Удосконалення перехідних процесів і устаткування для очищення цукрових буряків від домішок

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

УДК 664.1.031

АВТОРЕФЕРАТ

на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ ТА

ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ЦУКРОВИХ БУРЯКІВ

ВІД ДОМІШОК

Спеціальність 05.18.12 - процеси та обладнання харчових,

мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

ХОМЕНКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному університеті харчових технологій

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Пушанко Микола Миколайович Національний університет харчових технологій, професор кафедри технологічного обладнання та комп'ютерних технологій проектування.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Хоменко Микола Дмитрович, Національний університет харчових технологій, професор кафедри цукру і цукристих речовин інституту післядипломної освіти;

доктор технічних наук, професор, Сухенко Юрій Григорович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, завідувач кафедри процесів і обладнання переробки продукції АПК.

Захист відбудеться "_22_" червня 2011 року о _14-00_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.02 Національного університету харчових технологій за адресою: 01601, м. Київ, вул. Володимирська, 68, аудиторія А-311.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01601, м. Київ, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий "_16_"__травня__ 2011 року.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради к.т.н., доц. Л. О. Кривопляс-Володіна

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Високоякісне очищення буряків від домішок значно покращує техніко-економічні показники цукрового виробництва, знижує втрати цукру у виробництві, покращує експлуатаційні якості технологічного обладнання цукрових заводів. Дослідження сухого способу очищення тривалий час плідно вели Новиков В.А., Хелемський М.З., Марочко І.А., Ємельянов М.А., Кузнецова Л.А. та ін. В удосконалення гідравлічних способів очищення вагомий внесок зробили Хоменко М.Д., Даценко М.М., Ярмілко В.Г. та ін. Разом з тим, незадовільна технологічна якість буряків залишається нагальною проблемою вітчизняної цукрової галузі.

Незважаючи на досягнуті результати, існуючі на сучасному етапі схеми та обладнання для підготовки буряків не можуть повною мірою вирішити проблему забрудненості сировини. Подальше удосконалення конструкцій та технологічних режимів існуючого обладнання тракту подачі та мийного відділення цукрових заводів, пошук більш ефективних, науково обґрунтованих методів підготовки буряків до переробки було і залишається актуальним. Найважливішими серед них є розробка нових пристроїв для інтенсивного відділення різноманітних домішок і раціональне поєднання їх з можливостями сухої та гідравлічної подачі буряків.

Завданням даної роботи є наукове обґрунтування методів ефективного очищення сировини від домішок рослинного та мінерального походження, зокрема - від зв'язаних з поверхнею коренеплодів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до пріоритетного напрямку наукових робіт Національного університету харчових технологій на 2006 - 2010 роки “Розроблення наукових основ тепломасообмінних та інших процесів харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв з метою створення нових високоефективних технологій та обладнання, засобів механізації та автоматизації для харчових та переробних галузей АПК” (схвалено Вченою Радою НУХТ, протокол № 7 від 25.03.2006).

Автором особисто проаналізовано літературні джерела, визначені перспективні напрямки досліджень, запропоновані і проведені експерименти, виконано узагальнення їх результатів та запропоновані технічні рішення окремих схем і пристроїв, науково-технічна новизна яких захищена авторськими свідоцтвами СРСР та патентами України.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягає у експериментально та теоретично обґрунтованому виборі найбільш доцільних способів інтенсифікації видалення забруднень шляхом удосконалення багатьох перехідних процесів, розробленні нових апаратурних рішень для їх виконання.

Відповідно до поставленої мети сформульовано такі завдання досліджень:

· оцінити сучасний стан заготівлі сировини та проаналізувати ефективність існуючих технологій і устаткування для попереднього очищення сировини сухим, гідравлічним та комбінованим способами;

· уточнити фізичну модель зв'язаних забруднень окремого коренеплоду та запропонувати удосконалені способи їх видалення ;

· вивчити ефективність роботи очисних систем бурякоукладальників при роботі з сировиною, отриманою індустріальними методами, та запропонувати технічні рішення щодо їх модернізації;

· побудувати математичну модель реалізації методу виведення вільних домішок з потоку сировини у стані вільного польоту у повітряному середовищі;

· експериментально встановити особливості відокремлення зв'язаних з коренеплодами забруднень у ході їх гідротранспортування та розробити математичну модель таких процесів;

· запропонувати технічні рішення, направлені на інтенсифікацію комбінованих способів видалення домішок шляхом використання удосконалених перехідних процесів у транспортно-підготовчому технологічному комплексі цукрового заводу.

Методи дослідження. Експериментальні методи дослідження рівня забрудненості потоків буряків, особливостей розподілу забруднень по поверхні окремих коренеплодів та визначення ефективності роботи окремих агрегатів очисних систем виконувались у виробничих умовах за типовими методиками. Процеси очищення коренеплодів від зв'язаних забруднень при гідротранспортуванні досліджувалися в умовах реального виробництва, а також з використанням розробленої лабораторної установки. Окрема лабораторна установка використовувалась для визначення ефективності очищення за рахунок механічної дії пружних елементів щіткових пристроїв.

Аналітичні методи дослідження було використано у ході моделювання роботи землевідділювального пристрою, при узагальненні та обґрунтуванні перехідних процесів очищення сировини у ході гідротранспортування та при розробці математичної моделі видалення легких домішок при сумісній дії гравітаційної сили і направлених потоків повітря.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень оброблено за допомогою системи автоматизації інженерних розрахунків MathCAD 11 та пакету програм Flow Vision. Для виконання ілюстративної частини дисертаційної роботи використано креслярсько-графічний редактор системи автоматизованого проектування Компас-3D V9.

