Содержание к диссертации
Введение
Глава I Состояние вопроса разделения соевой суспензии на фракции, цель и задачи исследования . 10
1.1 Общая характеристика соевого молока 10
1.2 Основные способы производства соевого молока 13
1.3 Анализ существующих конструкций машин и аппаратов для разделения неоднородных систем (жидкость + твердое тело) 18
1.4 Основные закономерности и обзор исследований по центробежному фильтрованию суспензии 30
1.5 Краткий обзор исследований центробежного фильтрования суспензии с использованием вибрации 39
1.6 Проблемная ситуация и задачи исследования 49
Глава 2 Теоретические исследования процесса разделения соевой суспензии на соевую основу и окару в горизонтальной центрифуге с крутильными колебаниями и с одновременной подачей потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора 52
2.1 Уравнение движения материальной частицы в коническом роторе горизонтальной центрифуги 52
2.2 Сила струи воздуха необходимая для очистки фильтрующей поверхности ротора от твердых частиц осадка 65
2.3 Частные решения задачи о перемещении точки численным методом 67
2.3.1 Определение траектории движения частицы по внутренней поверхности ротора по частным решениям 67
2.3.2 Влияние кинематических параметров вибрационной центрифуги на увеличение времени нахождения частицы на поверхности ротора и на ее путь 69
2.3.3 Влияние конструктивных параметров центрифуги на снижение влажности окары , 73
2.3.4 Влияние физико-механических свойств соевой суспензии на производительность центрифуги 76
2.4 Определение производительности центрифуги по выходу соевого молока и расчет влажности окары после центрифугирования 80
2.5 Расчет энергозатрат на переработку соевой суспензии в фильтрующей центрифуге с использованием крутильных колебани й 90
2.6 Разработка математической модели колебаний центрифуги 93
2.7 Выводы по результатам теоретических исследований и задачи экспериментальных исследований 97
Глава 3 Методики экспериментальных исследовании и обработки опытных данных 100
3.1 Планирование и программа экспериментальных исследований 100
3.2 Определение физико-механических свойств соевой суспензии 101
3.2.1 Методика определения плотности соевой суспензии 101
3.2.2 Методика исследования вязкости соевой суспензии 102
3.2.3 Методика определения влажности окары 103
3.2.4 Методика определения коэффициента поверхностного натяжения соевой суспензии 104
3.2.5 Методика определения гранулометрического состава окары 105
3.2.6 Методика определения коэффициента трения скольжения окары 106
3.2.7 Методика исследования концентрации соевой суспензии 108
3.3 Приборы и оборудование экспериментальной установки 109
3.4 Методика расчета изгибных и крутильных колебаний основных элементов центрифуги...,
3.5 Методика обработки экспериментальных данных по исследованию влияния угла наклона образующей ротора, частоты вращения ротора, коэффициента трения и амплитуды крутильных колебаний на снижение влажности окары 116
3.6 Выводы по главе 124
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований 126
4.1 Результаты определения физико-механических свойств соевой суспензии 126
4.2 Результаты исследования влияния угла наклона образующей ротора, частоты вращения ротора, коэффициента трения и амплитуды крутильных колебаний на влажность окары после центрифугирования 130
4.3 Расчет времени нахождения и траектории движения частицы окары по внутренней поверхности ротора центрифуги 137
4.4 Результаты производственных испытаний центрифуги соевого молока с крутильными колебаниями и с одновременной подачей потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора 139
4.5 Результаты замера вибрации, расчеты изгибных и крутильных колебаний центрифуги соевого молока 145
4.6 Технико-экономические показатели результатов исследований 149
4.7 Выводы по главе 158
Основные выводы 160
Список использованной литературы 162
Приложения 177
- Основные способы производства соевого молока
- Уравнение движения материальной частицы в коническом роторе горизонтальной центрифуги
- Приборы и оборудование экспериментальной установки
- Результаты производственных испытаний центрифуги соевого молока с крутильными колебаниями и с одновременной подачей потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора
Введение к работе
Дефицит протеина в кормах достигает 20% на фоне увеличения потребления силоса и грубых кормов, почти полного отсутствия комбикормов и кормовых концентратов. Отсутствие заменителей цельного молока и неплатежеспособность хозяйств, приводит к экономически нецелесообразному расходу цельного и обезжиренного молока на выпойку молодняка [89]. Соевые продукты позволяют решить эту проблему, так как содержат высокую концентрацию белка и биологически активные вещества. Соя содержит: белка - 33...35%, жира- 17...27%, комплекс необходимых аминокислот, фосфатид о в, углеводов и витаминов А, Вь В2) Ві2,С[26,53].
