Введение к работе
Актуальность работы
В последние годы в пищевой промышленности появилась необходимость создания новых типов сепараторов для различных отраслей промышленности (молочная, микробиологическая, спиртовая и др.), обладающих более высокими характеристиками разделяющей способности по сравнению с выпускаемыми моделями.
Наметившаяся тенденция, связанная с вступлением России в ВТО, предъявила более высокие требования к качеству выпускаемой продукции. В частности новые стандарты по молоку требуют очень высокого уровня очистки молока от микрофлоры.
Это вызвало необходимость разработки новых конструкций и организации производства, впервые в отечественной практике, параметрического ряда сепараторов-бактофуг.
Новые требования экологии и охраны окружающей среды вызвали необходимость создания сепараторов с высокой разделяющей способностью для глубокой очистки фильтрата послеспиртовой барды на спиртовых заводах и сокращения вредных сбросов в окружающую среду.
Это, в свою очередь, привело к необходимости более глубокого изучения механических процессов, протекающих в этих сепараторах.
Работа выполнялась в рамках планов работ ФГУП НИИ «Мир-Продмаш» 2003-2005 гг.
Цель работы
Научное обоснование и разработка оптимальных конструктивных параметров жидкостных сепараторов, обеспечивающих заданные интегрированные характеристики разделения гетерогенных жидкостных систем в молочной и спиртовой промышленности.
Задачи исследования
-
Провести аналитические исследования по моделированию кинетики межтарелочных потоков для расчета эффективности процесса разделения гетерогенных жидкостных систем в стесненных условиях осаждения и обоснования оптимальных конструктивных параметров сепаратора, для заданного технологического режима, с целью создания прогрессивных конструкций машин и модернизации существующих моделей сепараторов.
-
Разработать математическую модель кинетики движения жидкости, с учетом стесненных условий осаждения, в межтарелочном пространстве барабана сепаратора, для исследования влияния конструктивного оформления ме*жтар елочного пространства барабана сепаратора на эффективность разделения гетерогенных жидкостных систем.
-
Провести анализ гетерогенных жидкостных систем биологического происхождения и выявить факторы, влияющие на эффективность разделения исследуемых жидкостей в барабане сепаратора с целью оптимизации режимов их разделения.
-
Создать экспериментальные стенды для проведения исследований процессов сепарирования гетерогенных жидкостных систем, в том числе по бактофугальной очистке молока и осветлению фильтрата послеспиртовой барды.
-
Разработать исходные требования и технические задания на создание параметрического ряда сепараторов для бактофугальной очистки молока производительностью 1000, 3000, 5000, 10000 л/ч и модернизации конструкции сепаратора для осветления фильтрата послеспиртовой барды.
-
Осуществить авторский надзор за разработкой конструкторской документации и изготовлением опытно-промышленных образцов сепараторов-бактофуг и сепаратора для осветления фильтрата послеспиртовой барды на Плавском заводе «Смычка» и Махачкалинском заводе «Сепаратор».
Объект исследования
Процессы разделения гетерогенных жидкостных систем биологического происхождения в центробежных жидкостных сепараторах типа разделителей с питающими каналами.
Методы исследования
В работе использовали аналитические методы решения задач механики сплошной среды для вращающихся потоков жидкости и кинетики частиц, движущихся в этих потоках. Экспериментальные исследования проводили на модернизированных промышленных образцах сепараторов. Обработку результатов вели с использованием современного программного обеспечения на компьютере Pentium 4.
Научная новизна работы заключается в следующем
На основе модели сплошной среды и на базе кинетических зависимостей движения частиц дисперсной фазы в асимметричных межтарелочных потоках (сепараторы с питающими каналами) проведено аналитическое и численное моделирование процессов седиментации дисперсной фазы биологического происхождения в пакете тарелок жидкостного сепаратора.
На основе данных гранулометрического состава твердой фазы суспензии и аналитических зависимостей процесса сепарирования частиц критического диаметра, при их движении в межтарелочных потоках, получены расчетные формулы значений коэффициентов осветления и уноса для асимметричных межтарелочных потоков.
В проведении экспериментальных исследований, с целью проверки адекватности разработанной математической модели процесса сепарирования, с результатами обработки экспериментальных данных методами статистического анализа н учета концентрации твердой фазы, при количественном анализе процессов седиментации в жидкостях биологического происхождения.
В создании инженерных методов расчета новых типов сепараторов с высокой разделяющей способностью, создаваемых на базе барабанов с питающими каналами.
Практическую ценность работы представляют
Разработка методов для расчета основных конструктивных параметров сепараторов-бактофуг с высокой разделяющей способностью для бактофугирования и осветления пищевых жидкостей. Программа официально зарегистрирована и хранится в архивном фонде ФГУП НИИ «Мир-Продмаш».
Разработка технических заданий и конструкторской документации на:
опытно-промышленные образцы: *
сепаратора-бактофуги для молока производительностью 500 л/ч
сепаратора-бактофугн для молока производительностью 1000, 3000, 5000, 10000 л/ч
сепаратора-осветлителя для осветления фильтрата послеспиртовой барды производительностью 8000 л/ч
новые конструкции сепараторов защищены патентом РФ Кз 51532 от 14.03.2005 г.
Апробация работы
Отчет «Агромаш» по теме «Расчет потоков в межтарелочном пространстве сепаратора-бактофуги, разработка эскизов базовых узлов сепаратора» по Договору Хг02-05 от 06 сентября 2005 г (исполнитель работ — Карамзин А.В.).
Протокол заседания научно-технического совета при ФГУП НИИ «Мир-Продмаш» №6 от 25.08.2005. (см. Приложение V).
Доклад на круглом столе «Культура питания», в рамках Международной специализированной выставки «Индустрия детского и школьного питания», по теме «Бактофугальная очистка молока для производства высококачественных продуктов детского питания» 12-14 апреля 2006 г.
На защиту выносятся
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов разделения гетерогенных жидкостных систем в центробежных жидкостных сепараторах с асимметричными межтарелочными потоками.
-
Методы экспериментального определения влияния основных конструктивных параметров на гидродинамику межтарелочных потоков и процесс седиментации твердой фазы суспензии в барабане сепаратора.
-
Методика расчета оптимальных конструктивных параметров сепараторов осветлителей с высокой разделяющей способностью для молочной, спиртовой и других отраслей промышленности.
-
Новые конструкторские решения при создании сепараторов бактофуг для молочной промышленности и сепараторов осветлителей для обработки фильтрата послеспиртовой барды.
Публикации
По результатам исследований опубликовано 5 работ, в том числе 1 монография, 5 статей в научных журналах.
Патент РФ № 51532 от 14.03.2005 г. и 2 научных отчета.
Внедрение
На Плавский машиностроительный завод переданы техническое задание и конструкторская документация на сепаратор-бактофугу Ж5-ОСЦП-1(М) производительностью 500 л/ч и 1000 л/ч, а также на сепараторы-бактофуги производительностью 3000, 5000 и 10000 л/ч.
На Махачкалинский завод «Сепаратор» переданы техническое задание и конструкторская документация на сепаратор-бактофугу 1000 л/ч и 5000 л/ч и сепаратор для осветления фугата послеспиртовой барды производительностью до 8000 л/ч.
Объем работы
Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 181 страницу, в том числе: 35 рисунков и фотографий, 103 наименования списка литературы (из них иностранной 5), приложений 20 страниц.
