УДК 664.6/.7: 631.36

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕПАРИРОВАНИЯ

Пивень Валерий Васильевич1, Уманская Ольга Леонидовна2
1Тюменский государственный нефтегазовый университет, Доктор технических наук профессор кафедры прикладной механики
2Тюменский государственный нефтегазовый университет, Кандидат технических наук доцент кафедры прикладной механики

Аннотация
Данная статья посвящена обзору и анализу методов оценки сепарирования многокомпонентных сыпучих смесей. Приводятся критерии теоретической делимости смеси. Дан анализ критериев делимости для практического применения. Учитываются характеристики исходной смеси, а также качество полученных фракций. Приведен пример энергетической оценки эффективности технологических процессов на примере сепарирования смесей.

Ключевые слова: делимость смеси, качество фракций, методы оценки сепарирования, энергетическая оценка


ANALYSIS OF METHODS FOR THE ASSESSMENT OF THE EFFECTIVENESS OF SEPARATION

Piven Valeriy Vasilyevich1, Umanskaya Olga Leonidovna2
1Tyumen State Oil and Gas University, Doctor of technical Sciences professor of the Department of applied mechanics
2Tyumen State Oil and Gas University, PhD in technical Science associate Professor of the Department of applied mechanics

Abstract
Summary

This article is devoted to the review and analysis of assessment methods of separation of multi-component dry mixes. Are the eligibility criteria theoretical divisibility of the mixture. The analysis of criteria of divisibility for practical use. Considered the characteristics of the initial mixture, as well as the quality of the factions. The example of the energy evaluation of efficiency of technological processes on the example of the separation of mixtures.

Keywords: energy estimate, methods of assessment of separation, the divisibility of the mixture, the quality of the factions


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Пивень В.В., Уманская О.Л. Анализ методов оценки эффективности сепарирования // Современные научные исследования и инновации. 2013. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2013/02/22518 (дата обращения: 01.10.2017).

1.Теоретическая делимость смесей

Вопросы эффективности технологического процесса разделения сыпучих материалов актуальны для целого ряда отраслей промышленности: горно-обогатительной, фармацевтической, порошковой металлургии, зерноперерабатывающей отрасли, сельского хозяйства. Компоненты исходной смеси могут отличаться друг от друга по целому ряду признаков, и от того, насколько правильно разработан технологический процесс сепарирования, зависит в целом эффективность всего производства того или иного продукта.

Выбор рабочего органа для разделения зернового материала должен осуществляться с учетом признака разделения, при котором делительная способность сепарирующего органа будет максимальна. При исследовании физико-механических свойств компонентов смесей применяются статистические методы, выражая результаты измерений в виде вариационных рядов или кривых, определяющих частоту того или иного признака. Анализ изменчивости признаков компонентов смеси дает возможность при выбранном рабочем значении признака определить ожидаемую степень ее разделения, т.е. делимость смеси [1].

Наиболее сложные задачи при сепарировании возникают при подготовке семян продовольственных и кормовых культур. Они обладают большим разнообразием физико-механических свойств, при этом в результате изменчивости видов с частью примесей различие имеется только по биологическим качествам. Пример вариационных кривых разделения двухкомпонентной смеси приведен на рис. Часть площади, ограниченной кривой 1 (наиболее ценный компонент в двухкомпонентной смеси – зерно основной культуры), перекрывается заштрихованной зоной на участке с интервалом Δ΄. В этой зоне нельзя осуществить разделение по признаку X. Данную смесь в целом теоретически можно разделить на три фракции:

чистое зерно – часть основной массы зерен, соответствующая площади справа от прямой в-в;

примесь – часть примеси, соответствующая площади слева от прямой а-а;

смесь зерна с примесью – часть примеси и часть зерна, соответствующие площади, ограниченной прямыми в-в и а-а.

