CC BY
53. Muratov I.K., Mamedov R.G., Aliev T.C. System for measuring geometric parameters of objects in noisy conditions. "Bulletin of the higher technical educational institutions of Azerbaijan" No. 3 (61), ASOA, Baku, 2009, p. 48-51.
4. Mamedov R.G. Ensuring invariance of image recognition to linear displacements and scales in adaptive robots [Text] / R.G. Mamedov, T.C. Aliev//Optoe-lectronic information and energy technologies. 2009. No. 1 (17). P. 26-31.
5. Increasing the reliability of object recognition by technical vision systems in automated production
[Text] : Proceedings of the 1st international symposium, September 14, 2010 Nepryakhino, Chelyabinsk region. Editorial board: N.P. Ershov (editor-in-chief). Moscow: RAS, 2010. 202 p.
6. Recognition of aircraft made using the "Stealth" technology [Text]: Materials of the 4th All-Ukrainian scientific-practical conference of young scientists and students (April 2011) / editor-in-chief. S.V. Dotsenko. -Sevastopol: SevNTU, 2011. 165 p.
7. Alexandrov, A.V. Strength of materials. [Text] /A.V. Alexandrov - M.: Vyssh. shk., 2003. 560p.
УДК 631.362:665.335.5
IMPROVING THE EFFICIENCY OF PRESSING THE MALE OF CASTOR SEEDS IN THE SCREW
PRESS
Nadikto V.
doctor of technical sciences, professor of Department of Machine Usage in Agriculture, Dmytro Motornyi Tavria State Agrotechnological University, Melitopol, Ukraine
Zhuravel D.
doctor of technical sciences, professor of Department of Technical Systems and Technology in Livestock, Dmytro Motornyi Tavria State Agrotechnological University, Melitopol, Ukraine
Chebanov A.
candidate of technical sciences, senior lecturer of Department of Electric Power Engineering and Automation, Dmytro Motornyi Tavria State Agrotechnological University, Melitopol, Ukraine
Verechaga O.
postgraduate of Department of Technical Systems and Technology in Livestock, Dmytro Motornyi Tavria
State Agrotechnological University, Melitopol, Ukraine
ЩДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 ПРЕСУВАННЯ МЕЗГИ НАС1ННЯ РИЦИНИ У
ШНЕКОВОМУ ПРЕС1
Надикто В.Т.
Доктор технгчних наук, професор кафедри машиновикористання в землеробствI Тавртського державного агротехнологгчного унгверситету 1мет Дмитра Моторного
Журавель Д.П.
Доктор технгчних наук, професор кафедри технгчного сервгсу та систем в АПК Тавртського державного агротехнологгчного унгверситету 1мет Дмитра Моторного
Чебанов А.Б.
Кандидат технгчних наук, старший викладач кафедри електроенергетики I автоматизацИ Тавртського державного агротехнологгчного унгверситету 1мет Дмитра Моторного
Верещага О.Л.
Аспгрант кафедри технгчного сервгсу та систем в АПК Тавртського державного агротехнологгч-
ного унгверситету 1мет Дмитра Моторного
Abstract
In the article it is offered to carry out calculation of constructive parameters of screw presses of different productivity at pressing of pulp of castor seeds through experimentally established law of its compression. This law provides for the calculation of free volumes between specific numbers of pressing turns. The efficiency of pressing the castor seed pulp of each pressing turn was established, due to which the required number of pressing turns of the press was substantiated.
Анотащя
У статп запропоновано виконувати розрахунок конструктивних napaMeipiB шнекових npeciB pi3Hoi' продуктивное^ при пресуванш мезги насшня рицини через експериментально установлений закон и сти-снення. Такий закон забезпечуе розрахунок вшьних об'eмiв мiж конкретними номерами пресувальних витав. Встановлено ефектившсть пресування мезги насшня рицини кожного пресувального витка, за раху-нок чого обгрунтовано потpiбну шльшсть пресувальних витав пресу.
Keywords: castor seeds, kernel, pressing, auger shaft, expanded channel, extruder, relative mass of oil, compression ratio.
Ключевые слова: насшня рицини, мезга, пресування, шнековий вал, розгорнутий канал, пресуючий виток, ввдносна маса олл, стутнь стиснення.
Постановка проблеми. Попередне пресування олшних культур (форпресування) дозволяе за допомогою попередньо проведено! волого-теплово! обробки iх м'ятки та невеликого тиску при пресу-ваннi отримати з мезги до 85% олл без застосування спецiального розчинника [1]. Продуктом переробки рицини е рицинова ол!я, яка застосовуеться у вшсь-ковiй, хiмiчнiй, електротехнiчнiй, медичнiй, косме-тичнiй, лакофарбовiй промисловостi [2-4], а також в сшьському господарствi при виготовленш бюпа-ливах [5-8]. Рицина за сво!ми фiзико-механiчними властивостями вiдрiзняеться ввд iнших олiйних культур [9], iз-за цього застосування юнуючих нинi пресiв для вiджиму рициново! олii е неефективним. Створення ж якогось спещального пресу для вщжи-мання рициново! олii не зможе задовольнити всiх виробникiв продукцл, так як кожний iз них орiен-туеться на певну продуктивнiсть цього обладнання.
