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 g ∑ kс 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;
ℓ2 – 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 Fотв–площадь отверстия для выхода очищенного масла из ротора центрифуги, м2
µ1 – коэффициент истечения масла через отверстие в крышке ротора,
|
∆р– давление жидкости в конической центрифуге, Па Давление жидкости в конической центрифуге [2]
∆р = ρf ω2(R2– r0 )/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 g ∑ kс 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/(ρs– ρf)] / [ g kс ]. (11 )
Из (11) следует
∆ρ = (ρs–ρf) = 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
|
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
- 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.
- 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.
- Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств [Текст]/ В.И. Соколов.− М.: Машиностроение, 1983.−447 с.