Моделирование процесса шнек-прессового отжима масла из бинарной смеси с учетом нелинейных характеристик материала

Петров, Илья Андреевич

Моделирование процесса шнек-прессового отжима масла из бинарной смеси с учетом нелинейных характеристик материала тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Петров, Илья Андреевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Пермь МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Моделирование процесса шнек-прессового отжима масла из бинарной смеси с учетом нелинейных характеристик материала»

Автореферат диссертации на тему "Моделирование процесса шнек-прессового отжима масла из бинарной смеси с учетом нелинейных характеристик материала"

На правах рукописи 1

Петров Илья Андреевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШНЕК-ПРЕССОВОГО ОТЖИМА МАСЛА ГО БИНАРНОЙ СМЕСИ С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА

01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

? -

12013

005538974

Пермь - 2013

005538974

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук.

доктор технических наук, профессор, Славнов Евгений Владимирович

Тарунин Евгений Леонидович, доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский

университет», профессор кафедры «Прикладная математика и информатика». Первадчук Владимир Павлович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», зав. каф. «Прикладная математика».

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения Российской академии наук, г. Ижевск.

Защита состоится «17» декабря 2013 года в 16:00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.188.05 при ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, ауд. 4236).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет».

Автореферат разослан 14 ноября 2013 г.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного совета, А

доктор технических наук, доцент — Щербинин А.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Одним из технических приложений механики жидкости является теоретическое описание течений материала в одношнековых экструдерах. В рамках такого подхода решены многие задачи пшековой экструзии. Однако существуют процессы, при моделировании которых методы механики жидкости используются редко, ввиду сложности определяющих соотношений. Одним из таких процессов является течение нелинейно вязкой бинарной смеси, осложненное фильтрационным движением одной из компонент с выходом за область течения смеси, имеющее место при шнек-прессовом отжиме масла из растительного сырья. Моделирование шнек-прессового отжима в подавляющем большинстве случаев производится экспериментальными методами, к недостаткам которых можно отнести большую трудоемкость и себестоимость, а также неприменимость получаемых на основе опытов уравнений регрессии в широком диапазоне изменения конструктивных и технологических параметров процесса Немногочисленные теоретические модели отжима, представленные в литературе, обладают тем недостатком, что не учитывают сильного изменения физических свойств материала с отжимом жидкой фракции (масла). Таким образом, представляется актуальной и интересной задача моделирования методами механики жидкости течения вязкой бинарной смеси в шнековых прессах с относительным фильтрационным движением компонент и с учетом изменения свойств смеси с оттоком жидкой фракции, применительно к процессу шнек-прессового отжима масла. На практике результаты моделирования могут быть применены для выбора наилучших конструктивных параметров прессов и технологических параметров процесса.

Цель исследования. Общая цель работы состоит в разработке математической модели шнек-прессового отжима, позволяющей определить наилучшие технологические параметры процесса и конструктивные параметры шнекового пресса с учетом нелинейного изменения свойств перерабатываемого материала в процессе отжима масла.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие частные задачи:

1. Построение алгоритма развертки на плоскость винтового канала шнека с изменяющейся геометрией.

2. Построение модели течения материала в канале шнека с линейно изменяющейся по длине геометрией с учетом тепломассопереноса в радиальном зазоре между гребнем шнека и внутренней поверхностью корпуса в терминах интегральных характеристик. Разработка алгоритма численного решения уравнений модели.

3. Выбор геометрии шнек-пресса на основании моделирования процесса экструзии с учетом влияния радиальных зазоров на его напорность.

4. Экспериментальное определение изменения фильтрационных и вязкостных свойств экструдата рапса в процессе отжима масла.

5. Построение модели шнек-прессового отжима на основе связанных задач фильтрации жидкости сквозь пористую среду и течения вязкой смеси в экструдере.

6. Разработка программного обеспечения для численного решения уравнений модели отжима.

7. Проведение численного эксперимента с целью определения влияния конструктивных параметров шнек-пресса на эффективность процесса отжима

Объект исследования. Процесс шнек-прессового отжима масло с о держащего материала растительного происхождения.

Предмет исследования. В качестве предметов исследования были приняты:

1. Течение вязкой бинарной смеси в шнековом-прессе с относительным фильтрационным движением жидкой компоненты.

2. Напорно-расходные характеристики (НРХ) шнеков и влияние зазора между гребнем винта шнека на НРХ шнеков.

3. Изменение фильтрационных и вязкостных свойств экструдатарапса в процессе отжима

4. Зависимости выходных параметров процесса отжима (производительность по маслу, энергоемкость процесса, остаточное содержание масла) от технологических (скорость вращения шнека, сопротивление головки) и конструктивных (геометрия шнека) параметров.

Методы исследования. В ходе исследования применялись методы механики сплошных сред, численного решения дифференциальных уравнений, методы планирования эксперимента, экспериментальные методы определения свойств экструдата рапса.

Адекватность построенных моделей. Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается обоснованностью принимаемых допущений, отсутствием противоречий с известными представлениями о процессе, корректным применением методов механики сплошных сред и подтверждается качественным и количественным совпадением результатов, полученных автором с экспериментальными данными известными в литературе.

Научную новизну работы составляют:

1. Модель тепломассопереноса в радиальном зазоре между внутренней поверхностью корпуса экструдера и шнеком с линейно изменяющейся по длине геометрией. В рамках модели перетекание жидкости через реборду приводит к изменению секундного объемного расхода жидкости в канале шнека, определяющего градиент давления, который в свою очередь задает интенсивность перетекания. Поток утечек, таким образом, представляет собой распределенную по длине шнека пространственную обратную связь. Модель позволяет выбирать геометрию шнека, обеспечивающую необходимую напорность шнека при наличии технологических радиальных зазоров.

2. Новая модель шнек-прессового отжима, в рамках которой изучаемый процесс представляется совокупностью течений вязкой бинарной

смесии фильтрационного движения жидкой компоненты относительно смеси с выходом за границу шнекового пресса, позволяющая учесть сильное нелинейное изменение фильтрационных и вязкостных свойств смеси с оттоком жидкой фракции.