При дефиците коровьего молока, одним из путей решения проблемы является производство соевого молока. Соевое молоко можно использовать для выпойки молодняка сельскохозяйственных животных, а также при производстве заменителей цельного молока, как один из его компонентов [2,29,34,56,69,75,81,89,115,124,125,129]. Окара, богатая белками, является ценным кормом для животных и птиц. Применение соевого молока в хозяйствах позволяет на 154-20% повысить товарность цельного молока и на 10-И5% снизить себестоимость животноводческой продукции [165,166].
В настоящее время на мировом рынке широко представлены соевые продукты: соевое масло, мука, изолированный соевый белок, текстурированный соевый белок, соево-белковый концентрат, ферментированные соевые продукты (соевое молоко), масса соевая пищевая (паста, окара), лецитин. На российском рынке переработки сои пока уделяется недостаточно внимания, хотя спрос на продукты переработки сои с каждым годом растет.
Однако наращиванию производства соевого молока (соевой основы) мешает консервативный подход к сое как продукту питания и отсутствие высокотехнологичного отечественного оборудования. Сложность и многогран- ность процессов производства соевого молока требует объединения современных научно-технических достижений различных отраслей знаний (по механике, химии, биологии, физике, экономике и т.д.) [53].
Сотрудники Курганской государственной сельскохозяйственной академии и Курганского государственного университета по просьбе руководства ООО «Молоко Зауралья» г. Кургана разработали и запустили технологическую линию по производству соевой основы и окары. Производственные испытания и эксплуатация технологической линии показали эффективность и преимущества над существующими аналогами. В тоже время исследования работы оборудования выявили ряд недостатков, наиболее существенными из которых являются: нестабильная работа центрифуги. Окара после центрифугирования получается влажностью более 75%. Это приводит к уменьшению выхода соевой основы — наиболее ценного продукта; окара повторно не перерабатывается, хотя из нее можно дополнительно получить до 25% соевого молока; юба (пена) нигде не используется, во время работы технологической линии переполняет дезодораторы и танки для сбора молока.
Для получения качественного молока в центрифуге размеры фильтрующей сетки должны быть не более 0,15x0,15 мм. В процессе работы центрифуги происходит забивание фильтрующей сетки твердыми (нерастворен-ными) частицами измельченной массой, что приводит к снижению производительности центрифуги и повышению влажности окары. Влажность окары увеличивается с 74 до 80 и более %.
Существует достаточно много конструкций центрифуг, где используются различные способы очистки фильтрующей сетки (скребки, ножи, создание перепада давления между внутренней и внешней сторонами ротора центрифуги, гидроклины, термическая сушка осадка, вибрация и т.д.). Каждый из них имеют свои достоинства и недостатки. Анализ существующих техно-
7 логических линий и технических средств получения соевой основы и окары показал, что все они недостаточно эффективны вследствие недоработок конструктивного и технологического характера. Проблема снижения влажности окары в фильтрующих центрифугах до конца не решена [15,17,19,24,31,64,72,122,123,139,148].
Следовательно, пути снижения влажности окары и повышения производительности центрифуги следует искать за счет дальнейшего изучения закономерностей процесса центрифугирования соевой суспензии и на этой основе определить основные конструктивно-кинематические и технологические параметры центрифуги.
В связи с этим возникла необходимость изучения процесса разделения соевой суспензии на соевую основу и окару в фильтрующей центрифуге с использованием вибрации; выдвинута гипотеза о том, что повысить эффективность процесса разделения соевой суспензии на соевую основу и окару можно применением конических фильтрующих центрифуг с крутильными колебаниями и одновременной подачей потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора, что позволит снизить влажность окары, повысить производительность центрифуги по выходу соевой основы.
Настоящая работа посвящена исследованию процесса разделения соевой суспензии на соевую основу и окару и обоснованию основных конструктивно-кинематических и технологических параметров фильтрующей цен-трифуги с крутильными колебаниями и с подачей потока воздуха с внешней стороны ротора на фильтрующую поверхность, что позволит иметь влажность окары после центрифугирования не более 73...74%.
