ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЕРВИЧНОЙ ОЧИСТКИ НЕФТИ

INVESTIGATION OF THE MATHEMATICAL MODEL OF PRIMARY OIL PURIFICATION

Aruzhan Sabyrova

student, Department of Automation and Control, Gumarbek Daukeev Almaty University of Energy and Communications,

Republic of Kazakhstan, Almaty

Sarsenbek Zhussupbekov

Scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Professor, Gumarbek Daukeev Almaty University of Energy and Communications,

Republic of Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

Разработана математическая модель процесса прессования маслосодержащего сырья одношнековым маслопрессом, позволяющая рассчитать основные конструктивные параметры маслопресса для извлечения масла из семян масличных культур. Данная модель прессования описывает процесс перемещения муки в зоне давления и выдавливания масла в прессовой камере шнекового пресса с учетом следующих допущений: пористый каркас и масло имеют одинаковую плотность, они не имеют химического взаимодействия, процесс фильтрации масла происходит в изотермических условиях с ламинарным условия движения. Разработанная математическая модель соответствует физическому смыслу происходящих явлений и может быть использована как для анализа работы активных прессов, так и на стадии проектирования.

ABSTRACT

A mathematical model of the process of pressing oil-containing raw materials with a single-screw oil press has been developed, which allows calculating the main design parameters of an oil press for extracting oil from oilseeds. This pressing model describes the process of moving flour in the pressure zone and squeezing oil in the press chamber of the screw press, taking into account the following assumptions: the porous frame and oil have the same density, they do not have chemical interaction, the oil filtration process occurs in isothermal conditions with laminar motion conditions. The developed mathematical model corresponds to the physical meaning of the phenomena occurring and can be used both to analyze the operation of active presses and at the design stage.

Ключевые слова: прессование; математическая модель; масличные культуры; тепломассообмен.

Keywords: pressing; mathematical model; oilseeds; heat and mass transfer.

Процесс прессования в течение многих лет был основным процессом прессового метода для производства растительных масел. Сегодня, несмотря на широкое внедрение метода экстракции, он играет важную роль в техническом развитии масложировой промышленности. Текущие работы по процессу экспрессии можно кратко резюмировать следующим образом: Большое внимание было уделено проблемам, связанным с давлением, возникающим во время экспрессии.

Так, теоретические уравнения для распределения давлений в шнековых прессах были предложены Н.Д. Алексеевым, В.А. Масликовым и Д.М. Рубом. Экспериментальные данные о распределении давлений были получены А.А. Медведевым, Г.В. Зарембо и М.Р. Шамсутдиновым. Были предложены эмпирические уравнения, связывающие давление с выходом масла (жмыха). Работа Koo E.S. позволила определить эмпирическое уравнение, связывающее выход нефти с давлением, продолжительностью выражения, вязкостью нефти и ее содержанием в сырье.

Степень влажности семян при дроблении влияет на эффективность опалубки, этот процесс и его математическая модель были изучены [4].

Проведен сравнительный анализ влияния на выход масла из семян дыни, изучены параметры семян при выщелачивании [5].

Изучена кинетика поглощения воды семенами дыни [5]. Данные, представленные в этой статье, будут полезны для проектирования процесса сорбции и оборудования.

Для изучения механизма тепломассообмена при прессовании семян масличных культур (льна, рапса, верблюда, сафлора) была разработана математическая модель процесса (рис. 1). Передача нефтяного сырья происходит в зоне давления I шнекового производства с давлением, необходимым для процесса сцеживания масла. Зона II представляет собой зону фильтрации, где под действием создаваемого давления масло отделяется от шрота с помощью прессовой сепараторной решетки.

Обрабатываемый материал может быть представлен в виде двухкомпонентной системы волокна в виде пористого каркаса и масла, заполняющего его свободное пространство.

Если предположить, что рабочее пространство во второй зоне полностью заполнено сырьем, то по мере повышения давления шнека объем каркаса уменьшается, а объем масла в пространстве вне каркаса увеличивается на ту же величину, что позволяет рассматривать всю двухкомпонентную систему как несжимаемую средний. Очевидно, что давление на выходе из зоны нагнетания будет определять количество "свободной" нефти в сырье, которое будет принято в качестве одного из исходных параметров при математическом описании процесса фильтрации (рис. 2).

Из-за сложности явлений, происходящих во время обработки сырья в зоне прессового сепаратора шнековых прессов, аналитические подходы к математическому моделированию экспрессии масла в общих условиях неприменимы [10, 4]. В связи с этим мы делаем предположения, которые значительно упрощают постановку задачи и позволяют вывести расчетные зависимости, соответствующие физической сути происходящих процессов.

Рисунок 1. Принципиальная схема шнекового пресса: Один - Приемник сырья; два - Шнековый вал; Три - Решетка прессующей клетки; четыре – Выпускное отверстие

Рисунок 2. Влияние давления на коэффициент слива масла

Если производительность пресса установлена на масло, то на основе соотношения можно проверить величину проницаемости нефтяного сырья, а затем и другие параметры процесса фильтрации.

Для расчетов были использованы следующие исходные данные:

• Диаметр прижимной клетки - d 0,07 м;

• Шаг винта - ≈ 0,025 м;

• Высота винтового канала- h 0,008 м;

Рисунок 3. Скорость фильтрации изменяется по длине шнекового канала

Рисунок 4. Изменение содержания масла в шроте по длине шнекового канала

Рисунок 5. Скорость изменения Безразмерной концентрации масла в шроте по длине Шнекового канала

Таким образом, разработанная математическая модель сцеживания масла в шнековом прессе соответствует физическому смыслу явлений и может быть использована для анализа работы прессов, а также их конструкции. Полученные решения были проверены машинным методом на соответствие фактическому процессу прессования. Погрешность расчетных данных от экспериментальных значений по абсолютному значению не превышала 15%.

В результате было установлено, что производительность шнекового масляного пресса зависит от сборки конструктивных параметров шнекового вала, прижимной обоймы и от физико-механических свойств прессуемого материала. Выявлено, что основное количество масла выделяется на первой и второй стадиях прессования сепаратора. Каркас шрота обладает способностью противостоять деформации и уменьшать пористость, что приводит к снижению выхода масла. Таким образом, анализ математической модели и реализация конструктивных решений, которые она обеспечивает, позволят:

- Исключить возможность нагрева камеры электронагревателями из-за действия диссипативных сил;

- Для получения широкого спектра растительных масел из масляного сырья благодаря регулируемому размеру зазора между пластинами;

- Снизить металлоемкость за счет особенности конструкции прижимного сепаратора; - Обеспечить соосность соединения прижимных пластин друг с другом и, как следствие, гарантировать надежность сборки; - интенсифицировать процесс отжима масла из масличных семян за счет выбора оптимальных параметров рабочей камеры и регулируемый зазор для оттока жмыха. - Для регулировки настроек масляного пресса для широкого спектра масличных культур благодаря возможности регулировки зазора между пластинами,

- Для уменьшения количества мякоти в сцеженном масле. Результаты научных исследований окажут влияние на развитие научно-технических и технологических направлений в области создания новых пищевых продуктов с программируемыми свойствами (в том числе лечебного и профилактического действия). Опытно-конструкторская работа, основанная на этих результатах, позволит выявить новые технологические решения в области создания нового технологического оборудования для различных отраслей пищевой промышленности. Разработанные рекомендации и предложения по использованию результатов уже были применены в текущих инновационных проектах по строительству маслопрессов и другого оборудования.

Список литературы:

1. Слюсарев Н.И. Основы разработки нефтяных месторождений. – СПб.: СПГГИ, 2004.
2. Теория автоматического управления. Синтез систем автоматического объектами горного и нефтегазового производства. Методические указания к курсовой работе. – СПб.: СПГГИ, 2010, 58с.
3. Ротач В.Я., Шавров А.В., Бутырев В.Н. Синтез алгоритмов машинного расчета оптимальных параметров систем регулирования // Теплоэнергетика. 1987. № 12 С. 76-79.
4. Ротач В.Я., Шавров А.В., Бутырев В.Н. Синтез алгоритмов машинного расчета оптимальных параметров систем регулирования // Теплоэнергетика. 1987. № 12 С. 76-79.
5. Прокопов А.В. и др. Современное состояние технологий промысловой подготовки газа газоконденсатных месторождений. УДК 622.279.8. // Научно-технический сборник Вести газовой науки. № 3 (23), 2015.