3. Результаты моделирования процесса отжима с учетом нелинейного изменения свойств материала. На основании результатов моделирования предложены зависимости, позволяющие осуществлять выбор конструктивных параметров пресса и технологических параметров процесса отжима.

4. Новый метод определения изменения коэффициента проницаемости пластически деформируемого пористого материала в процессе отжима жидкой фракции. Получены экспериментальные данные по изменению коэффициента проницаемости экструдата рапса от массового содержания масла и уровня давления. Установлено, что изменение массовой концентрации в узком диапазоне (0,45 - 0,23) приводит к уменьшению коэффициента проницаемости на полтора-два десятичных порядка в зависимости от уровня приложенного давления.

Практическую ценность имеют:

1. Математическая модель течения жидкости в экструдере с учетом утечек в зазоре, позволяющая рассчитывать НРХ шнеков без построения их сложной геометрии и сеток.

2. Программный комплекс для расчета режимов пресс-шнекового отжима «8яРо1у8оК'е» (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2013610385), предназначенный для определения производительности шнековых прессов по маслу, энергоемкости отжима и остаточной концентрации масла в жмыхе.

3. Новый метод экспериментального определения изменения коэффициента проницаемости пластически деформируемой пористой среды. Подана заявка на изобретение (№2013114670 от 01.04.2013).

4. Результаты экспериментального определения изменения фильтрационных и вязкостных свойств экструдата рапса в процессе отжима.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель течения ньютоновской несжимаемой жидкости в одношнековом экструдере с линейно изменяющейся по длине геометрией шнека, учитывающая тепломассоперенос в зазоре между гребнем шнека и внутренней поверхностью корпуса

2. Математическая модель шнек-прессового отжима масла в терминах интегральных характеристик, особенностью которой является учет нелинейного изменения коэффициента фильтрации и вязкости экструдата рапса с изменением массовой концентрации масла, уровня давления и температуры.

3. Результаты моделирования процесса отжима рапса с учетом экспериментально найденных свойств материала, позволяющие осуществлять выбор конструктивных и технологических параметров процесса

4. Метод определения изменения коэффициента проницаемости пластически деформируемой пористой среды в процессе отжима жидкой фракции.

5. Результаты экспериментального определения изменения фильтрационных и вязкостных свойств экструдата рапса в процессе отжима масла.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на конференциях: ХУЛ Зимняя школа по механике сплошных сред, ИМСС УрО РАН, Пермь, 2011; XX Всероссийская школа-конференция молодых ученых «Математическое моделирование в естественных науках», Пермь, 2011; «Material Methods and Technologies», Bulgaria, 2012; ХУШ Зимняя школа по механике сплошных сред, ИМСС УрО РАН Пермь, 2013.

Полностью диссертационная работа представлена на семинарах Института механики сплошных сред (руководитель: академик РАН, д.т.н., профессор В.П Матвеенко) и семинарах на кафедрах «Конструирование и технологии в электротехнике» (руководитель: д.т.н., профессор Н.М Труфанова), «Вычислительная математика и механика» (руководитель: д.т.н., профессор НА. Труфанов), «Математическое моделирование систем и процессов» (руководитель: д.ф.-м.н., профессор ПВ. Трусов) Пермского национального исследовательского политехнического университета

Результаты работы использованы при выполнении НИР в рамках грантов: Грант РФФИ 10-08-96069 «Моделирование отжима жидкости в процессе экструзионной переработки биополимеров на основании расчета течения двухкомпонентных сред»; Грант РФФИ 13-08-96006-р_урал_а "Теоретические и экспериментальные аспекты движения жидкостей через пластически деформируемые пористые среды в приложении к процессу шнек-прессового отжима масличных культур".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ в журналах и сборниках конференций из них 5 работ в журналах из списка ВАК и 1 работа в зарубежном рецензируемом журнале.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 149 страницах и содержит 64 рисунка, 11 таблиц, 3 страницы приложений.

Содержание работы

Во введении дано описание процесса шнек-прессового отжима, обоснована актуальность темы диссертации, выбрана основная цель-исследования и поставлены частные задачи для достижения этой цели. Также сформулированы основные положения, выносимые на защиту, перечислены новые научные результаты и результаты, имеющие практическую ценность.

В первой главе «Обзор литературы» рассмотрена история развития представлений о шнековой экструзии и, в частности, о технологии шнек-прессового отжима. Предлагается обзор литературы, отражающий основные достижения и новейшие результаты в данной области, а также недостатки существующих подходов и моделей. Отмечены работы В.В. Белобородова, А.А.

Барама, А.М. Голдовского, Г.В. Зарембо в которых приводится классическая постановка задачи течения вязкой смеси в канале одношнекового экструдера с фильтрационным движением жидкой фракции относительно массива самой смеси. В работах этих авторов также приводятся общие соображения касательно характера распределения давления в масле и смеси, отмечено, что эти давления не совпадают. В работах Т.М Зубковой, Л.П. Карташова, М.А. Корякиной представлены результаты экспериментальных исследований шнек-прессового отжима рапса и полученные на их основе уравнения регрессии, связывающие производительность пшековых прессов с их конструктивными параметрами и технологическими параметрами процесса. Указанные результаты используются для проверки адекватности модели построенной в диссертации.

Феномен миграции жидкости в фармацевтических пастах, схожий с процессом отжима, является объектом исследования у S. Mascia, N. RousseL В их статьях приводится экспериментальный метод определения коэффициента проницаемости матрикса пасты на основе закона Дарси.

Современные подходы и приемы, используемые при моделировании шнековой экструзии, рассматриваются в монографиях В.И. Янкова, К. Раувендааля, М.В. Соколова и др. В качестве основных приемов авторы используют принцип обращенного движения (когда корпус экструдера вращается, а шнек считается неподвижным) и развертку винтового канала шнека на плоскость. Шнековая экструзия в общем случае описывается уравнениями:

p[^ + (vV) v] = Va, (1)

(т = (-P--3)iïv)l + 2nD, (2)

^+V(pi5) = 0, (3)

pcpyt+pcp(vV)T = V(ÀVT) + a: D. (4)

H = F(P,D,n (5)

В уравнениях (1>(5) p - плотность материала; cp - удельная теплоемкость материала; v,P,T - соответственно поля скорости, давления и температуры материала; a,D - тензоры напряжений и скоростей деформаций.

