У процесах розробки і моделювання пресового обладнання важливим є правильний вибір реологического рівняння течії пресованої маси, яке впливає на об'ємну продуктивність маслопресса. Робота спрямована на дослідження реологічних характеристик течії мезги соняшнику при надмірному тиску в діапазоні від 980 до 2 700 Па, швидкості зсуву від 1-10 с-1, з оцінкою впливу температури в діапазоні від 28 до 45 ° С і олійності мезги в діапазоні 40-56%. Для вирішення поставлених завдань застосовувався метод сплайн-інтерполяції. За допомогою математичного апарату і експериментальних даних встановлено, що величина пластичної в'язкості мезги соняшнику відповідає в'язкості олії, що підтверджує висунуте припущення o присутності Бінгамовской реологии. Наявність структуроутворення мезги зафіксовано експериментальними даними. Визначено, що межа плинності мезги лінійно змінюється в залежності від тиску і олійності. вплив температури характеризується зниженням пластичної в'язкості від 0,0985 до 0,0917 Па • сек для мезги при надмірному тиску 1,8 кПа. Даний ефект позитивно впливає на процес пресування, формуючи тонкий прикордонний шар олійної плівки при контакті мезги з корпусом пресового устаткування, і покращує вихід масла. Збільшення олійності мезги характеризується зниженням величини граничного напруження зсуву з 28,5 до 27,11 Па, що призводить до зниження навантаження на процес пресування. Отримані параметри інженерної моделі дозволяють прогнозувати реологию в'язкопластичного течії мезги соняшнику в широкому діапазоні швидкостей зсуву в каналах шнекового преса і можуть бути використані для оптимізації процесу холодного і гарячого віджиму олій.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Шорстко Іван Олександрович, Худяков Дмитро Андрійович


Sunflower mesh rheological properties analysis during pressing with varying temperature, pressure and oil content

The correct choice of the rheological equation of the pressed mass flow affecting the capacity of the oil press is of great importance in the processes of development and modeling of press equipment. This work investigates the rheological characteristics of the sunflower oilseeds mash flow under conditions of hydrostatic overpressure in the range from 100 to 2 700 Pa, shear rate from 1-10 s-1, with an assessment of the effect of temperature in the range from 28 to 45 ° С. Spline interpolation has been used to solve these tasks. Using the mathematical apparatus and experimental data it has been found that the plastic viscosity of the sunflower mash corresponds to the viscosity of vegetable oil, which confirms the assumption of the Bingham rheology put forward in this work. The presence of structure formation of the pulp has been recorded by the experimental data. It has been determined that the yield point of the mash varies linearly with the hydrostatic pressure and the oil content of the material. The effect of temperature is characterized by decreasing of the plastic viscosity of the test material from 0.0985 to 0.0917 Pa • s for samples with a 1.8 kPa hydrostatic overpressure. The effect positively influences the pressing process, forming a thin boundary layer of the oil film upon contact of the material with the press equipment body and improves the oil yield. The increase in the material oil content is characterized by decreasing in the value of the yield strength of the material from 28.5 to 27.11 Pa, which leads to a reduction in the load of the pressing process. The obtained parameters of the engineering model make it possible to predict the rheology of the viscoplastic flow of sunflower pulp in a wide range of shear rates in the channels of the auger press and can be used to optimize the process of cold and hot pressing of vegetable oils.


Область наук:

  • хімічні технології

  • Рік видавництва: 2019


    Журнал: Вісник Мурманського державного технічного університету


    Наукова стаття на тему 'Аналіз реологічних властивостей мезги соняшнику в процесі пресування з варіацією температури, тиску і олійності'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз реологічних властивостей мезги соняшнику в процесі пресування з варіацією температури, тиску і олійності»

    ?УДК 664.3.033.8

    Аналіз реологічних властивостей мезги соняшнику в процесі пресування з варіацією температури, тиску і олійності

    І. А. Шорстко *, Д. А. Худяков

    * Кубанський державний технологічний університет, м Краснодар, Росія; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5804-7950, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Інформація про статтю Надійшла до редакції 17.07.2018; отримана після доопрацювання 23.07.2019

    Ключові слова: в'язкопластичний протягом, модель Бінгама, тиск, температура, олійний