Теоретический критерий делимости двухкомпонентной смеси определяется выражением [1]

λ΄= 1 – S/100,
(1.1)

где S – сумма выходов (%) обоих компонентов, соответствующая площадям, ограниченным кривыми 1 и 2.

Н. Н. Ульрих, развивая статистические методы В. П. Горячкина, С. А. Васильева, Н. Н. Летошнева для определения делимости смесей, пришел к выводу о недостаточности изучения вариации каждого признака в отдельности и необходимости определения их корреляции. Сущность предложенного им метода заключается в применении корреляционных



Рисунок. Схема к определению критерия теоретической делимости двухкомпонентной смеси по одному признаку (1 – вариационная кривая распределения примеси; 2 – вариационная кривая распределения зерна основной культуры)

 

таблиц и корреляционных решеток для выбора технологической схемы очистки зерна [2]. Такой метод позволяет изучить возможность деления примесей и семян основной культуры в случаях перекрытия вариационных кривых по каждому признаку разделения в отдельности.

При анализе делимости одновременно по трем признакам критерий делимости будет определяться с помощью выражения [1]

 


λ΄= 1 – Δ΄1·
Δ΄2 ·Δ΄3 (Δ΄01 ·Δ΄02 ·Δ΄03)-1,
(1.2)

где Δ΄1, Δ΄2 , Δ΄3 – условные объемы, численно равные сумме выходов заключенных в них двух компонентов смеси с одинаковыми значениями трех признаков;

Δ΄01 , Δ΄02 , Δ΄03 условные объемы, соответствующие интервалам каждого признака.

Приведенные критерии следует рассматривать как теоретически возможные и дающие качественную оценку процессу сепарирования. В практических условиях невозможно получить 100% разделения, и делительная способность рабочих органов может только приближаться к критерию теоретической делимости.

2.Анализ методов оценки эффективности сепарирования

В научных исследованиях для характеристики технологической активности используются различные критерии. Этим вопросам посвящены работы В. П. Горячкина, С. А. Васильева, Г. Т. Павловского, Г. Д. Терскова, В. А. Кубышева,
А.
Д. Малиса, В. А. Демидова и других ученых. Обобщающая работа в этом направлении выполнена В. М. Цециновским [1]. Формулы, однозначно определяющие эффективность разделения двухкомпонентной смеси в большинстве своем сводятся к выражению [1]

 

Eф = (φ11 – а1) (а1 - φ11)[а1(1 – а1) (φ11 – φ12)]-1, (2.1)

 

где а1 – содержание первого компонента в исходной смеси в долях единицы;

φ11 – содержание первого компонента в первой фракции;

φ12 - содержание первого компонента во второй фракции.

При выводе данной формулы не учитываются физические свойства исходной смеси и делительная способность конкретных сепараторов. Предполагается, что при “идеальном разделении” предельная чистота обеих фракций должна быть равна единице, хотя практически 100% разделение неосуществимо.

Предложенный М. Е Летошневым метод [3] основывается на кривых распределения исходного материала и получаемых фракций и более точен. Однако его применение ограничивается отсутствием высокоэффективного лабораторного классифицирующего оборудования. В. М. Цециновским [1] предложено оценивать технологическую эффективность сепарирования n – компонентной смеси на n фракций выражением

 

Еn = ∑ Wi ii – аi) / (аii - аi), (2.2)

 

где Wi - выход i – ой фракции в долях единицы;

φiiсодержание i –го компонента в i – той фракции или фактическая чистота фракции в долях единицы;


аi – содержание i -го компонента в исходной смеси в долях единицы;

аii - содержание i -го компонента в i -й фракции при предельном разделении или предельная чистота фракции в долях единицы.

Слагаемые в выражении (2.2) представляют собой произведение количественного эффекта (Wi) на качественный эффект. Каждое из слагаемых характеризует частный эффект сепарирования каждой из фракций.

Таким образом, приведенная зависимость позволяет определять технологическую эффективность сепарирования при условии, если известны выходы и чистота полученных фракции, а также чистота фракций предельном сепарировании.