Актуальность выбранного направления подтверждается соответствием данной темы разделу федеральной программы по научному обеспечению АПК России «Разработать научные основы развития системы технолого-технического обеспечения сельскохозяйственного производства, создание машин и энергетики нового поколения, формирование эффективного инже-
8 нерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики», «Целевой отраслевой программой развития производства и глубокой переработки сои в Российской Федерации на период до 2010 года», утвержденной коллегией Министерства сельского хозяйства Российской Федерации 25 марта 2003 года [155] и плану НИР Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С.Мальцева, номер государственной регистрации 01.2.00 109598 от 1 апреля 2001 года.
Цель исследования. Повышение эффективности процесса разделения соевой суспензии путем совершенствования конструктивно-кинематических и технологических параметров центрифуги непрерывного действия.
Задачи исследования:
1 .Разработать расчетную схему и математическую модель процесса разделения соевой суспензии в горизонтальной центрифуге.
2.Установить влияние крутильных колебаний и напора воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора на качество центрифугирования соевой суспензии.
З.На основе принятых конструктивно-кинематических и технологических параметров создать опытную центрифугу, провести ее производственные испытания.
Объект исследования. Процесс разделения соевой суспензии на соевую основу и окару.
Предмет исследования. Закономерности изменения процесса разделения соевой суспензии на соевую основу и окару в зависимости от конструктивно-кинематических параметров центрифуги и физико-механических свойств соевой суспензии.
Научная новизна. Разработана расчетная схема и математическая модель для установления параметров процесса очистки фильтрующей поверхности с использованием крутильных колебаний и с подачей потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора. Установлена зави-
9 симость конечной влажности окары от следующих факторов: физико-механических свойств соевой суспензии, числа оборотов ротора центрифуги, угла наклона образующей ротора, амплитуды крутильных колебаний и подачи потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора. Предложена более совершенная формула по определению производительности центрифуги по соевому молоку в первом периоде фильтрации.
Практическая значимость и реализация результатов работы. В результате модернизации центрифуги соевого молока удалось снизить влажность окары с 78..,80% в существующих центрифугах до 73...74%, что позволило дополнительно получить с каждого 100 кг влажной окары 15.4...23.0 кг соевого молока. Опытные центрифуги установлены в технологической линии по производству соевой основы и окары в ООО «Молоко Зауралья» в г. Кургане. Техническая документация на технологическую линию утверждена Департаментом государственного имущества и промышленной политики Курганской области.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях в КГСХА (г.Курган,2002...2005 г.), ЧГАУ (г. Челябинск, 2003...2005 г.) и на II Всероссийском конгрессе зернопереработчиков (г. Барнаул, 2003 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ, которые отражают основное содержание диссертации.
Основные способы производства соевого молока
В настоящее время все больший интерес возникает к напиткам с использованием сои, которые в условиях дефицита коровьего молока рассматриваются как альтернативный и дешевый источник белка. Действительно, современная технология позволяет из 1 кг соевых бобов, цена которых на мировом рынке составляет около 250 долларов США за 1т, получить более 6 л соевого молока (соевой основы) с содержанием белка до 5% и 2,2...2,4 кг кормового обогатителя (окары) [53,81,115,129,140150,165] .
Соевое молоко не является одним определенным продуктом, а перерабатывается и производится в соответствии с многочисленными рецептурами напитков, в зависимости от рынка, для которого они предназначены. В развитых странах с интенсивным животноводством соя давно используется как важнейшей компонент кормов. Это стало возможным по двум причинам. Первая - наличие сои. Соя стала массовым и относительно дешевым продуктом и как источник растительного масла, и как источник пищевого и кормового белка. Второе: новые технические средства и технологии для переработки соевых бобов открыли совершенно иные, благоприятные условия ее применения [89].
