Совершенствование методов расчета и конструкций фильтрующих лопастных центрифуг

буферный раствор, который готовили следующим образом: 75 мг борной кислоты растворяли в 25 мл дистиллированной воды, добавляли 0,2 мл 1 н. гидроокиси натрия до pH 8,2. Напряжение в ходе анализа устанавливали 12 В. Сила тока была 12 мА, длина волны детектора 254 нм. Время анализа 15 мин. Ввод пробы вели перепадом давления в течение 15 с. Для анализа методом капиллярного электрофореза пробы готовили следующим образом: контрольные и исследуемые спиртовые экстракты отбирали по 0,2 мл пипеткой в микропробирки, добавляли 0,2 мл исходного буфера, предварительно разбавленного дистиллированной водой 1:10, и центрифугировали в течение 4 мин при 6000 об/мин. На первом этапе анализировали неподготовленные образцы водных вытяжек. В

процессе анализа записывали ряд пиков в контроле и образце, пораженном картофельной болезнью. Установлено, что между ними существует разница, но не слишком выразительная. Применение пробоподготовки по указанному способу с целью выделения кислот из водной вытяжки хлеба дало значительно лучший результат. При записи;1 как водных, так и водно-спиртовых вытяжек с последующим ионообменом была хорошо видна разница между больным (кривая /) и здоровым (кривая 2) хлебом (рис. 3, 4 — 2-й и 3-й день после выпечки соответственно). Применение соляной кислоты в качестве разбавителя проб также сыграло положительную роль и позволило улучшить разделение компонентов пробы.

Как следует из рис. 3, на хроматограмме здорового хлеба присутствует всего один пик. Методом хромато-масс-спектрометрии было установлено, что это фумаровая кислота. У больного хлеба кроме этого пика наблюдаются еще три, появляющиеся с 1-го дня развития болезни. Эти же пики остаются на 2-й и 3-й день болезни. Таким образом, анализируя при помощи метода капиллярного электрофореза водные или водно-спиртовые вытяжки из хлеба после ионообмена, можно с высокой точностью диагностировать наличие картофельной болезни на самых ранних стадиях ее развития. Анализируя время появления и высоту пиков, характерных для вытяжек из зараженного хлеба, можно полагать, что они указывают на присутствие в хлебе слизевой кислоты.

Экономичность и быстрота предлагаемого метода делают его более предпочтительным по сравнению с традиционным способом определения зараженности хлеба картофельной болезнью.

ЛИТЕРАТУРА '

1. Молекулярная биология бактерий / / Науч. тр. Куб. гос. мед. ин-та. Т. 57. — Краснодар, 1978. — 190 с.

2. Мирзоева В.А. Бактерии группы сенной и картофельной палочек. — М.: Изд-во АН СССР, 1959. — 176 с.

3. Богатырева Т.Г., Поландова Р.Д. Совершенствование методов диагностики картофельной болезни хлеба / / ЦНИИТЭИхлебопродуктов. —1990. — № 17. — С. 22.

4. Технохимический контроль хлебопекарного производства / К.Н. Чижова. Т.И. Шваркина и др. — М.: Пищевая пром-сть, 1975. — 459 с.

5. Бруштейн А.И. Методы исследования пищевых продуктов. — Киев: Гос. мед. изд-во УССР, 1963. — 642 с.

6. Айвазов Б.В. Практическое руководство по хроматографии. — М.: Высш. школа, 1968. — 372 с.

7. Набнванец Б.И., Мазуренко З.А. Хроматографический анализ. — Киев: Вища школа, 1979. — 263 с.

Кафедра биохимии и технической микробиологии

Поступила 08.12.98

621.928.3.001.2

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА И КОНСТРУКЦИЙ ФИЛЬТРУЮЩИХ ЛОПАСТНЫХ ЦЕНТРИФУГ

классу центрифуг непрерывного действия с инерционной центробежной выгрузкой осадка. В них функционально сочетаются особенности двух различных машин: транспортирующей и разделяющей. При этом движущей силой для транспортирования осадка по рабочей поверхности ротора

С.В. ДАНИЛИН, В.И. РЯБЧЕНКО, М.И. ИЛЬИН

Кубанский государственный технологический университет Санкт-Петербургский институт машиностроения

Фильтрующие лопастные центрифуги ФЛЦ, как и центрифуги с коническим ротором, относятся к

является касательная составляющая центробежной силы инерции.