    для цитування

    реферат

    У процесах розробки і моделювання пресового обладнання важливим є правильний вибір реологического рівняння течії пресованої маси, яке впливає на об'ємну продуктивність маслопресса. Робота спрямована на дослідження реологічних характеристик течії мезги соняшнику при надмірному тиску в діапазоні від 980 до 2 700 Па, швидкості зсуву від 1-10 з з оцінкою впливу температури в діапазоні від 28 до 45 ° С і олійності мезги в діапазоні 40-56%. Для вирішення поставлених завдань застосовувався метод сплайн-інтерполяції. За допомогою математичного апарату і експериментальних даних встановлено, що величина пластичної в'язкості мезги соняшнику відповідає в'язкості олії, що підтверджує висунуте припущення про присутність Бінгамовской реологии. Наявність структуроутворення мезги зафіксовано експериментальними даними. Визначено, що межа плинності мезги лінійно змінюється в залежності від тиску і олійності. Вплив температури характеризується зниженням пластичної в'язкості від 0,0985 до 0,0917 Па-сек для мезги при надмірному тиску 1,8 кПа. Даний ефект позитивно впливає на процес пресування, формуючи тонкий прикордонний шар олійної плівки при контакті мезги з корпусом пресового устаткування, і покращує вихід масла. Збільшення олійності мезги характеризується зниженням величини граничного напруження зсуву з 28,5 до 27,11 Па, що призводить до зниження навантаження на процес пресування. Отримані параметри інженерної моделі дозволяють прогнозувати реологию в'язкопластичного течії мезги соняшнику в широкому діапазоні швидкостей зсуву в каналах шнекового преса і можуть бути використані для оптимізації процесу холодного і гарячого віджиму олій.

    Шорстко І. А. та ін. Аналіз реологічних властивостей мезги соняшнику в процесі пресування з варіацією температури, тиску і олійності. Вісник МГТУ. 2019. Т. 22, № 3. С. 395-403. Б01: 10.21443 / 1560-9278-2019-22-3-395-403.

    Sunflower mesh rheological properties analysis during pressing with varying temperature, pressure and oil content

    Ivan A. Shorstkii *, Dmitry A. Khudyakov

    * Kuban State University of Technology, Krasnodar, Russia; ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5804-7950, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Article info

    Received 17.07.2018; received in revised 23.07.2019

    Key words: viscoplasticity flow, Bingham model, pressure, temperature, oil press

    For citation

    Abstract

    The correct choice of the rheological equation of the pressed mass flow affecting the capacity of the oil press is of great importance in the processes of development and modeling of press equipment. This work investigates the rheological characteristics of the sunflower oilseeds mash flow under conditions of hydrostatic overpressure in the range from 100 to 2 700 Pa, shear rate from 1-10 s with an assessment of the effect of temperature in the range from 28 to 45 ° C. Spline interpolation has been used to solve these tasks. Using the mathematical apparatus and experimental data it has been found that the plastic viscosity of the sunflower mash corresponds to the viscosity of vegetable oil, which confirms the assumption of the Bingham rheology put forward in this work. The presence of structure formation of the pulp has been recorded by the experimental data. It has been determined that the yield point of the mash varies linearly with the hydrostatic pressure and the oil content of the material. The effect of temperature is characterized by decreasing of the plastic viscosity of the test material from 0.0985 to 0.0917 Pas for samples with a 1.8 kPa hydrostatic overpressure. The effect positively influences the pressing process, forming a thin boundary layer of the oil film upon contact of the material with the press equipment body and improves the oil yield. The increase in the material oil content is characterized by decreasing in the value of the yield strength of the material from 28.5 to 27.11 Pa, which leads to a reduction in the load of the pressing process. The obtained parameters of the engineering model make it possible to predict the rheology of the viscoplastic flow of sunflower pulp in a wide range of shear rates in the channels of the auger press and can be used to optimize the process of cold and hot pressing of vegetable oils.

    Shorstkii, I. A. et al. 2019. Sunflower mesh rheological properties analysis during pressing with varying temperature, pressure and oil content. Vestnik of MSTU, 22 (3), pp. 395-403. (In Russ.) DOI: 10.21443 / 1560-9278-2019-22-3-395-403.

