автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Экологически чистая технология и средства механизации переработки отходов картофелекрахмального производства на корм скоту

Р Г В ОД

- 1 АПР 1996

На правах рукописи ОРЕШКИНА МАРИЯ ВЛАДИМИРОВНА

ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ КАРТОФЕЛЕКРАХМАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА КОРМ СКОТУ

Специальность 05.20.01 -механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Рязань - 1996 г.

Работа выполнена в Рязанской государственной сельс] хозяйственной академии имени профессора П.А.Ко'стычеь

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ

Заслуженный деятель науки и техники РФ, докт технических наук, профессор В.Ф.НЕКРАШЕВИЧ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Доктор технических наук, профессор А.И.З АВРАЖН(

Заслуженный деятель науки и техники РФ, докт технических наук, профессор Б.И.ВАГИН

Доктор технических наук, профессор А.И.ЖУШМАК

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: Всероссийский научг исследовательский и проектно-технологический инстш механизации животноводства (ВНИИМЖ), г.Подольск.

Защита состоится апреля 1996 года в 11 часов

заседании диссертационного совета Д. 120.09.01 при Ряза ской государственной сельскохозяйственной академии к проф. П.А.Костычева (РГСХА) по адресу:

390044, Рязань, ул.Костычева, д.1, РГСХА. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГСХу

Автореферат разослан

марта 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук;< профессор 1иЬ/1/уГ1 М.Б.УГЛАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Увеличение производства продукции животноводства немыслимо без создания прочной кормовой базы, дальнейшего её укрепления за счет более эффективного использования отходов пищевой и перерабатывающей промышленности. Рациональное комплексное использование сельскохозяйственной продукции и вторичных сырьевых ресурсов, создание безотходных технологий переработки, являются важным фактором охраны окружающей среды и увеличения производства продукции кормового и пищевого назначения из отходов картофелекрахмального производства (ОККП).

При переработке картофеля на крахмал образуются отходы (мезга, разбавленный водой сок и пена), содержащие до 10% сухих веществ. Мезга - твердая фаза ОККП, обладает ценными кормовыми свойствами. Картофельный сок содержит белковые вещества, аминокислоты, углеводы, микроэлементы (медь, марганец, бром, йод и др.), а также витамины групп Б, С. В настоящее время ОККП на кормовые цели реализуются не полностью. В Российской Федерации потери твердой фазы ОККП составляют более 15%, а сока - 80%. Неполное использование ОККП объясняется высокой влажностью их (94...97$). Отсутствие специального оборудования для обезвоживания ОККП, коагуляции и выделения белка из кидкой фазы приводит к тому, что заводы вынуждены сбрасы~ вать часть мезги и почти весь сок в сточные воды. Сточные вода, обладающие биологической активностью, попадая в водоёмы, загрязняют их.

Наиболее перспективны технологии переработки ОККП на корм скоту с применением механического обезвокивания, обеспечивающего концентрацию твердой фазы и коагуляцию с выделением белков, содержащихся в жидкой фазе.

Однако практическое внедрение механического обезвокивания твердой фузы и технологии переработка жидкой фазы ОККП сдерживаются из-за отсутствия необходимых технических средств.

Поэтому весьма актуальной яв/.-тется проблема теоретического обоснования, исследования, разраб тки и внедрения в производство энергосберегающих технически;'; средств и экологически чистой технологии переработка ОККП ла корм сю ту.

Проблема разрабатывалась в соответствии с республиканской научно-технической программой: "Разработать экологически чистые, экономически обоснованные технологии производства и переработки продукции животноводства и растениеводства, обеспечивающие рацио-

нялънео ивподьвсяинив аимелъкнх и в од ¡их реаураев о учетом охраны

окружающей среды, растительного и животного мира", в частности решения проблемы 03.02: "Разработать проекты экологически чистых перерабатывающих предприятий и цехов с замкнутыми технологическими и энергетическими процессами, соответствующие региональным особенностям Российской Федерации" и тематическому плану НИР Рязанской ГСХА: "Разработать экологически чистую технологию и оборудование для приготовления кормов из отходов картофелекрахмальных предприятий" (Ш Гос. per. 01.91.0007517).

Цель исследования. Разработка и обоснование энергосберегакн щей экологически чистой технологии и средств механизации переработки отходов картофелекрахмального производства, путем разделения их на твердую и жидкую фазы, коагуляции и выделения белка из последней с последующим механическим обезвоживанием сгущенной мезги и белка.

Научную новизну работы составляют:

- системный подход к исследованию интегрированных объектов технологии переработки 0ККП на корм скоту, основанный на выявлении закономерностей построения модели функционирования поточной технологической линии;

- основы теории разделения трехфазной среды на фазы в динамическом фильтре-сгустителе непрерывного действия с механическим удалением осадка твердой фазы и двухсторонним отводом фильтрата;

- основы теории механического обезвоживания сгущенной твердой фазы ОККП в шнековом прессе двухстороннего сжатия;

- математические модели, описывающие рабочий процесс динамического фильтра-сгустителя и процесс отжима твердой фазы в шнековом прессе двухстороннего сжатия, их оптимизированные конструктивно-технологические параметры и режимы работы;

- критерий сравнительной оценки работы обезвоживателей различных конструкций;

- закономерности электрохимического способа коагуляции и выделения- белков .из жидкой фазы ОККП;

- теоретически и практически обоснованная экологически чистая технология переработки ОККП на корм скоту.

Практическая ценность. Проведенные исследования позволили обосновать и разработать энергосберегающие технические средства и два варианта экологически чистых технологий переработки ОККП на корм скоту.

Разработанная технология решает проблему полного использования ОККП на корм скоту; обеспечивает увеличение запаса качественных кормов и, в конечном итоге, увеличение выхода продукции животноводства; снижение энергетических и транспортных затрат; улучшение условий труда рабочих завода и экологии окружающей среды; сокращает расход воды за счет использования сточных вод в схеме оборотного водоснабжения.

Имеющиеся в диссертации научные положения и рекомендации позволяют на стадии проектирования и конструирования обосновать необходимый комплект оборудования для обезвоживания ОККП, параметры и режимы работы спаренных гадроциклонов, динамических фильтров-сгустителей, шнекового пресса двухстороннего сжатия, поточную линию коагуляции и выделения белков из жидкой фазы ОККП. Разработанный ковдуктометрический датчик для контроля влажности твердой фазы ОККП, позволяющий автоматизировать в заданном режиме процесс обезвоживания, осуществляемый в динамическом фильтре и шнековом прессе.

Научно-техническая продукция, созданная в процессе подготовки диссертации, доведена до состояния пригодного для широкого внедрения в производство и даёт значительный экологический и экономический эффект.

Реализация результатов исследований. Технология и средства механизации переработки ОККП прошли ведомственные испытания в производственных условиях Ибредьского крахмалопаточного комбината и Рыбновского картофелекрахмального завода Рязанской области.

Технология и оборудование для обезвоживания ОККП рассмотрены и одобрены на научно-технических советах Рязанского областного агропромышленного комитета, Рязанькрахмалопатока и Научно-производственного объединения по крахмалопродуктам.

Результаты научных исследований используются в учебном процессе Рязал. :ой государственной сельскохозяйственной академии имени профессора П.А. Костычева при подготовке специалистов сельского хозяйства.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научных конференциях Рязанского сельскохозяйственного института (1987...1995 гг.), Брянского сельскохозяйственного института (1988 г.), Санкт-Петербургского ордена Красного Знамени государственного аграрного университета (1989 г.), на Всесоюзной научно-практической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в интенсификацию сельскохозяйственного производства" (Алма-Ата, 1989 г.), на

Всесоюзной научно-технической конференции "Современный проблемы земледельческой механики" (Мелитополь, 1989 г.), на научно-техническом совете НПО по крахмалопродуктам (Коренево, 1989 г.), на Российском научно-техническом совещании "Пути повышения эффективности использования крахмалосодержащего сырья" (Рязань, 1992 г.), на межгосударственной научно-технической конференции "Методы исследования, паспортизация и переработка отходов" (Пенза, 1994 г.).

Публикация. По материалам диссертации опубликовано 28 печатных работ, из них семь авторских свидетельств и один патент.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов и рекомендаций производству, приложения. Общий объём 492 страницы, в том числе 132 страницы приложения. Основной текст на 255 страницах. В состав диссертации включены 93 рисунка, 14 таблиц, список использованной литературы включает 198 наименований, в том числе 10 на иностранных языках. В приложениях приведены таблицы по данным теоретических и экспериментальных исследований; копии авторских свидетельств и патентов; программы для обработки данных на ЭВМ; результаты регрессионного анализа моделей, описывающих цроцеесы фильтрования отходов карто-фелекрахмального производства и отжима твердой фазы; протокол, под твервдаюций соответствие обезвоживателя (Ж-250'санитарно-техничес-ким требованиям; документы о внедрении и производственной проверке результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение содержит краткое изложение состояния исследуемой проблемы, цель и народнохозяйственное значение выполненной работы, основные положения, выносимые на защиту.

Диссертационная работа выполнена автором самостоятельно. Исследования проводились лично автором при его непосредственном участии к научном руководстве в соответствии с планами научно-исследовательских работ Рязанской государственной сельскохозяйственной академии в 1987...1994 гг. Решение отдельных задач по теме диссертации выполнено совместно с аспирантом В.М. Ульяновым. Автору настоящей диссертации как руководителю и исполнителю принадлежат идеи, теоретические основы их реализации, анализ лабораторных и производственных исследований и научное обоснование выводов.

В первом разделе "Состояние проблемы и задачи исследований"

на основе анализа литературных источников и производственного опыта предприятий по переработке картофеля на продукты питания и крахмал рассмотрены существующие технологии переработки-отходов картофелекрахмального производства, проанализирован состав и питательная ценность сырых и силосованных кормов, приготовляемых из отходов.

Анализ существующих технологий и средств механизации переработки ОККП на корм скоту показал, что их основой является механическое обезвоживание. Технологии с применением механического обезвоживания позволяют концентрировать ОККП и использовать картофельный сок, содержащий белок.

Обзор способов разделения дисперсных сред на жидкую и твердую фазы с последующим отжимом влаги из последней и патентные исследования позволили установить, что возможности улучшения технико-экономических показателей обезвоживателей далеко не исчерпаны; необходимо работать над созданием новых машин и оборудования, оптимизацией их конструктивно-технических параметров, обоснованием состава и структуры поточных технологических линий переработки ОККП на корм скоту.

