Механико-технологические основы повышения эффективности процесса центробежной очистки растительных масЕл в условиях сельскохозяйственных предприятий
| Вид материала | Автореферат |
СодержаниеСписок основных публикаций по теме диссертационной работы |
- Обзор отрасли: производство растительных масел, 312.19kb.
- Технология адсорбентов для очистки растительных масел на основе диатомита и бентонита, 364.16kb.
- Организация производства приборов для автоматического определения кислотности растительных, 37.44kb.
- Голосования и тестирования votum как средство повышения эффективности процесса обучения, 113.22kb.
- «Обеспечение работы белорусских промышленных и сельскохозяйственных предприятий в современных, 158.57kb.
- «Обеспечение работы белорусских промышленных и сельскохозяйственных предприятий в современных, 165.49kb.
- Организация производства мобильных установок реутилизации и очистки стоков, 800.08kb.
- А. В. Колмыков Теоретические основы установления эффективности использования сельскохозяйственных, 852.49kb.
- Метод повышения эффективности некаталитической очистки отработавших газов судовых дизелей, 266.03kb.
- Республиканский информационный материал к единому дню информирования на тему: «Обеспечение, 339.31kb.
ОБщие выводы и рекомендации
Полученные в процессе исследований результаты представляют собой научно-обоснованные, оформленные в виде методик по расчету конструктивно-кинематических параметров для проектирования центрифуг с заданными эксплуатационными характеристиками, а также технические предложения в виде технологических линий и конструкций центрифуг, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие сельскохозяйственного производства.
1. Системно-аналитическая оценка научных работ по разделению дисперсных систем выявила необходимость обобщения теоретических и экспериментальных исследований процесса центрифугирования дисперсных систем с целью разработки технологии и технических средств очистки растительных масел, отличающихся трудно выделяющейся в процессе очистки дисперсной фазой. Установлено, что более качественную очистку дают фильтрующие центрифуги.
Анализ технических средств для разделения диперсных систем позволил выдвинуть гипотезу, заключающуюся в том, что качество очистки растительных масел при применении фильтрующих центрифуг можно повысить за счет использования цеолита в качестве фильтрующего материала. Фильтровальные перегородки из цеолита, обладают адсорбционной активностью и способны задерживать нежировые примеси и влагу. Это явилось предпосылкой для исследования рабочего процесса и разработки вертикальных фильтрующих конических центрифуг с использованием цеолита в качестве материала фильтровальной перегородки.
2. Выполнен анализ современных технологических линий очистки растительных масел на основе системного подхода с использованием разработанной новой математической модели, позволяющей количественно оценивать технологический эффект, то есть влияние способов очистки на конечный результат работы. Выявлены причины, не позволяющие эффективно использовать применяемые в масложировой промышленности технологические линии на сельскохозяйственных предприятиях, разработана классификация и математическая модель технологических линий очистки растительных масел.
Анализ технологических линий очистки растительных масел, соответствующих по структуре условиям сельскохозяйственных предприятий, показал, что их надежность находится на низком уровне. Коэффициент готовности анализируемых линий с хорошими качественными показателями очистки растительных масел небольшой из-за значительного количества оборудования, только мини-линии РЕ-3,5 и РЕ-4,5 имеют большую надежность, однако очистка на этих линиях, применяющих фильтр прессы, не позволяет получить требуемые по нормативным документам качественные показатели масел.
Разработана новая математическая модель технологических линий, позволяющая объективно их оценивать на стадии проектирования по научно обоснованным экономическим показателям, полученным по единой методике, что исключает необходимость дорогостоящих исследований на действующих объектах.
3. Рассмотрены закономерности осаждения и фильтрования дисперсных систем в гравитационном и центробежном полях. Процессы разделения суспензий исследуются на основе фундаментальных положений закона Стокса. Из общего закона прохождения жидкости через пористую среду следует, что сопротивление фильтрованию обратно пропорционально коэффициенту проницаемости. Как показали проведенные экспериментальные исследования, приведенная теоретическая формула расчета коэффициента проницаемости фильтровальных перегородок применима для оценки процесса фильтрования в вертикальных фильтрующих конических центрифугах.
Анализ теоретических и экспериментальных исследований процессов осаждения и фильтрования позволил определить область применимости имеющихся теорий и теоретических зависимостей к анализу процесса очистки растительных масел, к разработке математической модели рабочего процесса очистки растительных масел в вертикальных конических фильтрующих центрифугах.
В результате анализа установлено, что теоретической базой исследований принята после соответствующей доработки теория фильтрования суспензий в поле центробежных сил при движении масла в пространстве между обечайками ротора, заполненного фильтрующим материалом – цеолитом. При этом рассматривается движение масла вдоль образующей конуса ротора центрифуги по порам цеолита с одновременным фильтрованием при движении масла в радиальном направлении в соответствии с законом Стокса.
4. Разработаны экспериментальные вертикальные фильтрующие конические центрифуги ВФКЦ-1, ВФКЦ-2, ВФКЦ-3, отличающиеся технической новизной (патенты РФ № 2108169, № 2313401 и № 2338598) и методологическая база их исследований, которая является фундаментом многоступенчатой и многозвенной структуры исследования вертикальных фильтрующих конических центрифуг для очистки растительных масел.
Методологическая база состоит из параметрического комплекса и комплекса качественных показателей очищенного масла. Параметрический комплекс предусматривает системный анализ технологических линий, теоретическое исследование рабочего процесса и разработку математических моделей, исследование свойств фильтровальных перегородок.
