Wpływ średnicy otworów sit rozdrabniacza bijakowego na

dr in¿. Ryszard KULIG, dr hab. Grzegorz £YSIAK
Katedra Eksploatacji Maszyn Przemys³u Spo¿ywczego
Uniwersytet Przyrodniczy
e-mail: [email protected]
WP£YW ŒREDNICY OTWORÓW SIT
ROZDRABNIACZA BIJAKOWEGO NA
EFEKTYWNOŒÆ ROZDRABNIANIA S£OMY
RZEPAKOWEJ
Streszczenie
W pracy przedstawiono wyniki badañ oddzia³ywania œrednicy otworów sit rozdrabniacza bijakowego na parametry
charakteryzuj¹ce proces rozdrabniania s³omy rzepakowej. Badania przeprowadzono przy zastosowaniu zestawu sit o œrednicy
otworów 4, 5, 7, 10 i 12 mm. W szczególnoœci wyznaczono sk³ad granulometryczny materia³u po rozdrobnieniu oraz wydajnoœæ
i energoch³onnoœæ procesu rozdrabniania.
S³owa kluczowe: rozdrabnianie, œrednica otworów sit, rozdrabniacz bijakowy, s³oma rzepakowa, badania
Wprowadzenie
W ostatnich latach wyj¹tkowym zainteresowaniem w kontekœcie produkcji kompaktowanych biopaliw sta³ych cieszy siê
s³oma [1-4]. Do celów energetycznych - ze wzglêdu na korzystny sk³ad pierwiastkowy - szczególnie nadaje siê s³oma
rzepakowa. Mo¿liwoœæ jej zagospodarowania w tym kierunku
jest o tyle wa¿na, i¿ najczêœciej nie znajduje ona innego
wykorzystania i przeznaczana jest na zaoranie.
W procesach wytwarzania formowanych biopaliw sta³ych
zachodzi koniecznoœæ rozdrabniania s³omy do rozmiarów
cz¹stek, których wielkoœæ umo¿liwia prawid³owy przebieg
aglomerowania [5]. Przyk³adowo, podczas produkcji granulatu
wymagane jest zwykle dostosowanie stopnia rozdrobnienia
surowca do wielkoœci œrednicy otworów matrycy. Z przeprowadzonych w tym zakresie badañ wynika, ¿e czynnik ten ma
wp³yw zarówno na energoch³onnoœæ aglomerowania, jak te¿ na
jakoϾ gotowego produktu [6-9].
Powszechnie wiadomo, i¿ rozdrabnianie surowców
rolniczych (a zw³aszcza w³óknistych) wi¹¿e siê z ponoszeniem
wysokich nak³adów energetycznych [10]. W przypadku s³omy
proces ten najczêœciej realizowany jest z zastosowaniem
rozdrabniaczy bijakowych. Jednym z najwa¿niejszych parametrów, wp³ywaj¹cych na przebieg rozdrabniania w tego typu
urz¹dzeniach, jest œrednica otworów sit opasuj¹cych wirnik.
W g³ównej mierze decyduje ona o stopniu rozdrobnienia i, co
siê z tym wi¹¿e, ponoszonych nak³adach energetycznych.
Maj¹c na uwadze powy¿sze, celem niniejszych badañ jest
okreœlenie wp³ywu œrednicy otworów sit rozdrabniacza na
parametry procesu rozdrabniania s³omy rzepakowej.
lometryczny, który pos³u¿y³ do wyznaczenia œredniego
wymiaru cz¹stek po rozdrobnieniu. Sk³ad granulometryczny
surowca wyznaczono zgodnie z PN-EN 15149-2:2011 przy
wykorzystaniu laboratoryjnego przesiewacza SASKIA Thyr 2
i zestawu sit o wymiarach oczek: 4; 2,5; 1,6; 1,0; 0,8; 0,63; 0,4;
0,315; 0,1 mm. Czas trwania odsiewu wynosi³ dwie minuty. Po
przesianiu ka¿d¹ klasê wymiarow¹ wa¿ono na wadze
WPE 300. Œredni wymiar cz¹stek (modu³ rozdrobnienia) obliczono ze wzoru:
i =n
d sr =
100
[mm],
gdzie: dsr - œredni wymiar cz¹stek, [mm]; h - œredni wymiar
otworów dwóch s¹siednich sit, mm; Z - iloœæ cz¹stek zatrzymanych na danym sicie, [%]; n - liczba stosowanych sit.
Wydajnoœæ rozdrabniania (Q) wyznaczono okreœlaj¹c masê
rozdrobnionego surowca (mr) otrzyman¹ w czasie (Ät) 10 min.
Wydajnoœæ rozdrabniania obliczano wed³ug wzoru:
Q=
mr
× 60
Dt
[kg·h-1].
