ЧАСТЬ 1 ТЭП (МГУП 2012). Технология элеваторной промышленности
 Скачать 17.14 Mb.
|
|
4.4.2 Размер и форма частиц Истечение сыпучего материала также зависит от вторичной подвижности отдельных частиц в процессе их перемещения (рисунок 4.9) . В этом контексте очень важны форма и размер отдельных частиц и их внутреннее трение. Из-за свободного пространства вокруг частиц правильной формы или скважистости («пустот») их укладка не может быть такой, чтобы между ними образовалась механическая связь, и, следовательно, не может быть препятствий свободному движению какой-либо частицы по отношению к соседним. А между частицами неправильной формы или смесью больших и маленьких частиц (пыль) может быть сцепление, которое, следовательно, оказывает влияние на характер истечения. Размер частиц сыпучего материала, состоящего из частиц одного размера и правильной формы, легко установить, взяв за основу самый большой линейный размер. Однако нередко частицы, составляющие основную массу сыпучего продукта, отличаются по размеру и форме. Это значительно затрудняет получение одной величины, которая бы описывала размеры частиц. Для частиц неправильной формы длина, толщина и диаметр имеют небольшое значение, так как для каждой частицы можно определить очень много различных величин. Чтобы представить размер частицы неправильной формы одним показателем, наиболее часто используют «средний размер». Однако опыт показал, что частицы различного размера одного продукта, которые имеют одинаковый «средний размер», могут проявлять совершенно различные характеристики при обработке и транспортировке. Имеется много методов определения размеров частиц конкретного продукта. К ним относятся как простой метод механического просеивания, который, вероятно, является наиболее эффективным, так и седиментационные методы и сложные методы оптической микроскопии. 49 а – контакт между частицами, одинаковыми по размеру и форме, только в отдельных точках, поэтому сводообразование практически исключено; б – контакт между крупными частицами различного размера значительный; равновесное состояние приводит к сводообразованию. Рисунок 4.9 – Условия сводообразования В общем, сыпучие продукты, не содержащие частиц размером менее 0,25 мм, могут рассматриваться как несвязанные, легкосыпучие продукты. Частицы продукта более крупного размера без частиц меньшего размера, действующих, в качестве связующих компонентов, имеют тенденцию вести себя пассивно и не создают препятствий. Другими словами, характеристики истечения сыпучего продукта в основном определяются содержанием в нем мелких частиц. 4.4.3 Плотность и объемная плотность Знание объемной плотности существенно для определения нескольких важных показателей при проектировании системы хранения. Плотность гранулированного продукта представляет собой плотность, определенную без учета влияния любого сжатия продукта. Это положение имеет место, например, при плотной укладке гранулированного продукта в небольшом контейнере. Очевидно, что объемная плотность зависит от состояния материала, т.е. плотности частиц, формы частиц и от укладки или расположения частиц относительно друг друга. Однако со временем в результате переориентации или оседания воздух выходит из сыпучей массы, уменьшается объем, занимаемый данной массой, и увеличивается объемная плотность. Ее величина может быть на 20% больше, чем обычная плотность. Для определения объемной плотности известное количество, продукта осторожно насыпают в мерный цилиндр и измеряют объем. Это будет объемная плотность сыпучего продукта в разрыхленном состоянии. Если постучать основанием цилиндра по столу 12 раз, то можно получить объемную плотность осевшей сыпучей массы путем деления массы образца на новый объем. Увеличение плотности укладки продукта обычно снижает способность продукта к истечению. При проектировании силосов необходимо учитывать эту повышенную объемную плотность; «средняя плотность» представляет собой величину между максимальной плотностью в нижнем слое и минимальной плотностью в верхнем, слое. 50 4.4.4 Угол естественного откоса При истечении гранулированного продукта через небольшое отверстие на ровную горизонтальную поверхность он будет накапливаться в виде конуса. Угол между горизонталью и образующей этого конуса называют углом естественного откоса (рисунок 4.10) . Каждый продукт имеет свой угол естественного откоса, например пшеница – 25°, овес – 27°, кукуруза – 27° и ячмень – 28°. Рисунок 4.10 – Угол