Дослідження кінетики пульсаційного розмелу рослинної сировини і створення млина
Вдосконалення конструкції пульсаційного млина. Виробництво білкового продукту "соєве молоко". Процес розмелу рослинної сировини в рідині. Основний вплив параметрів конструкції на швидкість, показники процесу дроблення. Енерговитратність і якість помолу.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 29.08.2014 |
| Размер файла | 89,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Національний технічний університет України
Київський політехнічний інститут
УДК 663.031
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Спеціальність 05.17.08 - Процеси та обладнання хімічної технології
Дослідження кінетики пульсаційного розмелу рослинної сировини і створення млина
Семінський Олександр Олегович
Київ - 2006
Дисертація є рукописом
Робота виконана в Національному технічному університеті України Київський політехнічний інститут Міністерства освіти і науки України на кафедрі машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Марчевський Віктор Миколайович Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут, професор кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Шурчкова Юлія Олександрівна, Інститут технічної теплофізики НАН України, головний науковий співробітник кандидат технічних наук, доцент Тимонін Олександр Миколайович,
Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут, доцент кафедри хімічного, полімерного та силікатного машинобудування. млин пульсація розмел швидкість
Провідна установа:Національний університет Львівська політехніка Міністерства освіти і науки України, кафедра хімічної інженерії
Захист відбудеться 22 січня 2007 р. о 14.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.05 в Національному технічному університеті України Київський політехнічний інститут за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37, корп. 21, ауд. 209.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37.
Автореферат розісланий 19 грудня 2006 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради проф.. В.Я. Круглицька
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Розмел в рідині поширений в хімічній, харчовій, целюлозно-паперовій та інших галузях промисловості. До його преваг відносяться однорідність кінцевої суспензії і можливість проведення розмелу сукупно з іншими процесами. Особливо широко він застосовується в процесах переробки сої, в яких разом з розмелом відбувається екстракція білків та емульгація жирів.
Аналіз роботи обладнання для розмелу в рідині показує, що достатню ефективність мають пульсаційні млини. Такі млини при розмелі рослинної сировини, наприклад соєвого насіння, забезпечують високу тонину млива, в результаті чого зменшується кількість відходів у вигляді окари. При вдосконаленні способу і конструкції пульсаційного млина можна створити безвідходне виробництво такого важливого білкового продукту як «соєве молоко». Однак, відсутність достатньої кількості відомостей про кінетику розмелу у такий спосіб не дозволяє визначити мінімально необхідний час перебування частинок матеріалу, який обробляється в розмельних камерах обладнання, що призводить до неможливості інтенсифікації процесу і підвищення к.к.д. млинів. Окрім того, така невизначеність не дозволяє створити методику розрахунку пульсаційних млинів з урахуванням кінетики процесу. Відсутність надійних залежностей енерговитрат від параметрів конструкції пульсаційних млинів не дає можливості проектування ефективних млинів для одержання продукту із заданими властивостями і чіткого визначення меж застосування певних конструкцій.
Через недостатню тонину млива при переробці рослинної сировини утворюється значна кількість відходів, які потребують утилізації. Тому створення безвідходних виробництв є пріоритетним напрямком в проектуванні нового обладнання.
Впровадження принципу сталого розвитку суспільства неможливе без покращення якості харчових продуктів з високим вмістом білка. Тим більше, що в світі з року в рік збільшується дефіцит білка, запобігти чому можливо збільшенням виробництва білкових продуктів з рослинної сировини. Таким чином, дослідження кінетичних закономірностей процесу пульсаційного розмелу рослинної сировини на прикладі сої з метою інтенсифікації процесу і створення ефективної екологічно безпечної технології та обладнання для виробництва білкових продуктів є актуальним.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація відповідає напрямку наукових досліджень Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» і виконувалась згідно плану науково-дослідної роботи кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв та галузевої науково-дослідної лабораторії інтенсифікації і автоматизації процесів сушіння. Робота безпосередньо пов'язана з договорами на проведення науково-дослідних, дослідно-конструкторських і технологічних робіт (№ 37/56 від 02.01.2002 р.; № 18 від 20.11.2003 р.; № 55 від 10.01.2006 р.) з НВК «Продект». Замовник Бродівський завод сухого знежиреного молока.
Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є встановлення кінетичних закономірностей пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині і розробка ефективної конструкції пульсаційного млина, який забезпечить задану тонину млива при високих продуктивності та надійності.
Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі:
- сформулювати фізичну модель процесу пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині;
- створити математичну модель пульсаційного розмелу;
- обґрунтувати методику досліджень кінетики розмелу;
- обґрунтувати вибір рослинної сировини для вивчення закономірностей пульсаційного розмелу;
- створити лабораторну установку для експериментального дослідження пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині;
- провести комплексні експериментальні дослідження кінетики пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині і визначити вплив параметрів конструкції млина на швидкість і показники процесу;
- встановити експериментально залежності енергетичних показників процесу пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині від параметрів конструкції млина;
- визначити залежність питомих енерговитрат від параметрів конструкції млина;
- визначити раціональну конструкцію робочих органів млина;
- перевірити адекватність математичної моделі і одержаних математичних залежностей;
- створити методику і алгоритм розрахунку пульсаційного млина;
- створити і впровадити у виробництво конструкцію ефективного пульсаційного млина.
Об'єкт дослідження: процес пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині.
Предмет дослідження: пульсаційний млин, кінетика розмелу, енерговитратність, продуктивність і якість пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині.
Методи дослідження: математичне моделювання розмелу з використанням методів випадкових процесів теорії імовірності; статистичний аналіз дослідних даних і визначення функціональних залежностей; встановлення достовірності апроксимацій на основі теорії кореляції; ітераційні методи; програма розрахунку пульсаційного млина на мові програмування високого рівня (Delphi).
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
- сформульовано фізичну модель пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині;
- розроблено базові положення і обрано метод математичного моделювання;
- аналітично розв'язано математичну модель кінетики пульсаційного розмелу рослинної сировини, яка дозволила визначити залежності ступеня подрібнення та приросту поверхні розмелених частинок від часу розмелу;
- встановлено основні геометричні параметри робочих органів млина, які забезпечують продуктивність млина і якість млива;
- експериментально досліджено кінетику пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині і проведено узагальнення результатів;
- запропоновано залежності, які описують кінетику пульсаційного розмелу і зміну питомих вмістів фракцій при розмелі, а також залежність швидкості розмелу від параметрів конструкції млина;
- теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено ефективність використання принципово нової конструкції пульсаційного млина, який забезпечує заданий ступінь подрібнення і дає можливість здійснювати розмелювання незамоченого соєвого насіння;
- експериментально визначені залежності енерговитрат при пульсаційному розмелі рослинної сировини в рідині від часу розмелу та параметрів конструкції млина.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому що:
- на основі одержаних залежностей розроблено методику розрахунку триступеневого пульсаційного млина та програмне забезпечення, в якому вона реалізується;
- створено нову конструкцію пульсаційного млина для розмелу рослинної сировини в рідині, який захищено патентом України № 71439 А від 15.11.2004 р.;
- розроблено технічну документацію та виготовлено промисловий зразок пульсаційного млина;
- здійснено впровадження розробленої конструкції млина у виробництво в складі лінії виробництва «соєвого молока» на Бродівському заводі сухого знежиреного молока. Якість вироблених продуктів підтверджено.
Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертації одержані здобувачем. Результати досліджень, виконаних у співавторстві, одержані при безпосередній участі здобувача на всіх етапах роботи.
Безпосередньо здобувачем проведено аналітичний огляд літературних джерел, сформульовано завдання досліджень, складено фізичну і математичну моделі, розв'язано математичну модель, розроблено методики експериментальних досліджень процесу розмелу і проведено узагальнення результатів експериментів, визначено параметри математичної моделі і запропонованих в роботі залежностей, проведено співставлення теоретичних і дослідних даних, складено методику розрахунку пульсаційного млина, створено програмне забезпечення, виконано розрахунки параметрів конструкції млина, досліджено ефективність нових розробок.
Разом з науковим керівником здобувачем виконано формулювання загального плану роботи і програми досліджень, розробку і виготовлення лабораторної установки, створення нової конструкції пульсаційного млина, розробку конструкторської документації млина, його виготовлення, випробування і впровадження у виробництво.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались на таких конференціях і семінарах: V-й, VІ-й, VІІ-й Міжнародній конференції студентів, аспірантів, та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство» (Київ, 2002-2004 рр.); IX-й Научно-технической конференции по моделированию в прикладных и научных исследованиях «НЕДРА 2002» (Одесса, 2002); І-й Научно-практической конференции молодых ученых «Теплоэнергетика: моделирование, оптимизация, энергосбережение» (Киев, 2004); IV-й Международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники» (Киев, 2005); ІІ-й Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы)» СЭТТ-2005 (Москва, 2005); VI-й Промышленной конференции с международным участием «Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях» (Славское, 2006); XІ-й Международной научной конференции «Совершенствование процессов и оборудования пищевых и химических производств» (Одесса, 2006); Міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми енергозберігаючих технологій в АПК» (Київ, 2006); наукових семінарах кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» (2004, 2005 рр.).
Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 12 наукових праць, у тому числі, 4 статті у фахових виданнях, 1 патент України, 1 стаття в науково-виробничому журналі, 6 тез доповідей на конференціях.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку бібліографічних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи становить 141 сторінку, у тому числі 105 сторінок текстової частини, 22 рисунки, 24 таблиці, 127 бібліографічних посилань на 13 сторінках, а також 3 додатки на 23 сторінках.
Основний зміст дисертації
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами, сформульовано мету та задачі досліджень, наведено наукову новизну та практичну цінність одержаних в роботі результатів, вказано особистий внесок здобувача, приведено відомості про апробацію результатів дисертації.
У розділі 1 «Аналітичний огляд літературних джерел» наведено відомості щодо основних характеристик процесу розмелу. Проаналізовано методи, способи і механізми розмелу, як часткового випадку подрібнення, а також особливості проведення розмелу в рідині. Приведено найбільш поширені залежності для обчислення середнього визначального розміру подрібнених частинок і вказано критерії вибору певної залежності для кожного конкретного випадку. Розглянуто способи опису розподілення частинок, одержаних при подрібненні, а також відомості щодо їх застосування. Проведено критичний аналіз основних методів моделювання кінетики подрібнення. Виконано аналіз конструкцій обладнання, призначеного для проведення розмелу в рідині, із зазначенням недоліків кожного з представлених типів. Розглянуто основні методики розрахунку розмельного обладнання. Обґрунтовано вибір рослинної сировини.
За результатами проведеного аналізу встановлено, що процес розмелу в рідині недостатньо досліджений - немає відомостей про кінетику процесу для більшості продуктів рослинного походження. Відомі моделі кінетики подрібнення ґрунтуються на фізичних моделях, в яких не враховано проведення розмелу в рідині. Існуюче обладнання не забезпечує достатньої інтенсивності розмелу, внаслідок чого воно використовується для вирівнювання млива і одержання емульсій. Методики розрахунку не враховують кінетики розмелу і потужності, яка витрачається на подрібнення частинок.
У розділі 2 «Теоретичні дослідження пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині» наведені результати теоретичних досліджень здобувача: фізична модель пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині і математична модель кінетики цього процесу. Показані узагальнюючі властивості розробленої математичної моделі по відношенню до відомих моделей.
Фізична модель. Фізична модель пульсаційного розмелу ґрунтується на таких положеннях:
- швидкість розмелу крупних частинок відбувається в основному за рахунок механічних факторів (різання і удар);
- швидкість розмелу дрібних частинок відбувається в основному за рахунок гідродинамічних ефектів (кавітація, гідравлічний удар, гідравлічне тертя);
- розмелені частинки рівномірно перемішуються з рідиною, утворюючи суспензію;
- в суспензії інтенсивно протікає екстракція компонентів з частинок рослинної сировини;
- розмелені до заданого розміру частинки в складі суспензії відводяться з млина.
За цими положеннями, вихідні частинки на першому ступіні млина розмелюються внаслідок безпосереднього впливу на них робочих органів. Відбувається первинне подрібнення. На другому ступіні зменшення розмірів частинок проходить за рахунок сукупної дії різання і гідродинамічних ефектів. Третій і подальші ступіні характеризуються майже повною відсутністю впливу механічних факторів на розмел частинок. На них відбувається розмел дрібних частинок та вирівнювання млива.
Математична модель. Нехай - випадкова величина, яка характеризує кількість частинок в млині в довільний проміжок часу ; x - значення, яке може прийняти ця величина. - імовірність того, що прийме значення x. Швидкості появи і зникнення частинок в сукупності відповідно позначимо і .
Якщо в момент часу об'єм сукупності складав x частинок, то імовірність того, що за проміжок часу відбудеться перехід складає ; імовірність того, що за проміжок часу відбудеться перехід складає ; імовірність переходу в стан, відмінний від двох приведених складає ; імовірність відсутності змін складає .
Враховуючи вказані положення і спрямувавши до нуля, одержимо диференціально-різничне рівняння для імовірності для всіх:
.
Рівняння (1) має такі граничні умови:
за відсутності в системі частинок :
;
- в початковий момент часу :
.
Рівняння (1) розв'язано за допомогою методу твірних функцій. Результати розв'язку мають наступний вигляд:
,
Де , .
При цьому зроблено заміну
.
Тоді математичне очікування кількості частинок в певний проміжок часу з запишеться як
.
З іншого боку, математичне очікування може бути виражене через середній еквівалентний діаметр частинок вибраної сукупності по формулі
,
де М - маса завантаженого в млин матеріалу, кг; - середній еквівалентний діаметр частинок, м; - густина матеріалу, кг/м3.
З рівнянь і одержимо рівняння для оцінки ступеня подрібнення:
.
приріст питомої поверхні частинок за час розмелу становить
.
Одержані рівняння і узагальнюють математичні моделі кінетики розмелу, які ґрунтуються на описі зміни середнього еквівалентного діаметра частинок в часі.
У розділі 3 «Методика проведення досліджень» обґрунтовано методики проведення досліджень кінетики пульсаційного розмелу, потужності млина, визначення питомих витрат енергії на проведення розмелу в рідині і гранулометричного складу кінцевого продукту. Описано схему лабораторної установки для дослідження пульсаційного розмелу. Наводиться послідовність математичної обробки дослідних даних і визначення похибок.
В якості об'єкта дослідження обрано процес пульсаційного розмелу соєвого насіння в воді.
Експериментальні дослідження полягали в проведенні розмелу в пульсаційному млині, відборі проб через певні проміжки часу і визначення гранулометричного складу частинок у відібраних пробах. Визначення питомих витрат потужності і питомих витрат енергії на проведення розмелу ґрунтувалось на вимірюванні сили струму і напруги через встановлені проміжки часу і подальших обчисленнях згідно наведених методик. В ході проведення експериментальних досліджень кількість ступіней млина змінювалась від однієї до трьох.
Для проведення експериментальних досліджень було створено лабораторну установку, яка складається з пульсаційного млина, приводу і контрольно-вимірювальної апаратури.
Конструкція дозволяє зібрати млин з однією, двома або трьома ступінями шляхом встановлення відповідної кількості перфорованих циліндрів.
Ротор млина приводиться до обертання за допомогою привода в складі двигуна змінного струму і клино-пасової передачі. Двигун має такі характеристики: потужність 9,5 кВт, кількість обертів ротора двигуна 25 1/с (1500 1/хв.), коефіцієнт потужності 0,83.
В якості показників для оцінки адекватності апроксимації одержаних залежностей запропоновано виборочний коефіцієнт кореляції і довірчі інтервали значень їх коефіцієнтів.
У розділі 4 «Результати і аналіз експериментальних досліджень» за результатами експериментальних даних одержані параметричні залежності для кінетичних кривих і кривої швидкості розмелу, загальної питомої потужності млина від часу розмелу та питомих витрат енергії на розмел від параметрів конструкції млина; знайдено функції показників степені математичної моделі; побудовано криві масового розподілення розмелених частинок при розмелі в млині з різною кількістю ступіней; проведено оцінку похибок.
Дослідження кінетики пульсаційного розмелу. В роботі наведені криві масового розподілення розмелених частинок при різних значеннях часу розмелу для пульсаційного млина з одним, двома і трьома ступенями (рис. 3-5). В якості характерного розміру частинок обрано їх еквівалентний діаметр.
Аналіз цих кривих показує, що із збільшенням кількості ступіней розмелу гранулометричний склад розмелених частинок за однаковий час розмелу звужується, а кількість крупних частинок - зменшується. Неоднозначність зміни залежності значень функції від її аргументу пояснюється анізотропністю частинок і проходженням супутніх процесів, таких як набрякання і екстракція з частинок органічних речовин. Швидке зменшення значень ординат в правих частинах графіків і «стягування» графіків пояснюється великою швидкістю розмелу крупних частинок ( мкм) внаслідок їх інтенсивної взаємодії з робочими органами млина, яка зростає із збільшенням кількості ступіней млина. Зміни, які потерпають частинки, що описуються середніми частинами кривих ( мкм) свідчать про те, що при розмелюванні, з плином часу, у відповідних фракціях збільшується питома частка частинок з меншими розмірами. Це вказує на додатковий вплив робочих органів млина на частинки, який проявляється у дії гідродинамічних ефектів. Зростання ординат лівої частини графіків відбувається внаслідок того, що найбільш інтенсивно гідродинамічні ефекти впливають на найдрібніші частинки. Крім того, в цій області знаходяться дисперговані речовини, вилучені з твердих частинок, еквівалентні діаметри яких знаходяться в мікронному діапазоні. Останнє пояснює наявність горизонтальної ділянки на кривих розподілення на проміжку мкм.
На підставі наведених залежностей побудовано криві зміни питомих вмістів фракцій при розмелі. Вони характеризують зміну мас частинок в окремих фракціях в системі із збільшенням часу розмелу. Проведено аналіз наведених кривих, і визначено, що вони з достатньою точністю описуються рівнянням
,
де - константа рівняння, 1/с; - вільний член рівняння, кг/кг.
Передлогарифмічний множник в рівнянні характеризує швидкість пульсаційного розмелу. Постійність його значень вказує на незмінність швидкості розмелу в часі для певної фракції.
Встановлено, що при розмелі в одноступеневому пульсаційному млині має місце значна полідисперсність розмелених частинок соєвого насіння при всіх значеннях часу розмелу в діапазоні вимірювань.
Швидкості розмелу крупних фракцій більші за швидкості розмелу дрібних фракцій, але за час проведення досліджень жодна з фракцій не розмелена повністю. Це пояснюється малою кількістю перетинів робочих елементів млина в одиницю часу і, як наслідок, низькою інтенсивністю їх взаємодії з частинками, а також недостатнім часом перебування частинок в зоні розмелу, оскільки обертання лопатевого ножа забезпечує велику швидкість прокачування суспензії крізь перфоровані отвори гарнітури млина.
Криві, наведені свідчать про те, що при застосуванні двоступеневого млина інтенсивність розмелу соєвого насіння значно збільшується. Частинки, які складають крупні фракції, повністю розмелюються. Причому їх зникнення з системи відбувається за короткий проміжок часу. Зростання швидкості розмелу в двоступеневому млині зумовлено збільшенням кількості перетинів робочих елементів в одиницю часу, а також появою гідродинамічних ефектів. Це призводить до збільшення поверхні контакту фаз, що прискорює вилучення органічних складових з частинок. Разом з цим, кожна з дрібних фракцій має суттєве значення питомої маси частинок при всіх значеннях часу розмелу.
Наведені залежності вказують на звуження гранулометричного складу частинок у відібраних пробах порівняно з частинками у відповідних пробах, відібраних при розмелі в млині з двома ступенями (розмелюється на одну фракцію більше). Процес, проведений в млині такої конструкції відрізняється найменшим часом розмелу частинок крупних фракцій і найбільшою однорідністю млива. Це пояснюється майже двократним, порівняно з двоступеневим млином, збільшенням кількості перетинів робочих елементів в одиницю часу, що також сприяє підсиленню дії гідродинамічних ефектів. Останні зумовлюють збільшення активації поверхні частинок, що прискорює вилучення з них компонентів і набрякання з одночасним підвищенням інтенсивності розмелювання частинок.
Для оцінки адекватності опису залежностей зміни питомих вмістів фракцій при розмелі в пульсаційному млині функціями виду визначено значення коефіцієнтів кореляції і довірчі інтервали для коефіцієнтів і кожної з кривих. Значення коефіцієнтів кореляції знаходяться в межах 0,9333…0,9982, що вказує на високу надійність апроксимуючих функцій.
Узагальненням одержаних результатів стало визначення залежностей ступеня подрібнення частинок в системі від часу розмелу в пульсаційному млині, за якими побудовано кінетичні криві розмелу
Встановлено, що максимальні ступінь подрібнення і швидкість розмелу має млин з трьома ступенями, а мінімальні - млин з одним ступенем. Проходження кривих на різних відстанях одна від одної зумовлено різною інтенсивністю дії факторів, які впливають на розмел. Близькість кривих при малих значеннях часу розмелу пов'язана з розмелюванням крупних частинок, на що в більшій мірі впливають перші два ступеня млина.
Проведено апроксимацію кінетичних залежностей, наведених на рис. 9, функціями вигляду
,
де аd - константа рівняння, 1/с; bd - вільний член рівняння.
Рівняння потенціюванням з обох сторін може бути перетворено на рівняння :
.
Одержані результати використані для визначення параметрів створеної математичної моделі, для чого знайдені функції показників степені в рівняннях і . Їх явний вигляд наведено в табл. 1.
Таблиця 1. Параметри функцій математичної моделі
|
Кількість ступенів млина |
Функція |
|
|
Один |
||
|
Два |
||
|
Три |
Розраховано значення коефіцієнта кореляції і довірчі інтервали для коефіцієнтів функцій, які апроксимують кінетичні залежності розмелу. Визначені значення коефіцієнту кореляції лежать в межах 0,9737…0,987. Це свідчить про високу точність опису математичною моделлю кінетики пульсаційного розмелу.
Встановлено, що являє собою коефіцієнт швидкості розмелу і залежить від параметрів конструкції млина.
Одержано степеневе рівняння .
Висока степінь достовірності одержаного рівняння підтверджується значенням коефіцієнта кореляції, яке становить 0,9991. Таким чином, швидкість розмелу збільшується пропорційно збільшенню кількості перетинів робочих елементів гарнітури млина і набуває максимального значення при проведенні процесу в триступеневому млині.
Дослідження енерговитрат на проведення розмелу в пульсаційному млині. З цих залежностей видно, що максимальне навантаження приводу відбувається на початку процесу. Із збільшенням часу розмелу навантаження і, відповідно, питома потужність нелінійно зменшуються. Максимальне навантаження на привод має місце в триступеневому млині. Проте, заданий ступінь подрібнення частинок досягається в ньому значно швидше, ніж в млині з меншою кількістю ступіней. Найбільше із значень питомої потужності, яка витрачається на прокачування рідини, зафіксовано в триступеневому млині. Це пояснюється тим, що вона витрачається на переміщення рідини і створення гідродинамічних ефектів, які збільшують швидкість розмелу.
Для залежностей загальної питомої потужності млина від часу розмелу одержано апроксимуючі рівняння вигляду
,
де - константа рівняння, Вт/(кг·с); - вільний член рівняння, Вт/кг.
Ці рівняння мають значення коефіцієнта кореляції в межах 0,9817…0,9978. Розраховано довірчі інтервали для коефіцієнтів і кожного з одержаних рівнянь.
На підставі одержаних результатів визначено залежність питомих витрат енергії на проведення процесу розмелу від параметрів конструкції млина де питомі витрати енергії розмелу змінювались в межах 13,16…65,69 кДж/кг, а кількість перетинів робочих елементів за один оберт в межах 264…4682 шт. Встановлено, що енергоємність одержання одиниці кінцевого продукту при однаковому ступіні подрібнення найнижча в млині з трьома ступенями розмелу, а найвища в млині з одним ступенем.
Одержано залежність, яка апроксимує експериментальні дані функцією
.
Величина достовірності цієї залежності, оцінена за допомогою коефіцієнта кореляції, значення якого становить 0,9992.
Аналіз результатів експериментальних досліджень показав, що, з огляду на ефективність проведення розмелу, доцільно використовувати пульсаційний млин з трьома ступенями. Висока швидкість розмелу, низька енергоємність процесу і високі якісні показники млива роблять можливим створення ефективного виробництва на базі триступеневого млина.
Результати проведених теоретико-експериментальних досліджень покладені в основу розробки промислового пульсаційного млина.
У розділі 5 «Практичне застосування одержаних результатів» наведено методику розрахунку промислового пульсаційного млина і програму, що її реалізує. За їх допомогою проведено розрахунки при проектуванні промислового зразка млина. Описано конструкцію і принцип дії пульсаційного млина, на який отримано патент. Наведено результати промислових випробувань і експлуатації пульсаційного млина і лінії безвідходного виробництва «соєвого молока», до складу якої він входить. Наведено порівняння параметрів лінії, в якій використано млин нової конструкції, із закордонними аналогами і встановлено її переваги. Якісні показники продукту, який виробляється на цій лінії відповідають вимогам до суспензованого «соєвого молока».
Розроблений пульсаційний млин і лінію впроваджено у виробництво на Бродівському заводі сухого знежиреного молока. Промислові випробування підтвердили надійність і ефективність роботи млина.
Висновки
1. На підставі огляду літературних джерел встановлено перспективність пульсаційного розмелу при подрібненні рослинної сировини в рідині. Визначено, що відсутність відомостей про кінетику процесу не дає можливості створити якісну методику розрахунку млинів. Встановлено, що існуючі конструкції пульсаційних млинів не ефективні при розмелі в них сировини, яка не пройшла попередньої обробки.
2. Сформульовано фізичну модель пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині.
3. Створено і аналітично розв'язано математичну модель пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині, за якою встановлено залежності ступеня подрібнення і приросту питомої поверхні від часу розмелу, що дозволяє проводити розрахунки продуктивності млина, виходячи з кінетичних закономірностей процесу.
4. Зроблено обґрунтований вибір рослинної сировини і сформульовано методики проведення експериментальних досліджень.
5. Створено лабораторну установку для експериментального дослідження параметрів процесу пульсаційного розмелу рослинної сировини в рідині.
6. Проведено експериментальні дослідження кінетики пульсаційного розмелу рослинної сировини в млині з одним, двома і трьома ступінями. Побудовано криві масового розподілення розмелених частинок. Встановлено залежність питомих вмістів фракцій від часу розмелу, що дає можливість визначати гранулометричний склад розмелених частинок при різних значеннях часу розмелу.
7. Знайдено параметри математичної моделі і встановлено зв'язок кінетичних показників з конструктивними параметрами млина, що дозволяє визначати мінімально необхідний час розмелу частинок сировини до заданої крупності і відповідні розміри млина.
8. Експериментально досліджено витрати енергії на проведення пульсаційного розмелу рослинної сировини. Встановлено залежності потужності приводу млина від часу розмелу і кількості ступіней млина. Визначені питомі витрати енергії на розмел від параметрів конструкції млина. Це дає можливість проводити розрахунки потужності приводу млина.
9. Проведено оцінку адекватності математичної моделі і одержаних математичних залежностей дослідним даним і визначено довірчі інтервали їх коефіцієнтів. Відмічено високу точність одержаних результатів.
10. На базі аналізу одержаних в роботі залежностей встановлено, що максимальна ефективність розмелу досягається в триступеневому пульсаційному млині.
11. Розроблено методику розрахунку триступеневого пульсаційного млина, яка на основі одержаних в роботі закономірностей дає можливість розрахувати параметри конструкції і потужність приводу млина, а також дисперсний склад кінцевого продукту.
12. Створено програмне забезпечення, в якому реалізовано алгоритм розрахунку триступеневого пульсаційного млина, що дозволяє автоматизувати обчислення і збільшити точність результатів розрахунку.
13. Створено принципово нову конструкцію пульсаційного млина, яка дозволяє заощаджувати енергію, підвищити якість кінцевого продукту і створювати екологічно безпечні виробництва. Конструкцію млина захищено патентом України № 71439 А від 15.11.2004 р.
14. Результати роботи використані при проектуванні промислової безвідходної лінії виробництва «соєвого молока».
15. Розроблено і виготовлено промисловий пульсаційний млин. Проведено промислові випробування і впровадження розробленого млина в складі лінії виробництва «соєвого молока» на Бродівському заводі сухого знежиреного молока. Високі показники ефективності і надійності млина підтверджуються його експлуатацією в умовах промислового виробництва з 2003 р.
Список опублікованих праць за темою дисертації
1. Марчевский В.Н., Семинский А.О. Моделирование процесса измельчения твердых тел. // Труды Одесского национального политехнического университета: Научный и производственный сборник по техническим и естественным наукам. Специальный выпуск. - 2002. - С. 41-43. (Здобувачем сформульовано положення і розв'язано математичну модель кінетики розмелу, надані рекомендації щодо застосування одержаних результатів.)
2. Марчевський В.М., Семінський О.О. Технологія та пристрій для розмелу рослинної сировини у воді. // Промышленная теплотехника. - 2004. - т.26. - №6. - С. 113-116. (Здобувач приймав участь в розробці засад нової технології та конструюванні і випробуванні пульсаційного млина.)
3. Семинский А.О., Марчевский В.Н. Определение кинетических характеристик пульсационного размола сои в воде. // Промышленная теплотехника. - 2006. - т. 28. - № 1. - С. 61-63. (Здобувачем розроблено методику і проведено експериментальні дослідження, виконано узагальнення і аналіз одержаних результатів.)
4. Семінський О.О., Марчевський В.М. Дослідження кінетики пульсаційного розмелу при одержанні суспензії «соєве молоко». // Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій. - 2006. - вип. 28, т. 2 - С. 49-50. (Здобувачем розроблено методику і проведено експериментальні дослідження, виконано узагальнення і аналіз одержаних результатів.)
5. Патент 71439 А України, МКІ B01F7/02. Млин пульсаційний / В.М. Марчевський, Р.М. Улітько, О.О. Семінський. - № 20031212977; Заявл. 30.12.2003; Опубл. 15.11.2004, Бюл. № 11. (Здобувачем проведено патентний пошук, запропоновано технічну ідею патенту.)
6. Марчевский В.Н., Зайцев С.В., Улитько Р.Н., Семинский А.О. Современная энергосберегающая технология для производства соевого молока. // Електротехніка і механіка. - 2006. - № 1. - С. 125. (Здобувач приймав участь в промислових випробуваннях лінії.)
7. Марчевский В.Н., Семинский А.О., Улитько Р.Н. Энергосберегающая линия для производства дезодорированного соевого молока. // Сборник докладов Второй Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы)» СЭТТ-2005, 11-14 октября 2005 г., г. Москва, Россия. - т. 2, С. 65-67. (Здобувач приймав участь в розробці та конструюванні розмельного обладнання в складі лінії, провів порівняльний аналіз лінії з закордонними аналогами і оцінив її ефективність.)
8. Марчевский В.Н., Семинский А.О. Разработка безотходной технологии и оборудования получения соевого молока. // Збірка тез доповідей V-ї Міжнародної конференції студентів, аспірантів, та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство.», 13-15 травня 2002 р. - м. Київ, Україна. - С. 485-486. (Здобувач приймав участь в розробці засад безвідходної технології та конструюванні пульсаційного млина.)
9. Семинский А.О., Марчевский В.Н. Разработка метода расчета мельниц для установок безотходного производства соевого молока. // Збірка тез доповідей VI міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство», 14-17 травня 2003 р. - м. Київ, Україна. - С. 185-186. (Здобувачем розроблено методику і алгоритм розрахунку пульсаційного млина.)
10. Семінський О.О., Марчевський В.М. Шляхи переробки відходів виробництв соєвого молока. // Збірка тез доповідей VІI міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство», 13-15 травня 2004 р. - м. Київ, Україна. - С. 180-181. (Здобувачем виконано аналіз існуючих технологій виробництва «соєвого молока», проведено експериментальні дослідження впливу води на соєве насіння.)
11. Семинский А.О., Марчевский В.Н. Определение кинетических характеристик пульсационного размола сои в воде. // Тезисы IV Международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники» 26-30 сентября 2005 г., г. Киев, Украина - С. 231-232. (Здобувачем розроблено методику і проведено експериментальні дослідження, виконано узагальнення одержаних результатів.)
12. Марчевський В.М., Зайцев С.В., Улітько Р.М, Семінський О.О. Лінія виробництва дезодорованого соєвого молока для харчових і кормових цілей. // Материалы Шестой ежегодной Промышленной конференции с международным участием и блиц-выставки «Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях» 20-24 февраля 2006 г., п. Славское, Украина - С. 153-154. (Здобувач приймав участь в промисловому впровадженні лінії виробництва «соєвого молока».)
Анотація
Семінський О.О. Дослідження кінетики пульсаційного розмелу рослинної сировини і створення млина. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 - Процеси та обладнання хімічної технології. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2006 р.
Дисертація присвячена дослідженню пульсаційного розмелу рослинної сировини і створенню ефективного млина нової конструкції.
В роботі сформульовано фізичну модель пульсаційного розмелу, на основі якої складено і аналітично розв'язано математичну модель кінетики розмелу в пульсаційному млині. Експериментально встановлено кінетичні закономірності пульсаційного розмелу насіння сої при одержанні суспензії «соєве молоко». Визначено параметри математичної моделі і підтверджено її адекватність. Визначено залежності кінетичних показників від параметрів конструкції млина. Досліджено витрати енергії на проведення процесу розмелу і встановлено залежність питомих енерговитрат від кількості ступіней млина. Доведено раціональність використання триступеневого пульсаційного млина. Створено методику розрахунку і відповідне програмне забезпечення для визначення параметрів конструкції млина і витрат енергії на розмел.
Виготовлено зразок млина запропонованої конструкції і проведено його промислові випробування. Промисловий зразок млина впроваджено у виробництво в складі лінії для одержання «соєвого молока». Проведено порівняння характеристик лінії з закордонними аналогами і показано її переваги.
Ключові слова: кінетика, млин, питомі енерговитрати, пульсаційний розмел, суспензія.
Аннотация
Семинский А.О. Исследование кинетики пульсационного размола растительного сырья и создание мельницы. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.08 - Процессы и оборудование химической технологии. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2006 г.
Диссертация посвящена исследованию пульсационного размола растительного сырья и созданию эффективной мельницы новой конструкции.
Рассмотрены известные способы и методы измельчения вцелом и размола, как его частного случая. Описаны теоретические основы размола в жидких средах и факторы, оказывающие влияние на эффективность проведения процесса. Установлена рациональность проведения размола растительного сырья в пульсационных мельницах при необходимости получения в качестве конечного продукта суспензии. Рассмотрены зависимости, предназначенные для описания гранулометрического состава частиц. На основании анализа литературных данных определены основные методы математического моделирования кинетики размола и выделены наиболее точные из них. Проведен критический анализ конструкций оборудования для проведения пульсационного размола и методик его расчета. Обоснована целесообразность разработки пульсационной мельницы новой конструкции и создания методики расчета пульсационных мельниц с учетом кинетики размола.
Составлена физическая модель размола растительного сырья в пульсационной мельнице. На ее основе построена и аналитически решена математическая модель кинетики пульсационного размола, позволяющая оценить средний эквивалентный диаметр и прирост поверхности размолотых частиц в зависимости от времени размола. Проведена идентификация параметров созданной математической модели и установлена ее адекватность.
Экспериментально исследовано изменение гранулометрического состава частиц при размоле за разное время в пульсационной мельнице с различным количеством ступеней. Найдены зависимости, описывающие изменение содержания фракций во времени и кинетику размола в пульсационной мельнице с различным количеством ступеней, а также зависимость скорости размола от параметров конструкции мельницы. Определены математические закономерности, которым подчиняются данные зависимости.
Проведены исследования по определению энергозатрат на проведение пульсационного размола. Установлены зависимости мощности привода мельницы от времени размола и количества ступеней мельницы, а также зависимости удельных затрат энергии на проведение пульсационного размола от параметров конструкции мельницы. Определены математические закономерности для описания этих зависимостей.
Проведено сопоставление полученных математических выражений, аппроксимирующих экспериментальные зависимости, и установлена высокая степень их соответствия.
На основе анализа полученных результатов установлено, что максимальная эффективность размола достигается в пульсационной мельнице с тремя ступенями.
Разработана методика расчета пульсационной мельницы, основанная на полученных в работе зависимостях. Она дает возможность проводить расчеты параметров конструкции мельницы и мощности привода, а также определять дисперсный состав конечного продукта. На ее основе создано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать расчеты и повысить их точность. Указанное программное обеспечение использовано при расчете промышленного образца пульсационной мельницы.
Создана принципиально новая конструкция пульсационной мельницы и разработана техническая документация для изготовления ее промышленного образца.
Изготовлен образец мельницы предложенной конструкции, позволяющий увеличить степень измельчения обрабатываемого материала и повысить однородность конечного продукта, а также снизить удельные энергозатраты на осуществление размола. Проведены его промышленные испытания. Мельница внедрена в производство в составе линии для получения «соевого молока». Проведено сравнение линии с зарубежными аналогами и показаны ее преимущества. Эффективность и надежность работы созданной мельницы подтверждается производством, где она эксплуатируется с 2003 г.
Ключевые слова: кинетика, мельница, удельные энергозатраты, пульсационный размол, суспензия.
Abstract
Seminskyi O.O. The research of pulse grinding kinetics when processing the vegetative raw material and mill creation. - Manuscript.
The dissertation for obtaining the Candidate of Sciences (Tech.) degree on speciality 05.17.08 - Processes and Equipment of Chemical Technology. National Technical University of Ukraine «Kiev Polytechnic Institute», Kyiv, 2006.
The dissertation is devoted to research of the pulse grinding of vegetative raw material and to creating the effective mill of a new design.
In the work the physical model of pulse-grinding is represented, the basis of which the mathematical model of grinding kinetics in the pulse mill was formed and analytically solved. The kinetic dependences of pulse grinding of soy-bean when producing the «soy-bean milk» suspension were experimentally established. The parameters of mathematical model were determined and its adequacy was confirmed. The dependences of kinetic indexes on parameters of the mill construction were determined. The energy consumption for grinding process was investigated; the dependence of specific energy consumption on the quantity of mill stages was established. The rationality of use of three-stage pulse-mill is proved. The technique of calculation and the corresponding software support for establishing the parameters of the mill construction and the energy consumption on grinding were created.
The model of the mill with the offered design was manufactured and its industrial tests were carried out. The industrial sample of the mill was introduced in manufacture as a part of plant for «soy-bean milk» production. The comparison of the parameters of the designed plant to the foreign analogues was carried out. Its advantages were evident.
Keywords: kinetics, mill, specific energy consumption, pulse grinding, suspension.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Технологічні схеми виробництва макаронних, борошнистих кондитерських виробів та рослинної олії. Ознаки класифікації макаронних виробів. Відмінність затяжного печива від цукрового. Види насіння для виробництва рослинної олії, процес її рафінування.
лекция [20,0 K], добавлен 01.07.2009Класифікація сировини, її якість, раціональне і комплексне використання. Підготовка мінеральної сировини перед використанням (подрібнення, збагачення, агломерація). Застосування води в промисловості, способи очищення та показники, які визначають якість.
реферат [1021,5 K], добавлен 05.11.2010Процес фрезерування, призначення та класифікація фрез. Характеристика та опис конструкції шнекової фрези. Види моделів та їх похибок. Створення математичної моделі для дослідження завантаження зуборізної шнекової фрези, розрахунки та аналіз результатів.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 18.04.2009Дослідження рецептурного складу продукту, приймання, первинної обробки, підготовки сировини, пакування і зберігання. Вивчення процесу розпуску цукру-піску, очистки рафінадного сиропу активним вугіллям. Аналіз забезпечення та контролю якості продукту.
дипломная работа [70,8 K], добавлен 28.04.2011Історія виробництва етилового спирту. Характеристика сировини, ферментних препаратів. Розварювання сировини за низькотемпературною схемою. Приготування зернових дріжджів та основного сусла. Брагоректифікація спирту на трьохколонному апараті непрямої дії.
реферат [1,3 M], добавлен 22.04.2012Поняття та головні характерні ознаки технологічної конструкції. Відпрацювання конструкції виробу на технологічність: етапи, напрямки, значення. Технологічні вимоги до конструкції складальних одиниць та рекомендації з поліпшення їх технологічності.
реферат [685,1 K], добавлен 08.07.2011Описання технологічного процесу обробки кишок. Розрахунок кількості сировини та готової продукції. Підбір та розрахунок технологічного обладнання для кишкового цеху. Організація контролю виробництва та вимоги до якості сировини і готової продукції.
курсовая работа [47,9 K], добавлен 17.06.2011Машинно-тракторний парк ТОВ "Агрофірма "Маяк". Призначення мельничного комплексу, його технічна характеристика. Будова та опис технологічного процесу млина. Підготовка мельниці до роботи. Призначення і будова оббивальної машини. Розрахунок проводу машини.
дипломная работа [535,5 K], добавлен 07.06.2012Вилучення нікеля із вторинної вольфрамвмісної сировини, зокрема зі сплаву ВНЖ-90. Реагент для вилучення невольфрамвмісних компонентів, визначення його оптимальної концентрації. Підготовка сировини до процесу вилучення, основні кінетичні параметри.
контрольная работа [2,2 M], добавлен 02.12.2009Розробка технологічної схеми зброджування сусла з крохмалевмісної сировини періодичним способом. Характеристика сировини, напівпродуктів і продуктів. Розрахунок продуктів і теплового балансу, бродильного апарату. Механічний розрахунок його параметрів.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 26.05.2012Службове призначення вала й технологічність його конструкції. Вибір типу виробництва форми та організації технологічного процесу, обґрунтування. Розробка конструкції заготівлі, що забезпечує мінімальні витрати матеріалу. План виготовлення вала.
курсовая работа [149,6 K], добавлен 20.12.2010Загальна характеристика компанії АТ "Хладопром". Порядок приймання і підготовки сировини до виробничого процесу. Складання, пастеризація, охолодження, дозрівання і фризерування суміші. Фасування і гартування морозива, його упаковка і зберігання.
отчет по практике [2,4 M], добавлен 27.10.2014Сучасний стан та основні проблеми цукрової галузі в Україні. Аналіз технологічного процесу виробництва цукру-піску. Приймання, первинна обробка й підготовка сировини, мийка та зважування буряка. Організація забезпечення та контролю якості продукту.
реферат [48,9 K], добавлен 05.02.2012Вплив нормалізації при температурі 850°С і охолодження на повітрі на механічні властивості сталі. Принцип дії та конструкція млина самоподрібнення "Аерофол". Виплавка дослідного металу, термообробка. Металографічні випробування литої сталі та прокату.
отчет по практике [1,6 M], добавлен 06.07.2015Основи процесу отримання м'ятного ефірної масла - ректифіката. Принципи роботи обладнання та його переваги над іншими способами. Класифікація ефірних олій в залежності від сировини, з якої їх отримують. Процес ректифікації м'ятного ефірного масла.
курсовая работа [691,9 K], добавлен 09.03.2016Характеристика товарної продукції, сировини, основних і допоміжних матеріалів. Розрахунок витрат і запасів основної і додаткової сировини, тари, допоміжних та пакувальних матеріалів. Технохімічний контроль виробництва та метрологічне забезпечення.
дипломная работа [194,5 K], добавлен 28.11.2022Загальні положення за технологією і технічними умовами на виріб, основні і зварювальні матеріали. Вибір і обґрунтування матеріалів зварної конструкції, його характеристики. Обґрунтування методів контролю якості збирання і зварювання, виправлення дефектів.
дипломная работа [135,2 K], добавлен 19.07.2014Таблиця вихідних даних для розрахунку продуктів. Схема напрямків переробки молока. Розрахунок продуктів запроектованого асортименту. Вимоги до вихідної сировини. Відбір і обгрунтування технологічних режимів. Вимоги нормативної документації на продукт.
курсовая работа [184,5 K], добавлен 31.01.2014Загальна характеристика, опис аналога та прототипу, призначення, ознаки, конструкція, галузі застосування та принципи роботи газоструминного млина. Ознаки та особливості роботи газоструминних протитечійних млинів, рекомендації щодо їх вдосконалення.
краткое изложение [495,7 K], добавлен 22.12.2010Загальна характеристика молока, його харчова, біологічна цінність та безпечність для споживання. Вимоги до якості молочної сировини. Технологія виробництва питного молока та її продуктовий розрахунок. Дослідження основних показників його складу і якості.
курсовая работа [391,9 K], добавлен 24.11.2014
