Влияние конструктивно-кинематических параметров биконической вертикальной фильтрующей центрифуги вфкц-2 на кислотное число очищенного подсолнечного масла Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Результаты экспериментов и их обсуждение Данные показывают, что эффективность процесса разуплотнения почвы промораживанием зависит от ее влажности и плотности на момент промораживания. Эта зависимость является нелинейной и имеет точку максимума, соответствующую оптимальной влажности, при которой почва определенной плотности максимально эффективно разуплотняется. Например, для почвы плотностью 1,1 и 1,2 г/см3 оптимальным интервалом влажности для разуплотнения промораживанием является 29-31 %, для более плотной почвы с исходной плотностью 1,3 и 1,4 г/см3 — 28,5-30,5 и 28-30% соответственно.

Таким образом, для обеспечения эффективного процесса разуплотнения уплотненной почвы промораживанием необходимо оптимальное количество влаги — не менее 28%.

Вывод

Анализ экспериментальных данных позволяет прогнозировать эффективность процесса саморазуплотнения почвы промораживанием в естественных условиях, а также наметить и разработать необходимые мероприятия при осенней обработке почвы.

Библиографический список

1. Ревут И.Б. Физика в земледелии / И.Б. Ревут. М.: Физматгиз, 1960.

2. Скворцова Е.Б. Трансформация по-рового пространства уплотненных почв в ходе сезонного промерзания и оттаивания / Е.Б. Скворцова, П.М. Сапожников // Почвоведение. 1998. № 11. С. 1371-1381.

3. Почвоведение / под ред. И.С. Кау-ричева. 3-є изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1982. 496 с.

+ + +

УДК 633.34:664.0:636.084 Г.М. Харченко

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БИКОНИЧЕСКОЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЦЕНТРИФУГИ ВФКЦ-2 НА КИСЛОТНОЕ ЧИСЛО ОЧИЩЕННОГО ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА

Теоретическим основам производства и очистки растительных масел, вопросам совершенствования конструкций аппаратов, оптимизации параметров и их рабочих органов посвящены работы следующих авторов: В.А. Арутюнян, В.В. Белобородова, И.В. Гавриленко, Г.И. Гарбузовой, А.И. Г олдовского, В.П. Доценко, С.М. Доценко, Б.Н. Тютюнникова, В.Г. Щербакова, М.И. Журавлева,

В.Х. Паронян, В.М. Копейковского, И.М. Товбина, Г.Г. Фаниева, В.А. Жуж-жикова, В.И. Соколова и др.

В работах В.А. Жужжикова, В.И. Соколова большое внимание уделяется теоретическим основам очистки растительных масел, в частности, центрифугированию и анализу конструкций центрифуг [1, 2]. Технологический процесс очистки растительных масел в биконической центрифуге описан в монографии [3].

В биконической фильтрующей центрифуге ВФКЦ-2 процесс очистки растительных масел будет происходить путем осаждения в центробежном и гравитационном полях с одновременной фильтрацией при прохождении через слой фильтрующего материала — цеолита.

Качество очистки в центрифуге ВФКЦ-2 зависит от производительности, которая регулируется за счет изменения площади выходных отверстий из рабочего пространства ротора [4, 5]. Течение масла через отверстие небольшой длины, равной 0,5 от диаметра отверстия, можно рассматривать как течение при полном сжатии струи. При толщине крышки, равной 3 мм, и диаметре отверстия 1,5 мм, принятых в центрифуге, это условие обеспечивается за счет притупления кромки. В этом случае можно принять

М=Р0ТВ^Р!{2^Р/Р!Г, (1)

где Рогв — площадь отверстия на выходе из центрифуги, м2;

/л, — коэффициент расхода;

Ар — давление жидкости, Па; р( — плотность очищенного масла, кг/м3.

Давление жидкости в биконической центрифуге с четом [5]:

Ар = ргсо2(^-г02)/2, (2)

где со — частота вращения ротора центрифуги, с1;

I? — средний радиус наружной обечайки ротора центрифуги, м;

г0 — средний радиус внутренней обечайки, м.

