WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

В первой главе«Современное состояние производстварастительных масел » на основестатистических данных показан ростпроизводства растительных масел,рассмотрены способы их производства.Анализируются способы и техническиесредства очистки.

Поразработанной методикепроанализированы структурные иконструктивно-технологическиесхемы технологическихлиний очисткирастительных масел. Установлено, чтотехнологические линии, пригодные поструктуре и надежности для применения вусловиях сельскохозяйственногопроизводства, имеют малопроизводительнуютехнологию из-за отсутствия эффективныхтехнических средств очистки. Анализспособов и технических средств очисткирастительных масел выявил существенныепреимущества центрифуг, однакосуществующие центрифуги разрабатывалисьдля очистки суспензий со свойствами,значительно отличающимися от свойстврастительных масел, следовательно,необходимы дальнейшие исследованияпроцесса очистки растительных маселцентрифугированием.

Вопросамиисследования процесса фильтрованиясложных жидких систем занимались ученыеГ.И. Бремер, П.А. Ребиндер, Г.А. Кук, В.А.Жужжиков, В.И. Соколов, В.Х.Паронян, А.И. Лукъяненко,Н.Н. Липатов, Д.Е. Шкоропад, В.Г.Щербаков, Е.М.Гольдин и другие.

Вработах ученых рассматриваются процессыразделения неоднородных системосаждением и фильтрованием вгравитационном и центробежном полях.Скорость осаждения в гравитационномполе с учетом концентрации примесей всуспензии

= [d2(s f )g В Ф(В)]/18,

где d – эквивалентный диаметр частиц,м; s плотностьдисперсионной среды, кг/м3;

f – плотность дисперсной фазы,кг/м3; – динамическая вязкость, Па·с; В – коэффициент порозностисреды.

Функция концентрациисуспензии

Ф(В)=10-1,82(1-В).

Скорость осаждения вцентробежном поле

= (2В210-1,82(1–В))/[f2]gFrср,

гдеFrср– критерий Фруда; – разность плотностейдисперсионной среды и дисперсной фазы,кг/м3.

Процесс фильтрованиярастительных масел рассматривается придвижении по извилистым каналамфильтрующего материала.

Сучетом конструктивных особенностей ипроцесса фильтрования в вертикальныхфильтрующих конических центрифугах теорииВ.И.Соколова, Г.И. Бремера, Е.М.Гольдина и Н.И. Кумина после соответствующейдоработки применимы к анализудвижения растительных масел впространстве между обечайками роторавертикальной фильтрующей коническойцентрифуги, к разработке теории иматематической модели.

Основное дифференциальноеуравнение фильтрования

dV / (S d ) =( P / )( Rос + Rфп. )],

где P –потеря давления в слое фильтрующегоматериала, Па; V – количество жидкости, м3;

– время фильтрования, с; Rос–гидравлическое сопротивление осадка, м-1; Rфп.– гидравлическое сопротивлениефильтровальной перегородки, м -1; – динамическаявязкость суспензии, Па·с.

Процесс фильтрования описывается общим законом прохождения жидкостичерез пористую среду под действиемсилового поля.

Общий законпрохождения жидкости через пористую средупод действием силовогополя

1 = (k с /)(Р/L),(1)

гдеkс – коэффициентпроницаемости, м2; Р – давление, Па; L –длина цилиндрической части ротора,м.

Известноуравнение для оценки коэффициентапроницаемости

kс = 0,246В3/[f 2 (1–В)2],(2)

где f– удельнаяплощадь поверхности частиц цеолита,м2.

Объединив ряд постоянных входящих вуравнение (1), характеризующих даннуюсуспензию, получим

(kс Н f g)/( L) = kс g / =k.(3)

Коэффициент kиспользуется в качестве характеристикиспособности суспензии разделяться вфильтрующих роторах центрифуг.

Втеории фильтрования рассматриваетсяскорость прохождения жидкости черезпористую среду в зависимости отсопротивления среды или обратной величины– коэффициентапроницаемости kс.