естественного откоса Угол естественного откоса – полезный показатель способности продукта к истечению; обычно чем меньше угол естественного откоса, тем легче истечение продукта. Необходимо учитывать, что, хотя угол естественного откоса не является основным свойством сыпучего продукта с точки зрения его способности к истечению, он служит характеристикой продукта, используемой при проектировании системы хранения. Можно принимать во внимание следующие величины угла естественного откоса (град): очень сыпучий продукт 25-30 сыпучий продукт 30-38 достаточно сыпучий продукт 38-45 связанный или трудносыпучий продукт 45-55 очень связанный продукт, более 55 Практика показывает, что при заполнении силоса на угол естественного откоса также влияют высота падения материала, скорость заполнения и производительность заполнения. Угол естественного откоса определенного продукта приблизительно равен минимальному углу внутреннего трения этого продукта. 4.4.5 Трение продукта (внутреннее и внешнее) Различают два вида трения, а именно: внешнее трение, которое 51 представляет собой трение зерна о стены силоса, и внутреннее трение – трение зерен друг о друга. На рисунке 4.11 показан цилиндр без дна, заполненный гранулированным продуктом, который скользит по горизонтальной плоскости АБ. Если S – горизонтальная сила, возникающая при торможении или трении скольжения, и N – вертикальная сила, вызываемая силой тяжести продукта, грузом, установленным в верхней части цилиндра, и весом цилиндра, то коэффициент трения µ= S/N. Рисунок 4.11 – Опыт по трению скольжения Поперечное усилие, или усилие скольжения между гранулированным продуктом и плоскостью, представляет сопротивление трения по стене на единицу поверхности гранулированного продукта. Этот показатель называют углом трения о стену γ'. Этот угол очень важен, так как он определяет тип истечения продукта из силоса при выпуске. Фактически угол трения о стену зависит от физических свойств продукта и степени шероховатости стен. В таблицах 4.4 и 4.5 даны величины обоих этих коэффициентов. Если плоскость АБ заменить таким же гранулированным продуктом, который находится в цилиндре, мы можем определить внутреннее сопротивление трению зерен друг относительно друга. Это коэффициент внутреннего трения. Сопротивление трению, которое отличается для каждого продукта, также в значительной степени зависит от типа и шероховатости плоскости среза АБ, давления груза, расположенного в верхней части цилиндра (сжатие), влажности продукта и поверхности. Таблица 4.4 – Угол трения различных продуктов о стену силоса Продукт Угол трения о стену силоса, град минимальный максимальный Пшеница Кукуруза Ячмень Рис 20 17 18 21,5 25 22,5 24,5 31 52 Таблица 4.5– Угол трения стены силоса из различных материалов Материал, из которого изготовлены стены силоса Угол трения, град Окисленный (ржавый) листовой материал Бетон Гладкий листовой материал Гладкий листовой материал, покрытый эпоксидной смолой Нержавеющая сталь 38 25 15 12 8 В таблице 4.6 приведены величины угла внутреннего трения зерна различных культур. Таблица 4.6 Продукт Угол внутреннего трения, град минимальный максимальный Пшеница Кукуруза Ячмень Рис 24 26 25 24 26 29 29 26 Продукты, обладающие плохой сыпучестью, характеризуются более высоким коэффициентом внутреннего трения и более сильным сцеплением, чем продукты с хорошей сыпучестью. Точные величины коэффициентов трения о стены и внутреннего трения определенного продукта могут быть получены экспериментальным путем в специализированных лабораториях. Для большинства обычных продуктов эти данные можно найти в специальных публикациях и стандартах, но для редко встречающихся продуктов необходимо проводить тщательные предвари- тельные лабораторные опыты. 4.4.6 Влажность Частицы гигроскопичных продуктов любую влагу будут поглощать до тех пор, пока не наступит определенное состояние, при котором дальнейшее поглощение невозможно (слеживание). Влага в этой форме не способствует сцепляемости частиц продукта. У негигроскопичных продуктов любая влага будет находиться на поверхности частиц, что может вызвать их сцепление (свободная или поверхностная влага). 4.4.7 Электростатический заряд В результате пневматической или механической транспортировки возможно накопление на частицах электростатического заряда. Опыт показал, что такой заряд может резко изменить характер истечения продукта, обладающего хорошей сыпучестью. 