Научному обоснованию способов выделения влаги из неоднородных систем посвящены работы Ф.й. Субоча, И. А. Давыденко, М.П. Ща-беты, Т.А. Трушина, И.И. Паромчика, E.H. Скачкова и других авторов. В разработку теоретических основ фильтрования дисперсных сред фундаментальный вклад внесли В.А. Жуников, Т.А. Малиновская, Т.Д., Кавецкий, A.B. Королев, П.Г. Романков, М.И. Курочкина, Н.И. Гальперин, а также зарубежные ученые Дарси, В.К. Лыоис, В.Ф. Руте и другие, которые дополнили теорию фильтрования с учетом условий протекания реального процесса. Исследования по механическому выделению жидкости из материалов накоплены в механике грунтов, влажном фракционировании кормов из зеленых растений, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Эти вопросы рассматриваются в работах H.H. Герсеванова, В.А. Флорина, К.Ф. Терпиловского, М.М. Севешева, В.И. Фомина, А.И. Завражнова, JI.JL Гельгара, А.Я. Соколова, И.И. Иодо, М.У. Кацпольсона и целого ряда других исследователей.

Но результатам анализа основных работ установлено, что наряду с глубокими исследованиями отдельно технологий или технических средств для обезвоживания дисперсных материалов, до настоящего времени не проведено комплексных исследований по переработке ОККП на корм животным. На сегодняшний день отсутствует критерий сравни-

тельной оценки работы обезвоживателей различных конструкций, который учитывал бы удельный расход энергии на снижение единицы влажности обезвоживаемого продукта.

Выполненные ранее исследования не создают достаточной научной базы для решения ряда практических задач и сдерживают внедрение технических средств для переработки ОККП на корм скоту, обеспечивающих снижение энергетических и трудовых затрат, охрану окружающей среды.

Для решения поставленной проблемы предусматривалось выполнение следующих основных задач исследования:

1 - изучить фильтрационные свойства отходов картофелекрахмаль-ного производства, физико-механические и реологические свойства сгущенного осадка, физико-химические свойства жидкой фракции;

2 - обобщить результаты научных исследований по оценке работы сгустителей суспензии и фильтр-прессов дисперсных материалов, выявить перспективное направление их совершенствования;

3 - установить закономерности гидромеханических процессов фильтрования и отжима твердой фракции, отражающие взаимосвязь между технологическими факторами, фильтрационными, физико-механическими, физико-химическими свойствами отходов, конечной влажностью получаемого корма и энергоёмкостью процесса обезвоживания;

4 - разработать технологию и обосновать средства механизации переработки отходов картофелекрахмального производства на корм скоту;

5 - разработать математические модели, описывающие процессы фильтрования в динамическом фильтре и механического обезвоживания в шкековом прессе двухстороннего сжатия, обосновать их конструктивно-технологические схемы, параметры и оптимальные режимы работы

6 - установить закономерности и параметры процесса коагуляции белка картофельного сока;

7 - провести проверку в производственных условиях, разработанной технологии и средств механизации переработки отходов карто-фелекрахмального производства, оценить их экономическую и экологическую эффективность.

В разделе "Исследование свойств отходов картофелекрахмально-го производства" изложены общая характеристика ОККП, программа, ме-тодики и результаты исследований фильтрационных, физико-механических свойств сгущенной твердой фазы и физико-химических свойств жидкой фазы и пены. Исследование выше перечисленшх свойств необ-

ходимо для обоснования технологии и специального оборудования для переработка ОККП на корм скоту. Поэтому задачей исследований являлось определение численных показателей свойств при условиях соответствующих режимам разделения ОККП на жидкую и твердую фазы, механического отжима жидкости из сгущенной и твердой фазы, коагуляции и выделения белка из жидкой фазы. В результате анализа экспериментальных данных установлено, что фильтрационные свойства ОККП определяются следующими показателями: скоростью осаждения твердых частиц, их размерами, плотностью, концентрацией сухих веществ, удельным сопротивлением и порозностыо осадка твердых частиц, сопротивлением фильтруицей перегородки, коэффициентом фильтрации.

Физико-механические свойства сгущенной твердой фазы ОККП при отжиме из нее жидкости, характеризуются фильтрационно-компрессион-кыми показателями, коэффициентами внутреннего, внешнего трения и бокового давления.

Основными показателями физико-химических свойств жидкой фазы ОККП являются её плотность, кислотность, температура, коэффициенты поверхностного натяжения жидкости и пены, удельное электрическое сопротивление.

Установлено, что отходы картофелекрахмального производства относятся к трехфазным дисперсным средам, включающим твердую, жидкую фазы и пену. Повышение давления фильтрования с 0,26 до 1,7 КПа приводит к увеличению удельного сопротивления осадка твердой фазы с 204-Ю9 до 598-Ю9 м2 при влажности ОККП 95,8$. При этом пороз-ность осадка уменьшается с 29,3 до 19,32, а коэффициент фильтрации с 3,58-Ю~3 до 1,66-Ю"3 м/с.

Получено выражение для расчета удельного сопротивления осадка сгущенной мезги от давления фильтрования Р^ ОККП при влажности 95,8$ вида

(?01 = (167,356 Р| + 10,182 Рф + 53,278)-Ю9, (I) а при влажности осадка ОККП 89,8$ уравнение

= (257,726 р| + 179,163 Рф + 135)-Ю9 (2)

Коэффициент поверхностного натяжения ОККП при влажности 96,28$ составляет 9,03-Ю-2 ,Н/м, картофельного сока - 6,69-Ю-2 Н/м, сока, разбавленного водой в соотношении 1:5, - 7,66-Ю-2 Н/м, пены - 8,07-Ю-2 Н/м. Плотность твердой фазы лежит в пределах 1026...1040 кг/м,3 жидкой - 1008... 1025 кг/м.2

Уволичоше дшзлония при отжиме жидкости из слоя огущонной

твердой фазы с 0,3 до 3,1 МПа приводит к снижению относительной влажности осадка с 90 до 52,38$, а коэффициента порозности - с 9 до 1,1. При повышении давления отжима с 0,2 до 2,6 МПа коэффициент фильтрации через спрессованный слой осадка уменьшается с 60'Ю-^ до 0,73«Ю-9 м/с, коэффициент сжимаемости - с 5,13*Ю-6 до 0,06*Ю-6 м2/Н и модуль прессуемости - с 1,56 до 0,17.

Установлено, что численные значения коэффициентов трения твердой фазы ОККП по гладкой стальной поверхности уменьшаются с 0,135 до 0,1, а по перфорированной латунной поверхности - с 0,37 до 0,24 при давлении отжима в пределах 0,35...2 МПа. С увеличениег давления отжима твердой фазы от 0,4 до 2,83 МПа коэффициент внутреннего трения уменьшается с 0,66 до 0,24, а коэффициент бокового давления - с 0,9 до 0,68.

Повышение плотности жидкой фазы с 1008 до 1025 кг/м3 приводив к снижению электрического сопротивления с 7,5 до 1,9 0м-м при температуре 10°С. С увеличением температуры с 10 до 25°С и уменьшением плотности сока путем разбавления его водой в соотношениях от 1:1 до 1:5 электрическое сопротивление снижается на 25$, а натурального сока - на 55,5$. Обработка натурального картофельного сока постоянным током плотностью 70 А/м^ за время 10 минут в электрохимическом коагуляторе изменяет его кислотность: в анодной камере кислотность повысилась с 6 до 9 рН; в катодной - снизилась с 6 до 4 рН.

В разделе "Теоретические предпосылки к обоснованию энергосберегающей технологии и средств механизации переработки отходов картофелекрахмального производства на корм скоту" представлены классификация существующих обезвоживателей непрерывного действия, алгоритм-прогноз исследований и рассмотрены основные принципы, ме тоды моделирования, и оптимизация технологических процессов и тех нических средств для переработки ОККП на корм скоту.

С позиции системного подхода поточную технологическую линию переработки ОККП можно представить в виде модели детерминированной системы (рис. I). Целостность системы определяется как совокупность объектов: бункера-накопителя (Б-Н), фильтра-сгустителя (Ф-С), пресса-(П), регулятора влажности (РВ), пеногасителя СПГ), электрохимического коагулятора (ЭХК), отстойника лабиринтного двухсекционного (0JÍ-A), (0JI-K) и окружающей среды (СО).

Входы и выходы системы различаются по материальному, энерге-

0.Ф Щ

а^пй)

пг (ЬШ ДУ +А___ эхн О.Флф 0/1-А

Оли«}

РН

ОЛ-к а?» ш

Рис. I. Модель функционирования ПТЛ переработки отходов

картофелекрахмального производства на корм животным.

тическому и информационному характеру. В общем случае в модели входными воздействиями приняты переменные, определяющие условия работы линии (производительность завода по переработке картофеля на крахмал б? (Ь), влажность получаемых'отходов \Л/с ("Ь).

На выходные показатели исследуемых объектов оказывают внешние помехи, такие как состояние картофеля К (Ь ), температура окружающей среды Т (Ъ) и управляющие воздействия: давление подачи отходов в фильтр Р, частота вращения спирального очистителя фильтрующих поверхностей от осадка твердой фазы Пс , ширина окна выхода сгущенного осадка из фильтра Цф , давление отжима твердой фазы в прессе Рп, частота вращения шнека Г) ш и ширина окна 0.( выхода обезвоженного корма из пресса. Выходными переменными приняты влажность приготовленного корма \А/к (Ь), удельная энергоёмкость обезвоживания ОККП агуляции белков

э0 (Ь ) и энергоёмкость процесса ко-

эк (Ь).

Внутри системы существует определенная связь мевду исследуемыми объектами, где выход предшествующего элемента по влажности и производительности является входом последующего. Информация датчика (ДК-1) фильтра о концентрации сухих веществ в сгущенном осадке твердой фазы ОККН используется на открытие или закрытие гидравли-

ческой задвижки (ЗГ) коллектора подачи исходной суспензии. Датчик концентрации (ДК-2), установленный в камере шнекового пресса (П), в зависимости от изменения влажности отжимаемой массы воздействует на электромагнитные клапаны гидростанции, которые управляют гидроцилиндрами запорных конусов регулятора влажности (РВ).

Жидкая фракция (Ь), образующаяся в процессах фильтрования и отжима (9ф.п (Ь ), направляется в пеногаситель (ИГ), где происходит гашение пены. Уровень фильтрата в пеногасителе, функционально связанный с величиной его расхода, воздействует через датчик уровня (ДУ) на. регулятор напряжения (РН), который питает электрохимический коагулятор (ЭХК). Анодная (+ А) и катодная (- К) фракции прошедшие обработку в электрохимическом коагуляторе поступают в отдельные секции лабиринтного отстойника соответственно (ОЛ-А) и (ОЛ-К). После осаждения белков, получаемая суспензия анодной фракции (Зб.А (Ь) и катодной - (3 ¿>. к (-Ы направляются в пресс для обогащения твердой фазы и совместного обезвоживания.

Осветленная жидкость анодной 8.Я ^ и катодной (Эс.в.К^ ) секций отстойника сливаются в сборник (на рисунке не показан), где происходит их нейтрализация по кислотности. Получаемую в результате нейтрализации воду можно использовать в системе оборотного водоснабжения завода или сбрасывать в водоемы.

Основной операцией предлагаемой технологии переработки ОККП на корм скоту является механическое обезвоживание. Под термином "механическое обезвоживание" ОККП понимается выделение жидкой фазы в две стадии. Первая стадия - сгущение, которое осуществляется в устройствах различных конструкций в зависимости от применяемой технологии переработки картофеля на крахмал. Вторая стадия - механический отким жидкости из сгущенной твердой фазы ОККП происходит в специальных прессах..