W celu okreœlenia jednostkowych nak³adów energii
rozdrabniania (Er) wyznaczano wartoϾ mocy czynnej (P)
zu¿ywanej przez rozdrabniacz w tym samym przedziale
czasowym, w którym badano wydajnoœæ. Pomiar i rejestracjê
mocy wykonano miernikiem parametrów sieci typu Vega 76
wyposa¿onym w cêgi pomiarowe HT96U.
Energoch³onnoœæ obliczono wed³ug wzoru:
Materia³ i metodyka
t2
Surowiec pochodzi³ z kampanii ¿niwnej 2012 roku. S³oma
przed zebraniem z pola poddana zosta³a procesowi wiêdniêcia,
który polega³ na oddzia³ywaniu zmiennych warunków
atmosferycznych przez okres 3 tygodni. W tym czasie s³oma
uleg³a wysuszeniu i nastêpnie zosta³a pociêta na sieczkê o d³ugoœci oko³o 1 cm. Tak przygotowany surowiec (o œredniej
wilgotnoœci 12%) rozdrabniano w rozdrabniaczu H-950
wyposa¿onym w sita o wymiarach otworów 4, 5, 7, 10 i 12 mm.
Dla tak rozdrobnionego materia³u okreœlono gêstoœæ w stanie
zsypnym (zgodnie z PN-EN 15103:2010) oraz sk³ad granu-
14
åh ×Z
i =1
ò P( t )dt
Er =
t1
mr
[kJ·kg-1].
Wyniki badañ
Wyniki badañ sk³adu granulometrycznego, uzyskanego
w nastêpstwie rozdrobnienia s³omy rzepakowej przy u¿yciu sit
o ró¿nej œrednicy otworów przedstawiono na rys. 1 oraz
w tab. 1.
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA
3/2013
Tab. 1. Zawartoœæ poszczególnych klas wymiarowych rozdrobnionej s³omy rzepakowej [%] dla ró¿nych wielkoœci otworów sit
rozdrabniacza
Table. 1. Share of size fractions of oilseed rape straw [%] at various hammer mill screen sizes
4
5
7
10
12
Klasa wymiarowa
[mm]
<0,1
6
1,4
0,57
0,46
0,38
0,1÷0,315
12,28
10,08
5,56
2,04
1,96
0,315÷0,4
4,56
4,08
2,12
2,64
1,52
udzia³ cz¹stek, Z[%]
Otrzymane wyniki wskazuj¹, ¿e w przypadku stosowania
sit o œrednicy otworów 4 i 5 mm, najwiêksza iloœæ rozdrobnionego materia³u (odpowiednio 90,04 i 92,39%) zawiera siê
w przedziale od 0,1 do 1,6 mm. Natomiast w odniesieniu do sit
o œrednicy otworów 7 i 10 mm jest to przedzia³ obejmuj¹cy
zakres od 0,4 do 2,5 mm (zawartoœæ 88,39 i 84,9% rozdrobnionego materia³u). Z kolei dla sita o œrednicy otworów
12 mm, najwiêksza iloœæ materia³u (92,1%) przypada na
przedzia³ od 0,4 do 4,0 mm. Przy czym w odniesieniu do
poszczególnych klas wymiarowych najwiêcej materia³u
znajduje siê w klasie 1,0-1,6 mm w przypadku sit 4 i 5 mm
(odpowiednio 35,44 i 39,88%) i w klasie 1,6-2,5 mm dla sit
o œrednicy otworów 10 i 12 mm (odpowiednio 34,48 i 43,48%).
Natomiast dla sita 7 mm najwy¿sz¹ zawartoœæ materia³u
zaobserwowano zarówno dla klasy 1,0-1,6 mm (33,96%) jak
i 1,6-2,5 mm (32,16%). Warto równie¿ odnotowaæ, i¿ niezale¿nie od zastosowanych sit, za ka¿dym razem zawartoœæ
materia³u w zakresie wielkoœci cz¹stek od 0,4 do 2,5 mm wynosi co najmniej 75%, a dla sita 7 mm jest ona najwy¿sza i wynosi a¿ 88,39%. Fakt ten jest o tyle istotny, i¿ wed³ug danych
literaturowych [5-7] do aglomerowania (a przede wszystkim
granulowania) najlepiej nadaj¹ siê surowce o rozdrobnieniu
drobnym i œrednim, co odpowiada wielkoœci cz¹stek z wy¿ej
wspomnianego zakresu (0,4-2,5 mm).
