Совершенствование и моделирование процесса пневмосепарирования рушанки подсолнечных семян тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат технических наук Глущенко, Григорий Анатольевич

• Глущенко, Григорий Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Глущенко, Григорий Анатольевич

Введение.

1 Аналитический обзор основных схем для разделения рушанки семян подсолнечника, конструкций пневмосепараторов и теоретических аспектов сепарирования воздушным потоком.

1.1 Схема рушально-веечного отделения фирмы «ВиЫег».

1.2 Схема рушально-веечного отделения фирмы «АПоссо».

1.3 Типовая схема рушально-веечного отделения для переработки семян подсолнечника маслодобывающих предприятий РФ.

1.4 Конструкции оборудования для разделения рушанки семян подсолнечника, контроля перевея и лузги.

1.5 Пневмосепарирующее оборудование для разделения зерновых смесей в вертикальном воздушном потоке.

1.6 Основные аспекты теории процесса пневмосепарирования сыпучих материалов в вертикальном воздушном потоке.

1.7 Цель и задачи исследования.

2 Экспериментальное определение скорости витания частиц рушанки семян подсолнечника.

2.1 Основные методы исследования аэродинамических свойств зернового сырья.

2.2 Экспериментальное исследование скорости витания частичек рушанки семян подсолнечника.

3 Экспериментальные исследования разделения рушанки семян подсолнечника в производственных условиях и в аэросепараторе.

3.1 Определение основных технологических параметров работы семеновеечной машины Р1-МС-2Т в производственных условиях.

3.2 Аэродинамические условия работы аэросепаратора МКА-400.

3.2.1 Поле скоростей воздушного потока в вертикальном пневмосепарирующем канале аэросепаратора МКА-400.

3.2.2 Аэродинимаческая характеристика усовершенствованной конструкции аэросепаратора МКА-400.

3.3 Экспериментальное исследование сепарирования фракционированной рушанки семян подсолнечника в усовершенствованном аэросепараторе.

4 Математическое моделирование движения частичек рушанки в аэросепараторе.

4.1 Разработка позонной математической модели стесненного движения частичек рушанки в аэросепараторе.

4.2 Разработка методики расчета основных параметров аэросепаратора для сепарирования рушанки подсолнечных семян воздушным потоком.

5 Разработка технических решений по совершенствованию конструкции оборудования для разделения рушанки подсолнечных семян воздушным потоком.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование и моделирование процесса пневмосепарирования рушанки подсолнечных семян»

Актуальность работы. В настоящее время в РФ переработку семян подсолнечника осуществляют более 200 маслодобывающих предприятий, из которых 14 маслоэкстракционных заводов (МЭЗ) имеют производительность более 1000 тонн в сутки по семенам подсолнечника, 12 заводов перерабатывают от 500 до 1000 тонн в сутки и 75 заводов - более 100 тонн в сутки. Подготовка семян подсолнечника к извлечению масла на большинстве предприятий ведется по типовой схеме рушально-веечного цеха (РВЦ). Обрушивание семян и разделение рушанки осуществляется в рушально-веечном агрегате, состоящем из бичевой семенорушки и семеновеечной машины Р1-МС-2Т, которая включает рассев и пятиканальную аспирационную камеру, где отделяют частички лузги наклонным воздушным потоком с получением ядровой фракции, недоруша, перевея и лузги. На участке контроля перевея и лузги используются семеновеечные машины, при этом рециклический поток перевея в РВЦ составляет около 20 % от производительности завода по перерабатываемым семенам, а количество отводимой из производства лузги 15-17 %. Основные безвозвратные потери масла с лузгой формируются на этапе разделения рушанки наклонным воздушным потоком в аспирационной камере семеновеечной машины за счет выноса частичек ядра в лузгу, достигающего 1 % и более при нормативных потерях не более 0,4 %. Только за счет выноса ядра с лузгой на 0,5 % сверх норматива МЭЗ производительностью 500 тонн в сутки теряет с лузгой не менее 82,8 тонн масла в год, что в стоимостном выражении составляет 2,48 млн. рублей (при оптовой стоимости 30 рублей за 1 кг масла).

