Фактор разделения конической фильтрующей центрифуги и качество очистки

Выпуск продукции, соответствующей международным стандартам качества – необхо-димое условие производства растительных масел. Реализовать это направление можно путем создания в стране собственных передовых технологий и высокопроизводительного оборудования. Приобретение высокоэффективного перерабатывающего оборудования за рубежом  сопряжено со значительными  затратами ни только на приобретение техники, но и на развитие ремонтно-технического обслуживания.

В связи с этим необходима разработка экономичного недорогого отечественного оборудования и организация его изготовления [2].

С учетом изобретения (патент РФ №2313401) [1] разработана конструкция вертикальной фильтрующей конической центрифуги с цеолитовой фильтрующей перегородкой.

На рисунке 1. приведена конструктивная схема  ротора центрифуги.

На валу привода 1 ротора центрифуги гайкой 12 крепится основание ротора 2, на котором устанавливается наружная коническая обечайка 5 и центрируется диском 3. Наружная обечайка 5 выполнена без перфорации и имеет кольцо 6 для соединения с крышкой 9 ротора. Для центрирования внутренней обечайки 15 служит диск 14 и перфорированная втулка 4.

Диски 3 и 14 соединяются с основанием ротора 2 болтами 13. Крышка ротора 9 служит для крепления внутренней 15 и наружной 5 обечаек болтами 7 и их центрирования за счет соединения с заливным цилиндром 11. Концентрично расположенные конические обечайки ротора 5 и 15 образуют между собой полость, заполненную цеолитом 10.

 

Рисунок 1. Конструктивная схема ротора экспериментальной вертикальной фильтрующей конической центрифуги: 

1 – вал привода; 2 – основание ротора; 3 – диск для крепления наружной обечайки ротора; 4 – перфорированная втулка; 5 − наружная коническая обечайка; 6 – кольцо крепления наружной обечайки; 7 – болты крепления крышки роторов; 8 – отверстия в крышке ротора; 9 – крышка ротора; 10 – фильтрующий материал (цеолит); 11 – заливной цилиндр; 12 – гайка крепления ротора; 13 – болты крепления обечаек ротора; 14 – диск для крепления внутренней обечайки ротора; 15 –  внутренняя обечайка ротора. 

Между крышкой ротора 9 и кольцом крепления наружной обечайки 6 расположена уплотняющая прокладка. В крышке ротора выполнены отверстия 8, располагающиеся ближе к внутренней обечайке, которые позволяют выводить из рабочего пространства более легкие фракции масла, что способствует улучшению качества очищенного масла путем отбора более чистого масла, расположенного ближе к центру центрифуги. В конструкции предусмотрена возможность перекрывать отверстия с целью изменения производительности.

Вертикальная фильтрующая коническая центрифуга работает следующим образом. Масло поступает в центрифугу через заливную горловину 11, затем через перфорированную втулку 4 попадает в межобечаечную полость. Под действием сил гравитационного и центробежного полей масло очищается в рабочем пространстве между обечайками 5 и 15, занятом фильтрующим материалом.

Масло перемещается вверх и одновременно к центру центрифуги, что и приводит к его очистке при прохождении через поры цеолита. При этом наиболее легкие фракции масла будут вытесняться к внутренней обечайке 15, а наиболее тяжелые перемещаются к наружной обечайке 5. При достижении верхней части ротора очищенное масло выводится через отверстия. С уменьшением площади отверстий разность плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы уменьшается, то есть качество очистки улучшается.

Техническое совершенство центрифуги характеризуется такими показателями, как индекс производительности, фактор разделения и производительность при заданных качественных показателях очистки растительных масел.

Индекс производительности центрифуги

∑ = F2·Fr,                                                                               (1)

где   F2 –  площадь поверхности осаждения  ротора центрифуги, м2;

Fr  – фактор разделения.

Фактор разделения центрифуги

Fr= ω2rср/g=( ω2/g)(rminrmax) ½,                                                                     (2)

 

где  ω – частота вращения ротора центрифуги, с-1;

rср– средний радиус кольцевого сечения слоя жидкости в пространстве между обечайкам ротора центрифуги, м.

rmin − минимальный радиус внутренней обечайки ротора центрифуги, м; rmax− максимальный радиус внутренней обечайки ротора центрифуги, м; Производительность центрифуги [2]

 

 

где  kс – коэффициент проницаемости, м2;

 

W =3,16 g F2· Fr  kс См = 3,16 gkс  См.

(3)

 

См – показатель, характеризующий влияние свойств обрабатываемого масла, (кг·с/м5).

Коэффициент проницаемости

kс = 0,0068 d2 ε ξ 3/(1+ ξ),                                                                     (4)

где   d − диаметр частиц цеолита, м;

ε коэффициент пористости фильтрующего материала;

ξ – коэффициент порозности;

Экспериментально получены зависимости [2]: коэффициента пористости ε от эквивалентного диаметра частиц цеолита d, пропитанного маслом ε = 8d + 0,4 и коэффициента порозности ξ от эквивалентного диаметра частиц цеолита d, пропитанного маслом   ξ=26,9d+0,67.

См= (ρs − ρf ) / ν = ∆ρ/ ν ,                                                          (5)

где   ρs − плотность дисперсной фазы, кг/м3;

ρf плотность дисперсионной фазы , кг/м3;

ν кинематическая вязкость фильтруемого масла, м2/с.

∆ρ – разность плотностей дисперсной и дисперсионной фаз растительного масла, кг/м3.

Площадь поверхности осаждения ротора  центрифуги [2], м2

F2=rmin {[(rmin+ Н tg θ0 )rmin)] ½ +[(rmin+Нtg θ0 + ℓ2)(rmin+ℓ2)]½}2/[(rminrmax) ½ tg θ0  ].

(6)

где Н высота ротора центрифуги, м;

θо – угол между осевой линией и образующей ротора центрифуги, град;

– радиальное расстояние между обечайками ротора центрифуги, м.

С учетом истечения масла через отверстие в крышке ротора производительность равна [3]

W=Fотв µ1 ρf (2∆р/ρf)½,                                                                 (7)

где Fотвплощадь отверстия для выхода очищенного масла из ротора центрифуги, м2

µ1 – коэффициент истечения масла через отверстие в крышке ротора,

2

 

∆рдавление жидкости в конической центрифуге, Па Давление жидкости  в конической центрифуге [2]

∆р = ρf ω2(R2r0  )/2,                                                                     (8)

где  R – средний  радиус наружной обечайки ротора центрифуги, м;

r0 – средний радиус внутренней обечайки ротора, м.

R=(Rmax Rmin)½   и r0=(rmax rmin)½,

где      Rmax, Rmin – максимальный и минимальный радиусы наружной обечайки ротора центрифуги, м;

Производительность с учетом (3) и (6)

W= 3,16 gkс  См. = Fотв· ρf  µ1 ω[(Rmax Rmin)–(rmax rmin)]½ .                         (9)

Тогда индекс производительности

∑= Fотв· µ1 ρf ω[(Rmax Rmin)½+(rmax rmin)½] / [3,16 g kс См],

(10)

 

или после подстановки (5) и преобразований с учетом µ1 = 0,62

∑= 0,196 ω Fотв [(Rmax Rmin)½+(rmax rmin)½] ·[ ρf ν/(ρsρf)]   / [ g kс ].                         (11 )

Из (11) следует

∆ρ =  (ρsρf) = 0,196 ω Fотв· ν ρf [(Rmax Rmin)½+(rmax rmin)½] / g kс   ∑   (12)

С учетом  уравнений (1), (2), (3) и (5)

∆ρ = W ν/3,16 g F2·Fr  kс .                                             (13) По формуле (13) с учетом формул (2), (6) на примере центрифуги с параметрами: rmin=0,04 м, H =0,135 м,  ℓ2= 0,028 м, θ0 = 35о при   ρf = 907,9 кг/м3, µ1 = 0,62, ν = 0,52·10-4, м

2  /с,    d= 0,004 м рассчитаны разности плотностей очищенного масла и дисперсионной фазы в зависимости от фактора разделения Fr [1].

По   полученным   данным   с  использованием   программы   Eхсel   построен график

(рисунки 2) зависимости разности плотностей очищенного масла и дисперсионной   среды

∆ρ от фактора разделения Fr .

 

 

7

 

6         5,83

 

5

 

Ряд1 Ряд2 Ряд3

Ряд4

 

4,373

4

 

 

3         2,91

 

 

2

1,458

1         1,146 1,093

0,729

 

 

 

 

 

0,648

0,486

 

 

 

 

0,364                         0,233

 

0,364

 

0,324                  00,,128723

 

00,,111775                                                                                                      00,,112612

 

0                                        0,162                  0,0911                       0,0583                               00,,0048015

0                100               200              300               400              500               600              700               800

Фактор разделения

 

 

Рисунок 2. Зависимость разности плотностей сырого и очищенного растительного масла от фактора разделения: ряд 1 – при производительности центрифуги W=0,005 кг/с ; ряд 2 – при производительности W=0,01 кг/с; ряд 3 – при производительности W=0,015 кг/с; ряд 4 – при производительности W= 0,02 кг/с. 

Из рисунка 2 следует, что при работе центрифуги с углом наклона образующей конуса ротора к вертикальной оси в θ0 = 35о и производительности W=0,005…0,02 кг/с увеличение фактора разделения центрифуги от 18 до 300 приводит к значительному уменьшению разности плотностей очистки растительных масел. Разность плотностей очищенного масла и дисперсионной среды уменьшаются от 5,83 кг/м3 до 0,0911 кг/м3. При увеличении фактора разделения центрифуги от 18 до 300 достигается наилучшее качество очистки растительных масел (разности плотностей дисперсной  и дисперсионной сред уменьшаются в 16 раз). Это означает, что с увеличением фактора разделения будет очищаться растительное масло с меньшими размерами частиц дисперсной фазы.

Вывод. Качество очистки растительных масел на вертикальных фильтрующих центрифугах при проектировании можно улучшить за счет увеличения фактора разделения.   Рациональным   являются фактор разделения более  300 [3].

 

 

Литература

  1. 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. 12.07,Бюл.№36.−5с: ил.
  2. Харченко Г.М. Механико-технологические основы очистки 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.
  3. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств [Текст]/ В.И. Соколов.− М.: Машиностроение, 1983.−447 с.

 

Год: 2011
Город: Алматы
Получить доступ
Чтобы скачать её, вам необходимо зарегистрироваться.