Тому, виникае проблема установления закону стиснення насшня рицини, використання якого дозволить розрахувати конструктивш параметри пресу i забезпечити зб№шення виходу рициново! олл.
Аналiз останшх дослiджень. В роботах [1011] викладено методику експериментальних дослi-джень окремо для кожного пресувального витка шнекового пресу та проведено обробку результапв дослiджень за методикою багатофакторного експе-рименту. При проведеннi таких експериментальних дослвджень використовували метод розгорнутого каналу. Функщею ввдгуку установлено вiдносну масу рициново! олл, Найвпливовшими факторами, що впливали на процес пресування мезги насшня рицини, прийнято наступнi: а) стушнь стиснення мезги £ , ввдносних одиниць (в.о.), що визначався вщношенням першопочаткового об'ему мезги, яку завантажували до розгорнутого каналу, до кшце-вого об'ему матерiалу, що обумовлений визначе-ним тиском при стисненнц б) температура мезги всередиш каналу /, °С; в)зазор у зеерних пластинах розгорнутого каналу 5 , мм.
Обробку експериментальних дослвджень вико-нували згiдно з вщомими методиками [12-13].
В результата проведених дослiджень отримано наступне: на першому пресувальному витку стутнь стиснення складае £ = 1,42 ; на другому -£ = 1,79, на третьому - £ = 2,09; на четвертому - £ = 4,67; на п'ятому - £ = 5,35 ; на шостому -£ = 6,21; на сьомому - £ = 7,29; на восьмому -£ = 9,29 (рис. 1); зазор у зеерних пластинах з пер-шого по четвертий пресувальний виток 5 = 1,5 мм, з п'ятого по восьмий - 5 = 1,0 мм; температура мезги тд час пресування / = 105 °С.
В якосп показника ефективносп ц , в.о., при ввджиманш мезги насшня рицини приймали вщно-сну масу олл, яка не залежала ввд продуктивносп [10]:
т0
ц = —0--> тах; (2)
тзад
де т0 - маса олл тсля пресування мезги у ро-
згорненому канал^ г.; тзад - маса мезги перед
пресуванням, г.
Шсля проведення експериментальних дослщжень та оптимiзацii даних отримано критерш оптимiзацii на рiвнi: на першому пресувальному витку вщносна маса олп складае ц = 0,0812; на другому - ц = 0,272; на третьому - ц = 0,368; на четвертому - ц = 0,409; на п'ятому -ц = 0,454; на шостому - ц = 0,47 ; на сьомому -ц = 0,489; на восьмому - ц = 0,496 (рис. 1)
Формулювання цшей статт - тдвищення ефективносп процесу вщжимання олп iз насшня рицини шляхом визначення оптимальних констру-ктивних параметрiв пресу з урахуванням його про-дуктивносп.
Основш результати дослвджень. Враховуючи дослвдження [10-11], побудуемо загальну залежнiсть номеру витку шнекового пресу п ввд оптимiзованого ступеню стиснення £, що отримано на конкретному пресувальному витку (рис. 1).
£, В.O.
п, виток
Рисунок 1 - Залежшсть ступеня стиснення вiд номера пресувального витка
Застосувавши обробку залежностi (рис. 1) в ЕХЕЬ, отримали закономiрнiсть впливу номера пресувального витка (п) на стутнь стиснення мезги рицини:
е = 1,109е°,28Ьп. (2)
Якщо врахувати те, що стутнь стиснення мезги окремо на кожному пресувальному витку витку шнекового пресу - це вiдношення Н об'ему на пер-шому витку до об'ему у кожному наступному витку вiдповiдно, вiльнi об'еми мiж пресувальними витками можна визначити за формулою:
VI
1 (3)
V„ =■
0,281-и
1,109е °
де У\ - об'ем мезги, що завантажуеться у перший пресувальний виток шнекового пресу, м3; Уп
- об'ем мезги, що може знаходитися у п-ному пре-сувальному витку шнекового пресу, м3.
Конструктивно змiнити вiльний об'ем пресу-вальних витков за довжиною шнекового вала можна за допомогою вщповщного конструктивного вико-
нання робочих оргашв (зеерного цилiндру та шнекового валу з пресувальними витками). Конструк-тивш змiни у цих робочих органах можна здшснити наступним чином: змшити вiдстань (крок гвинта) м1ж пресувальними витками; змiнити дiаметр робо-чо! камери; змiнити висоту пресувальних витков; змiнити дiаметр робочо! камери та змшити крок гвинта [14].