Первый патент на ФЛЦ для сахарных утфелей был выдан французскому изобретателю Л. Лемону в 1893 г. Практическое применение эти машины нашли в 1940-50-х гг. в угольной и крахмало-па-точной промышленности, а в 1960-х гг. началось их теоретическое и экспериментальное исследование и опробование для других продуктов, в том числе для разделения сахарных утфелей.

Простота конструкции, отсутствие движущихся относительно ротора частей обеспечивают высокую надежность этой машины; непрерывность действия в сочетании с большой площадью фильтрующей поверхности ротора гарантирует высокую производительность и низкие удельные капиталовложения и эксплуатационные затраты; близость центра тяжести ротора к опорам, равномерное распределение суспензии между большим числом лопастей, устойчивое движение продуктов центрифугирования (суспензии и осадка) по лопасти создают динамическую устойчивость ротора, бесшумность и безопасность его в работе.

В силу указанной выше особенности центрифуг с центробежной выгрузкой процесс разделения суспензии на лопасти имеет две стороны: первая — это движение суспензии и осадка до лопасти, вторая — фильтрование суспензии.

Ранние исследования лопастных центрифуг были посвящены преимущественно первой стороне процесса. Применяя модель движения единичной, изолированной материальной точки, под которой подразумевалась частица осадка, из условия равномерного ее движения (основной критерий) находили уравнение профиля рабочей поверхности лопасти РПЛ [1]. В качестве дополнительного критерия эффективности выбранного профиля применяли время центрифугирования, т.е. время пребывания частицы осадка на лопасти, которое для конкретного продукта (суспензии) определяли экспериментально. Остальные конструктивные параметры центрифуги (фактор разделения, размеры ротора, производительность центрифуги и др.) определяли по приближенным теоретическим или эмпирическим зависимостям.

К середине 1980-х гг. стало очевидно, что ’’глубокие и всесторонние теоретические исследования модели движения осредненной дискретной частицы ... исчерпали возможности этой модели” [2].

Многие заявляемые технические решения на конструкцию ФЛЦ были несовершенны, так как поставленные в них цели не достигались.

Все вышеизложенное приводило к тому, что постановка ФЛЦ на промышленное производство проходила длительный цикл конструкторских изменений и доводок, причем иногда на последующей стадии проектирования конструкция машины менялась не в лучшую сторону.

Нами была поставлена задача разработки научно обоснованной методики определения конструктивных параметров ФЛЦ и совершенствования их конструкции с учетом физико-механических свойств исходного продукта (суспензии), заданной производительности и качества осадка.

Для решения этой задачи исследовали вторую сторону процесса центрифугирования, происходящего на лопастях, — фильтрование суспензии. В результате была получена математическая модель [3], учитывающая как конструктивные параметры

ротора — профиль РПЛ и размеры ротора, гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки, так и физико-механические параметры суспензии — концентрацию твердой фазы, вязкость и плотность суспензии и ее жидкой фазы, удельное гидравлическое сопротивление и пористость осадка, а также производительность по суспензии и влажность получаемого осадка.

Нами было исследовано движение осадка по лопасти как сплошной сыпучей среды [4]. Выяснилось, что при условии установившегося, в частности, равномерного движения слоя осадка по РПЛ существует множество профилей, удовлетворяющих этим условиям. Напротив, исследование второй стороны процесса дало возможность найти функцию производительности ФЛЦ от конструктивных параметров ротора [5] и решать задачу определения оптимальных конструктивных параметров ФЛЦ [6], в том числе профиля лопасти. В частности, была установлена возможность проектирования лопастного ротора по 1-му или 2-му типу, которым отвечает профиль, близкий к оптимальному. В качестве основного критерия оптимальности применяется, как правило, достижение центрифугой максимальной производительности при заданном качестве осадка — влажности, чистоте и т.п.

Однако конструктивные параметры лопастного ротора не являются независимыми. Профиль РПЛ обусловлен коэффициентом трения осадка, который, в свою очередь, зависит от скорости скольжения и давления, а следовательно, от размеров и

'идрав- угловой скорости ротора; последняя связана с

вгород- отношением начального и конечного полярных

:успен- радиусов профиля лопасти. Таким образом, дости-

ость и жение оптимальных параметров лопастного ротора

ельное возможно методом постепенного приближения,

ь осад- Для ускорения этого процесса нами разработан

Ізии и алгоритм, блок-схема которого представлена на

рисунке. Условные обозначения: / — коэффици-дка по ент трения осадка; р, и — соответственно давление

