Классификация сыпучих продуктов по гранулометрическому составу

Классификационные схемы сыпучих продуктов

Практика показывает, что сыпучесть продукта в основном определяют объёмный вес, размер и форма частиц продукта (гранулометрический состав продукта). Как правило, наименее сыпучими всегда являются порошкообразные и пылевидные лёгкие продукты. Кусковые и тяжёлые продукты, наоборот, более подвижны.

Также именно эти характеристики определяют в основном конструкцию дозатора.

Учитывая объёмный вес продукта и его гранулометрический состав, можно выделить пять групп сыпучих продуктов, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1

Классификация сыпучих продуктов по гранулометрическому составу

Таким образом, тип дозатора может быть определён по гранулометрическому составу сыпучего продукта (что чаще всего и используется), но это не всегда оптимально, так как гранулометрический состав продукта не учитывает всех характеристик продукта, влияющих на его сыпучесть.

Большинство исследователей считает, что сыпучие продукты с учётом всех их характеристик могут быть разделены на 2 группы:

1) идеально сыпучие, не имеющие сил связанности между частицами (несвязные),

2) связные, являющиеся как бы промежуточной ступенью между идеально сыпучим и твердым телом.

Однако это разделение сыпучих продуктов довольно условно. Один и тот же продукт в зависимости от напряженного состояния может быть отнесен как к одной, так и к другой группе.

Сыпучая среда является сложной физико-механической си­стемой, изменяющей свои свойства в зависимости от напряжен­ного состояния, плотности укладки частиц, влажности и т. д. Поэтому следует предположить, что наиболее полное описание свойств продукта может быть получено с помощью комплекс­ного показателя, отражающего тот или иной технологический процесс.

В ка­честве такого комплексного показателя рассматривается высота устойчивого откоса продукта, уплотненного заданной нагрузкой:

, (2.1)

где τ 0 − начальное сопротивление сдвигу;

Ф − угол внутреннего трения;

ρ − объемная (насыпная) плотность продукта;

g − ускорение свободного падения.

В приведенную зависимость входят все основные физико-механические характеристики (ФМХ), описывающие свойства связного сыпучего продукта. По этому показателю классифи­кация предусматривает сравнительную оценку предельного со­стояния продукта в условиях переработки. Заметим, что не­связные продукты не образуют устойчивых вертикальных откосов, так как начальное сопротивление сдвигу для них равно нулю. Следовательно, комплексный показатель устанавливает границу области существования несвязных и связных сыпучих продуктов [1].

Из уравнения (2.1) видно, что hc зависит от начального сопротивления сдвигу, угла внутреннего трения и объемной плотности, определяемой плотностью частиц и их взаимным расположенном.

В табл. 2.3 представлена инженерно-технологическая классификация сыпучих продуктов химической промышленности с указанием размера выпускного отверстия, при котором про­исходит образование устойчивого свода:

. (2.2)

В табл. 2.2 представлено описание внешних признаков групп сыпучих продуктов.

При составлении классификации принято разделение продуктов на классы и группы.

Различие между классами состоит в следующем.

К классу несвязных отнесены продукты, силы сцепления между части­цами которых меньше их веса. В этом случае частицы, если они обладают свободной потенциальной энергией и находятся в состоянии неустойчивого равновесия, способны перемещаться относительно друг друга под действием гравитационных сил. Несвязные продукты обладают сыпучестью, образуют насыпь под углом естественного откоса, способны к истечению через небольшие отверстия. Для несвязных продуктов τ 0 = 0 и hc = 0. Прекращение выпуска таких продуктов из емкости зависит от вероятности случайной укладки частиц в виде свода. Вероятный размер сводообразующего отверстия в этом случае может быть рассчитан по формуле:

, (2.3)

где dэ – эквивалентный диаметр частиц.

В связных продуктах силы сцепления значительно превос­ходят вес частиц. Относительное взаимное перемещение отдельных частиц в поле гравитационных сил в таком продукте невозможно. Разрушение продукта при достижении состояния предельного равновесия происходит по плоскостям сдвига между агрегатами. Связная среда образует вертикальные откосы, имеет склонность к сводообразованию, комкуется, прояв­ляет адгезионные свойства. Для связных продуктов величина hc составляет 0, 4 – 1, 2 м, а размер сводообразующего отверстия В_с = 0, 5 – 1, 5 м.

Связно-текучие продукты относятся к переходному классу. В зависимости от плотности укладки частиц они могут проявлять как свойства хорошо сыпучего, так и связного продукта [2].