Сложность процесса механического обезвоживания ОККП, объясняется неоднородностью дисперсной среды, высокой степенью измельчения клеток картофеля 90...94$ и большой влажностью 94...97$ (малая концентрация сухих веществ).

Существующие обе звоживатели отличаются как по характеру-приложения нагрузки, так и по конструкции рабочих органов. По способу обезвоживания их можно разделить на три группы: осадительные, фильтрующие и осадительно-фильтрующие. Последний способ заслуживает особого внимания, так как позволяет более эффективно обезвоживать дисперсные материалы.

На основании глубокого анализа существующих обезвоживателей

и патентных исследований предложены новые устройства для сгущения суспензий: спаренные гидроциклош с инерционным очистителем перфорированной поверхности сливного патрубка: гидроциклон с фильтрующей поверхностью сливной вращающейся трубы с принудительным подъёмом фильтрата; динамический фильтр-сгуститель с двухсторонним отводом фильтрата и механическим удалением сгущенного осадка с фильтрующих поверхностей цилиндров.

Полученный сгущенный осадок твердой фазы ОККП в любом, из перечисленных устройств содержит влагу в пределах 85...88$. Поэтому осадок твердой фазы направляют в прессы для отжима жидкости. Предложены новые барабанный и шнековый прессы. Двухбарабанный пресс с подвижными подбарабаньями, обеспечивающие продвижение слоя в зону окончательного обезвоживания и его оборот, в сужающемся зазоре при циклическом отжиме порции твердой фазы. Теоретически обосновано, что шнековый пресс двухстороннего сжатия превосходит по основным показателям пресс одностороннего отжима влаги из продукта.

Предложен обобщенный критерий Е0 оценки работы обезвоживате-лей различных конструкций

Данный критерий.учитывает удельные затраты энергии, приходящиеся на снижение единицы влажности отжимаемого продукта. При помощи обобщенного критерия выявлено, что перспективными конструкциями являются прессы со шненовыми рабочими opraHai.ni, работающие в совокупности со спаренными гидроциклонами или динамическими фильт-раш-сгустителями.

В зависимости от применяемой технологии переработки картофеля на крахмал рекомендуются обезвоживатели двух комплектаций:

1 - при использовании дуговых или центробежных сит для отделения крахмала от мезги и сока, обезвожкватель должен включать спаренные гидроциклонные сгустители и шнековый пресс двухстороннего сжатия (рис. 2);

2 - при разделении картофельной кашки на крахмальную суспензию и смесь мезги с соком при помощи гидроциклонных установок типа ГУ-500, обезвоживатель должен включать спаренные динамические

где

- потребляемая мощность, кВт; Л^Мгр ~ влажность соответственно исходной суспензии,

фильтрата, отжатой твердой фазы, %; 0_ - пропускная способность обезвоживателя, т/ч.

Рис. 2. Схема обезвоживателя отходов картофелекрахмаль-ного производства.

фильтры и шнековый пресс двухстороннего сжатия (рис. 3).

В первом случае гидроциклон содержит вертикальный цилиндроко нический корпус 3 с тангенциальным патрубком 4 подачи суспензии, патрубка 5 для выхода фильтрата и патрубка 6 отвода сгущенного осадка. На патрубке 5, поверхность которого выполнена перфорирова ной, соосно установлен инерционный очиститель 7, представляющий собой лопастное или турбинное колесо с чистиками, расположенными вдоль перфорированного патрубка и вращающимися совместно с лопает ным колесом вокруг него. Лопасти очистителя устанавливаются напро тив отверстия тангенциального патрубка.

Шнековый пресс состоит из рамы 8, перфорированного корпуса 3 на концах которого находятся горловины 10 для приема материала из сгустителя. Внутри перфорированного циливдра расположен шнек II с переменным диаметром вала, увеличивающимся к середине. Шнек выпол нен из двух симметричных частей с противоположными направлениями

спиралей и постоянным шагом. В сародиио перфорированного цилиндра размещено' окно 12 ДЛЯ выхода отжатого корма и регулятор влажности. Регулятор состоит из двух конических дисков 13, расположенных по обе стороны от окна имеющих возможность симметричного перемещения вдоль перфорированного цилиндра. Под цилиндром установлены сборники' фильтрата 14.

Обезвоживатель ОККП в комплекте с гидроциклонами работает следующим образом. Картофельная суспензия под давлением непрерывно поступает в корпус сгустителя через тангенциальные патрубки, где она приобретает вращательное движение. При этом раскручивая инерционный очиститель. Под действием центробежных сил твердые частицы суспензии отбрасываются к периферии и движутся по спиральной траектории вниз к патрубку отвода сгущенной фазы. Жидкая фаза с мелкими частицами мезги и пеной, образуя поток, вытесняется к центру и по перфорированному сливному патрубку выводится наружу. Частицы задерживаются на поверхности патрубка и постоянно вращающимися чистиками инерционного очистителя отбрасываются к периферии, где захватываются вновь поступающим потоком суспензии и направляются вниз со сгущенной массой. Сгущенная твердая фаза ОККП подаётся в загрузочные горловины шнекового пресса двухстороннего сжатия. Из загрузочных горловин витки шнека перемещают твердую фракцию вдоль перфорированного циливдра к его середине. При этом постепенно возрастает давление отжима, в результате чего происходит выделение жидкости из межвитковых слоев материала. Жидкая фаза (фильтрат) вытекает через перфорированную поверхность цилиндра и сливается в сборники фильтрата. При достижении встречными слоями твердой фазы последних витков шнека, где размещен участок двухстороннего сжатия, они подвергаются максимальному отжиму. Обезвоженная масса, достигнув середины цилиндра, под действием двухстороннего сжатия выдавливается в выходное окно, меняя свое направление движения на перпендикулярное.

К особенностям конструкции обезвоживателя необходимо отнести следующее. Вместо бункеров исходного материала, имеющихся в существующих прессах, установлены спаренные гидроциклоны. Ынековый пресс на обоих концах перфорированного цилиндра имеет загрузочные горловины для приема сгущенного продукта, а в середине - участок двухстороннего сжатия. Шнек выполнен симметричным, относительно середины с противоположной навивкой спиралей с разрывом в зоне выходного окна. Такая конструкция пресса позволяет уплотнять массу с двух сторон равномерно распределенным давлением, и тем сшлым

Рис. 3. Схема обезвоживателя ОККП 0МК-250 в комплекте с динамическими фильтрами.

увеличить степень обезвоживания, повысить производительность почти вдвое по сравнению с прессами одностороннего сжатия. Радиальный вывод обезвоженного продукта способствует устойчивому удержанию "пробки" из отжатого материала в зоне выходного окна, что стабилизирует технологический процесс.

При втором варианте технологии процесс обезвоживания ОККП предлагается осуществлять в две стадии:

■I - сгущения в динамических фильтрах;

2 - мехайического отжима в шнековом прессе двухстороннего сжатия.

Обезвоживатель ОККП состоит из следующих узлов: левого и правого фильтров-сгустителей 8 (рис. 3), имеющих самостоятельный привод, который включает электродвигатель 6 и редуктор 7; питающего коллектора 5 с манометрами; пресса шнекового двухстороннего сжатия; привода пресса, состоящего из электродвигателя 25, редуктора

241 электрошкафа и гидростанции, которые на схеме не показаны.

Фильтр содержит вертикальный корпус 15, питающий коллектор 5 подачи ОККП, патрубки 12 и 18 для слива фильтрата и горловину 16 отвода сгущенного осадка твердой фазы. В корпусе с зазором и соос-но друг другу установлены перфорированные цилиндры: внешний 9 и внутренний 10. В центре вертикального корпуса фильтра установлен полый вал, па котором закреплена многозаходная спираль II для очистки фильтрующих поверхностей цилиндров от осевших твердых частиц ОККП. В нижней части корпуса фильтра закреплен перфорированный нонус 13, внутри размещен выгрузной шнек 14.

Вторая стадия обезвоживания ОККП осуществляется также в шие-ковом прессе двухстороннего сжатия. Рабочий процесс пресса протекает аналогично описанному выше (рис. 2). Разработанный пресс (рис. 3) имеет конструктивные отличия: I - шнек оснащен двухзазсод-ным витком в зоне приемных горловин; 2 - в камере отжима шнек выполнен с переменным шагом, уменьшающимся к середине; 3 - в средней части корпуса шнека размещено выходное окно и установлен регулятор влажности, состоящий из двух конусных дисков, которые перемещаются вдоль корпуса при помощи гвдроцилиндров 27; 4 - в камере отжима размещен кольцевой датчик контроля влажности отжимаемой массы; 5 - пресс работает в автоматическом режиме.

Процесс сгущения ОККП осуществляется в спаренных гидроциклонах под действием центробежных сил (рис. 4). На процесс осаждения частиц влияют диаметр цилиндрической части циклона, диаметры сливного и выходного патрубков, давление в системе подачи исходной суспензии и скорость ее движения.

Скорость движения ОККП в питающем коллекторе 2/д определяется из выражения ---

2Р5?. '

Ъ-Ущ&.ш) '

где Р - давление подачи ОККП, ;.Ша;

~ площадь сечения потока соответственно в магистральной трубе и левой ветви коллектора, м^;

9 - плотность ОККП, кг/и3;

^ - угол установки левой и правой ветвей коллектора относительно магистральной трубы, град.

Скорость выхода сгущенной твердой фазы из гидроциклона рассчитывается по формуле

г<{ б

/

Рис. 4. Схема к расчету параметров спаренных гадроциклоков.

- КгсУп! / 2Р$1

где

К,

Л, —V ' (5)

- коэффициент, учитывающий конструкцию гидроциклона;

И

■ с^ - диаметр патрубка выхода сгущенной твердой фазы, и; с!п -"диаметр магистральной трубы, м; - диаметр сливного патрубка, м. Производительность гидроциклона по сгущенной твердой (разе и жидкой фазе • (5 ^ определяется из выражений

п - 5кгс(ес1п \ / 2Р!,. о

Г) КгС11 )\1 2 Р$?.

4 V к^/Ъм&.ы) ,

К ' (7)

где ' Рт ~ плотность сгущенной твердой фазы, кг/м3.

Процесс сгущения трехфазных дисперсных сред эффективнее выполняется в динамическом фильтре, где образуется сжимаемый осадок одновременно на двух фильтрующих поверхностях цилиндроврасположенных вертикально (рис. 5).

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений по обе стороны фильтрующих поверхностей цилиндров.

Процесс фильтрования суспензии через поверхности обоих цилиндров будет осуществляться аналогично, с некоторыми отличиями, обусловленными различной кривизной поверхностей внутреннего и внешнего цилиндров и направлением движения фильтрата.

Процесс фильтрования на внешнем перфорированном цилиндре сгустителя рассмотрим при следующих допущениях:

1 - отходы картофелекрахмалыюго производства однородны по составу;

2 - осадок твердой фазы образуется равномерно на всей фильтрующей поверхности цилиндра;

3 - жидкая фаза несжимаема.

Выделим в осадке бесконечно тонкую цилиндрическую поверхность радиусом X. . По закону Дарси, объёмная скорость (секундный объём) фильтрования^- ^Рчерез поверхность прямо пропорциональна площади поверхности фильтра и градиенту давления, и обратно пропорциональна вязкости фильтрата и удельному сопротивлению осадка.

Для внешнего фильтрующего цилиндра объёмная скорость определится из уравнения

и =_Ро_/¿Я

т У* б'о Ел I ск/ (8)

где Го - площадь выделенной бесконечно тонкой поверхности

осадка, м2; - динамическая вязкость фильтрата, Па-с ; & о - удельное объёмное сопротивление осадка твердой фазы, м-2;

<£П - коэффициент, характеризующий кинетику процесса фильтрования трехфазной среды с учетом пены в осадке, которая создает дополнительное сопротивление выходу фильтрата.

Рис. 5. Схема к расчету основных параметров динамического фильтра.

(9)

где С - коэффициент, учитывающий движение трехфазной среды по спиральном; каналу прямоугольного сечения;

С/д 11т, Уп ~ соответственно скорость движения фильтрата, скорость осаждения твердых частиц и скорость движения пены, м/с; ^ - вязкость ОККП, Па-С; - сила поверхностного натяжения, Н; оЬ и $ - показатели степени, характеризующие стру; туру осадка и размеры пузырьков пены.

с1г

градиент давле

ния, Па*м

-I

Знак (-) показывает, что градиент давления направлен в сторону возрастания давления (в противоположную сторону увеличения координаты 1 ).

Площадь поверхности выделенного осадка выражается уравнением

рп — 2 Н Гг

где

н

Рс - площадь поверхности спирали, м*

(10)

высота фильтра, м;

Площадь много заход ной спирали Рс , которая находится в выделенной поверхности осадка, определяется из формулы

где

г

Ьс

г

(II)

- число витков в одном заходе спирали;

- число заходов спирали;

- толщина витка спирали, м;

- радиус сечения спирали, находящейся в осадке, м;

$ с. - шаг витка спирали, м.

' С учетом площади поверхности спирали в осадке (II) выражение (10) примет вид

Подставив выражение (12) в (8), получим

и = с!Р

и<Р ^жСобп (Ль.. . (13)

Разделив переменные и проинтегрировав в пределах от Р0 до Р^-и от й до , где Р0 - давление на внутренней поверхности осадка, имеющий радиус ¡1 ; давление Р- на внешней поверхности осадка радиуса , совпадающего с радиусом внутренней поверхности

внешнего цилиндра, получим

н+тьс лгп 2 V н2-п£рьс2 1 чшмм * ¿пМЁШ1

¿(Н+ПвЩ ш)

Аналогичное соотношение получится при рассмотрении процесса фильтрования через перфорированную поверхность внешнего цилиндра.

Н+Пьйс Л /Ь

а5Г (о о у Н _

Н-П ¡Лк

г

где Р^ - давление на наружной поверхности внешнего цилиндра, Па; (1?2 - радиус внешнего цилиндра, м. Исключив из уравнений (14) и (15) переменную величину Рр получим зависимость объёмной скорости фильтрования то есть от толщины осадка

(СаА^рпВ) ; (К)

1

85_л_1п кы2 _ _й, ^

Так как ОККП считаем однородными, то отношение объёма осадка \Л к объёму фильтрата \/<±> есть величина постоянная^- I/

тогда _ •/ . дУп

Л Л СГЧ:

Подставив (20) в выражение (16), получим уравнение кинетики фильтрования

с/Уо = 2йГ-У0 , (Р0-Рг)

¿{ф Ухбп (М+М) (21)

Объём осадка \/0 , выделившегося на фильтрующей поверхности внешнего цилиндра за произвольный промежуток времени "6 , определится формулой _

(22)

где \/с ~ объём трехзаходной спирали, находящейся в осадке, м3. Указанный объём спирали определяется выражением

(23)

Так как величина Рч ~ К значительно меньше единицы, то раз-_1с_,

лагая'в ряд Маклоренау^ получим формулу для определе-

ния объёма осаДка 1 с

Уо^Н^-^Ш^-Ю (24)

Считая ' функцией от ■(; , найдя первую производную

^Гф и подставив её в уравнение (21) получим дифференциальное уравнение

Разделив переменные и проинтегрировав, найдем время ф , в течение которого на фильтрующей поверхности внешнего цилиндра образуется осадок необходимой толщины

где функции (р ( Я ) и j ( Ц ) определены интегрированием дифференциального уравнения (25).

Аналогичные выражения получены для процесса фильтрования картофельной суспензии через поверхность внутреннего цилиндра.

Осадок твердой фазы ОККП направляется в шнековый пресс для отжима жидкости. ■ Процесс обезвоживания твердой фазы в шнековом прессе двухстороннего сжатия, имеющий две характерные зоны. От загрузочных горловин пресса до окончания последних витков шнека -зона отжима (рис. 6), от конца последних витков до выгрузного окна - зона уплотнения (рис. 7). Исследуя процесс обезвоживания твердой фазы ОККП в зоне отжима шнекового пресса, было получено общее дифференциальное уравнения вида

Эж-п

дЬ ' (27)

где У/ - влажность отжатой твердой фазы ОККП, %; Ьп - время отжима, с;

? - координата, направленная вдоль оси шнека; О, - коэффициент, определяемый из выражения

а = Л/ +-6Л Кфп

I ЦЧш /\з+2Ыт1?!Кс1 >

где ^ - угол подъёма образующей витка шнека, град; сИ.ш - угол конусности вала шнека, град; КфП - коэффициент фильтрации, м/с; £- среднее значение коэффициента пористости твердой

фазы в зоне отжима; ГТ).( - коэффициент сжимаемости, м^/Н;

- объёмная масса жидкой фазы ОККП, кг/м3;

' Г)

С|, - ускорение свободного падения, м/с".

(28)

Рис. 6. Схема к расчету шнекового пресса двухстороннего сжатш

Чтобы решение уравнения (27) было вполне определенным, фуш дня W (И »"£ ) должна удовлетворять краевым условиям, соответствующим физическим условиям задачи. Для процесса отжима жидкости из твердой фазы ОККП в разработанном устройстве (рис. 6) выбраны следующие начальные и граничные условия

(29:

W(0,t) = Wo сзо:

W(2U) = W0 , oí:

где - закон изменения влажности отжимаемой твердой фа:

по длине шнекового пресса;

Wg - начальная влажность сгущенной твердой фазы.

После решения дифференциального уравнения (27) методом раз; ления'переменных и соответствующих преобразований, получим форм? для определения влажности твердой фазы ОККП в любом сечении зош отжима шнекового пресса двухстороннего сжатия

а$*кЧ

оо

1

Вк -коэффициент ряда Фурье; К - натуральные числа: I, 2, 3...;

- длина зоны отжима пресса, м;

где

4L*

\Z22L

ж

т

4/4.

ТГР- ,

-777771

а,'

Рис. 7. Схемы к расчету длины зоны уплотнения (а) и ширины выходного окна (б) шнекового пресса двухстороннего сжатия: I - корпус шнека перфорированный; 2 - шнек; 3 - окно для выхода обезвоженного корма.

■6 - основание натурального логарифма; - время отжима, с.

Стабильность работы предлагаемого пресса зависит от формирования и удержания "пробки" из отжатого материала в зоне выходного окна. Создание "пробка" в первую очередь зависит от длины зоны уплотнения. Так как шнековый пресс двухстороннего сжатия симметричен относительно оси Н-Н (рис. 7), то в этом сечении имеется условная перегородка, справа и слева от которой приложено одинаковое давление. Это позволяет рассматривать отдельно обе части пресса.

С целью определения оптимальной длины золы уплотнения I у рассмотрим равновесие элементарного слоя с/2 на расстоянии Ъ от оси Н-Н. При действии возникающих в процессе уплотнения силовых факторов: осевых давлений Р? и (Р^ + дРр); боковых давлений С^ ; уравнение равновесия будет иметь вид

где - площадь поперечного сечения выделенного слоя, м2;

коэффициенты трения твердой фазы 0НШ1 по внутренней поверхности перфорированного цилиндра и валу шнека;

1), с1 - дишетри соответственно перфорированного цилиндра и вала шнека, м.

После соответствующих замен, преобразований и решения дифференциального уравнения (33) получим формулу для определения длины зоны уплотнения

I = см- & РаХ^-сМ+гш

'(34)

где Я - давление в сечении последнего витка шнека, Па;

Ра - давление в сечении на расстоянии а 1/2 от оси Н-Н, Па; / - коэффициент бокового давления; СЦ - ширина выходного окна, м. В виду того, что отжатая твердая фаза выводится из пресса в диаметральном направлении, то на участке выходного окна, где происходит изменение осевого движения отжатого продукта на радиальное, слои твердой фазы ОККД перемещаются* относительно друг друга, что необходимо учесть вводом коэффициента внутреннего трения.

Дифференциальное уравнение равновесия выделенного элемента материала толщиной с]Р на расстоянии от оси вала шнека в момент сдвига его в направлении выходного окна (рис. 7 б) примет вид

9Жм-(V ;

2

где 5г. 1 ~ площадь поперечного сечения элементарного слоя, м ; - периметр поперечного слоя отжатого продукта, м. Решив уравнение, получим выражение для определения бокового давления на поверхность вала шнека

где ^й - боковое давление на выходе из окна, Па.

После преобразования выражения (36) получим (рормулу для расчета величины среднего бокового давления вида

■ ^Ь^рАМ

Заменив давление через давление Рц в сечении и подста-. вив в выражение '(34), получим формулу для определения оптимальной длины зоны уплотнения

Ч-

L _ I- Уд \M~WJJ ....... (38)

■ Решая совместно выражения (32) и (38) после преобразований и замен, получим обобщенную модель для определения влажности и обезвоженной твердой фазы ОККП в шнековом прессе двухстороннего сжатия вида г. __ „ „

w=cf

wD+

ГПпВм

а ЯЛ

?

(39)

где

С-/ - эмпирический коэффициент;

|770 ~ модуль прессуемости;

$К-1 ~ неполный коэффициент ряда Фурье;

-I

- коэффициент, равный / ^ ^—' , м ;

- коэффициент, равный

- коэффициент, равшй ЯДЯтТСо^УС^^) • м'>

А ¿1

Cz

П О)

- частота вращения шнека, мин." об/мин.;

- угол между направлением движения корма и плоскостью боковых поверхностей витков шнека, град;

¿С ~ среднее значение коэффициента порозности твердой фазы ОККП.

С учетом конструктивных особенностей производительность шне-кового пресса двухстороннего сжатия по исходному продукту мокно определить по формуле

û„=;

По

S

Ь

(40)

где По ~ толщина слоя твердой фазы 0KKÎI в зоне уплотнения, м;

- шаг шнека, м;

- ширина шнекового канала, м;

- плотность твердой фазы в зоне первого витка шнека, кг/м3.

Еидкая фаза (фильтрат), получаемая в первой и второй стадиях обезвоживания ОККП, содержит белок в виде коллоидного водного раствора малой концентрации. Белки представляют собой высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из остатков более 22 видов аминокислот.

Па основе анализа существующих способов коагуляции белков картофельного сока предложен энергосберегающий электрохимический

способ. Электрохимический коагулятор включает источник постоянного тока и ёмкость из тококепроводящего материала, внутри которой вдол стен установлены пластинчатые электрода: анод и катод. Мевду ними размещена пористая диафрагма в форме параллелепипеда, препятствующая диффузии фракций, получаемых в результате электролиза. Под дей ствием постоянного тока в обрабатываемой жидкой фазе, находящейся в ёмкости, происходят сложные физические и биохимические реакции, сопрововдающиеся денатурацией структуры белков (рис. 8). В результате реакций около катода 4 образуется повышенная концентрация водородных ионов (щелочная среда), а у анода - повышенная концентрация ионов кислорода (окислительная среда). Кислая реакция среды у анода приводит к активной коагуляции предварительно сконцентрированного раствора белка.

Сила постоянного тока С , протекающего через жидкую фазу, находящуюся в ёмкости коагулятора (рис. 8), определяется из выражения

^уМ 7 (41)

где - соответственно длина и высота ёмкости, м;

7 - плотность тока, А/ыР.

Длина электрохимической ёмкости рассчитывается по формуле

М/ (А+Ц+К)-{}у , (42)

где (хк. - производительность коагулятора, м3/ч;

•{- к - время обработки жидкости постоянным током;

/) К Ц ~ соответственно ширина анодной, катодной и диафраг-' ; менной камер, м.

Производительность электрохимического коагулятора определяется из выражения

; (43)

где - скорость движения жидкой фазы, м/с;

Ру - площадь поперечного сечения ёмкости, м^.

Выделение белков из анодной и катодной фракций жидкой фазы целесообразно.'осуществлять отдельно в соответствующих секциях лабиринтного отстойника под действием гравитационных сил.

Предложены уравнения для расчета материального баланса потоков, получаемых при переработке ОККП на корм животным за один час работы лиши.

Рис. 8. Схема к расчету основных параметров электрохимического коагулятора.

I - катод; 2 - анод; 3 - стенки диафрагмы; 4 - камера анодная;

5 - камера катодная; 6 - камера центральная; 7 - выпрямитель;

8 - автотрансформатор; 9 - корпус; 10 - патрубок подачи жидкой фазы; II, 12 - отверстия стока анодной и катодной фракций.

В диссертации представлены выражения для определения производительности лабиринтного отстойника по белковому осадку и осветленной жидкости.

В разделе "Экспериментальные исследования средств механизации переработки отходов картофелекрахмального производства в лабораторных условиях" приведены основные методики, описание оригинальных установок и результаты экспериментально-теоретических исследований гидроциклока, динамического фильтра-сгустителя, шнеко-вого пресса двухстороннего сжатия и электрохимического коагулятора.

Установлено, что процесс разделения ОККП на жидкую и твердую фазы эффективнее выполняется в динамическом фильтре-сгустителе.

Экспериментальные исследования выполнялись с использованием трехуровневого плана Еокса-Гйшсмна.

С целью автоматизации обработки экспериментальных данных разработано программное обеспечение на языке Фортран 77 для персональных ЭШ типа 1Ш РС-ХТ/АТ и совместимых с ними.

В результате получено уравнение в именованных величинах для определения влажности сгущенной твердой фазы ОККП вида

Wfl = 84,439 - 39,306 P - 0,167 Пс - 3,828 Г^ + 0,17 P Пс + + 3,952 P Пщ - 4,4« ПГ3 Пс \ + 9,777 Р2 + 4,2-Ю"3 П^ + + 1,158 Г^ (44)

Производительность динамического фильтра-сгустителя по исход ной суспензии можно определить из выражения

Q = 249,521 - 884,911 Р - 5,196 Пс + 17,566 Р Пс +

+ 1,174 Р Пщ - 0,75-ИГ8 Пс Пщ + 39,733 Р2 + 0,071 IlJ + + 0,019 nj # (45)

Производительность фильтра по сгущенной твердой фазе ОККП рассчитывается по уравнению

QT = 56,428 - 26,062 Р + 11,26 Пс - 1,188 Пщ + 0,176 Р Пс + + 1,175 Р Пц, - 5.357.I0-5 Пс Пщ + 39,733 Р2 + + 7,II-Ю-3 + 0,019 Л2 ; (46)

где Р - давление подачи ОККП в фильтр, МПа;

Пс - частота вращения спирального очистителя фильтрующих поверхностей двух цилиндров, об/мин;

Пш - частота вращения выгрузного шнека, об/мин.

Анализ уравнений (44, 45, 46) на отыскание области оптимума осуществлялся методом крутого восховдения по поверхности отклика. Подробный анализ поверхности отклика проводился методом двухмерны сечений. Наховдение оптимальных значений параметров выполнялось н персональном компьютере IBM PC-XT/AT при помощи пакета программ

STñT&RfíPHTcs.

Результаты оптимизации показали, что минимальная влажность сгущенного осадка твердой фазы, максимальная пропускная способность -фильтра, по исходным ОККП достигается при давлении подачи 0,3 МПа, частоте вращения спирального очистителя 55 об/мин.

Сгущенный осадок твердой фазы содержит часть жидкости, которую удаляют в щнековом прессе. В результате экспериментальных исследования процесса отжима сгущенного осадка получены адекватные модели регрессии,. позволяющие определить в пределах варьирования уровней факторов, влажность отжатого продукта и энергоёмкость про це.сса. отжима, которые в именованных величинах имеют ввд для влаж-

ности отжатого корма

= 127,73 - 2,341 W0 -0,24?а^ - 4,33 П +

+ .0,024 W0 + 0,075 W0П + 0,0270^ f¡ + 0,0155 -

- 0,043 af - 0,119 П2 (47)

для удельной энергоемкости процесса отжима твердой фазы 0ККП в шнековом прессе

9yz= 62,145 - 1,054 WD - 0,996 Cl, - 1,027 Г) +

+ 0,006 W0 СХ< + 0,0086 Wfl П + 0,005а, Л + 0,005 VV^ +

+ 0,01 af +0,01Пг; (48)

где W0 - влажность сгущенного осадка твердой фазы ОККП, Q., - ширина выходного окна пресса, м; PI - частота вращения шнека, об/мин.

Анализ моделей регрессии выполнялся тоже с помощью двумерных сечений (рис. 9) и при этом решалась компромисная задача, в которой требовалось найти значение факторов, дающих минимум энергозатрат на отжим, при высокой степени обезвоживания твердой фазы ОККП. В результате получены следующие оптимальные параметры: влажность сгущенной твердой фазы 88...90$, ширина выходного окна 0,011.. ..0,015 м, частота вращения шнека двухстороннего сжатия 4...6 об/мин. При этом влажность отжатого сырого корма находится в пределах 58...65$, а энергоёмкость процесса отжила составляет 0,6.. ..0,3 кВт•ч/т.

Для проверки сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований на рис. 10 представлены частные зависимости, полученные из теоретической (39) и экспериментальной (47) моделей обезвоживания сгущенной твердой фазы 0ККЛ в шнековом прессе двухстороннего сжатия. Теоретические зависимости построены с учетом эмпирического коэффициента Cj = 1,27.

Из рисунка 10 видно, что влажность отжатого продукта с увеличением ширины выходного окна и частоты вращения шнека повышается. Представленные графические зависимости показывают, что сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований достаточно высокая. Ошибка не превышает 5$.

Основным критерием оценки процесса обезвоживания ОККП, является влажность твердой фазы, которую необходимо постоянно контроли-

■«,о г,о б.о го #,о м

Рис. 9. Двумерное сечение поверхности отклика для определения влияния ширины выходного окна О., и частоты вращения шнека П ¡: влажность отжатого корма и энергоёмкость процесса отжима.

Рис-. 10. Зависимость влажности отжатой твердой фазы W от ширины выходного окна СЦ пресса ( Ь) и частоты вращения шнека П <Ь): I - WD - 90$; Л = 4,25 об/мин; 2 - W0 = 80%\ Л = 4,25 об/мин; 3 - W0 = 90$, С^ = 0,015 м; 4 - Wfl = í -CI, = 0,025 м.

_о—о—о— - теоретическая зависимость,

—¿s—cr-cr— - экспериментальная зависимость.

ровать в корпусах фхльтров-сгуститслей и шнекового пресса, чтобы управлять■рабочим процессом обезвоживателя.

На основании анализа существующих средств контроля степени обезвоживания дисперсных материалов предложен кощуктометрический датчик, который состоит из двух колец, расположенных параллельно и охватывающих вращающиеся рабочие органы (спираль или инек).

Предложено уравнение для расчета электропроводности ковдукто-метрического датчика

где ^ - электропроводность датчика, Ом

- электропроводность слоя осадка твердой фазы ОККП в зазоре между электродами, ^ - электропроводность слоя твердой фазы мевду электродами и спиралью очистителя, 0м~^; 3)э - внутренний диаметр кольцевых электродов, м; 0(э - расстояние между электропроводящими кольцами датчика, м; К - ширина кольца, м; ¡4 - толщина витка спирали или шнека, м; Я - зазор между рабочим органом и кольцевыми электродами, м;

2 - число заходов витков шнека или спирали; ^э ~ Удельная электропроводность твердой фазы ОККП, Ом-1•м-1.

При известных конструктивных параметрах спирали или шнека определяется сасстояние между кольцами датчика из выражения

¿/--.ЗЬКУа,

I 2Л (50)

Контуктоглетрическии датчик, установленный в динамический

фильтр-сгуститель имел следующие параметры: внутренний диаметр кольцевых электродов 0,268 м; расстояние между электродами 0,01 м; ширина кольца 0,01 м при толщине витка спирали 0,015 м и зазоре мевду витками спирали и кольцевыми датчиками 0,0015 м, и трехзаходной спирали. Удельная электропроводность картофельной суспензии при влажности 96,79$ составила 0,34 Ом^-м"""1-, электросопротивление - 4,31 0м и электропроводность датчика 0,0692 Ом-"1-. Удельная электропроводность обезвоженной твердой фракции ОККП до влажности 66,73$ равна

—I —I

0,19 Ом -м , электросопротивление - 9,52 Ом, электропроводность датчика - 0,1285 Ом' .

В ходе экспериментальных исследований электрохимического способа коагуляции белков картофельного сока, выполняемых на установке (рис. 8) установлено, что на процесс коагуляции белков существенное влияние оказывают следующие факторы: плотность постоянного тока; продолжительность обработки сока током; ширина анодной, катодной и диафрагменной камер; степень разбавления сока водой. В результате исследований определены оптимальные параметры процесса коагуляции белков: плотность тока 55...70 К/ь?-, время обработки сока в электрохимической ёмкости 10 минут. При этом из сока анодной камеры в зависимости от режима обработки коагулируется и выде ляется 40...83%, а катодной - 5...12% белков (рис. II).

Получены уравнения для расчета скоагулированного и выделенно го осадка белка из сока анодной и катодной камер при различной плотности тока и времени обработки.

Установлено, что на скорость образования осадка белка влияет плотность сока, зависящая от степени разбавления его водой.

Полностью выпадает в осадок белок из неразбавленного сока плотностью 1025 кг/м3 через 12...16 часов после обработки его пос тоянным током (рис. 12). Образуемый осадок белка составил около 32% первоначальной высоты образца (кривая §>к ). При разбавлении сока водой в соотношении 1:5 (плотность смеси 1008 кг/м3) стабиль ная высота осадка белка образуется через 5 часов и составила 10$ первоначальной высоты образца (кривая JY Плотность белкового осадка при всех степенях разбавления сока водой оставалась постоянной и равнялась 1060 кг/м3.

Содержание сухих веществ в осадке белка анодной камеры соста вило 5,5% и в осадке катодной камеры -5%.

Содержание протеина, отнесенного к массе сухих веществ, осад ка белка анодной камеры составило 72,6$, в осадке катодной камерь - 70,3^.

Установлено, что электрофлотационный способ выделения белког из картофельного сока не эффективен, так как он требует дополнительного оборудования для коагуляции белка и гашения пены.

В разделе "Результаты исследований технологических процессс и средств механизации переработки отходов картофеле крахмального производства в производственных условиях" приведены результаты испытаний предложенных технологических процессов и технических средств.

Рис. II. Влияние плотности тока на относительную высоту осадка белка в анодной (кривая I) и катодной (кривая 2) камерах.

Рлс. 12. Динамика образования осадка белка /}б в зависимости от времени пребывания в отстойнике при различной плотности сока.

Производственные испытания ЛТЛ переработки ОККП проведены в цехе сырых кормов Ибредьского крахмало пат очного комбината Рязанской области. При разработке линии использованы семь авторских свидетельств и один патент: а.с. ib 1706522 на способ приготовления кормов из побочных продуктов картофелекрахмального производства, а.с. Л I5I2666, 1662703 на обезвоживатели суспензии, а.с. № I64I396 и патент й 1820847 на фильтр для разделения суспензий, а.с. íé I4I99I4, I63997I на пресс для отжима жидкости из веществ и а.с. й II62509 на устройство для разделения материала на фракции.

Новый шнековый пресс в комплекте с гвдроциклонными сгустителями или динамическими фильтрами, установленными в поточную технологическую линию переработки отходов картофелекрахмального производства обеспечивают достаточную производительность и получение корма требуемой влажности (рис. 2, 3).

Обезвоживатель (рис. 2) включал шкековнй пресс двухстороннего сжатия диаметром 0,265 м при длине перфорированного корпуса 2 м и спаренные гидроцигагошше сгустители, устгшовлсшше на концах корпуса. Гвдроцаклошше сгустители имели внутренний диаметр цилиндрической части корпуса 0,04 м, высоту 0,354 м, диаметр подающего патрубка 0,03, сливного - 0,015 и патрубка для отвода сгущенного осадка 0,006 м; Испытания показали, что сгустителя работоспособны только при влажности ОККП более 95$, давлении подачи суспензии 0,2...0,3 МПа, скорости движения потока в подающем патрубке 14.. ..17 м/с, скорости выхода осадка из гвдроцнклона 7...9 м/с, часто-

Рис. 13. Изменение производительности обезвоживателя ,

влажности отжатой твердой фракции ОККП У/т и энергоёмкости процесса отжима Э от ширины выходного окна пресса .

та вращения шнека пресса 6 об/мин. и ширине выгрузного окна О,015...О,02 м. При этом производительность по суспензии составляет 5,2...6 т/ч, влажность отжатой твердой фракции - 70...75$ и энергоёмкость процесса обезвоживания - 1,6...1,25 кВт-ч/т (рис. 13)

Следующим этапом производственного эксперимента были испытания обезвоживателя СМК-250 в комплекте с динамическими фильтрами (рис. 3).

Обезвоживатель 0МК-250 является оригинальной разработкой Рязанской государственной сельскохозяйственной академии (а.с. М 1641396, 1639971 и патент й 1820847).

В обезвоживателе 0МК-250 процесс разделения ОККП на жидкую и твердую фазы в динамических фильтрах. Каждый фильтр содержит вертикальный цилиндрический корпус диаметром 0,425 м с тангенциальным патрубком диаметром 0,08 м для подачи ОККП, патрубок слива фильтрата и горловину выхода сгущенного осадка. В корпусе коаксиально друг другу установлены внутренний перфорированный цилиндр диаметром 0,198 м и внешний - диаметром 0,278 м высотой 0,75 м. Фильтрующие поверхности'циливдров имеют щели шириной 0,15-10" м и длиной 0,005 м. Некду цилиндрами, установленными с зазором 0,032 м, размещен трехзаходный 'спиральный очиститель, который закреплен на полом валу. В нижней части фильтра размещен шнек.

• Результаты исследования рабочего процесса динамического фильт

Рис. 14. Зависимость скорости фильтрования ОККП Ucp через поверхности внешнего цилиндра (прямая I, 2), внутреннего цилиндра (прямая 3, 4), влажности сгущенной твердой фазы Wr (Q), производительности фильтра по исходным ОККП Q , сгущенной твердой фазе QT , энергоёмкости процесса фильтрования /Уф (8) от давления подачи Р<£ .

ра показали, что скорость фильтрования ОККП через поверхность внешнего цилквдра составила 16,8*ГО-3...22•Ю-3 м/с, а через поверхность внутреннего цилиндра - II,9*КГ3... 16-Ю-3 м/с при давлении подачи суспензии 0,3...0,4 МПа и толщине слоя осадка твердой фазы 0,002 м. Минимальная влажность сгущенного осадка, при которой фильтр работоспособен, находилась в пределах 81...84$ (рис. 14 а). Максимальная производительность по сгущенному осадку составила 0,4...0,53 т/ч при частоте вращения спирального очистителя 50 об/мин и выгрузного шнека 17 об/минуту. Энергоёмкость процесса фильтрования равна 0,37 кВт-ч/т (рис. 14 б).

Вторая стадия обеззошвания сгущенного осадка осуществляется в шненовом прессе двухстороннего сжатия. Пресс выполнен с рабочим органом, состоящим из двух шнеков диаметром 0,305 м с конусными валами, соединеннымк большими основаниями в зоне выгрузного окна посредством цилиндрической вставки длиной 0,42 м, не имеющей навивки. Оба инека имеют переменный шаг витков, уменьшающийся к середине конусного вала, а в зоне загрузочных горловин приемный виток выполнен двухзаходнкм. Шнеки заключены в перфорированные цилиндры длиной по I,016 м каждый и имеющие щели шириной 0,25'Ю-3 м и длиной 0,015 м. Предложенная конструкция пресса позволяет уплотнять продукт с двух сторон равномерно распределенным давлением, тем са-

мым увеличить степень обезвоживания твердой фазы ОККП на 15$ и повысить производительность почти вдвое по сравнению со шнековым прессом одностороннего сжатия.

Контроль влажности отжима« мого корма может осуществляй ся кондуктометрическим датчиком, установленным в зоне отжима, сигналы которого подаю ся в цепь управления электромагнитов гидрораспределителя силовых цилиндров регулятора влажности, состоящего из дву: конусных дисков.

На рис. 15 представлена графическая зависимость прои водительности шнекового пресса по отжатой фазе п > фильтрату Qepi7 , влажности обезвоженного корма W« и энергоёмкости пр цесса отжима j/ц от ширины выходного окна регулятора влажности Анализ результатов производственных испытаний обезвоживател 0МК-250 позволил рекомендовать для получения обезвоженного корма с влажностью 63...72$ следующие параметры: ширину выгрузного окн 0,025...0,03 м; частоту вращения инека 6 oö/мин. При этом произв дительность по исходной суспензии составит 6,5...7,8 т/ч, а энер ёмкость процессов фильтрования и отжима 1,95...1,6 кВт-ч/т.

В ходе производственных испытаний установлено, что поточная технологическая линия коагуляции и выделения белков из жидкой фа ОККП работоспособна.

Испытания электрохимического коагулятора, работающего в прс точном режиме, подтвердили теоретические предпосылки о влиянии скорости движения потока и степени разбавления сока водой на noj ноту коагуляции и выделения белков, удельную энергоёмкость проце

са коагуляции-(рис. 16 а, б).

Определены оптимальные параметры процесса коагуляции белкоз плотность постоянного тока для электрохимической обработки кидкс фазы ОККП находится в пределах 80... 100 А/м при времени выдерж] в коагуляторе 10 минут. Удельная энергоёмкость процесса коагулга

Q4

2,5-

V-2.11.9 П

u •м

0,9

0,7 0S

п.* П.. г .___

'У/к

У/ /У /

г/

щ //«Им VF

SD 5}

V 15

И Д5

65 ¿5

60 1.5

¡5 а.ж'.п

Рис. 15. Зависимость производительности обезвоживателя по твердой фазе (5тл фильтрату (9<рл , влажности корма \Д/ « и энергоёмкости процесса отжима Л/п от ширины окна пресса •

Рис. 16. Зависимость количества скоагулированного и выделенного белка из жидкости анодной камеры (кривая I), катодной - (кривая 2) (а) и удельной энергоёмкости //к (б) от пропускной способности коагулятора и степени разбавления сока водой.

увеличивается с 6,5 до 13,2 кВг-ч/м3 при разбавлении картофельного сока в соотношениях от 1:1 до 1:5 и скорости движения потока в коагуляторе соответственно О,58-Ю"3 и 0.33-1СГ3 м/с (рис. 16 б).

Для расчета количества скоагулированного и выделенного белка {%) от объёма обработанной жидкости предлагаются уравнения в анодной камере

к

Ш1 + г1

в катодной камере

К

О,

Ш1

(51)

+ 8,89 ,

п ,к <52)

где Ук - пропускная способность электрохимического коагулятора, м3/ч.

Совершенствование технологии производства сухих и сырых кормов с повышенным содержанием протеина из отходов картофелекрахмаль-ного производства нами предлагается вести по двум вариантам в зависимости от используемого оборудования и мощности перерабатывающих заводов.

Первая технология (рис. 17) включает разделение суспензии на твердую и жидкую фракции, термическую коагуляцию белка в жидкой фракции, его сгущение и смешивание с исходной суспензией, механическое обезвоживание полученной смеси, формование из неё монолитов

Рис. 17. Схема технологического процесса переработки отходов картофелекрахмалъного производства на корм животным. I - насос; 2 - бункер; 3 - трубопровод; 4 - обезвоживатель; 5 - коагулятор; 6 - фильтр ленточный; 7 - формователь монолитов; 8 - агрегат сушильный; 9 - транспортер.

