CC BY
31
7. Features of the production and use of rapeseed biofuel for automotive equipment / A. P. Ukha-nov, V. A. Rachkin, M. A. Ukhanov, N. S. Kireyeva // Niva Povolzhya. - 2008. - No. 1. - P. 36-42.
8. The use of rapeseed and mineral fuel in tractor diesel / A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, A. A. Chernyakov, V. V. Kryukov // Niva Povolzhya. - 2012. - № 2 (23). - P. 70-75.
9. Ukhanov, A. P. Experimental evaluation of the effect of soy and mineral fuels on the performance of the operating process of diesel / A. P. Ukhanov, Ye. D. Godina // Operation of automotive equipment: experience, problems, innovations, prospects: collection of articles of II International scientific-practical conference - Penza: EPD PSAA, 2015. - P. 99-103.
10. Adgamov, I. F. Safflower oil as an alternative bio-component of diesel-mixed fuel / I. F. Adga-mov // Contribution of young scientists to the innovative development of agrarian and industrial complex of Russia: proceedings of all-Russian SPC. - Penza: EPD PSAA, 2012. - P. 214-216.
11. Agricultural engineering and technology / A. I. Spitsyn, A. N. Orlov, A. P. Ukhanov, et al. - M.: Koloss, 2006. - 647 p.
12. Comparative analysis of properties of vegetable oils used as bio-fuel / A. P. Ukhanov, D. S. Shemenev, R. K. Safarov, et al. // Collection of materials of All-Russian SPC of young scientists "Contribution of young scientists to the innovative development of agriculture". - Penza: EPD PSAA, 2010. -P. 125-127.
13. Organic chemistry: textbook for universities / ed. by M. D. Stadnichuk. - SPb.: "Ivan Fedorov", 2002. - 624 p.
14. Ukhanov, D. A. Results of motor diesel engine study D-243-648 when working on safflower-mineral fuels / D. A. Ukhanov, I. F. Adgamov // Education, science, practice: innovative aspects: proceedings of the International scientific-practical conference devoted to Day of Russian science. Vol. II. -Penza: EPD PSAA, 2015. - P. 76-79.
15. Ukhanov, A. P., Experimental indicators of diesel D-243-648 when operating on safflower-mineral fuel / A. P. Ukhanov, I. F. Adgamov // Problems of efficiency and operation of automotive and tractor engineering: materials of International scientific-technical seminar in the name of V. V. Mikhailov. -Vol. 27. - Saratov: "Bukva", 2014. - P. 193-195.
УДК 637.022
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СЕПАРАЦИОННОЙ СЕКЦИИ БАРАБАНА СЕПАРАТОРА-МОЛОКООЧИСТИТЕЛЯ
А. В. Яшин, канд. техн. наук, доцент; А. А. Романова, инженер ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, Россия, e-mail: Jashin1982@mail.ru
Рассмотрена необходимость совершенствования оборудования для первичной обработки молока, а именно сепараторов-молокоочистителей. Обоснована необходимость применения сепарационной секции совместно с молокоочистительной для наилучшего эффекта очистки молока. Определена зависимость производительности сепарационной секции барабана сепаратора-молокоочистителя от основных конструктивных, кинематических и технологических параметров из условия выделения жирового шарика критического размера. Произведен расчет значений производительности сепарационной секции барабана сепаратора-молокоочистителя в зависимости от угловой скорости барабана при разном количестве межтарелочных пространств. Определена максимальная теоретическая производительность сепарационной секции барабана сепаратора-молокоочистителя при необходимой угловой скорости и заданных конструктивных и технологических параметрах, что позволит согласовать работу молокоочистительной секции и установить ее конструктивные параметры.
Ключевые слова: первичная обработка молока, сепаратор-молокоочиститель, производительность, жировой шарик, межтарелочное пространство.
Введение. Первой операцией в технологической схеме первичной обработки молока является его очистка от механических примесей. От того, насколько своевременно и технологически грамотно выполнена данная операция, зависит качество готовой продукции [4-6, 10, 11]. Технологические инструкции по первичной обработке и переработке молока требуют, что-
бы все поступающее на обработку молоко проходило стадию центробежной очистки в сепараторах, где удаляются механические примеси, скоагулировавшиеся белки и наиболее крупные микроорганизмы [8, 9, 13]. Исследованиями ряда авторов установлено, что качество очистки значительно выше на сепараторах-сливкоотделителях, чем на сепараторах-молокоочистителях [2,
3, 7]. Следовательно, целесообразно выполнение барабана сепаратора-молокоочи-стителя двухсекционным с сепарационной и молокоочистительной секциями тарелок [4, 14]. Причем сначала необходимо произвести отделение легкой фракции - сливок на сепарационной секции с целью снижения негативного воздействия встречных потоков легкой и тяжелой (обезжиренное молоко) фракций, а затем на молокоочистительной секции выполнить очистку от механических примесей с последующим смешиванием очищенных фракций на выходе из барабана. При разработке сепара-тора-молокоочистителя с двухсекционным барабаном необходимо определиться с зависимостью производительности сепарационной секции от основных параметров для возможности согласования последовательности работы с молокоочистительной секцией.
Результаты исследований.
Рассмотрим межтарелочное пространство (рис. 1) с зазором по вертикали £ и высотой тарелки Нт . Производительность сепарационной секции барабана сепарато-ра-молокоочистителя определяется с учетом потерь молочного жира [15] из условия выделения жирового шарика критического размера [12]. Поэтому предположим, что жировой шарик всплывает в крайнем положении О, расположенном на максимальном радиусе тарелки Нтах, где еще возможно его выделение. Жировой шарик совершает сложное движение. Движение жирового шарика в потоке молока вместе с тарелками барабана является переносным, а в направлении наружной образующей тарелки - относительным. Таким образом, в переносном движении жировой шарик перемещается из точки О к точке С по пути Se е t, где е - это переносная скорость жирового шарика. Проекция пути Se на ось х будет Бех ех t. В относительном движении жировой шарик переместится из точки О к точке Е по пути Sr г t, где г - это относительная (стоксовая) скорость жирового шарика. Путь абсолютного движения со скоростью а е г , согласно геометрическому сложению векторов, определится вектором СЕ [2, 15].
Треугольники АОЕ и OFC являются подобными согласно признакам подобия треугольников, т. е. катет FC относится к катету ОЕ так же, как и катет FO к катету ОА:
ЕС ЕО Н
--, или — . (1)
ОЕ ОА s
Рис. 1. Схема к рассмотрению условия выделения жирового шарика критического размера: - межтарелочное пространство по вертикали, м; нт - высота тарелки, м; Sr - путь жирового шарика в относительном движении, м; Se - путь жирового шарика в переносном движении, м; Бех - путь жирового шарика в переносном движении в проекции на ось х, м; г - относительная (стоксовая)
скорость жирового шарика, м/с; е - переносная скорость жирового шарика, м/с; ех - переносная скорость жирового шарика в проекции на ось х, м/с; t - время, с
Проекция переносной скорости определяется как отношение производительности сепарационной секции к суммарной площади межтарелочных пространств [2, 15]:
Qc
S„
(2)
где Ос - производительность сепаратора,
м3/с;
S„
- суммарная площадь межта-
релочных пространств, м .
Суммарная площадь межтарелочных пространств определяется как произведение количества межтарелочных пространств на площадь поверхности межтарелочного пространства на среднем логарифмическом радиусе [2, 15]:
2
г 2
Н
(3)
где г - количество межтарелочных пространств;
8мп - площадь одного межтарелочного пространства, м2;
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 127
Rx - средний логарифмический радиус тарелки, м.
Средний логарифмический радиус тарелки определяется зависимостью [2, 15]
R R
О max min
R6 -R-
ln max
Rm„
(4)
где Rmax и Rmin - соответственно максимальный и минимальный радиусы тарелки, м.
В тарельчатых сепараторах имеется взаимосвязь между минимальным и максимальным радиусами тарелки [1]:
Rmin 0,36 Rmax . (5)
Таким образом, проекция переносной скорости с учетом зависимостей (3), (4) и (5) определится как
-в-. (6)
ех 1 с п v '
1,5 ^ Rmax
Относительная, или стоксовая, скорость жирового шарика определяется зависимостью [2]
2
- 2Я ,К 9
2
с 'ж.ш.