Как любой продукт, соевое молоко характеризуется следующими параметрами: - Содержание белка: а) низкое содержание белка (0,5 - 1,5%) в большинстве напитков из сои; б) высокое содержание белка (2,0 - 4,5%) в соевом молоке молочного типа. Белок является основой питания, т. к. его главная функция заключается в том, чтобы поставлять организму материалы для построения тканей, известные как аминокислоты, от которых зависит жизнь. Белки делят на два класса: полноценные и неполноценные. Полноценные белки содержат все аминокислоты, необходимые для поддержания жизни (см. приложение 1). В общем случае, животные белки содержат достаточное количество незаменимых аминокислот для того, чтобы считаться полноценными. Растительные белки обычно неполноценные, но соя содержит самые высококачественные белки из всех бобовых растений, будучи почти единственным растением, содержащим все восемь аминокислот, необходимых организму [52,53,140]. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определило качество каждой из незаменимых аминокислот, которое должно содержаться в белке, потребляемом людьми. Этот «эталонный белок» показан в приложение 2, где также отражено содержание незаменимых аминокислот в белке соевого и коровьего молока. - Витамины и минералы. В сое содержатся важные витамины и минералы, необходимые для организма (см. приложение 3). - Углеводы. Природные углеводы в сое представлены в основном сахарозой, раффинозой и стахиозой. Раффиноза и стахиоза относятся к олигосахаридам, и если их не удалить в процессе получения соевого молока, они вызывают метеоризм. Калорийность углеводов зависит от количества добавляемого подсластителя. - Жиры. Среди питательных веществ соевого молока жиры обладают большей калорийностью, чем белки и углеводы. Следовательно, они вносят существенный вклад в энергетическую ценность. Оптимальный процент калорий, извлекаемый из жиров, составляет около 35%. При сравнении питательной ценности жиров соевого и коровьего молока, выясняется, что в соевом молоке содержится растительные жиры с более высоким процентом ненасыщенных жиров, чем в коровьем молоке. Сравнение энергетической ценности соевого молока и нормализованного коровьего молока (см. приложение 4) ясно показывает, что оба продукта являются превосходным источником энергии, обеспечивая примерное одинаковое количество калорий. Однако, соевое молоко, в отличие от коровьего, не содержит холестерина и имеет более высокое содержание полиненасыщенных жиров. -Вкус и питательные вещества. Обычное соевое молоко содержит лишь сою и воду. Содержание белка составляет около 4%, соотношение вода/соя около 5/1. Соевое молоко молочного типа может содержать введенные в него подсластитель, масло, соль, кальций и часто молочные и сливочные ароматизаторы [140]. Соя является бобовым растением, и в качестве такового она должна давать молоко хорошего чистого растительного вкуса, однако при обработке сои часто возникает горький вкус и запах. Это нежелательный горький бобовый вкус создается, прежде кетонами и альдегидами, производными фермента липоксидазы, выступающей в качестве катализатора при окислении полиненасыщенных жиров. Горькие вкусовые компоненты определяются сапонином, присущим сое. Около 30% сапонина находится в шелухе. Современные технологии производства соевого молока могут решить следующие проблемы: а) понизить содержание сапонина путем удаления шелухи соевых бобов; б) инактивировать фермент липоксидазы с тем, чтобы предотвратить образование кетонов и альдегидов, вызывающих неприятный вкус; в) удалить грубые составляющие запаха и вкуса путем вакуумного дезодорирования [140]. Окара является скоропортящимся продуктом без запаха, светло-желтого цвета, с высоким содержанием протеина. Она получается в результате отжима соевой суспензии. Окара - единственный растительный источник двухвалентного железа, легкоусвояемого организмом. Кроме того, окара — превосходный источник клетчатки, содержит значительное количество питательных веществ целой сои. Она используется на корм скоту, а также в пищевой промышленности (выпечке хлебобулочных изделий, производстве подливок, соусов ит.д) [138,140,154].
Уравнение движения материальной частицы в коническом роторе горизонтальной центрифуги
Опыт эксплуатации фильтрующих центрифуг показывает, что во время их непрерывной работы происходит забивание фильтрующей поверхности твердыми (нерастворенными) частицами измельченной массы. Это приводит к повышению влажности осадка и снижению производительности центрифуги.
