлениях от центра слоя к верхней и нижней его границам обнаружен и исследован авторами (см. фиг. 1 и Dolgunin V. N. , Ukolov A. A. Segregation modeling of particle rapid gravity flow. Powder Technology, 83 (1995), p. 100).

С целью обеспечения интенсивного установившегося сдвигового течения наклонную плоскость выполняют шероховатой и устанавливают под углом к горизонту, близким углу естественного откоса материала. При этом на плоскости образуются условия, приближенные к условию прилипания нижнего слоя частиц.

Практическая реализация способа предполагает деление слоя на три части: нижнюю, среднюю и верхнюю в соотношении (0,1-0,2), (0,5-0,7) и (0,2-0,3) соответственно, после его скатывания по наклонной плоскости и перемещение средней части противоточно с нижней и верхней частями слоя. В общем случае эти встречные потоки не равны между собой, поскольку разница между ними является условием обеспечения требуемого выхода семян.

Существенность указанного соотношения доказана экспериментально. Экспериментальные исследования заключались в анализе распределения зерен семян и примесей по высоте слоя на наклонной плоскости на ее ссыпном пороге, вследствие их сегрегации в сдвиговом потоке.

Исследования проведены на лабораторной установке, состоящей из наклонного канала прямоугольного сечения, установленного под углом к горизонту. Под нижним концом канала размешана приемная емкость, разделенная на секции поперечными перегородками. Дно канала выполнено шероховатым, величина шероховатости равна половине среднего диаметра зерен. Плоскость ската устанавливается под углом, близким углу покоя исследуемой зерновой массы. Исследования проведены на семенах ячменя с примесью семян овсюга в количестве 100 шт/кг и колотого зерна - 200 шт/кг. Длина скатывающегося слоя в опытах поддерживалась настолько большой, чтобы достигалось равновесие в процессе сегрегации, т.е. с увеличением длины глубина разделения не изменялась. Толщина скатывающегося слоя во всех опытах поддерживалась постоянной и равной 6 диаметрам зерна. После наступления установившегося течения зерновой массы в канале ей открывался доступ в приемную емкость.

Ссыпавшуюся в емкость зерновую массу разделяли по объему на три части таким образом, чтобы они соответствовали разделению скатывающегося слоя по высоте на ссыпном пороге заданному соотношению. Полученные части материала анализировались на содержание в них целевого компонента (зерен примесей, колотых семян) и кроме того оценивался универсальный показатель качества целевой фракции семян (средней части) - масса тысячи зерен. Эффективность сепарации при различных соотношениях потока оценивалась по величине разности концентраций овсюга и колотых семян: суммарной концентрации в нижней и верхней частях потока в сравнении с концентрацией в средней части. Очевидно, чем больше величина этих показателей, тем выше качество разделения.

Результаты экспериментального исследования влияния соотношения частей потока на качество сепарации семян приведены в таблице. Кроме того, в таблице приведены для сравнения аналогичные показатели качества разделения этой смеси на два потока в соотношении 0,5-0,5 как это предусматривается техническим решением прототипа. Приведенные результаты свидетельствуют о существенности заявленного соотношения частей потока и более высокой эффективности предложенного технического решения по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ сепарации семян, включающий подачу исходного материала слоем толщиной 3-11 диаметров зерна на шероховатую наклонную плоскость в центральную ее часть между торцевыми кромками, разделение ссыпающегося слоя по высоте на части, ступенчатое противоточное перемещение частей вдоль нижней кромки плоскости с повторной их подачей на плоскость и разделением слоя на части на каждой ступени и выгрузку семян и примесей у противоположных торцевых кромок плоскости, отличающийся тем, что ссыпающийся слой разделяют на три части: нижнюю, среднюю и верхнюю в соотношении 0,1 - 0,2, 0,5 - 0,7 и 0,2 - 0,3 соответственно и среднюю часть перемещают противоточно с нижней и верхней частями слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3