Теоретические основы процесса разделения воздушным потоком зернового сырья, в том числе масличных семян и их компонентов, а так же разработка соответствующего оборудования отражены в работах А.Я. Малиса,

A.Д. Демидова, А.Б. Демского, В.Ф. Веденьева, Е.В. Семенова,

B.А. Масликова, В.В. Белобородова и ряда других ученых.

Разработка ресурсосберегающих технических решений по совершенствованию действующего технологического оборудования и создание высокоэффективного пневмосепаратора, обеспечивающие снижение выноса ядра в лузгу и исключение из схемы РВЦ контрольных операций фракций перевея и лузги, основанные на экспериментальном исследовании аэродинамических свойств частиц рушанки семян подсолнечника, процесса их разделения вертикальным воздушным потоком и математическом моделировании стесненного движения частичек рушанки в аэросепараторе, являются актуальными задачами.

Научная работа выполнялась по гос. контракту №П424 «Научное обоснование и разработка ресурсосберегающих технических решений по совершенствованию рушально-веечного цеха маслоэкстракционного завода» (научный руководитель аспирант Глущенко Г.А.) в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 — 2013 годы, по хоз. договору №6.34.03.03 - 2008 г. «Разработка технологических решений (раздел ТХ) для маслоэкстракционного завода производительностью 1000 т/сутки семян подсолнечника» с ООО "Инпротех" (проектный институт) и при материальной и финансовой поддержке ООО «Экотехпром», которое безвозмездно предоставило промышленный аэросепаратор МКА-400 для проведения исследований.

Цель и задачи диссертационной работы. Цель работы - научно-техническое обоснование процесса разделения фракционированной рушанки семян подсолнечника вертикальным воздушным потоком и совершенствование пневмосепаратора, обеспечивающие снижение выноса ядра в лузгу, исключающие образование фракции перевея и участок контроля лузги в типовой схеме РВЦ.

В соответствии с поставленной целыо сформулированы следующие задачи исследования:

- экспериментально изучить скорость витания компонентов рушанки семян подсолнечника заводской смеси;

- определить в производственных условиях типового РВЦ основные параметры работы семеновеечной машины Р1-МС-2Т - нагрузку по рушанке для каждого раздела пятиканальной аспирационной камеры, ее фракционный и компонентный состав, необходимые для обоснования режимов работы при испытании в стендовых условиях промышленного аэросепаратора МКА-400;

- экспериментально исследовать в стендовых условиях аэродинамические условия работы промышленного аэросепаратора МКА-400 и его усовершенствованную конструкцию;

- экспериментально исследовать процесс отделения лузги из рушанки воздушным потоком в усовершенствованном аэросепараторе в стендовых условиях;

- разработать математическую модель стесненного движения частичек рушанки в приемном устройстве и вертикальном пневмосепарирующем канале аэросепаратора и определить его рациональные конструктивно-технологические параметры;

- разработать методику инженерного расчета аэросепаратора для разделения рушанки;

- разработать технические решения по совершенствованию пневмосепараторов для разделения рушанки и семеновеечной машины Р1-МС-2Т.

Научная новизна. Экспериментально определена средняя скорость витания частичек лузги и ядра рушанки семян подсолнечника заводской смеси, а также сечки, недоруша и масличной пыли. Впервые получены зависимости для расчета средней скорости витания от среднего диаметра частиц лузги и ядра различных фракций.

Выполнены экспериментальные исследования функционирования усовершенствованного аэросепаратора в стендовых условиях. Получена зависимость для расчета потерь полного давления и исследовано влияние основных конструктивно-технологических параметров на эффективность отделения лузги из фракций рушанки воздушным потоком.

Развиты представления о механизме движения частичек рушанки в приемном устройстве и пневмосепарирующем канале с учетом их стесненного движения на основании экспериментальных исследований и разработанной позонной математической модели, учитывающей начальную скорость движения частичек, удельную нагрузку, угол наклона приемного устройства, силы тяжести и трения, а так же аэродинамического сопротивления воздушного потока. Полученные результаты позволили рассчитать среднюю скорость и определить путь, пройденный частичками при стесненном движении в приемном устройстве и вертикальном пневмосепарирующем канале, а также установить рациональные конструктивно-технологические параметры усовершенствованного аэросепаратора.

Математическая модель идентифицирована по собственным экспериментальным данным, которые получены киносъемкой.

Практическая значимость. Разработаны технические решения, новизна которых подтверждена одним патентом на изобретение РФ №2397027 «Пневмосепаратор для отделения аэроуносимых частиц» и двумя патентами на ПМ РФ №78794 «Пневмосепаратор» и №88020 «Аэросепаратор для отделения лузги».

Показано, что модернизация семеновеечной машины с использованием разработанных технических решений позволяет исключить образование фракции перевея и соответственно исключить участки контроля перевея и лузги из схемы РВЦ.

Разработана методика инженерного расчета аэросепаратора для разделения рушанки, в основу которой положена полученная математическая модель сложного движения частичек рушанки.

Технические разработки (патенты РФ №2397027, №78794) соответственно удостоены серебряных медалей на XIV и XV Международном салоне изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД - 2011» и 7

АРХИМЕД - 2012» г. Москва. Автор удостоен дипломом 1-й степени и награжден золотой медалыо на краевом конкурсе «На лучшую научную и творческую работу преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений Краснодарского края за 2011 г.»

Технические разработки использованы: ООО «Инпротех» (проектный институт) в рабочем проекте маслоэкстракционного завода производительностью 1000 т/сут по семенам подсолнечника для ЗАО «Сорочинский комбинат хлебопродуктов» Оренбургская обл.; ООО «Экотехпром» в предпроектном решении «Разработка технических предложений по реконструкции рушально-веечного цеха» для Усть-Лабинского ЭМЭК ЗАО «Флорентина» и в технических предложениях по реконструкции РВЦ, разработанных в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы для Бейсугского маслозавода АО фирмы «Агрокомплекс».

На защиту выносятся следующие положения:

- результаты экспериментального изучения скорости витания компонентов рушанки семян подсолнечника современных сортов;

- зависимости для расчета скорости витания фракций лузги и ядра семян подсолнечника;

- результаты исследования работы в производственных условиях семеновеечной машины Р1-МС-2Т - нагрузка по рушанке для разделов пятиканальной аспирационной камеры, ее фракционный и компонентный состав;

- изученные аэродинамические условия работы аэросепаратора и уравнение для расчета потерь полного давления в зависимости от его основных конструктивно-технологических факторов;

- результаты исследования процесса разделения воздушным потоком фракций рушанки семян подсолнечника в усовершенствованном аэросепараторе;

- разработанная математическая модель стесненного движения частичек рушанки в аэросепараторе, позволяющая рассчитать скорость и определить характер перемещения частичек в приемном устройстве и вертикальном пневмосепарирующем канале;

- рациональные конструктивно-технологические параметры усовершенствованной конструкции пневмосепаратора для разделения фракций рушанки;

- разработанные конструкции пневмосепарирующего оборудования, защищенные патентом на изобретение №2397027 «Пневмосепаратор для отделения аэроуносимых частиц» и двумя патентами на ПМ №78794 «Пневмосепаратор» и №88020 «Аэросепаратор для отделения лузги», а также технические предложения по модернизации семеновеечной машины Р1-МС-2Т.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты пищевых производств», Глущенко, Григорий Анатольевич

Результаты исследования вертикального движения частиц рушанки различных разделов в пневмосепарирующем канале аэросепаратора (зона 3)

Исходные данные:

Параметр Раздел

II III IV V

Удельная нагрузка, д кг/(ч-см) 8,4 7,6 3,2 5,9

Средняя скорость воздуха, V, м/с 3,7 3,7 3,2 3,2

Начальная скорость вертикального движения, ивн, м/с 0,65 0,69 0,8 0,66

Средний коэф. парусности Кп, м" 2,09 2,1 2,2 2,2

Поправочный коэффициент, кв 0,95 0,99 1,19 1,06

Для рушанки П-го раздела п/п Интервал зоны наблюден ия Н, см Время, тв, с Скорость движения частиц на выходе из приемного устройства, и, м/с

1 2 3 4 иср ^расч

1 5-10 0,043 0,8 0,97 0,95 0,88 0,9 0,94

2 10-15 0,099 1,3 0,88 1,24 1,15 1,14 1,17

3 15-20 0,157 1,56 1,25 1,31 1,48 1,4 1,3

4 20-25 0,214 1,62 1,53 1,3 1,37 1,46 1,37

Для рушанки Ш-го раздела п/п Интервал зоны наблюден ия Н, см Время, тв, с Скорость движения частиц на выходе из приемного устройства, и, м/с

1 2 3 4 иср ^расч

1 5 - 10 0,043 0,93 1,18 1,05 1,26 1,11 0,99

2 10-15 0,099 1,35 1,27 1,08 1,21 1,23 1,22

3 15-20 0,157 1,21 1,39 1,23 1,3 1,28 1,35

4 20-25 0,214 1,63 1,58 1,42 1,46 1,52 1,42 п/п Интервал зоны наблюден и я Н, см Время, тв, с Скорость движения частиц на выходе из приемного устройства, и, м/с

1 2 3 4 ^расч

1 5 - 10 0,043 1,03 0,92 1,24 1,1 1,07 0,98

2 10-15 0,099 1,31 1,05 0,93 1,12 1Д 1,11

3 15-20 0,157 1,28 1Д1 1,35 1,22 1,24 1,18

4 20-25 0,214 1,29 1,16 1,34 1,25 1,26 1,22

Для рушанки У-го раздела п/п Интервал зоны наблюден ия Н, см Время, тв, с Скорость движения частиц на выходе из приемного устройства, и, м/с

1 2 3 4 ^расч

1 5 - 10 0,043 0,74 0,91 0,69 0,86 0,8 0,84

2 10-15 0,099 1,2 0,98 1,1 0,9 1,05 0,97

3 15-20 0,157 0,93 1,22 1,02 1,24 1,1 1,05

4 20-25 0,214 1,31 1,07 1,14 1,08 1,15 1,09

Для проверки полученной модели движения на адекватность по критерию Фишера рассчитаем дисперсию адекватности по уравнению [124, 125]

0) где т - число параллельных опытов (т=4); у1 - среднее значение скорости, м/с; у, - рассчитанное значение скорости, м/с; N - число опытов (N=16); I -число параметров в модели (/=3) [126]. = 0,024

Дисперсию воспроизводимости рассчитывают по уравнениям т ^ ^ хи-ю с=--:-; (2) т — 1 N т2

У*

ВОС J о2 7=1 И) вое ер д^ " \ /

Я2 =0,016 вое ер '

Тогда критерий Фишера находят из уравнения ]>49 (4> вое ер

Число степеней свободы находят из уравнений = N-1 = 13; (5)

2=М{т-1) = 48. (6)

Табличное значение критерия Фишера на уровне значимости р=0,05 составляет Т7 = 2. кр

Так как ^ < ^ , то полученная модель адекватно описывает полученные экспериментальные данные на уровне значимости р=0,05.

Начало

8. />Кп,ин,и ан = g(sin а - / со5 а) и =

5 =

4КП о агс^ у!аН ип йх + и = ип где ^Д-УМ^-ц) л/Ы+л/^яК-^)

5 =

С/„л/^я

5 / т +-/и

Вехр^2^Кп ан г +7

5 + 7

Конец

Алгоритм решения уравнений движения в приемном устройстве аэросепаратора к> о 00

Я -о я Й о * со а

13) а>

Расчет удельных энергозатрат в РВЦ на одну тонну перерабатываемых семян.