Проблемы очистки фильтрующей поверхности центрифуг соевого молока решаются различными способами. В одном случае используется «эко 50 номное молоко», т.е. соевая основа имеет соотношение «соя-вода»- 1:12, поэтому сильно разбавленное молоко меньше забивает фильтры центрифуги. Недостатком данной технологии является необходимость сгущения молока до соотношения «соя-вода» - 1:7, 1:8 (по своим параметрам близкий коровьему молоку). В другом случае используется перепад давления в центрифуге. Для очистки фильтрующей поверхности подается пар внутрь ротора. Разность давления между внутренней и внешней поверхностью ротора способствует повышению фактора разделения соевой суспензии. Недостатком данного способа является то, что избыточное давление приводит к заклиниванию сухих веществ в порах фильтра. Третьей путь - это замена фильтрующего материала после каждой смены или его промывка под напором воды несколько раз за смену. Недостатком данного способа является частая остановка всей технологической линии или необходимость иметь не менее двух центрифуг на одной линии.
Одним из перспективных направлений повышения качества разделения суспензии в центрифуге является использование вибрации с одновременной подачей сжатого воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора через специальную насадку. Расчеты и исследования показывают, что крутильные колебания более эффективны, чем осевые колебания. При одних и тех же параметрах центрифуги, используя крутильные колебания, возможно регулирование скорости движения осадка, следовательно, и времени его пребывания в роторе. Это позволяет сделать качественный скачок в повышении эффективности обезвоживания осадка и удельной производительности центрифуг.
На качественные и количественные показатели процесса центрифугирования существенное влияние оказывают физико-механические свойства различных суспензий. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо учитывать физико-механические свойства той суспензии, с которым работаем.
Анализ предшествующих работ позволяет сделать вывод о необходимости дополнительного поиска новых решений для обоснования оптимальных параметров центрифуги соевого молока с использованием вибрации.
Научной идеей данной работы является исследование влияния крутильных колебаний ротора центрифуги на процесс разделения соевой суспензии на соевую основу и окару при одновременной подаче потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора. Поставленные вопросы требуют решения следующих задач: 1. Изучить физико-механические свойства соевой суспензии и оценить их влияние на процесс разделения на соевую основу и окару в центрифуге. 2. Разработать расчетную схему и математическую модель для определения влияния конструктивных и кинематических параметров на время нахождения и путь движения материала по внутренней поверхности ротора центрифуги. 3. Изучить влияние крутильных колебаний и напора воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора на повышение эффективности процесса центрифугирования соевой суспензии. 4. Провести сравнительный анализ качественных показателей существующих центрифуг и опытной центрифуги. Основы теории движения материальной частицы в коническом роторе центрифуги рассмотрены в работах Е.М.Гольдина [27], В.Д. Варсанофьева [24], А.А.Маремукова [72] и ряда других авторов. В дополнение предыдущим исследованиям в настоящей работе рассматривается горизонтальная центрифуга соевого молока. Описать динамическое состояние материала в роторе центрифуг, в общем случае, трудно. Поэтому для упрощения математической модели процесса центрифугирования прибегают к тем или иным допущениям. Правомерность таких допущений применительно к центрифугам для разделения многофазных систем, где одной из фаз является жидкость, обосновано тем, что гравитационные силы малы в сравнении с меридиональной составляющей центробежной силы [1]. При математическом описании движения суспензии по внутренней поверхности ротора приняты следующие допущения: а) толщина слоя материала, движущегося по внутренней поверхности ротора мала, в первом приближении его можно заменить дискретной части цей; б) движение осадка по фильтрующей поверхности подчиняется закону сухого трения Кулона; в) движение частицы происходит без отрыва от поверхности конуса; г) материальная точка М движется в сторону расширения конуса (по ложительное перемещение).
Приборы и оборудование экспериментальной установки
При разработке экспериментальных установок к ним предъявлялись следующие требования: простота конструкции и удобство в эксплуатации; устойчивость режимов работы; возможность стабилизации параметров, влияющих на процесс разделения; возможность регулирования кинематических и технологических параметров в широком диапазоне; возможность визуального наблюдения процесса центрифугирования.
Разработанная фильтрующая центрифуга для разделения соевой суспензии на соевое молоко и окару с использованием крутильных колебаний (рисунок 3.5) состоит из корпуса 1, сварной рамы 2, вала центрифуги 3, электродвигателя 4, двух шкивов 5 и 6, клиноременной передачи 7. Вращающиеся части центрифуги закрыты кожухом 8. Вал центрифуги соединен с приводным валом 21 с карданной передачей 9. В корпусе центрифуги установлены: перфорированный ротор 10 с фильтрующим элементом 11 и труба для отвода соевого молока 22. Для обслуживания центрифуги в корпусе имеется прозрачная крышка 12, которая во время работы крепится зажимами 13. Через крышку проходит труба 14 для подачи соевой суспензии, в нижней части крышки имеется окно 15 для выгрузки окары.