Об'єкт дослідження - процеси підготовки сировини до перероблення у цукровій промисловості.

Предмет дослідження - цукрові буряки, методи та пристрої для їх очищення.

Наукова новизна одержаних результатів. Результати теоретичних та експериментальних досліджень доповнюють наукову базу удосконалення процесів очищення буряків:

· встановлена структура та специфічні особливості розподілу зв'язаних забруднень по поверхні коренеплодів різного фракційного складу;

· уточнена фізична модель зв'язаних забруднень окремого коренеплоду та визначені шляхи їх ефективного видалення;

· на основі експериментальних досліджень визначено впливи конструктивних факторів на якість очищення бурякосировини;

· визначена ефективність окремих агрегатів очисних систем бурякоукладальних машин при роботі з коренеплодами сучасної селекції та розроблено відповідні рекомендації по їх удосконаленню;

· побудовано математичну модель виведення вільних легких домішок з потоку сировини у повітряному середовищі;

· встановлено закономірності, розроблено алгоритм аналізу відокремлення зв'язаних забруднень з поверхні коренеплодів у ході гідравлічного транспортування та розроблено ряд раціональних інженерних рішень.

Практичне значення отриманих результатів:

· визначено напрямки конструктивного удосконалення землевідділюючих пристроїв та нахилених конвеєрів, які є складовими серійних бурякоукладальних комплексів;

· встановлено основні чинники залишкової забрудненості, пов'язані з біологічними особливостями будови буряків, та запропоновано методи її усунення;

· розроблено математичні моделі методів сухого та мокрого очищення сировини, які можуть бути використані при проектуванні трас її подачі на конкретних підприємствах;

· запропоновано ряд конструктивних рішень для пристроїв і схем очищення сировини, науково-технічна новизна яких підтверджена двома авторськими свідоцтвами СРСР та сімома патентами України на корисні моделі.

Особистий внесок здобувача. Згідно сформульованої мети і завдань роботи визначено напрямки, розроблено методики та виконано експериментальні дослідження рівня та структури забрудненості коренеплодів, встановлено основні чинники формування зв'язаної забрудненості та її залежність від характерних особливостей будови (форми та розмірів) коренеплоду. Виконано експериментальне дослідження ефективності бурякоукладальників при очищенні буряків сучасної селекції, запропоновано ряд інженерних рішень та розроблено математичну модель способу інтенсифікації перехідних процесів сухого очищення під дією гравітаційних сил та повітряних потоків. У лабораторних і виробничих умовах виконано експериментальне дослідження динаміки зв'язаної забрудненості коренеплодів у ході гідравлічного транспортування та розроблено концептуальні засади математичного моделювання процесів очищення сировини при гідротранспортуванні. Виконано експериментальне дослідження ефективності руйнування адгезійної та когезійної складових утримання забруднень шляхом генерації пульсаційних механічних впливів за допомогою щіткових пристроїв. Автор був основним виконавцем у розробці лабораторних установок, проведенні і математичному опрацюванні результатів експериментів, у підготовці публікацій і оформленні патентної документації.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідались і отримали позитивну оцінку на 75-й науковій конференції молодих вчених, аспірантів, студентів, Київ, НУХТ, 2008 р., а також були підтримані колективами інженерно-технічних працівників та частково впроваджені на Капітанівському та Селищанському цукрових заводах.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані у восьми наукових працях, у тому числі: 7 статей у наукових фахових виданнях, 1 тези доповідей, по темі дисертації отримано два авторських свідоцтва СРСР та сім патентів України на корисну модель.

Структура та обсяг роботи. Робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків.

Основний зміст роботи виконано на 201 сторінці. Робота містить 72 рисунки (на 60 сторінках), 18 таблиць (на 17 сторінках), 13 додатків. Список використаних джерел містить 163 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі висвітлено стан проблеми, обґрунтовано актуальність теми дослідження, встановлено зв'язок роботи з науковими програмами НУХТ, визначено мету та основні завдання досліджень, сформульовано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача.

У першому розділі «Проблемні питання підготовки сировини у бурякоцукровому виробництві» подано огляд літературних джерел, де розглянуто сучасний стан заготівлі цукрових буряків з високою забрудненістю, що коливається зазвичай у межах 10…20% і більше, наведено класифікацію, структуру та властивості забруднень сировини, ідентифіковано забруднення коренеплодів зв'язаним ґрунтом, запропоновано уточнену фізичну модель. Проведено аналіз поширених способів підготовки коренеплодів до перероблення, визначені їх позитивні сторони та недоліки. Зроблені відповідні висновки та сформульовані завдання досліджень.

У другому розділі «Склад та структура зв'язаних забруднень сировини» наведено методику та результати експериментальних досліджень, рівня зв'язаної забрудненості у залежності від маси та поверхні коренеплодів, відзначена роль окремих частин коренеплоду (головки, власне кореня, хвостика) та бічних борозен у формуванні зв'язаної забрудненості коренеплодів сучасної селекції. Встановлено, що найменш забрудненими є крупні коренеплоди, рівень загальної зв'язаної забрудненості середніх та дрібних коренеплодів вищий порівняно з крупними приблизно у 2 рази.