Комплекс качественных показателей предусматривает многофакторные исследования с целью определения качественных показателей очищенных масел и их лабораторный анализ
Лабораторный анализ полученных при испытании образцов очищенного масла включает определение: разности плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы, кислотного числа, массовой доли нежировых примесей, массовой доли влаги и летучих веществ
5. В соответствии с методологической базой выполнен теоретический анализ действующих факторов, влияющих на рабочий процесс очистки растительных масел в вертикальных конических фильтрующих центрифугах, разработана теория процесса очистки растительных масел. Установлено, что процесс очистки зависит от трех групп факторов: конструктивно-кинематических параметров центрифуг, показателей фильтровальной перегородки и свойств масла.
Разработаны новые математические модели рабочего процесса очистки растительных масел центрифуг двух типов: с выводом очищенного масла через перфорационные отверстия в верхней части наружной обечайки ротора и с выводом через отверстия с регулируемым сечением в крышке ротора.
Получены теоретические зависимости фактора разделения, индекса производительности и объема рабочего пространства ротора центрифуги от конструктивно-кинематических параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг, позволяющие расширить возможности анализа их работы.
6. Экспериментально определены свойства соевого, подсолнечного масел и фильтровальной перегородки из цеолита.
Из анализа полученных результатов следует, что плотность и кинематическая вязкость соевого и подсолнечного масел с повышением температуры уменьшаются.
Доказана адекватность теоретического и экспериментального коэффициентов проницаемости.
7. В результате экспериментальных исследований центрифуги первого типа ВФКЦ-1 получены её рациональные параметры.
В качестве действующих факторов исследованы: частота вращения ротора центрифуги, высота слоя фильтрующего материала, эквивалентный диаметр частиц фильтрующего материала. В результате решения многокритериальной оптимизационной задачи методом Соболя-Статникова определены оптимальные значения факторов.
При оптимальном сочетании факторов качественные показатели очищенного масла соответствуют требованиям нормативных документов при выходе соевого масла 0,039 кг/с: кислотность соевого масла составила 0,459 мг КОН/г, массовая доля нежировых примесей – 0,089 %.
При численном исследовании центрифуги первого типа ВФКЦ-2 по разработанной математической модели установлено, что для улучшения качества очистки необходимо регулировать производительность на выходе масла из центрифуги.
Результатом исследования центрифуги ВФКЦ-2 явилось получение патента РФ на изобретение № 2313401, в соответствии с которым предусматривается регулировка производительности центрифуги за счет регулируемой площади сечений отверстий на выходе масла. Разработана конструкции центрифуги ВФКЦ-3.
8. При проведении исследований вертикальной фильтрующей конической центрифуги второго типа ВФКЦ-3 приняты следующие факторы: частота вращения ротора центрифуги ω, площадь отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Fотв и эквивалентный диаметр частиц цеолита d.
В соответствии с планом многофакторного эксперимента получено подсолнечное масло, которое исследовали в лаборатории и определили следующие критерии оптимизации (качественные показатели очищенного масла): разность плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы, кислотное число, массовая доля нежировых примесей, массовая доля влаги и летучих веществ.
В результате анализа уравнений регрессии по каждому критерию оптимизации были определены рациональные параметры
Компромиссными рациональными параметрами вертикальных фильтрующих конических центрифуг являются: частота вращения ротора центрифуги ω ≥ 250 с-1, эквивалентный диаметр частиц цеолита d=0,004 м, площадь отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги F=0,5·10-6 м2. При указанных параметрах кислотное число К < 0,5 мг КОН/г, массовая доля нежировых примесей, массовая доля влаги и летучих веществ не превышает 0,01%.
9. Обоснована адекватность разработанной новой математической модели рабочего процесса вертикальных фильтрующих конических центрифуг, которая позволяет определять рациональные параметры разрабатываемых центрифуг.
Приведена новая методология обоснования и программа расчета конструктивных параметров вертикальных фильтрующих конических центрифуг в зависимости от заданной производительности и требуемого по нормативным документам показателей качества очистки по разработанной новой математической модели.
По разработанной методологии с учетом новой математической модели обоснованы и рассчитаны конструктивные параметры размерного ряда рекомендуемых центрифуг ВФКЦ-4, обеспечивающие заданную производительность с учетом влияния всех факторов процесса.
10. Результаты исследований приняты к внедрениию Главным управлением сельского хозяйства администрации Алтайского края, использованы при разработке рекомендаций и переданы для их практического использования в ООО НТЦ «Алтайвибромаш», ООО НПП «Агротерм», Алтайский НИИ сельского хозяйства СО РАСХН, а также применяются в учебном процессе в ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», «Рязанский государственный агротехнический университет имени П.А. Костычева», «Новосибирский государственный аграрный университет», «Мичуринский государственный аграрный университет», в Луганском национальном аграрном университете, Казахском государственном аграрном университете.
11.Экономическая эффективность внедрения результатов исследования рассчитана в сравнении разработанной, предлагаемой вертикальной конической фильтрующей центрифуги ВФКЦ-4 с базовой центрифугой НОГШ-230.
Удельные эксплуатационные затраты на очистку масла ниже на 25% по сравнению с базовой, энергоемкость очистки – на 66%, металлоемкость – в 6,5 раза.
Годовая экономия эксплуатационных затрат в расчете на одну центрифугу при годовом объеме производства масла 20736 кг составляет 47,9 тыс.р. Сравнительный годовой экономический эффект равен 271,2 тыс. р., срок окупаемости капитальных вложений составляет 2,8 года.
Список основных публикаций по теме диссертационной работы
(Публикации в рекомендованных ВАК изданиях и патенты на изобретения выделены курсивом, монографии − жирным шрифтом)
1. Харченко, Г.М. Оценка эффективности технологических линий получения и очистки соевого масла при проектировании [Текст] / Г.М. Харченко // Ползуновский вестник.− Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006.−№ 4 (25)−С. 315-318.
2. Харченко, Г.М Математическая модель фильтрования соевого масла в конической центрифуге. [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства.− 2007.−№ 6−С.31-32.
3. Земсков, В.И. Моделирование технологических линий производства соевого масла [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Техника в сельском хозяйстве.− 2007.− №6.−С.14-17.
4. Харченко, Г.М. Влияние свойств соевого масла на производительность фильтрующей центрифуги [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. −2008.− № 1.− С. 48-50.
5. Земсков, В.И. Методика расчета рациональных параметров конических фильтрующих центрифуг для очистки растительных масел [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства.− 2008.− № 3.− С. 11-13.
6. Харченко, Г.М. Особенности математического моделирования центрифугирования растительных масел в конической центрифугеВФКЦ-2 [Текст] / Г.М. Харченко // Техника в сельском хозяйстве. 2008.− № 4.− С. 26-28.
7. Харченко, Г.М. Оптимизация рабочих параметров центрифуги для очистки подсолнечного масел [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. −2008.− № 7.− С. 47-48.
8. Харченко, Г.М. Экспериментальное исследование технологических свойств растительных масел [Текст]/ Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. −2008.− № 11.− С. 42-43.
9. Харченко, Г.М. Влияние конструктивно-кинематических параметров биконической вертикальной фильтрующей центрифуги ВФКЦ-2 на кислотное число очищенного подсолнечного масла [Текст] / Г.М. Харченко/ /Вестник алтайского государственного аграрного университета.− Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008.−№ 12 (50)−С. 67-71.
10. Земсков, В.И. Структурно-технологические основы моделирования процесса получения и рафинации растительных масел: монография [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Алт. гос. аграр. ун-т.− Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007.− 151 с.: ил.− Библиогр.: с. 134-151.− 100 экз.−ISBN 978-5-94485-092-8.
11. Харченко Г.М. Механико-технологические основы фильтрации растительных масел в конических центрифугах (основы теории и расчета): монография [Текст] / Г.М. Харченко // Алт. гос. аграр. ун-т.−Барнаул:Изд-во АГАУ; Азбука, 2008.− 158 с.: ил.−Библиогр.: с.143-158.−130 экз.−ISBN 978-5-94485-099-7.
12. Центрифуга для очистки жидкости [Текст] : пат. 2108169 Рос. Федерация: МПК В04 В 3/00, В 04 В 11/00 / Доценко СМ., Харченко Г.М., Курков Ю.Б.; заявитель и патентообладатель Благовещенск ДальГАУ − № 96110552/13; заявл. 27.05.96; опубл. 10.04.98, Бюл. № 10.− 3 с: ил.
13. Центрифуга для очистки жидкости [Текст] : пат. 2313401 Рос.Федерация: 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:
ил.
14. Центрифуга для очистки жидкости [Текст]: пат. 2338598 С1 Рос.Федерация: МПК В04 3/00 / Земсков В.И., Харченко Г.М.; заявитель и патентообладатель Земсков В.И.− № 2007113289/12; заявл. 09.04.2007; опубл. 20.11.08, Бюл. № 32.− 4 с:ил.
15. Доценко, С.М. Разработка технологии производства и очистки соевого масла для фермерских хозяйств [Текст] / С.М. Доценко, Г.М. Харченко, Ю.Б. Курков // Механизация технологических процессов в животноводстве.− Благовещенск: ДальГАУ, 1996.− С. 77-85.
16. Доценко, С.М. Классификация устройств для разделения дисперсных систем [Текст]/ СМ. Доценко, С.В. Вараксин, В.В. Самуйло, Г.М. Харченко // Механизация технологических процессов в животноводстве.− Благовещенск: ДальГАУ, 1997.− С.126-132.
17. Харченко, Г.М. Обоснование способа очистки соевого масла и конструктивно-технологической схемы центрифуги [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. − Благовещенск: ДальГАУ, 1998.− Вып. 3.− С. 56-59.
18. Доценко, СМ. Обоснование параметров фильтрующей центрифуги для очистки соевого масла [Текст]/ СМ. Доценко, Г.М. Харченко // Вопросы переработки сельскохозяйственной продукции. − Благовещенск: ВНИИсои, 2003.− С. 140-152.
19. Харченко, Г.М. Определение экономической эффективности при тонкой очистке соевого масла на фильтрующей центрифуге [Текст]/ Г.М. Харченко // Вопросы переработки сельскохозяйственной продукции. − Благовещенск: ВНИИсои, 2004.− С. 80-86.
20. Жирнов, А.Б. Влияние параметров фильтрующей центрифуги на эффективность очистки соевого масла [Текст] / А.Б. Жирнов, Г.М. Харченко // Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции.− Благовещенск: ДальГАУ, 2005. − С. 63 -70.
