Радченко Н. Л.

Сортировать по умолчанию названию
  • Дослідження процесу гомогенізації в каналі черв’яка з розробкою робочих органів екструдера

    Дослідженню процесу гомогенізації в одночерв’ячному екструдері присвячена значна кількість робіт. Зазвичай для моделювання процесу екструзії розглядається обернена модель черв’яка, яка дозволяє привести задачу до прямокутної системи координат, вважаючи черв’як нерухомим і розгорнутим на площині, а циліндр, також розгорнутий на площині, таким, що рухається відносно каналу черв’яка. При такій постановці задачі вважається, що процес плавлення відбувається зі зняттям плівки розплаву, яка утворюється біля поверхні циліндра. Слід зазначити, що така модель не повністю відповідає дійсності, оскільки в реальному процесі швидкість руху полімеру відносно черв’яка і циліндра буде іншою, крім того, процеси біля поверхні черв’яка, що насправді обертається, умовно переносяться до стінки циліндра. Більшість представлених методик розрахунку припускають наявність поправочних коефіцієнтів і нових розрахункових величин, яких немає в довідниковій літературі. Деякі роботи пропонують теоретико-експериментальний підхід, що потребує наявності бази дослідних даних. Ці методики не знаходять застосування на практиці через зростаючий вибір матеріалів, що переробляються. Останнім часом асортимент полімерів, окрім промислових марок, значно збільшився за рахунок вторинних полімерів, переробка яких стала визначальним пріоритетом галузі у розвинених країнах. Проблема рециклінга полімерів зводиться до питання ефективного очищення домішок з поверхні пластмаси (паперу, клею, дерев’яних чи мінеральних речовин), оскільки наявність навіть їх невеликої кількості призводить до різкої зміни властивостей продукту, що виготовляється. Оскільки якість виробів із вторинної сировини значно відрізняється від якості відповідних виробів із первинної сировини, особливий інтерес являє знаходження оптимальної композиції для виготовлення кінцевого продукту. Введенням наповнювачів у полімер виробу надають необхідної якості (хімічну стійкість, зносостійкість, жорсткість, твердість, теплопровідність, колір і т.п.). Потреба переробки матеріалів, які містять наповнювачі, домішки, вологу, являють собою суміш як високомолекулярних так і низькомолекулярних сполук, вимагає ретельної розробки відповідного обладнання. Робочий орган (черв’як) для переробки вторинних матеріалів зазвичай має у зоні гомогенізації змішуючі елементи (шайби, кулачки, зсувні елементи, тощо) [1]. При проектуванні екструзійного обладнання для переробки вторинної сировини необхідно застосовувати теоретичну модель, яка б дозволила проводити розрахунки з урахуванням змішуючих елементів у зоні гомогенізації, визначати їх геометричні параметри та координату розташування. Метою роботи є розробка математичної моделі процесу та аналітичне дослідження основних енергосилових параметрів процесу гомогенізації при переробці псевдопластичних матеріалів у каналі одночерв’ячного екструдера. Для повного дослідження екструзії, процес доцільно розглядати як сукупність послідовних процесів подачі, плавлення та гомогенізації, побудувавши при цьому загальну математичну модель. Побудова такої моделі дозволить аналізувати процес екструзії із врахуванням взаємного впливу окремих зон. Для побудови такої моделі, на відміну від традиційної плоскопаралельної, процес екструзії розглядатимемо в циліндричній системі координат з нерухомим циліндром і обертовим черв’яком, що відповідає реальному процесу. Розглянуто тризонний екструдер. Для опису зон подачі і плавлення (які передують зоні гомогенізації) застосовано математичні моделі процесів подачі та плавлення, запропоновані д.т.н. Радченко Л.Б [2]. У математичну модель зони гомогенізації додано модуль обчислення зони змішувача-гомогенізатора. Створено два типи моделей: для граничних умов першого та третього роду на стінці циліндра (це обумовлено специфікою процесу: залежно від його перебігу може здійснюватись нагрівання стрічковими електронагрівачами чи охолодження водою, маслом або повітрям). Оскільки наявність змішуючих елементів може призвести до значного збільшення величини дисипації, що може спричинити пригоряння сировини або деструкцію наповнювача, у програмі розрахунку передбачено обчислення величини дисипації, швидкісних та температурних полів. Отже, на базі математичної моделі створено програму розрахунку, яка дозволяє з достатньою точністю розрахувати процес екструзії для різних умов переробки, здійснити підбір оптимальної геометрії та енергосилових параметрів процесу.