Згідно отриманих результатів ґрунт є основним чинником зв'язаної забрудненості буряків. Встановлено, що його частка у загальній зв'язаній забрудненості коренеплодів знаходиться у межах 89…91%. Від 5 до 9% забруднень коренеплоду зв'язаним ґрунтом належить хвостикам, від 10 до 18 - знаходиться на головці і шийці кореня, найбільша їх частка належить власне кореню: від 72% - для крупних до 81% - для дрібних коренеплодів, тобто, найвагомішою частиною забрудненості зв'язаним ґрунтом всього кореня є забрудненість власне коренеплоду, яка у середньому складає 78% від загальної маси зв'язаного ґрунту на корені.

Близько 2/3 цих забруднень знаходиться у бічних борознах коренеплоду, що складає у середньому по дослідженнях близько 62% від загальної забрудненості коренеплоду зв'язаним ґрунтом.

По відношенню до одиниці маси кореня площа зв'язаних забруднень у бічних борознах середніх і дрібних коренеплодів у середньому в 1,4…1,5 рази більша, ніж крупних, при цьому забрудненість зв'язаним ґрунтом, що знаходиться у бічних борознах цих фракцій, вища порівняно з крупними у 2,2…2,6 рази. Займаючи від 10 до 14% поверхні коренеплоду, забруднення у бічних борознах є найвагомішою складовою забрудненості зв'язаним ґрунтом.

У третьому розділі «Дослідження процесів очищення сировини від зв'яза-них забруднень сухим способом» проведено аналіз ефективності поширених пристроїв для сухого очищення, наведено методики та результати визначення якості очищення коренеплодів сучасної селекції від зв'язаних забруднень очисними системами бурякоукладальників.

Встановлено, що, незалежно від рівня первинної забрудненості сировини, від крупних коренеплодів на грохотах бурякоукладальників відділяється близько 40% зв'язаних забруднень, від буряків середньої та дрібної фракції - 21…27, решта 60 і 73…79% відповідно потрапляє у кагати.

Доведено, що залишкова зв'язана забрудненість буряків середньої фракції вища, ніж у крупних буряків, у 1,74…2,11 рази, для дрібних буряків цей показник вищий відповідно у 2,37…2,93 рази. Залишкова зв'язана забрудненість дрібних некондиційних буряків після грохочення вища у 1,73…1,88 рази порівняно із залишковою зв'язаною забрудненістю кондиційних фракцій.

Для підвищення ефективності роботи крутонахилених конвеєрів при несприятливих умовах запропоновано удосконалити перехідні процеси варіативною зміною кута нахилу ділянки конвеєра на 3…5є, забезпечивши додатковий підвід енергії потоку буряків завдяки зміні напряму їх руху, перетиранню і рециркуляції. Науково-технічна новизна таких бурякоукладальників захищена патентом України №30349.

Попереднє очищення буряків на конвеєрі полегшує роботу наступних очищувальних пристроїв, найбільш поширеними серед яких є зірочкові землевідділювачі (грохоти). З метою інтенсифікації процесу відділення домішок від цукрових буряків було запропоновано нову конструкцію грохота бурякоукладальника, у якого зірочки на валах мають різний зовнішній діаметр і набрані від найбільшої до найменшої, утворюючи умовно конічні поверхні.

На основі пакету програм Flow Vision була створена математична модель такої сепаруючої поверхні, яка показала, що різні за векторами та абсолютними значеннями силові впливи зірочок викликають інтенсивний рух буряків по довжині хвилеподібної сепаруючої поверхні, який відбувається у трьох просторових площинах по непрямолінійних траєкторіях (рис. 1). Збільшена внаслідок цього кількість взаємних силових впливів між коренеплодами забезпечує їх рух за складними траєкторіями, інтенсифікує процес руйнування шару забруднень на їх поверхнях і дозволяє зменшити частоти обертання валів зірочок з 80 до 40…50 хв^-1. Це зменшує пошкодження поверхонь буряків, втрати бурякомаси і покращує якість очищення.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розроблено математичну модель організації одного з перспективних перехідних процесів видалення з потоку коренеплодів забруднень, зокрема рослинних, шляхом додаткового підведення енергії для розділення компонентів сировини у повітряному середовищі. Система параметричних рівнянь (1) описує такі процеси і дозволяє визначати раціональні умови їх виконання:

(1)

де н₀ - початкова швидкість руху частинки; б - кут між горизонталлю та вектором швидкості у точці відриву; - приведений коефіцієнт опору; h - висота точки відриву частинок над нульовий рівнем.

На основі (1) отримано залежності (2), які описують процес сухого очищення у направленому на коренеплоди, що знаходяться у стані вільного польоту, повітряному потоці:

(2)

де u - швидкість направленого повітряного потоку; в - кут між горизонталлю та вектором швидкості направленого повітряного потоку.

Розв'язання даної системи визначає умови отримання максимального значення розсіювання часток з найбільшими і найменшими значеннями приведеного коефіцієнту опору.

У четвертому розділі «Структурні зміни багатофазових потоків при гідротранспортуванні та відмиванні буряків» показано, що при гідравлічному транс-портуванні відбувається розділення багатокомпонентної суміші (вода, забруднені буряки, легкі і важкі домішки) і структура потоків формується під дією сил гравітації, напору, локальних механічних впливів (регулятори, буряконасоси, каменепісковловлювачі тощо) і переходу кінетичної енергії у потенціальну.

