CC BY
26
- оценить раздельно влияние на индикаторный КПД íjl, потерь теплоты в неравновесных внутрицилиндровых процессах вследствие неполноты сгорания, несвоевременности выделения и отвода через системы охлаждения и выпуска;
- выявить зависимость j¡i и вышеперечисленных составляющих потерь теплоты в функции угла поворота коленчатого вала
Литература
1. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: учебник для вузов. -2-е изд., испр. и доп. - М.: МГТУ им Н.Э. Баумана, 2016. - 589 с.
2. Шароглазов Б.А., Шишков В.В. Поршневые двигатели: теория, моделирование и расчет рабочих процессов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - 525 с.
3. Зейнетдинов Р.А. Задача минимизации тепловых потерь в рабочих процессах поршневых двигателей // Научное обеспечение развития сельского хозяйства и снижение технологических рисков в продовольственной сфере: Сборник научных трудов международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, в 2- х частях. - СПб.: СПбГАУ, 2017. - С. 543-547.
4. Зейнетдинов Р.А. Системный анализ теплоиспользования в поршневых двигателях: монография. - СПб.: СПбГУСЭ, 2012. - 171 с.
Literatura
1. Kavtaradze R.Z. Teoriya porshnevyh dvigatelej. Special'nye glavy: uchebnik dlya vuzov. - 2-e izd., ispr. i dop. - M.: MGTU im N.EH. Baumana, 2016. - 589 s.
2. SHaroglazov B.A., SHishkov V.V. Porshnevye dvigateli: teoriya, modelirovanie i raschet rabochih processov. QCHelyabinsk: Izdatel'skij centr YUUrGU, 2011. - 525 c.
3. Zejnetdinov R.A. Zadacha minimizacii teplovyh poter' v rabochih processah porshnevyh dvigatelej // Nauchnoe obespechenie razvitiya sel'skogo hozyajstva i snizhenie tekhnologicheskih riskov v prodovol'stvennoj sfere: Sbornik nauchnyh trudov mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii professorsko-prepodavatel'skogo sostava, v 2- h chastyah. - SPb.: SPbGAU, 2017. - S. 543-547.
4. Zejnetdinov R.A. Sistemnyj analiz teploispol'zovaniya v porshnevyh dvigatelyah: monografiya. - SPb.: SPbGUSEH, 2012. - 171 s.
УДК 631.862.2.:631.333.92
Доктор техн. наук Ю.А. КИРОВ (ФГБОУ ВО «Самарская ГСХА», [email protected]) Соискатель Н.В. БАТИЩЕВА (ФГБОУ ВО «Самарская ГСХА», [email protected]) Доктор техн. наук В.С. ШКРАБАК (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ НА ФРАКЦИИ СТОКОВ ПИВОВАРЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА В ГИДРОЦИКЛОНЕ-СГУСТИТЕЛЕ
Для пивоваренной промышленности одной из главных проблем в сфере рационального использования материальных ресурсов и рециклинга вторичных продуктов в АПК является разработка способов утилизации пивной дробины. В частности, требует особой переработки образующийся в процессе пивной затор, влажность которого достигает 96% [1,2,3]. Затор представляет собой дисперсную среду - смесь дробленых зернопродуктов с водой [4].
Анализ многообразия способов переработки пивной дробины показал, что наиболее эффективным является метод разделения на фракции.
Как известно, при влажности сырья выше 65% удалять воду испарительным методом в большинстве случаев нерентабельно. Поэтому при высокой влажности пивной дробины технологическая схема утилизации должна начинаться с операции обезвоживания [6].
Цель исследований - повышение эффективности процесса фильтрования пивного
затора.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Провести анализ существующих конструкций машин и аппаратов, применяемых для разделения фракций.
2. Разработать конструктивно-технологическую схему гидроциклона-сгустителя для разделения пивного затора на жидкую и густую фракцию.
3. Теоретически описать процесс обезвоживания массы пивного затора в сгустителе.
4. Построить графические зависимости влияния основных конструктивно-режимных параметров гидроциклона-сгустителя на качественные показатели процесса разделения на фракции пивного затора.
Из анализа существующих установок и аппаратов, применяемых для механического фракционирования влажных масс, преимущество имеют фильтрующие. Разделение суспензий путем принудительного фильтрования через пористую перегородку, способную задерживать взвешенные частицы и пропускать жидкость, нашло широкое применение в технологических линиях многих промышленностей.
Работа установок для разделения влажного материала на жидкую и твердую фракции характеризуется производительностью (скоростью фильтрования), эффектом осветления суспензии и влажностью твердой фазы (осадка).
Все вышеперечисленные способы применения центробежного эффекта требуют создания высокооборотных машин с высокими прочностными характеристиками из-за больших динамических напряжений в ответственных частях, а также специального привода.
Материалы, методы и объекты исследования. Наиболее простыми по конструкции и дешевыми аппаратами, использующими действие центробежной силы, являются гидроциклоны.
При реализации способа обезвоживания дробины в гидроциклоне-сгустителе требуется приведение кашицеобразной влажной массы дробины в текучее состояние путем рециклинга сусла с низким содержанием экстрактивных веществ или воды при первом цикле [2].
Гидроциклон-сгуститель (рис. 1) состоит из цилиндрического корпуса 1; выгрузного патрубка 3; питателя 2; сливного патрубка 4. В нижней части выгрузного патрубка 3 закреплено устройство 11 для обезвоживания сгущенной фракции, содержащее верхнюю часть полого корпуса 5, нижнюю часть полого корпуса 9, выполненную в форме усеченного конуса, направленного меньшим основанием книзу; патрубок 10 для удаления твердой фракции. В нижней части полого корпуса 5, соосно выгрузному патрубку 3, установлен фильтрующий элемент 6, представляющий собой конусную перфорированную поверхность, соединенную основанием с коробом 7, пропущенным с уплотнением через коническую часть полого корпуса 9. В нижней части короба 7 размещен патрубок 8 для вывода фильтрата [5].
Гидроциклон-сгуститель работает следующим образом: пивной затор под давлением через питатель 2 поступает внутрь цилиндроконического корпуса 1, где происходит его разделение на жидкую и густую фракции. Отделенная жидкая фракция (пивное сусло) отводится через сливной патрубок 4, а сгущенная (пивная дробина) - по конической части корпуса 1 поступает в выгрузной патрубок 3.
1 твердая фракция Рис.1 Гидроциклон-сгуститель (патент РФ 122915)
Сгущенная в гидроциклоне фракция подается на фильтрующий элемент 6, где обезвоживается через перфорированные отверстия за счет гравитационного фильтрования. Обезвоженная твердая фракция (пивная дробина), передвигаясь по наклонной поверхности фильтрующего элемента 6 за счет разности сил трения и сил гравитации, сползает с последней и выводится из гидроциклона-сгустителя, скользя по нижней части корпуса 9 через патрубок 10 для удаления твердой фракции. Пивное сусло, отфильтрованное из пивной дробины, проходя в виде фильтрата через перфорированную поверхность фильтрующего элемента 6 по коробу 7, сливается через патрубок 8 для вывода фильтрата, объединяется с пивным суслом, отведенным через сливной патрубок 4, и передается в сусловарочный котел.
Результаты исследований. Рассмотрим процесс обезвоживания предварительно сгущенной в гидроциклоне массы после попадания её в зону фильтрования сгустителя (рис. 2).
Рис. 2 Расчетная схема
Процесс обезвоживания сгущаемой массы пивного затора на фильтрующем элементе описывается по закону фильтрования с образованием осадка (закон Дарси) [7]. Исходя из этого закона рассмотрим процесс движения массы по фильтровальной поверхности:
dv
АР
S-dt /¿(Дпс+ЯфГ!)'
(1)
где ёУ - элементарный объем массы, м3; Б - площадь поверхности фильтрования, м2; & - промежуток времени фильтрования, с; АР - давление фильтрования, Па; ц -коэффициент динамической вязкости, Пас; Я ос и Яфп - сопротивление осадка и фильтровальной поверхности соответственно, м-1.
Разделив переменные и преобразуя выражение (1), получим:
fdV =
AP-S
(2)
JlOHoc+ЯфБ)
Проинтегрировав выражение (2) в пределах Vi-i до V2-2 и от t=0 до t=ti, получим:
Выразив площадь фильтровальной поверхности из формулы конуса и преобразовав, окончательно имеем выражение для определения длины L конусной фильтровальной поверхности:
L =
iгДР-fit.
(4)
где Я - радиус конусной фильтровальной поверхности, м; 11 - время фильтрования, с.
Для подтверждения теоретических предположений и проведения экспериментальных исследований была изготовлена опытная установка гидроциклона-сгустителя, нижняя часть которого приведена на рис. 3.
Рис. 3. Общий вид сгустителя
В результате проведения экспериментальных исследований были получены зависимости влияния основных конструктивно-режимных параметров гидроциклона-сгустителя на влажность получаемой твердой фракции пивного затора (рис. 4 и 5).
0,2 0,3 ОЛ 0,5 0,6 Ь
Рис. 4 Зависимость влияния длины фильтровальной поверхности (Ь, м) на влажность твердой фракции %)
■о
95 90 85 80 75
Й/ У/
Й/ У/ "У/
/////// у/
/V / / // / /V,
С ъ //
/у /'' / / // //
10 20 30 4 ¿7 /4
50 0,м3/ч
Рис. 5. Зависимость влияния подачи исходной массы м3/ч) на влажность твердой фракции (^ % )
Анализируя полученные зависимости, можно сделать выводы, что с увеличением размеров конусной фильтровальной поверхности влажность твердой фракции пивного затора снижается, но при увеличении длины (Ь) свыше 0,6 м, влажность практически остается постоянной. При определении производительности гидроциклона-сгустителя можно заключить, что при подаче исходной массы свыше 40 м3/ч влажность твердой фракции
пивного затора резко увеличивается.
Выводы.
1. На основании анализа научно-технической и патентной литературы выбрана перспективная в использовании конструкция гидроциклона-сгустителя.
2. Разработана конструктивно-технологическая схема гидроциклона-сгустителя для обезвоживания жидкой массы пивного затора.
3. Получены аналитические зависимости влияния конструктивно-режимных параметров на процесс фильтрования сгущенной в гидроциклоне массы пивного затора.
4. Получены графические зависимости влияния подачи исходной массы пивного затора и длины фильтровальной поверхности на влажность получаемой твердой фракции. В результате чего определены оптимальные размеры фильтровальной поверхности Ь=0,5-0,6 м. Также выяснилось, что наиболее эффективно рабочий процесс разделения на фракции пивного затора протекает при подаче исходной массы до 40 м3/ч.
За счет совмещения рабочих процессов осаждения в зоне центробежных сил гидроциклона и фильтрования сгущенной массы жидкого пивного затора в сгустителе влажность получаемого продукта соответствует технологическим требованиям.
Литература
1. Волотка Ф.Б., Богданов В.Д. Технологическая и химическая характеристика пивной дробины // Вестник ТГЭУ. - 2013. - №1. - С. 114-124.
2. Голубев И.Г., Шванская И.А., Коноваленко Л.Ю., Лопатников М.В. Рециклинг отходов в АПК: справочник. - М.: ФГБНУ "Росинформагротех", 2011. - 296 с.
3. Колпакчи А.П., Голикова Н.В., Андреева О.П. Вторичные материальные ресурсы пивоварения. - М.: Агропромиздат, 1986. - 160 с.
4. ГОСТ 29018-91 Пивоваренная промышленность. Термины и определения.
5. Патент РФ 122915. Гидроциклон-сгуститель / Ю.А. Киров, Н.В. Батищева, Т.Ю. Козлова; опубл. 20.12.2012.
6. Шаланда А. Методы утилизации пивной дробины / http://cbio.ru/page/45/id/1303.
7. Малиновская Т.А. Разделение суспензий в промышленности органического синтеза. - М.: Химия, 1971. - 318 с.
Literatura
1. Volotka F.B., Bogdanov V.D. Tekhnologicheskaya i himicheskaya harakteristika pivnoj drobiny // Vestnik TGEHU. - 2013. - №1. - S. 114-124.
2. Golubev I.G., SHvanskaya I.A., Konovalenko L.YU., Lopatnikov M.V. Recikling othodov v APK: spravochnik. - M.: FGBNU "Rosinformagrotekh", 2011. - 296 s.
3. Kolpakchi A.P., Golikova N.V., Andreeva O.P. Vtorichnye material'nye resursy pivovareniya. - M.: Agropromizdat, 1986. - 160 s.
4. GOST 29018-91 Pivovarennaya promyshlennost'. Terminy i opredeleniya.
5. Patent RF 122915. Gidrociklon-sgustitel' / YU.A. Kirov, N.V. Batishcheva, T.YU. Kozlova; opubl. 20.12.2012.
6. SHalanda A. Metody utilizacii pivnoj drobiny / http://cbio.ru/page/45/id/1303.
7. Malinovskaya T.A. Razdelenie suspenzij v promyshlennosti organiche-skogo sinteza. - M.: Himiya, 1971. - 318 s.
УДК 57.045: 535.21
Доктор техн. наук С.А. РАКУТЬКО (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected]) Соискатель Е.Н. РАКУТЬКО (ИАЭП, [email protected])
ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОЩАДИ ЛИСТЬЕВ САЛАТА (Lactuca sativa L.) ОТ ДОЗЫ ПОТОКА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ЕЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ
Для разработки научных основ и создания практических приемов управления светокультурой, обеспечивающих повышение энергоэффективности и экологичности производства, необходимо исследование вопросов взаимосвязи потока энергии оптического излучения H(t) и потоков продуктов фотосинтеза в растениях D(t). Выявление этих
взаимосвязей составляет одну из важнейших задач разрабатываемого в лаборатории энергоэффективных электротехнологий ИАЭП нового научного направления -энергоэкологии светокультуры, объединяющего в себе подходы физики, физиологии растений и экологии [1]. Энергия оптического излучения как важнейший фактор управления жизнедеятельностью растений имеет наибольший вес в составе затрат на выращивание, но и предоставляет широкие возможности варьирования параметрами (интенсивностью, продолжительностью, спектральным составом и др.) в целях оптимизация производственного процесса [2]. Существенным аспектом здесь является уточнение и выявление особенностей проявления закона взаимозаместимости (Бунзена-Роско) [3].
Сущность этого закона, первоначально установленного для фотохимических реакций, заключается в том, что реакция объекта D на излучение определяется произведением интенсивности (задаваемой облученностью) E на время действия (фотопериод) T, т.е. дозой H = ET [4]. Другими словами, величины облученности и фотопериода взаимозаместимы: изменение одной из них может быть скомпенсировано соответствующим изменением другой в обратную сторону.
Данный закон соблюдается в тех случаях, когда первичная фотохимическая реакция не сопровождается вторичными реакциями иного типа и не осложнена тормозящим действием сопутствующих веществ, в том числе самих продуктов реакции. Математическое