Скорость фильтрования вцентробежном поле

= (2В210-1,82(1–В))/[f 2(1–В)]f 2rс р,

Скорость фильтрования с учетом фактораразделения

= (2В310-1,82(1–В))/[f2(1 – В)2]g fFrср.

Прицентробежной фильтрации исходятиз уравнения ламинарной фильтрации

V = F,(4)

где V количествожидкости, проходящей в единицу временичерез фильтрующую среду, м3/сек; падение давленияпри прохождении жидкости черезфильтрующую среду, Па; F полная площадь поперечного сеченияфильтрационного потока, включая площадьпор и твердых частиц, м2; h толщинафильтрующего слоя, м.

Во второй главе«Механико-технологические методыоценки технологических показателейпроцесса очистки растительных масел вконической фильтрующей центрифуге»рассматривается процесс разделения«сырого» растительного масла вцентробежном поле.

Обобщенная информационная оценкасовременного состояния исследований вобласти разделения растительных масел вусловиях сельскохозяйственныхпредприятий, дисперсной средой в которыхявляются коллоидные нежировые примеси,показала необходимость системного подходак разработке конической центрифуги сфильтрующим материалом из цеолита,обеспечивающим улавливание коллоидныхи мелкодисперсных примесей.

Специфика очисткирастительных масел позволяетрассматривать формализованныевзаимосвязи процесса, протекающего врабочем пространстве оборудования, сособенностями свойств неочищенного масла,свойств фильтровальной перегородки,конструктивными параметрами оборудования,а также их влияние на качественныепоказатели готового продукта.

Рисунок 1. Методологическая базаисследований процесса очисткирастительных масел в вертикальныхфильтрующих центрифугах

Методология формирования показателейкачества зависит от специфическихособенностей процесса. Разработкаэффективных технологических линий очисткирастительных масел с качественнымипоказателями работы оборудования,отвечающими требованиям государственныхстандартов, включает в себя несколькотехнологических подходов, а именноразработка технологических линий очистка«сырого» масла и оборудования для очисткис последующим контролем готовогопродукта.

Методологическая базатеоретического обоснованиятехнологического процесса и конструкцииоборудования для очистки растительныхмасел в условиях сельскохозяйственныхпредприятий является фундаментоммногоступенчатой и многозвеннойструктуры, которая включает:

– исследованиетехнологических линий очисткирастительных масел с целью разработкиматематической модели структуры линий;

– созданиефильтрующего оборудования для очисткимасел в поле центробежных сил;

– исследованиетехнологического процесса на базеособенностей центрифугирования в рабочемпространстве центрифуги;

– исследованиесвойств растительных масел, параметровфильтровальных перегородок,конструктивно-кинематических параметровцентрифуги и их влияние на процессочистки;

– исследованиекачественных показателей очищенныхрастительныхмасел;

– оценка процессафильтрования при анализе дифференциальныхуравнений движении масла впространстве между обечайкамиротора центрифуги;

– оценка процессацентробежной очистки растительныхмасел при движении впространстве между внутренней инаружной обечайками ротора.

В разрабатываемой вертикальнойфильтрующей конической центрифуге придвижении масла в пространстве междуобечайками ротора, заполненногофильтрующим веществом (цеолитом)происходит её очистка. На рисунке 2приведена схема движения элементарногообъема усеченного конического элементарастительного масла V,высотой z=rCos0, толщиной l (l– расстояниемежду обечайками, м), соответствующего дугедлиной rSin0, и массой m=V=lrSin0Cos0r,поднимающегося вверх со скоростьюпр (м/с) по каналамфильтрующего слоя.

. Наэлементарный объем растительного маслав плоскости осевого сечения роторадействуют следующие силы: объемные – (сила тяжести G=mg и переносная силаинерции Фпер с проекцией =m2rSin0); поверхностные– (нормальныереакции обечаек N1, N2, силыдавления соседних слоев жидкости P1,P2), обобщенная сила сопротивленияF= –,включающая в себя силы вязкогосопротивления и силы сопротивленияфильтрующего материала ( – обобщенныйкоэффициент).

