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 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

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

-- [ Страница 4 ] --

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.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.