21. Сельвинский, В.В. Осаждение взвешенных частиц и фильтрование взвесей в центробежном поле [Текст]/ В.В. Сельвинский, Г.М. Харченко // Вестник Амурского государственного университета. − Благовещенск: АГУ, 2005.− Вып. 29.− С. 3-5.
22. Харченко, Г.М. Повышение эффективности технологического процесса очистки соевого масла и обоснование параметров фильтрующей центрифуги [Текст]: дис. … канд. с-х. наук: 05.20.01: защищена 15.12.05: утв. 02.06.06 / Харченко Галина Михайловна.− Благовещенск, 2005.− 175 с.− Библиогр.: с. 149-162.
23. Харченко, Г.М. Повышение эффективности технологического процесса очистки соевого масла и обоснование параметров фильтрующей центрифуги [Текст]: автореф. дис. ... канд. с-х. наук: 05.20.01: защищена 15.12.05: утв.02.06.06 / Харченко Галина Михайловна.− Барнаул, 2005.− 22 с.− Библиогр.: с. 21.
24. Харченко, Г.М. Экономическая эффективность технологического процесса использования фильтрующей центрифуги для очистки соевого масла [Текст] / Г.М. Харченко / Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции.− Благовещенск: ДальГАУ, 2006.− Вып. 5.− С. 87-94.
25. Земсков, В.И. Системный подход при исследовании технологических линий получения и очистки соевого масла [Текст]/ В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ.− 2006.−№ 4.− С. 66-68.
26. 3емсков, В.И. Расчет надежности технологических линий получения и очистки соевого масла в конической центрифуге [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: Изд-во АГАУ.− 2006.− №. 5.− С. 47-52.
27. Харченко, Г.М. Общая характеристика процессов очистки соевого масла в конической центрифуге [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: Изд-во АГАУ. 2006. − № 6.− С. 59-61.
28. Земсков, В.И. Движение соевого масла в конической центрифуге [Текст]/ В.И.Земсков, Г.М. Харченко // Збiрник наукових праць Луганського нацiонального аграрного унiверситету. Cерiя: технiчнi науки № 68/91.− 2006. − С. 98-100.
29. Харченко, Г.М. Использование математической модели при проектировании технологических линий производства и очистки соевого масла [Текст]/Г.М. Харченко // Исследования, результаты. Материалы международной научно-практической конференции.− Алматы: Казахский национальный агроуниверситет, 2007.− №2.−
С. 108-113.
30. Харченко, Г.М. Производство соевого масла с очисткой на конической центрифуге [Текст]/Г.М.Харченко // Исследования, результаты. Материалы международной научно-практической конференции.− Алматы: Казахский национальный агроуниверситет, 2007.−№ 2.−С. 113-117.
31. Земсков, В.И. Коническая центрифуга для очистки соевого масла. Использование цеолитовой фильтровальной перегородки [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Ползуновский вестник.− Барнаул: Изд-во АлтГТУ.− 2007.− № 4.− С. 168-173.
32. Харченко, Г.М. К вопросу разработки конической фильтрующей центрифуги [Текст] / Г.М.Харченко // Ползуновский вестник.− Барнаул: Изд-во Алт.ГТУ, 2007.− № 4.−С. 194-196.
33. Земсков, В.И. Характеристика цеолитов, используемых в качестве фильтрующего материала в конической центрифуге [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ.− 2007.− № 6 (32).− С. 52-55.
34. Харченко, Г.М. Процессы при работе конической фильтрующей центрифуги [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ, 2007.− № 6 (32).− С.56-58.
35. Земсков, В.И. Технологический процесс при очистке растительных масел на конической фильтрующей центрифуге: рекомендации [Текст]/ Алт. гос. аграр. ун-т.− Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007.− 18 с.: ил.
36. Харченко, Г.М. Потребительские и технологические свойства соевого масла [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ, 2007.− № 7 (33).− С. 50-54.
37. Земсков, В.И. Рекомендации по проектированию конической фильтрующей центрифуги для рафинации растительных масел [Текст] / Алт. гос. аграр. ун-т.− Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007.− 15 с.: ил.
38. Харченко, Г.М. Анализ процесса центрифугирования соевого масла в конической центрифуге [Текст] / Г.М. Харченко//Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ, 2007.− № 8(34).− С. 55-58.
39. Земсков, В.И. Характеристика способов рафинации растительных масел [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета.− Барнаул: АГАУ.− 2007.− № 11 (37). − С. 58-60.
40. Земсков, В.И. Влияние параметров конических фильтрующих центрифуг при рафинации растительных масел на производительность [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Аграрная наука − сельскому хозяйству. Третья международная научно-практическая конференция. − Барнаул: АГАУ, 2008.− К. 2.− С. 164-168.
41. Харченко, Г.М. Физико-механические свойства растительных масел [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета. − Барнаул: АГАУ, 2008.− № 3.− С. 54-58.
42. Харченко, Г.М. Механико-технологические основы рафинации растительных масел в конических центрифугах [Текст]/Г.М.Харченко//Ползуновский вестник.− Барнаул: Алт.ГТУ, 2008.− № 1-2.−С. 110-115.
43. Харченко, Г.М. Влияние свойств фильтровальной перегородки и конструктивно-кинематических параметров на производительность конической центрифуги [Текст]/ Г.М. Харченко //Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С.Сейфуллина.− Астана: Казахский агротехнический университет, 2008.− № 2(49).− С. 101-108.
44.Харченко, Г.М. Влияние действующих факторов при рафинации растительных масел в конической центрифуге [Текст]/ Г.М. Харченко // Проблемы инновационного и конкурентноспособного развития агроинженерной науки на современном этапе. Материалы международной научно-практической конференции.− Алматы: Казахский национальный агроуниверситет, 2008.−Ч.2.– № 3.− С. 140-144.
45.Земсков, В.И. Экспериментально-теоретическое обоснование конструктивных параметров конических центрифуг для очистки растительных масел [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Новосибирского аграрного университета.− Новосибирск: НАГУ 2008.− № 7.− С. 91-98.
Полученные в процессе исследований результаты представляют собой научно-обоснованные, оформленные в виде методик по расчету конструктивно-кинематических параметров для проектирования центрифуг с заданными эксплуатационными характеристиками, а также технические предложения в виде технологических линий и конструкций центрифуг, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие сельскохозяйственного производства.
1. Системно-аналитическая оценка научных работ по разделению дисперсных систем выявила необходимость обобщения теоретических и экспериментальных исследований процесса центрифугирования дисперсных систем с целью разработки технологии и технических средств очистки растительных масел, отличающихся трудно выделяющейся в процессе очистки дисперсной фазой. Установлено, что более качественную очистку дают фильтрующие центрифуги.
Анализ технических средств для разделения диперсных систем позволил выдвинуть гипотезу, заключающуюся в том, что качество очистки растительных масел при применении фильтрующих центрифуг можно повысить за счет использования цеолита в качестве фильтрующего материала. Фильтровальные перегородки из цеолита, обладают адсорбционной активностью и способны задерживать нежировые примеси и влагу. Это явилось предпосылкой для исследования рабочего процесса и разработки вертикальных фильтрующих конических центрифуг с использованием цеолита в качестве материала фильтровальной перегородки.
2. Выполнен анализ современных технологических линий очистки растительных масел на основе системного подхода с использованием разработанной новой математической модели, позволяющей количественно оценивать технологический эффект, то есть влияние способов очистки на конечный результат работы. Выявлены причины, не позволяющие эффективно использовать применяемые в масложировой промышленности технологические линии на сельскохозяйственных предприятиях, разработана классификация и математическая модель технологических линий очистки растительных масел.
Анализ технологических линий очистки растительных масел, соответствующих по структуре условиям сельскохозяйственных предприятий, показал, что их надежность находится на низком уровне. Коэффициент готовности анализируемых линий с хорошими качественными показателями очистки растительных масел небольшой из-за значительного количества оборудования, только мини-линии РЕ-3,5 и РЕ-4,5 имеют большую надежность, однако очистка на этих линиях, применяющих фильтр прессы, не позволяет получить требуемые по нормативным документам качественные показатели масел.
Разработана новая математическая модель технологических линий, позволяющая объективно их оценивать на стадии проектирования по научно обоснованным экономическим показателям, полученным по единой методике, что исключает необходимость дорогостоящих исследований на действующих объектах.
3. Рассмотрены закономерности осаждения и фильтрования дисперсных систем в гравитационном и центробежном полях. Процессы разделения суспензий исследуются на основе фундаментальных положений закона Стокса. Из общего закона прохождения жидкости через пористую среду следует, что сопротивление фильтрованию обратно пропорционально коэффициенту проницаемости. Как показали проведенные экспериментальные исследования, приведенная теоретическая формула расчета коэффициента проницаемости фильтровальных перегородок применима для оценки процесса фильтрования в вертикальных фильтрующих конических центрифугах.
Анализ теоретических и экспериментальных исследований процессов осаждения и фильтрования позволил определить область применимости имеющихся теорий и теоретических зависимостей к анализу процесса очистки растительных масел, к разработке математической модели рабочего процесса очистки растительных масел в вертикальных конических фильтрующих центрифугах.
В результате анализа установлено, что теоретической базой исследований принята после соответствующей доработки теория фильтрования суспензий в поле центробежных сил при движении масла в пространстве между обечайками ротора, заполненного фильтрующим материалом – цеолитом. При этом рассматривается движение масла вдоль образующей конуса ротора центрифуги по порам цеолита с одновременным фильтрованием при движении масла в радиальном направлении в соответствии с законом Стокса.
4. Разработаны экспериментальные вертикальные фильтрующие конические центрифуги ВФКЦ-1, ВФКЦ-2, ВФКЦ-3, отличающиеся технической новизной (патенты РФ № 2108169, № 2313401 и № 2338598) и методологическая база их исследований, которая является фундаментом многоступенчатой и многозвенной структуры исследования вертикальных фильтрующих конических центрифуг для очистки растительных масел.
Методологическая база состоит из параметрического комплекса и комплекса качественных показателей очищенного масла. Параметрический комплекс предусматривает системный анализ технологических линий, теоретическое исследование рабочего процесса и разработку математических моделей, исследование свойств фильтровальных перегородок.
Комплекс качественных показателей предусматривает многофакторные исследования с целью определения качественных показателей очищенных масел и их лабораторный анализ
Лабораторный анализ полученных при испытании образцов очищенного масла включает определение: разности плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы, кислотного числа, массовой доли нежировых примесей, массовой доли влаги и летучих веществ
5. В соответствии с методологической базой выполнен теоретический анализ действующих факторов, влияющих на рабочий процесс очистки растительных масел в вертикальных конических фильтрующих центрифугах, разработана теория процесса очистки растительных масел. Установлено, что процесс очистки зависит от трех групп факторов: конструктивно-кинематических параметров центрифуг, показателей фильтровальной перегородки и свойств масла.
Разработаны новые математические модели рабочего процесса очистки растительных масел центрифуг двух типов: с выводом очищенного масла через перфорационные отверстия в верхней части наружной обечайки ротора и с выводом через отверстия с регулируемым сечением в крышке ротора.
Получены теоретические зависимости фактора разделения, индекса производительности и объема рабочего пространства ротора центрифуги от конструктивно-кинематических параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг, позволяющие расширить возможности анализа их работы.
6. Экспериментально определены свойства соевого, подсолнечного масел и фильтровальной перегородки из цеолита.
Из анализа полученных результатов следует, что плотность и кинематическая вязкость соевого и подсолнечного масел с повышением температуры уменьшаются.
Доказана адекватность теоретического и экспериментального коэффициентов проницаемости.
7. В результате экспериментальных исследований центрифуги первого типа ВФКЦ-1 получены её рациональные параметры.
В качестве действующих факторов исследованы: частота вращения ротора центрифуги, высота слоя фильтрующего материала, эквивалентный диаметр частиц фильтрующего материала. В результате решения многокритериальной оптимизационной задачи методом Соболя-Статникова определены оптимальные значения факторов.
При оптимальном сочетании факторов качественные показатели очищенного масла соответствуют требованиям нормативных документов при выходе соевого масла 0,039 кг/с: кислотность соевого масла составила 0,459 мг КОН/г, массовая доля нежировых примесей – 0,089 %.
При численном исследовании центрифуги первого типа ВФКЦ-2 по разработанной математической модели установлено, что для улучшения качества очистки необходимо регулировать производительность на выходе масла из центрифуги.
Результатом исследования центрифуги ВФКЦ-2 явилось получение патента РФ на изобретение № 2313401, в соответствии с которым предусматривается регулировка производительности центрифуги за счет регулируемой площади сечений отверстий на выходе масла. Разработана конструкции центрифуги ВФКЦ-3.
8. При проведении исследований вертикальной фильтрующей конической центрифуги второго типа ВФКЦ-3 приняты следующие факторы: частота вращения ротора центрифуги ω, площадь отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги Fотв и эквивалентный диаметр частиц цеолита d.
В соответствии с планом многофакторного эксперимента получено подсолнечное масло, которое исследовали в лаборатории и определили следующие критерии оптимизации (качественные показатели очищенного масла): разность плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы, кислотное число, массовая доля нежировых примесей, массовая доля влаги и летучих веществ.
В результате анализа уравнений регрессии по каждому критерию оптимизации были определены рациональные параметры
Компромиссными рациональными параметрами вертикальных фильтрующих конических центрифуг являются: частота вращения ротора центрифуги ω ≥ 250 с-1, эквивалентный диаметр частиц цеолита d=0,004 м, площадь отверстий на выходе очищенного масла из центрифуги F=0,5·10-6 м2. При указанных параметрах кислотное число К < 0,5 мг КОН/г, массовая доля нежировых примесей, массовая доля влаги и летучих веществ не превышает 0,01%.
9. Обоснована адекватность разработанной новой математической модели рабочего процесса вертикальных фильтрующих конических центрифуг, которая позволяет определять рациональные параметры разрабатываемых центрифуг.
Приведена новая методология обоснования и программа расчета конструктивных параметров вертикальных фильтрующих конических центрифуг в зависимости от заданной производительности и требуемого по нормативным документам показателей качества очистки по разработанной новой математической модели.
По разработанной методологии с учетом новой математической модели обоснованы и рассчитаны конструктивные параметры размерного ряда рекомендуемых центрифуг ВФКЦ-4, обеспечивающие заданную производительность с учетом влияния всех факторов процесса.
10. Результаты исследований приняты к внедрениию Главным управлением сельского хозяйства администрации Алтайского края, использованы при разработке рекомендаций и переданы для их практического использования в ООО НТЦ «Алтайвибромаш», ООО НПП «Агротерм», Алтайский НИИ сельского хозяйства СО РАСХН, а также применяются в учебном процессе в ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», «Рязанский государственный агротехнический университет имени П.А. Костычева», «Новосибирский государственный аграрный университет», «Мичуринский государственный аграрный университет», в Луганском национальном аграрном университете, Казахском государственном аграрном университете.
11.Экономическая эффективность внедрения результатов исследования рассчитана в сравнении разработанной, предлагаемой вертикальной конической фильтрующей центрифуги ВФКЦ-4 с базовой центрифугой НОГШ-230.
Удельные эксплуатационные затраты на очистку масла ниже на 25% по сравнению с базовой, энергоемкость очистки – на 66%, металлоемкость – в 6,5 раза.
Годовая экономия эксплуатационных затрат в расчете на одну центрифугу при годовом объеме производства масла 20736 кг составляет 47,9 тыс.р. Сравнительный годовой экономический эффект равен 271,2 тыс. р., срок окупаемости капитальных вложений составляет 2,8 года.
Список основных публикаций по теме диссертационной работы
(Публикации в рекомендованных ВАК изданиях и патенты на изобретения выделены курсивом, монографии − жирным шрифтом)
1. Харченко, Г.М. Оценка эффективности технологических линий получения и очистки соевого масла при проектировании [Текст] / Г.М. Харченко // Ползуновский вестник.− Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006.−№ 4 (25)−С. 315-318.
2. Харченко, Г.М Математическая модель фильтрования соевого масла в конической центрифуге. [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства.− 2007.−№ 6−С.31-32.
3. Земсков, В.И. Моделирование технологических линий производства соевого масла [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Техника в сельском хозяйстве.− 2007.− №6.−С.14-17.
4. Харченко, Г.М. Влияние свойств соевого масла на производительность фильтрующей центрифуги [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. −2008.− № 1.− С. 48-50.
5. Земсков, В.И. Методика расчета рациональных параметров конических фильтрующих центрифуг для очистки растительных масел [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства.− 2008.− № 3.− С. 11-13.
6. Харченко, Г.М. Особенности математического моделирования центрифугирования растительных масел в конической центрифугеВФКЦ-2 [Текст] / Г.М. Харченко // Техника в сельском хозяйстве. 2008.− № 4.− С. 26-28.
7. Харченко, Г.М. Оптимизация рабочих параметров центрифуги для очистки подсолнечного масел [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. −2008.− № 7.− С. 47-48.
8. Харченко, Г.М. Экспериментальное исследование технологических свойств растительных масел [Текст]/ Г.М. Харченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. −2008.− № 11.− С. 42-43.
9. Харченко, Г.М. Влияние конструктивно-кинематических параметров биконической вертикальной фильтрующей центрифуги ВФКЦ-2 на кислотное число очищенного подсолнечного масла [Текст] / Г.М. Харченко/ /Вестник алтайского государственного аграрного университета.− Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008.−№ 12 (50)−С. 67-71.
10. Земсков, В.И. Структурно-технологические основы моделирования процесса получения и рафинации растительных масел: монография [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Алт. гос. аграр. ун-т.− Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007.− 151 с.: ил.− Библиогр.: с. 134-151.− 100 экз.−ISBN 978-5-94485-092-8.
11. Харченко Г.М. Механико-технологические основы фильтрации растительных масел в конических центрифугах (основы теории и расчета): монография [Текст] / Г.М. Харченко // Алт. гос. аграр. ун-т.−Барнаул:Изд-во АГАУ; Азбука, 2008.− 158 с.: ил.−Библиогр.: с.143-158.−130 экз.−ISBN 978-5-94485-099-7.
12. Центрифуга для очистки жидкости [Текст] : пат. 2108169 Рос. Федерация: МПК В04 В 3/00, В 04 В 11/00 / Доценко СМ., Харченко Г.М., Курков Ю.Б.; заявитель и патентообладатель Благовещенск ДальГАУ − № 96110552/13; заявл. 27.05.96; опубл. 10.04.98, Бюл. № 10.− 3 с: ил.
13. Центрифуга для очистки жидкости [Текст] : пат. 2313401 Рос.Федерация: 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:
ил.
14. Центрифуга для очистки жидкости [Текст]: пат. 2338598 С1 Рос.Федерация: МПК В04 3/00 / Земсков В.И., Харченко Г.М.; заявитель и патентообладатель Земсков В.И.− № 2007113289/12; заявл. 09.04.2007; опубл. 20.11.08, Бюл. № 32.− 4 с:ил.
15. Доценко, С.М. Разработка технологии производства и очистки соевого масла для фермерских хозяйств [Текст] / С.М. Доценко, Г.М. Харченко, Ю.Б. Курков // Механизация технологических процессов в животноводстве.− Благовещенск: ДальГАУ, 1996.− С. 77-85.
16. Доценко, С.М. Классификация устройств для разделения дисперсных систем [Текст]/ СМ. Доценко, С.В. Вараксин, В.В. Самуйло, Г.М. Харченко // Механизация технологических процессов в животноводстве.− Благовещенск: ДальГАУ, 1997.− С.126-132.
17. Харченко, Г.М. Обоснование способа очистки соевого масла и конструктивно-технологической схемы центрифуги [Текст] / Г.М. Харченко // Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. − Благовещенск: ДальГАУ, 1998.− Вып. 3.− С. 56-59.
18. Доценко, СМ. Обоснование параметров фильтрующей центрифуги для очистки соевого масла [Текст]/ СМ. Доценко, Г.М. Харченко // Вопросы переработки сельскохозяйственной продукции. − Благовещенск: ВНИИсои, 2003.− С. 140-152.
19. Харченко, Г.М. Определение экономической эффективности при тонкой очистке соевого масла на фильтрующей центрифуге [Текст]/ Г.М. Харченко // Вопросы переработки сельскохозяйственной продукции. − Благовещенск: ВНИИсои, 2004.− С. 80-86.
20. Жирнов, А.Б. Влияние параметров фильтрующей центрифуги на эффективность очистки соевого масла [Текст] / А.Б. Жирнов, Г.М. Харченко // Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции.− Благовещенск: ДальГАУ, 2005. − С. 63 -70.
21. Сельвинский, В.В. Осаждение взвешенных частиц и фильтрование взвесей в центробежном поле [Текст]/ В.В. Сельвинский, Г.М. Харченко // Вестник Амурского государственного университета. − Благовещенск: АГУ, 2005.− Вып. 29.− С. 3-5.
22. Харченко, Г.М. Повышение эффективности технологического процесса очистки соевого масла и обоснование параметров фильтрующей центрифуги [Текст]: дис. … канд. с-х. наук: 05.20.01: защищена 15.12.05: утв. 02.06.06 / Харченко Галина Михайловна.− Благовещенск, 2005.− 175 с.− Библиогр.: с. 149-162.
23. Харченко, Г.М. Повышение эффективности технологического процесса очистки соевого масла и обоснование параметров фильтрующей центрифуги [Текст]: автореф. дис. ... канд. с-х. наук: 05.20.01: защищена 15.12.05: утв.02.06.06 / Харченко Галина Михайловна.− Барнаул, 2005.− 22 с.− Библиогр.: с. 21.
24. Харченко, Г.М. Экономическая эффективность технологического процесса использования фильтрующей центрифуги для очистки соевого масла [Текст] / Г.М. Харченко / Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции.− Благовещенск: ДальГАУ, 2006.− Вып. 5.− С. 87-94.
25. Земсков, В.И. Системный подход при исследовании технологических линий получения и очистки соевого масла [Текст]/ В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ.− 2006.−№ 4.− С. 66-68.
26. 3емсков, В.И. Расчет надежности технологических линий получения и очистки соевого масла в конической центрифуге [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: Изд-во АГАУ.− 2006.− №. 5.− С. 47-52.
27. Харченко, Г.М. Общая характеристика процессов очистки соевого масла в конической центрифуге [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: Изд-во АГАУ. 2006. − № 6.− С. 59-61.
28. Земсков, В.И. Движение соевого масла в конической центрифуге [Текст]/ В.И.Земсков, Г.М. Харченко // Збiрник наукових праць Луганського нацiонального аграрного унiверситету. Cерiя: технiчнi науки № 68/91.− 2006. − С. 98-100.
29. Харченко, Г.М. Использование математической модели при проектировании технологических линий производства и очистки соевого масла [Текст]/Г.М. Харченко // Исследования, результаты. Материалы международной научно-практической конференции.− Алматы: Казахский национальный агроуниверситет, 2007.− №2.−
С. 108-113.
30. Харченко, Г.М. Производство соевого масла с очисткой на конической центрифуге [Текст]/Г.М.Харченко // Исследования, результаты. Материалы международной научно-практической конференции.− Алматы: Казахский национальный агроуниверситет, 2007.−№ 2.−С. 113-117.
31. Земсков, В.И. Коническая центрифуга для очистки соевого масла. Использование цеолитовой фильтровальной перегородки [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Ползуновский вестник.− Барнаул: Изд-во АлтГТУ.− 2007.− № 4.− С. 168-173.
32. Харченко, Г.М. К вопросу разработки конической фильтрующей центрифуги [Текст] / Г.М.Харченко // Ползуновский вестник.− Барнаул: Изд-во Алт.ГТУ, 2007.− № 4.−С. 194-196.
33. Земсков, В.И. Характеристика цеолитов, используемых в качестве фильтрующего материала в конической центрифуге [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ.− 2007.− № 6 (32).− С. 52-55.
34. Харченко, Г.М. Процессы при работе конической фильтрующей центрифуги [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ, 2007.− № 6 (32).− С.56-58.
35. Земсков, В.И. Технологический процесс при очистке растительных масел на конической фильтрующей центрифуге: рекомендации [Текст]/ Алт. гос. аграр. ун-т.− Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007.− 18 с.: ил.
36. Харченко, Г.М. Потребительские и технологические свойства соевого масла [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ, 2007.− № 7 (33).− С. 50-54.
37. Земсков, В.И. Рекомендации по проектированию конической фильтрующей центрифуги для рафинации растительных масел [Текст] / Алт. гос. аграр. ун-т.− Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007.− 15 с.: ил.
38. Харченко, Г.М. Анализ процесса центрифугирования соевого масла в конической центрифуге [Текст] / Г.М. Харченко//Вестник Алтайского аграрного университета.− Барнаул: АГАУ, 2007.− № 8(34).− С. 55-58.
39. Земсков, В.И. Характеристика способов рафинации растительных масел [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета.− Барнаул: АГАУ.− 2007.− № 11 (37). − С. 58-60.
40. Земсков, В.И. Влияние параметров конических фильтрующих центрифуг при рафинации растительных масел на производительность [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Аграрная наука − сельскому хозяйству. Третья международная научно-практическая конференция. − Барнаул: АГАУ, 2008.− К. 2.− С. 164-168.
41. Харченко, Г.М. Физико-механические свойства растительных масел [Текст] / Г.М. Харченко // Вестник Алтайского аграрного университета. − Барнаул: АГАУ, 2008.− № 3.− С. 54-58.
42. Харченко, Г.М. Механико-технологические основы рафинации растительных масел в конических центрифугах [Текст]/Г.М.Харченко//Ползуновский вестник.− Барнаул: Алт.ГТУ, 2008.− № 1-2.−С. 110-115.
43. Харченко, Г.М. Влияние свойств фильтровальной перегородки и конструктивно-кинематических параметров на производительность конической центрифуги [Текст]/ Г.М. Харченко //Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С.Сейфуллина.− Астана: Казахский агротехнический университет, 2008.− № 2(49).− С. 101-108.
44.Харченко, Г.М. Влияние действующих факторов при рафинации растительных масел в конической центрифуге [Текст]/ Г.М. Харченко // Проблемы инновационного и конкурентноспособного развития агроинженерной науки на современном этапе. Материалы международной научно-практической конференции.− Алматы: Казахский национальный агроуниверситет, 2008.−Ч.2.– № 3.− С. 140-144.
45.Земсков, В.И. Экспериментально-теоретическое обоснование конструктивных параметров конических центрифуг для очистки растительных масел [Текст] / В.И. Земсков, Г.М. Харченко // Вестник Новосибирского аграрного университета.− Новосибирск: НАГУ 2008.− № 7.− С. 91-98.