Дифференциальные уравнения движенияматериальной частицы по коническойповерхности ротора фильтрующейцентрифуги в проекциях на оси локальнойсистемы координат Мr..

.(5)

Рисунок 2. Схемадвижения материальной частицы поконической поверхности фильтрующейцентрифуги

В соответствии сразработанной теорией процессы,происходящие в пространстве междуобечайками ротора происходят приодновременном движении масла вдольобразующей конуса ротора снизу вверхпр и в радиальном направлении к центруцентрифуги с.

Считая, что давление на внешней обечайкеротора совпадает с давлением навнутренней при p =p0 +g(z0– rCos0) +r2 2Sin20 и p0 =0,массовый выход масла получаеминтегрированием по всей областиперфорации.

(6)

Полученное уравнение (6) не учитываетвлияние на производительностькачественных показателей очищенногомасла. В полученной математическоймодели не прослеживается влияние площадиосаждения ротора центрифуги на рабочийпроцесс. Указанное обстоятельствовыявило необходимость дальнейшихисследований.

Придвижении масла вдоль образующей роторамасло продвигается по каналам цеолита,постепенно освобождаясь от частицпримесей под действием центробежного поля.Процесс очистки происходит придвижении масла к центру центрифуги втри периода:образование слоя осадка в порах цеолита,уплотнение осадка и уменьшение объемапор цеолита, вытеснение жидкости,удерживаемой капиллярными имолекулярными силами.

Скорость протока масла в пространствемежду обечайками ротора снизу вверхопределяется делением производительностина площадь потока

пр= W/(2 rх h1 f),(7)

где W производительностьцентрифуги, кг/с; rх переменный радиусротора центрифуги, м;h1 – толщина слояочищенного масла, движущегося по зазорумежду обечайками,м; коэффициент порозностифильтрующего материала, учитывающий вданном случае снижение площадипоперечного сечения потока масла вдольобразующей конуса центрифуги; f – плотностьдисперсионной среды (масла), кг/м3.

После преобразованийполучим

прср = W/[2 s 2rmin cos 0],(8)

где 2 расстояниемежду обечайками центрифуги в радиальномнаправлении, м.

Сучетом теории фильтрования радиальнаяобъемная производительность вцентробежном поле цилиндрическойфильтрующей центрифуги

Vc=(s f)2(R2r02) 10-1,82(1-В) kcL(R+rc )[2 µ(Rrс)],(9)

где s плотностьсуспензии, кг /м3; частота вращения ротора центрифуги,с-1; R переменный наружный радиускольцевого слоя осадка, м;rо переменныйвнутренний радиус слоя жидкости в роторе,м; В коэффициентпорозности; kc коэффициентпроницаемости фильтрующего материала,цеолита, м2; – динамическаявязкость суспензии, Пас; Lдлина образующей конуса,м; rc переменный внутренний радиускольцевого слоя осадка, м.

Учитывая, что

(R2r02)(R +rо)/(R rо)] =(R +r0)2(10)

и площадьфильтрующей поверхности у наружной обечайкиротора вертикальной фильтрующейконической центрифуги F= L(RmaxRmin), получим переменнуюрадиальную скорость фильтрования вцентробежном поле вертикальнойфильтрующей коническойцентрифуги:

c=Vc / F =(s f)2(R +r0)2 kc /[2µ(Rmax Rmin)],(11)

где R переменныйнаружный радиус конуса центрифуги; rо переменныйвнутренний радиус конуса, м; rmax максимальный радиус внутреннегоконуса центрифуги;rmin минимальный радиус внутреннегоконуса. В центрифуге, работающей по схеме,представленной на рисунке 3 выходочищенного масла происходит черезперфорацию в верхней части наружнойобечайки. При этом rc=rо, R средний радиус наружного конусацентрифуги, rосредний радиус внутреннегоконуса центрифуги.

Длясредних значений радиусов

(R +r0)2={[(rmax+ 2)(rmin+ 2)] + (rmax rmin)}2.

Сучетом (9) средняя скорость движениямасла к центру центрифуги

cср=(s f)2 kc{[( rmax+ 2)(rmin+ 2)] + (rmax rmin) }2/[2 µ(RmaxRmin)].(12)

Послепреобразований (2) коэффициентпроницаемости

kс = 0,0068 d23/(1+ ),(13)

сср= 0,0034d2 3(s f)2 {[( rmax+ 2)(rmin+2)] +(rmax rmin)}2/[µ(RmaxRmin) (1+)].

Учитывая отношение прср / сср = L /2 =H/(cos0 2),(14)

где L длинаобразующей конуса ротора центрифуги, м;Н высота конуса роторацентрифуги, м,

послесоответствующих преобразований,математическая модель процесса очисткирастительных масел в центрифуге первоготипа

W = 0,0215 2 (sf)( f / µ)rmin d2 3 {[ ( rmin+ Нtg0) rmin]+

+[(rmin+ Н tg0+2)(rmin+ 2)]}2/ [tg0( 1+)],(15)

илиW = 0,02152См Сц kц1(16)

где См– показатель,характеризующий влияние свойствобрабатываемого масла напроизводительность конической центрифуги,кгс/м5: См= (sf )s / µ= (sf)/ ; (17)

кинематическая вязкостьсуспензии (фильтруемого масла дофильтрования), м2/с;

Сц – показатель, характеризующийвлияние параметров фильтровальнойперегородки (цеолита) напроизводительность конической центрифуги,м2: Сц=d2 4 /[(1+ )10 1,82/(1+ ) ] ;

(18)

kц1 – показатель,характеризующий влияние конструктивныхпараметров на производительностьконической центрифуги, м3:

kц1 = (rmin / tg0) {[(rmin+Н tg0)rmin] +[( rmin+ Н tg0+2)( rmin+2)]}2. (19)

Рисунок 3. Схемазаполнения масла и частиц примесей впространстве между обечайками

Экспериментальные исследованияцентрифуги первого типа с углом наклонаобразующей конуса к вертикальной оси в 350 показали, чтос целью повышения качества очисткинеобходимо регулированиепроизводительности центрифуги.Конструктивно это осуществляется путемизменения площади сечения отверстий навыходе масла из центрифуги (рисунок 4).

Течение масла черезотверстие небольшой длины равной 0,5 отдиаметра отверстия рассматриваетсякак течение при полном сжатии струи.

ВэтомслучаеW=Fотв· µ1f (2р/f),

где Fотв – площадьотверстия на выходе из центрифуги, м2; µ1– коэффициент расхода; р– давление жидкости, Па; f –плотность очищенного масла,кг/м3.

Давлениежидкости в конической центрифуге

р= f 2[(RmaxRmin) –(rmax rmin)] /2.(20)

Рисунок 4.Конструктивная схема ротораэкспериментальной центрифугивторого типа (ВФКЦ-3) с регулированиемпроизводительности путем измененияплощади сечения отверстий на выходе маслаиз центрифуги.

1 – вал привода; 2 – основаниеротора; 3 – диск для креплениянаружной обечайки ротора; 4 – перфорированнаявтулка; 5 наружнаяконическаяобечайка;6 – кольцокрепления наружной обечайки; 7 – болты креплениякрышки роторов; 8– отверстия вкрышке ротора; 9 – крышка ротора; 10 – фильтрующийматериал (цеолит); 11 – заливнойцилиндр;12 – гайкакрепления ротора; 13 – болты крепления обечаек ротора; 14– диск длякрепления внутренней обечайкиротора; 15 – внутренняяобечайка ротора

Производительность

W = Fотв fµ1 [(RmaxRmin)–(rmaxrmin)] = 0,02152 См Сц kц1.(21)

Из(20)

= s–f = 46,52Fотв fµ1 [(Rmax Rmin)–(rmaxrmin)]/ [ Сц kц1].(22)

Уравнение (22) является основным уравнениемфильтрования в конических фильтрующихцентрифугах второго типа (ВФКЦ-3) сотверстиями для выхода очищенного масла изротора.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»