Проведемо обгрунтування застосування отри-маного закону стиснення (2) при початковому роз-рахунку конструктивних параметрiв пресу у варiа-нтi зi змшними кроком гвинта (рис. 2). В№ний об'ем (поз. 2 рис. 2) мезги першого пресувального витка (поз. 5, рис. 2) визначае подальшу продукти-внiсть шнекового пресу, необхвдну для задоволення потреб виробника продукцп. Знаючи такий об'ем (поз. 5, рис. 2) i номер пресувального витка, можна визначити вс iншi вiльнi об'еми (поз. 3, 4, i т.д. рис. 2) мiж iншими пресувальними витками (поз. 6, 7, i т.д. рис. 2). Дал^ не змiнюючи встановленi в№ш об'еми мiж пресувальними витками, розрахувати всi iншi конструктивнi параметри такого шнекового пресу з урахуванням його вщповвдно! продук-тивностi.
1 - зеерний цилтдр; 2 - вшьний об 'ем першого пресувального витка ; 3, 4 - вшьш об 'еми тших пресувальних витюв; 5 - перший пресувальний виток; 6, 7 - iншi пресувальш витки; 8 - завантажувальний бункер;
9 - шнековий вал
Рисунок 2 - Конструктивне виконання шнекового пресу у варiантi зi змтними кроком гвинта
Наприклад, виробник бажае отримати продук-тивнiсть шнекового пресу за рициною 15 тон на добу. За восьмичасового робочого дня, така проду-ктившсть буде становити 15 ^ 8 = 1,875 т/год або 1875 кг/год. При середньому чай перебування мезги у шнекових пресах близько 1,5 хвилини (0,025 години), вшьний об'ем першого пресувального витка повинен бути таким, щоб помiстити 47 кг ( 1875 • 0,025 « 47 кг) мезги насiння рицини. Шсля встановлення конструктивних параметрiв вiльного об'ему першого пресувального витка, всi iншi - ро-зраховуються за рiвнянням (3).
р, в.о.
0,2
0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0
1
Якщо використати залежшсть ступеня стис-нення мезги вiд номера пресувального витка (рис. 1), отримаемо залежшсть вщносно! маси оли, що отримуеться на кожному ступенi стиснення шнекових прейв (рис. 4). 1з !! аналiзу випливае, що макси-мальний вихвд рициново! оли мае мюце за ступеню стиснення мезги на рiвнi 1,42. За под№шого зб№-
При встановленому ступенi стиснення кожного пресувального витка, визначено ввдносну кшь-к1сть олл, що отримуеться на п-му пресувальному витку для заданно! маси мезги т0 (рис. 3). Як ба-чимо, найб№ший вихвд олл ввдбуваеться на другому витку. На восьмому пресувальному витку ви-хвд оли практично знижуеться до нуля. Звiдси випливае, що зб№шення кiлькостi витков б№ше восьми призведе лише до зростання тиску в шнеко-вому пресi та збiльшення витрат потужностi на пре-сування. Саме тому при пресуваннi мезги найння рицини достатня к1льк1сть пресувальних витав не повинна перевищувати 8.
шення цього показника, ефектившсть вiджиму рициново! олi! рiзко зменшуеться. За позначки £ = 9,4 цей процес практично припиняеться. З огляду на це, виготовлення витков пресу iз параметрами, яш забезпечують умови £ > 9,4, е недоцi-льним
M,
0,2 0,1B 0,16 0,14 0,12 0,1 0,0B 0,06 0,04 0,02 0
в.о.
♦
1
\
W--
01 234567B9 10
e, в.о.
Рисунок 4 - Залежтсть eid^moï маси олИ' eid ступеня стиснення мезги
З урахуванням даних рис. 3 та рис. 4, загальна вщносна маса олл що отримана шсля пресування на восьми витках шнекового пресу, складае Л = 0,496. Так як максимальна ж олшшсть найння рицини складае 55% [15] або можна записати як Лтах = 0,55. Вщповвдно, шльшсть олй' пiсля
пресування, що залишилася у матерiалi буде визна-чено як:
Ал = ¡max - л = 0,55 - 0,496 = 0,054.
