Центробежное фильтрование растительных масел на вертикальной конической центрифуге Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 633.34.664.0:636.084 Г.М. Харченко

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ФИЛЬТРОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ НА ВЕРТИКАЛЬНОЙ КОНИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИФУГЕ

Ключевые слова: растительные масла, фильтрование, центрифуга, усеченный конус, качество, параметры, математическая модель, эксперимент, анализ, адекватность.

Введение

Приобретает большую актуальность проблема совершенствования оборудования для очистки растительных масел и разработки малогабаритного оборудования для условий сельскохозяйственных предприятий на основе обобщения имеющихся исследований и продолжения исследовательских и конструкторских работ. Поэтому научная проблема состоит в развитии основ общей теории, обосновании и разработке системных требований к техническим средствам очистки растительных масел для предприятий агропромышленного комплекса.

Объект исследования - технологический процесс очистки растительных масел в вертикальных фильтрующих конических центрифугах.

Результаты исследования

Вертикальная фильтрующая коническая центрифуга, ротор которой показан на рисунке 1, предназначена для очистки растительных масел. Масло поступает в центрифугу через заливной цилиндр 11, затем через перфорацию втулки 4 попадает в межобечаечную полость 10.

Под действием сил гидростатического напора и проекции переносной силы инерции, вызванных вращением ротора, закрепленного на приводном валу 1, неочищенное масло движется в пространстве между обечайками 5 и 15 вдоль образующей конуса по каналам, образованным порами фильтрующего материала (цеолита) 10. При этом наиболее легкие фракции масла располагаются вдоль стенки внутренней обечайки 15, а наиболее тяжелые — вдоль стенки внешней обечайки 5. При достижении верхней части ротора наиболее легкая и качественная фракция очищенного масла выводится через регулировочные отверстия 8 в крыш-

ке (рис. 1) [1]. После очистки масла, когда поры цеолита полностью заполнятся примесями и производительность центрифуги значительно снизится, открывается крышка ротора, включается привод центрифуги и под действием центробежных сил цеолит выводится.

Рис. 1. Конструктивная схема ротора экспериментальной центрифуги:

1 — вал привода; 2 — основание ротора;

3 — диск для крепления наружной обечайки ротора; 4 — перфорированная втулка; 5 - наружная коническая обечайка;

6 — кольцо крепления наружной обечайки;

7 — болты крепления крышки роторов;

8 — отверстия в крышке ротора; 9 — крышка ротора; 10 — фильтрующий материал (цеолит); 11 — заливной цилиндр;

12 — гайка крепления ротора; 13 — болт крепления обечаек ротора; 14 — диск для крепления внутренней обечайки ротора; 15 — внутренняя обечайка ротора

Получена математическая модель [2].

Др = рв — р, = 46,52РотВ р, V1 v [^тах О —

— (Гтах Гтіп)]3 / [ш Сц кц1І (1)

где Др — разность плотностей очищенного в центрифуге масла р3 и дисперсионной фазы р, ;

Еотв — площадь отверстий на выходе из центрифуги, м2;

р, — плотность дисперсионной фазы масла, кг/м3;

у1 — коэффициент расхода;

V — кинематическая вязкость фильтруемого масла, м2/с;

Rmax, Rmin — максимальный и мини-

мальный радиусы наружной обечайки ротора центрифуги, м;

гтах, гтт — максимальный и минимальный радиусы внутренней обечайки ротора, м;

ш — частота вращения ротора центрифуги, с-1;

Сц — показатель, характеризующий влияние параметров фильтровальной перегородки (цеолита) на производительность конической центрифуги, м2;

кц1 — показатель, характеризующий

ц 3

влияние конструктивных параметров, м .

Преобразовав уравнение (1), получим площадь поверхности осаждения ротора центрифуги, м2:

Р = Гтп {[(гтіп + Н ІдОУтпЇЇ5 + [(гтіп +

+ НідО + г2)(Гтіп+Й2)]5}2 /

/[(ГтпГтах)5 ІдО], (2)

где Н - высота конуса ротора, м;

&о — угол между осевой линией и образующей ротора центрифуги;

12 — радиальное расстояние между обечайками ротора центрифуги, м; тогда Др = 46,52Ротв р, V1 V / [ш Сц Р]. (3) Показатель, характеризующий влияние параметров фильтровальной перегородки (цеолита) на производительность конической центрифуги

Сц= в 2а % 3 /(+ ), (4)

где в - эквивалентный диаметр частиц цеолита, м;

а - коэффициент порозности;

% - коэффициент пористости.

Экспериментальные исследования проведены на вертикальной фильтрующей конической центрифуге с параметрами [3, 4]: минимальный радиус внутренней обечайки конуса ротора гтіп = 0,04 м, радиальное расстояние между внутренней и наружной обечайками ротора 12 = 0,028 м, высота конуса ротора Н = 0,135 м, тангенс угла наклона между образующей ротора с вертикальной осью центрифуги ід 35° = 0,7.

Экспериментальные (Дрэксп, кг/м3) и теоретические разности плотностей (Дртеор, кг/м3) приведены в таблице.

Теоретическая разность плотностей (Дртеор, кг/м3) рассчитана по формуле (3), полученной на основании теоретических исследований, при конструктивнокинематических параметрах экспериментальной центрифуги в соответствии с планом многофакторного эксперимента. Действующими факторами приняты частота вращения ротора центрифуги, площадь отверстия на выходе из центрифуги, эквивалентный диаметр частиц цеолита.

Экспериментально полученная плотность дисперсионной фазы рf = 907,9 кг/м3.

С использованием программы ЕхсеІ по данным таблицы построен график (рис. 1) сходимости теоретических и экспериментальных данных разности плотностей очищенного подсолнечного масла и дисперсионной фазы и получено уравнение регрессии

Д ртеор = 0,726Д рэкс + 2,48 (5)

Таблица

Теоретическая (Лртеор) и экспериментальная (Арэксп) разности плотностей очищенного подсолнечного масла и дисперсионной фазы

№ опыта Теоретическая разность плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы (Дртеор), кг/м3 Экспериментальная разность плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы (Дрэксп), кг/м3

8 2,68 2,7

3 3,08 3,1

7 5,86 6

4 6,26 6,3

2 6,36 6,4

12 6,95 7

11 7,05 7,02

1 8,24 8,3

5 9,5 9,6

9 9,23 9,3

10 10,13 10,2

6 11,42 11,5

Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 5 (55), 2009

63

ю

І?

ін

О

О

*

н

о

ч

С

-а

н

о

о

*

ІЗ

а

3

о

<и

н

<и

а

о

<и

Н

Экспериментальная разность плотностей, кг/м.куб.

Рис. 2. График сходимости теоретических и экспериментальных данных разности плотностей очищенного подсолнечного масла и дисперсионной фазы

Теснота связи между теоретическими и экспериментальными значениями разности плотностей характеризуется коэффициентами корреляции R = 0,975 и детерминации R2 = 0,95 и указывает на хорошую связь.

Так как расчетный критерий Фишера Рр = 6,33 больше табличного Рт = 2,4, теоретические положения адекватно отражают процессы очистки растительных масел в конических центрифугах.

Выводы

Полученные данные позволяют использовать теоретическую зависимость разности плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы при прогнозировании качественных показателей очистки растительных масел на проектируемых центрифугах, для расчета и обоснования конструктивно-кинематических параметров центрифуг на заданную производительность.

Библиографический список

1. Центрифуга для очистки жидкости:

пат. 2313401 РФ: МПК В 04 В 3/00, В 04 В 11/00 / Земсков В.И., Харченко Г.М.; заявитель и патентообладатель Земсков В.И. № 2006120778/12; заявл.

13.06.2006; опубл. 27.12.07, Бюл. № 36.5 с.

2. Земсков В.И. Моделирование технологических линий производства соевого масла / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Техника в сельском хозяйстве. - 2007. -№ 6. - С. 14-17.

3. Харченко Г.М. Механикотехнологические основы фильтрации растительных масел в конических центрифугах (основы теории и расчета): монография / Г.М. Харченко. - Барнаул: Изд-во АГАУ; Азбука, 2008. - 158 с.

4. Земсков В.И. Методика расчета рациональных параметров конических фильтрующих центрифуг для очистки растительных масел / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. -№ 3. - С. 11-13.

+ + +