Раціональна організація впливу перехідних процесів на ефективність очищення буряків базується на сумісному розгляді процесів виділення вільних домішок з потоку суміші і відокремлення зв'язаних забруднень з поверхні коренеплодів. Відокремлення зв'язаних забруднень (4,5…6%) з поверхні коренеплодів відбувається поступово у ході гідротранспортування і складається з кількох етапів - просочення шару забруднень водою, відмочування (проникнення вологи між цим шаром і поверхнею коренеплоду), набухання шару забруднень, потім руйнування і відділення їх від поверхні коренеплоду.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сумарний ефект дії ряду перехідних процесів, на перебіг яких впливає стан і форма коренеплодів, зміна концентрацій компонентів, тривалість досліджувався на лабораторній установці (рис. 2, а) у складі ротаційного барабана 1 з активаторами 5 гладкого (б) і щіткового (в) типів, приводу 2, відстійника 3 та насоса 4. Особливості перебігу цих процесів ілюструє графік (рис. 3). Ефект очищення у виконаних серіях дослідів у середньому склав 65%, коливаючись від 55 до 72% для різних партій коренеплодів.

Встановлено, що процес ін-тенсивного відмивання буряків, ви-рощених на суглинково-чорноземних ґрунтах, триває близько 12 хв та може бути розділений на п'ять умовних етапів. Перший етап має орієнтовну тривалість до 3 хв і полягає у просоченні та відокремленні верхніх шарів забруднень. На другому етапі орієнтовною тривалістю 3…4 хв відбувається подальше відмочування та наступне інтенсивне руйнування і відділення забруднень з гладких поверхонь коренеплодів та з верхніх шарів у заглибинах. На третьому етапі наступає просочування та відмочування домішок у заглибинах та бічних борознах, для чого необхідно близько 3 хв, після чого на четвертому етапі тривалістю 2…3 хв відбувається прискорення процесу відмивання цих забруднень. Для завершення процесу активного відмивання зв'язаних забруднень необхідно від 3 хв і більше. Перший і найбільший пік інтенсивності припадає на 4…6 хв процесу, а другий - на 9…12 хв.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміною частоти обертання барабана досліджували вплив швидкості потоку на перебіг цих процесів. Було встановлено, що підвищення швидкості потоку буряководяної суміші до 1,7…1,9 м/с дає лише незначне підвищення ефекту очищення (до 68% порівняно з 65%, отриманими при загальноприйнятих параметрах гідротранспортування).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Використання активаторів з щітковими вставками дало значно вищий ефект очищення, який у середньому по серії дослідів склав 82%, коливаючись у окремих партіях коренеплодів від 78 до 87%. За рахунок локального підведення механічної енергії щіткові активатори прискорюють перебіг перехідних процесів просочування, набухання, відмочування та відокремлення, які відбуваються у тонких шарах зв'язаних забруднень (рис. 4). Порівняння діаграм на рис. 5 підтверджує значно вищу швидкість та рівномірність відокремлення зв'язаних забруднень щітковими активаторами, зокрема на фінішних етапах очищення.

Зміни забрудненості сировини зв'язаним ґрунтом по довжині тракту гідравлічної подачі досліджувалися на Шполянському цукровому заводі у сезон цукроваріння 2006 року (схема тракту з точками замірів та розмірами показані на рис. 6), а по тривалості гідротранспортування - на рис. 7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз отриманих результатів показує, що процес відмивання має спадаючий перебіг з найактивнішим відокремленням зв'язаних забруднень на початкових етапах та подальшим уповільненням по ходу гідротранспортування.

Забрудненість, як функція часу, набагато швидше спадає на початку процесу і дуже уповільнюється у кінці - на етапі бурякомийних машин, оскільки для завершальної стадії потрібні додаткові зусилля.

Процес очищення сировини при гідравлічному транспортуванні описується диференційним рівнянням першого порядку

, (4)

де C₀ - початкова зв'язана забрудненість сировини при вході в систему; C - поточна зв'язана забрудненість (величина змінна, що залежить від протяжності гідротранспортування); л і б - безрозмірні коефіцієнти, що враховують вплив факторів, які гальмують процес відмивання коренів.

Розв'язок диференційного рівняння (4) зводиться до виду

, (5)

де L - довжина; , що дозволяє визначати раціональні умови перебігу перехідних процесів мокрого очищення в умовах реального виробництва.

У п'ятому розділі «Перспективні промислові схеми подачі сировини та обладнання для її очищення» представлено окремі технічні рішення, розроблені на основі виконаних досліджень та отриманих залежностей.

У роботі наведено компонувальні схеми, в яких реалізовано розділення тракту гідротранспортування на окремі ділянки відповідно до встановленої послідовності перехідних процесів з урахуванням їх локальних особливостей та у місця розриву введено додаткові інтенсифікуючі чинники. Одна з таких схем передбачає використання здвоєних електронасосних агрегатів, встановлених послідовно, що у 2…3 рази зменшує кількість пошкоджених коренеплодів при вищій сумарній ефективності очищувальної дії.

З метою зменшення обсягів вод 2-ї категорії, які направляються на відстійники транспортерної води, зниження енергоємності тракту подачі і очищення при одночасному підвищенні ефективності його роботи запропонована машинно-апа-ратурна схема з двокаскадним компонуванням обладнання та двоконтурним обігом транспортерної води. З метою інтенсифікації відокремлення зв'язаних забруднень один з варіантів цієї схеми передбачає введення у розрив потоку пристрою для очищення буряків, захищений патентом України № 33553.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Показано доцільність більш широкого використання сухих технологій очищення перед завантаженням коренеплодів у систему гідротранспортування та розроблено комбіновані схеми, котрі покращують якість сировини, надійність роботи тракту і можуть бути впроваджені при реконструкції діючих цукрових заводів. Введення етапів сухого очищення в існуючі системи гідравлічного транспортування та очищення, особливо великої протяжності, реалізовано у машинно-апаратурній схемі комбінованої подачі та очищення сировини з використанням пневмогідравлічної сепарації. Для цукрових заводів, де відстань від пункту прийому сировини до станції підйому та висота підйому відповідають можливостям встановлення системи конвеєрів з пересипками, запропоновано схему комбінованої подачі з одним каскадом гідротранспортування та комплексом пневматичних сепаруючих пристроїв. забруднення коренеплід очищення бурякоукладальник

Перспективним засобом інтенсифікації масоперенесення у низці перехідних процесів очищення потоків буряків є руйнування адгезійної та когезійної складових утримання забруднень шляхом генерації пульсаційних механічних впливів. З цією метою запропоновано використання щіткових пристроїв, виготовлено лабораторну установку з щітковим валом та проведено дослідження ефективності очищення при значеннях швидкості на кінцях нитей у інтервалі 1,5…2,5 м/c та тривалості обробки коренеплодів від 20 до 10 с. Встановлено (рис. 8), що в інтервалі лінійних швидкостей 1,5…1,8 м/с при тривалості 15…20с відбувається інтенсивне та достатньо глибоке очищення поверхні з видаленням до 80% зв'язаних забруднень.

Для інтенсифікації низки перехідних процесів, сукупність яких забезпечує очищення сировини, було розроблено ряд пристроїв, захищених патентами України та авторськими свідоцтвами СРСР ( див. табл.).

Таблиця. Технологічні ефекти розроблених пристроїв для очищення

№п/п	Назва машини	Схема машини	Технологічний ефект
1	2	3	4
1	Водовідділювач дисковий з валами конічної форми (патент України № 30350)		- покращення очищення коренеплодів; - інтенсифікація динамічних впливів на коренеплоди
2	Пристрій для проміжного очищення коренеплодів (патент України № 33553)		- інтенсифікація механічних в впливів на зв'язані забруднення; - зменшення загальної тривалості очищення буряків
3	Водовідділювач з щітковими вставками (патент України № 33555 )		- інтенсифікація механічних в впливів на зв'язані забруднення; - збільшення площі живого перерізу для відведення транспортерної води; - зменшення пошкоджуваності коренеплодів
4	Водовідділювач з щітковими дисками (патент Ук-раїни № 33554 )		- інтенсифікація механічних в впливів на зв'язані забруднення; - збільшення тривалості струменевої обробки коренеплодів; - зменшення пошкоджуваності коренеплодів і втрат бурякомаси
5	Водовідділювач вібраційний (патент України № 54312)		- зменшення енерговитрат; - інтенсифікація механічних в впливів на зв'язані забруднення
6	Бурякомийка з похилим днищем (а.с. СРСР №1074480)		- зменшення енерговитрат; - зниження матеріалоємності
7	Бурякомийка з гідропневматичним вивантажувальним пристроєм (а.с.СРСР №1292710)		- зменшення енерговитрат; - зниження матеріалоємності; - поглиблення очищення коренеплодів; - повне відокремлення важких домішок
8	Барабанна бурякомийка з щітковими валами (патент України №56282)		- покращення фінішного очищення коренеплодів
9	Бурякоукладальник зі змінним кутом нахилу початкової ланки похилого конвеєра (патент України №30349)		- інтенсифікація сегрегування та попереднього; - очищення коренеплодів, зібраних за різних погодних умов

ВИСНОВКИ

1. Експериментальними дослідженнями у виробничих умовах встановлено, що існуючі технології і обладнання для заготівлі та первинної підготовки буряків до перероблення забезпечують отримання сировини, в якій кількість пошкоджених коренеплодів сягає 12% і більше, забрудненість ґрунтом та іншими мінеральними домішками коливається в межах 6…20%, рослинними домішками - 3…10% до маси буряків. Їх покращення потребує розробки нових способів очищення та обладнання для їх виконання.

2. Проведена диференціація забруднень окремих коренеплодів різної величини показала, що найменшу забрудненість мають крупні корені, рівень загальної зв'язаної забрудненості середніх та дрібних коренеплодів порівняно з крупними вищий приблизно у 2 рази, а забрудненість зв'язаним ґрунтом, що знаходиться у бічних борознах коренеплодів цих фракцій, порівняно з крупними вища у 2,2…2,6 рази.

3. Доведено, що кінцева важковідділювана забрудненість коренеплодів формується із залишків забруднень у поздовжніх бічних борознах (у середньому близько 62 % від загальної забрудненості коренеплоду зв'язаним ґрунтом), і для її видалення потрібно використовувати механічні та гідромеханічні пристрої інтенсивної дії.

4. Встановлено, що очисними системами бурякоукладальників типу “Комплекс-65” від крупних коренеплодів відділяється близько 40% зв'язаних забруднень, від буряків середньої та дрібної фракції - 21…27%, а найменш ефективним є очищення дрібних, некондиційних буряків.

5. Показано, що визначення ефективності роботи багатоагрегатного обладнання для очищення сировини сухим способом за кінцевими показниками не дозволяє правильно оцінювати результати роботи окремих пристроїв, наведено рівень ефективності окремих агрегатів та запропоновано шляхи їх удосконалення.

6. Для підвищення ефективності очищувальної дії крутонахилених конвеєрів бурякоукладальників при зміні забрудненості, вологості чи характеристик ґрунтових домішок запропоновано удосконалити перехідні процеси очищення варіативною зміною кута нахилу ланки похилого конвеєра на 3…5є (патент України № 30349).

7. Запропонована уточнена фізична модель забрудненого коренеплоду, ефективне очищення якого у потоці потребує виконання перехідних процесів сегрегації та стратифікації в окремих агрегатах зі зміною траєкторій та швидкостей перебігу окремих операцій.

8. Запропоновані технічні рішення щодо модернізації землевідділювачів бурякоукладальних машин, набраних зірочками різного діаметра, інтенсифікують відокремлення зв'язаних домішок, за рахунок збільшення динамічних впливів покращують умови сепарації при зменшенні у 1,5…2 рази частоти обертання зірочок, знижують пошкоджуваність поверхні цукрових буряків та втрати бурякомаси.

9. Доведено, що безпосередній контакт щіткових пристроїв з забрудненнями на поверхні коренеплодів та у заглибленнях, інтенсифікує процес відмивання, дозволяє майже у 2 рази знизити залишкову забрудненість та у середньому на 17% підвищує ефект очищення буряків від зв'язаних забруднень.

10. Побудована математична модель виведення вільних домішок з потоку сировини у стані вільного польоту при залученні додаткових факторів, зокрема направленого повітряного потоку, виявила найбільш оптимальні умови такого процесу (кут напряму руху бурякоґрунтової суміші відносно горизонталі, а кут напряму руху повітряного потоку ), що може бути використано при конструюванні конкретних пристроїв для очищення сировини.

11. Збільшення тривалості процесу відмивання залишкових забруднень, що надходять у мийні комплекси (1,5…2%), без застосування додаткових зовнішніх впливів не дає відчутного ефекту, лише збільшує втрати цукрози у транспортерній і мийній воді.

12. Підвищення швидкості потоку буряководяної суміші до 1,7…1,9 м/с збільшує витрати води і не призводить до помітної інтенсифікації видалення зв'язаних забруднень з поверхні коренеплодів.

13. Запропоновані математичні моделі процесу гідротранспортування описують процес відокремлення зв'язаних забруднень з поверхні коренеплодів по довжині тракту гідротранспортування і по тривалості перебування сировини у потоці транспортерної води та обґрунтовують спосіб інтенсифікації відокремлення зв'язаних забруднень з поверхні коренеплодів розділенням тракту гідротранспортування на окремі ділянки з урахуванням їх локальних особливостей та введенням у місця розриву запропонованих інтенсифікуючих чинників.

14. При удосконаленні та розробці методів очищення сировини, побудованих на вивченні характеристик забруднень окремого коренеплоду та особливостей відокремлення зв'язаних забруднень у системі “коренеплід - зв'язаний ґрунт”, сформульовано нові підходи до побудови обладнання очищувального комплексу, на основі яких запропоновано 8 пристроїв, науково-технічна новизна яких захищена 7 патентами України.

ПЕРЕЛІК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Хоменко О.І. Склад та структура зв'язаних забруднень коренеплодів цукрових буряків / Хоменко О.І., Пушанко М.М. // Наукові праці НУХТ. - 2007. - № 22. - с. 44-47.

Особистий внесок: виконання експериментального дослідження рівня та структури забрудненості коренеплодів, встановлення основних чинників формування зв'язаної забрудненості, формулювання висновків та результатів, підготовка матеріалів до публікації.

2. Хоменко О.І. Ефективність очищення сировини від зв'язаних забруднень очисними системами бурякоукладачів / Хоменко О.І., Пушанко М.М. // Цукор України. 2007. - № 2. - с. 18-23.

Особистий внесок: підбір методик для виконання експериментальної частини, виконання експериментальних досліджень ефективності очищення буряків очисними системами бурякоукладальників, визначення можливих напрямків інтенсифікації процесів очищення, формулювання висновків та результатів, підготовка матеріалів до публікації.

3. Хоменко О.І. Взаємозалежність геометричних характеристик та зв'яза-ної забрудненості коренеплодів цукрових буряків / Хоменко О.І., Пушанко М.М. // Харчова промисловість. - 2008. - № 6. - с. 12-15.

Особистий внесок: підбір методики виконання експериментальної частини, експериментальне дослідження параметрів зв'язаної забрудненості коренеплодів різних фракцій та встановлення залежності забрудненості від характерних параметрів коренеплоду, формулювання висновків та результатів, підготовка матеріалів до публікації.

4. Пушанко М.М. Особливості процесів очищення буряків від зв'язаних забруднень у ході гідравлічного транспортування / Пушанко М.М., Хоменко О.І., Абрамов О.Б. // Харчова промисловість. - 2008. - № 7. - с. 46-49.

Особистий внесок: підбір методики виконання експериментальної частини, експериментальні дослідження динаміки зв'язаної забрудненості коренеплодів у потоці гідротранспортування, наукове обґрунтування теоретичних положень математичного моделювання процесів очищення сировини у ході гідравлічного транспортування, формулювання висновків та результатів, підготовка матеріалів до публікації.

5. Пушанко М.М. Моделювання процесу сухого очищення сировини / Пушанко М.М., Хоменко О.І., Абрамов О.Б. // Наукові праці Національного університету харчових технологій. - К.: НУХТ. - 2009. - № 29. - с. 29-32.

Особистий внесок: розробка концептуальних засад математичного моделювання процесу сухого очищення під дією гравітаційних сил та повітряних потоків, формулювання висновків та результатів, підготовка матеріалів до публікації.