Ротор представляет собой обечайку формы усеченного конуса, закрепленного на ступице 16. На внутренней поверхности ротора установлен фильтрующий элемент 11, который с одной стороны крепится к ротору фланцем 17, а с другой стороны прижимается к ступице 16. На ступице ротора жестко закреплен стакан 18, предназначенный для равномерного распределения потока суспензии по образующей ротора. На приводном валу установлен динамический гаситель 19 для снижения амплитуды колебаний ведомого шкива. Привод центрифуги смонтирован на подвижной раме.
Принцип работы центрифуги основан на фильтрации соевой суспензии через фильтрующий элемент под действием центробежных сил, возникающих при вращении ротора. При этом соевая суспензия подается через трубу 14 и попадает внутрь ротора, где под действием центробежных сил происходит разделение соевой суспензии на молоко и окару на фильтрующем материале. Соевое молоко стекает по стенкам корпуса и вытекает из центрифуги через трубу 22, а окара, перемещаясь по поверхности ротора вдоль образующей конуса, поступает в окно выгрузки окары. Для получения соевого молока высокого качества используется фильтрующий элемент: стальная сетка с отверстиями в свету 0,15 х 0,15 мм. Путем поворота карданного шарнира создавались крутильные колебания в роторе различной амплитуды из-за неравенства угловых скоростей в шарнирах. Замеры вибрации производились с помощью измерителя шума и вибрации ВШВ-003-М2. Использование вибрации позволяет уменьшить величину эффективного коэффициента трения осадка по фильтрующей поверхности. Кроме того, крутильные колебания, по сравнению с осевыми колебаниями, значительно уменьшают динамические нагрузки на станину и дают возможность регулирования скорости выгрузки осадка. Через прозрачную крышку 12 можно осуществлять визуальные наблюдения за процессом центрифугирования. Изменение частоты вращения ротора добивались заменой шкивов, а замеры производили с помощью электронного тахометра ТЭ-30-5Р. Потребляемую мощность замеряли ваттметром, напряжение в сети — с помощью цифрового мультиметра ДТ 890В. Для проведения экспериментов использовали перфорированные роторы с углами наклона образующих 17,5и 22,5. В качестве фильтрационного материала использовали металлическую сетку с размерами ячеек 0,15x0,15 мм, а также лавсановую ткань. Подачу соевой суспензии регулировали вентилем, установленным на подводящем трубопроводе из емкости, С помощью цифровой видеокамеры с частотой 50 кадров в секунду фиксировали процесс центрифугирования. Параллельно определяли физико-механические свойства соевой суспензии, которые оказывают влияние на работу фильтрующих центрифуг. Методика расчета вала и ротора центрифуги на крутильные колебания заключается в определении напряжений, возникающих при критических резонансах и оценке их допустимости с точки зрения прочности материала. Для выполнения этой задачи последовательно решаем следующие задачи: - приводим крутильные схемы центрифуги к эквивалентной схеме с уменьшением числа масс; - определяем частоты собственных колебаний эквивалентной схемы; - проводим гармонический анализ кривых вынужденного крутильного момента; - определяем значения всех резонансных чисел оборотов и резонансных гармоник; - проводим количественную оценку амплитуд колебаний на всех резонансных режимах; - определяем напряжения, возникающие в материале при критическом резонансе, которое сравниваем с допустимыми значениями. Исходными данными для расчета колебаний вала центрифуги являются (см. рисунок 2,15):
Результаты производственных испытаний центрифуги соевого молока с крутильными колебаниями и с одновременной подачей потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора
С целью проверки надежности и работоспособности опытных установок и совершенствования конструктивных, кинематических и технологических параметров центрифуги соевого молока с использованием крутильных колебаний и с одновременной подачей потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора были проведены испытания в условиях ООО «Молоко Зауралья» в г. Кургане.
