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

• Автор: Петров, Илья Андреевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Глава 1. Обзор литературы
2. Глава 2. Описание развернутого канала шнека с изменяющейся по
длине геометрией
2.1 Определение геометрии развернутого канала шнека
2.2 Выводы
3. Глава 3. Модель утечек в радиальных зазорах одношнековых
экструдеров
3.1 Постановка задачи течения материала в одношнековом экструдере с
учетом тепломассопереноса в зазоре между корпусом и шнеком
3.2 Изотермическая модель утечек в зазоре одношнекового
экструдера
3.3 Неизотермическая модель утечек в зазоре одношнекового экструдера
3.4 Система уравнений по аксиальной координате. Уравнения в
безразмерных величинах
3.5 Численное решение системы
3.6 Моделирование напорно-расходных характеристик в шнеках с
различной геометрией в изотермическом случае
3.7 Определение влияния массопереносав зазоре на характеристики шнека в неизотермическом режиме на примере переработки рапса
3.8 Проверка адекватности модели
3.9 Выводы
4. Г лава 4. Экспериментальное определение свойств экструдата
рапса
4.1 Определение вязкости экструдата рапса
4.2 Методика проведения эксперимента по определению коэффициента
проницаемости экструдата рапса

4.3 Выводы
5. Модель шнек прессового отжима
5.1 Постановка задачи течения смеси с относительным движением
компонент. Полные уравнения модели в случае трехмерного течения
5.2 Упрощенная модель течения в шнек прессе. Уравнения в
интегральных характеристиках
5.3 Численное решение системы
5.4 Общие закономерности модели
5.5 Численный эксперимент по определению влияния конструктивных и технологических параметров шнек прессана процесс отжима
5.6 Проверка адекватности модели
5.7 Выводы
6. Заключение
7. Литература
8. Приложения
Введение
Актуальность темы исследования. Одним из направлений переработки биополимеров на шнековых 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 шнековых 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.

3. Модель утечек в радиальных зазорах одношнековых экструдеров
3.1 Постановка задачи течения материала в одношнековом экструдере с учетом тепломассопереноса в зазоре между корпусом и шнеком
Рассмотрим течение материала в одношнековом экструдере как совокупность течений в канале шнека и в зазоре между гребнем шнека и внутренней поверхностью цилиндра. Обратим движение, т.е. примем шнек неподвижным, а корпус вращающимся в сторону, противоположную направлению изначального вращения шнека. Такой прием позволяет вывести из рассмотрения переносное движение жидкости вместе со шнеком и рассматривать задачу как стационарную.
Развернем шнек на плоскость, заменив течение в винтовом канале шнека течением в прямой трубе с подвижной верхней стенкой. Течение в зазоре рассмотрим как течение в плоской щели. Для описания течения жидкости в канале шнека и в зазоре используем уравнения (1.1)-(1.5).
Будем рассматривать только шнеки со слабо линейно изменяющейся геометрией, т.е. такие шнеки у которых производная некоторого геометрического параметра по длине шнека мала в сравнении с величиной самого этого параметра. Кроме того, рассматриваемые шнеки всегда будут иметь небольшой угол подъема винтовой линии и глубину канала не более 0.2 от диаметра шнека. Для указанных шнеков течение материала в канале можно считать одномерным и использовать модель с параллельными пластинами [71].
Перерабатываемый материал считается линейной несжимаемой жидкостью, вязкость которой зависит от температуры.