    Переглянути
  • ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧА ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА КОРМІВ НА ОСНОВІ ЕКСТРУЗІЙНОЇ ОБРОБКИ

    В ІТТФ НАН України було розроблено технологію отримання пастоподібних кормів на основі сої з використанням екструдера. Застосування даної технології дозволяє скоротити витрати енергії на 30% шляхом суміщення в одному апараті операцій подрібнення термообробки та гомогенізації, а також за рахунок використання теплоти екструзії, що акумулюється в струмені розплаву екструдату для наступної стерилізації компонентів під час змішування. Суть технології полягає у наступному: боби сої з заданим вмістом вологи 12-14% подаються на вхід екструдера, в якому за рахунок обертання шнека маса у вигляді твердої пробки рухається по складній S– подібний траєкторії поступово стискаючись та ущільнюючись з наступним подрібненням. За створюваних умов відбувається перетворення механічної енергії тертя в теплову, у результаті чого температура зростає до 140- 1700 С, а тиск до 50атм. і маса з дисперсно-сипучого стану переходить у в’язкопластичний гелеподібний стан. На виході з матриці відбувається різке зниження тиску, що веде до вибухового скипання перегрітої вологи з суміші і інтенсивного руйнування клітини з її наступною деструкцією. Енергія, що вивільняється із струменю розплаву, використовується для наступної стерилізації компонентів під час їх змішування. Для глибшого розуміння механізму впливу комплексної дії високих температур та вологи в сировині на її структуроутворення, було проведено експерименти, котрі дозволили отримати динаміку зміни температурних полів залежно від початкового вологовмісту рис.1, а також мікроструктуру зразків сої відібраної по зонам екструдера та в матриці рис.2. Результати показали, що в зонах подачі і стискання спостерігається поступове підвищення температур викликане силами тертя між частинками сої та робочим органом екструдера. Починаючи з зони гомогенізації і до зони перед матрицею, відбувається стрибок температур викликаний змінною геометрією шнека. В матриці за рахунок невеликого часу перебування (4-5с.), температура залишається постійною і миттєво знижується тільки на виході з екструдера. Дослідження структури зразків сої показали, що в I і II зонах спостерігається механічне руйнування клітин і лише в зоні гомогенізації відбуваються певні перетворення. Частинки маси під дією зсувних напружень витягуються та переорієнтовуються у напрямку руху зсувних напружень. При цьому відбувається руйнування кристалічної структури та утворення аморфної анізотропної. У матричній зоні (конус) продовжується процес утворення видовжених щільно упакованих агрегатів. На виході з матриці миттєве скидання тиску до атмосферного веде до того, що волога, котра міститься у подрібнених частинках гарячої маси миттєво випаровуючись, екструдері (по функціональним зонам шнека) (при збільшенні 320 св. поле) розриває структуру, а крохмаль знаходячись у в’язкому стані, “карамелизується”, утворюючи зшиту поперечну структуру макромолекул. Також було проведено дослідження амінокислотного та вітамінного складу екструдованої сої в залежності від вмісту вологи і температури обробки. Результати показали, що екструзійна обробка завдяки короткотривалій дії (до 25с.) високих температур не впливає на склад амінокислот. Таким чином, проведені дослідження та розрахунки показали, що використання екструдера дозволяє знизити енерговитрати на 30% і отримати збалансований за складом білків, жирів і вуглеводів корм з тривалим терміном зберігання.

    Переглянути
  • СТАН ПРОБЛЕМИ ОЧИСТКИ ПРОМИСЛОВИХ СТОКІВ

    В Інституті технічної теплофізики НАНУ існує напрямок по вивченню впливу механизмів ДІВЕ на зміну молекулярної структури води. По результатам роботи розроблено новий спосіб, який реалізовано в термовакуумній технології нейтралізації кислого конденсату продуктів згоряння природного газу для використання в комплексі з теплоутилізаторами глибокого охолодження димових газів в газифікованих котельнях. При обробці води за даною технологією відбувається підвищення водневого показника, який визначається надлишковою концентрацією іонів ОН- у воді. Отримані результати можна застосовувати не лише в роботі котельних установок, але і для очистки води в різних галузях промисловості, зокрема, можливе застосування для нейтралізації забруднених промислових стічних вод. По результатам проведеного аналізу виявлено, що в Україні існує серйозна проблема забруднення стічними водами водойм. За офіційними даними за рік централізованими системами водовідведення без очистки у водойми скидається близько 57760000 куб.м стічних вод і з кожним роком ця цифра зростає. Аналіз виявив, що основними джерелами забруднення водойм є підприємства чорної металургії (17,5%), хімічної (14%), целюлозно-паперової (14%), машинобудівної (13%), нафтопереробної (9,5%), харчової (9,5%), кольорової металургії (7,5%), легкої (3%) та транспортної (12%), яка включає залізничний, авто і авіатранспорт. Вивчення особливостей роботи кожної із галузей, а також особливостей фізико-хімічного складу утворюваних в процесі виробництва стоків дозволило скласти перелік галузей і підприємств, в яких розроблений нами метод та установка може потенційно застосовуватись. Зокрема, це підприємства хімічної промисловості, теплоенергетика, харчова (пивоваріння, лікеро-горілчана та виноробна), а також виробництво ліків. Технологія також може застосовуватись в комплексі з вже працюючим очисним обладнанням.