    Вступ

    Виробництво рослинних масел безперервно зростає останні 20 років. Основними способами отримання соняшникової олії є пресування з використанням маслопресів і пресування з подальшим процесом екстрагування. Маслопреси підрозділяються на Одношнекові і двушнековие, одноразового і багаторазового пресування, холодного і гарячого віджимання. Велика кількість вітчизняних і зарубіжних робіт направлено на пошук оптимальної геометрії маслопресів, зокрема шнекового вала, геометрії витків і зеерной камери (Осепаяек ег а1., 2009 року; Uitterhaegen ег а1. 2017; Гукасян і ін., 2018; Кошовий і ін., 2004). Одним із завдань є вивчення та аналіз основних реологічних властивостей досліджуваного олійного матеріалу, без знання яких неможливий розрахунок обладнання, його витратно-напірних характеристик.

    Мета роботи - дослідження реологічних властивостей мезги соняшнику з оцінкою впливу температури, тиску і олійності. У зв'язку з цим дослідження реологічних характеристик проводиться при різних показниках тиску, температури і олійності, близьких до умов виробничого циклу.

    матеріали та методи

    Як об'єкт дослідження використовували олійний матеріал - мезгу соняшнику, взяту з виробничого циклу маслозаводу. Лузжистість мезги соняшнику перебувала в межах 10%. Вихідна масличность становила 56,0%.

    Для аналізу ефективної в'язкості мезги як одного з основних реологічних властивостей використовували ротаційний віскозиметр Fungilab One Pro (Fungilab, Spain) з циліндричним шпинделем L4. Швидкість зсуву в процесі вимірювання перебувала в діапазоні від 1 до 10 с-1. Вибір ротаційного способу вимірювання заснований на можливості вимірювання в'язкості як ньютонівських, так і неньютоновскіх (Inglett et al., 2014; Akbulut et al., 2008), т. Е. Істинних і структурованих середовищ. Для оцінки впливу тиску осередок віскозиметра була обладнана гідравлічною системою регульованого надлишкового тиску на ротор віскозиметра (рис. 1). Під дією сили тяжіння поршень натискав на досліджувану масу. Величину надлишкового тиску визначали як різб = Fg / S, де Fg - сила тяжіння, Н; S - площа поршня, м2. Зазор між ротором і поршнем становив 2 мм. Для мінімізації величини похибки вимірювань з і без гідравлічної системи зняття показників ефективної в'язкості з приладу проводили з триразовою повторністю. Оцінку достовірності експериментальних даних виконували за допомогою аналізу показника дисперсії і середнього абсолютного відхилення. Для зміни температури осередок віскозиметра була обладнана гнучким змійовиком, в який подавалася гаряча вода від термостата. Осередок разом зі змійовиком перебувала в корпусі з пінопласту для забезпечення рівномірного прогріву мезги за обсягом. Для зміни олійності мезгу піддавали попередньою механічному віджиму на гідравлічному пресі, ретельно перемішували і направляли в вимірювану осередок віскозиметра. Таким чином, експериментальне дослідження ефективної в'язкості мезги проводили з варіацією значень надлишкового тиску в діапазоні від 980 до 2 700 Па, температури в діапазоні від 28 до 45 ° С і олійності мезги при значеннях 40,48,5 і 56%.

    Мал. 1. Схема лабораторної осередку віскозиметра (а) і мікрофотографія мезги соняшнику: п - олійна плівка, про - оболонка олійної клітини, г - кулька масла при збільшенні ><600 (б) Fig. 1. Setup scheme of the viscometer chamber (a) and SEM-image of heat-moisture treated sunflower mash

    ><600: п - oil film, o - cell skin, г - oil globule (б)

    Результати та обговорення

    Реологічні властивості мезги соняшнику

    Структура реологічних потоків в шнеку маслопресса в значній мірі визначається вибором реологического рівняння течії, яке впливає на об'ємну продуктивність маслопресса. При аналізі мікрофотографії мезги на її поверхні чітко видно глобули масла (Г) в затемненій і світлої зонах, а також олійна плівка (П), виражена у вигляді світлих

    однорідних ділянок (рис. 1, б). Оболонка олійних клітин (О) представлена ​​у вигляді закільцьованих світлих волокон, оточуючих олійну клітку. У стані спокою мезга являє собою пухку коагуляционную структуру. Зчеплення між дисперсними частинками відбувається в основному за рахунок вільного масла, що виділився в результаті влаготепловой обробки. Таким чином контактують частки мезги утворюють каркас в нерухомій маслянистої плівці, зчеплений зі стінками шнекового каналу. Типовий графік ефективної в'язкості для мезги олійністю 56% при Т = 28 ° С и надлишковому тиску 1 805 Па представлений в осях цеф (ефективна в'язкість) - у (швидкість зсувної деформації) (рис. 2).