Рис. 18. Схема технологического процесса экологически чистой переработки отходов картофелекрахмалъного производства, на корм животным. I -. бункер; 2 - фильтр-сгуститель; 3 - пресс; 4 - пеногаситель; 5, 10 - насосы; 6 - коллектор; 7 - коагулятор электрохимический 8 - пеноудалитель; 9 - ёмкость; II - отстойник; 12 - шнек; 13, 18 - бункера сырых и сухих кормов; 14 - формователь; 15 - с; шилка; 16 - колонка охладительная; 17 - нория; 19 - транспортно средство.

и их сушку (Л.с. № 1706522).

Вторая технология (рис. 18) включает разделение суспензии на жидкую и твердую фракции, электрохимическую коагуляцию белка в жидкой фракции, выделение его путем осавдения, совместное механическое обезвоживание твердой фракции и белкового осадка, нейтрализация. сточкой воды с последующим использованием в оборотной схеме водоснабжения, что снижает потребность в чистой воде на 30$.

В -разделе "Результаты внедрения, экономическая,' эколбгичес-кпя оценки технологии и средств механизации переработки отходов картофелекрахмального производства на корм скоту" представлена информация об объёме внедрения, технической документации на обезво-живатели, технологиях и средствах механизации переработки отходов картофелекрахмального производства. Техническая документация на обезвоживатель ШК-250 передана КБ транспортного машиностроения, которое является головным предприятием по созданию картофелепере-рабатывающего оборудования Российской Федерации и АООТ "Рязань-крахмалопатока".

Разработанные технические средства для переработки ОККП обладают высокими технико-экономическими показателями:

- удельная материалоёмкость динамического фильтра-сгустителя снижена на 65,6%; расход электроэнергии сокращен на 48,6$; критерий, оценивающий процесс сгущения возрос в двенадцать раз по сравнению с серийным центробежно-лопастным ситом ЦЛС-100;

- удельная материалоёмкость шнекового пресса двухстороннего сжатия уменьшена на 77,9$; критерий оценки качества отжима твердой фракции в шнековом прессе возрос в четыре раза по сравнению с вальцовым прессом.

Переработка за сезон 150000 м3 отходов картофелекрахмального производства по рекомендуемой технологии позволит приготовить 8331 тонну корма влажностью 72$ с повышенным содержанием белка, извлекаемого из кадкой фазы путем обработки её постоянным током, снизить массу годового сброса взвешенных веществ, хлоридов, фосфатов, азота аммонийного в открытые водоёмы на 68,2$.

Внедрение технологии и средств механизации переработки отходов картофелекрахмального производства.позволило предотвратить экологический ущерб по Ибредьскому крахмалопаточному комбинату Рязанской области более чем на 60 млн. рублей в ценах 1994 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Отходы картофелекрахмалыюго производства (OKI-СП), включаю щие мезгу, разбавленный картофельный сок (соковая вода) и пену, представляют суспензию с содержанием до 10% сухих веществ, котора является дополнительным источником кормов. Практика использования ОККП в качестве корма показывает, что мезга реализуется частотно, а соковая вода, содержащая белки, полностью сбрасывается в водоеь что приводит к загрязнению окружающей среда. Такое положение с ОККП объясняется отсутствием технологии их переработки, а исполь; вание в натуральном виде с влажностью 94...96$ требует больших энергетических и транспортных затрат.

2. Переработку отходов картофелекрахмального производства предлагается осуществлять по двум технологиям. Первая-технология, обеспечивающая приготовление сухих кормов, включает разделение cj пензии на твердую и жидкую фракции, термическую коагуляцию белка жидкой фракции, его сгущение и смешивание с исходной суспензией, механическое обезвоживание полученной смеси, формование из неё мс нолитов и юс сушку (A.c. В 1706522). Вторая технология, предусма^ ривающая скармливание конечного продукта во влажном виде, включае разделение суспензии на жидкую и твердую фракции, электрохимическую коагуляцию белка в жидкой фракции, выделение его путем осавде ния, совместное механическое обезвоживание мезги и белкового оса; ка, нейтрализацию сточной воды с последующим использованием в об< ротной схеме водоснабжения. Обе предлагаемые технологии, включающие коагуляцию и выделение белка из жидкой фракции, являются экологически чистыми.

Вторая технология менее энергоёмка и потому более предпочтительна. Технологическая линия должна включать следующее оборудов: ние: бункер-накопитель, фильтры-сгустители, шнековый пресс, пено-гаситель, электрохимический коагулятор, двухсекционный лабиринтн отстойник, нейтрализатор сточной воды.

Разработанная модель функционирования поточной технологичес кой показывает взаимосвязи мех-ду отдельными стадиями переработки ОККП на корм.животным.

3. На процесс обезвоживания отходов картофелекрахмального производства оказывают влияние фильтрационные, физико-механические, физико-химические свойства.

Установлено, что повышение давления фильтрования с 0,26 до

1,7 кПа приводит к увеличению удельного сопротивления осадка твердой фазы с'204-109 до 598-10 м~ при влажности отходов 95,8$. При этом порозность осадка уменьшается с 29,3 до 19,32, а коэффициент фильтрации суспензии - с 3,58-Ю-3 до 1,66'Ю-3 м/с. Коэффициент поверхностного натяжения картофельной суспензии при влажности 96,28$ составляет 9,03- 10~*2, картофельного сока - 6,69'10" , а сока разбавленного водой в соотношении 1:5 - 7,66-10" , пены -8,08-Ю-2, белкового осадка - 1,34-ГО"2 Б/м.

Уменьшение плотности жидкой фазы с 1025 до 1008 кг/м3 приводит к повышению электрического сопротивления с 1,9 до 7,5 Ом«м при температуре Ю°С. С увеличением температуры с 10 до 25°С и уменьшением плотности сока путем разбавления его водой в соотношениях от 1:1 до 1:5 электрическое сопротивление снижается на 25$, а натурального сока - на 55,5$.

Обработка картофельного сока постоянным током плотностью 70 А/м2 в течение 10 минут изменяет его кислотность: в анодной камере она повышается с 6 до 9 рН, в катодной - снижается с 6 до 4 рН.

4. Установлено, что на процесс отжима твердой фазы значительное влияние оказывают компрессионно-фильтрационные характеристики. При увеличении давления отжима твердой фазы с 0,3 до 3,1 Ша уменьшаются: влажность с 90 до 52,38$, коэффициент порозности - с 9 до 1,1; коэффициент фильтрации жидкости через спрессованный слой твердой фазы - с 60-10"^ до 0,73-10"^ м/с; коэффициент сжимаемости - с 5,13'Ю~е до 0,06-Ю-6 м2/Н и модуль прессуемости - с 1,56 до 0,17. Коэффициент внешнего трения твердой фазы по перфорированной латунной поверхности снижаются с 0,37 до 0,24 и по гладкой стальной поверхности - с 0,135 до 0,1. При увеличении давления отжима от 0,4 до 2,83 МПа коэффициент внутреннего трения уменьшается с 0,66 до 0,24; а коэффициент бокового давления - с 0,9 до 0,68.

5. Существующие технологии производства картофельного крахмала в зависимости от применяемого оборудования предусматривают разбавление картофельного сока водой з соотношении от 1:1 до 1:5 и Золее. Установлено, что процесс обезвоживания такой картофельной зуспензии необходимо выполнять в две стадии, первая из которых згущение, вторая - механический отжим.

Сравнительную оценку работы обезвоживателей различных конст-зукций следует вести по предложенному критерию, учитывающему удель-шй расход энергии на снижение единицы влажности отжимаемого проекта. При помощи обобщенного критерия выявлено, что перспективны-

ми конструкциями являются прессы со шнековыми рабочими органами, работающие в совокупности о динемичеошли фильтрами, обеспечивающими фильтрование жидкости в процессе движения суспензии.

6. Сравнительный анализ работы центробежных сгустителей и динамических фильтров показал, что последние предпочтительны по стабильности работы и степени сгущения. Динамический фильтр-сгуститель должен содержать корпус с тангенциальным патрубком подачи суспензии и патрубком отвода фильтрата и сгущенного осадка. Фильтрующие поверхности необходимо выполнять в виде двух соосно установленных перфорированных цилиндров, имеющих щели для прохода фильтрата. Между фильтрующими поверхностями, установленными с зазором, необходимо размещать многозаходный спиральный очиститель, а ниже его - выгрузное устройство. Данный фильтр позволяет сгущать суспензию в зазоре между перфорированными цилиндрами с двухсторонним отводом фильтрата при постоянной очистке осадка с фильтрующих поверхностей и его выгрузке. Новизна конструкции фильтра-сгустителя защищена авторским свидетельством Я I64I396 и патентом № 1820847.

7. На основании теоретических, лабораторных исследований и полученных констант, характеризующих процесс фильтрования отходов картофелекрахмального производства, создан динамический фильтр-сгуститель.

Полученные математические модели, описывающие процесс фильтрования трехфазных дисперсных сред через цилиндрические фильтрующие поверхности при механическом способе очистки и удалении осадка, позволили оптимизировать рабочий процесс динамического фильтра, и показали, что он работоспособен и может обеспечить получение минимальной влажности сгущенного осадка 81... 84$ при следующих параметрах: щели шириной 0,15 мм и длиной 5 мм, зазор между цилиндрами 32 мм, давление подачи картофельной суспензии в фильтр 0,3...0,4 МПа, частоте вращения спирального очистителя 50...60 об/мин. при затратах энергии на процесс фильтрования 0,25...0,37 кВт-ч/т.

8. Пресс (A.c. Ге I63997I) для отжима сгущенного осадка должен содержать перфорированный цилиндрический корпус, имеющий щели размером 0,25 х 5 мм для выхода жидкости. В корпусе необходимо размещать шнек, который рекомендуется выполнять из двух симметричных частей диаметром Q,305 м с противоположным направлением витков, соединенных цилиндрической вставкой длиной 0,42 м, где располагается зона уплотнения. В средней части корпуса необходимо размещать окно, где .устанавливается регулятор влажности, изменяющий сечение окна

для выхода отжатого продукта, на противоположных концах - загрузочные горловины. Для обеспечения стабильной работы и повышения степени обезвоживания твердой фазы отходов картофелекрахмального производства в, загрузочных горловинах шнек должен выполняться двухзаход-ным, а в зоне отжима - с переметши тагом, уменьшающимся к середине вала.

С целью контроля и поддержания требуемой влажности отжимаемого корма необходимо устанавливать кондуктометряческий датчик, управляющий регулятором влажности.

Предложенный шнековый пресс обеспечивает процесс отжима твердой фракции за счет двухстороннего встречного прессования при перемещении продукта вдоль конусной камеры перфорированного циливдра от торцов к середине с последующим выводом отжатого продукта, что позволяет увеличить степень обезвоживания отходов на 15$ и повысить производительность почти вдвое по сравнению со шнековым прессом одностороннего сжатия.

9. На основании теоретических и лабораторных исследований с >гчетом полученных компрессионно-фильтрационных характеристик твердей фазы отходов картофелекрахмального производства, создан шнеко-зый пресс двухстороннего сжатия.