0,4÷0,63
20,12
18,28
9,16
6,76
4,24
0,63÷0,8
9,48
14,24
7,6
9
3,96
0,8÷1
8,16
5,68
5,51
4,38
4,32
1÷1,6
35,44
39,88
33,96
30,28
20,06
1,6÷2,5
2,32
4
32,16
34,48
43,48
2,5÷4
1,64
2,36
3,36
8,32
16,04
>4
0
0
0
1,64
4,04
Tab. 2. Œredni wymiar cz¹stek surowca (dsr) i gêstoœci w stanie
zsypnym (ñn) dla ró¿nych œrednic otworów sit rozdrabniacza (dot)
Table 2. Mean particle size (dsr) and bulk density (ñn) for various
hammer mill screen sizes (dot)
Parametr
dsr [mm]
ñn [kg·m-3]
dot [mm]
Ø4
0,85
108,2
Ø5
0,96
99,23
Ø7
1,38
89,12
Ø 10
1,59
78,45
Ø 12
1,93
67,34
Oddzia³ywanie œrednicy otworów sit (dot) na wydajnoœæ (Q)
rozdrabniania s³omy rzepakowej zobrazowano na rys. 2.
Stwierdzono wprost proporcjonalne zale¿noœci miêdzy
rozpatrywanymi parametrami. W badanym przedziale wraz ze
zwiêkszaniem siê œrednicy otworów sit, wydajnoœæ procesu
zwiêksza siê od wartoœci 27,29 do 71,57 kg·h-1.
wydajnoϾ rozdrabniania
[kg/h]
Œrednica otworów sit
[mm]
œrednica otworów [mm]
Rys. 2. Wp³yw œrednicy otworów sit rozdrabniacza (dot) na
wydajnoœæ rozdrabniania s³omy rzepakowej (Q)
Fig. 2. Correlation between the hammer mill screen sizes (dot)
and grinding output of oilseed rape straw (Q)
energoch³onnoœæ [kJ/kg]
klasa wymiarowa [mm]
Rys. 1. Sk³ad granulometryczny rozdrobnionej s³omy rzepakowej (Z) dla ró¿nych wielkoœci otworów sit rozdrabniacza
Fig. 1. Particle size distribution of ground oilseed rape straw
(Z) at various hammer mill screen sizes
Z danych zestawionych w tab. 2 wynika, i¿ œredni wymiar
cz¹stek surowca (dsr) w zale¿noœci od œrednicy otworów
u¿ytych sit w rozdrabniaczu (dot) waha siê w przedziale od 0,85
do 1,93 mm. Natomiast gêstoœæ materia³u w stanie zsypnym
zmienia siê od wartoœci 108,20 do 67,34 kg·m-3. Tak wiêc
wzrost œredniego wymiaru cz¹stek powoduje zmniejszanie siê
gêstoœci nasypowej rozdrobnionego materia³u, a stwierdzona
zale¿noœæ przyjmuje charakter liniowy.
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA
œrednica otworów [mm]
Rys. 3. Wp³yw œrednicy otworów sit rozdrabniacza (dot) na
energoch³onnoœæ rozdrabniania s³omy rzepakowej (Er)
Fig. 3. Correlation between the hammer mill screen sizes (dot)
and grinding energy consumption of oilseed rape straw (Er)
3/2013
15
Z kolei na rys. 3 zilustrowano wp³yw œrednicy otworów sit
rozdrabniacza (dot) na energoch³onnoœæ procesu (Er). W tym
przypadku zaobserwowano odwrotnie proporcjonalne
zale¿noœci miêdzy analizowanymi parametrami. W wyniku
zwiêkszania œrednicy otworów sit nastêpuje zmniejszenie
jednostkowych nak³adów energii rozdrabniania od wartoœci
149,60 do 50,15 kJ·kg-1.
Wnioski
Na podstawie przeprowadzonych badañ mo¿na przedstawiæ nastêpuj¹ce wnioski:
1. Wykazano, i¿ sk³ad granulometryczny rozdrobnionego
materia³u zale¿y istotnie od wielkoœci otworów sit w rozdrabniaczu. Przy czym niezale¿nie od stosowanych
œrednic, najliczniejsz¹ grupê wymiarow¹ stanowi¹ cz¹stki
zawarte w klasach wymiarowych 1,0-1,6 mm i 1,6-2,5 mm.
Najwy¿sza zawartoœæ odnosi siæ do sita ¨7 mm i wynosi
œrednio 66,12%.
2. Stwierdzono, ¿e wraz ze wzrostem œrednicy otworów sit
zwiêksza siê wartoœæ œredniego wymiaru cz¹stek surowca
po rozdrobnieniu oraz zmniejsza siê wartoœæ gêstoœci
materia³u w stanie zsypnym. Dla skrajnych wartoœci œrednic
stwierdzony wzrost parametru dsr wynosi œrednio 127%,
a spadek gêstoœci wynosi przeciêtnie -38%.
3. Wydajnoœæ procesu rozdrabniania s³omy rzepakowej roœnie
wraz ze zwiêkszaniem siê œrednicy otworów stosowanych
sit. W analizowanym przedziale na skutek zmiany œrednicy
z wartoœci 4 mm na 12 mm, œredni przyrost wydajnoœci
wynosi 162%.