Во второй главе «Построение развернутого канала шнека с изменяющейся по длине геометрией» предложена методика определения геометрических параметров развернутого на плоскость канала шнека Все модели в диссертации строятся в обращенном движении (шнек неподвижен, вращается корпус) для развернутого на плоскость канала Изначально с шнеком связывается цилиндрическая система координат огвг, а геометрия шнека задается величинами: I - длина шнека, D(0) - внешний диаметр в начале шнека, £>(0 - внешний диаметр в конце шнека, cf(0) - внутренний диаметр (диаметр нарезки) в начале шнека, d(l) - внутренний диаметр в конце шнека, s(z) - зависимость шага винта шнека от аксиальной (вдоль оси шнека)

координаты г, Ьг - постоянная толщина реборды. Развертка канала осуществляется по кромке реборды, в результате чего исходным геометрическим параметрам шнека ставятся в соответствие следующие параметры развернутого канала: /г(г) - глубина нарезки канала; Ь(г) - ширина канала; ср(г)- угол нарезки канала; Аг(г) - длина витка шнека, где г -координата вдоль оси шнека.

В третьей главе

построена модель течения жидкости в экструдере с учетом тепломассопереноса в зазоре между гребнем винта и внутренней поверхностью корпуса Течение материала в экструдере рассматривается в обращенном движении как совокупность течений в развернутом на плоскость канале шнека и в зазоре между гребнем шнека и внутренней поверхностью корпуса Поток утечек материала над ребордой считается неоднородным по длине шнека, а поэтому приводит к изменению секундного объемного расхода материала в канале. Интенсивность перетекания определяется разницей давлений с обеих сторон реборды. При этом градиент давления зависит от расхода материала в канале, таким образом, поток утечек через реборду представляет собой распределенную пространственную обратную связь. На рисунке 1 представлена схема перетекания материала между соседними витками шнека (геометрические параметры указаны как функции координаты х - координаты вдоль развернутого на плоскость канала шнека. Между координатами х и г существует однозначная зависимость).

Течение материала в канале и в зазоре изначально описывается уравнениями (1)-(5). Принимаются следующие допущения: процесс считается стационарным; материал представляет собой ньютоновскую несжимаемую жидкость, вязкость которой зависит от температуры по показательному закону; конвективные члены и градиент давления поперек канала не рассматривается; течение в зазоре считается в приближении плоской щели. В качестве краевых условий для поля скорости используется условие прилипания, для поля температуры условие третьего рода С учетом принятых допущений после интегрирования уравнений (1)-(5) по высоте и ширине канала и перехода к безразмерным величинам получена система в интегральных характеристиках:

= - с2(Юе~^(Ю, (6)

Рисунок 1. Схема перетекания материала между соседними витками шнека.

M(z) = ц0е~^\ (7)

q(z) = Ф+ mz))ePf(*^»[P(z + ШЮ) - №)] + c4(z + Sz(z)), (8) ^ = c5(z)q(z) - c^JqCzO^, (9)

-—-= cftt(z)q(z)[l + r(z + Az(z))J-

c„t(2i)q(*i)[l + + cdi{z)e^ (^fj + са2(0)е~Р™ +

+cdcl(z)eilT(f+Ä(2^(P(z + ¿(z)) - P(z))2 + cdc2(z)e-<?r(z~+2(z~)) +

che(z)(Tw{z) - T(z)) + chec(z)(fw(z+ ¿(z)) - ?(z+ Ä(z))> (10) В системе (6)-(10) Q (z) — отношение секундного объемного расхода в канале шнека к величине расхода ненапорного течения; P(z) - отношение в давления в канале шнека к максимальному давлению, развиваемому при Q(z) = 0; r(z) - безразмерная среднемассовая температура; fw(z) -безразмерная температура на корпусе экструдера; q(z) - интенсивность притока, представляющая собой расход материала над ребордой шнека, перетекающего из сечения канала с координатой z + Az(z) в сечение с безразмерной координатой z; ß(z) - вязкость материала р - плотность, ср -удельная теплоемкость, а - температурный коэффициент вязкости, ¡л0 -вязкость при 20°С. Коэффициенты, имеющие обозначения "с" с нижним индексом зависят от геометрии шнека, высоты зазора и свойств материала Уравнение (6) описывает течение несжимаемой жидкости в канале шнека, в уравнении (8) вычисляется интенсивность притока в приближении течения в плоской щели, уравнение (9) представляет собой закон сохранения массы, уравнение (10) - уравнение баланса тепла, уравнение (7) отображает изменение вязкости материала с изменением температуры.

Далее в главе с помощью метода последовательных приближений при различной высоте зазора получены решения для цилиндрических шнеков, шнеков с линейно уменьшающимся внешним диаметром, линейно возрастающим внутренним диаметром и переменным шагом нарезки. Решения говорят о том, что в случае шнеков с изменяющейся геометрией поток утечек неоднороден по длине шнека, поэтому вынесение постоянного потока утечек за границу течения в канале, аналогично существующим моделям, приводит к ошибкам. Для примера на рисунке 2 представлены графики распределения интегральных характеристик конического шнека полученные согласно предложенной модели, классической модели Маллока и в пакете ANSYS CFX. Для цилиндрических шнеков с постоянным шагом нарезки предлагаемая модель дает результаты аналогичные классическим моделям. В общем случае увеличение зазора всегда ведет к снижению напорности шнека и производительности экструдера При этом для шнеков с переменной геометрией наличие зазора может привести к полной потере напорности начиная с некоторого сечения шнека. Так как при переработке масличных

культур, за счет нанесения рифлений на внутреннюю поверхность корпуса, величина зазора может достигать больших значений, основываясь на результатах моделирования, для дальнейших исследований процесса отжима были приняты цилиндрические шнеки, напорность которых менее всего

Рисунок 2. Распределения давления по длине конического шнека полученные соответственно без зазора и с зазором кривые 1,3 — полученные в А^УБ, кривые 2,4 - полученные решгнием системы (6)-(10), кривая 5 - распределение, полученное по классической модели с разбиением конического шнека на цилиндрические участки.