По результатам экспериментальных исследований основными параметрами опытных установок, определяющими качественные и количественных показатели их работы, были выбраны следующие параметры:
Производственные испытания проводились с целью определения влажности окары, как одного из важных параметров, характеризующие эффективность работы центрифуги. Попутно фиксировали производительность центрифуги по соевой суспензии и по выходу соевой основы. В технологической линии по производству соевой основы и окары центрифуга занимает одно из ключевых мест. От стабильной и надежной работы центрифуги зависит процент выхода соевой основы из соевой суспензии, влажность окары и непрерывность технологического процесса. Со дня запуска технологической линии нами переработано 70 т бобов сои. Производственные испытания показали стабильную и непрерывную работу центрифуги в течение одной смены (8 часов). Влажность окары после центрифугирования находится в пределах 73...74%. Результаты производственных испытаний по определению эффективности процесса обезвоживания соевой суспензии представлены в приложении 9. Производительность установок по соевой суспензии была в пределах 1.7...2.3 т/ч при энергетических затратах 2.8 кВт/ч. Из одной тонны семян сои в среднем получали 1.8 т соевой основы. Испытания, проведенные нами, показали, что использование металлической сетки, из нержавеющей стали толщиной 0.8 мм с размерами ячеек 0.15x0.15мм позволяет повысить надежность работы центрифуги и обеспечивает долговечность применения фильтрующего материала по сравнению с лавсановой тканью или капроновой сеткой. Под действием высоких температур (Т=75.. .95 С) и напора суспензии на фильтрующий материал происходит вытягивание лавсановой ткани и капроновой сетки, что приводит к появлению неровностей на поверхности ротора. Кроме того, лавсановая ткань плохо промывается. Вследствие всего этого происходит нестабильная работа центрифуги. Производственные испытания центрифуг показали, что при использовании ротора с углом наклона образующей а = 17,5 необходимо иметь амплитуду крутильных колебаний Ак =0,1...0,2 рад,т.к. при отсутствии колебаний не происходит движение окары по поверхности ротора. Увеличение амплитуды крутильных колебаний приводит к повышению влажности окары. Испытания ротора с углом наклона образующей а — 22,5 показали, что окару с влажностью 73...74% можно получить при частоте вращения ротора й)] =150...170 с и отсутствие колебаний. В этом случае, чтобы обеспечить непрерывную работу центрифуги и не допускать забивания пор фильтрующей сетки твердыми частицами осадка, необходимо подавать на фильтрующую поверхность напор воздуха с внешней стороны ротора через специальную насадку. После каждых 8 часов работы центрифуги (в конце каждой смены) необходимо промывать фильтрующую сетку водой и продувать сжатым воздухом, чтобы не допускать высыхания соевого развара на поверхности фильтрующего материала. Производственные испытания показали преимущества горизонтальной фильтрующей центрифуги по сравнению с вертикальными из-за простоты обслуживания, удобства выгрузки окары прямо на транспортерную ленту и эффективного отвода влажного воздуха из камеры фильтрата. Оф. л/ч 2000 142 Сопоставление данных теоретических расчетов и производственных испытаний показывает (см. рисунок 4.3), что изменение производительности центрифуги по соевой основе от частоты вращения ротора имеет нелинейный характер, то есть с увеличением частоты вращения ротора более 200 с"1 производительность центрифуги увеличивается незначительно. При частоте вращения ротора менее 125 с 1 производительность центрифуги резко уменьшается. Наиболее подходящими режимами являются частота вращения ротора 150...200 с 1.В ходе производственных испытаний производили видеосъемку процесса разделения соевой суспензии на соевую основу и окару. На рисунке 4.4 хорошо видно периоды фильтрации соевой суспензии на фильтрующей поверхности. Первый период фильтрации (на рисунке 4.4 более темная полоса) составляет 25...30% от поверхности ротора, где происходит интенсивное выделение жидкой фазы. Во втором и третьем периодах фильтрации (на рисунке 4.4 светлая полоса) в основном происходит уплотнение и сушка окары. Из-за неравномерности подачи соевого развара на центрифугу ширина полосы первого периода фильтрации постоянно меняется. Результаты видеосъемок подтверждают наши теоретические исследования.
На основании теоретических расчетов, экспериментальных и производственных испытаний выявлены основные параметры горизонтальной фильтрующей центрифуги соевого молока с использованием крутильных колебаний и без них, при одновременной подачи потока воздуха на фильтрующую поверхность с внешней стороны ротора (см. таблицу 4.5)