    Мал. 2. Залежність ефективної в'язкості від швидкості зсувної деформації мезги

    при надмірному тиску 1,8 кПа Fig. 2. Effective viscosity and share rate dependence at 1.8 kPa overpressure

    Як видно з представленого графіка реометріческіх кривих, при збільшенні швидкості зсуву ефективна в'язкість монотонно знижується, що підтверджує висунуте припущення про структуроутворенні мезги. З огляду на, що ефективна в'язкість, що реєструється на ротаційному віскозиметрі, являє собою відношення напруги до швидкості зсуву ц =, справили

    обробку первинних даних реологічних властивостей на прикладі мезги олійністю 56% при надмірному тиску 1,8 кПа (табл. 1).

    Таблиця 1. Реологія структуроутворення мезги, що надходить в маслопресс Table 1. Rheology of the structure formation of the mash entering the oil press

    Швидкість зсуву у, рад / сек Напруга зсуву т, Па Інженерна модель tr, Па Бінгамовская модель тлін, Па Невязка інженерної моделі (т - tr) / t Невязка Бінгамовской моделі (т - Тлін) / т Довірчий інтервал 8т / т

    10,47 27,75 27,75 27,75 0,0% 0,0% 0,6%

    5,24 27,41 27,43 27,43 0,1% 0,1% 0,8%

    3,14 27,03 27,02 27,30 0,0% 1,0% 2,6%

    2,09 26,54 26,52 27,24 0,1% 2,6% 4,6%

    1,05 25,13 25,14 27,18 0,0% 8,1% 4,0%

    Для апроксимації даних табл. 1 використовували линеаризацию вихідних показників реологічних властивостей в зворотних величинах: ^; X. У цьому випадку модельна залежність кривої течії мезги в маслопресса може бути представлена ​​в наступному вигляді:

    1

    V

    (Y>) = -H, (1)

    bo

    де Ь0, Ь - коефіцієнти лінійної апроксимації зворотних величин кривої течії мезги в каналі маслопресса: Ь0 = 0,0356 Па1 і ь1 = 0,0043 Гц / Па.

    З огляду на, що вимірюється ефективна в'язкість пов'язана з процесами структуроутворення при збільшенні швидкості зсуву, дана в'язкість прагне до ньютонівської. Для оцінки виду цього структуроутворення побудували графік залежності напруги зсуву від швидкості зсуву мезги в осях "швидкість зсувної деформації" - "напруга зсуву" (рис. 3). На першій стадії перебігу структурованого потоку мезги зовнішні частки ковзають по стінках каналу, а зі збільшенням швидкості зсуву - по олійної плівці.

    Мал. 3. Залежність напруги зсуву від швидкості зсуву мезги при надмірному тиску 1,8 кПа Fig 3. Share stress and share rate dependence of oilseed mesh at 1.8 kPa hydrostatical overpressure

    Інженерна модель течії мезги, представлена ​​рівнянням (1), дозволяє визначити граничні значення реологічних властивостей за рахунок побудови асимптоти напруги зсуву визначається наступним співвідношенням:

    т. = й [* R (Y)] = у.

