Модель экструзионного отжима масла из семян рапса
Автор: Анферов Сергей Дмитриевич, Скульский Олег Иванович, Славнов Евгений Владимирович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.8, 2015 года.
Бесплатный доступ
Предложена гидродинамическая модель экструзионного отжима масла из семян рапса. Модель базируется на законах сохранения импульса, масс и энергии. Исходный продукт представляется как сырье, состоящее из пластически деформируемой пористой насыщенной маслом среды. Сформулирована краевая задача, содержащая в качестве независимых переменных давление в сырье, давление в масле, скорость движения сырья и распределение температуры. Получено приближенное аналитическое решение задачи при постоянных коэффициентах вязкости и фильтрации. Показано, что аналитическое решение с постоянными параметрами описывает возрастание давления и скорости отжима масла по длине зеерной камеры как монотонное, что противоречит экспериментальным данным. С учетом экспериментально найденных реологических и фильтрационных зависимостей разработан алгоритм численного решения задачи на основе метода конечных элементов. Определены поля давлений в сырье и масле, скорости движения сырья и фильтрационных потоков в винтовом канале экструдера, снабженного зеерной камерой. Обнаружено, что увеличение давления в сырье приводит к уменьшению скорости отжима масла, а распределение скорости отжима масла по длине зеерной камеры имеет максимум, что согласуется с экспериментальными данными. Созданная модель может служить основой для конструирования и нахождения оптимальных технологических режимов экструзионного отжима.
Математическая модель, пластически деформируемая пористая среда, экструзионный отжим, фильтрация, масло, семена рапса, аналитические и численные методы
Короткий адрес: https://sciup.org/14320759
IDR: 14320759 | УДК: 532.546.2 | DOI: 10.7242/1999-6691/2015.8.2.12
Model of extrusion pressed oils from rapeseed
This paper presents a hydrodynamic model for rapeseed oil extrusion-pressing, which is based on the laws of conservation of momentum, mass and energy. We examine a raw material that is a plastically deformed, porous oil-saturated medium. A boundary-value problem that includes such independent variables as medium pressure, oil pressure, medium velocity and temperature distribution is formulated. An approximate analytical solution to the problem is found for constant viscosity and filtration coefficients. The solution describes pressure growth and an increase in the oil extraction rate along the extracting box as monotonic, and this does not coincide with the experimental data. Based on the experimental data for rheological and filtration dependencies, a numerical algorithm is developed using a finite element method. Pressure fields for medium and oil, medium velocity and filtration flow velocity in the extruder channel equipped with extracting box are obtained. It has been found that the increase of pressure in the raw material reduces oil extraction rate, and the distribution of oil extraction rate along the extracting box exhibits a maximum, which coincides with the experimental data. Our model can form the basis for determining optimum extrusion-pressing conditions.
Список литературы Модель экструзионного отжима масла из семян рапса
- Белобородов В.В. Основные процессы производства растительных масел. -М.: Пищевая промышленность, 1966. -478 с.
- Николаевский В.Н., Басниев К.С., Горбунов А.Т., Зотов Г.А. Механика насыщенных пористых сред. -М.: Недра, 1970. -336 с.
- Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.И. Движение жидкостей и газов в природных пластах, -М.: Недра, 1984, 208 с.
- Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. -М.: Недра, 1996. -446 с.
- Костерин А.В., Березинский Д.А. Насыщенно-ненасыщенные состояния деформируемых пористых сред//ДАН. -1998. -Т. 358, № 3. -С. 343-345.
- Бармин А.А., Мельник О.Э. Скульский О.И. Модель стационарного неизотермического течения магмы в канале вулкана с учетом скольжения на границе//Вычисл. мех. сплош. сред. -2012. -Т. 5, № 3. -С. 354-358.
- Славнов Е.В. Способ экструзии биопродукта и экструдер (варианты). Патент РФ № 2385665 от 10.04.2010.
- Славнов Е.В., Петров И.А., Анферов С.Д. Изменение вязкости экструдата рапса в процессе отжима масла (влияние давления)//Аграрный вестник Урала. -2011. -№ 10. -С. 16-18.
- Славнов Е.В., Петров И.А. Метод определения изменения фильтрационных свойств масличных культур в процессе отжима масла на примере экструдата рапса//ИФЖ. -2014. -Т. 87, № 4. -С. 860-864.
- Тадмор З., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. -М.: Химия, 1984. -628 с.
- Раувендаль К. Экструзия полимеров. -СПб: Профессия, 2006. -768 с.
- Скульский О.И. Численное моделирование одночервячных экструдеров//Пластические массы. -1997. -№ 8. -С. 39-43.
- Скульский О.И., Славнов Е.В. Диффузия влаги при экструзионной переработке увлажненного зерна//Вычисл. мех. сплош. сред. -2008. -Т. 1, № 2. -С. 74-80.
- Кузнецова Ю.Л., Скульский О.И., Ситникова М.А. Течение смазочного материала в напорных насадках при волочении в режиме гидродинамического трения//Трение и износ. -2007. -Т. 28, № 4. -С. 375-380.
- Анферов С.Д., Скульский О.И. Моделирование фильтрации жидкости через пластически деформируемую пористую среду в процессе экструзионного отжима//Вестник ПНИПУ. Механика. -2014. -№ 2. -С. 29-47.
- Славнов Е.В., Шакиров Н.В., Судаков А.И., Бузмакова С.В. Определение эффективного коэффициента фильтрации двухкомпонентной смеси//Аграрный вестник Урала. -2008. -№ 9. -С. 58-60.
- Славнов Е.В., Петров И.А. Изменение вязкости экструдата рапса в процессе отжима масла//Аграрный вестник Урала. -2011. -№ 6. -С. 42-44.
- Славнов Е.В. Изменение проницаемости масличных культур в процессе отжима масла на примере экструдата рапса//Доклады Россельхозакадемии. -2013. -№ 3. -С. 58-60.
- Скороход В.В. Реологические основы теории спекания. -Киев: Наукова думка, 1972. -152 с.