В четвертой главе определяются вязкость и коэффициент проницаемости экструдата рапса Вязкость экструдата определялась с помощью метода ротационной вискозиметрии, при значениях скорости сдвига у 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 с-1, температурах 25, 50, 75 °С и массовых концентрациях масла 0.45, 0.40, 0.35, 0.30, 0.25. Экспериментально определены кривые течения экструдата рапса с разными массовыми долями при температурах в диапазоне 25 - 75° С. Найдены аппроксимирующие зависимости для кривых течения, определяющие характер изменение вязкости от скорости сдвига, массовой доли масла и температуры. Рассматривая полученные результаты с точки зрения шнек-прессового отжима, следует отметить, что для создания необходимой напорности шнека процесс следует вести в диапазоне низких скоростей сдвига, где вязкость перерабатываемого материала значительно выше.

При определении коэффициента проницаемости и его зависимости от давления и массовой доли компонентов использован метод, в основе которого лежит циклический отжим образца в плунжерном прессе. Образец помешают в замкнутую цилиндрическую полость между поршнем, создающим давление, и

проницаемым для жидкости дном и задают исследуемый уровень давления. Цилиндр с образцом и поршнем располагается между траверсами испытательной машины «Zwick», включенной в режиме сжатия. Создают циклическое силовое нагружение образца, используя выбранный уровень давления для выключения нагружения Ph и давление Рь равное 0,85 - 0,95 выбранного уровня, для включения нагружения. В процессе эксперимента регистрируют во времени изменение давления, длины образца и временной промежуток снижения давления на этапе разгрузки (релаксации), а также объем отжатой жидкости. Измеряемые величины сохраняются в виде массивов данных. Для эксперимента используют образцы экструдата рапса заданной массы с известным массовым содержанием масла.

Для обработки экспериментальных данных была решена задача фильтрации масла на i — ом цикле нагружения - отжима. Скорость снижения давления с величины Ph до величины Pt связана со скоростью вытекания масла на фильтрующем сите, которая зависит согласно закону Дарси от градиента давления в масле и коэффициента фильтрации. Исходя из этого было получено дифференциальное уравнение для скорости изменения давления:

dPW _ P(t)~Pg

~It~ ~ ' ^ТйТкГ' (11)

где Kt - коэффициент всестороннего сжатия на i — ом цикле, который вычисляется по перемещению траверсы пресса на этапе нагружения образца; Kfi - коэффициент фильтрации на i — ом цикле отжима, L - начальная длина образца; /г+1 - перемещение траверсы пресса к концу i — ого цикла; P(t) -давление в образце; Ра - величина атмосферного давления. Решение уравнения (11) дает выражение для величины коэффициента фильтрации на i — ом цикле опыта:

Kfi= L~li+1 (12)

где ti+1 - время конца i — ого цикла, tt - время начала этапа отжима на i — ом цикле. Оба указанных значения времени известны из эксперимента. Коэффициент проницаемости вычисляется умножением коэффициента фильтрации на динамическую вязкость масла. Таким образом, проводя N циклов нагружения и отжима при разных уровнях давления можно найти экспериментальные оценки коэффициента проницаемости рапса зависящие от концентрации и уровня давления.

Эксперимент проводился при четырех уровнях давления 8МПа, 14МПа, 20МПа и 39МПа. В результате обработки данных эксперимента было установлено, что интенсивность процесса отжима со временем падает вне зависимости от уровня приложенного давления. В исследованном диапазоне концентраций 0.45 - 0.23 коэффициент фильтрации изменяется на полтора -два десятичных порядка в зависимости от приложенного уровня давления, снижаясь при малых концентрациях. Массовое соотношение компонент, как косвенный показатель структуры смеси, в основном определяет коэффициент фильтрации. Однако, как показал эксперимент, этот показатель интенсивности процесса отжима зависит не только от соотношения компонент, но и от

15 25 35 4£

уровень давления, МПа

Рисунок 3. Изменение коэффициента фильтрации в зависимости от уровня давления и массовой концентрации. Кривая 1 - С=0.45; 1фивая 2 - С=0.425; 1фивая 3 - С=0.4; кривая 4 - С=0.375; кривая 5 -С=0.35.

приложенного давления. Так повышение уровня давления от 6.3 МПа до 12.6 МПа существенно увеличивает коэффициент фильтрации, но

дальнейший рост уровня давления приводит к снижению проницаемости образца На рисунке 3 представлены графики зависимостей коэффициента фильтрации от давления при различных массовых концентрациях масла

На основании

полученных значений

найдено аппроксимирующее выражение, связывающее

коэффициент проницаемости с массовой концентрацией и давлением

, Ст(Ь2 Р2 +*>! Р+ Ъ0 )+Й2 Р2 ! Р +Й0

Ьг = 1.7625 ■ Ю-6 Па-1;

Кр = 0.047 ■ ~14Па~2;

5411"- 1Г ■"О""** '-I- ■-и^ (13)

где Ь2 = -3.16531 ■ Ю-14 Па-2; Ъх = 1.7625 ■ М^Па"1; Ь0 = -32.5581; й2 = 7.2005- Ю-14Па-2; = -4.3001- Ю^Па"1; с10 = 84.4783.

В пятой главе построена модель шнек-прессового отжима в терминах интегральных характеристик. Материал рассматривается как вязкая бинарная смесь масла и клетчатки. Течение в шнековом прессе представляется совокупностью течения смеси и фильтрационного движения масла относительно массива смеси с выходом за границу пресса, подчиняющегося закону Дарси. Задача решается в обращенном движении с разверткой канала шнека на плоскость. Течение смеси в канале шнека описывается системой уравнений (1)-(5), при этом уравнение неразрывности для смеси (3) с учетом фильтрационного движения масла принимает вид:

ЛгОО-У^МР,)]) (14)

где V - поле скорости смеси, - динамическая вязкость масла, Р^ - поле давления в масле, отличное от поля давления смеси. Для поля скорости смеси на стенках используются условия прилипания и непроницаемости. Верхняя подвижная стенка канала считается проницаемой для масла, остальные стенки для масла непроницаемы. Принимаются следующие допущения: материал рассматривается как ньютоновская жидкость, вязкость которой зависит от температуры и массового содержания масла, течение смеси считается стационарным и одномерным, фильтрационное движение масла вдоль канала пренебрежимо мало в сравнении с движением в направлении проницаемой

стенки, на нижнеи непроницаемой стенке давление в масле равно давлению смеси.