4. Wzrost œrednicy otworów sit w rozpatrywanym przedziale
powoduje zmniejszanie wartoœci jednostkowych nak³adów
energii rozdrabniania przeciêtnie o -67%.
Bibliografia
[1] Adamczyk F., Fr¹ckowiak P., Mielec K., Koœmicki Z.:
Problematyka badawcza w procesie zagêszczania s³omy
przeznaczonej na opa³. Journal of Research and Application in
Agricultural Engineering, 2005, 50(4), 5-8.
[2] Fiszer A.: Badania porównawcze wspó³czynnika trwa³oœci
brykietów ze s³omy. Journal of Research and Applications in
Agricultural Engineering, 2008, 53(3), 69-71.
[3] Adapa P., Tabil L., Schoenau G.: Compaction characteristics of
barley, canola, oat and wheat straw. Biosystems Engineering,
2009, 104, 335-344.
[4] Adamczyk F., Fr¹ckowiak P., Zbytek Z.: Sposoby wykorzystania
biomasy sta³ej na cele energetyczne. Czêœæ 2. S³oma i odpady
rolnicze. Technika Rolnicza-Ogrodnicza-Leœna, 2010, nr 6.
[5] MacMahon M.J., Payne J.D.: The Pelleting Handbook.
Borregaard Lignotech, Sarpsborg Norway, 1991.
[6] Kulig R., Laskowski J.: Okreœlenie zale¿noœci miêdzy stopniem
rozdrobnienia nasion roœlin str¹czkowych a parametrami procesu
granulowania. In¿ynieria Rolnicza, 2002, 7a, 155-163.
[7] Kulig R., Laskowski J.: Nak³ady energii w procesie granulowania
œrut pszenicy o ró¿nym stopniu rozdrobnienia. Motrol, 2006, tom
8A, 187-192.
[8] Kulig R., Laskowski J.: The effect of preliminary processing on
compaction parameters of oilseed rape straw. Teka Commission
of Motorization and Energetics in Agriculture, 2011, vol. 11,
209-217.
[9] Mani S., Tabil L.G., Sokhansanj S.: Effects of compressive force,
particle size and moisture content on mechanical properties of
biomass pellets from grasses. Biomass and Bioenergy, 2006,
30(7), 648-654.
[10] Laskowski J., £ysiak G., Skonecki S.: Mechanical properties of
granular agro-materials and food powders for industrial practice.
Part II. Material properties in grinding and agglomeration. Centre
of Excellence for Applied Physics in Sustainable Agriculture
AGROPHYSICS, Institute of Agrophysics PAS, Lublin,
2005, 159 ss.
INFLUENCE OF HAMMER MILL SCREEN SIZE ON GRINDING PARAMETERS
OF OILSEED RAPE STRAW
Summary
The paper presents results of the research on the influence of hammer mill screen sizes on grinding parameters of oilseed rape
straw. The experiments were conducted using 4, 5, 7, 10 and 12 mm screen diameters. Energy consumption and output during
grinding as well as particle size distribution were evaluated.
Key words: grinding, screen sizes, hammer mill, oilseed rape straw, experimentation
Podrêcznik pt. MASZYNY ROLNICZE adresowany jest do szerokiego grona
pracowników dydaktycznych i s³uchaczy uczelni przyrodniczych oraz u¿ytkowników
maszyn rolniczych. Zawarto w nim podstawowe informacje z przedmiotu ”Technika
rolnicza i eksploatacja maszyn rolniczych” wyk³adanego na ww. Uczelniach.
Problematyka wyk³adów tego przedmiotu obejmuje charakterystykê szerokiego
i niezwykle ró¿norodnego asortymentu maszyn i urz¹dzeñ technicznych.
Wyczerpuj¹ce omówienie czy opisanie ca³oœci materia³u jest niemo¿liwe. Z tych te¿
wzglêdów w podrêczniku przedstawiono œciœle wyselekcjonowane partie materia³u informacje podstawowe oraz te, które s¹ dzie³em autorów lub powsta³y przy
znacz¹cym ich udziale. St¹d te¿, pomimo ¿e podrêcznik ma charakter pozycji
dydaktycznej, nosi znamiona pracy monograficznej. Materia³ uzupe³niaj¹cy stanowi
literatura zamieszczona na koñcu ka¿dego z rozdzia³ów.
Wydawca:
Bran¿owy Oœrodek Informacji Naukowej, Ekonomicznej i Normalizacyjnej
Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych
60-963 Poznañ, ul. Staro³êcka 31
tel. 061 87-12-200; fax 061 879-32-62;
e-mail: [email protected]; Internet: http://www.pimr.poznan.pl
16
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA
3/2013