Средние радиусы определяются по уравнениям:

£ = (КтахКтіп)5; (3)

го=(гтзх г,,,,)5, _ (4)

где /?тах, Rmn — максимальный и минимальный радиусы наружной обечайки ротора центрифуги, м;

г... , г „ — максимальный и минималь-

IНал ' ЧИП

ный радиусы внутренней обечайки ротора, м; тогда

Ар = р, ш2[(/?тах £тіп) - (гтдх гтт)] /2 (5)

и производительность

М=Еотв И і Р, (2Ар/^)5 =

= Рота Щ ¥і «[(^тах ^тіп)-(^тах *тш)Ґ'■

Окончательно получим ^ = Ротв р, у, со [(/?тах 1?тп) - (гтдх гт,„)]5. (6) Согласно [6]

У/ = 0,0215ш См Сц кц1, (7)

где См — показатель, характеризующий влияние свойств обрабатываемого масла на производительность конической центрифуги, кг с/м5;

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

кц1 — показатель, характеризующий влияние конструктивных параметров, м3.

С=с!2е Є /(1+0- (8)

где с/ - диаметр частиц цеолита, м;

є - коэффициент порозности фильтрующего материала, экспериментально получено є = 8 d + 0,4;

4 - коэффициент пористости фильтрующего материала, экспериментально получено £ = 26,75 с/ + 0,67.

кц] = гМп / ідв0{[ ( гтт+ Н ідв0) гтіп] 5+

+ [( Гтіп+ Н *9()0+ 4Х Гшт+ (9)

где Н высота конуса ротора, м;

60 — угол между осевой линией и образующей ротора центрифуги, град.;

{2 — радиальное расстояние между обечайками ротора центрифуги, м.

Приравняв уравнения (6) и (7), получим

w = FOTB Pf У1 со [(£max RmJ - (rmax rjf = = 0,0215<аСмСцкц1. (10) Из уравнения (8) следует, что

См = FОТВ Pf Pi [l.^rnax ^rnin) “

~(rmaxrmin)f /[0,02]5соСцкц1]. (11)

Уравнение (11) является основным уравнением фильтрования в биконических фильтрующих центрифугах.

Оно показывает влияние кинематических, конструктивных параметров и параметров фильтровальной перегородки на качественные показатели функционирования вертикальных фильтрующих конических центрифуг.

С целью выявления влияния конструк-тивно-кинематических параметров центрифуги ВФКЦ-2 на кислотное число очищенного масла проведен натурный эксперимент. Эксперимент проведен на центрифуге со следующими конструктивными параметрами:

Rmax = ^min + Н f900 И Гmax = Гmin + Н tgd,0 при Rmm= 0,048 м, rmm = 0,04 м;

Н = 0,135 м, fge0 = fg35°=0,7, Н tgQ0 = = 0,0945 м, [{RmaxRmm)-(rmsxrmm)]S =

= 0,0382м, a v = 0,52-10~4 м2/с, d0 =

= 0,0015 м , t 2 = 0,028 м, s = 8 af+0,4, | = 26,75 d + 0,67, /сц1= 0,00181 м3.

В качестве критерия оптимизации при проведении натурного эксперимента принято кислотное число очищенного подсолнечного масла Y(K).

Обозначения и уровни варьирования принятых в исследовании факторов представлены в таблице, эксперимент выполнен по симметричному некомпозиционному плану Бокса-Бенкина.

После проведенного эксперимента выявлялись наиболее значимые факторы и их влияние на процесс очистки.

Для критерия оптимизации получены уравнения регрессии в кодированном (12) и раскодированном (13) виде:

Y = 1,77 + 0,23Х, + 0,084Х2 -

- 0,000015Х,Х2 + 0,000007X^3 “

- 0,000045Х2Х3 - 0,0023Х,2 - 0,00079Х22 + + 0,0063Х32. (12)

Оценка тесноты связи в раскодированной форме между частотой вращения ротора центрифуги, площадью отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги, эквивалентным диаметром частиц цеолита и кислотным числом очищенного подсолнечного масла оценивается коэффициентами детерминации R2 = 0,788 и корреля-

ции I? = 0,888 при доверительной вероятности р < 0,05.