Поле давления в масле представляется в виде Pf = G(y)P(x), где Р(х) давление в смеси, G(y) - некоторая функция, х - координата вдоль оси развернутого канала, у - координата по высоте канала. Подстановка Pf = G(y)P(x) в уравнение (14) и использование принятых допущений приводит к следующему выражению для давления в масле:

(15)

Интегрирование системы (1)-(5) по высоте и ширине канала шнека с учетом принятых допущений и выражений (14), (15) приводит к системе уравнений в интегральных характеристиках:

«г - -1«. (18)

'^Qix) = <l-C,(x))ci(x), (19)

С" W = mW <20>

р(хКт<£М . + ^ + р/СрТСхЫх% (21)

р(х) = Су (x)pf + (1 -Су (x))ph, (22)

Кр(х) = 0.047 ■ есмМ'(ь2р2Ы+ь1рО«:)+ь0)+(г2р2(л:)+й1р(лг)+сг0 ^3)

цг(х) = 0.127е~0 0322<т^-273\ (24)

Hix) = F(ylf Г(ж), См (ж)), (25)

где Q(x) - расход смеси; Cv(x), См(х) - соответственно усредненные по перечному сечению канала объемная и массовая концентрации масла в смеси; q(х) - интенсивность вытекания масла на проницаемой стенке; p(x\ph,pf -истинные плотности смеси, клетчатки и масла, р(х) - эффективная динамическая вязкость смеси, fi ~ оценка скорости сдвига на подвижной стенке канала, по которой выбирается эффективная вязкость согласно результатам вискозиметрии. Начальные условия для системы: Р(0) = Р0 Q(0) = Qo,T(0) = T0,CM(0) = CMa.

Для оценки эффективности отжима вводятся выходные параметры процесса, к которым относятся часовой массовый выход масла М(х), удельная энергия, расходуемая на отжим килограмма масла Ем (х), остаточная массовая концентрация масла в жмыхе, вычисляемые по формулам:

М(х) = 3600pf f0Xq(x)dx, (26)

( 0, при М(х) = 0

Система (16)-(25) решена для шнеков с различными диаметрами при

различных скоростях вращения и различных значениях краевых условий. На основаниирезультатов моделирования определено влияние краевого условия (}0 (в реалиях задается сопротивлением

экструзионной головки) на выходные параметры процесса На рис. 4 представлена зависимость часового выхода масла от входного расхода при постоянной геометрии шнека и скорости его вращения. При постоянной скорости вращения

Рисунок 4. Зависимость выхода масла от входного зависимости ВЫХОДНЫХ

расхода. - параметров от входного расхода

имеют экстремумы. Максимум выхода масла и минимум удельной энергии наблюдаются в диапазоне расходов <20 = (0.85 -г 0.95) <2к, где (}к - расход ненапорного течения (в отсутствии головки). Предлагается вести процесс в данном диапазоне расходов. Минимум остаточной концентрации наблюдался в широком диапазоне расходов = (0.5 -г- 0.87) ()к в зависимости от скорости вращения шнека

С целью определения влияния геометрических параметров шнек-пресса и скорости его вращения на выходные параметры процесса проведен вычислительный эксперимент по методу центрального ортогонального композиционного планирования, в качестве факторов приняты диаметр шнека, длина шнека, длина зеера и скорость вращения шнека. Для каждого сочетания значений факторов система (16)-(25) многократно решалась при различном значении краевого условия из интервала (?0 = (0.7;0.95)@к, из полученных результатов выбирались значения максимального выхода масла, минимальной удельной энергии и остаточной массовой концентрации масла, которые использовались для вычисления коэффициентов уравнений регрессии, связывающих выходные параметры со значениями факторов. С целью автоматизации вычислений разработан, протестирован, отлажен и зарегистрирован комплекс программ «5цРо1у8о1уе».

В конце главы предлагается обсуждение полученных коэффициентов и выводы о характере и степени влияния факторов на выходные параметры. В частности определено, что на величину часового массового выхода масла в основном влияют диаметр шнека и скорость его вращения, при этом возможность увеличения производительности за счет одного параметра при фиксированных остальных ограничена. На величину удельной энергии наибольшее влияние оказывают диаметр, скорость и длина зеера Увеличение этих параметров приводит не только к росту производительности, но и энергии

расходуемой на производство килограмма масла Остаточная концентрация в основном регулируется сопротивлением головки.

С целью проверки адекватности разработанной модели произведено сравнение экспериментальных данных представленных в диссертации М.А. Корякиной «Повышение эффективности работы одношнекового экструдера на

основе структурно-

-г 6

< с > □

с 1 X

¥ ^ :

О еыход масла эксперимент

□ выход масла модель

А мощность эксперимент

X мощность модель

ш, рад/с

Рисунок 5. Зависимость выхода масла и мощности от скорости вращения шнека.

параметрического синтеза для

прессования семян рапса» с результатами использования модели. Сравнение проводилось по величине часового выхода масла и затрачиваемой мощности. На рис. 5 представлены графики зависимостей мощностей часового выхода масла от скорости вращения

шнека, полученные в диссертации Корякиной и согласно предложенной модели. Максимальная ошибка модели по выходу масла составила 15%, по мощности 13%.

Заключение. В заключении сформулированы основные выводы по работе:

1. Построена модель течения в одношнековом экструдере с изменяющейся по длине геометрией шнека с учетом тепломассопереноса в зазоре между ребордой шнека и внутренней поверхностью корпуса.

2. Рассмотрено влияние утечек материала в зазоре между гребнем шнека и внутренней поверхностью корпуса в изотермическом и неизотермическом режимах на напорность шнеков с изменяющейся по длине геометрией. Предложены выражения для определения влияния относительной высоты зазора на напорность шнека и для нахождения сечения шнеков с изменяющейся геометрией, в котором градиент давления равен нулю.

3. Предложен новый метод экспериментального определения изменения коэффициента проницаемости масличных культур в процессе отжима масла.

4. Определено, что экструдат рапса является нелинейной жидкостью, вязкость которой в практически используемом диапазоне скоростей сдвига хорошо описывается степенным законом.

5. Впервые определена зависимость коэффициента проницаемости экструдата рапса от массового содержания масла и давления. Данные зависимости должны учитываться при моделировании процесса отжима

6. В терминах интегральных характеристик построена модель шнек-прессового отжима, в рамках которой процесс рассматривается как совокупность течения вязкой двухкомпонентной смеси и фильтрации одной из компонент через массив смеси с выходом за границу канала шнека Проведены расчеты процесса отжима с учетом полученных в экспериментальной части зависимостей. Определено влияние технологических параметров процесса на его эффективность.

7. Разработано программное обеспечение, позволяющее решать модельные уравнения для шнеков с разными геометрическими параметрами, при разных скоростях сдвига и при различных значениях входного расхода смесии находить режимы наилучшие по остаточной концентрации, массовому выходу масла и удельной энергии.

8. С помощью программного обеспечения проведен численный эксперимент по расчету отжима при различных конструктивных и технологических параметрах. По результатам эксперимента определены уравнения регрессии, связывающие технологические и конструктивные параметры цилиндрических шнеков с величиной остаточной концентрации, часового массового выхода масла и удельной энергии, которые могут быть использованы для выбора наилучших параметров и режимов.

На основании результатов даются следующие рекомендации:

1. При переработке масличных культур предлагается использовать прямоточные цилиндрические шнеки, как менее подверженные влиянию утечек между гребнем шнека и внутренней поверхностью корпуса

2. Рекомендуется вести процесс на расходах в интервале (0.85-0.95) расхода ненапорного течения, при которых не происходит существенного снижения вязкости и давления вследствие больших скоростей сдвига Данный интервал расходов соответствует максимуму производительности по маслу и минимуму удельной энергии.

3. Не рекомендуется вести отжим при давлениях выше 25МПа ввиду существенного снижения коэффициента проницаемости экструдата рапса

Статьи в изданиях из списка ВАК:

1. Славнов, Е.В. Изменение вязкости экструдата рапса в процессе отжима масла / Е.В. Славнов, И. А. Петров // Аграрный вестник Урала - 2011. - № 6. - С. 42-44.

2. Славнов, Е.В. Изменение вязкости экструдата рапса в процессе отжима масла (влияние давления) / Е.В. Славнов, И. А. Петров, С. Д. Анферов // Аграрный вестник Урала - 2011. - №10. - С. 16-18.

3. Петров, И.А. Моделирование течения в шнеке с радиальным зазором как системы с распределенной обратной связью, описываемой дифференциальным уравнением с запаздывающим аргументом / И.А. Петров, Е.В. Славнов //Вычисл. мех. сплош. сред.-2012.-Т.5,№1.-С. 107-113.

4. Петров, НА. Модель утечек через радиальные зазоры в одношнековом экструдере со слабо линейно изменяющейся по длине геометрией шнека / И.А. Петров, Е.В. Славнов //Вычисл. мех. сплош. сред.-2012.-Т.5, №4.-С.461-468.

5. Петров, И.А. Моделирование шнек-прессового отжима как совокупности процессов течения вязкой несжимаемой смеси и фильтрации жидкости сквозь пористую среду / И.А. Петров, Е.В. Славнов // Вычисл. мех. сплош. сред.-2013.-Т.6, №3.-С.277-285.

Публикации в других изданиях, материалы конференций:

1. Petrov, I. Modeffing of extrusion type squeeze of ofl crops with hydraulic conductivity dependent on ofl concentration and pressure level / I.A Petrov // Journal of International Scientific Publications: Material Methods and Technologies. - 2012.-V.6, Part 3. - P.64-71.

2. Славнов, E.B. Динамика отжима масла из деформируемого пористого массива (эксперимент) [электронный ресурс] / Е.В. Славнов, НА. Петров, А.И. Судаков // Труды XVII Зимней школы по механике сплошных сред, 28 февраля-3 марта, Пермь, 2011. - Пермь-Екатеринбург: ИМСС УрО РАН, 2011,-CD 1.

3. Славнов, Е.В. Динамика отжима масла из деформируемого пористого массива (эксперимент) / Е.В. Славнов, И.А. Петров, А.И. Судаков // Тезисы докладов XVII Зимней школы по механике сплошных сред, 28 февраля -3 марта, Пермь, 2011. - Пермь-Екатеринбург: ИМСС УрО РАН, 2011. - с.288.

4. Петров, И.А. Модель радиальных утечек в одношнековых экструдерах с изменяющейся по длине геометрией / И. А. Петров, Е.В. Славнов // Тезисы докладов ХУЛ Зимней школы по механике сплошных сред, 28 февраля-3 марта, Пермь, 2011. - Пермь-Екатеринбург: ИМСС УрО РАН, 2011. -с.255

5. Петров, И.А. Моделирование неизотермического процесса экструзии с учетом радиальных утечек / И.А. Петров, Е.В. Славнов // Тезисы докладов XX Всероссийской школы-конференции молодых ученых «Математическое моделирование в естественных науках», Пермь, 2011. - с.99

6. Славнов, Е.В. Модель шнек-прессового отжима / Е.В. Славнов, И.А. Петров // Тезисы докладов XV111 Зимней школы по механике сплошных сред, 18-22 февраля, Пермь, 2013. - Пермь-Екатеринбург: ИМСС УрО РАН, 2013. - с. 313.

7. Петров, И.А. Программный комплекс для расчета режимов пресс-шнекового отжима «SqPolySolve». РОСПАТЕНТ. Свидетельство №2013610385 от 9.01.2013.

Подписано в печать 11.11.2013. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 1341/2013.

Отпечатано с готового оригинал-макета в Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета. Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел. (342)219-80-33.