    Переглянути
  • ЗАСТОСУВАННЯ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ КАВІТАЦІЇ В МАСООБМІННИХ ПРОЦЕСАХ ПРИ ОТРИМАНІ ПАЛИВНИХ ЕМУЛЬСІЙ

    Комплексне вирішення проблеми зниження вартості і підвищення екологічної безпеки палив здійснюється в напрямку створення їх нових видів з нетрадиційних джерел сировини і впровадження нових технологічних процесів. Метою роботи є дослідження інтенсифікації масообміну в системі рідина-рідина при використанні гідродинамічної кавітації. Згідно основ теорії руйнування краплин в турбулентному потоці конструкція турбулізуючих елементів (кавітаторів) повинна забезпечувати генерування кавітаційних бульбашок в каверні за ними. При турбулентних пульсаціях виникає втрата сферичної стійкості і, як наслідок, колапс кавітаційних бульбашок, що супроводжується утворенням кумулятивних мікрострумин, масштабних пульсацій, сукупна кінетична енергія яких приводить до утворення емульсії з заданим діаметром краплин. Дослідження процесу масообміну в апаратах з кавітатором, а також конструктивних та гідродинамічних характеристик, фізико-хімічних властивостей паливних емульсій проводили на експериментальному стенді, що має циліндричну робочу камеру діаметром 200 мм, висотою 300 мм і об’ємом 10 л, насос вакуумний, електропривід, трьохлопатевий кавітатор, закріплений на валу, що кріпиться через муфту до вихідного валу електропривода і підйомний механізм. В роботі досліджено трьохлопатеві кавітатори з кроковим відношенням 0,5; 0,8; 1,0. Експерименти проводили при кавітаційній течії рідини зі швидкістю за кавітатором від 6,5 до 8,5 м/с. Результати дослідження показують, що в експериментах під вакуумом з використанням кавітатора з кроковим відношенням 1,0 та часом обробки 20 с, діаметр краплин становить 2-5 мкм. Одержані математичні залежності для розрахунку кавітаторів, гідродинамічного опору апарата, режиму і швидкості кавітаційної течії потоку, необхідних для досягнення заданого розміру краплин. Визначена повна споживана потужність на отримання паливної емульсії з попередньо заданими фізико- хімічними властивостями.

    Переглянути
  • ВПЛИВ МЕХАНІЗМІВ ДИСКРЕТНО-ІМПУЛЬСНОГО ВВЕДЕННЯ ЕНЕРГІЇ НА ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ

    В Інституті технічної теплофізики НАН України в межах наукового направлення дискретно-імпульсного введення енергії (ДІВЕ) проводяться дослідження впливу високочастотних гідродинамічних коливань (ВЧГДК), адіабатичного закипання, миттєвого скидання тиску, кавітаційних та колективних ефектів в ансамблі бульбашок на властивості води і водних систем [1,2]. Метою роботи є визначення впливу механізмів дискретно-імпульсного введення на фізико-хімічні параметри води і водних систем з метою подальшого застосування їх в теплотехнологіях харчової, фармацевтичної та енергетичної промисловості. Дослідження впливу ВЧГДК у поєднанні з дією напружень зсуву на властивості води і водно-спиртової суміші проводились з використанням роторно-пульсаційного апарату. Робочий вузол апарата представляє систему ротор-статор-ротор з міжциліндровим зазором 100 мкм. В результаті обробки отримано воду з корегованим хімічним складом та покращеними органолептичними характеристиками. Аналогічні результати отримано при обробці водно-спиртової суміші, особливе підвищення органолептичних параметрів спостерігалось при накладенні на потік ВЧГДК від 180 до 220 коливань.Дослідження впливу вибухового закипання, кавітаційних та колективних ефектів в ансамблі бульбашок пов’язаних з миттєвим скиданням тиску проводились з використанням апарату адіабатичного закипання. Встановлено вплив величини перегріву ∆Т ( - умова за якої відбувається процес адіабатичного закипання) на фізико-хімічні і мікробіологічні параметри артезіанської води Київського та Чернігівського регіонів. Вода після обробки зазначеним методом відповідає вимогам встановленим до питних вод. При комплексній обробці води ВЧГДК, що викликають напруження зсуву до 235,5 Па та миттєвим скиданням тиску (без адіабатичного закипання) встановлено підвищення водневого показника і корекція фізико-хімічних параметрів. Такий метод обробки запропоновано використовувати для нейтралізації кислого конденсату, що утворюється в результаті згорання газу в опалювальних і промислових котельнях. Запропонована обробка води дозволяє корегувати фізико-хімічні та мікробіологічні параметри води різного призначення, що свідчить про глибокий вплив дії механізмів ДІВЕ. Отримані результати, ґрунтуються на численних експериментальних дослідженнях, проведених в лабораторних і промислових умовах, що дозволяє стверджувати про їх достовірність.

    Переглянути
  • ВПЛИВ МИТТЄВОГО СКИДАННЯ ТИСКУ НА ВЛАСТИВОСТІ ВОДНИХ СИСТЕМ

    В Інституті технічної теплофізики НАН України в межах наукового напрямку дискретно-імпульсного введення енергії проводяться роботи по дослідженню механізмів ДІВЕ на властивості водних систем. Дискретно- імпульсне введення енергії (ДІВЕ) - це безреагентний метод обробки середовищ, суть якого полягає у створенні умов, що забезпечують при локальному введенні енергії в технологічну систему, її дискретний розподіл у просторі і імпульсну дію в часі. В даному випадку енергія, що вводиться у систему може бути в різноманітних формах - теплова, механічна, електрична, електромагнітна та ін. Поняття дискретності полягає у розподілі стисливої фази за рахунковим числом точок технологічного об`єму, а імпульсність - у реалізації умов, при яких навколо цих точок виникають градієнти або розриви значень технологічних параметрів (тиску, швидкості, температури, концентрації і т.п.). Технологія ДІВЕ може бути реалізована як в багатофазних, так і в однофазних системах, які в свою чергу, додатково можуть трансформуватись під дією ДІВЕ в багатофазні. При цьому, одна з вихідних фаз повинна бути істотно більш стисливою у порівнянні з іншими. Для досягнення даних умов використовуються механізми пов’язані з прискоренням руху неперервної фази, збурення міжфазної поверхні в газорідинних бульбашкових середовищах, скиданням тиску, адіабатичним закипанням, дією напружень зсуву, локальною турбулентністю, кавітацією та ін. [1,2]. напружень зсуву величина яких знаходиться в межах 219,8 …. 235,5 Па, за умови що неперервною фазою є вода [3]. Проведений комплекс досліджень свідчить про суттєвий вплив механізмів ДІВЕ на зміну фізико-хімічних, органолептичних параметрів води на її дисперсність та мікроструктуру сухого залишку. Результати експериментальних досліджень представлено у табл. 1.

    Переглянути
  • Дослідження процесу гомогенізації в каналі черв’яка з розробкою робочих органів екструдера

    Дослідженню процесу гомогенізації в одночерв’ячному екструдері присвячена значна кількість робіт. Зазвичай для моделювання процесу екструзії розглядається обернена модель черв’яка, яка дозволяє привести задачу до прямокутної системи координат, вважаючи черв’як нерухомим і розгорнутим на площині, а циліндр, також розгорнутий на площині, таким, що рухається відносно каналу черв’яка. При такій постановці задачі вважається, що процес плавлення відбувається зі зняттям плівки розплаву, яка утворюється біля поверхні циліндра. Слід зазначити, що така модель не повністю відповідає дійсності, оскільки в реальному процесі швидкість руху полімеру відносно черв’яка і циліндра буде іншою, крім того, процеси біля поверхні черв’яка, що насправді обертається, умовно переносяться до стінки циліндра. Більшість представлених методик розрахунку припускають наявність поправочних коефіцієнтів і нових розрахункових величин, яких немає в довідниковій літературі. Деякі роботи пропонують теоретико-експериментальний підхід, що потребує наявності бази дослідних даних. Ці методики не знаходять застосування на практиці через зростаючий вибір матеріалів, що переробляються. Останнім часом асортимент полімерів, окрім промислових марок, значно збільшився за рахунок вторинних полімерів, переробка яких стала визначальним пріоритетом галузі у розвинених країнах. Проблема рециклінга полімерів зводиться до питання ефективного очищення домішок з поверхні пластмаси (паперу, клею, дерев’яних чи мінеральних речовин), оскільки наявність навіть їх невеликої кількості призводить до різкої зміни властивостей продукту, що виготовляється. Оскільки якість виробів із вторинної сировини значно відрізняється від якості відповідних виробів із первинної сировини, особливий інтерес являє знаходження оптимальної композиції для виготовлення кінцевого продукту. Введенням наповнювачів у полімер виробу надають необхідної якості (хімічну стійкість, зносостійкість, жорсткість, твердість, теплопровідність, колір і т.п.). Потреба переробки матеріалів, які містять наповнювачі, домішки, вологу, являють собою суміш як високомолекулярних так і низькомолекулярних сполук, вимагає ретельної розробки відповідного обладнання. Робочий орган (черв’як) для переробки вторинних матеріалів зазвичай має у зоні гомогенізації змішуючі елементи (шайби, кулачки, зсувні елементи, тощо) [1]. При проектуванні екструзійного обладнання для переробки вторинної сировини необхідно застосовувати теоретичну модель, яка б дозволила проводити розрахунки з урахуванням змішуючих елементів у зоні гомогенізації, визначати їх геометричні параметри та координату розташування. Метою роботи є розробка математичної моделі процесу та аналітичне дослідження основних енергосилових параметрів процесу гомогенізації при переробці псевдопластичних матеріалів у каналі одночерв’ячного екструдера. Для повного дослідження екструзії, процес доцільно розглядати як сукупність послідовних процесів подачі, плавлення та гомогенізації, побудувавши при цьому загальну математичну модель. Побудова такої моделі дозволить аналізувати процес екструзії із врахуванням взаємного впливу окремих зон. Для побудови такої моделі, на відміну від традиційної плоскопаралельної, процес екструзії розглядатимемо в циліндричній системі координат з нерухомим циліндром і обертовим черв’яком, що відповідає реальному процесу. Розглянуто тризонний екструдер. Для опису зон подачі і плавлення (які передують зоні гомогенізації) застосовано математичні моделі процесів подачі та плавлення, запропоновані д.т.н. Радченко Л.Б [2]. У математичну модель зони гомогенізації додано модуль обчислення зони змішувача-гомогенізатора. Створено два типи моделей: для граничних умов першого та третього роду на стінці циліндра (це обумовлено специфікою процесу: залежно від його перебігу може здійснюватись нагрівання стрічковими електронагрівачами чи охолодження водою, маслом або повітрям). Оскільки наявність змішуючих елементів може призвести до значного збільшення величини дисипації, що може спричинити пригоряння сировини або деструкцію наповнювача, у програмі розрахунку передбачено обчислення величини дисипації, швидкісних та температурних полів. Отже, на базі математичної моделі створено програму розрахунку, яка дозволяє з достатньою точністю розрахувати процес екструзії для різних умов переробки, здійснити підбір оптимальної геометрії та енергосилових параметрів процесу.

    Переглянути
  • ЛІНІЯ ГРАНУЛЮВАННЯ ВТОРИННИХ ПОЛІМЕРІВ НА БАЗІ ДИСКОВОГО ЕКСТРУДЕРА

    Метою роботи є проектування лінії для гранулювання вторинних полімерів на основі дискового екструдера. Спроектована лінія дозволить регранулювати попередньо подрібнені вторинні полімери з отриманням гранул розміром 3x5 мм, які в подальшому використовуються як сировина для екструзійних процесів. В роботі спроектовано дисковий екструдер. Виконані необхідні параметричні розрахунки та розрахунки на міцність, представлені математичні моделі, алгоритми і програми розрахунку, та зроблено висновки. Наведено список використаної літератури. Обґрунтовано модернізацію дискового екструдера шляхом зміни конфігурації гільзи та диска екструдера. Внаслідок цього збільшилась продуктивність установки на 5 % та підвищилась ступінь гомогенізації розплаву полімеру. Розрахунковий економічний ефект становить 42 тис. грн. на рік. Проведено патентний пошук та встановлено, що конструкція дискового екструдера є патентноздатною. Проведено аналіз шкідливих та небезпечних виробничих факторів, що можуть виникнути при роботі лінії та аналіз щодо забезпечення вимог охорони праці. Розроблено та обґрунтовано схему автоматизованого керування лінією. Розроблено технологію виготовлення диска та пристрій для свердління отворів. Виконано креслення лінії, схема автоматичного регулювання, дискового екструдера, диска, дискової головки, корпуса, гільзи, черв'яка, головки стренгової, решітки гранулюючої.

    Переглянути