6. Пушанко М.М. Пристрій для ефективного відділення домішок від буряків / Пушанко М.М., Парахоня А.М., Хоменко О.І. // Харчова промисловість. - 2010. - № 9. - с. 97-101.

Особистий внесок: формування принципів моделювання процесів сухого очищення сировини шляхом інтенсифікації силових впливів на коренеплоди, підготовка матеріалів до публікації.

7. Хоменко О.І. Очищення цукрових буряків від зв'язаних забруднень / Хоменко О.І., Пушанко М.М. // Наукові праці Національного університету харчових технологій. - 2010. - № 33. - c. 91-95.

Особистий внесок: підбір методики виконання експериментальної частини, розробка та виготовлення лабораторної установки, експериментальне моделювання та аналіз динаміки процесів очищення, формулювання висновків та результатів, підготовка матеріалів до публікації.

8. А.с. 1074480 СССР, МКИ А23N12/02. Свекломойка / Б.В. Прудиус, А.И. Хоменко, (СССР). - № 3408188/28-13; заявл. 09.03.82; опубл. 23.02.84, Бюл. № 7. - 3 с.

Особистий внесок: формулювання ідеї похилого розташування робочого органу, розробка конструкції, проведення патентного пошуку, формування заявки на винахід.

9. А.с. 1292710 СССР, МКИ А23N12/02. Свекломойка / Б.В. Прудиус, А.И. Хоменко, А.И. Медяник (СССР). - № 3828215/28-13; заявл. 22.11.84; опубл. 28.02.87, Бюл. № 8. - 5 с.

Особистий внесок: виконання експериментальної частини, формулювання ідеї використання гідропневматичного вивантажувального пристрою, розробка конструкції, проведення патентного пошуку, формування заявки на винахід.

10. Патент України на корисну модель № 30349, МПК В07В 1/00. Бурякоукладач / Пушанко М.М., Хоменко О.І.; власник Національний університет харчових технологій. - № u 2007 11570; заявл. 19.10.2007; опубл. 25.02.2008, Бюл. № 4. - 4 с.

Особистий внесок: проведення патентного пошуку, написання заявки на патент, експериментальна апробація розробки.

11. Патент України на корисну модель №30350, МПК В03В 5/00. Водовіддільник дисковий / Пушанко М.М., Хоменко О.І.; власник Національний університет харчових технологій. - № u 2007 11571; заявл. 19.10.2007; опубл. 25.02.2008, Бюл. № 4. - 4 с.

Особистий внесок: розробка конструкції, проведення патентного пошуку, написання заявки на патент.

12. Патент України на корисну модель №33553, МПК С13D 3/00. Пристрій для очищення буряків / Пушанко М.М., Хоменко О.І.; власник Національний університет харчових технологій. - № u 200802899; заявл. 06.03.2008; опубл. 25.06.2008, Бюл. № 12. - 4 с.

Особистий внесок: формулювання ідеї винаходу, розробка конструкції, проведення патентного пошуку, написання заявки на патент.

13. Патент України на корисну модель №33554, МПК С13D 3/00. Водовіддільник дисковий / Пушанко М.М., Хоменко О.І.; власник Національний університет харчових технологій. - № u 200802900; заявл. 06.03.2008; опубл. 25.06.2008, Бюл. № 12. - 5 с.

Особистий внесок: виконання експериментальної частини, формулювання ідеї винаходу, розробка конструкції, проведення патентного пошуку, написання заявки на патент.

14. Патент України на корисну модель №33555, МПК С13D 3/00. Водовіддільник / Пушанко М.М., Хоменко О.І.; власник Національний університет харчових технологій. - № u 200802902; заявл. 06.03.2008; опубл. 25.06.2008, Бюл. № 12. - 4 с.

Особистий внесок: виконання експериментальної частини, формулювання ідеї винаходу, розробка конструкції, проведення патентного пошуку, написання заявки на патент.

15. Патент України на корисну модель № 56282, МПК А01D 33/08. Барабанна бурякомийка / Пушанко М.М., Хоменко О.І.; власник Національний університет харчових технологій. - № u 201007192; заявл. 10.06.2010; опубл. 10.01.2011, Бюл. № 1. - 6 с.

Особистий внесок: формулювання ідеї винаходу, розробка конструкції, проведення патентного пошуку, написання заявки на патент.

16. Патент України на корисну модель № 54312, МПК B03B 5/00. Водо-віддільник вібраційний / Пушанко М.М., Строкань О.Г., Строкань І.Г, Хоменко О.І.; власник Національний університет харчових технологій. - № u 201003399; заявл. 24.03.2010; опубл. 10.11.2010, Бюл. № 21. - 5 с.

Особистий внесок: участь у проведенні патентного пошуку, написанні заявки на патент.

АНОТАЦІЯ

Хоменко О.І. Удосконалення перехідних процесів і устаткування для очищення цукрових буряків від домішок. - Рукопис.

Дисертація на отримання наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси і устаткування харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. - Національний університет харчових технологій міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, Київ, 2011.

Дисертаційна робота присвячена вивченню процесів очищення коренеплодів буряків від забруднень з метою підвищення технологічної якості сировини у цукровому виробництві.

Представлені особливості розподілу забруднень по поверхні коренеплоду та роль окремих його частин у формуванні зв'язаної забрудненості сировини, уточнена фізична модель забрудненості буряків. Досліджено ефективність існуючих очисних систем бурякоукладальників залежно від фракційного складу сировини. Проаналізовано хід перехідних процесів на крутонахилених конвеєрах і грохотах бурякоукладальників і запропоновані способи їх інтенсифікації. Розроблена математична модель організації одного з перспективних перехідних процесів видалення з потоку коренеплодів забруднень, зокрема рослинних, шляхом додаткового підведення енергії для розділення компонентів сировини в повітряному середовищі.