Текст научной работы диссертации и автореферата по механике, кандидата технических наук, Петров, Илья Андреевич, Пермь

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук

04201 451 598

Нд правах рукописи

Петров Илья Андреевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШНЕК-ПРЕССОВОГО ОТЖИМА МАСЛА ИЗ БИНАРНОЙ СМЕСИ С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

МАТЕРИАЛА

01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Е. В. Славнов

Пермь, 2013

' Ж,

Содержание

Введение....................................................................................4

1. Глава 1. Обзор литературы......................................................12

2. Глава 2. Описание развернутого канала шнека с изменяющейся по длине геометрией..........................................................................25

2.1 Определение геометрии развернутого канала шнека......................25

2.2 Выводы..............................................................................34

3. Глава 3. Модель утечек в радиальных зазорах одношнековых экструдеров................................................................................35

3.1 Постановка задачи течения материала в одношнековом экструдере с учетом тепломассопереноса в зазоре между корпусом и шнеком............35

3.2 Изотермическая модель утечек в зазоре одношнекового экструдера.................................................................................36

3.3 Неизотермическая модель утечек в зазоре одношнекового экструдера ...............................................................................................42

3.4 Система уравнений по аксиальной координате. Уравнения в безразмерных величинах..............................................................45

3.5 Численное решение системы..................................................48

3.6 Моделирование напорно-расходных характеристик в шнеках с различной геометрией в изотермическом случае................................50

3.7 Определение влияния массопереноса в зазоре на характеристики шнека в неизотермическом режиме на примере переработки рапса.........70

3.8 Проверка адекватности модели...............................................77

3.9 Выводы............................................................................80

4. Глава 4. Экспериментальное определение свойств экструдата рапса.......................................................................................81

4.1 Определение вязкости экструдата рапса....................................81

4.2 Методика проведения эксперимента по определению коэффициента проницаемости экструдата рапса...................................................87

4.3 Выводы.............................................................................95

5. Модель шнек прессового отжима.............................................97

5.1 Постановка задачи течения смеси с относительным движением компонент. Полные уравнения модели в случае трехмерного течения......97

5.2 Упрощенная модель течения в шнек прессе. Уравнения в интегральных характеристиках......................................................102

5.3 Численное решение системы.................................................106

5.4 Общие закономерности модели.............................................108

5.5 Численный эксперимент по определению влияния конструктивных и технологических параметров шнек прессана процесс отжима...............126

5.6 Проверка адекватности модели..............................................130

5.7 Выводы............................................................................133

6. Заключение.......................................................................134

7. Литература........................................................................136

8. Приложения......................................................................147

Введение

Актуальность темы исследования. Одним из направлений переработки биополимеров на пшековых экструдерах является получение растительных масел для использования их в качестве пищевых продуктов либо в качестве сырья для дальнейшего производства дизельного топлива. При производстве топлива в основном используются рапсовое, подсолнечное, соевое и пальмовое масла. Рапсовое масло занимает лидирующую позицию в качестве сырья для биодизеля, это обусловлено относительно низкой скоростью окисления, что объясняется небольшим содержанием йода [63]. Кроме того, рапсовое масло обладает лучшей текучестью при низких температурах по сравнению, например, с пальмовым маслом [15, 63]. Технология получения рапсового масла состоит из нескольких этапов, основными из которых являются: очистка семян рапса, их измельчение и отжим. Отжим масла производится на пшековых прессах представляющих собой одношнековый экструдер, корпус которого на некоторой части длины (или на всей длине) набирается из параллельных пластин образующих мельчайшие отверстия. Часть корпуса, набранная из пластин, называется зеерной камерой. Принцип работы шнекового пресса иллюстрируется рисунком 1. Перерабатываемый материал продвигается шнеком внутри зеерной камеры, на выходе которой имеется головка, оказывающая сопротивление свободному продвижению материала. В результате этого в материале развивается давление, возрастающее по длине шнекового пресса. Под действием разницы давлений внутри и снаружи зеерной камеры происходит фильтрация масла сквозь массив экструдата рапса и мельчайшие отверстия в камере. В процессе экструзии происходит дополнительное разрушение семян рапса с высвобождением масла. Одним из механизмов разрушения является сильный сдвиг, имеющий место в зазоре между гребнем шнека и внутренней поверхностью корпуса. Стоит отметить, что в реалиях зазор существует всегда, но наличие больших зазоров считается нежелательным, ввиду того, что перетекание материала в зазоре приводит к снижению производительности экструдера.

1Л

Напорная часть

¡¡Л;,;:,... ШЫ-.-.^ ¡::>> ;

«Л I I" ^ '

Головка

■1Ш

Рис. 1. Принцип работы шнекового пресса

Проблема теоретического описания процесса шнек-прессового отжима в настоящее время разработана недостаточно. Ввиду этого затруднен выбор оптимальных технологических параметров процесса и конструктивных параметров шнек-пресса. На практике выбор оптимальных режимов осуществляется исходя из экспериментальных моделей и на основании предыдущего опыта использования данной технологии.

Рассматривая теоретические модели, следует отметить, что определяющие дифференциальные уравнения процесса отжима известны еще с 50х годов прошлого века и с тех пор не менялись, однако их решения найдены для простейших случаев, в которых не учитываются реальные свойства перерабатываемого материала. В частности при отжиме масла существенно и нелинейно изменяются вязкость и проницаемость экструдатарапса, что оказывает влияние на процесс отжима в целом. В существующих же теоретических моделях данные параметры принимаются константами.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие частные задачи:

1. Построение алгоритма развертки на плоскость винтового канала шнека с изменяющейся геометрией.

3. Выбор геометрии шнек-пресса на основании моделирования процесса экструзии с учетом влияния радиальных зазоров на его напорностъ.

5. Построение модели шнек-прессового отжима на основе связанных задач фильтрации жидкости сквозь пористую среду и течения вязкой несжимаемой смеси в экструдере.

6. Разработка программного обеспечения для численного решения уравнений модели отжима.

7. Проведение численного эксперимента с целью определения влияния конструктивных параметров шнек-пресса на эффективность процесса отжима и выбора наилучших технологических параметров.

Объект исследования. Процесс шнек-прессового отжима маслосодержащего материала растительного происхождения.

Предмет исследования. В качестве предметов исследования были приняты:

1. Напорно-расходные характеристики (НРХ) шнеков и влияние зазора между гребнем винта шнека на НРХ шнеков.

2. Изменение фильтрационных и вязкостных свойств экструдата рапса в процессе отжима.

3. Зависимости выходных параметров процесса отжима (производительность по маслу, энергоемкость процесса, остаточное содержание масла) от технологических (скорость вращения шнека, сопротивление головки) и конструктивных (геометрия шнека) параметров.

Научную новизну работы составляют:

1. Модель тепломассопереноса в радиальном зазоре между внутренней поверхностью корпуса экструдера и шнеком с линейно изменяющейся по длине геометрией. В рамках модели перетекание жидкости через реборду шнека приводит к изменению секундного объемного расхода жидкости по каналу шнека, определяющему градиент давления, который в свою очередь задает интенсивность перетекания. Поток утечек, таким образом, представляет собой распределенную по длине шнека пространственную обратную связь. Модель позволила выбрать геометрию шнека, обеспечивающего необходимую напорность шнека при наличии технологических радиальных зазоров.

2. Новая модель шнек-прессового отжимамасла, особенностью которой является учет нелинейного изменения коэффициента проницаемости и вязкости экструдата рапса с изменением массовой концентрации масла, уровня давления и температуры.

3. Результаты моделирования процесса отжима с учетом нелинейного изменения свойств материала. На основании результатов моделирования предложены зависимости, позволяющие осуществлять выбор конструктивных и технологических параметров процесса отжима.

Практическую ценность имеют:

1. Математическая модель утечек в зазоре, позволяющая рассчитывать НРХ шнеков без построения их сложной геометрии и сеток.

2. Программный комплекс для расчета режимов пресс-шнекового отжима «SqPolySolve» (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2013610385), предназначенный для определения производительности шнековых прессов по маслу, энергоемкости отжима и остаточной концентрации масла в жмыхе.

3. Новая методика экспериментального определения коэффициента проницаемости пластически деформируемой пористой среды.

Положения, выносимые на защиту:

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на конференциях: ХУП Зимняя школа по механике сплошных сред.

ИМСС УрО РАН, Пермь, 2011; XX Всероссийская школа-конференция молодых ученых «Математическое моделирование в естественных науках», Пермь, 2011; «Material Methods and Technologies», Bulgaria, 2012; «Инновации в авиационной промышленности», Пермь, 2012, а также на семинарах Института механики сплошных сред и Пермского национального исследовательского политехнического университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ в журналах и сборниках конференций из них 5 работ в журналах из списка ВАК [52-54, 57-58] и 1 работа в зарубежном рецензируемом журнале [93].

Участие в проектах. Получены научные результаты в рамках проектов финансируемых РФФИ: Грант РФФИ 10-08-96069 «Моделирование отжима жидкости в процессе экструзионной переработки биополимеров на основании расчета течения двухкомпонентных сред»; Грант РФФИ 13-08-96006-р_урал_а "Теоретические и экспериментальные аспекты движения жидкостей через пластически деформируемые пористые среды в приложении к процессу шнек-прессового отжима масличных культур"

Структура работы. Диссертация содержит последовательное решение поставленных задач и состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа содержит 149 листов, 64 рисунка, 11 таблиц, 3 страницы приложения. Библиография содержит 101 наименование.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы частные задачи и новые научные результаты.

В первой главе рассматривается современное состояние теории течения жидкости в шнеках, а также состояние теории шнекового отжима.

Во второй главе приведен алгоритм определения геометрических параметров развернутого на плоскость канала шнека с медленно изменяющейся по длине геометрией.

В третьей главе на основе известной модели с параллельными пластинами, построена новая модель течения линейной несжимаемой жидкости в шнеке с учетом перетекания жидкости через реборду шнека. Предложен алгоритм численного решения модельных уравнений, содержащих отклонение аргумента. Проведено моделирование течения в шнеках с различной геометрией и определено влияние зазора на характеристики течения и напорно-расходные характеристики (НРХ) шнека. Получено выражение, связывающее относительную высоту зазора с потерей напорности цилиндрическим шнеком, а также выражение для нахождения сечения с нулевым градиентом в шнеках с линейно изменяющейся геометрией. На основании результатов моделирования выбрана конструкция шнека с наименьшей чувствительностью к зазору, которая далее используется для моделирования процесса шнек-прессового отжима.

В четвертой главе описаны два эксперимента. В первом определяется вязкость экструдата рапса при различных скоростях сдвига, массовых содержаниях масла и температурах. Во втором эксперименте определяется зависимость коэффициента проницаемости рапса от массового содержания масла и уровня прикладываемого давления.

В пятой главе представлена модель шнек-прессового отжима в интегральных характеристиках. С учетом полученных в главе 4 зависимостей для вязкости и коэффициента проницаемости экструдата рапса, проведено моделирование процесса отжима при различных скоростях сдвига. Представлены общие закономерности построенной модели, определено влияние технологических параметров на процесс отжима. Кроме того, с использованием модели проведен численный эксперимент, на основании которого установлено влияние конструктивных параметров шнек пресса на возможности процесса отжима. Найдены уравнения регрессии, позволяющие определить это влияние и осуществить выбор наилучших параметров шнековых прессов.

Глава 1. Современное состояние проблемы шнек прессового отжима

Технология шнековой экструзии давно зарекомендовала себя как один из широко распространенных способов переработки растительного сырья. Можно выделить два направления использования шнековых экструдеров в этой области, а именно: переработка грубых растительных волокон с целью получения готовых диетических пищевых продуктов и получение растительных масел, представляющих ценность в качестве пищевого продукта и сырья для производства биологического дизельного топлива (биодизеля).

В процессе шнековой экструзии перерабатываемый биополимер подвергается воздействию комплекса факторов, таких как высокое давление, температура, сдвиг, обуславливающих изменение механических свойств сырья и его химического состава [1, 3, 6 - 8, 11, 40, 61 - 63]. Для успешного использования тех