Особенности течения масличного материала в двуугольных каналах шнековых маслоотМимных прессов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

«Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств».— Харьков, 1976,—С. 117—119.

8. Исследование процесса экструзионной подготовки мас-лосодержащего материала к извлечению масла методом прямой экстракции: Отчет о НИР (окончат.)/ Харьков, политехи, ин-т им. В. И. Ленина.— № ГР 79063309, инв. № 02860048676,— Харьков, 1986.

9. Лейбензон Л. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде.— М., 1947.

10. Л а н д а у А. Д., Л и ф ш и ц Е. М. Теоретичен физика. 7. Теория упругости.— М., 1965. -

11. Геррман X. Шнековые машины в технологии М., 1975.

12. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс М., 1962.

Кафедра общей химической технологии,

процессов и аппаратов Поступила 13.06

665.1.033:532.5

ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ МАСЛИЧНОГО МАТЕРИАЛА В ДВУУГОЛЬНЫХ КАНАЛАХ шнековых маслоотМимных ПРЕССОВ

А. Ю. АВЕРБАХ, В. Н. ГЕРАЩЕНКО, Ю. П. КУДРИН, Ю. А. ТОЛЧИНСКИЙ

Харьковский политехнический институт им. В. И. Ленина

Для интенсификации процесса отжима в ходе прессования мезги масличных семян целесообразно использовать рабочие органы специальной формы, поверхности которых вместе с поверхностью корпуса пресса образуют двуугольный в плане канал. Использование рабочих органов имеет по сравнению с обычными шнеками преимущества, обусловленные более развитой циркуляцией масличного материала в двуугольном канале, интенсивным и объемным и сдвиговым измельчениями [1, 2]. В результате повышенного сдвига происходят снижение гидравлического сопротивления фильтрации масла и выход внутреннего масла на вновь образуемые поверхности пор.

Для анализа вышеупомянутых процессов используем прием инверсии, рабочий орган считается неподвижным, а корпус пресса вращается вокруг него [3]. Течение масличного материала в двуугольном канале разбивается на продольное и поперечное: первое представляет собой сумму течений, вызванных движением стенки корпуса и перепадом давлений на концах канала, второе — циркуляцию. Интенсивность поперечного сдвига возрастает по мере приближения к острию двуугольного канала, что вызывает разрушение частиц масличного материала.

В результате происходят мгновенные подвижки фрагментов разрушившейся частицы перед занятием ими нового равновесного положения. Учитывая, что путь, проходимый частицей размером й при занятии нового положения в системе частиц с пористостью т, равен (по порядку величины) т1/3с1, получим скорость пульсации масла, увлекаемого фрагментом разрушившейся частицы порядка т1/6(Р3/ р5)>/2, где Р3 — давление в материале, р5 — плотность материала. Пульсации скорости масла создают дополнительный расход его в поровых капиллярах.

Разрушение частиц приводит также к образованию новых поверхностей поровых капилляров. На этих поверхностях находится масло, которое до разрушения было внутри них. Масло, попадая в поро-вые капилляры, приводит к дополнительному наполнению последних. Через поровый капилляр в двуугольной области весь расход разбивается на два, обусловленные законом Дарси и вышеописанными эффектами [4]. Формула для расхода фильтрации в двуугольном канале имеет следующий вид:

<7 =91 + <72,

<?1 = — уР? — т +

М

„ _ 1 ( т у/’т1''6 5 , , *

Ч2~Ч\Т=ИП ^Т7Г у М*/)>

п ~ (1 —т)/й'\

5 ~ «2/3(1 —т)2/3,

= ^2Мг^)2/3]>

XI

где ц — расход через поровый капилляр;

й—проницаемость материала; ц/ — вязкость масла;

Р; — давление в капилляре;

5 — поверхность частиц в 1 см3 ма: риала;

X (х/)— коэффициент пульсаций масла п разрушении частиц; е — толщина включений масла внут частиц.

В соотношениях (1) точка над соответствующ буквой означает производную по времени, а ко кретный вид коэффициента X не приводится вви, его громоздкости. Из системы (1) следует, что * нетика прироста отжима определяется прирост' и величиной поверхности частиц, которая, в св< очередь, определяется числом частиц п в едини объема. В феноменологические законы измельчен входит сила Р5, действующая на частицу. Если I пользовать кинетический закон измельчения следу щего вида:

п~п(ГР%п~'% (

где ^ — время; а, (3, у — постоянные, то все выр жения в системе (1) станут функциями Для си. /\; справедливо следующее приближенное вырал ние:-

Л= (^ц+Л|_) + Ф йа (Т||+Т±) «

+ <Рх>) + ^(<т„> + <т±>),

где Р± давления продольного и поперечно течений соответственно; тц, т1 — касательные напряжения продольно и поперечного течений соответствен Для оценки величин, входящих в соотношен

), заменим дву,угольный канал близким к нему ■ямоугольным. Для продольного течения такая за-:на не приводит к ошибкам, а для поперечного дельно учтем эффект острых углов. Для продольно течения используем квадратичное приближение ля скорости и,. Тогда для расхода и скорости справедливы такие формулы:

■

.■X

—

У А 'Л-

'к (0) а

у (к (0) — у) х (а — л

3/г2 (0)

X

а к (Т>)

(х) V и Р«,

(4)

Рй (х)

0^(0)

12^5

/> (я) '7]1РГ х=Н(0)/а,

е — составляющая скорости корпуса вдоль канала;

р5—вязкость масличного материала; к (а) — ширина двуугольного канала; к (0) — высота двуугольного канала. Поперечному течению в прямоугольном канале ответствует нулевой поперечный расход: <7і=0. :пользуя для поперечной циркуляции представ-ние (4), получим следующие выражения для перечной скорости Vь

и = ¥ ,. Ж __ 3/г2(°) У(Щ-У)

± х /г(0)

'Х'±к (0)

Ж

/г3 (0) 12(х<,

кЩ

V ,Р ,

(5)

= 0,

" Ш - поперечная составляющая скорости кор-са. Характерные точки циркуляционного профиля эрости — точка перемены знака и точка экстрема скорости (рис. б). Из системы (5) следует, э координаты этих точек соответственно равны: =(2/3 к (0), у** =(1/3) к (0). Оценки для поперечно-давления Р± и наибольшего значения продоль-го давления Рл (которое реализуется в случае = 0) приводят к таким выражениям:

Р|| (шах) =Р (2=®

I

(6)

'и (ОРЗ Р (*)

длина каналов всех витков, предшествующих двуугольному; г — координата вдоль канала.

Для оценки сдвига следует иметь в виду, что уугольный канал можно условно разбить на две ны. В верхней, примыкающей к корпусу, сдвиг еет одно значение, в нижней, примыкающей к по-рхности органа,— другое. Используя значение ординаты у** для верхнего и нижнего т~ сдви-

з, получаем следующие выражения:

УГ.,-и±(у**) 5 Л

к (0)—у**

V

~ 4 к (0)

/2(0)

(7)

Отдельного рассмотрения требует поведение ма-эиала в угловых областях. Для качественного :ледования используем второе уравнение (5) полярную систему координат, что позволит выя-гь роль угла раствора во двуугольной области, юлярных координатах второе уравнение (5) имеет гдующий вид:

Г ,Г0о

г30о дР± дг

(8)

где г — расстояние от вершины угла до текущей точки. Интеграция этого уравнения с условием равенства поперечного давления Р± в середине канала продольному давлению приводит к такому выражению:

Р, =Р„

бМ

/ 1_______1__ \

\ г а/2/

(9)

Если использовать примерное равенство /г (0) ж ж а0о/2, то равномерно пригодное приближенное выражение для силы Р* действующей на частицу, можно записать в таком виде (в зависимости от зоны):

І: ' -V й2 {/

и,;

(I

*>}.

-,-^г а0о [

<т ,

2Г„

. -\-Fdix)/4], <тв > ' ^ Р$х)

(10)

Г0о"

3-, <Т±> і

г

Г0О

В формулах (9) и (10) в точке г=0, т. е. в вершине величины Р±, <т± > ± обращаются в бесконечность. Эта особенность фиктивная, так как на самом деле между корпусом и поверхностью рабочего органа имеется зазор. Поэтому радиус г определен в промежутке (а/2, б), где 6 — толщина зазора. С учетом этого замечания сравнение продольной и поперечной составляющих давления и сдвиг приводит к таким выражениям:

«Р,

а <т

бГ

>

<т„ > '

Если подставить в соотношения (11) величины, характерные для прессов типа ФП, МП-68, ЕТП-20, то получится, что ЬР\/Р» — 10, <т | > ±/<т, > * ~ ~ 102.

Подстановка формул (10) в формулы (2) и (1) позволяет оценить зависимость прироста потока фильтруемого масла от геометрических характеристик двуугольных каналов а, 0о и вязкости рх.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что к факторам, интенсифицирующим отжим в двуугольных каналах, относятся поперечная циркуляция и разрушение частиц материала.

2. При разрушении частиц поровые капилляры пополняются маслом, лежащим на вновь образуемых поверхностях фрагментов разрушаемых частиц. Стенки капилляров ускоряют движение масла благодаря подвижкам частиц и установлению равновесной конфигурации после разрушения.

3. Поперечные давления и напряжение сдвига в двуугольном канале значительно превосходят соответствующие продольные величины.

4. Сила, действующая на частицу в двуугольном канале, определяется вязкостью масличного материала, а также шириной и углом раствора канала.

ЛИТЕРАТУРА

1. Коваленко В. И., Ложешник В. К., Кудрин Ю. П., Самойлов В. И. Модернизация шнековых прессов//Информ. листок / ХЦНТИ Укр-НИИНТИ,—Харьков, —1975,—№ 260,—3 с.

2. Толчинский Ю. А., Кудрин Ю. П., Коваленко В. И., Ложешник В. К. Исследование

канала двуугольной формы маслоотжимных прессов// Масложир. пром-сть.— 1976.— № 10.— С. 15.