Якщо це значення помножити на 100 %, то отримаемо остаточну олiйнiсть макухи, яка складае 5,4%. У ввдповщносп з [16], шсля першого пресування, остаточна олшшсть макухи рицини повинна становити 8,5%. А це означае, що завдяки ошгашзацп конструктивних параметрiв - вiльних об'емiв мiж пресувальними витками шнекових прейв, показник олiйностi макухи рицини вдалося зменшити додатково на 8,5-5,4=3,1%
Також потрiбно зазначити, що на ефектившсть пресування, о^м встановлених вiльних об'емiв мiж пресувальними витками шнекових прейв буде впливати i вибiр вщповщного конструктивного виконання 1х робочих оргашв (крок гвинта; дiаметр робочо! камери, висота пресувальних витков та 1х поеднання), що е предметом подальших дослвджень.
Висновки. Установлено закон стиснення мезги рицини для шнекових прейв, за допомогою якого для кожного порядкового номера пресуваль-ного витка шнекового пресу визначаються вгльт об'еми при рiзнiй продуктивносл по найнню рицини iз забезпеченням максимально! ефективносп процесу. Розрахунок всiх шших конструктивних параметрiв шнекового пресу може бути здшсненим iз дотриманням розрахункових значень згiдно цього закону стиснення. Достатня кшьшсть пресувальних витшв складае вiсiм. Шляхом оптимiзацiï
конструкгивно-технолопчних napaMeTpiB шнекових прейв, показник олшносп макухи додатково знижуеться на 3,1%.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ:
1. Гудзенко М. М. Рiзновиди конструкцiй прейв для вщжимання олй' // Пропозищя. 2013. № 3. С. 146-149.
2. Barnes, D. J., Baldwin, B. S., & Braasch, D. A. (2009). Degradation of ricin in castor seed meal by temperature and chemical treatment. Industrial Crops and Products, 29(2-3), 509-515.
3. Mutlu, H., & Meier, M. A. (2010). Castor oil as a renewable resource for the chemical industry. European Journal of Lipid Science and Technology, 112(1), 10-30.
4. Malajowicz, J., & Kusmirek, S. (2016). Characteristics and possibilities of industrial use of castor oil. Przemysl Chemiczny, 95(9), 1756-1760.
5. Deb, A., Ferdous, J., Ferdous, K., Uddin, M. R., Khan, M. R., & Rahman, M. W. (2017). Prospect of castor oil biodiesel in Bangladesh: Process development and optimization study. International Journal of Green Energy, 14(12), 1063-1072.
6. Zhu, Q. L., Gu, H., & Ke, Z. (2018). Congen-eration biodiesel, ricinine and nontoxic meal from castor seed. Renewable Energy, 120, 51-59.
7. Hadiyanto, H., Yuliandaru, I., & Hapsari, R. (2018). Production of Biodiesel from Mixed Waste Cooking and Castor Oil. In MATEC Web of Conferences (Vol. 156, p. 03056). EDP Sciences.
8. Conejero, M. A., César, A. D. S., & Batista, A. P. (2017). The organizational arrangement of castor bean family farmers promoted by the Brazilian Biodiesel Program: A competitiveness analysis. Energy Policy, 110, 461-470.
9. Дщур В. А. Зубкова К. В. Анaлiз дослщження фiзико-мехaнiчних властивостей
насшня рицини // Пращ Тавршсько! державно! агротехшчно! академи. Мелiтополь, 2004. Вип. 19. С. 22-28.
10. Дщур В. В., Чебанов А. Б., Дщур В. А., Назарова О. П., Верещага О. Л. Оптишзащя конструкти-вно-технологiчних параметрiв шнекового преса для вь джимання мезги насiння рицини (на приклада одного витка шнекового вала) // Центральноукрашсьий нау-ковий вiсник. Техшчт науки. 2019. Вип. 2(33). С. 3443.
11. Дщур В.В., Чебанов А.Б., Дщур В.А., Назарова О.П., Верещага О.Л. Оитишзащя конструктивно-технолопчних параметр1в шнекового преса для вщжи-мання мезги насшня рицини Науковий вкник Таврш-ського державного агротехнолопчного унiверситету. 2019. Вип. 19. Том 4. С. 21-32.
12. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. - 2-е изд. Л.,1980. 168 с.
13. Васильковський О.М., Лещенко С.М., Васильковська К.В., Петренко Д.1. Шдручник дослщника. Навчальний поабник для студентiв агротехшчних спецiальностей. Кiровоград, 2016. 204 с.
14. Журавель Д. П., Чебанов А. Б., Верещага О. Л. Аналiз способiв отримання олiйних матерiалiв iз насiння рицини. Технiчне забезпечення iнновацiйних технологiй в агропромисловому комплекс : матерiали II М1жнародно! науково-практично! конференцii, 02-27 лист. 2020р. Мелггополь : ТДАТУ, 2020. С. 1-6.
15. Клещевина / под ред. В. А. Мошкина. М. : Колос, 1980. 352 с.
16. Гавриленко И. В. Оборудование для производства растительных масел. М. : Пищевая промышленость, 1959. 370 с.