3. Энергетический анализ технологического процесса сепарирования

Применяемые в настоящее время методы оценки эффективности технологического процесса производства продукции по затратам труда и экономическим показателям (приведенные затраты, рентабельность и др.) в ряде случаев недостаточны, так как зависят от ценообразования, и не позволяют установить уровень необходимых затрат энергии на производство продукции. Возрастающий дефицит энергии и необходимость использования сравнимых параметров требуют наряду с традиционными методами оценки эффективности технологий процессов учета энергетических затрат на производство каждого вида продукции [ 4, 5]. В связи с этим настоящее время формируется новая область знания – теория биоэнергетической оценки и энергетического анализа [6, 7, 8].

Энергетический анализ – область исследований, в которой предметы, средства производства и результаты труда оцениваются затратами энергии.

За основной критерий энергетической оценки технологий возделывания сельскохозяйственных культур принимают показатель энергетической эффективности. Он учитывает прямые и косвенные (овеществленные) затраты энергии, необходимые для производства продукции, а также энергию, которая содержится в конечном продукте. Энергетическая эффективность технологии определяется выражением

RЭ = ПЭ / ЕСТ, (3.1)

где ПЭ – энергия, содержащаяся в конечном сельскохозяйственном продукте;

.(1-37)

СМ ,

Естпс+(Ежм)/х/с

Спс – прямые затраты энергии, мДж/т; F – затраты живого труда, мДж/ч;


ЕСТ – полные энергозатраты на ее производство продукта.

Применительно к технологии послеуборочной обработки зерна совокупные или полные энергозатраты (энергоемкость) на осуществление технологического процесса очистки зерна в мДж/т определяются выражением [164]


ЕСТ = Еnc + ( Еж + ЕМ) / WСМ, (3.2)

где Еnc прямые затраты энергии, мДж/т;

Еж – затраты живого труда, мДж/ч;

ЕМ – энергоемкость оборудования, мДж/ч;

WСМ – сменная производительность оборудования, т/ч.

 

Приведенные зависимости позволяют осуществлять сравнительный анализ различных технологических процессов при очистке зерна с учетом энергетических затрат на их осуществление.


Библиографический список
  1. Машины для послеуборочной поточной обработки семян. Теория и расчет машин, технология и автоматизация процессов / Под. ред. З.Л. Тица. М.: Машиностроение, 1967. 447 с.
  2. Ульрих Н.Н. Задачи и механические свойства очистки и сортирования зерна. М. – Л.: Сельхозгиз, 1931. 17 с.
  3. Летошнев М. Н. Сельскохозяйственные машины. М. – Л.:Госсельхозиздат, 1955. 764 с.
  4. Ярославцев В. М. Технологический процесс – энергетический преобразователь // Наука и образование / Научн. изд. МВТУ им. Н. Э. Баумана: сетевой журнал. URL:http://techno-new.developer.stack.net. Эл. № ФС 77 -48211. DOI: 10.7463/0712.0414854. 07 .07. 2012 .
  5. Пивень В.В. Совершенствование технологического процесса очистки зернового вороха по аэродинамическим свойствам: автореф. дис. … докт. техн. наук. Челябинск , 1995. 42 с.
  6. Методические рекомендации по топливоэнергетической оценке сельскохозяйственной техники, технологических процессов и технологий в растениеводстве /ВИМ. М., 1989. 59 с.
  7. Новиков Ю. Ф., Сотников В. И., Базаров Е. И. Биоэнергетическая оценка технологических процессов в сельском хозяйстве //Вестник сельскохозяйственной науки. 1982, № 10 (313). С. 5 – 11.
  8. Панус Ю. В. Методика расчета экономии энергетических ресурсов: Методические указания / ЧИМЭСХ. Челябинск, 1989. 36 с.


Все статьи автора «pivenvv»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: