Введение к работе
1.1 Актуальность проблемы. Одним из приоритетных направлений развития АПК, в последние годы, является создание нового и совершенствование существующего технологического оборудования и технологий для переработки сельскохозяйственного сырья. Актуальность этого направления определена государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008–2012 годы, принятой в соответствии с Федеральным законом РФ «О развитии сельского хозяйства» от 29.12.2006 г. № 264-ФЗ.
Сепарирование зерновых смесей и других сыпучих продуктов, как один из основных процессов переработки зерна, широко применяется на предприятиях мукомольной, крупяной, пивоваренной и масложировой отраслей промышленности. Важнейшим фактором для производства является снижение себестоимости и повышение качества работ. Необходимость перехода на современное и высокоэффективное оборудование обусловлена высокими требованиями к качеству зерна, поступающего для переработки. В настоящее время процесс сепарирования сыпучих материалов производится на устаревшем оборудовании, как следствие этого качество получаемого продукта часто не удовлетворяет современным требованиям. Затраты на послеуборочную обработку и хранение зерна составляют от 40 до 60 % общих затрат на его производство. Внедрение зарубежных аналогов технологического оборудования сопряжено с большими материальными затратами. В связи с этим, актуальна проблема создания нового и совершенствования имеющегося на предприятиях России технологического оборудования, позволяющего интенсифицировать процессы сепарирования. Перспективным является переход на высокоэффективное сепарирующее оборудование, у которого выделение частиц через сепарирующую поверхность происходит под действием центробежных сил, намного превосходящих силы тяжести. Поэтому всестороннее теоретическое и экспериментальное исследование центробежных сепараторов, процесса сепарирования, разработка новых, эффективных конструкций сепараторов является актуальной задачей.
Вопросам теоретического и экспериментального исследования процесса сепарирования сыпучих материалов посвящены работы российских ученых В.В. Гортинского, А.Б. Демского, М.А. Борискина, Н.Е. Авдеева и др. Вопросам совершенствования технологического оборудования посвящены научные работы А.Я. Соколова, В.Ф. Журавлева, В.Н. Душина, Е.П. Кошевого.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР КубГТУ (5.8.11-15) «Научное обеспечение развития процессов и оборудования пищевых производств», государственная регистрация № 01201152036.
1.2 Цель работы заключается в научном обосновании процессов сепарирования и разработке новых конструкционных элементов для центробежного сепаратора с пульсирующим изменением скорости.
1.3 Задачи исследования:
1. Проведение сопоставительного анализа существующего технологического оборудования для сепарирования сыпучих материалов и определение на его основе наиболее перспективных конструкционных решений зерновых сепараторов.
2. Разработка математической модели движения частицы сыпучего материала для сепаратора с пульсирующим изменением скорости.
3. Разработка новой конструкции центробежного сепаратора с измененными приводами, задающие крутильные колебания барабану и новой конструкции лопастного распределителя сыпучего материала с изменяемой скоростью вращения и углом наклона лопастей.
4. Определение рациональных значений основных параметров центробежного сепаратора на основе сопоставления результатов численного и экспериментального исследований, влияющих на эффективность процесса сепарирования.
5. Разработка и апробирование аппаратурного оформления процесса сепарирования с использованием новых конструкционных элементов центробежного сепаратора с пульсирующим изменением скорости.
1.4 Научная новизна исследования заключается в следующем:
1. Установлено, что наиболее перспективным направлением совершенствования конструкций сепараторов является создание аппаратов с пульсирующим изменением скорости с сепарированием сыпучих материалов в поле центробежных сил.
2. Разработана математическая модель, описывающая процесс движения частицы в центробежном сепараторе с пульсирующим изменением скорости, позволяющая проанализировать эффективность процесса сепарирования в зависимости от структуры движения исследуемой частицы в рабочем объеме центробежного аппарата.
3. Разработаны и апробированы новые конструкции приводов для центробежного сепаратора, обеспечивающие крутильные колебания барабана в двух вариантах: с использованием эксцентриков, электромагнитов. Определены технологические параметры сепараторов: подачи материала, скорости вращения барабана, амплитуды и частоты колебаний сита, влияющие на эффективность процесса сепарирования.
4. Исследовано влияние основных параметров центробежного сепаратора: радиуса барабана, амплитуды колебаний, скорости вращения барабана, частоты колебаний, коэффициента трения частицы о стенки барабана на интенсивность и эффективность процесса сепарирования и проведено сопоставление с результатами эксперимента.
5. Разработаны и апробированы новые конструкционные элементы центробежного сепаратора с пульсирующим изменением скорости. Разработаны способы и аппаратурное оформление процесса сепарирования.
1.5 Практическая значимость работы определяется тем, что использование полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований позволяет улучшить характеристики технологического оборудования для сепарирования сыпучих материалов и, как следствие, интенсифицировать процесс сепарирования. Разработки новых конструкций привода центробежного сепаратора, придающего крутильные колебания барабану, с использованием эксцентриков, привода центробежного сепаратора, придающего крутильные колебания барабану с использованием электромагнитов, лопастного распределителя сыпучего материала с изменяемой скоростью вращения и углом наклона лопастей, методики определение параметров, влияющих на эффективность процесса сепарирования приняты для разработки рабочей документации и изготовления опытного образца на ООО «Экотехпром» г. Краснодар
Центробежный сепаратор для разделения сыпучего материала; конструкции лопастного распределителя сыпучего материала с изменяемой скоростью вращения и углом наклона лопастей; привода сепаратора для придания крутильных колебаний с использованием эксцентриков и электромагнитов защищены патентами РФ на полезные модели № 54822, № 60001, № 76828.
Экспериментальная лабораторная установка по сепарированию сыпучих материалов используется для проведения НИР студентами Кубанского государственного технологического университета.
1.6 Автор защищает:
Результаты теоретического и экспериментального исследования методов интенсификации процессов сепарирования в зависимости от параметров движения исследуемой частицы в рабочем объеме центробежного аппарата.
Новые конструкции элементов центробежных сепараторов с измененными эксплуатационными характеристиками, такими как конструкции привода центробежного сепаратора, с использованием эксцентриков; привода центробежного сепаратора, придающего крутильные колебания барабану с использованием электромагнитов; лопастного распределителя сыпучего материала.
1.7 Апробация работы. Результаты диссертационного исследования, были представлены на второй международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронежская государственная технологическая академия, г. Воронеж 2004); на 16-м международном конгрессе по химии и инженерным процессам “Chisa 2004” (Чехия, г. Прага 2004); на всероссийских научно-технических конференциях с международным участием «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства» (КубГТУ: г. Краснодар 2005); «Механики XXI веку» (ГОУ ВПО БрГУ, г. Братск 2006); на 17-м международном конгрессе по химии и инженерным процессам “Chisa 2006” (Чехия, г. Прага 2006).
1.8 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 9 статей, 3 тезиса докладов, в том числе 2 статьи в журнале из перечня ВАК, получено три патента РФ на полезную модель.
1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений; включает 56 рисунков. Основной текст, включая рисунки, изложен на 133 страницах машинописного текста, приложения – на 27 страницах. Список литературы включает 127 наименований.
Автор диссертационного исследования выражает благодарность первому научному руководителю, кандидату технических наук, доценту Зуеву Павлу Григорьевичу за постановку задачи исследования, оказанную помощь в создании новых элементов центробежных сепараторов.