(7)
где - угловая скорость барабана, с 1; яс - средний радиус тарелки, м; гж ш - радиус жирового шарика, способного к выделению из молочной плазмы, м; - плотность плазмы молока, кг/м3;
п . ' '
3
ж ш - плотность жирового шарика, кг/м ; - динамическая вязкость молока, Пас. В зависимости (7) плотность жирового шарика определяется как средняя величина плотности самого жира и белково-лецитиновой оболочки. При этом чем меньше диаметр жирового шарика, тем больше доля белково-лецитиновой оболочки, что увеличивает плотность самого жирового шарика. Возможен случай, когда при некотором минимальном диаметре жирового шарика наступит равенство плотностей жирового шарика и плазмы молока, и, согласно зависимости (7), относительная скорость такого жирового шарика будет равна нулю. Таким образом, плотность более мелких жировых шариков за счет их белково-лецитиновой оболочки приближается к плотности плазмы молока, вследствие чего выделить их при имеющейся угловой скорости вращения барабана затруднительно [2, 9].
Средний радиус тарелки в (2.60) определяется зависимостью
Rmax Rmm
R
(8)
Тогда (2.60) с учетом (2.58) и (2.61) примет вид
r 0,15 Rmax ^ж . ш .
п . ж .ш .
(9)
Следовательно, (1) с учетом (6) и (9) примет следующий вид:
вс
01S 2 R г2 ". жш.
max 'ж.ш.
Нт. (10)
1,5 Z Rmax
Из полученной зависимости (10) выразим производительность сепарационной секции сепаратора-молокоочистителя:
Qc 0,225 zHt 2 Rmax Г
2 jyl м2 п._ж.ш.
ж.ш.
. (11)
Таким образом, производительность сепарационной секции сепаратора-молоко-очистителя линейно зависит от количества межтарелочных пространств, высоты тарелки и отношения разности плотностей плазмы и жирового шарика к динамической вязкости молока, а также находится в квадратичной зависимости от угловой скорости барабана, максимального радиуса тарелки и радиуса жирового шарика.
С учетом равенства производительности каждого межтарелочного пространства, что возможно при их равномерном заполнении молоком, зависимость (11) можно представить в следующем виде [15]:
вс z в,.
(12)
где Qмп - производительность одного
межтарелочного пространства сепарационной секции барабана сепаратора-молокоочистителя, м /с;
Тогда производительность межтарелочного пространства при равномерном заполнении молоком по высоте пакета тарелок составит
выл. 0,225 Я.
2 R2 Г2
Т max ж.ш.
. (13)
Для определения зависимости производительности сепарационной секции барабана сепаратора-молокоочистителя Qc от угловой скорости барабана по зависимости (11) зададимся значениями входящих в него величин: число межтарелочных пространств 1 = 14 шт.; высота тарелки нт = 0,03 м; максимальный радиус тарелки Rmax = 0,038 м; радиус жирового шарика гжш = 0,5106 м; отношение разности плотностей (молочной плазмы и жирового шарика) к динамической вязкости
п. ж.ш.
