Механико-технологические основы повышения эффективности процесса центробежной очистки растительных масЕл в условиях сельскохозяйственных предприятий

  1   2   3   4

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

Злачевский В.Л.


доктор технических наук, профессор

Стремнин В.А.


заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

Некрашевич В.Ф.


Ведущая организация: Иркутская государственная

сельскохозяйственная академия


Защита диссертации состоится 11 июня 2009 года в часов на заседании диссертационного совета Д.212.004.02 Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова по адресу: 656038, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина, 46,

u.ru; ntsc@desert.secna.ru, тел./факс (3852)36-71-29


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.


Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета


Автореферат разослан « » мая 2009 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор Л.В. Куликова


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основной проблемой питания в мире является недостаток белка (дефицит которого для населения Земли составляет около 15 млн.т.). Ценными в биологическом отношении продуктами питания являются растительные масла. Растительное масло − это не только энергетический источник питания человека, но также поставщик незаменимых жирных кислот, микроэлементов, витаминов.

Анализ существующих технических средств получения и очистки растительных масел показал, что они предназначены для крупных производств, имеют сложную технологию очистки и большое количество оборудования. Для условий сельскохозяйственных предприятий требуется малогабаритное многофункциональное оборудование, обеспечивающее качественную очистку. Применение такого оборудования позволит приблизить производство к местам выращивания технических культур, снизить транспортные затраты и обеспечить повышение рентабельности производства.

В связи со сказанным, 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.

Приведенные в диссертации материалы являются итогом многолетних исследований автора выполненных в соответствии с тематическими планами научно-исследовательской работы Дальневосточного и Алтайского государственных аграрных университетов.

Выбранное направление исследования соответствует федеральной приоритетной программе развития сельского хозяйства.

Целью работы является повышение эффективности процесса очистки растительных масел путем теоретического и экспериментального обоснования конструктивно-кинематических параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– проанализировать и обобщить теоретические и экспериментальные исследования процесса разделения суспензий, к которым относятся растительные масла;

– разработать математическую модель процесса центробежного фильтрования растительных масел в конических вертикальных фильтрующих центрифугах с учетом влияния технологических, кинематических и конструктивных параметров центрифуг;

– установить закономерности процесса очистки растительных масел в вертикальных конических фильтрующих центрифугах;

– обосновать расчетные модели и разработать инженерную методику проектирования центрифуг;

– обосновать и предложить новые технические решения фильтрующих центрифуг;

– на основе системного анализа технологических линий очистки растительных масел разработать математическую модель, учитывающую их конструктивные, структурные и технологические особенности;

– провести технико-экономическую оценку эффективности результатов исследования.

Научная гипотеза, заключающаяся в том, что эффективность процесса очистки растительных масел в условиях сельскохозяйственных предприятий можно повысить путем теоретического обоснования использования и разработки конических фильтрующих центрифуг на базе фильтровальной перегородки из цеолита.

Объект исследования − технологический процесс очистки растительных масел.

Предмет исследования − закономерности процесса очистки растительных масел при использовании конических фильтрующих центрифуг с учетом их конструктивно-кинематических параметров, свойств растительных масел и параметров фильтровальной перегородки.

Методы исследования. При выполнении работы применялись методы системного анализа, математической статистики, регрессионного анализа, численные методы решения нелинейных уравнений, аналитические и экспериментальные методы исследования, методы графического анализа. При экспериментальных исследованиях применялись методы планирования многофакторного эксперимента, корреляционного анализа. При обработке результатов исследования использовались программы «Statistika-6», «Mat CAD», «Exsel» и разработанная программа «Delta-Ro nev».

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается научной строгостью разработанных теоретических положений; сопоставлением результатов аналитического и численного исследований; экспериментальной проверкой математических моделей и результатов расчетов; практической реализацией разработанных методов и технических средств.

Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем:

– разработана новая математическая модель эффективности технологических линий очистки растительных масел, учитывающая влияние структуры, технологических особенностей оборудования и эксплуатационных показателей;

– выполнен теоретический анализ движения растительного масла в пространстве между обечайками ротора центрифуги и получено уравнение производительности центрифуги;

− разработана новая математическая модель процесса центробежного фильтрования в конической фильтрующей центрифуге с учетом влияния свойств растительных масел, параметров фильтровальной перегородки, а также технологических, кинематических и конструктивных параметров центрифуги;

– получены закономерности, характеризующие влияние свойств цеолитовых фильтровальных перегородок, показателей подсолнечного и соевого масел и конструктивно-кинематических параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг на процесс очистки;

– обоснованы оптимальные технологические и конструктивно-кинематические параметры вертикальных конических фильтрующих центрифуг;

– разработаны научные основы проектирования конических фильтрующих центрифуг с учетом полученных экспериментальных и теоретических зависимостей конструктивно-кинематических параметров центрифуг, свойств очищаемого масла и параметров фильтровальных перегородок;

– обоснованы расчетные модели и разработана инженерная методика проектирования вертикальных конических фильтрующих центрифуг;

– разработаны на уровне изобретений новые технические решения, включающие разработку конструкций.

Новизна технических решений защищена тремя патентами на изобретения № 2108169, № 2313401 и № 2338598.

Практическую значимость работы представляют:

– экспериментальные и теоретические зависимости эксплуатационных показателей центрифуг от их конструктивно-кинематических параметров, свойств растительных масел и фильтровальных перегородок;

– научные основы проектирования вертикальных конических фильтрующих центрифуг и технологического процесса на их основе, учитывающие разработанные научно-методические и проектно-технологические рекомендации;

– разработанная новая расчетная программа обоснования рациональных конструктивных параметров вертикальных конических фильтрующих центрифуг;

– результаты исследований позволяют ускорить разработку современного оборудования для очистки растительных масел, удовлетворяющих требованиям сельскохозяйственного производства.

Реализация и внедрение результатов работы. Настоящая диссертация выполнена в соответствии с планами важнейших научно-исследовательских работ и является частью комплексных научно-технических программ развития сельского хозяйства, принятых правительством.

Приведенные в диссертации материалы являются итогом многолетних исследований автора, выполненных в соответствии с государственной научно-технической программой 0.51.21 «Разработать и внедрить новые методы и технические средства сельского хозяйства», а также в соответствии с координационным планом Министерства сельского хозяйства по проблеме О.СХ.102 и тематическими планами НИР Дальневосточного и Алтайского государственных аграрных университетов.

Результаты научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ по теме «Механико-технологические основы повышения эффективности процесса центробежной очистки растительных масел в условиях сельскохозяйственных предприятий» приняты для использования в условиях сельскохозяйственных предприятий Главным управлением сельского хозяйства Алтайского края.

Разработаны «Рекомендации по проектированию конической фильтрующей центрифуги для рафинации растительных масел» и «Технологический процесс при очистке растительных масел на конической фильтрующей центрифуге», которые приняты проектным подразделением ООО НТЦ «Алтайвибромаш», Алтайский НИИ сельского хозяйства СО РАСХН, ООО НПП «Агротерм».

В ООО НТЦ «Алтайвибромаш» разработан экспериментальный образец конической фильтрующей центрифуги, который прошел производственную проверку. Результаты очистки соевого и подсолнечного масел соответствуют требованиям нормативных документов.

Основные положения и результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при изучении дисциплины «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции», а также в курсовом и дипломном проектировании в следующих вузах: ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет», «Рязанский государственный агротехнический университете имени П.А. Костычева», «Новосибирский государственный аграрный университет», «Мичуринский государственный аграрный университет», Луганском национальном аграрном университете, Казахском национальном аграрном университете.


На защиту выносятся следующие новые положения, методы и рекомендации:

– результаты системного анализа технологических линий очистки растительных масел;

– математическая модель технологического эффекта технологических линий очистки растительных масел;

– математическая модель процесса центробежной фильтрации растительных масел на конических фильтрующих центрифугах;

– результаты экспериментальных исследований по обоснованию рациональных параметров конических фильтрующих центрифуг;

– механико-технологическое обоснование конструкций вертикальных конических фильтрующих центрифуг, позволяющее осуществлять качественную очистку растительных масел в одном техническом средстве;

– научные основы создания и проектирования вертикальных фильтрующих конических центрифуг, позволяющие обосновать их конструктивные параметры для получения растительных масел соответствующих нормативным документам;

