Механико-технологические основы повышения эффективности процесса центробежной очистки растительных масел в условиях сельскохозяйственных предприятий

k_{с теор}=1,0865 k_{с эксп}. (36)

При принятом уровне значимости p<0,05 расчетный критерий Фишера F_R= 11,69 больше табличного F_т= 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.

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(щ, 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.



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

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.

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

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

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) щ = 146 с^-1, h = 0,3 м в) d = 0,006 м, h = 0,3 м г) щ = 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(щ, с^-1), площадь отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Х₂ (F_отв, м²), эквивалентный диаметр частиц цеолита Х₃(d, м).

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

Дс = f (щ, d, F_отв), с_оч = f (щ, d, F_отв), K = f (щ, d, F_отв), П = f (щ, d, F_отв), В = f (щ, d, F_отв) (таблица 2).

Графическая интерпретация функции П = f (щ, d, F_отв) 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
	соч.? сf..=? 0,036щ-0,07Fотв+0,0075щFотв+ +387,07Fотвd-0,00017щ2-0,185F2отв+ 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
	соч = 923,3 -0,036щ- 1,07Fотв +0,0075щFотв + +387,07щd -0, 00017щ2 - 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 + 0,00135щ + 0,09Fотв? 599,657d + 0,000919щFотв ? 0,23щd - 72,28Fотвd - 0,00001щ2 + +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 +0,01щ + 0,59Fотв-299,24d + 0,4щd - 0,0003щFотв - 50,29Fотвd - 0,00004щ2 - 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 + 0,033щ- 0,7Fотв + 351,5d -0,0047щFотв - 0,1щd - 638,6Fотвd - 0,0001щ2 + 0,4Fотв2 + 312812,4d2 - в раскодированном виде	0,861	0,744	19,9	6,60



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

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

П=-0,26+0,014щ+0,42F_отв?4,41•10^-5щ²-0,0003щF_отв-0,046 F_отв²

Рис. 22 Зависимость массовой доли нежировых примесей подсолнечного масла от конструктивно-кинематических факторов центрифуги

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

П=-0,26+0,014щ + 0,42F_отв?4,41•10^-5щ²- 0,0003щF_отв - 0,046F_отв²

Рис. 23 Зависимость массовой доли нежировых примесей подсолнечного масла от конструктивно-кинематических факторов центрифуги

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

П=0,87 + 0,47F_отв ? 304,62d -0,031F_отв² ? 50,29F_отвd+ 59423,08d²

Из анализа экспериментальных исследований следует что рациональными параметрами центрифуги по критерию оптимизации (доли нежировых примесей в очищенном масле) являются: частота вращения ротора центрифуги щ<300 с^-1, эквивалентный диаметр частиц цеолита d=0,002…0,004 м, площадь отверстий на выходе масла из центрифуги F_отв<2,5•10^-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 (рис. 24), характеризующий адекватность теоретической и экспериментальной разности плотностей, и получено уравнение регрессии

Д с_экс= 1,003Д с_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 F_кр=96,3 больше табличного F_табл=3,9.



Рисунок 24. 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 25). 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 26.

На схеме ротора (рисунок 25) показаны основные конструктивные параметры центрифуги, подлежащие расчету: минимальный радиус r_min внутренней обечайки ротора 11, максимальный радиус r_max внутренней обечайки 11, минимальный радиус R_min, наружной обечайки ротора 5, максимальный радиус R_max наружной обечайки 5, угол наклона образующей конуса ротора относительно вертикальной оси центрифуги и. Необходимо также рассчитать высоту ротора Н центрифуги и радиальное расстояние ?₂ между внутренней 11 и наружной 5 обечайками ротора.

Рисунок 25. 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 26) и решения оптимизационной задачи по программе Delta RO Optimiz получены конструктивные параметры рекомендуемого ряда вертикальных фильтрующих конических центрифуг для очистки растительных масел.

Рисунок 26. 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

N_б=[щ²ср(H/Sinи₀) ?₂(2r_min+Htg и₀ + ?₂)] /(1000фµ_о),

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

ф ? время разгона, с.

Мощность, затрачиваемая на трение в подшипниках

N_т = ср ?₂ (H/Sinи₀)(2r_min+ Htg и₀ + ?₂) хѓ/1000,

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

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

Мощность, затрачиваемая на трение барабана о воздух

N_в = 0,18 •10 ^-4 L( R_min R_max,) ² щ³.

Суммарная мощность центрифуги (кВт)

N_У =[щ²ср(H/Sinи₀) ?₂(2r_min+Htg и₀ +?₂)] /(1000фµ_о)+ 0,18 •10 ^-4 L( R?_min R?_max,) ² щ³.

После разгона мощность, потребляемая центрифугой

N_р = 0,25N_б + N_{в .}

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 щ, площадь отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги F_отв 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 щ ? 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.

центрифуга фильтрование масло

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.?№ 6?С.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 центрифуге ВФКЦ-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.

Размещено на Allbest.ru

...