авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

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

-- [ Страница 2 ] --

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 V, высотой z=rCos0, толщиной l (l – расстояние между обечайками, м), соответствующего дуге длиной rSin0, и массой m=V=lrSin0Cos0r, 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=mg и переносная сила инерции Фпер с проекцией =m2rSin0); поверхностные – (нормальные реакции обечаек N1, N2, силы давления соседних слоев жидкости P1, P2), обобщенная сила сопротивления F= –, включающая в себя силы вязкого сопротивления и силы сопротивления фильтрующего материала ( – обобщенный коэффициент).

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

. (5) Схема движения-4

. (5)

 Схема движения материальной-6

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)

 Схема заполнения масла и частиц-8

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).



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.