53 4.5 Лабораторные испытания Для выяснения свойств нового и неизвестного сыпучего продукта с конечной целью разработки удовлетворительной системы его транспортировки и хранения разумно проанализировать сначала его текучесть и определить характеристики частиц и сыпучей массы. Имеются специализированные лаборатории, выполняющие такие анализы. Исследователь выбирает параметры испытаний так, чтобы получить критические условия истечения. Он основывает свой выбор на прошлом опыте и проводит испытания по нескольким параметрам, позволяющим смоделировать такие условия. Контрольные вопросы 1. Что такое сыпучий материал? 2. Назовите основные параметры сыпучей среды. 3. Что такое характер истечения сыпучего материала? 4. Как влияют размер и форма частиц на поведение зерна как сыпучего материала? 5. Плотность и объемная плотность сыпучего материала. 6. Угол естественного откоса сыпучего материала. 7. Трение продукта (внутреннее и внешнее). 8. Влажность сыпучего материала и электростатический заряд. 54 5 Склады для зерна 5.1 Процессы, происходящие в зерне при хранении Для правильного проектирования зерноскладов необходимо знать происходящие в зерне при его хранении сложные физиологические и биохимические процессы, а также факторы, их обусловливающие. В какой бы стадии зрелости ни было убрано зерно, в период хранения в нем происходят процессы послеуборочного дозревания. Процессы эти протекают медленно (1 ...2 месяца) и сопровождаются усиленным дыханием зерна и выделением некоторого количества влаги, которая должна испаряться в окружающее пространство, иначе зерно отпотевает (увлажняется). Хранение такого зерна во влажном состоянии и без достаточного проветривания приводит к порче его. Повышенная влажность является главной опасностью для хранящегося зерна, она оказывает решающее влияние на интенсивность протекающих в зерне физиологических процессов. Если зерно сухое, то физиологические процессы протекают в нем крайне медленно, малозаметно, и зерно находится как бы в стадии покоя. При увеличении влажности свыше 14% в зерне развивается и постепенно нарастает процесс дыхания. Этот процесс аналогичен горению – зерно поглощает из воздуха кислород и выделяет углекислоту, влагу и тепло. Если свободного кислорода недостает, дыхание происходит за счет кислорода, образующегося из углеводов зерна, причем в нем начинаются процессы, приближающиеся к спиртовому брожению, в результате чего ухудшается качество зерна. При понижении температуры все жизнедеятельные процессы в зерне замедляются, с повышением же температуры дыхание зерна усиливается. Повышенная влажность зерна и высокая температура способствуют также развитию различных микроорганизмов, главным образом плесневых грибков и бактерий, которые при благоприятных для них условиях могут быстро размножаться и совсем испортить зерно. Большой вред зерну во время его хранения могут причинить амбарные вредители (клещ, амбарный долгоносик, рисовый долгоносик, зерновая совка и др.) и грызуны – мыши и крысы. При проектировании зерноскладов и при конструировании отдельных их элементов необходимо учитывать также физические свойства зерна: его высокую гигроскопичность, низкую теплопроводность, слабую воздухо- и газопроницаемость, сыпучесть, способность самосортироваться при засыпке в глубокие силосы и самоуплотняться под влиянием собственной тяжести. К хранению зерна различных культур и различного назначения предъявляются неодинаковые требования: наиболее стойкие при хранении – рожь, пшеница, ячмень, овес, гречиха; менее стойкие – просо, соя, рис, кукуруза и наименее стойкие – семена масличных культур. Поэтому к оборудованию хранилищ для семян масличных культур предъявляются повышенные требования. Повышенные требования предъявляются также к оборудованию складов 55 для семенного зерна, так как семенное зерно должно храниться по сортам и категориям в условиях, исключающих возможность смешивания рядом лежащих партий и обеспечивающих сохранность семян без снижения всхожести и энергии их прорастания. Наиболее эффективной мерой подготовки зерна к длительному хранению является естественная или искусственная сушка его, а также очистка от органических и неорганических посторонних примесей (сорные семена, битое зерно, песок и т. п.). 