    (2)

    Для уточнення параметрів інженерної моделі течії (1) необхідна гладка функціональна залежність у вигляді сплайн апроксимації, заданої в точках графіка (рис. 3) залежно на відрізку [а = 1,05; Ь = 10,47] Гц, розбитому на частини yi (табл. 1). Для апроксимації використовували кубічний сплайн дефекту 1, що представляє собою функцію, яка:

    • на кожному відрізку є многочленом ступеня не вище третьої;

    • має безперервні першу і другу похідні на всьому відрізку [а, Ь];

    • в експериментальних точках виконується рівність сплайна інтерполюючої функції. Для однозначного завдання сплайна накладаємо додаткові вимоги на кордонах сплайна: т "(а) = т" (Ь) = 0. У цьому випадку, відповідно до теореми Шенберга - Уїтні про умови існування інтерполяційного сплайна, існує тільки один сплайн т ^ у), що задовольняє перерахованим вище умовам. Тоді інтегральна відносна нев'язка пробної інженерної функції реологічних властивостей мезги може бути представлена ​​у вигляді цільової функції Z (b0,

    Z (bo, b) = J

    т д (у) - T s (y) '

    . ТR (y) .

    dy.

    (3)

    Мінімізація функціоналу (3) дозволила уточнити параметри інженерної моделі в порівнянні з їх квазилинейной аппроксимацией (Ь0 = 0,0356 Па1 і Ь = 0,0043 Гц / Па). Реалістичне рівняння течії, характерне для маслопресса в процесі вилучення олії з мезги, визначається інтервалом швидкостей зсуву: від 5 до 11 рад / сек. У цьому випадку для визначення реологічних параметрів течії мезги в каналі шнека найбільш реалістичним рівнянням течії є ідеально-пластична модель Бінгама:

    Т (У) = Т 0 + Ц п

    • Y,

    (4)

    де т0 - межа плинності; ЦПЛ - пластична в'язкість. Параметри рівняння (4) можуть бути визначені на основі лінійної апроксимації в зазначеному інтервалі швидкостей зсуву з урахуванням знайденої асимптоти (2) з параметрів інженерної моделі (1). З графіків лінійних апроксимацій (рис. 3) випливає, що т0 = 27,113 Па; ЦПЛ = 0,06 Па-сек для мезги соняшнику. Уточнюючи початкове наближення цих параметрів для швидкостей зсуву використовуваних в процесах пресування мезги в маслопресса

    2

    а

    використовували інтегральну відносну невязку ідеально-пластичної моделі Бінгама (4) щодо інженерної функції реологічних властивостей мезги:

    (Т0пл) = I

    Ч Y) - т (Y) "т R (Y) .

    d'y.

    (5)

    Мінімізація функціоналу (5) дозволила уточнити параметри ідеально-пластичної моделі Бінгама щодо інженерної реологічні функції (т0 = 27,07 Па; ЦПЛ = 0,06 Па-сек).

    Вплив надлишкового тиску на реологічні властивості мезги соняшнику

    Дані експерименту по визначенню впливу надлишкового тиску на реологічні властивості мезги представлені на графіку в осях цеф (ефективна в'язкість) - у (швидкість зсувної деформації) при різних значеннях надлишкового тиску (рис. 4).

    50000

    ! 40000

    про 30000

    про «

    s -

    S 10000

    про

    \\

    - p = 981 Па p = 1 805 Па ^^ p = 2700 Па

    w

    I.I.I. 1 i 1

    0 2 4 6 8 10

    Швидкість сдвиговой деформації у, з "1

    Мал. 4. Залежність ефективної в'язкості від швидкості зсувної деформації мезги при надмірному тиску 981, 1 805 і 2 700 Па Fig. 4. Effective viscosity and share rate dependence of mash at 981, 1 805 and 2 700 Pa overpressure

    Для визначення впливу надлишкового тиску на параметри Бінгамовской реологічні моделі провели статистичний аналіз коефіцієнтів лінійної апроксимації експериментальних даних (рис. 4), що показав залежність тільки граничної напруги зсуву в'язкопластичного матеріалу від надлишкового тиску. Для визначення цієї залежності був проведений регресійний аналіз впливу надлишкового тиску на межу плинності, результати якого представлені у вигляді лінійної регресійної залежності (рис. 5).

    Fig.

    Мал. 5. Залежність напруги зсуву від швидкості зсувної деформації (зліва) і напруги зсуву від надлишкового тиску (праворуч) 5. Share stress and share rate dependence (left), share stress and hydrostatical overpressure dependence (right)

    2

    5,2

    Як видно з представлених даних (рис. 5), максимальне напруження зсуву лінійно змінюється в залежності від надлишкового тиску. Апроксимація рівняння течії в рамках бінгамовской реологічні моделі з урахуванням встановленого впливу надлишкового тиску може бути представлена ​​наступною залежністю:

    т (у, р) = (0,0216 • р + 5,198Ра) + (0,06 • Ра • л) • у (6)

    і дозволяє ідентифікувати протягом пластичного шару як масляної плівки на кордоні поршневого течії мезги.

    Вплив олійності на реологічні властивості мезги

    Дані експерименту представлені на графіку на осях цеф (ефективна в'язкість) - у (швидкість зсувної деформації) (рис. 6).

    25000

    про

    Сб

    з

    2

    ^ 20000

    § 15000 про? го 00

    63

    ? юооо -

    про

    • в- 5000

    сг)

    Про -'- 1-1-1-1-1-1-1-1-1-

    0 2 4 6 8 10

    Швидкість сдвиговой деформації у, з "1 Рис. 6. Залежність ефективної в'язкості від швидкості зсувної деформації мезги при олійності 56, 48,5 і 40% при надмірному тиску 1 805 Па Fig. 6. Effective viscosity and share rate dependence of mash at 56 , 48.5 and 40% oil content at 1 805 Pa overpressure

    Для оцінки впливу олійності мезги на параметри Бінгамовской реологічні моделі провели статистичний аналіз коефіцієнтів лінійної апроксимації експериментальних даних (рис. 6), що показав залежність тільки межі текучості і ефективної в'язкості від олійності мезги. Зниження олійності призводить до збільшення енергії, що витрачається пресування і, як наслідок, збільшення температури мезги і тиску на матрицю маслопресса. Наявність вільних масел у вигляді плівки на поверхні мезги забезпечує потужний змазує ефект (Ho et al., 2000). Крім того, наявність навіть 1% масла на поверхні мезги забезпечує стабілізацію і нормалізацію процесу пресування, що говорить про важливість процесу влаготепловой обробки. З графіків лінійних апроксимацій для мезги олійністю M = 40, 48,5 та 56% визначені параметри рівняння (4), які занесені в табл. 2. При цьому значення пластичної в'язкості, що характеризують наявність олійної плівки, добре узгоджуються зі значеннями в'язкості соняшникової олії (Stanciu, 2014 року).

    Таблиця 2. Параметри рівняння Бінгама для мезги різної олійності Table 2. Bingham equation parameters for sunflower mesh for different oil content

    Олійність, M (%) Межа плинності, т0 (Па) Пластична в'язкість, ЦПЛ (Пас)

    40 28,5 0,0428

    48,5 27,52 0,0541

    56 27,113 0,0603

    З урахуванням встановленого впливу олійності мезги реологическая модель може бути представлена ​​наступною залежністю:

    т (у, М) = (-0,0873 • М + 31,917Ра) + (0,001099 • М - 0,0005 • Ра • л) • у. (7)

    Вплив температури на реологічні властивості мезги

    Практичний інтерес представляє вивчення впливу температури на реологічну модель течії мезги соняшнику. У процесі пресування температура мезги може досягати 140 ° С. Зміна реологічних властивостей мезги при різних температурних режимах відбувається за рахунок

    просторово-температурних структурних змін в обсязі мезги, а також завдяки динамічному процесу структуроутворення. У зв'язку з цим процес попереднього нагрівання мезги є важливим підготовчим етапом, що впливає на ефективність процесу пресування.

    На рис. 7 представлені графічні дані експерименту в осях цеф (ефективна в'язкість) -у (швидкість зсувної деформації) при варіації температури.

    Мал. 7. Залежність ефективної в'язкості від швидкості зсувної деформації мезги при температурі 301, 311 і 318 К (зліва) і залежність натурального логарифма ефективної

    в'язкості від зворотної температури Fig. 7. Effective viscosity and share rate dependence of mash at 301, 311 and 318 K (left) and temperature ramp

    dependence on natural logarithm of effective viscosity

    Визначення енергії активації і оцінка впливу температури на реологічні властивості мезги здійснювалися за допомогою рівняння Френкеля - Ейрінгом:

    E -

    V = A exP (l ±) • Y-

    R1

    (8)

    де А - предекспоненціальний множник (Пас), Еа - енергія активації (Джмоль-1), Я - універсальна газова постійна (8,314 Джмоль-1К-1), Т - термодинамічна температура (° К), у - числове значення швидкості деформації; п - темп руйнування структури.

    В умовах експерименту швидкість деформації у - величина постійна, практично не залежить від температури, тому для визначення енергії використовувалося рівняння Арреніуса:

    E

    u = A exp (-). RT

    (9)

    Прологаріфміровав рівняння (9), отримали

    Е 1

    ВД = Ьф ") + т.

    Ввівши позначення: у = 1п (ц); а = 1п (ЦДА); Ь = Еа / Я; х = 1 / Т, отримали лінеаризоване рівняння у = а + Ьх. Визначили коефіцієнти а і Ь, і розрахували предекспоненціальний множник А і енергію активації Е а. Для прогнозування граничного напруження зсуву мезги була зроблена спроба визначити вид функціональної кривої від температури шляхом приведення останньої до лінійного вигляду. Завдання вирішувалася шляхом вибору полулогарифмической шкали (рис. 7). Проаналізувавши отримані графічні залежності в полулогарифмических шкалах, можна зробити висновок, що для даної залежності може бути застосовано рівняння (9). За тангенсу кута нахилу цієї прямої визначається енергія активації процесу.

    На підставі математичної обробки експериментальних залежностей 1п (ц) від 1 / Т визначені енергія активації і предекспоненціальний множник. Прямолінійний вид залежності 1п (ц) від 1 / Т свідчить про утворення зв'язків одного виду флуктуаційної сітки. Модельне рівняння течії в рамках бінгамовской реологічні моделі з урахуванням встановленого впливу температури може бути представлено наступною залежністю:

    e 21 19

    ц = A exp (-) = -1,98 • exp ().

    (10)

    ЯГ ЯГ

    Енергія активації мезги для швидкості деформації 3,14 з1 становить 21,19 кДж / моль, предекспоненціальний множник А = -1,98 Па.

    n

    висновки

    З огляду на той факт, що ефективна в'язкість мезги відповідає в'язкості олії (Stanciu, 2014 року), що входить до складу цього в'язкопластичного матеріалу, отримали підтвердження Бінгамовской реологии мезги соняшнику. Як видно з представлених даних, графік консистенції є бінгамовскую в'язкопластичні рідина.

    Проведені експериментальні дослідження показали наявність структуроутворення мезги, що надходить в маслопресс. При збільшенні швидкості зсуву ефективна в'язкість знижується. Консистенція мезги відповідає Бінгамовской реологии. Встановлено, що межа плинності мезги соняшнику лінійно змінюється в залежності від величини надлишкового тиску, а отримана залежність т (у, р) дозволяє ідентифікувати протягом пластичного шару як масляної плівки на кордоні поршневого течії мезги. Вплив зростання олійності мезги на реологію течії характеризується зниженням величини граничного напруження зсуву мезги з 28,5 до 27,11 Па, яке сприяє зниженню навантаження на процес пресування.

    Структурно механічні та енергетичні властивості мезги соняшнику залежать від ряду факторів: компонентного складу мезги і температурних режимів обробки. Вплив температури характеризується зниженням пластичної в'язкості мезги від 0,0985 до 0,0917 Пасік для зразків при надмірному тиску 1,8 кПа. Таким чином, отримані параметри інженерної моделі дозволяють прогнозувати реологию в'язкопластичного течії мезги соняшнику в широкому діапазоні швидкостей зсуву в каналах маслопресса.

    Подяки

    Дослідження виконано за фінансової підтримки РФФД в рамках наукового проекту № 18-3800448.

    бібліографічний список

    Гукасян А. В., Кошовий О. П., Косачев В. С., Шорстко І. А. Дослідження реології олійного матеріалу при екструзії обробці // Известия вищих навчальних закладів. Харчова технологія. 2018. № 1. С. 83-87. Кошовий Е. П., Косачев B. C., Меретуков З. А. Теоретичний розгляд деформування матеріалу на виході екструдера // Известия вищих навчальних закладів. Харчова технологія. 2004. № 5-6. С. 86-88.