Досліджено сумарний ефект дії ряду перехідних процесів при мокрому очищенні сировини і побудована математична модель їх перебігу. Запропоновані способи інтенсифікації мокрого очищення сировини від зв'язаних забруднень і експериментально доведена їх доцільність. На основі запропонованих способів і пристроїв розроблено ряд схем підготовки сировини, у тому числі з запровадженням етапів сухого очищення.

Результати досліджень пройшли апробацію на ЗАТ “Новомиргородський цукор” і ТОВ “Панда” (Селищанський цукровий завод).

Ключові слова: очищення коренеплодів, зв'язана забрудненість, очисні пристрої, гідротранспортування, сепарація, сухе очищення.

АННОТАЦИЯ

Хоменко А.И. Усовершенствование переходных процессов и оборудования для очистки сахарной свеклы от примесей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. - Национальный университет пищевых технологий министерства образования и науки, молодежи и спорта Украины, Киев, 2011.

Диссертационная работа посвящена изучению процессов очистки корнеплодов свеклы от загрязнений с целью повышения технологического качества сырья в сахарном производстве.

В работе рассмотрены состав и структура связанных загрязнений свекловичного сырья, установлена зависимость их величины от геометрических параметров корнеплодов, показано, что с увеличением доли мелких корнеплодов их суммарная поверхность увеличивается, автоматически увеличивая загрязненность потока свеклы.

Подробный анализ существующих комплексов для сухой очистки свеклы выполнен на основе дифференцированной оценки эффективности отдельных агрегатов. Это позволило оптимизировать конструкции отдельных составляющих и определить обоснованные пути их совершенствования.

На основе изучения влияния некоторых факторов на процесс отделения связанных примесей от поверхности корнеплода при гидравлическом транспортировании предложена математическая модель процесса предварительной очистки свеклы перед ее поступлением в моечные комплексы.

При подаче свеклы в завод любым способом (гидравлическим, сухим или комбинированным) ее поток претерпевает ряд перегрузок, подъемов и перемещений по наклонным плоскостям. Все они осуществляются с подводом энергии, ее накоплением и отдачей. Изучение явлений отделения примесей при осуществлении переходных процессов позволяет научно обоснованно управлять ими.

Представлены особенности распределения загрязнений по поверхности корнеплода и роль отдельных его частей в формировании связанной загрязненности сырья, уточнена физическая модель загрязненности свеклы. Исследована эффективность существующих очистительных систем свеклоукладчиков в зависимости от фракционного состава сырья. Проанализирован ход переходных процессов на крутонаклонных конвейерах и грохотах свеклоукладчиков и предложены способы их интенсификации. Разработана математическая модель организации одного из перспективных переходных процессов удаления загрязнений из потока корнеплодов, в частности растительных, путем дополнительного подвода энергии для разделения компонентов сырья в воздушной среде.

Исследован суммарный эффект действия ряда переходных процессов при мокрой очистке сырья и построена математическая модель, описывающая их течение. Предложены способы интенсификации мокрой очистки сырья от связанных загрязнений и экспериментально доказана их целесообразность. На основе предложенных способов и устройств разработан ряд схем подготовки сырья, в том числе с введением этапов сухой очистки.

Результаты исследований прошли апробацию на ЗАО “Новомиргородский сахар” и ООО “Панда” (Селищанский сахарный завод).

Ключевые слова: очистка корнеплодов, связанная загрязненность, очистительные устройства, гидротранспортирование, сепарация, сухая очистка.

ANNOTATION

Khomenko O.I. Improvement of transitional processes and equipment for sugar beets cleaning from remains. - Manuscript.

The thesis for candidate's degree of engineering sciences in specialty 05.18.12 - processes and equipment of food, microbiological and pharmaceutical productions - National university of food technologies of ministry of еducation, science, youth and sports of Ukraine, Kyiv, 2011.

This thesis investigates existing processes of beetroots cleaning from potentially remains with the aim to increase the technological quality of commercial beetroots in sugar production.

The thesis was performed as the research of peculiarities of muddiness distribution on the beetroots surface and the role of remains components in formation of sticky mud. The work contains more detailed physical model of beetroots muddiness.

The efficiency of existing beetstacker cleaning systems depending on factional composition of commercial beetroots was surveyed.

Transitional processes taking place on the steep-bent conveyers and cleaning arrangements of beetstaker are analyzed; the methods of their intensification are offered.

The mathematical model of the perspective transitional process of organization of vegetal remains removal from beetroots flow is worked out. To achieve this aim the additional power supply for separation of commercial beetroots components in the air is used.

The total effect of the transitional processes during beetroots washing is examined and the mathematical model of these processes developing is proposed. The methods of intensification of beetroots washing from sticky mud are proposed and their expedience is experimentally proved.

On the basis of the suggested methods and improved arrangements some charts of commercial beetroots prep aration, including the introduction of stages of dry cleaning are elaborated.

The investigation results were tested at the Joint - Stock Company “Novomyrhorodskiy Tsukor” and the Selyschanskiy Sugar - Works “Panda”.

Key words: beetroots cleaning, stages of dry cleaning, beets washing, remains removal, separation, investigation, efficiency, technological quality, sticky muddiness, hydrotransportation, transitional processes, beetstacker, intensification, cleaning arrangements.

Размещено на Allbest.ru