– новые технические решения, на базе которых созданы эффективные образцы лабораторных центрифуг.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях: Дальневосточного государственного аграрного университета (г. Благовещенск 1996-1998 гг., 2002…2006 гг.), Амурского государственного университета (г. Благовещенск 2005 г.); на международных научно-практических конференциях «Современные проблемы механизации производственных процессов в АПК» в Луганском национальном аграрном университете (Украина, г. Луганск 2006 г.), «Исследования. Результаты» в Казахском национальном аграрном университете (Казахстан, г. Алматы 2007…2008 гг.), «Аграрная наука − сельскому хозяйству» в Алтайском государственном аграрном университете (г. Барнаул 2008 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в журналах «Техника в сельском хозяйстве», «Механизация и электрификация сельского хозяйства», «Ползуновский вестник», «Вестник Алтайского государственного аграрного университета», «Исследования. Результаты» (Казахский национальный аграрный университет), в сборниках научных трудов Дальневосточного государственного аграрного университета, Амурского государственного университета, Всероссийского научно-исследовательского института сои, Луганского национального аграрного университета, Новосибирского государственного аграрного университета, Казахского агротехнического университета имени С. Сейфуллина.

Результаты исследований опубликованы в 45 печатных работах, в том числе 9-ти в трудах по списку ВАК для докторских диссертаций, 2-х монографиях, в 3-х патентах на изобретения, 2-х научно-практических рекомендациях.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и основных выводов по диссертации, списка литературы, включающего 313 наименований, и приложений.

Диссертационная работа изложена на 495 страницах, включая 105 рисунков, 38 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы исследования, её связь с «Приоритетной национальной программой развития сельского хозяйства», сформулирована научная проблема, изложены цель и задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость.

В первой главе «Современное состояние производства растительных масел » на основе статистических данных показан рост производства растительных масел, рассмотрены способы их производства. Анализируются способы и технические средства очистки.

По разработанной методике проанализированы структурные и конструктивно-технологические схемы технологических линий очистки растительных масел. Установлено, что технологические линии, пригодные по структуре и надежности для применения в условиях сельскохозяйственного производства, имеют малопроизводительную технологию из-за отсутствия эффективных технических средств очистки. Анализ способов и технических средств очистки растительных масел выявил существенные преимущества центрифуг, однако существующие центрифуги разрабатывались для очистки суспензий со свойствами, значительно отличающимися от свойств растительных масел, следовательно, необходимы дальнейшие исследования процесса очистки растительных масел центрифугированием.

Вопросами исследования процесса фильтрования сложных жидких систем занимались ученые Г.И. Бремер, П.А. Ребиндер, Г.А. Кук, В.А. Жужжиков, В.И. Соколов, В.Х. Паронян, А.И. Лукъяненко, Н.Н. Липатов, Д.Е. Шкоропад, В.Г.Щербаков, Е.М. Гольдин и другие.

В работах ученых рассматриваются процессы разделения неоднородных систем осаждением и фильтрованием в гравитационном и центробежном полях. Скорость осаждения в гравитационном поле с учетом концентрации примесей в суспензии

υ = [d² (ρ_s − ρ_f )g В Ф(В)]/18μ,

где d – эквивалентный диаметр частиц, м; ρ_s − плотность дисперсионной среды, кг/м³;

ρ_f – плотность дисперсной фазы, кг/м³; μ – динамическая вязкость, Па·с; В – коэффициент порозности среды.

Функция концентрации суспензии

Ф(В)=10^-1,82(1-В).

Скорость осаждения в центробежном поле

υ = (2В²·10^{-1,82(1–В)})/[f ²μ]Δg Fr_ср,

где Fr_ср– критерий Фруда; Δ – разность плотностей дисперсионной среды и дисперсной фазы, кг/м³.

Процесс фильтрования растительных масел рассматривается при движении по извилистым каналам фильтрующего материала.

С учетом конструктивных особенностей и процесса фильтрования в вертикальных фильтрующих конических центрифугах теории В.И.Соколова, Г.И. Бремера, Е.М. Гольдина и Н.И. Кумина после соответствующей доработки применимы к анализу движения растительных масел в пространстве между обечайками ротора вертикальной фильтрующей конической центрифуги, к разработке теории и математической модели.

Основное дифференциальное уравнение фильтрования

dV / (S dτ ) =( ∆P / μ )( R_ос + R_фп. )],

где ∆P – потеря давления в слое фильтрующего материала, Па; V – количество жидкости, м³;

τ – время фильтрования, с; R_ос – гидравлическое сопротивление осадка, м^-1; R_фп.– гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки, м ^-1; μ – динамическая вязкость суспензии, Па·с.

Процесс фильтрования описывается общим законом прохождения жидкости через пористую среду под действием силового поля.

Общий закон прохождения жидкости через пористую среду под действием силового поля

υ₁ = (k _с /μ)(Р/L), (1)

где k_с – коэффициент проницаемости, м²; Р – давление, Па; L – длина цилиндрической части ротора, м.

Известно уравнение для оценки коэффициента проницаемости

k_с = 0,246 В³/[f ² (1–В)²], (2)

где f – удельная площадь поверхности частиц цеолита, м².

Объединив ряд постоянных входящих в уравнение (1), характеризующих данную суспензию, получим

(k_с Н ρ_f g)/( μ L) = k_с g / ν = k. (3)

Коэффициент k используется в качестве характеристики способности суспензии разделяться в фильтрующих роторах центрифуг.

В теории фильтрования рассматривается скорость прохождения жидкости через пористую среду в зависимости от сопротивления среды или обратной величины – коэффициента проницаемости k_с.

Скорость фильтрования в центробежном поле

υ = (2В²·10^{-1,82(1–В)})/[f ²(1–В)μ]ρ_f ω²r_{с р},

Скорость фильтрования с учетом фактора разделения

υ = (2В³·10^{-1,82(1–В)})/[f²(1 – В)²μ]g ρ_f Fr_ср .

При центробежной фильтрации исходят из уравнения ламинарной фильтрации

V = F, (4)

где V − количество жидкости, проходящей в единицу времени через фильтрующую среду, м³/сек; − падение давления при прохождении жидкости через фильтрующую среду, Па; F − полная площадь поперечного сечения фильтрационного потока, включая площадь пор и твердых частиц, м²; h − толщина фильтрующего слоя, м.

Во второй главе «Механико-технологические методы оценки технологических показателей процесса очистки растительных масел в конической фильтрующей центрифуге» рассматривается процесс разделения «сырого» растительного масла в центробежном поле.

Обобщенная информационная оценка современного состояния исследований в области разделения растительных масел в условиях сельскохозяйственных предприятий, дисперсной средой в которых являются коллоидные нежировые примеси, показала необходимость системного подхода к разработке конической центрифуги с фильтрующим материалом из цеолита, обеспечивающим улавливание коллоидных и мелкодисперсных примесей.

Специфика очистки растительных масел позволяет рассматривать формализованные взаимосвязи процесса, протекающего в рабочем пространстве оборудования, с особенностями свойств неочищенного масла, свойств фильтровальной перегородки, конструктивными параметрами оборудования, а также их влияние на качественные показатели готового продукта.

Рисунок 1. Методологическая база исследований процесса очистки растительных масел в вертикальных фильтрующих центрифугах


Методология формирования показателей качества зависит от специфических особенностей процесса. Разработка эффективных технологических линий очистки растительных масел с качественными показателями работы оборудования, отвечающими требованиям государственных стандартов, включает в себя несколько технологических подходов, а именно разработка технологических линий очистка «сырого» масла и оборудования для очистки с последующим контролем готового продукта.

Методологическая база теоретического обоснования технологического процесса и конструкции оборудования для очистки растительных масел в условиях сельскохозяйственных предприятий является фундаментом многоступенчатой и многозвенной структуры, которая включает:

– исследование технологических линий очистки растительных масел с целью разработки математической модели структуры линий;

– создание фильтрующего оборудования для очистки масел в поле центробежных сил;

– исследование технологического процесса на базе особенностей центрифугирования в рабочем пространстве центрифуги;

– исследование свойств растительных масел, параметров фильтровальных перегородок, конструктивно-кинематических параметров центрифуги и их влияние на процесс очистки;

– исследование качественных показателей очищенных растительных масел;

– оценка процесса фильтрования при анализе дифференциальных уравнений движении масла в пространстве между обечайками ротора центрифуги;

– оценка процесса центробежной очистки растительных масел при движении в пространстве между внутренней и наружной обечайками ротора.

В разрабатываемой вертикальной фильтрующей конической центрифуге при движении масла в пространстве между обечайками ротора, заполненного фильтрующим веществом (цеолитом) происходит её очистка. На рисунке 2 приведена схема движения элементарного объема усеченного конического элемента растительного масла DV, высотой Dz=Dr×Cosq₀, толщиной l (l – расстояние между обечайками, м), соответствующего дуге длиной Dj×rSinq₀, и массой Dm=rDV=r×l×rSinq₀×Cosq₀×Dr×Dj×, поднимающегося вверх со скоростью υ_пр (м/с) по каналам фильтрующего слоя.

. На элементарный объем растительного масла в плоскости осевого сечения ротора действуют следующие силы: объемные – (сила тяжести G=Dmg и переносная сила инерции Ф_пер с проекцией =Dmw2rSinq₀); поверхностные – (нормальные реакции обечаек N₁, N₂, силы давления соседних слоев жидкости P₁, P₂), обобщенная сила сопротивления F= –a×υ, включающая в себя силы вязкого сопротивления и силы сопротивления фильтрующего материала (a – обобщенный коэффициент).

Дифференциальные уравнения движения материальной частицы по конической поверхности ротора фильтрующей центрифуги в проекциях на оси локальной системы координат М_rq_j..



. (5)

(6)

Полученное уравнение (6) не учитывает влияние на производительность качественных показателей очищенного масла. В полученной математической модели не прослеживается влияние площади осаждения ротора центрифуги на рабочий процесс. Указанное обстоятельство выявило необходимость дальнейших исследований.

При движении масла вдоль образующей ротора масло продвигается по каналам цеолита, постепенно освобождаясь от частиц примесей под действием центробежного поля. Процесс очистки происходит при движении масла к центру центрифуги в три периода: образование слоя осадка в порах цеолита, уплотнение осадка и уменьшение объема пор цеолита, вытеснение жидкости, удерживаемой капиллярными и молекулярными силами.

Скорость протока масла в пространстве между обечайками ротора снизу вверх определяется делением производительности на площадь потока

υ_пр= W/(2 π r_х h¹ ε ρ_f) , (7)

где W − производительность центрифуги, кг/с; r_х − переменный радиус ротора центрифуги, м; h¹ – толщина слоя очищенного масла, движущегося по зазору между обечайками, м; ε − коэффициент порозности фильтрующего материала, учитывающий в данном случае снижение площади поперечного сечения потока масла вдоль образующей конуса центрифуги; ρ_f – плотность дисперсионной среды (масла), кг/м³.

После преобразований получим

υ_пр^ср = W/[2π ε ρ_s ℓ₂ r_min cos θ₀], (8)

где ℓ₂ − расстояние между обечайками центрифуги в радиальном направлении, м.

С учетом теории фильтрования радиальная объемная производительность в центробежном поле цилиндрической фильтрующей центрифуги

V_c= (ρ_s− ρ_f) ω²(R²−r₀²) π∙10^-1,82(1-В)∙ k_c∙L (R+r_c )[2 µ(R−r_с)], (9)

где ρ_s − плотность суспензии, кг /м³; ω − частота вращения ротора центрифуги, с^-1; R − переменный наружный радиус кольцевого слоя осадка, м; r_о− переменный внутренний радиус слоя жидкости в роторе, м; В − коэффициент порозности; k_c − коэффициент проницаемости фильтрующего материала, цеолита, м²; μ – динамическая вязкость суспензии, Па∙с; L− длина образующей конуса, м; r_c − переменный внутренний радиус кольцевого слоя осадка, м.

Учитывая, что

(R²−r₀²)(R + r_о)/(R − r_о)] = (R +r₀)² (10)

и площадь фильтрующей поверхности у наружной обечайки ротора вертикальной фильтрующей конической центрифуги F= π L(R_max− R_min), получим переменную радиальную скорость фильтрования в центробежном поле вертикальной фильтрующей конической центрифуги:

υ_c= V_c / F =(ρ_s− ρ_f) ω²(R +r₀ )² k_c /[2 µ(R_max− R_min)], (11)

где R − переменный наружный радиус конуса центрифуги; r_о− переменный внутренний радиус конуса, м; r_max− максимальный радиус внутреннего конуса центрифуги; r_min − минимальный радиус внутреннего конуса. В центрифуге, работающей по схеме, представленной на рисунке 3 выход очищенного масла происходит через перфорацию в верхней части наружной обечайки. При этом r_c= r_о, R − средний радиус наружного конуса центрифуги, r_о− средний радиус внутреннего конуса центрифуги.

Для средних значений радиусов

(R +r₀)²={[(r _max+ ℓ₂)( r_min+ ℓ₂)] ^½ + (r_max r_min)^½}².

С учетом (9) средняя скорость движения масла к центру центрифуги

υ_c^ср= (ρ_s− ρ_f) ω² k_c{[( r_max+ ℓ₂)( r_min+ ℓ₂)] ^½ + (r_max r_min) ^½}²/[2 µ(R_max− R_min)]. (12)

После преобразований (2) коэффициент проницаемости

k_с = 0,0068 d²ξ ³/(1+ ξ), (13)

υ_с^ср= 0,0034d² ε ξ ³(ρ_s− ρ_f) ω² {[( r_max+ ℓ₂)( r_min+ℓ₂)] ^½+(r_max r_min)^½}²/[µ(R_max−R_min) (1+ ξ)].

Учитывая отношение υ_пр^ср / υ_с^ср = L / ℓ₂ = H/(cosθ₀ ℓ₂), (14)

где L − длина образующей конуса ротора центрифуги, м; Н − высота конуса ротора центрифуги, м,

после соответствующих преобразований, математическая модель процесса очистки растительных масел в центрифуге первого типа

W = 0,0215 ω² (ρ_s−ρ_f)( ρ_f / µ )r_min d²ε ξ ³ {[ ( r_min+ Н tgθ₀) r_min] ^½+

+[( r_min+ Н tgθ₀+ ℓ₂)( r_min+ ℓ₂)]^½}²/ [tgθ₀( 1+ξ)], (15)

или W = 0,0215ω²С_м С_ц k_ц1 (16)

где С_м – показатель, характеризующий влияние свойств обрабатываемого масла на производительность конической центрифуги, кг∙с/м⁵: С_м= (ρ_s−ρ_f ) ρ_s / µ= (ρ_s−ρ_f )/ ν; (17)

ν − кинематическая вязкость суспензии (фильтруемого масла до фильтрования), м²/с;

С_ц – показатель, характеризующий влияние параметров фильтровальной перегородки (цеолита) на производительность конической центрифуги, м²: С_ц= d² ε⁴ /[(1+ ε )10 ^{1,82/(1+ ε )} ] ;

(18)

k_ц1 – показатель, характеризующий влияние конструктивных параметров на производительность конической центрифуги, м³:

k_ц1 = ( r_min / tgθ₀) {[( r_min+Н tgθ₀) r_min] ^½+[( r_min+ Н tgθ₀+ ℓ₂)( r_min+ℓ₂)]^½}² . (19)

В этом случае W=F_отв· µ₁ ρ_f (2Δр/ρ_f)^½,

где F_отв – площадь отверстия на выходе из центрифуги, м²; µ₁ – коэффициент расхода; Δр – давление жидкости, Па; ρ_f – плотность очищенного масла, кг/м³.

Давление жидкости в конической центрифуге

Δр= ρ_f ω²[(R_max R_min) – (r_max r_min)] /2 . (20)

Производительность

W = F_отв ρ_f µ₁ ω [(R_max R_min)–(r_max r_min)]^½ = 0,0215ω² С_м С_ц k_ц1. (21)

Из (20)

Δρ = ρ_s– ρ_f = 46,52F_отв ρ_f µ₁ ν [(R_max R_min)–(r_max r_min)]^½ / [ω С_ц k_ц1]. (22)

Уравнение (22) является основным уравнением фильтрования в конических фильтрующих центрифугах второго типа (ВФКЦ-3) с отверстиями для выхода очищенного масла из ротора.

Площадь поверхности осаждения ротора центрифуги

F₁ = r_min {[ ( r_min+ Н tgθ₀) r_min] ^½+

+[( r_min+ Н tgθ₀+ ℓ₂)( r_min+ ℓ₂)]^½}²/ [ tgθ [(R_max R_min)–(r_max r_min)]^½], (23)

тогда разность плотностей очищенного в центрифуге масла и дисперсионной фазы

Δρ = ρ_s– ρ_f = 46,52F_отв ρ_f µ₁ ν / [ω С_ц F₁] . (24)

Продолжительность пребывания суспензии в поле центробежных сил

Т=ℓ₂/ υ_с^ср =ℓ₂ [µ(r_max−r_min)(1+ ξ)]/0,0034d² ξ ³(ρ_s− ρ_f)ω²{[( r_max+ ℓ₂)( r_min+ℓ₂)] ^½+(r_max r_min)^½}².

Необходимое время пребывания суспензии в роторе центрифуги для получения качественной очистки можно обеспечить за счет регулирования площади отверстий на выходе масла из центрифуги:

Т₁ =10,2 r_min ε (r_max−r_min) ℓ₂