    Akbulut M., Coklar H. Physicochemical and rheological properties of sesame pastes (tahin) processed from hulled and unhulled roasted sesame seeds and their blends at various levels // Journal of Food Process Engineering. 2008. Vol. 31, N 4. P. 488-502. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.2007.00162.x. Ilo S., Schoenlechner R., Berghofe E. Role of lipids in the extrusion cooking processes // Grasas y Aceites. 2000. Vol. 51, N 1-2. P. 97-110.

    Inglett G. E., Chen D., Liu S. X., Lee S. Pasting and rheological properties of oat products dry-blended with ground chia seeds // LWT - Food Science and Technology. 2014. Vol. 55, N 1. P. 148-156. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2013.07.011. Ocenasek J., Voldfich J. Mathematical modelling of biogenous filter cake and identification of oilseed material

    parameters // Applied and Computational Mechanics. 2009. Vol. 3. P. 339-350. Stanciu I. The study rheological behavior of sunflower oil // International Research Journal of Pure and Applied

    Chemistry. 2014. Vol. 4, N 5. P. 531-540. DOI: https://doi.org/10.9734/irjpac/2014/9586. Uitterhaegen E., Evon P. Twin-screw extrusion technology for vegetable oil extraction: A review // Journal of Food Engineering. 2017. Vol. 212. P. 190-200. DOI: https://doi.org/10.1016/jjfoodeng.2017.06.006.

    References

    Gukasyan, A. V., Koshevoj, Е. P., Kosachev, V. S., Shorstky, I. А. 2018. The rheology of oilseed material

    during extrusion processing. Food Technology, 1, pp. 83-87. (In Russ.) Koshevoj, E. P., Kosachev, V. S., Meretukov, Z. A. 2004. Theoretical consideration of material deformation at

    the extruder outlet. Food technology, 5-6, pp. 86-88. (In Russ.) Akbulut, M., Qoklar, H. Physicochemical and rheological properties of sesame pastes (tahin) processed from hulled and unhulled roasted sesame seeds and their blends at various levels. 2008. Journal of Food Process Engineering, 31 (4), pp. 488-502. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.2007.00162.x. Ilo, S., Schoenlechner, R., Berghofe, E. 2000. Role of lipids in the extrusion cooking processes. Grasas y

    Aceites, 51 (1-2), pp. 97-110. Inglett, G. E., Chen, D., Liu, S. X., Lee, S. Pasting and rheological properties of oat products dry-blended with ground chia seeds 2014. LWT - Food Science and Technology, 55 (1), pp. 148-156. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2013.07.011.

    Ocenasek, J., Voldfich, J. 2009. Mathematical modelling of biogenous filter cake and identification of oilseed

    material parameters. Applied and Computational Mechanics, 3, pp. 339-350. Stanciu, I. 2014. The study rheological behavior of sunflower oil. International Research Journal of Pure and

    Applied Chemistry, 4 (5), pp. 531-540. DOI: https://doi.org/10.9734/irjpac/2014/9586. Uitterhaegen, E., Evon, P. 2017. Twin-screw extrusion technology for vegetable oil extraction: A review. Journal of Food Engineering, 212, pp. 190-200. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2017.06.006.

    Відомості про авторів

    Шорстко Іван Олександрович - вул. Московська, 2, м Краснодар, Росія, 350072; Кубанський державний технологічний університет, Інститут машинобудування і автосервісу, канд. техн. наук, доцент; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5804-7950

    Ivan A. Shorstkii - 2 Moskovskaya Str., Krasnodar, Russia, 350072; Kuban State University of Technology, Institute of Machinery and Service, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її., ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5804-7950

    Худяков Дмитро Андрійович - вул. Московська, 2, м Краснодар, Росія, 350072; Кубанський державний технологічний університет, Інститут машинобудування і автосервісу, магістрант; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Dmitry A. Khudykov - 2 Moskovskaya Str., Krasnodar, Russia, 350072; Kuban State University of Technology, Institute of Machinery and Service, Master's Degree Student; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


    Ключові слова: в'язкопластичні ПРОТЯГОМ /МОДЕЛЬ Бінгама /ТИСК /ТЕМПЕРАТУРА /Маслопреси /VISCOPLASTICITY FLOW /BINGHAM MODEL /PRESSURE /TEMPERATURE /OIL PRESS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити