Введение к работе
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.