29001; температуру молока при-
мем равной 45
r
ж. ш
О
Расчетные значения производительности сепарационной секции барабана сепаратора-молокоочистителя в зависимости от угловой скорости барабана при разном количестве межтарелочных пространств
№ п/п Угловая скорость барабана , с"1 Производительность сеп молокоочистителя, м3/с, п арационной секции барабана сепаратора-ри количестве межтарелочных пространств
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 104,66 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08 0,07 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01
3 209,33 0,61 0,57 0,53 0,48 0,44 0,39 0,35 0,31 0,26 0,22 0,18 0,13 0,09 0,04
4 314,00 1,38 1,28 1,18 1,08 0,98 0,89 0,79 0,69 0,59 0,49 0,39 0,30 0,20 0,10
5 418,66 2,45 2,28 2,10 1,93 1,75 1,58 1,40 1,23 1,05 0,88 0,70 0,53 0,35 0,18
6 523,33 3,83 3,56 3,28 3,01 2,73 2,46 2,19 1,91 1,64 1,37 1,09 0,82 0,55 0,27
7 628,00 5,51 5,12 4,73 4,33 3,94 3,54 3,15 2,76 2,36 1,97 1,58 1,18 0,79 0,39
8 732,66 7,50 6,97 6,43 5,90 5,36 4,82 4,29 3,75 3,22 2,68 2,14 1,61 1,07 0,54
9 837,33 9,80 9,10 8,40 7,70 7,00 6,30 5,60 4,90 4,20 3,50 2,80 2,10 1,40 0,70
10 942,00 12,40 11,52 10,63 9,75 8,86 7,97 7,09 6,20 5,32 4,43 3,54 2,66 1,77 0,89
11 1045,66 15,28 14,19 13,10 12,01 10,92 9,83 8,73 7,64 6,55 5,46 4,37 3,28 2,18 1,09
12 1151,33 18,53 17,21 15,90 14,56 13,24 11,91 10,59 9,27 7,94 6,62 5,29 3,97 2,65 1,32
Полученные расчеты представлены в таблице, а на их основании построен график зависимости производительности сепарационной секции барабана сепаратора-молокоочистителя от угловой скорости барабана при разном количестве межтарелочных пространств (рис. 2).
В настоящее время у большинства сепараторов угловая скорость барабана составляет тт 628 С-1 И тах 1151,33 С-1,
что соответственно определит теоретическую производительность сепарационной секции барабана сепаратора-молокоочисти-теля 0С 5,5 10 6 м3/с и 18,5 10 6 м3/с.
Вывод. Установлено максимальное значение производительности сепарационной секции сепаратора-молокоочистителя, равное 18,5 10 6 м3/с, при условии равномерного заполнения молоком межтарелочных пространств посредством конических пи-
Рис. 2. Гоафик зависимости производительности сепарационной секции барабана сепаратора-молокоочистителя от угловой скорости барабана при разном количестве межтарелочных пространств: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 11, 12, 13, 14 - количество
межтарелочных пространств
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 129
тающих каналов. При этом производительность сепарационной секции сепаратора-молокоочистителя напрямую зависит от производительности каждого отдельно взятого межтарелочного пространства. Производи-
тельность одного межтарелочного пространства при равномерном заполнении молоком по высоте сепарационной секции пакета тарелок составит 1,3 10 6 м3/с.
Литература
1. Зуев, Б. Г. К вопросу развития сепарирования и сепараторов для молока / Б. Г. Зуев // Молочная промышленность. - 2010. - № 3. - С. 55-57.
2. Краснов, И. Н. Технология и техника сепарирования молока в личных подсобных и фермерских хозяйствах / И. Н. Краснов, В. М. Филин, А. Ю. Краснова. - М.: ДеЛи принт, 2010. - 96 с.
3. Липатов, Н. Н. Сепарирование в молочной промышленности / Н. Н. Липатов. - М.: Пищевая промышленность, 1971. - 400с.
4. Пат. 148105 РФ, МПК В04В 1/08, (2006.01). Сепаратор-молокоочиститель / А. В. Яшин,
A. А. Романова, А. В. Саввин и др. - № 2014120031; заявл. 19.05.2014; опубл. 27.11.2014, Бюл. № 33. - 2 с.
5. Пат. 2366166 РФ, МПК A 01J 15/00, (2006.01). Устройство для получения сливочного масла / А. В. Яшин, В. С. Парфенов, В. Н. Стригин. - № 2008113909/13; заявл. 08.04.2008; опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25. - 4 с.
6. Пат. 61506 РФ, МПК A 01J 15/00, (2006.01). Маслоизготовитель периодического действия / А. В. Яшин, В. С. Парфенов. - № 2006143958/22; заявл. 11.12.2006; опубл. 10.03.2007, Бюл. № 7. - 2 с.
7. Саввин, А. В. Сепаратор-сливкоотделитель / А. В. Саввин, С. И. Щербаков, А. В. Яшин // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - С. 180-181.