5.2Требования, предъявляемые к зерноскладам Необходимые качества зерна при длительном хранении могут быть обеспечены только в правильно устроенных зерноскладах, требования к которым вытекают из описанных свойств зерна. Зерносклады любого типа обычно строят неотапливаемыми, без чердачных перекрытий. В них максимально должны быть устранены причины, вызывающие болезни зерна: они должны быть сухими, чистыми, хорошо вентилироваться, недоступными для грызунов, птиц, насекомых и других вредителей зерна и тщательно защищены от проникания в них атмосферных осадков, поверхностной и грунтовой влаги. Внутренняя планировка зерноскладов, конструкция, форма и размеры емкостей для хранения зерна (закромов, бункеров, отсеков или силосов), их размещение в хранилищах должны обеспечивать свободный подход к зерну для наблюдения за его состоянием и возможность внутрискладской обработки зерна во время, хранения. В зерноскладах должны быть возможны очистка, осмотр и дезинсекция отдельных частей здания, внутреннего, оборудования и здания в целом. Внутренняя поверхность стен зерноскладов должна быть без щелей, трещин, в которых могли бы гнездиться амбарные вредители. Технологические процессы, связанные с эксплуатацией зерноскладов (загрузка, выгрузка, обработка, перемещение зерна и др.), должны быть полностью механизированы с применением как стационарных, так и передвижных механизмов и с максимальным использованием принципа самотека зерна. Необходимо, чтобы полезный объем зерносклада максимально использовался для загрузки зерном и стоимость здания на 1 т хранимого зерна была бы наименьшей. 5.3 Основные элементы складов Стены складовдо 1941 г. сооружали из дерева (рисунок 5.1), в настоящее время выполняют из кирпича и каменных материалов – шлакобетонных и бетонных марки 50, ракушечника марки 25, рпаного и постелистого бутового камня марки 200 и монолитного шлакобетона марки 50. Внутренние стены оштукатуривают известковым раствором и раз в год белят известью. 56 Рисунок 5.1 – Деревянный склад с асфальтным полом (продольный и поперечный разрезы, размеры в см) С учетом того, что удельные горизонтальные давления на стену возрастают с увеличением глубины засыпки, толщину стен следует выполнять переменной по высоте. Устройство контрфорсов через каждые 3 м при возведении кирпичных стен (рисунок 5.2) снижает расход кирпича примерно в 3 раза по сравнению со ступенчатыми по высоте стенами. Одинаковой толщины по всей высоте делают стены из постелистого и рваного бутового камня (500-600 мм), а так же из шлакобетона (450 мм). Фундаментленточный устраивают из бутового камня. Конструкция фундамента показана на рисунке 5.2. Между фундаментом и стеной обязательно укладывают гидроизоляционный слой, препятствующий проникновению грунтовой влаги. Для отвода дождевых и талых вод вокруг всего здания устраивают отмостку шириной 1 м (при лёссовых грунтах 2 м) и сточные канавы, отводящие воду от склада. Полыдолжны быть прочными и долговечными, выдерживать без деформаций перемещение передвижной механизации, надежно изолировать зерно от грунтовых и талых вод и защищать его от проникновения грызунов. В современных элеваторах устраивают сплошные полы – бетонные или асфальтовые. Наиболее распространены асфальтовые полы. Устройство их показано на рис. 4.2: 1 – утрамбованный сухой грунт (20 см); 2 – гравийная, щебеночная или шлаковая подушка, залитая жидким известковым раствором (15-20 см); 3 – тугоплавкий асфальт (2,5-4,0 см). Крышадолжна быть легкой, огнестойкой, хорошо противостоять ветру, не портиться от случайных ударов при очистке от снега или при нагревании солнцем. Теплопроводность крыши должна быть малой. Лучшими кровельными материалами для крыш зерноскладов считают асбофанеру (плоскую и волнистую) и рубероид, который укладывают по сплошной обрешетке с толевой прокладкой. Конструкцию крыши, как правило, выполняют из дерева. В некоторых проектах каменных складов и в складах из сборного железобетона применяют металлические и железобетонные конструкции. 57 Рисунок 5.2 – Кирпичные стены зерносклада: 1 –утрамбованный сухой грунт; 2 – гравийная, щебеночная или шлаковая подушка; 3 – асфальт Обычно ширина складов большая – 15-30 м. Чтобы облегчить стропильную конструкцию крыши, по ширине склада устанавливают промежуточные опоры – стойки (столбы). В типовых проектах складов шириной 20 м внутренний каркас склада состоит из двух продольных рядов деревянных стоек. Таким образом, в поперечном направлении склад делится на три пролета: два крайних по 4,5 м и средний 11м. Такая конструкция обеспечивает возможность маневрирования в складе средствам передвижной механизации. Деревянные конструкции внутреннего каркаса и крыши одинаковы для всех вариантов стен. |