Полученная математическая модель процесса обезвоживания показывает, что влажность отжатой твердой фазы в шнековом прессе двух-¡тороннего сжатия зависит от конструктивных, кинематических пара-гетров шнека и физико-механических свойств отжимаемого продукта.

Оптимизация рабочего процесса шнекового пресса позволила установить, что цри обезвоживании сгущенного осадка влажностью 90$ геобходимы следующие значения параметров: частота вращения шнека :...6 об/мин.; ширина выгрузного окна пресса 0,011...0,015 м. При 'Том влажность отжатой твердой фракции составила 58...65$, затраты •яергпи на процесс отжима равны 0,6...0,3 кВт-ч/т.

10. Производственные испытания шнекового пресса в комплекте с ■идроциклонами (A.c. J5 1662703) показали, что обезвоживатель рабо-■оспособен при определенных условиях. Сгущение отходов с влажностью шее 97$ происходит в спаренных гидроциклонах с радиусом 0,04 м, ысотой 0,354 м и углом конусности 10° при следующих параметрах: авлении подачи суспензии 0,2...0,3 ГЛПа; скорости движения потока подающем патрубке 14..Л7 м/с; скорости выхода сгущенного осадка з гидроциклона 7...9 м/с; частоте вращения шнека пресса 6 об/мин. ширине выгрузного окна - 0,015...О,02 м. При этом производитель-

ность составляет по исходной суспензии 5,2...6 т/ч, влажность отжатой твердой фазы - 70...75% и энергоёмкость процесса обезвожива ния - 1,6...1,25 кВт-ч/т.

11. Испытания шнекового пресса в комплекте с динамическими фильтрами показали, что он обеспечивает стабильный процесс обезвоживания отходов картофелекрахмального производства в более широко1 диапазоне технологических параметров. Оптимальными режимами следует считать: частоту вращения шнека пресса 6...10 об/мин.; ширину выгрузного окна 0,025...0,03 м, которые обеспечивают отжим твердо: фазы до влажности 63...72$. При этом производительность по исходной суспензии составляет 6,5...7,8 т/ч, а энергоёмкость процессов фильтрования и отжима соответственно - 1,95...1,6 кВт*ч/т.

12. Производственными испытаниями подтверждено, что наиболее рациональным и энергосберегающим способом коагуляции белков соковой воды является электрохимический. Электрохимический коагулятор должен включать источник постоянного тока, ёмкость из токонепрово-дящего материала, внутри которой вдоль боковых стен установлены пластинчатые электроды: анод и катод. Между электродов размещена пористая диафрагма в форме параллелепипеда, препятствующая диффузии фракций, получаемых в результате электролиза. Оптимальная пло1 ность тока для электрохимической обработки жидкой фазы находится : пределах 80..'.100 А/яР при времени выдержки в коагуляторе 10 мину1 Удельная энергоёмкость процесса коагуляции увеличивается с 6,5 до 13,2 кВт-ч/м3 при разбавлении картофельного сока водой в соотношениях от 1:1 до 1:5 и скорости движения потока в коагуляторе соответственно 5,8-10"^ и 3,3-10"^ м/с. Выделение белка из жидкой фаз] рекомендуется осуществлять под действием гравитационных сил в дву: секционном лабиринтном отстойнике в течение 4...6 часов при осавд' нии в анодной секции до 83р и катодной - 12% от содержащегося белка в массе потока.

13. Проведенный комплекс производственных испытаний разработанных технических средств для переработки отходов картофелекрахмального производства позволил установить их высокие технико-экономические показатели:

- критерий, оценивающий процесс сгущения в динамических филь1 pax, повышается' по сравнению с серийным центробежно-лопастшм ситом ЦДС-100 в 12 раз за счет увеличения поверхности фильтрования на 91$ и двухстороннего отвода фильтрата, удельная материалоёмкость фильтра снижена в 2,8 раза, расход электроэнергии сокращен

ни'4ß,

- критерий оценки качества процесса отжима твердой фракции в шнековом прессе двухстороннего сжатия возрос в 4 раза, а удельная материалоёмкость снижена на 77,9$ по сравнению с вальцовым прессом.

Переработка отходов картофелекрахмального производства в количестве 150000 м3 за сезон по рекомендуемой технологии с приготовлением 8331 т корма влажностью 72$ с повышенным содержанием белка, который извлекается из жидкой фазы путем обработки её постоянным током, снижает массу годового сброса взвешенных веществ, хлоридов, фосфатов, азота аммонийного б открытые водоёмы на 68,2$. В результате внедрения технологии и средств механизации переработки отходов картофелекрахмального производства предотвращенный экологический ущерб по Ибредьскому крахмалопаточному комбинату Рязанской области составил более 60 млн. рублей в ценах 1994 года. При этом на 30$ снижается расход чистой воды за счет оборотной схемы водоснабжения завода.

Теоретические и экспериментальные исследования, реализованные в предложенной технологии и средствах механизации переработки отходов картофелекрахмального производства на корм скоту, защищены семью авторскими свидетельствами и одним патентом, внедрены в производство, что подтверждено актами и протоколами ведомственных испытаний.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Коэффициенты трения картофельной мезги //Тезисы докладов республиканской конференции молодых ученых и специалистов. - Алма-Ата, 1990. - С. 41...42 (соавтор Ульянов В.М.).

2. A.c. Тз I5I26S6 СССР !ЖИ В04С 5/16. Обезвоясиватель суспензий (соавтор В.М. Ульянов).

3. A.c. ü 1662703 OOL-P IVilC И В04С 5/16. Гидроциклонный обезво-живатель (соавторы В.>5. Некрашевич,и B.Ivi. Ульянов).

4. A.c. № I64I3SS СССР МКИ В01Д 36/00. Фильтр для разделения суспензий (соавтор В.'vi. Ульянов).

5. Патент Л 18208-17 СССР МКИ 301Д 35/00. Фильтр для разделения суспензий (соавтор В.М. Ульянов).

6. Критерий оценки работы механического обезвоживателя дисперсных материалов //Новые разработки в механизации кормоприготовле-ния /Материалы научно-практической конференции. - Рязань, 1991. -С. 94...96 (соавтор В. iL Ульянов).

7. Д.о. В I4I09I4 СССР МКИ 1330В 9/20. Пресс для выжимания жадности из веществ (соавторы В.М. Ульянов, П.И. Шведов).

8. A.c. Л I63997I СССР МКИ ВЗОВ 9/16. Шнековый пресс для отжима (соавтор В.М. Ульянов).

9. A.c. Jfe 1706522 СССР МКИ А23К 1/00. Способ приготовления кормов для животных из побочных продуктов картофелекрахмального производства (соавтор В.М. Ульянов и др.).

10. Кинетика процесса фильтрования отходов картофелекрахмаль-ного производства //Сборник научных трудов по животноводству, механизации, экономике, посвященный 150-летию со дня ровдения П.А. костычева. - Рязань, 1995. - С. 112...114 (соавтор В.Ф. Некраше-вич).

11. Расчет толщины и объёма осадка мезги при фильтровании картофельной суспензии //Перспективные разработки в механизации животноводства /Материалы научно-практической конференция. - Рязань, 1993. - С. 27...30.

12. Обоснование технологии утилизации отходов картофелекрах-мального производства на корм скоту //Совершенствование сельскохозяйственной техники, применяемой в животноводстве. Сборник научных трудов. - Горький, 1990. - С. 42...45 (соавтор В.М. Ульянов).

13. Обоснование конструкции обезвоживателя картофельной мезги //Ускорение научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе Брянской области /Тезисы докладов конференции. - Брянск, 1988. - С. 152...153 (соавтор В.М. Ульянов).

14. Обоснование параметров камеры обезвоживания картофельной мезги //Комплексная механизация возделывания сельскохозяйственных культур /Сборник научных трудов. - М., 1991. - С. 137...142 (соавтор В.М. Ульянов).

15. Энергосберегающий способ коагуляции и выделения белков из картофельного сока //Перспективные разработки в механизации живот новодства /Материалы научно-практической конференции. - Рязань, 1993. - С. 21...22.

•16. Исследование электрохимического способа коагуляции и извлечения белка' из отходов картофелекрахмального производства //Сборник научных трудов по животноводству, механизации, экономике посвященный 150-летию со дня ровдения П.А. Костычева. - Рязань, 1995. - С. 125...126.

17. Выделение белка из картофельного сока электрофлотационным способом //Перспективные разработки в механизации животноводства /Материалы научно-практической конференции. - Рязань, 1993.

- С. 22...24.

18. Обоснование параметров электрохимической установки коагуляции белков картофельного сока //Перспективные разработки в механизации животноводства / Материалы научно-практической конференции. - Рязань, 1993. - С. 24...27.

19. Экологически чистая технология и технические средства переработки отходов картофелекрахмалъного производства //Методы исследования, паспортизации и переработки отходов /Тезисы докладов межгосударственной научно-технической конференции. Ч. 2. - Пенза, 1994. - С. 70...71.

20. Датчик измерения электропроводности материалов //Новые разработки в механизации кормоприготовления /Материалы научно--правтической конференции. - Рязань, 1991. - С. 97...101 (соавтор Ю.Я. Прокопенко).

21. Исследование процесса механического обезвоживания отходов картофелекрахмалъного производства //Сборник научных трудов по животноводству, механизации, экономике, посвященный 150-летию со дня рождения П.А. Костычева. - Рязань, 1995. - С. 123.. .124 (соавтор В.М. Ульянов).

22. A.c. М II62509 СССР МКИ В07В 1/22. Устройство для разделения материала на фракции, преимущественно, кормовых гранул (соавтор В.А. Мурованный).

23. Обоснование скорости потоков и производительности спаренных гидроциклонов //Сборник научных трудов Рязанской ГСХА. - Рязань, 1996. - С. 3...9 (соавторы В.Ф. Некрашевич, В.М. Ульянов).

24. Исследование процесса разделения отходов картофелекрахмалъного производства на фракции в гидроциклоне //Сборник научных трудов Рязанской ГСХЛ. - Рязань, 1996. - С. 29...32.

25. Обоснование процесса удаления осадка твердой фракции отходов картофелекрахмалъного производства с фильтрующих поверхностей сгустителя //Сборник научных трудов Рязанской ГСХА. - Рязань, 1996. - С. 26...29.

26. Исследование процесса разделения отходов картофелекрахмального производства на фпакцик в динамическом фильтре //Сборник-научных трудов Рязанской ГСХА. - Рязань, 1996, - С. 32...35 (соавтор В.М. Ульянов).

27. Обоснование камер; отжима шековых прессов //Сборник научных трудов РязаискоП ГСл'Л. - Рязань, 1996. - С. 35___37 (соавтор

Ульянов З.М.).

■ 28. Модель функционирования поточной технологической линии переработки отходов картофелекрахмального производства на корм ск ту //Сборник научных трудов Рязанской ГСХА. - Рязань, 1996. - С. 23...26. .