ыясни- и скорость скольжения осадка на РПЛ; }]ж —

іастно- динамическая вязкость жидкой фазы; да — влаж-

0 РПЛ ность осадка; — удельная производительность

воряю- центрифуги по суспензии, отнесенная к нормальне вто- ной площади фильтрующей поверхности ротора;

найти Е — средняя напряженность центробежного поля

іструк- ротора; ау — удельное гидравлическое сопротив-

;задачу ление осадка; — гидравлическое сопротивле-

1 пара- ние фильтрующей перегородки лопасти; а0, а, —

к™. В коэффициенты линейной зависимости от £ср;

іпроек- — отношение начального и конечного полярных

і 2-му радиусов профиля лопасти; фт, <Этах — соответст-

[ опти- венно требуемая и максимальная производитель-

опти- ность центрифуги по суспензии; £2 — соответ-

жение ственно уклон профиля лопасти на начальном г, и

ьности | конечном г2 полярных радиусах профиля; Е2 —

р. чис_ напряженность центробежного поля на радиусе г2;

[о] — допускаемое напряжение материала ротора; ртного Ь — ширина лопасти; а) — угловая скорость

р РПЛ ротора; — соответственно коэффициенты

I кото- ширины и шага лопастей.

рльже- Разработанные методы расчета отдельных парадов и метров лопастной центрифуги и алгоритм их опре-

деления составляют единую, научно обоснованную методику расчета параметров центрифуги.

Применение указанной методики при разработке центрифуги модели ФВИ-1061К-03 (диаметр ротора 106 см) для сахарных утфелей и промежуточных кристаллизаций и аффинационных позволило создать машину, по производительности превосходящую в 5 раз первую отечественную лопастную центрифугу модели НВИЛ-1000-03 и в 2,5 раза самую большую в мире центрифугу с коническим ротором (диаметр 132 см) итальянской фирмы Боско (Воэсо) при одинаковом качестве получаемого сахара. Производительность центрифуги модели ФВИ-1061К-03 составляет 16 т/ч по утфелю последнего продукта при стандартной влажности получаемого сахара, т.е. одна центрифуга способна

обслужить сахарный завод мощностью 3600 т свеклы в сутки.

С помощью разработанной методики и найденных технических решений, в частности, применяя одноярусный [7] или многоярусный лопастной ротор [8], можно создавать лопастные центрифуги единичной производительности для сахарных заводов мощностью 6, 9, 12 тыс. т свеклы в сутки, что является недостижимым для центрифуг других типов. Внедрение таких центрифуг сахарную промышленность снизит себестоимость сахара и повысит его конкурентоспособность на внутреннем рынке, способствуя выживанию сахарной отрасли в условиях жесткой рыночной экономики.

выводы

Разработана методика и алгоритм расчета конструктивных параметров фильтрующих лопастных центрифуг, обеспечивающие в совокупности с рациональными техническими решениями достижение заданной единичной производительности центрифуги, способной удовлетворять потребностям сахарного завода любой мощности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ильин М.И. Геометрия роторов неп^ерывнодействующих центрифуг с инерционной выгрузкой / / Тр. Краснодар, политехи, ин-та. Вып. 32, Техн. механика. — 1970. — С. 175-185.

2. Шкоропад Д.Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических производств. — М.: Химия, 1987. — 256 с.

3. Данилин С.В. Математическая модель фильтрования в лопастной центрифуге // Хим. и нефт. машиностроение.

— 1990. — № 10. — С. 8-10.

4. Данилин С.В., Ильин М.И. Построение фильтрующей поверхности лопастной центрифуги с центробежной выгрузкой осадка // Хим. и нефт. машиностроение. — 1978.

— № 3. — С. 24-25.

5. Данилин С.В. Определение производительности центрифуг непрерывного действия / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1993. — № 5-6. — С. 73-75.

6. Данилин С.В. Определение основных конструктивных параметров фильтрующих лопастных центрифуг. — Деп. в АгроНИИТЭИпищепром 18.08.93, № 2539. — 49 с.

7. Пат. 3948780 США МКИ В 04 В 3/00/. Центрифуга для разделения суспензий / М.И. Ильин, Г.М. Чудаков, В.А. Трофимов, А.И. Бойцов, С.В. Данилин.

8. А.с. 422 465 СССР, МКИ В 04 В 3/00, В 04 В 11/02. Центрифуга для разделения суспензий / М.И. Ильин, Г.М. Чудаков, С.В. Данилин.

Кафедра гидравлики и гидравлических машин

Поступила 23.12.98