3. Бернхардт Э. Переработка термопластичных материалов.— М.: Гостоптехиздат, 1960.— 247 с.

4. Шейдеггер А. Э. Физика течения жидкостей раз пористые среды.— М.: 1960.— 247 с.

Кафедра общей химической технологии,

процессов и аппаратов

Поступила 20.06

665.325.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ЯДРЕ КОСТОЧКОВЫХ МАСЛОСОДЕРЖАЩИХ КУЛЬТУР ПРИ СУШКЕ

А. А. АРТИКОВ, А. Ф. САФАРОВ, Т. Ш. ШОМУРАДОВ, К. X. ГАФУРОВ

Бухарский технологический институт пищевой и легкой промышленности Ташкентский ордена Дружбы народов политехнический институт им. А. Р. Беруни

Глубина биохимических процессов в ядрах косточковых культур, происходящих при тепловом воздействии, во многом зависит от температуры £ и продолжительности термообработки т. Чем дольше время сушки и выше температура ядер, тем интенсивнее нежелательные биохимические процессы: окисление масла в ядрах, денатурация белков, ферментативный гидролиз амигдалина, которые приводят к ухудшению технологических свойств ядер и качества получаемого масла (повышение кислотного числа К. ч., изменение цвета, горьковатый вкус и т. д.) [I, 2].

Исходя из этого, термообработку ядер желательно осуществлять при таком температурном режиме, в котором ядра нагревались бы до / не выше 80° С.

Трехсекционные шнековые испарители, применяемые в настоящее время в производстве косточкового масла, в которых сушка ядер осуществляется через греющие стенки глухим паром [1] , имеют следующие недостатки. Ядра, находящиеся вблизи стенки, интенсивнее нагреваются за счет теплопе-реноса и трения ядер о стенки паровой рубашки аппарата, чем находящиеся в центре аппарата, т. е. тепловая энергия неравномерно распределяется по слою ядер. Кроме того, процесс сушки длится долго, и ядра при этом нагреваются до / более 80° С.

При сушке ядер плодовых косточек инфракрасным ИК энергоподводом проницаемость лучистой энергии изменяет характер протекания процесса [3, 4]: энергия излучения, проникая в глубь ядра, интенсифицирует перенос влаги из центральных слоев к поверхностям ядра, что приводит к значительному сокращению времени сушки. За счет поглощения ///(-лучей происходит плавление липидов, частичное разрушение клеточной структуры ядра, удерживающей липидные гранулы, и масло переходит в относительно свободное состояние, благодаря чему улучшаются условия извлечения его из ядер плодовых косточек методом холодного прессования.

В связи с этим значительный интерес представляет исследование температурного поля при ИК-нагреве с целью определения рациональных режимов ведения процесса, приводящих к интенсификации сушки ядер косточковых масличных культур. Для проведения экспериментов была собрана лабораторная //ЛГ-установка, которая состоит из корпуса, выполненного из листовой стали, и непосредственно рабочей камеры, представляющей собой прямоугольную емкость из листовой стали с хромовым покрытием. Рабочая камера укреплена в корпусе при помощи распарок, промежуток между ними заполнен теплоизоляционным материалом (асбокартоном).

В верхней части камеры на изоляторах укрепле четыре нагревательных элемента инфракраснс излучения типа КГТ 220—1000, объединенных в д группы по два нагревателя. Этим предусматри! ется использование как двух нагревателей, так всех четырех одновременно.

Для измерения температуры в различных слс и в рабочей камере использовались хромель-ко: левые термопары (диаметр спая 0,2 мм), помещ| ные во фторопластовые трубочки и соединенны? регистрирующим приибором КСП-4. Погрешно< измерения температуры определяли по форму.

К-Х, 0,5-300 |50С

П --

100

100

где

К

х„

класс точности прибора КСП-4, К= О предел измерения прибора КСП-4, А'( = 300° С.

Толщина засыпки ядер составляет 6—7 мм, т ядра помещаются на под камеры в один ярус выс той 6—7 мм. При этом измеряли температуру то„ ко одного ядра-образца. Зачеканку термопар ядро-образец осуществляли следующим образе ядро просверлили сверлом стоматологической б( машины (диаметр сверла 0,5 мм) в двух местах ни ней части и в середине (рис. 1 о). Верхняя ча( термопары, которая непосредственно заделывает в ядро (кроме спая), изолирована термостойк лаком, и диаметр этой части термопары тоже 0,5 . (рис. 1 б), что обеспечивает плотность вхожден в отверстия ядра-образца.

Рис. 1. 1 — ядро-образец; 2—спай термопары; 3 — ел термостойкого лака; 4 — фторопластовые трубочки; 5 хромель-копелевые провода

Под ИК-камеры состоит из двух мет^ллическ нержавеющих листов, внутри которых имеет теплоизоляционный материал. Под имеет три отв« стия диаметром 1 мм, находящиеся друг от дру на расстоянии 2 мм. Через эти отверстия снизу по проходят термопары и заделываются в просверле