WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Харченко Галина Михайловна

механико-технологические основы  повышения эффективности процесса центробежной очистки  растительнЫХ масЕл  в условиях сельскохозяйственных предприятий

Специальность 05.20.01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Барнаул  – 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Научный консультант:  заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

Земсков В.И.

Официальные оппоненты:  заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

Злачевский В.Л.

доктор технических наук, профессор

Стремнин В.А.

  заслуженный деятель науки и техники РФ,

  доктор технических наук, профессор

  Некрашевич В.Ф. 


Ведущая организация:  Иркутская государственная

  сельскохозяйственная академия





Защита диссертации состоится 11 июня 2009 года  в часов  на заседании диссертационного совета Д.212.004.02  Алтайского государственного технического университета им.  И.И. Ползунова по адресу:  656038, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина, 46,

http://www.altstu.ru; ntsc@desert.secna.ru, тел./факс (3852)36-71-29



С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.



  Отзывы  на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью Вашего учреждения, просим  направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета


  Автореферат разослан  «  » мая  2009 г.



Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор  Л.В. Куликова





ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА  РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основной проблемой питания в мире является недостаток белка  (дефицит которого для населения Земли  составляет  около  15 млн.т.). Ценными в биологическом отношении продуктами питания являются растительные масла. Растительное масло это не только энергетический источник питания человека, но также поставщик незаменимых жирных кислот, микроэлементов, витаминов.

  Анализ существующих  технических средств получения  и очистки растительных  масел  показал, что они предназначены для крупных производств, имеют сложную технологию очистки и большое количество оборудования. Для условий сельскохозяйственных предприятий требуется малогабаритное многофункциональное оборудование, обеспечивающее качественную очистку. Применение такого оборудования позволит приблизить производство к местам выращивания технических культур, снизить транспортные затраты и обеспечить повышение рентабельности  производства.

  В связи со сказанным, приобретает большую актуальность проблема совершенствования  оборудования, для очистки  растительных масел и  разработки  малогабаритного  оборудования для условий  сельскохозяйственных предприятий на основе обобщения имеющихся исследований и продолжения исследовательских и конструкторских работ. Поэтому научная проблема состоит в развитии основ общей теории, обосновании и разработке системных требований к техническим средствам  очистки растительных масел для предприятий агропромышленного комплекса.

Приведенные в диссертации материалы являются итогом многолетних исследований автора выполненных в соответствии с тематическими планами научно-исследовательской работы Дальневосточного и Алтайского государственных аграрных университетов.

  Выбранное направление исследования соответствует  федеральной приоритетной программе развития  сельского хозяйства.

Целью работы является повышение эффективности процесса очистки растительных масел путем теоретического и экспериментального обоснования конструктивно-кинематических параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  – проанализировать и обобщить теоретические и экспериментальные  исследования процесса разделения суспензий, к которым  относятся растительные масла; 

– разработать математическую модель процесса центробежного фильтрования растительных масел в конических вертикальных фильтрующих центрифугах с учетом влияния технологических, кинематических и конструктивных параметров центрифуг;

– установить закономерности процесса очистки растительных масел в вертикальных конических фильтрующих центрифугах; 

  – обосновать расчетные модели и разработать инженерную методику проектирования центрифуг;

  – обосновать и предложить новые технические решения  фильтрующих центрифуг;

– на основе системного анализа технологических линий очистки растительных масел разработать математическую модель, учитывающую их конструктивные, структурные и технологические особенности;

  – провести технико-экономическую оценку эффективности результатов исследования. 

  Научная гипотеза, заключающаяся в том, что  эффективность процесса  очистки растительных масел в условиях сельскохозяйственных предприятий можно повысить путем теоретического обоснования  использования и разработки конических фильтрующих центрифуг на базе фильтровальной перегородки из цеолита.

  Объект исследования технологический процесс очистки растительных масел.

  Предмет исследования закономерности процесса очистки растительных масел при использовании конических фильтрующих центрифуг с учетом их конструктивно-кинематических параметров, свойств растительных масел и параметров фильтровальной перегородки.

  Методы исследования. При выполнении работы применялись методы системного анализа, математической статистики, регрессионного анализа, численные методы решения нелинейных уравнений, аналитические и экспериментальные методы исследования, методы графического анализа. При экспериментальных исследованиях применялись  методы планирования многофакторного эксперимента, корреляционного анализа. При обработке результатов исследования  использовались  программы «Statistika-6», «Mat CAD», «Exsel» и разработанная программа «Delta-Ro nev».

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается научной строгостью разработанных теоретических положений; сопоставлением результатов аналитического и численного исследований; экспериментальной проверкой математических моделей и результатов расчетов; практической реализацией разработанных методов и технических средств.

  Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем: 

  – разработана новая математическая модель эффективности  технологических линий  очистки растительных масел, учитывающая  влияние структуры,  технологических особенностей оборудования  и эксплуатационных показателей;

  – выполнен теоретический анализ движения растительного масла в пространстве между обечайками  ротора  центрифуги и получено уравнение производительности центрифуги;

  разработана новая математическая модель процесса центробежного фильтрования  в конической фильтрующей центрифуге с учетом влияния свойств растительных масел, параметров фильтровальной перегородки, а также технологических, кинематических и конструктивных параметров центрифуги;

  – получены закономерности, характеризующие влияние свойств цеолитовых фильтровальных перегородок, показателей подсолнечного и соевого масел и конструктивно-кинематических параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг на процесс очистки;

  – обоснованы оптимальные технологические и конструктивно-кинематические параметры вертикальных конических фильтрующих центрифуг;

– разработаны научные основы проектирования конических фильтрующих центрифуг с учетом полученных экспериментальных и теоретических зависимостей конструктивно-кинематических параметров центрифуг, свойств очищаемого масла и параметров фильтровальных перегородок;

– обоснованы расчетные модели и разработана инженерная методика проектирования вертикальных  конических фильтрующих центрифуг;

– разработаны на уровне изобретений новые технические решения, включающие разработку конструкций.

  Новизна технических решений защищена тремя патентами на изобретения № 2108169,  № 2313401 и № 2338598.

Практическую значимость работы представляют:

– экспериментальные и теоретические зависимости эксплуатационных показателей центрифуг от их конструктивно-кинематических параметров, свойств растительных масел и фильтровальных перегородок;

  – научные основы проектирования вертикальных конических фильтрующих центрифуг и технологического процесса на их основе, учитывающие разработанные научно-методические и проектно-технологические рекомендации;

  – разработанная новая расчетная программа обоснования рациональных конструктивных параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг;

– результаты исследований позволяют ускорить разработку современного оборудования для очистки растительных масел, удовлетворяющих требованиям  сельскохозяйственного производства.

  Реализация и внедрение результатов работы.  Настоящая диссертация выполнена в соответствии с планами важнейших научно-исследовательских работ и является частью комплексных научно-технических программ развития сельского хозяйства, принятых правительством. 

  Приведенные в диссертации материалы являются итогом многолетних исследований автора,  выполненных в соответствии с государственной научно-технической программой 0.51.21  «Разработать и внедрить новые методы и технические средства сельского хозяйства», а также в соответствии с координационным планом Министерства сельского хозяйства по проблеме О.СХ.102 и тематическими планами НИР Дальневосточного и Алтайского государственных аграрных университетов.

  Результаты научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ по теме «Механико-технологические основы повышения эффективности процесса центробежной очистки  растительных масел в условиях сельскохозяйственных предприятий» приняты для использования в условиях сельскохозяйственных предприятий  Главным управлением сельского хозяйства Алтайского края.

  Разработаны «Рекомендации по проектированию конической фильтрующей центрифуги для рафинации растительных масел» и «Технологический процесс при очистке растительных масел на конической фильтрующей центрифуге», которые приняты проектным подразделением ООО НТЦ  «Алтайвибромаш», Алтайский НИИ  сельского хозяйства СО РАСХН, ООО НПП «Агротерм».

  В ООО НТЦ  «Алтайвибромаш» разработан экспериментальный образец конической фильтрующей центрифуги, который прошел производственную проверку. Результаты очистки соевого и подсолнечного масел соответствуют требованиям  нормативных документов.

Основные положения и результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при изучении дисциплины  «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции», а также в курсовом и дипломном проектировании в следующих вузах:  ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», «Рязанский государственный агротехнический  университете имени П.А. Костычева», «Новосибирский государственный аграрный университет», «Мичуринский государственный аграрный университет», Луганском национальном аграрном университете, Казахском национальном аграрном университете.

  На защиту выносятся следующие новые положения, методы и рекомендации:

– результаты системного анализа технологических линий  очистки растительных масел;

  – математическая модель технологического эффекта технологических линий очистки растительных масел;

  – математическая модель процесса центробежной фильтрации растительных масел на конических фильтрующих центрифугах;

– результаты экспериментальных исследований по обоснованию рациональных параметров конических фильтрующих центрифуг;

  – механико-технологическое обоснование конструкций вертикальных конических фильтрующих центрифуг, позволяющее осуществлять качественную очистку растительных масел в одном техническом средстве;

  – научные основы  создания и проектирования вертикальных фильтрующих конических центрифуг, позволяющие обосновать их конструктивные параметры для получения растительных масел соответствующих нормативным документам;

  – новые технические решения, на базе которых созданы эффективные образцы лабораторных центрифуг.

  Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях: Дальневосточного государственного аграрного университета (г. Благовещенск 1996-1998 гг., 2002…2006 гг.), Амурского государственного университета (г. Благовещенск 2005 г.); на международных научно-практических конференциях «Современные проблемы механизации производственных процессов в АПК» в Луганском национальном аграрном университете  (Украина, г. Луганск 2006 г.),  «Исследования. Результаты» в Казахском национальном аграрном университете  (Казахстан, г. Алматы 2007…2008 гг.), «Аграрная наука сельскому хозяйству» в Алтайском государственном аграрном университете (г. Барнаул 2008 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в журналах «Техника в сельском хозяйстве», «Механизация и электрификация  сельского  хозяйства», «Ползуновский  вестник», «Вестник Алтайского государственного аграрного университета», «Исследования. Результаты»  (Казахский национальный аграрный университет),  в сборниках научных трудов Дальневосточного государственного аграрного университета, Амурского государственного университета, Всероссийского научно-исследовательского института сои, Луганского национального аграрного университета, Новосибирского государственного аграрного университета, Казахского агротехнического университета имени С. Сейфуллина.

  Результаты исследований опубликованы в 45 печатных работах, в том числе 9-ти в трудах по списку ВАК для докторских диссертаций, 2-х монографиях, в 3-х патентах на изобретения, 2-х научно-практических рекомендациях.

  Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и основных выводов по диссертации, списка литературы, включающего 313 наименований, и приложений.

Диссертационная работа изложена на 495 страницах, включая 105 рисунков,  38 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

  Во введении изложена актуальность темы исследования, её связь с «Приоритетной национальной  программой развития сельского хозяйства», сформулирована научная проблема, изложены цель и задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость.

В первой главе «Современное состояние производства растительных масел » на основе статистических данных  показан рост производства растительных масел, рассмотрены способы их производства. Анализируются способы и технические средства очистки.

  По разработанной методике  проанализированы структурные и  конструктивно-технологические схемы технологических линий  очистки растительных масел. Установлено, что технологические линии, пригодные по структуре и надежности для применения в условиях сельскохозяйственного производства, имеют малопроизводительную технологию из-за отсутствия эффективных технических средств  очистки. Анализ способов и технических средств очистки растительных масел выявил существенные преимущества центрифуг, однако существующие центрифуги разрабатывались для очистки суспензий со свойствами, значительно отличающимися от свойств растительных масел, следовательно, необходимы дальнейшие исследования процесса очистки растительных масел центрифугированием.

Вопросами исследования процесса фильтрования сложных жидких систем занимались ученые Г.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.

В работах ученых рассматриваются процессы разделения неоднородных систем  осаждением и фильтрованием в гравитационном и центробежном полях. Скорость осаждения  в гравитационном поле с учетом концентрации примесей в суспензии

= [d2 (s f )g В Ф(В)]/18, 

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

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

Функция концентрации суспензии 

Ф(В)=10-1,82(1-В).

Скорость осаждения в центробежном поле

= (2В210-1,82(1–В))/[f 2]g Frср,

где Frср–  критерий Фруда;  – разность плотностей дисперсионной среды и дисперсной фазы, кг/м3.

  Процесс фильтрования  растительных масел  рассматривается при движении по извилистым каналам фильтрующего материала.

  С учетом конструктивных особенностей и процесса фильтрования в вертикальных фильтрующих конических центрифугах теории В.И.Соколова, Г.И. Бремера, Е.М. Гольдина  и  Н.И. Кумина после  соответствующей доработки  применимы к анализу  движения растительных масел в пространстве между обечайками ротора вертикальной фильтрующей конической  центрифуги, к  разработке теории и  математической модели.

  Основное  дифференциальное уравнение  фильтрования 

dV / (S d ) =( P / )( Rос +  Rфп. )],

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

– время  фильтрования, с; Rос – гидравлическое сопротивление осадка, м-1; Rфп.– гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки, м -1; – динамическая вязкость суспензии, Па·с.

  Процесс фильтрования описывается общим законом прохождения жидкости через пористую среду под действием  силового поля. 

  Общий закон прохождения жидкости через пористую среду под действием  силового поля

1 = (k с /)(Р/L), (1)

где  kс – коэффициент проницаемости, м2; Р – давление, Па; L – длина цилиндрической части ротора, м.

Известно уравнение для оценки коэффициента проницаемости

kс = 0,246 В3/[f 2 (1–В)2], (2)

где f – удельная площадь поверхности частиц цеолита, м2.

  Объединив ряд постоянных входящих в уравнение (1),  характеризующих данную суспензию, получим 

(kс Н f  g)/( L) = kс g / = k.  (3)

Коэффициент k используется в качестве характеристики способности суспензии разделяться  в фильтрующих роторах центрифуг.

  В теории фильтрования рассматривается скорость прохождения жидкости через пористую среду в зависимости от сопротивления среды или обратной величины – коэффициента проницаемости kс.

Скорость фильтрования в центробежном поле

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

  Скорость фильтрования с учетом фактора разделения

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

  При центробежной фильтрации исходят  из уравнения ламинарной фильтрации

  V = F, (4)

где  V количество жидкости, проходящей в единицу времени через фильтрующую среду, м3/сек;  падение давления при прохождении жидкости через фильтрующую среду, Па; F полная площадь поперечного сечения фильтрационного потока, включая площадь пор и твердых частиц, м2;  h толщина фильтрующего слоя, м.

  Во второй главе «Механико-технологические  методы оценки технологических показателей процесса очистки растительных масел в конической фильтрующей центрифуге»  рассматривается процесс разделения «сырого» растительного  масла в центробежном поле. 

  Обобщенная информационная оценка современного состояния исследований в области разделения растительных масел в условиях сельскохозяйственных предприятий, дисперсной средой в которых являются коллоидные  нежировые примеси, показала необходимость системного подхода к разработке конической центрифуги с фильтрующим материалом из цеолита, обеспечивающим  улавливание коллоидных и мелкодисперсных примесей.

  Специфика очистки растительных масел позволяет рассматривать формализованные взаимосвязи процесса, протекающего в рабочем пространстве оборудования, с особенностями свойств неочищенного масла, свойств фильтровальной перегородки, конструктивными параметрами оборудования, а также их влияние на качественные показатели готового продукта.

Рисунок 1. Методологическая база исследований процесса очистки растительных масел в вертикальных фильтрующих центрифугах

  Методология формирования показателей качества зависит от  специфических особенностей процесса. Разработка  эффективных технологических линий очистки растительных масел с качественными показателями работы оборудования, отвечающими требованиям государственных стандартов, включает в себя несколько технологических подходов, а именно разработка технологических линий очистка «сырого» масла и оборудования для очистки с последующим контролем готового продукта.

Методологическая база  теоретического обоснования технологического процесса и конструкции оборудования для  очистки растительных масел в условиях сельскохозяйственных предприятий является фундаментом многоступенчатой и многозвенной структуры, которая включает:

  – исследование технологических линий очистки растительных масел с целью разработки математической модели структуры линий;

  – создание фильтрующего оборудования для очистки масел в поле центробежных сил;

  – исследование технологического процесса на базе особенностей центрифугирования в рабочем пространстве центрифуги;

– исследование свойств растительных масел, параметров фильтровальных перегородок, конструктивно-кинематических параметров центрифуги и их влияние на процесс очистки;

  – исследование качественных показателей  очищенных  растительных масел; 

  – оценка процесса фильтрования при анализе дифференциальных уравнений движении масла в пространстве  между обечайками ротора центрифуги;

  – оценка процесса центробежной очистки растительных масел  при  движении в пространстве  между  внутренней и наружной обечайками  ротора.

В разрабатываемой вертикальной фильтрующей конической центрифуге при движении масла  в пространстве между обечайками ротора, заполненного фильтрующим веществом (цеолитом) происходит её очистка. На  рисунке 2 приведена схема движения элементарного объема усеченного конического элемента растительного масла ΔV, высотой Δz=Δr⋅Cosθ0, толщиной l (l – расстояние между обечайками, м), соответствующего дуге длиной  Δφ⋅rSinθ0, и массой  Δm=ρΔV=ρ⋅l⋅rSinθ0⋅Cosθ0⋅Δr⋅Δφ⋅, поднимающегося вверх со скоростью  пр  (м/с) по каналам  фильтрующего слоя.

. На  элементарный объем  растительного масла в плоскости осевого сечения ротора действуют следующие силы: объемные – (сила тяжести G=Δmg и переносная сила инерции Фпер с проекцией =Δmω2rSinθ0); поверхностные – (нормальные реакции обечаек N1, N2, силы давления соседних слоев жидкости P1, P2), обобщенная сила сопротивления F= –α⋅, включающая в себя силы вязкого сопротивления и силы сопротивления фильтрующего материала (α – обобщенный коэффициент). 

  Дифференциальные уравнения движения материальной частицы по конической поверхности  ротора  фильтрующей центрифуги в проекциях на оси локальной системы координат Мrθφ..

  .  (5)

Рисунок 2. Схема движения материальной частицы по конической поверхности фильтрующей центрифуги 

В соответствии с разработанной теорией процессы, происходящие в пространстве между обечайками ротора происходят при одновременном движении масла вдоль образующей конуса ротора снизу вверх  пр и в радиальном направлении к центру центрифуги с. 

Считая, что давление на внешней обечайке ротора совпадает с давлением на внутренней  при  p = p0 +g(z0 – rCos0) + r2 2Sin20  и  p0 =0, массовый выход  масла получаем интегрированием по всей области перфорации.

    (6)

  Полученное уравнение (6) не учитывает влияние на производительность качественных показателей очищенного масла.  В полученной математической модели не прослеживается влияние площади осаждения ротора центрифуги на рабочий процесс. Указанное  обстоятельство выявило необходимость дальнейших исследований. 

  При движении масла вдоль образующей ротора масло продвигается по каналам цеолита, постепенно освобождаясь от частиц примесей под действием центробежного поля. Процесс очистки  происходит при движении масла к центру центрифуги  в три периода:  образование слоя осадка в порах цеолита, уплотнение осадка и уменьшение объема  пор цеолита, вытеснение  жидкости, удерживаемой  капиллярными  и  молекулярными силами.

  Скорость протока масла в пространстве между обечайками ротора снизу вверх определяется делением производительности на площадь потока

пр= W/(2 rх h1  f) ,  (7)

где W производительность центрифуги, кг/с;  rх переменный радиус ротора центрифуги, м; h1 – толщина слоя очищенного масла, движущегося по зазору между обечайками, м; коэффициент порозности фильтрующего материала, учитывающий в данном случае снижение площади поперечного сечения потока масла вдоль образующей конуса центрифуги;  f  – плотность дисперсионной среды (масла), кг/м3. 

  После преобразований получим 

  прср = W/[2 s 2 rmin cos 0], (8)

где 2 расстояние между обечайками центрифуги в радиальном направлении, м.

  С учетом теории фильтрования радиальная объемная производительность в  центробежном поле цилиндрической фильтрующей центрифуги 

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

где  s плотность суспензии, кг /м3; частота вращения ротора центрифуги, с-1; R переменный наружный радиус кольцевого слоя осадка, м;  rо переменный внутренний радиус слоя жидкости в роторе, м; В коэффициент порозности; kc коэффициент проницаемости фильтрующего материала, цеолита, м2;  – динамическая вязкость суспензии, Пас;  L длина образующей конуса, м; rc переменный внутренний радиус кольцевого слоя осадка, м.

  Учитывая, что

(R2r02)(R + rо)/(R rо)] = (R +r0)2 (10)

и площадь фильтрующей  поверхности  у наружной обечайки ротора вертикальной фильтрующей конической центрифуги F= L(Rmax Rmin), получим  переменную  радиальную скорость фильтрования в центробежном поле вертикальной фильтрующей конической центрифуги: 

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

где R переменный наружный радиус конуса центрифуги; rо переменный внутренний радиус конуса, м; rmax максимальный радиус внутреннего конуса центрифуги; rmin минимальный радиус внутреннего конуса. В центрифуге, работающей по схеме, представленной на рисунке 3 выход очищенного масла происходит через перфорацию в верхней части наружной обечайки. При этом rc= rо, R средний радиус наружного конуса центрифуги, rо средний радиус внутреннего конуса центрифуги.

  Для средних значений радиусов 

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

  С учетом (9) средняя скорость движения  масла  к центру центрифуги

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

После преобразований (2) коэффициент проницаемости

  kс = 0,0068 d2 3/(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  длина образующей конуса ротора центрифуги, м; Н высота конуса ротора центрифуги, м,

  после соответствующих преобразований, математическая модель процесса очистки растительных масел в центрифуге первого типа

W =  0,0215 2 (sf)( f / µ )rmin d2 3 {[ ( rmin+ Н tg0) rmin] +

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

или W = 0,02152См Сц kц1 (16)

где  См  – показатель, характеризующий влияние свойств обрабатываемого масла на производительность конической центрифуги, кгс/м5: См= (sf ) s / µ= (sf )/ ; (17)

кинематическая вязкость суспензии (фильтруемого масла до фильтрования), м2/с; 

  Сц –  показатель, характеризующий влияние параметров фильтровальной перегородки (цеолита)  на  производительность конической центрифуги, м2: Сц= d2 4 /[(1+ )10 1,82/(1+ ) ] ;

(18)

  kц1 –  показатель, характеризующий влияние конструктивных параметров на  производительность конической центрифуги, м3: 

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

Рисунок 3. Схема заполнения масла и частиц примесей в пространстве между обечайками

  Экспериментальные исследования центрифуги первого типа с углом наклона образующей конуса к вертикальной оси в 35 0 показали, что с целью повышения качества очистки необходимо регулирование производительности центрифуги. Конструктивно это осуществляется путем изменения площади сечения отверстий на выходе масла из центрифуги (рисунок 4).

Течение масла через отверстие небольшой длины равной 0,5 от диаметра отверстия рассматривается как течение при полном сжатии струи.

 

 

В этом случае W=Fотв· µ1 f (2р/f),

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

Давление жидкости  в конической центрифуге

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

Рисунок 4. Конструктивная схема  ротора экспериментальной центрифуги второго типа (ВФКЦ-3)  с регулированием производительности путем изменения площади сечения отверстий на выходе масла из центрифуги.

1 – вал привода; 2 – основание ротора; 3 – диск для крепления наружной обечайки ротора; 4 – перфорированная втулка; 5 наружная коническая обечайка;  6 – кольцо крепления наружной обечайки; 7 – болты крепления крышки роторов;  8 – отверстия в крышке ротора; 9 – крышка ротора; 10 – фильтрующий материал (цеолит);  11 – заливной цилиндр; 12 – гайка крепления ротора; 13 – болты крепления обечаек ротора; 14 – диск для крепления внутренней обечайки ротора;  15 –  внутренняя обечайка ротора

 

Производительность

  W = Fотв f µ1 [(Rmax Rmin)–(rmax rmin)]  = 0,02152 См Сц kц1. (21)

  Из (20)

  = s– f  = 46,52Fотв f µ1 [(Rmax Rmin)–(rmax rmin)] / [ Сц kц1]. (22)

  Уравнение (22) является основным уравнением фильтрования в конических фильтрующих центрифугах второго типа (ВФКЦ-3) с отверстиями для выхода очищенного масла из ротора.

  Площадь поверхности осаждения  ротора центрифуги

F1 = rmin {[ ( rmin+ Н tg0) rmin] +

+[( rmin+ Н tg0+ 2)(  rmin+ 2)]}2/  [ tg [(Rmax Rmin)–(rmax rmin)]], (23)

тогда разность плотностей очищенного в центрифуге масла и дисперсионной фазы 

  = s– f  = 46,52Fотв f µ1 / [ Сц F1] . (24)

  Продолжительность пребывания суспензии в поле центробежных сил

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

Необходимое время пребывания суспензии в роторе центрифуги для получения качественной очистки можно обеспечить за счет регулирования площади отверстий на выходе масла из центрифуги:

Т1 =10,2 rmin (rmaxrmin) 2 / (Fотв  tg [(Rmax Rmin)–(rmax rmin)]].

Время пребывания масла в роторе  зависит от  нормативных требований на качество очистки, то есть Т1 Т .

F1 28,8Fотв f (1+ )/ (d2 3 ),

тогда разность плотностей очищенного в центрифуге масла и дисперсной фазы 

  28,8Fотв f  (1+ )/ (d2 3 F1).

  При f = 907,9кг/м3, = 0,52·10-4 м2с-1

  1,35 Fотв(1+ )/(d2 3 F1).

Методом численного моделирования изучено влияние высоты Н ротора  центрифуги ВФКЦ-1, тангенса угла наклона образующей конуса к вертикальной оси  ротора  tgQ, минимального радиуса внутренней обечайки ротора rmin на объем рабочего пространства центрифуги  kц1 (19 )при постоянном радиальном расстоянии между внутренней и наружной обечайками ротора 2 = 0,1 м.

В результате обработки экспериментальных данных по программе «Statistica-6» получено уравнение регрессии в раскодированном виде:

kц1 = 0,33+ 0,14rmin– 0,59tg – 0,94 H – 0,52 rmin tg + 1,84 rmin H+

+ 0,000001 tg H + 4,0 rmin2 + 0,36 tg2 + 0,83 H2. (25)

При принятом уровне значимости р<0,05, критерий Фишера  Fтабл= 5,4, уравнение значимо. 

  Проведенный анализ полученных результатов  показывает, что уменьшение угла наклона  образующей конуса ротора к вертикальной оси  центрифуги  приводит к увеличению рабочего пространства ротора.

  На  экспериментальной центрифуге ВФКЦ-2  с параметрам: kц1= 0,00181 м3 и [(Rmax Rmin)–(rmax rmin)] = 0,0382 м, методом численного моделирования выполнен анализ математической модели  (22) по формуле

  = (s– f ) =  82,8  Fотв / ( Сц)  (26)

  получено уравнение регрессии в раскодированном виде

  = оч. f= 24,4 0,037– 1,1Fотв – 5596,4d + 0,0075Fотв +  15,2d +

+404,2Fотвd – 0,000172 – 0,2Fотв2 + 187500d2. (27)

Уравнение регрессии адекватно экспериментальным данным, так как расчетный критерий Фишера F=16,85 при доверительной вероятности р<0,05 больше  табличного Fтабл= 5,4 при числе степеней свободы f1=3, и f2=5.

  Из анализа экспериментальных данных следует, что увеличение частоты вращения ротора центрифуги, уменьшение  эквивалентного  диаметра частиц цеолита d  и площади сечения отверстий на выходе масла из центрифуги Fотв  приводит к улучшению качества очистки, то есть уменьшением производительности центрифуги путем регулирования площади сечения отверстий можно получить требуемое качество очистки. 

В третьей главе  «Исследование технологических характеристик растительных масел и цеолитовых фильтровальных перегородок» выполнено в соответствии  с методическим комплексом (рисунок 7) исследований качественных  показателей растительных масел

исследование соевого и подсолнечного  масел,  полученных  прессованием. Плотность неочищенного соевого масла f = 944,4 кг/м3, а подсолнечного –  f = 922,5 кг/м3.

Комплекс исследований качественных  показателей растительных масел включает исследования:

– технологических характеристик растительных масел и цеолитовых фильтровальных перегородок;

– влияния параметров фильтровальной перегородки на процесс очистки растительных масел, 

  – показателей качества от параметрического комплекса и лабораторный анализ качественных показателей.

Проведены исследования зависимости плотности и кинематической вязкости соевого масла от температуры.

 

 

Рисунок 5. Зависимость плотности соевого масла   (кг/м3) очищенного при температуре 200С гидростатическим фильтрованием через слой цеолита высотой h = 1,4 м и эквивалентном диаметре частиц цеолита 0,01 м от температуры  t 0С

Рисунок  6. Зависимость плотности соевого масла   (кг/м3), очищенного при температуре 200С гидростатическим фильтрованием через слой цеолита высотой h = 1,4 м и эквивалентном диаметре частиц цеолита 0,002 м от температуры 

 

Рисунок 7. Методологический комплекс исследований качественных показателей  растительных  масел 

  При проведении исследований соевого масла использовали  масло, полученное прессовым способом с последующей гидростатической очисткой при высоте слоя фильтрующего материала Н=1,4 м, температуре масла 20оС в процессе очистки и диаметре частиц фильтрующего материала (цеолита) 0,002 м и 0,01 м.

В результате обработки экспериментальных данных по программе «Excel» получены эмпирические уравнения, характеризующие влияние температуры на плотность  очищенного масла (кг/см3), полученного:

а) при эквивалентном диаметре частиц цеолита d = 0,01 м (рисунок 5)

= 968,14 t -0,0121 ,  (28)

  б) при эквивалентном диаметре частиц цеолита  d = 0,002 м (рисунок 6)

= 1015,6 t -0,03,  (29)

где – плотность соевого масла, кг/м3, t – температура соевого масла в процессе эксперимента, 0С. 

Теснота связи  между экспериментальными значениями и  эмпирическим уравнением (28) характеризуется  коэффициентами  корреляции R = 0,957 и детерминации R2=0,9158, а уравнения (29) – R =0,999 R2=0,998.

  При принятом уровне значимости p<0,05 расчетный критерий Фишера FR= 5,44 больше  табличного Fт= 4,8 уравнение (28) значимо.

  Уравнение (29) значимо, так как при принятом уровне значимости p<0,05 расчетный критерий Фишера FR= 249,5 больше  табличного Fт= 4,8.

  В результате исследований (рисунок 5) и (рисунок 6) установлено, что плотность масла, полученного фильтрованием через  цеолит  с эквивалентным диаметром частиц  d = 0,01 м, с повышением температуры уменьшается с  934,4 кг/м3 (20оС) до 924,5 кг/м3 (50оС), а при  d = 0,002 м  с  928,1  кг/м3 (20оС) до 902,8  кг/м3 (50оС).