8. Стригин, В. Н. Разработка изготовителя масла периодического действия для фермерских хозяйств / В. Н. Стригин, В. С. Парфенов, А. В. Яшин, С. В. Стригин. // Техника в сельском хозяйстве. - 2010. - № 1.- С. 8-10.
9. Чеботарев, Е. А. Сепарирование молока и молочного сырья: история, теория, практика / Е. А. Чеботарев. - Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2012. - 299 с.
10. Яшин, А. В. К вопросу определения потребной мощности маслоизготовителя // А. В. Яшин, В. С. Парфенов // Аграрный научный журнал. - 2007. - № 6. - С. 70-72.
11. Яшин, А. В. Маслоизготовитель для фермерских хозяйств / А. В. Яшин, В. С. Парфенов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007. - № 3. - С. 18.
12. Яшин, А. В. Обоснование минимального размера жирового шарика выделяемого при сепарировании молока / А. В. Яшин, А. А. Романова // Нива Поволжья. - 2015. - № 4(37). - С. 104-109.
13. Яшин, А. В. Профилирование лопастей тарелкодержателя сепаратора-сливкоотделителя / А. В. Яшин, А. В. Саввин // Нива Поволжья. - 2014. - № 3(32). - С. 84-88.
14. Яшин, А. В. Сепаратор-молокоочиститель с двухсекционным барабаном / А. В. Яшин,
B. С. Парфенов, А. А. Романова // Нива Поволжья. - 2015. - № 4(37). - С. 100-104.
15. Яшин, А. В. Теоретическая оценка производительности сепаратора-сливкоотделителя с лопастным тарелкодержателем и обоснование кинематического и технологического параметров / А. В. Яшин, А. В. Саввин // Образование, наука, практика: инновационный аспект: сборник международной научно-практической конференции, посвященной дню Российской науки. Том II. -Пенза: РИО ПГСХА, 2015. - С. 141-145.
UDK 637.022
DETERMINATION OF PRODUCTIVITY OF DRUM SEPARATION SECTION OF SEPARATOR-MILK CLARIFIER
A.V. Yashin, candidate of technical sciences, assistant professor; A.A. Romanova, engineer
FSBEE HE Penza SAA, Russia, e-mail: Jashin1982@mail. ru
The article deals with the problem of improvement of the equipment for primary milk processing, namely separators-clarifiers of milk. The necessity of applying separation section, together with milk clarifier section for better cleaning effect of the milk. The dependence of performance of separator sections of the drum of separator-milk clarifier on the main structural, kinematic and technological parameters of the conditions for the extraction of fat ball of the critical size.
The calculation of the performance values of the separation section in the drum of separator milk clarifier, depending on the angular velocity of the drum at different number of inter-plate spaces. The maximum theoretical performance of the separation drum section in the separator-milk clarifier at the required angular velocity and the specified structural and technological parameters that will help to coordinate the operation of milk clarifier section and set its design parameterswas determined by the authors.
Key words: primary milk processing, separator-milk clarifier, performance, fat ball, inter-plate space.
References:
1. Zuyev, B. G. To the question about development of separation and separators for milk / B. G. Zuyev // Molochnaya promyshlennost. - 2010. - No. 3. - P. 55-57.
2. Krasnov, I. N. The technology and equipment of separation of milk in private farms / I. N. Kras-nov, V. M. Filin, A. Yu. Krasnova. - M: DeLi print, 2010. - 96 p.
3. Lipatov, N. N. Separation in the dairy industry / N. N. Lipatov. - M.: Food industry, 1971. - 400 p.
4. Pat. 148105 RF, IPC B04B 1/08, (2006.01). Separator-milk clarifier / A. V. Yashin, A. A. Romanov, A. V. Savvin, et al. - No. 2014120031; Appl. 19.05.2014; publ. 27.11.2014, bull. No. 33. - 2. p.
5. Pat. 2366166 RF, IPC 01J AND 15/00, (2006.01). A device for producing butter / A.V.Yashin, V.S. Parfyonov, V. N. Strigin. - No 2008113909/13; Appl. 08.04.2008; publ. 10.09.2009, bull. No. 25. - 4 p.
6. Pat. 61506 RF, IPC 01J AND 15/00, (2006.01). Butter churn of periodic action / A. V. Yashin, V. S. Parfyonov. No 2006143958/22; Appl. 11.12.2006; publ. 10.03.2007, bull. No. 7. - 2 p.
7. Savvin, A. V. Cream-separator / A. V. Savvin, S. I. Shcherbakov, A. V. Yashin // Contribution of young scientists in innovative development of agrarian and industrial complex of Russia: proceedings of All-Russian scientific-practical conference. - Penza: EPD PSAA, 2013. - P. 180-181.
8. Strigin, V. N. The construction of butter churn of periodic action for farms / V. N. Strigin, S. V. Parfyonov, A. V. Yashin, S. V. Strigin. // Tekhnka v selskom khozyaistve. - 2010. - No. 1.- P.8-10.
9. Chebotarev, E. A. Separation of milk and raw milk: the history, theory and practice / E. A. Chebo-tarev. - Stavropol: publishing house SKFU, 2012. - 299 p.
10. Yashin, A. V. To the question about determination of a required power of butter churn // V. A. Yashin, V. S. Parfyonov // Agricultural research magazine. - 2007. - No. 6. - P. 70-72.
11. Yashin, A. V. Butter churn for farms / V. A. Yashin, V. S. Parf 2007. - No. 3. - 18 p.
12. Yashin, A. V. Reasoning for the minimum size of fat ball produced during the separation of milk / A. V. Yashin, A. A. Romanova // Niva Povolzhya. - 2015. - № 4(37). - P. 104-109.
13. Yashin, A. V. Profiling of the blades of plate-fixer in cream-separator / A.V. Yashin, A. V. Savvin // Niva Povolzhya. - 2014. - № 3(32). - P. 84-88.
14. Yashin, A. V. Separator-milk clarifier with two-section drum / V.A. Yashin, V.S. Parfyonov, A.A. Romanova // Niva Povolzhya. - 2015. - № 4(37). - P. 100-104.
15. Yashin, A. V. Theoretical evaluation of the performance of the separator-cream with paddle plate-fixer and reasoning for kinematic and technological parameters / A.V. Yashin, A. V. Savvin // Education, science, practice: innovation aspect: a compilation of international scientific-practical conference devoted to day of Russian science. Vol. II. - Penza: EPD PSAA, 2015. - P. 141-145.
УДК 637.022
СЕПАРАТОР-СЛИВКООТДЕЛИТЕЛЬ С КОНИЧЕСКИМИ ПИТАЮЩИМИ КАНАЛАМИ
А. В. Яшин, канд. техн. наук, доцент; А. А. Романова, инженер; А. В. Савин*, канд. техн. наук
ФГБОУ ВО Пензенская ГСХА, Россия, e-mail: Jashin1982@mail.ru; *ОАО Птицефабрика «Васильевская», Россия
Основной продукцией молочного скотоводства сельскохозяйственных предприятий является цельное молоко, которое, как и его составляющие (сливки и обезжиренное молоко), являются сырьем для производства различных молочных и иных продуктов питания. В большинстве линий первичной обработки и переработки молока применяется оборудование для разделения молока на фракции - сепараторы-сливкоотделители. Анализ их конструкций позволяет считать одним из главных недостатков данных сепараторов неравномерное заполнение межтарелочных пространств молоком, что является основной причиной снижения их производительности. Авторами предложена новая конструкция сепаратора-сливкоотделителя с коническими питающими каналами, позволяющая увеличить производительность за счет более полного и равномерного заполнения молоком межтарелочных пространств по высоте пакета тарелок барабана при минимально допустимых потерях молочного жира в обезжиренное молоко.
Ключевые слова: молоко, сливки, сепаратор-сливкоотделитель, конический питающий канал, обезжиренное молоко, межтарелочные пространства.
Введение. Одним из пунктов Госпрограммы РФ «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйст-
венной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы» [1] является техническая и технологическая модернизация АПК,
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 131