Адекватность уравнения регрессии (12) оценивается расчетным критерием Фишера Р = 6,19, который больше табличного Р,абп = 4,8, следовательно, уравнение регрессии адекватно описывает экспериментальные данные.

Проверка значимости коэффициентов уравнения регрессии (12) по критерию Стъюдента показала, что все коэффициенты уравнения, кроме Ь3, значимы при доверительной вероятности а = 0,05 и числе степеней свободы с# = 5, так как рассчитанные критерии Стъюдента (^статистика) меньше критического I = 2,57.

Уравнение регрессии в раскодированном виде:

К = 2,78 + 0,00135ш ~ 0,877 Ротв-

- 599,657с/+0,000919шРотв - 0,225шсУ -

- 72,284РОТБс/ - 0,00001 со2 +

+ 0,0219Р2+ 92812,5с12. (13)

Оценка тесноты связи уравнения регрессии в раскодированной форме между факторами и кислотным числом очищенного подсолнечного масла оценивается коэффициентами детерминации /?2 = 0,912 и корреляции Р! = 0,955 при доверительной вероятности р < 0,05.

Математическая модель (13) адекватна экспериментальным данным, так как оценивается расчетным критерием Фишера Р = 14,82, который больше табличного Ртабл=6,6.

Проверка значимости коэффициентов уравнения регрессии (13) по критерию Стъюдента показала, что все коэффициенты значимы при доверительной вероятности а = 0,01 и числе степеней свободы сМ = 5, так как рассчитанные критерии Стъюдента (^статистика) меньше критического / = 4,03.

Поскольку полученные уравнения все трехфакторные, от исходных уравнений регрессии переходили к уравнениям с двумя факторами, оставляя один из факторов на постоянном уровне.

Для определения кислотного числа очищенного подсолнечного масла У'(К) рассмотрены уравнения второго порядка в раскодированном виде:

а) совместное влияние частоты вращения ротора центрифуги Х,((У, с"1) и площади отверстий на выходе подсолнечного масла из центрифуги Х2(Ротв, м2) при фиксированном значении эквивалентного диаметра частиц цеолита Х3 (с/ = 0,004 м):

К = 1,92 + 0,001 Зш - 0,14РОТВ -1,25 10“5ш2 + 0,0009Ротвш +

+ 0,01 ЗРотв2; (14)

б) совместное влияние частоты вращения ротора центрифуги Х,(ш, с"1) и эквивалентного диаметра частиц цеолита Х3(с/, м) при фиксированной площади отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Х2 (Ротв = 3,53 Ю 6 м2):

К = 3,38 - 0,048со - 844,426 -

- 1,015 10-5со2~ 0,225шс/ +

+ 91490,38с/2; (15)

с) совместное влияние площади отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Х2 (Ротв, м2) и эквивалентного диаметра частиц цеолита Х3(с/, м) при фиксированной частоте вращения ротора центрифуги Х,(ш = 150 с1):

К = 2,77 + 0,21РОТВ - 648,22с! +

+ 0,024Р2ОТВ- 72,28Ротв<^ + 94663,46с^. (16) После получения адекватных математических моделей, определяющих технологические параметры работы фильтрующей центрифуги в зависимости от величины фактора, проводился их анализ.

Сечения поверхностей откликов (рис. 1-3), построенные по уравнениям регрессии (14-16), показывают зависимости кислотного числа очищенного подсолнечного масла от факторов: частоты

вращения ротора центрифуги Х,(ф), площади отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Х2(Ротв) и эквивалентного диаметра частиц цеолита Х3(с/) при соответствующих фиксированных значениях факторов.

Iаблица

Уровни варьирования факторов

Факторы и их обозначения Уровни варьирования

-1 0 + 1

Частота вращения ротора центрифуги Х,(со), с:1 50 150 250

Площадь отверстий на выходе масла из центрифуги Х2(Ротв), м2 1,77 ■ 10 6 3,53 ■ 10~6 5,3 ■ 106

Эквивалентный диаметр частиц цеолита Х3(с/), м 0,002 0,004 0,006

Из анализа рисунка 1 следует, что при фиксированном значении эквивалентного диаметра частиц цеолита с/ = 0,004 м уменьшение площади отверстий на выходе из центрифуги Ротв с 1,77 106 до

1 10 6 м2 и увеличением частоты враще-

ния ротора центрифуги со с 50 до 350 с кислотное число очищенного подсолнечного масла уменьшается до нуля.

При фиксированном значении площади отверстий на выходе из центрифуги (рис. 2) Ротв = 3,53 106 м при уменьше-

нии эквивалентного диаметра частиц цеолита с! с 0,002 до 0,001 м и частоте вращения ротора центрифуги со 100-350 с кислотного числа очищенного подсолнечного масла уменьшается с 1,0 до

0,5 мг КОН/г.

F -Ю"6, м

2

Рис. 1. Сечения отклика У(К) на плоскость со Рота при сі = 0,004 м

d, м

Рис. 2. Сечения отклика У(К) на плоскость cod при Fom = 3,53 ' 10 6 м2

Ротв 10 6» м2

сі, м

Рис. 3. Сечения отклика У(К) на плоскость Ротас/ при со =

При фиксированном значении частоты вращения ротора центрифуги (рис. 3) со = 150 с“1 с увеличением площади отверстий на выходе из центрифуги Ротв с 1,0 Ю-6 до 1,77 10“ м2 и уменьшением

эквивалентного диаметра частиц цеолита с/ с 0,007 до 0,001 м происходит уменьшение кислотного числа очищенного подсолнечного масла с 1,0 мг КОН/г до нуля. При эквивалентном диаметре частиц цеолита с/ = 0,004 м и площади отверстий на выходе из центрифуги Ротв = 1,77 10 6

м2 наблюдается минимальное значение кислотного числа очищенного подсолнечного масла, близкое к нулю.

Выводы

Качество очистки подсолнечного масла на вертикальной фильтрующей конической центрифуге ВФКЦ-2 с объемом рабочего пространства /сц1 = 0,00181 м3 по кислотному числу в пределах 1 > К > 0 достигается при следующих значениях факторов: эквивалентный диаметр частиц цеолита с/ = 0,002-0,004 м, площадь отверстий на выходе из центрифуги

Ротв = 1,77 10“' м2 и частота вращения

ротора центрифуги со = 200-300 с

Библиографический список

1. Жужжиков В.А. Фильтрование, теория и практика разделения суспензий /

150 с1

B.А. Жужжиков. М.: Госхимиздат, 1980. 397 с.

2. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств / В.И. Соколов. М.: Машиностроение, 1983. 447 с.

3. Центрифуга для очистки жидкости /

C.М. Доценко, Г.М. Харченко, Ю.Б. Курков // Пат. 2108169 РФ: МПК В 04 В 3/00, В 04 В 11/00; № 96110552/13; заяви. 27.05.96; опубл. 10.04.98, Бюл. № 10. 3 с.

4. Центрифуга для очистки жидкости /

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

13.06.2006; опубл. 27.12.07, Бюл. № 36.

5 с.

5. Земсков В.И. Структурно-технологи-

ческие основы моделирования процесса получения и рафинации растительных масел: монография / В.И. Земсков,

Г.М. Харченко. Барнаул: Изд-во АГАУ,

2007. 151 с.

6. Харченко Г.М. Механико-технологи-

ческие основы фильтрации растительных масел в конических центрифугах (основы теории и расчета): монография /

Г.М. Харченко. Барнаул: Изд-во АГАУ,

2008. 158 с.

+ +