При исследовании кинематической вязкости, в результате обработки экспериментальных данных, получены эмпирические уравнения:

  а) при эквивалентном диаметре частиц фильтрующего элемента (цеолита)  d = 0,01 м

    = (–0,0084t + 0,6872)10-4, (30)

где  – вязкость соевого масла, м2/с;

б) при эквивалентном диаметре частиц фильтрующего элемента (цеолита)  d = 0,002 м

    = (56,554 t -1,3832)10-4. (31)

  Теснота связи  между экспериментальными значениями и  эмпирическим уравнением (30) характеризуется  коэффициентом  корреляции R = 0,993 и детерминации R2=0,9866, а уравнения (31) – R =0,981 R2=0,962.

При принятом уровне значимости p<0,05 расчетный критерий Фишера FR= 36,8 больше  табличного Fт= 4,8 уравнение (30) значимо.

  Уравнение (31) значимо, так как при принятом уровне значимости p<0,05 расчетный критерий Фишера FR= 12,66 больше  табличного Fт= 4,8.

  10-4 10-4

 

Рисунок 8. Зависимость от температуры  t (°C) кинематической вязкости соевого масла (м2/с), очищенного при температуре 200С и полученного гидростатической фильтрацией через слой цеолита h = 1,4 м при  d = 0,01 м

Рисунок 9. Зависимость от температуры  t °C кинематической вязкости соевого масла (м2/с), очищенного при температуре 200С и полученного гидростатической фильтрацией через слой цеолита h = 1,4 м при d = 0,002 м 

При эквивалентном диаметре частиц  цеолита d = 0,01м  кинематическая вязкость масла   уменьшается при повышении температуры с 0,52710-4 м2/с (20оС) до 0,27410-4  м2/с (50оС) (рисунок 8), а при d = 0,002 м с 0,52410-4 м2/с (20оС) до 0,24910-4 м2/с (50оС) (рисунок 9).

  Из анализа полученных результатов следует, что плотность и кинематическая вязкость соевого масла уменьшаются с повышением температуры.

При исследовании технологических характеристик подсолнечного масла использованы

данные результатов исследования зависимости плотности «сырого» и очищенного подсолнечного масла от температуры.

  Очистка сырого масла, полученного  холодным прессованием, производилась путем отстоя в течение 24 часов и последующим центрифугированием при  = 200 с-1 на лабораторной конической фильтрующей центрифуге ВФКЦ-3 с параметрами: минимальный радиус внутреннего вертикального ротора rmin = 0,04 м,  высота ротора H = 0,135 м, радиальное расстояние между внутренней и внешней обечайками ротора  2 = 0,028 м,  угол наклона образующей конуса вертикальной оси равен 35o, площадь сечения отверстий на выходе очищенного масла Fотв = 3,5310-6 м2  и эквивалентный диаметр частиц фильтрующего материала (цеолита)  d = 0,002 м.

  Получены эмпирические уравнения, характеризующие влияние температуры на плотность «сырого» s (кг/см3) (ряд 1) и очищенного масла f (кг/см3) (ряд 2):

s= 0,7038 t + 936,19, (32)

f = – 0,6975 t + 932,11.  (33)

Рисунок  10. Зависимость плотностей «сырого» подсолнечного масла s (кг/м3)  (ряд 1) и очищенного f (ряд 2) на центрифуге с эквивалентным диаметром частиц  цеолита

d = 0,002 м от температуры (оС)

Рисунок 11. Зависимость разности плотностей очищенного масла и дисперсионной среды (кг/м3), полученного при частоте вращения ротора =200 с-1 и эквивалентном диаметре частиц цеолита 0,002 м, от производительности W (кг/c) центрифуги  ВФКЦ-3 

  Теснота связи  между экспериментальными значениями и  эмпирическим уравнением (32) характеризуется  коэффициентом  корреляции R = 0,998 и детерминации R2=0,9969, а уравнения (33) – соответственно R =0,997 и R2=0,9951.

При принятом уровне значимости p<0,05 расчетный критерий Фишера FR= 160,8 больше  табличного Fт= 4,8, следовательно, уравнение (32) значимо.

  Уравнение (33) значимо, так как при принятом уровне значимости p<0,05 расчетный критерий Фишера FR= 121,5 больше  табличного Fт= 4,8.

  Из анализа экспериментальных данных (рисунок 10) следует, что при температуре 20оС плотность «сырого» масла составляла 922,5 кг/м3, очищенного 918 кг/м3, а при температуре 35оС  соответственно 912 кг/м3 и  908 кг/м3. Плотность «сырого» подсолнечного масла при всех исследованных значениях температур выше, чем очищенного.

Этот эксперимент не позволяет количественно оценить влияние размеров частиц цеолита на качество очистки, необходимы дополнительные  исследования, результаты которых приведены в главе 4.

  По математической модели процесса очистки  масел (16) выполнен численный эксперимент с целью оценки влияния производительности  на  разность плотностей очищенного масла и дисперсионной среды (кг/м3). Расчеты разности плотностей очищенного масла и дисперсионной среды произведены по разработанной новой программе  DELTA RO. При расчете использованы конструктивные параметры экспериментальной центрифуги ВФКЦ-3, эквивалентный диаметр частиц цеолита 0,002 м и частота вращения ротора = 200 с-1.

  По расчетным данным построен график (рисунок 11). В результате обработки расчетных данных по программе «Excel» получено  эмпирическое уравнение

W = 0,121 + 0, 0019,  (34)

где  W –  производительность центрифуги, кг/с;  –  разность плотности очищенного масла и дисперсной фазы, кг/м3.

  Теснота связи  между экспериментальными значениями и  эмпирическим уравнением (34) характеризуется  коэффициентом  корреляции R = 0,982 и детерминации R2=0,965 .

  При принятом уровне значимости p<0,05 расчетный критерий Фишера FR= 13,8 больше  табличного Fт= 4,8, следовательно, уравнение (34) значимо.

  Анализ рисунка 11 показывает, чем меньше  разность плотностей очищенного масла и дисперсионной среды, тем с меньшей производительностью необходимо настраивать работу центрифуги.

  Методом численного моделирования получены данные зависимости плотности  масла, очищенного на центрифуге с конструктивными параметрами ВФКЦ-3  при  эквивалентном диаметре частиц цеолита  d= 0,004 м и  частоте вращения ротора = 50 с-1, 150 с-1, 250 с-1.

Из  полученных данных  (рисунок 12) следует, что  лучшие качественные показатели имеет масло, очищенное в центрифуге с площадью  отверстий для вывода очищенного масла из центрифуги Fотв=1,77·10-6 м2 при частоте вращения ротора центрифуги =150 с-1. В этом случае плотность увеличивается с увеличением площади отверстий для выхода очищенного масла  с 898,1 кг/м3 при Fотв=1,77·10-6 м2 до 911,6 кг/м3 при  Fотв=5,3·10-6м2.

 

Рисунок 12. Зависимость плотности

подсолнечного масла от площади отверстий на выходе масла из центрифуги ВФКЦ-3: 

ряд 1– d = 0,004 м, =50 с-1;

ряд 2 – d = 0,004 м,  =150 с-1;

ряд 3 – d = 0,004 м,  =250 с-1

Во всех анализируемых случаях увеличение площади отверстий для выхода очищенного масла приводит к ухудшению очистки, плотность очищенного масла с увеличением площади отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги увеличивается.

Исследованы зависимости технологических характеристик фильтровальных цеолитовых перегородок от размеров  частиц цеолита.

  .

 

Рисунок 13. Зависимость коэффициента пористости фильтровальной перегородки от диаметра частиц цеолита  d, м:

ряд 1 цеолит, пропитанный соевым маслом,  ряд 2 цеолит сухой 

Рисунок 14.  Зависимость коэффициента порозности фильтровальной перегородки  от диаметра частиц  цеолита d, м:

ряд 1 цеолит, пропитанный маслом, 

ряд 2 цеолит сухой

  Экспериментальные  данные использованы при построении графиков (рисунок 13 и рисунок 14) зависимости коэффициентов  пористости    и  порозности  от диаметра частиц фильтрующего материала, используемого для очистки масел (цеолита).

  В результате обработки расчетных данных получены следующие  уравнения:

– зависимость коэффициента порозности от эквивалентного диаметра частиц цеолита, пропитанного маслом  = 8 d+ 0,4047;

  – зависимость коэффициента пористости от эквивалентного диаметра частиц цеолита, пропитанного маслом = 26,75 d+ 0,6715.

Из приведенных данных видно, что коэффициенты пористости и порозности цеолитовой фильтровальной перегородки  увеличиваются с ростом  диаметра частиц цеолита.

Это обстоятельство учтено при  разработке теории фильтрования в вертикальных конических фильтрующих центрифугах.

  На качество очистки растительных масел существенное влияние оказывают размерные характеристики фильтрующего материала, пористость и порозность, от которых зависит коэффициент проницаемости фильтровальных перегородок kс.

  10-7 10-7

Рисунок 15. Зависимость коэффициента проницаемости kс (м2)  сухой цеолитовой фильтровальной перегородки от эквивалентного диаметра частиц цеолита d (м)

 

Рисунок 16. Зависимость коэффициента проницаемости kс (м2)  цеолитовой фильтровальной перегородки пропитанной соевым маслом от эквивалентного диаметра частиц цеолита d (м)

  По расчетным значениям получены графики (рисунки 15 и 16) теоретической  зависимости коэффициента проницаемости (kс)  для фильтровальных перегородок из сухого цеолита и пропитанных соевым маслом.

  Из анализа рисунка 15 следует, что теоретический  коэффициент проницаемости сухой цеолитовой фильтровальной перегородки увеличивается с 0,09710-7 м2  при эквивалентном диаметре частиц цеолита 0,002 м до 2,87 10-7 м2  при  эквивалентном диаметре частиц цеолита 0,01 м.

  Из анализа рисунка 16 можно сделать вывод, что коэффициент проницаемости  цеолитовой фильтровальной перегородки, пропитанной соевым маслом, при эквивалентном диаметре частиц цеолита 0,002 м составляет 0,05810-7 м2, а при  эквивалентном диаметре частиц цеолита 0,01 м  увеличивается до 2,83 10-7  м2.

Коэффициент проницаемости, полученный в эксперименте при использовании сухого цеолита, является значимым параметром фильтровальной цеолитовой перегородки, который обоснованно использован при разработке математической модели процесса очистки растительных масел в вертикальных фильтрующих конических центрифугах.

С целью оценки согласия экспериментальных  и теоретических зависимостей  коэффициента проницаемости от характеристик цеолита проведен эксперимент при фильтровании растительного масла через слой цеолита  высотой  L (м) при гидростатическом напоре H (м) по формуле

kс = VL/FHg,  (35)

где  V – объем соевого масла, прошедшего через слой цеолита, м3; – кинематическая вязкость соевого масла, м2/с;  L – длина слоя цеолита, м; F – площадь поверхности осаждения, м2; – время прохождения масла через цеолит, с; H – гидростатический напор, м. 

 

Рисунок 17. Зависимость экспериментально-

го  (ряд 1) и теоретического (ряд 2)  коэффици-ен-

ентов проницаемости фильтровальной перегородки kс от эквивалентного диаметра частиц цеолита  d

Рисунок 18. Зависимость теоретического коэффициента проницаемости фильтровальной перегородки при очистке соевого масла от  экспериментального 

  С использованием экспериментальных и теоретических данных построен график зависимости теоретического и экспериментального коэффициентов проницаемости фильтровальной перегородки при очистке соевого масла от эквивалентного диаметра частиц цеолита (рисунок 17). На  рисунке 18 приведена зависимость от теоретического коэффициента проницаемости фильтровальной перегородки при очистке соевого масла от  экспериментального и получено уравнение регрессии:

  kс теор=1,0865 kс эксп.  (36)

  При принятом уровне значимости p<0,05 расчетный критерий Фишера FR= 11,69 больше  табличного Fт= 4,8,  уравнение (36) значимо.

Следовательно, теоретическое уравнение для оценки коэффициента проницаемости допустимо использовать в теоретических выводах при разработке математической модели процесса очистки растительных масел в вертикальных конических фильтрующих центрифугах.

  В четвертой главе «Обоснование конструктивных и технологических параметров рабочих органов вертикальных фильтрующих конических центрифуг» представлены структурная схема экспериментального исследования рабочего процесса вертикальных фильтрующих конических центрифуг, приведены конструктивные схемы двух типов вертикальных фильтрующих конических центрифуг, рассмотрены оценочные показатели процесса очистки растительных масел, оценка достоверности и значимости результатов экспериментальных исследований.

  В результате  проводимых научно-исследовательских работ по теоретическому обобщению исследований  процесса рафинации растительных масел и совершенствованию технологического оборудования, были разработаны, изготовлены и испытаны экспериментальные вертикальные фильтрующие конические центрифуги ВФКЦ-1, ВФКЦ-2, ВФКЦ-3, принципиально отличающиеся конструктивно-кинематическими параметрами и

защищенные патентами РФ № 2108169, № 2313401 и № 2338598. 

  Исследования проводились на  экспериментальных центрифугах, конструкция  которых обеспечивала получение качественных показателей процесса очистки при различных режимах их настройки.

Исследовались две конструкции центрифуг первого типа (ВФКЦ-1, ВФКЦ-2)  с выводом  очищенного масла из рабочего пространства через перфорированные отверстия в верхней части наружной обечайки ротора и центрифуга второго типа (ВФКЦ-3)  с выводом  очищенного масла из рабочего пространства через регулируемые сечения отверстий в крышке ротора.

Изменение площади отверстий в крышке ротора центрифуги приводит к изменению производительности, за счет чего изменяются качественные показатели очистки масел (22).

Теоретической основой всех разработанных конструкций центрифуг является процесс разделения дисперсных систем в гравитационном и центробежном полях  вертикального конического фильтрующего ротора. 

  На рисунке 19 приведена структурно-логическая схема экспериментального исследования рабочего процесса вертикальных фильтрующих конических центрифуг с учетом  факторов выявленных в процессе теоретического исследования.

.

Рисунок 19. Структурная схема экспериментального исследования рабочего процесса вертикальных фильтрующих конических центрифуг

При исследовании центрифуги первого типа ВФКЦ-1 в качестве  критериев оптимизации приняты: у1 – массовая  доля  нежировых  примесей (%); у2 – кислотное число (мг КОН/г);  у3 –  выход  соевого  масла (кг/мин).

  В качестве регулируемых факторов приняты  частота вращения ротора  центрифуги Х1(, с-1), высота фильтрующего слоя Х2 (h, м) и эквивалентный диаметр частиц цеолита Х3(d, м). Для каждого опыта матрицы планирования были измерены качественные  показатели и выход соевого масла.

  Для оптимального сочетания факторов, при которых очищенное соевое масло имеет минимальные значения массовой доли нежировых примесей и кислотного числа были заданы области компромиссных значений критериев оптимизации (таблица 1) и экстремальных значений.

  Поскольку  за  экстремум  поверхности  отклика было взято кислотное  число  соевого  масла, то  компромиссная  задача  по  отысканию  условного  экстремума  решалась  методом  Соболя-Статникова. 

  Таблица 1 – Области  компромиссных  значений

Уступка, %

Х1

  Х2

Х3 

  у1

  у2

у3

у1 = 17,8

у2 = 17,8

у2 = 17,8


0,55


- 0,25


- 0,22


0,089


0,459


2,36

 

В результате решения компромиссной задачи независимые переменные, влияющие на критерии оптимизации, имеют следующие значения:

  – частота  вращения ротора центрифуги  равна 195 с-1;

  – высота слоя фильтрующего материала, 175 мм;

  – размеры частиц фильтрующего материала,  5,0  мм.

При  оптимальном сочетании  факторов  кислотность  соевого  масла  составляет –  0,459 мг КОН/г, а  массовое  содержание нежировых  примесей – 0,089 % ,  выход  соевого  масла  – 2,36 кг/мин.

На рисунке 20 представлены экспериментальные и теоретические зависимости выхода соевого масла от размера частиц фильтрующего материала, частоты  вращения ротора центрифуги и высоты фильтрующего слоя.

 

а) = 146 с-1, h = 0,3 м в)  d = 0,006 м, h = 0,3 м г) = 146 с-1, d = 0,006 м

Рисунок 20.  Экспериментальные и теоретические зависимости выхода соевого масла на конической фильтрующей центрифуге ВФКЦ-1 от размера частиц фильтрующего материала, частоты  вращения ротора центрифуги и высоты фильтрующего слоя:1 – теоретические, 2 экспериментальные

  Из представленных графиков  видно, что расчеты по теоретической формуле дают завышенные результаты, это связано с влиянием неучтенных факторов, однако, характер зависимости одинаков и расхождение данных для подобных исследований не превышает допустимые значения.

При исследовании центрифуги второго типа ВФКЦ-3 в качестве  критериев оптимизации приняты:  разность плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы (Y1), плотность очищенного  масла (Y2), кислотное число очищенного масла (Y3), массовая доля нежировых примесей (Y4), массовая доля влаги и летучих веществ (Y5)). Для экспериментальных исследований использовали подсолнечное неочищенное масло. Указанные качественные показатели очищенного масла определены в лаборатории НИИ химизации в соответствии с ГОСТ Р 5471-89, ГОСТ Р 5481-89, ГОСТ Р 50456-92, ГОСТ Р 52110-2003, ГОСТ Р 52465-2005. 

В качестве регулируемых факторов использовались  частота вращения ротора  центрифуги Х1(, с-1), площадь отверстий на выходе очищенного масла из  центрифуги Х2 (Fотв, м2), эквивалентный диаметр частиц цеолита Х3(d, м).

  Для исследований использовали экспериментальную центрифугу, имеющую параметры: минимальный радиус внутренней обечайки конуса ротора  rmin = 0,04 м, радиальное расстояние между внутренней и наружной обечайками ротора 2 = 0,028 м, высота  ротора  H = 0,135 м, угол наклона 35o между образующей ротора с вертикальной осью центрифуги, суммарный конструктивный показатель kц = 0,00127 м3.

Для проверки теоретических исследований была проведена серия многофакторных экспериментов типа 33 по симметричному некомпозиционному плану Бокса-Бенкина второго порядка.После обработки результатов экспериментальных данных, проведенной с помощью прикладной программы «Statistiсa-6» с использованием метода оценки Ливенберг-Маркгуарда, были получены уравнения регрессии для функций

= f (, d, Fотв),  оч =  f (, d, Fотв),  K = f (, d, Fотв),  П = f (, d, Fотв),  В =  f (, d, Fотв) (таблица 2).

  Графическая интерпретация  функции П = f (, d, Fотв)  представлена на рисунке 21.

  Гипотеза значимости коэффициентов уравнений регрессии оценивалась критерием Стъюдента, а адекватность – критерием Фишера. Уровень значимости всех критериев р<0,05.

  Статистическая проверка подтвердила адекватность полученных моделей и позволила определить степень влияния каждого из факторов на критерии оптимизации и установить пределы их  рациональных значений (таблица 3).

Таблица 2 – Результаты оценки адекватности математических моделей и экспериментальных данных

Критерий

оптимизации

Уравнения регрессии

R2

R

Fрасч.

Fтабл.


Разность плотностей,

кг/м3

Y=8,3+1,13Х1+0,77Х2 –1,43 Х3+0,00027Х2Х3–0,012Х12–  0,0077 Х22 +0,014 Х22 – в  кодированном виде

0,919

0,844

10,8

4,10

оч. f..= 0,036–0,07Fотв+0,0075Fотв+ +387,07Fотвd–0,000172–0,185F2отв+ 193750d2– в  раскодированном виде 

0,954

0,911

23,9

4,40


Плотность очищенного масла, кг/м3

Y=916,2 + 0,83Х1 + 0,045Х2 – 2,46Х3 +0,0007Х1Х2 + +0,0006Х2Х3  +0,0006Х2Х3 – 0,0087Х12 –0,0007Х22 + +0,024Х32– в  кодированном виде

0,918

0,842

8,88

5,40

  оч =  923,3 –0,036– 1,07Fотв +0,0075Fотв + +387,07d –0, 000172 – 0,19 Fотв 2 + 193759d2 – в  раскодированном виде

0,954

0,911

16,9

4,80

Кислотное число очищенного масла,

мг КОН/г

Y3 = 1,77 + 0,232Х1 + 0,084Х2  – 0,000015Х1Х2 + +0,000007Х1Х3 – 0,000045Х2Х3  – 0,0023Х12 – 

– 0,000793Х22 – в  кодированном виде

0,888

0,788

7,43

4,80

K=2,78  + 0,00135 + 0,09Fотв 599,657d +

+ 0,000919Fотв 0,23d – 72,28Fотвd – 0,000012 + +0,02F2  + 92812,5d2 – в  раскодированном виде

0,955

0,912

13,8

6,60


Массовая доля нежировых примесей, %

Y4=1,43 + 0,44Х1 + 0,22Х2 – 0,23Х3  +  0,00001Х1Х2  –  – 0,000004Х1Х3  – 0,000064Х2Х3 –  0,0044Х12 –

– 0,0022Х22 + 0,0023Х32 – в  кодированном виде 

0,951

0,904

12,6

5,40

П=0,09 +0,01 + 0,59Fотв–299,24d + 0,4d –

– 0,0003Fотв – 50,29Fотвd – 0,000042 – 0,04Fотв2  + + 51250,02d2 – в  раскодированном виде

0,924

0,853

7,74

5,40


Массовая доля влаги и летучих веществ, %

Y5 = 0,00002 + 1,69Х1 – 1,82Х2 – 0,0518Х3 –

– 0,00002Х1Х2 – 0,00036Х1Х3  – 0,00052Х2Х3  –

– 0,0168Х12 + 0,0178Х22 + +0,00097Х32 – в  кодированном виде

0,831

0,691

23,8

6,60

В = –2,0 + 0,033– 0,7Fотв + 351,5d –0,0047Fотв – 

– 0,1d – 638,6Fотвd  – 0,00012  + 0,4Fотв2 +

+ 312812,4d2  – в  раскодированном виде

0,861

0,744

19,9

6,60

 

 

  Fотв·10-6,  м2 

 

,  с-1 

Влияние частоты вращения ротора центрифуги  Х1() и площади отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Х2(Fотв) при фиксированном значении эквивалентного диаметра частиц цеолита Х3(d=0,002м) П = –0,26 + 0,014 + 0,42Fотв

–4,4110-52 – 0,0003Fотв –0,046Fотв2

  d,м

 

,  с-1

Влияние частоты вращения ротора центрифуги  Х1() и площади отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Х2(Fотв) при фиксированном значении эквивалентного диаметра частиц цеолита  Х3(d = 0,002 м)

П=–0,26+0,014 + 0,42Fотв

–4,4110-52– 0,0003Fотв – 0,046Fотв2

 

d, м

Fотв·10-6,  м2

Влияние площади отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Х2(Fотв) и эквивалентного диаметра частиц цеолита Х3(d) при фиксированной частоте вращения ротора центрифуги Х1( = 150 с-1)

П=0,87 + 0,47Fотв 304,62d –

–0,031Fотв2 50,29Fотвd+ 59423,08d2

Рисунок 21. Зависимость массовой доли нежировых  примесей подсолнечного масла от конструктивно-кинематических факторов центрифуги 

  Из анализа экспериментальных исследований следует  что рациональными параметрами центрифуги по критерию оптимизации (доли нежировых примесей  в очищенном масле)  являются: частота вращения ротора центрифуги <300 с-1,  эквивалентный диаметр частиц цеолита  d=0,002…0,004 м, площадь отверстий на выходе масла из центрифуги Fотв<2,510-6 м2,  при этом массовая доля нежировых примесей не превышает нуля.

 

 

 

Таблица 3 – Рациональные параметры анализируемых факторов процесса очистки подсолнечного масла на центрифуге ВФКЦ-3

С использованием программы  «Eхсel» по экспериментальным данным построен график (рисунок 22), характеризующий адекватность теоретической и экспериментальной разности плотностей,  и получено уравнение регрессии

экс= 1,003 теор +  0,04. (37)

  Теснота связи между теоретическими и экспериментальными значениями разности  плотностей  характеризуется коэффициентами детерминации R2=0,95 и корреляции R=0,97 при доверительной вероятности р<0,05, что характеризует хорошую связь. Математическая модель (37) адекватна экспериментальным данным, так как расчетный критерий Фишера Fкр=96,3 больше табличного Fтабл=3,9.

 

 

Рисунок 22. Зависимость теоретической (линейный ряд 1) разности плотности очищенного подсолнечного масла и дисперсионной фазы от экспериментальной (ряд 1)

Результаты исследований позволили сформулировать требования к параметрам вертикальных конических фильтрующих центрифуг, подтвердили обоснованность  теоретической базы  рабочего процесса рафинации растительных масел в принципиально новых конструкциях центрифуг.

Экспериментальными исследованиями подтверждены основные теоретические положения: адекватность математических моделей процесса очистки растительных масел на центрифугах первого и второго типов и математических моделей технологической линий. Подтверждены математические модели оценки индекса производительности, объема рабочего пространства, площади осаждения, мощности привода центрифуги, оценки качественных показателей очищенных растительных масел, параметров фильтровальной перегородки и зависимость качественных показателей очищенных масел от основного параметра математической модели – разности плотности, достоверность принятой теории очистки растительных масел при движении элементарного объема в межобечаечном пространстве ротора.

  Достоверность полученных результатов подтверждается строгостью теоретических исследований и использованием современных методов обработки экспериментальных данных.

  В пятой главе «Реализация и эффективность результатов исследования»  приведены основные направления реализации результатов.

  Результаты исследований и сформулированные на их основе предложения и новые технические решения использованы при создании экспериментальных образцов конических вертикальных фильтрующих центрифуг, а также их технической документации.

  Краткая аннотация внедрения результатов исследования приведена на странице 6 автореферата.

  Научные разработки по теме диссертации привели к новым техническим решениям, которые использованы в конструкции рекомендуемой вертикальной конической фильтрующей центрифуги ВФКЦ-4 (рисунок 23). Принципиальное отличие  данной центрифуги конструктивно- кинематические особенности рабочего органа.

  В центрифуге ВФКЦ-4 предусмотрено устройство для центробежной выгрузки отработанного цеолита, что упрощает эксплуатацию. Устройство состоит из регулируемого по высоте кольца 12, расположенного в пространстве между обечайками 5 и 11. Перед выгрузкой цеолита диск устанавливается в верхнем положении и открывает отверстия в цилиндрической части наружной обечайки 5.

Конструкция вертикальной фильтрующей конической центрифуги, предлагаемой на основании проведенных исследований, позволяет заменить многостадийный процесс очистки в одном техническом средстве и получить масло, соответствующее требованиям нормативных документов.

В соответствии с методологической базой  разработан порядок  расчета  вертикальной конической фильтрующей  центрифуги. Схема расчета параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг приведена на рисунке 24.

  На схеме ротора (рисунок 23) показаны  основные конструктивные параметры центрифуги, подлежащие расчету: минимальный радиус rmin внутренней обечайки ротора 11, максимальный радиус rmax  внутренней обечайки 11, минимальный радиус Rmin, наружной обечайки ротора 5, максимальный радиус Rmax наружной обечайки 5, угол наклона образующей конуса ротора относительно вертикальной оси  центрифуги  .  Необходимо также рассчитать  высоту ротора Н центрифуги и радиальное расстояние 2 между внутренней 11 и наружной 5 обечайками ротора.

Рисунок 23. Схема  ротора рекомендуемой центрифуги: узел А – крепление кольца центрифуги  в сборе с отверстиями для вывода масла;  1– вал привода; 2 – основание ротора; 3 – диск для крепления наружной обечайки ротора; 4 – фильтрующий материал (цеолит); 5 наружная коническая обечайка ротора;  6 – болты крепления наружной обечайки ротора; 7 – трубка для вывода масла; 8 – крышка ротора; 9 – прокладка;  10 – болты крепления внутренней обечайки ротора; 11 – внутренняя  коническая обечайка ротора;  12 – кольцо в сборе; 13 – заливной цилиндр; 14 – диск для крепления внутренней обечайки ротора; 15 –  перфорированная втулка; 16 – гайка крепления ротора;  17 – болты  сборочные

 

  В результате расчета по предложенной схеме (рисунок 24) и решения оптимизационной задачи по программе Delta RO Optimiz получены конструктивные параметры рекомендуемого ряда вертикальных фильтрующих конических центрифуг для очистки растительных масел.

 

Рисунок 24. Схема расчета параметров вертикальной конической фильтрующей центрифуги

  В связи с конструктивными особенностями ротора центрифуги предложены математические модели расчета мощности привода.

  Мощность, затрачиваемая на привод барабана с учетом его размерных характеристик

Nб=[2(H/Sin0) 2(2rmin+Htg 0 + 2)] /(1000µо),

где µо   коэффициент потерь энергии на переме­щение массы масла в барабане при разгоне,

    время  разгона,  с.

  Мощность, затрачиваемая на трение  в подшипниках 

Nт = 2 (H/Sin0)(2rmin+ Htg 0 + 2) /1000,

где   окружная скорость точки на поверхности шей­ки вала, м/с,   коэффициент  трения.

В связи с незначительной величиной мощностью, затрачиваемой на трение  в подшипниках, пренебрегаем.

Мощность, затрачиваемая на трение  барабана о воздух 

Nв = 0,18 10 -4 L( Rmin Rmax,) 2 3.

  Суммарная  мощность  центрифуги  (кВт)

N =[2(H/Sin0) 2(2rmin+Htg 0  +2)] /(1000µо)+ 0,18 10 -4 L( Rmin Rmax,) 2 3.

После  разгона  мощность, потребляемая центрифугой

Nр  = 0,25Nб + Nв .

  По  полученным  формулам рассчитывается  мощность привода размерного ряда центрифуг.

Предложена технологическая схема очистки растительных масел с использованием конической фильтрующей  центрифуги, позволяющая получить максимальный технологический эффект.

  Заключительным этапом расчета является оценка технологического эффекта в соответствии с разработанной новой методикой.

Значимость и перспективность научных исследований в области рафинации растительных масел оценивается, прежде всего, в соответствии с нашими исследованиями технологическим эффектом, отражающим влияние процесса очистки в разработанных центрифугах на качество получаемого масла.

  Расчет технико-экономических показателей подтверждает целесообразность  использования новых технических решений, так как улучшается качество очищенного масла.

  Разработанный модельный ряд центрифуг при очистке  масла на экспериментальной технологической линии по сравнению с базовой позволяет добиться снижения  удельных эксплуатационных затрат на 25 %, энергоемкости на 66%,  металлоемкости в 6,5 раза.

  Годовая  экономия эксплуатационных затрат составляет 47,9 тыс.р., годовой экономический эффект равен  271,2 тыс. р., срок окупаемости капитальных вложений составляет 2,8 года. 

  В результате проведенных расчетов и экспериментальных исследований основные положения можно сформулировать следующим образом.

ОБщие  выводы и рекомендации

Полученные в процессе исследований результаты представляют собой научно-обоснованные, оформленные в виде методик по расчету конструктивно-кинематических параметров для проектирования центрифуг с заданными эксплуатационными характеристиками, а также технические предложения в виде технологических линий и конструкций центрифуг, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие сельскохозяйственного производства.

  1. Системно-аналитическая оценка научных работ по разделению дисперсных систем выявила необходимость обобщения теоретических и экспериментальных исследований процесса центрифугирования дисперсных систем с целью разработки технологии и технических средств очистки растительных масел, отличающихся трудно выделяющейся в процессе очистки дисперсной фазой. Установлено, что более качественную очистку дают фильтрующие центрифуги.

  Анализ технических средств для разделения диперсных систем позволил выдвинуть гипотезу, заключающуюся в том, что качество очистки растительных масел при применении фильтрующих центрифуг можно повысить за счет использования цеолита в качестве фильтрующего материала. Фильтровальные перегородки из цеолита, обладают адсорбционной активностью и способны задерживать нежировые примеси и влагу. Это явилось предпосылкой для исследования рабочего процесса  и разработки вертикальных фильтрующих конических центрифуг с использованием цеолита в качестве материала  фильтровальной перегородки.

  2. Выполнен анализ современных технологических линий очистки растительных масел на основе системного подхода с использованием разработанной новой математической  модели, позволяющей количественно оценивать технологический эффект, то есть влияние способов очистки на конечный результат работы. Выявлены причины, не позволяющие эффективно  использовать применяемые в масложировой  промышленности технологические линии на сельскохозяйственных предприятиях, разработана классификация и математическая модель  технологических линий очистки растительных масел. 

Анализ технологических линий очистки растительных масел, соответствующих по структуре условиям сельскохозяйственных предприятий, показал, что  их надежность находится на низком уровне. Коэффициент готовности анализируемых линий с хорошими качественными показателями очистки растительных масел небольшой из-за значительного количества оборудования, только мини-линии РЕ-3,5 и РЕ-4,5 имеют большую надежность, однако  очистка на этих  линиях, применяющих фильтр прессы,  не позволяет получить требуемые по нормативным документам качественные показатели  масел. 

  Разработана новая математическая модель технологических линий, позволяющая объективно их оценивать на стадии проектирования по научно обоснованным экономическим показателям, полученным по единой методике, что исключает необходимость дорогостоящих исследований на действующих объектах.

  3. Рассмотрены закономерности осаждения и фильтрования дисперсных систем в гравитационном и центробежном полях. Процессы разделения суспензий  исследуются на основе фундаментальных  положений закона Стокса. Из общего закона прохождения жидкости через пористую среду следует, что сопротивление фильтрованию обратно пропорционально коэффициенту проницаемости. Как показали проведенные экспериментальные исследования, приведенная теоретическая  формула расчета коэффициента проницаемости фильтровальных перегородок  применима для оценки процесса фильтрования в вертикальных фильтрующих конических центрифугах. 

  Анализ теоретических и экспериментальных исследований  процессов  осаждения и фильтрования позволил определить область применимости имеющихся теорий и теоретических зависимостей к анализу процесса очистки  растительных масел,  к разработке математической модели  рабочего процесса очистки растительных масел в вертикальных конических фильтрующих центрифугах.

В результате анализа установлено, что теоретической  базой  исследований принята после соответствующей доработки  теория фильтрования суспензий в поле центробежных  сил при движении  масла в пространстве между обечайками ротора, заполненного фильтрующим материалом – цеолитом. При этом рассматривается движение масла вдоль образующей конуса ротора центрифуги по порам цеолита  с одновременным фильтрованием  при  движении масла  в радиальном направлении в соответствии с законом Стокса.

4. Разработаны экспериментальные вертикальные фильтрующие конические центрифуги ВФКЦ-1, ВФКЦ-2, ВФКЦ-3, отличающиеся  технической новизной (патенты РФ № 2108169, № 2313401 и № 2338598) и методологическая база их исследований,  которая является фундаментом многоступенчатой и многозвенной структуры  исследования вертикальных фильтрующих конических центрифуг для  очистки растительных масел.

  Методологическая база  состоит из параметрического комплекса и комплекса качественных показателей очищенного масла. Параметрический комплекс предусматривает системный анализ технологических линий, теоретическое исследование рабочего процесса и разработку математических моделей, исследование свойств фильтровальных перегородок.

  Комплекс качественных показателей предусматривает многофакторные исследования  с целью определения  качественных показателей очищенных масел  и их лабораторный анализ

Лабораторный анализ полученных при испытании образцов очищенного масла включает определение: разности плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы, кислотного числа, массовой доли нежировых примесей,  массовой доли влаги и летучих веществ 

5. В соответствии с методологической базой выполнен теоретический анализ  действующих  факторов, влияющих на  рабочий процесс очистки растительных масел в вертикальных конических фильтрующих центрифугах, разработана теория процесса очистки растительных масел. Установлено, что процесс очистки зависит от трех групп факторов: конструктивно-кинематических параметров центрифуг, показателей фильтровальной перегородки и свойств  масла.

  Разработаны новые математические модели рабочего процесса очистки растительных масел центрифуг двух типов:  с выводом очищенного масла через перфорационные отверстия в верхней части наружной обечайки ротора и с выводом через отверстия с регулируемым сечением  в крышке ротора. 

  Получены  теоретические зависимости фактора разделения, индекса производительности и объема рабочего пространства ротора центрифуги от конструктивно-кинематических параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг, позволяющие расширить возможности анализа их работы.

  6. Экспериментально определены свойства соевого, подсолнечного масел и фильтровальной перегородки из цеолита.

Из анализа полученных результатов следует, что плотность и кинематическая вязкость соевого  и подсолнечного масел с повышением температуры  уменьшаются.

  Доказана адекватность теоретического и экспериментального коэффициентов проницаемости.

7. В результате экспериментальных исследований центрифуги первого типа  ВФКЦ-1 получены её рациональные  параметры.

В качестве действующих факторов исследованы: частота вращения ротора центрифуги, высота слоя фильтрующего материала, эквивалентный диаметр  частиц  фильтрующего материала. В результате решения многокритериальной оптимизационной задачи методом  Соболя-Статникова  определены оптимальные значения  факторов.

  При оптимальном сочетании  факторов качественные показатели очищенного масла соответствуют требованиям нормативных документов при  выходе соевого масла 0,039 кг/с:  кислотность  соевого  масла  составила 0,459 мг КОН/г,  массовая доля нежировых примесей – 0,089 %.

  При численном исследовании центрифуги первого типа ВФКЦ-2  по разработанной математической модели  установлено, что для улучшения  качества очистки необходимо регулировать производительность на выходе масла из центрифуги.

Результатом  исследования центрифуги ВФКЦ-2 явилось получение патента РФ на изобретение № 2313401, в соответствии с которым предусматривается регулировка производительности центрифуги за счет регулируемой площади сечений отверстий на выходе масла. Разработана конструкции центрифуги ВФКЦ-3.

  8. При проведении исследований вертикальной фильтрующей конической центрифуги  второго типа ВФКЦ-3 приняты следующие факторы: частота вращения ротора центрифуги , площадь отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Fотв и эквивалентный диаметр частиц цеолита d.

  В соответствии с планом многофакторного эксперимента получено подсолнечное масло, которое исследовали  в лаборатории и определили следующие  критерии оптимизации (качественные показатели  очищенного масла): разность плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы, кислотное число, массовая доля нежировых примесей,  массовая доля влаги и летучих веществ.

В результате анализа уравнений регрессии по каждому критерию оптимизации были определены рациональные параметры

Компромиссными рациональными параметрами вертикальных фильтрующих конических центрифуг являются:  частота вращения ротора центрифуги 250 с-1, эквивалентный диаметр частиц цеолита  d=0,004 м, площадь отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги F=0,5·10-6 м2. При указанных параметрах кислотное число  К < 0,5 мг КОН/г, массовая доля нежировых примесей, массовая доля влаги и летучих веществ  не превышает 0,01%.

9. Обоснована адекватность разработанной новой математической модели рабочего процесса вертикальных фильтрующих конических центрифуг, которая позволяет определять рациональные параметры разрабатываемых центрифуг. 

  Приведена новая методология  обоснования и программа расчета конструктивных параметров вертикальных фильтрующих конических центрифуг в зависимости от  заданной производительности и требуемого по нормативным документам показателей  качества очистки по разработанной новой математической модели.

По разработанной методологии с учетом новой математической модели  обоснованы и рассчитаны конструктивные параметры размерного ряда рекомендуемых центрифуг ВФКЦ-4, обеспечивающие заданную производительность  с учетом влияния всех факторов процесса.

10. Результаты  исследований приняты к внедрениию Главным управлением сельского хозяйства администрации Алтайского края, использованы при разработке рекомендаций и переданы для их практического использования  в ООО НТЦ  «Алтайвибромаш», ООО  НПП «Агротерм»,  Алтайский НИИ сельского хозяйства  СО РАСХН, а также применяются в учебном процессе в ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», «Рязанский государственный агротехнический  университет имени П.А. Костычева», «Новосибирский государственный аграрный университет», «Мичуринский государственный аграрный университет», в Луганском национальном аграрном университете, Казахском государственном аграрном университете.

  11.Экономическая эффективность внедрения результатов исследования рассчитана в сравнении разработанной, предлагаемой вертикальной конической фильтрующей центрифуги ВФКЦ-4 с базовой центрифугой НОГШ-230.

Удельные эксплуатационные затраты на очистку  масла ниже на 25% по сравнению с базовой, энергоемкость очистки – на 66%,  металлоемкость – в 6,5 раза.

  Годовая  экономия эксплуатационных затрат в расчете на одну центрифугу при годовом объеме производства масла 20736 кг составляет 47,9 тыс.р.  Сравнительный годовой экономический эффект равен 271,2 тыс. р., срок окупаемости капитальных вложений составляет 2,8 года. 

Список основных публикаций по теме диссертационной работы

(Публикации в рекомендованных ВАК изданиях  и патенты на изобретения выделены курсивом, монографии жирным шрифтом)

  1. Харченко, Г.М. Оценка эффективности технологических линий получения и очистки соевого масла при проектировании [Текст] / Г.М. Харченко // Ползуновский вестник. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006.№ 4 (25)С. 315-318.

2. Харченко, Г.М Математическая модель фильтрования соевого масла в конической центрифуге. [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007.№ 6С.31-32.

3. Земсков, В.И. Моделирование технологических линий производства соевого масла [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Техника в сельском хозяйстве. 2007. №6.С.14-17.

4. Харченко, Г.М. Влияние свойств соевого масла на производительность фильтрующей центрифуги [Текст] /  Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 1. С.  48-50.

5. Земсков, В.И. Методика расчета рациональных параметров конических фильтрующих центрифуг для очистки растительных масел [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 3. С.  11-13.

6. Харченко, Г.М. Особенности математического моделирования центрифугирования растительных масел в конической центрифугеВФКЦ-2 [Текст] / Г.М. Харченко // Техника в сельском хозяйстве. 2008. № 4. С. 26-28.

  7. Харченко, Г.М. Оптимизация рабочих параметров центрифуги для  очистки подсолнечного масел [Текст] /  Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 7. С.  47-48.

8. Харченко, Г.М. Экспериментальное исследование технологических свойств растительных масел [Текст]/  Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 11. С.  42-43.

  9. Харченко, Г.М. Влияние конструктивно-кинематических параметров биконической вертикальной фильтрующей центрифуги ВФКЦ-2 на кислотное число очищенного подсолнечного масла [Текст] / Г.М. Харченко/ /Вестник алтайского государственного аграрного университета. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008.№ 12 (50)С. 67-71.

10. Земсков, В.И. Структурно-технологические основы моделирования процесса получения и рафинации растительных масел: монография [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Алт. гос. аграр. ун-т. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. 151 с.: ил. Библиогр.: с. 134-151. 100 экз.ISBN 978-5-94485-092-8.

  11. Харченко Г.М. Механико-технологические основы  фильтрации растительных масел в конических центрифугах (основы теории и расчета): монография [Текст] / Г.М. Харченко // Алт. гос. аграр. ун-т.Барнаул:Изд-во АГАУ; Азбука, 2008. 158 с.: ил.Библиогр.: с.143-158.130 экз.ISBN 978-5-94485-099-7.

12. Центрифуга для очистки жидкости [Текст] : пат. 2108169 Рос. Федерация: МПК  В04 В 3/00, В 04 В 11/00 / Доценко СМ., Харченко Г.М.,  Курков Ю.Б.; заявитель и патентообладатель Благовещенск ДальГАУ №  96110552/13; заявл. 27.05.96; опубл. 10.04.98, Бюл. № 10. 3 с: ил.

  13. Центрифуга для очистки жидкости [Текст] : пат. 2313401 Рос.Федерация: МПК В 04 В 3/00, В 04 В 11/00/ Земсков В.И., Харченко Г.М.; заявитель и патентообладатель  Земсков В.И.№ 2006120778/12; заявл. 13.06.2006; опубл. 27.12.07, Бюл. № 36. 5 с:

ил.

14. Центрифуга для очистки жидкости [Текст]: пат. 2338598 С1 Рос.Федерация: МПК В04  3/00 / Земсков В.И., Харченко Г.М.; заявитель и патентообладатель  Земсков В.И.  № 2007113289/12; заявл. 09.04.2007; опубл. 20.11.08, Бюл. № 32. 4 с:ил.

15. Доценко, С.М. Разработка технологии производства и очистки соевого масла для фермерских хозяйств [Текст] / С.М. Доценко, Г.М. Харченко, Ю.Б. Курков // Механизация технологических процессов в животноводстве. Благовещенск: ДальГАУ, 1996. С. 77-85.

  16. Доценко, С.М. Классификация устройств для разделения дисперсных систем [Текст]/ СМ. Доценко, С.В. Вараксин, В.В. Самуйло, Г.М. Харченко // Механизация технологических процессов в животноводстве. Благовещенск: ДальГАУ, 1997. С.126-132.

17. Харченко, Г.М. Обоснование способа очистки соевого масла и конструктивно-технологической схемы центрифуги [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация технологиче­ских процессов в сельскохозяйственном производстве. Благовещенск: ДальГАУ, 1998. Вып. 3. С. 56-59.

18. Доценко, СМ. Обоснование параметров фильтрующей центрифуги для очистки соевого масла [Текст]/ СМ. Доценко,  Г.М. Харченко // Вопросы переработки сельскохозяйственной продукции. Благовещенск: ВНИИсои, 2003.  С. 140-152.

  19. Харченко, Г.М. Определение экономической эффективности при тонкой очистке соевого масла на фильтрующей центрифуге [Текст]/ Г.М. Харченко // Вопросы переработки сельскохозяйственной продукции. Благовещенск: ВНИИсои, 2004. С. 80-86.

  20.  Жирнов, А.Б. Влияние параметров фильтрующей центрифуги на эффективность очистки соевого масла [Текст] / А.Б. Жирнов, Г.М. Харченко // Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции. Благовещенск: ДальГАУ, 2005. С.  63 -70.

21. Сельвинский, В.В. Осаждение взвешенных частиц и фильтрование взвесей в центробежном поле [Текст]/ В.В. Сельвинский, Г.М. Харченко // Вестник Амурского государственного университета. Благовещенск: АГУ, 2005. Вып. 29. С. 3-5.

22. Харченко, Г.М. Повышение эффективности технологиче­ского процесса очистки соевого масла и обоснование параметров фильтрующей центрифуги [Текст]: дис. … канд. с-х. наук: 05.20.01: защищена 15.12.05: утв. 02.06.06 / Харченко Галина Михайловна. Благовещенск, 2005. 175 с. Библиогр.: с. 149-162.

23. Харченко, Г.М. Повышение эффективности технологиче­ского процесса очистки соевого масла и обоснование параметров фильтрующей центрифуги [Текст]: автореф. дис. ... канд. с-х. наук: 05.20.01: защищена 15.12.05: утв.02.06.06 / Харченко Галина Михайловна. Барнаул, 2005. 22 с. Библиогр.: с. 21.

  24. Харченко, Г.М. Экономическая эффективность технологического процесса использования фильтрующей центрифуги для очистки соевого масла [Текст] / Г.М. Харченко / Технология производства и переработки сельско­хозяйственной продукции. Благовещенск: ДальГАУ, 2006. Вып. 5. С. 87-94.

  25. Земсков, В.И. Системный подход при исследовании технологи­ческих линий получения и очистки  соевого  масла [Текст]/ В.И. Зем­сков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета. Барнаул: АГАУ. 2006.№ 4. С. 66-68.

26. 3емсков, В.И. Расчет надежности технологических линий полу­чения и очистки соевого масла в конической центрифуге [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета. Барнаул: Изд-во АГАУ. 2006. №. 5. С. 47-52.

  27. Харченко, Г.М. Общая характеристика процессов очистки соевого масла в конической центрифуге [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета. Барнаул: Изд-во АГАУ. 2006. № 6. С. 59-61.

28. Земсков, В.И. Движение соевого масла в конической центрифу­ге [Текст]/ В.И.Земсков,  Г.М. Харченко // Збiрник наукових праць Луганського нацiонального аграрного унiверситету. Cерiя: технiчнi науки № 68/91. 2006. С.  98-100.

  29. Харченко, Г.М. Использование математической модели при проектировании технологических линий производства и очистки соевого масла [Текст]/Г.М. Харченко // Исследования, результаты. Материалы международной научно-практической конференции. Алматы: Казахский национальный агроуниверситет, 2007. №2.

С. 108-113.

30. Харченко, Г.М. Производство соевого масла с очисткой на конической  центрифуге [Текст]/Г.М.Харченко // Исследования, результаты. Материалы международной научно-практической конференции. Алматы: Казахский национальный агроуниверситет, 2007.№ 2.С. 113-117.

  31. Земсков, В.И. Коническая центрифуга для очистки соевого масла. Использование цеолитовой фильтровальной перегородки [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Ползуновский вестник. Барнаул: Изд-во АлтГТУ. 2007. №  4. С. 168-173.

32. Харченко, Г.М. К вопросу разработки конической фильтрующей центрифуги [Текст] / Г.М.Харченко // Ползуновский вестник. Барнаул: Изд-во Алт.ГТУ, 2007.  № 4.С. 194-196.

  33. Земсков, В.И. Характеристика цеолитов, используемых в каче­стве фильтрующего материала в конической центрифуге [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университе­та. Барнаул: АГАУ. 2007. № 6 (32). С. 52-55.

  34. Харченко, Г.М. Процессы при работе конической фильтрую­щей центрифуги [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета. Барнаул: АГАУ, 2007. № 6 (32). С.56-58.

  35.  Земсков, В.И. Технологический процесс  при очистке  растительных масел  на конической фильтрующей центрифуге: рекомендации [Текст]/ Алт. гос. аграр. ун-т. Барнаул:  Изд-во АГАУ, 2007. 18 с.: ил.

  36. Харченко, Г.М. Потребительские и технологические свойства соевого масла [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета. Барнаул: АГАУ, 2007. № 7 (33). С. 50-54.

  37. Земсков, В.И. Рекомендации  по проектированию конической фильтрующей центрифуги для рафинации растительных масел [Текст] / Алт. гос. аграр. ун-т. Барнаул:  Изд-во АГАУ, 2007. 15 с.: ил.

  38. Харченко, Г.М. Анализ процесса центрифугирования соевого масла в конической центрифуге [Текст] / Г.М. Харченко//Вестник Алтайского аграрного университета. Барнаул: АГАУ, 2007. № 8(34). С. 55-58.

39. Земсков, В.И. Характеристика способов рафинации растительных масел [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского государственного аграрного университе­та. Барнаул: АГАУ. 2007. № 11 (37). С. 58-60.

  40. Земсков, В.И. Влияние параметров конических фильтрующих центрифуг при рафинации растительных масел на производительность [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Аграрная наука сельскому хозяйству. Третья международная научно-практическая конференция. Барнаул: АГАУ, 2008. К. 2. С. 164-168.

  41. Харченко, Г.М. Физико-механические свойства растительных масел [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета. Барнаул: АГАУ, 2008. № 3. С. 54-58.

  42. Харченко, Г.М. Механико-технологические основы рафинации растительных масел в конических центрифугах [Текст]/Г.М.Харченко//Ползуновский вестник. Барнаул: Алт.ГТУ, 2008. № 1-2.С. 110-115.

43. Харченко, Г.М. Влияние свойств фильтровальной перегородки  и конструктивно-кинематических параметров на производительность конической центрифуги [Текст]/ Г.М. Харченко //Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С.Сейфуллина. Астана: Казахский агротехнический университет, 2008. № 2(49). С. 101-108.

44.Харченко, Г.М. Влияние действующих факторов при рафинации растительных масел в конической центрифуге [Текст]/ Г.М. Харченко // Проблемы инновационного и конкурентноспособного развития агроинженерной науки на современном этапе. Материалы международной научно-практической конференции. Алматы: Казахский национальный агроуниверситет, 2008.Ч.2.– № 3. С. 140-144.

  45.Земсков, В.И. Экспериментально-теоретическое обоснование конструктивных параметров конических центрифуг для очистки растительных масел [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Новосибирского аграрного университета. Новосибирск: НАГУ 2008. № 7.  С. 91-98.

 




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.