Л., 1981. 172 с. 2. Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения. СПб., 2007. 560 с. 3. Матвеенко В.Н., Кирсанов Е.А. Вязкость и структура дисперсных систем // Вестник Московского университета.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
УДК 63385478

ББК 4214

Р
-
40


Шорсткий Иван Александрович
,

аспирант кафедры факультета
маш
и
ностроения и автосервиса ФГБОУ ВПО Кубанский государственный
технол
о
гический университет; тел 8861 275
-
22
-
79;

Кошевой Евгений Пантелеевич
, доктор технических

наук, профессор,
з
а
ведующий кафедрой т
ехнологического оборуд
о
вания и систем жизнеобеспечения
ФГБОУ ВПО Кубанский государственный технологический универс
и
тет;
350072, г
Кра
с
нодар, ул Московская, 2, тел 8861275
-
22
-
79;

Косачев Вячеслав Степанович
, док
тор
технических наук, профессор, профессор
кафедры т
ехнологического оборудов
а
ния и систем жизнеобеспечения
ФГБОУ ВПО
Кубанский государственный технологический университет;
350072, г

Красн
о
дар, ул
Московская, 2, тел 8861275
-
22
-
79;

Меретуков Заур Айд
амирович
, доктор технических наук, доцент, зав
е
дующий
кафедрой строительных и общепрофе
с
сиональных дисциплин
ФГБОУ ВПО Майкопский
государственный технологический университет
, 385000, Респу
б
лика Адыгея, г Майкоп,
ул Первомайская, 191, тел 8877252
-
55
-
34
.


РЕОЛОГИЯ СУПЕНЗИИ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ СЕМЯН

ПОДСО
Л
НЕЧНИКА В ЭТАНОЛЕ

рецензирована


Целью работы является анализ и определение реологических характер
и
стик
суспензии измельченных семян подсолнечника в этаноле для разрабатыва
е
мой зеленой
технологии произво
дства растительных м
а
сел

Ключевые слова семена подсолнечника, этанол, реология, подготовка с
ы
рья


Shorstky Ivan Alexandrovich
, post graduate student of the Faculty of Engineering and Service
of FSBEI HPE Kuban State Tecnoloical University;

tel.: 8
(861) 275
-
22
-
79;

Koshevoy Eugenii Panteleevich
,

Doctor of Technical Sciences, professor, head of the
Department of Tecnoloical Equipment and Life Support Systems of FSBEI HPE Kuban State
Tecnoloical University, 350072, Krasnodar, 2 Moscow Str,


tel.: 8 (861) 275
-
22
-
79;

Kosachev Vyacheslav Stepanovich
, Doctor of Technical Sciences, professor, professor of
te Department of Tecnoloical Equipment and Life Support Systems of FSBEI HPE Kuban
State Tecnoloical University, 350072, K
rasnodar, 2 Moscow Str.,

tel.: 8 (861) 275
-
22
-
79;

Meretukov Zaur Aydamirovich
,

Doctor of Technical Sciences, associate profe
s
sor, head
of the Department of Construction and General Professional Disciplines of FSBEI HPE
Maikop State Tecnoloical Universit
y, 385000, te Republic of Adyea, Maikop, 191
Pervomayskaya str.,


tel.: 8 (8772) 52
-
55
-
34.


RHEOLOGY OF THE SUSPENSION OF CRUSHED


(Reviewed)


The aim of the research has been the analysis and determination of rheological
char
acteristics of the suspension of crushed sunflower seeds in ethanol for the deve
l
oped reen
tecnoloy for te production of veetable oils



Связь между структурой и вязкостью д
исперсных систем установлена в работах
[15] с учетом особенностей неньютоновского течения суспензий на о
с
нове изменения
их структуры, связанной с возникновением и разрушением агр
е
гатов частиц Известны
также достаточно успешные попытки описать снижение вя
зкости с ростом скорости в
рамках моделей течения, где существование агрег
а
тов не допускается [6] До настоящего
времени среди исследователей не сущес
т
вует единой точки зрения о механизме течения
дисперсных систем, о чем свид
е
тельствует обилие предлагаемых

реологических моделей
Общая структурная особенность неньютоновских жидкостей состоит в присутствии
единиц течения, размеры которых намного превышают размеры молекул жидкости Таким
обр
а
зом, вязкая жидкость рассматривается как сплошная дисперсионная среда
, а л
ю
бые
частицы


как дисперсная фаза Ситуация осложняется тем, что частицы при
взаимодействии между собой образуют некие агрегаты, групп
и
ровки, те система
становится структурированной

В экспериментальных исследованиях, выполненных на кафедре технол
о
гии жиров
КубГТУ, динамическую вязкость изм
е
ряли на вискозиметре
Brookfild

LVDV
-
II

производства
Brookfild

Engineering

Laboratories

США Методика эк
с
перимента
иссл
е
дуемый образец помещали в ячейку, снабженную рубашкой, соединенной с
термостатом, после

чего в образец погружали шпиндель, диаметр которого соответствовал
предпол
а
гаемому значению вязкости анализируемого образца Измерения проводили при
различных значениях скорости сдвига и те
м
пературах в нескольких повторностях
Заданные температуры образца

контрол
и
ровались при п
о
мощи датчика температуры

Для определения зависимости
вязкости 
η
)

от скорости сдвига и
с
пользуем данные
со спиртовой суспензией измельченных семян подсолнечника при ра
з
личных скоростях
сдвига в
таблице 1

из нескольких повторностей м
инимальные и максимальные зн
а
чения


Таблица
1

-

Вязкость спиртовой суспензии измельченных семян подсолнечника

в зависимости от скорости сдвига


Скорость сдвига, 1/с

Вязкость, Па*с при
50% спирта 23
0
С


min

max

0,29

10,9

13,3

0
,58

4,8

6,6

1,16

1,8

3,3

1,45

1

2

2,9

0,7

0,9

5,8

0,3

0,3

14,5

0,1

0,2

29

0,1

0,1

Скорость сдвига, 1/с

Вязкость, Па*с при
50% спирта 50
0
С


min

max

0,29

5,66

9,21

0,58

2,64

3,65

1,16

1,21

2

1,45

0,7

1,26

2,9

0,43

0,69

5,8

0,25

0,34

14,5

0,16

0,18

29

0,15

0,18

Скорость сдвига, 1/с

Вязкость, Па*с при
30% спирта 23
0
С


min

max

0,29

21,4

98,2

0,58

8,2

45,8

1,16

4,8

21,0

1,45

3,9

18,1

2,9

2,1

9,1

5,8

1,6

4,4

14,5

1,0

1,6

29

0,7

0,8

Для описания сдвигового течения дисперсных систем обычно

используют
функциональную зависимость между эффекти
в
ной вязкостью
(
η
),

напряжением сдвига
(
τ
)

и скоростью сдвига 
, связанных между с
о
бой феноменологическим уравнением



(
1
)

где
τ
y



предельное напряжение сдвига

Таким образом, большинство известных уравнений течения может быть получено
из уравнения

(
1
)
, выбором соответс
т
вующих показателей степеней 
n
 и 
m
)

[7
-
9].
Учитывая степенную зависимость между этими показателям
и, экспер
и
ментальные данные
были логарифмированы по вязкости в среде инженерных ра
с
четов
MathCAD
:



(
2
)


(
3
)


(
4
)

Затем логарифмированные значения вязкости

(
2
)
,
(
3
)
и
(
4
)

были аппрокс
и
мированы
куб
и
ческими сплайнами


(
5
)


(
6
)


(
7
)


(
8
)


(
9
)


(
1
0
)

Что позволило получить гладкую функциональную зависимость вязкости от
скорости сдвига в широком диапазоне этих скоростей

(
5
  
10
)
 Качество п
о
лученных
сплайн аппроксимаций наглядно представлено в виде следующих гр
а
фических
зав
и
симостей


а


б


в


г


Рисунок
1
.
Функциональные зависимости вязкости от скорости сдвига и температуры а
min

при изменении концентрации при 23
0
С;

б
max

при изменении концентрации при 23
0
С;

в
min

при изменении температуры пр
и 50%;

г
max

при изменении температуры при 50%

Значение предельного напряжения сдвига

τ
y

определяли по функционал
ь
ным
з
а
висимостям вязкости от скорости сдвига, используя известную формулу,
связ
ы
вающую эффективную вязкость, напряжение и скорость сдвига




(11)

Используя гладкую функциональную зависимость вязкости от скорости сдвига в
широком диапазоне этих скоростей, на основе полученных сплайн аппро
к
симаций
определили зависимость напряжения сдвига по следующим форм
у
лам



(12)

где
τ
s
,
η
s



со
ответствующие сплайн интерполяции напряжения сдвига и вязкости,
полученные по экспериментальным данным

Используя непрерывную аппроксимацию исходной функции заданной
ан
а
литическим выражением
(
1
)

при построении аппроксимир
ующей функции во
з
можно
требовать минимальности отклонения функций
(12)

от функции
(
1
)

на н
е
прерывном
множестве точек скоростей сдвига от 0,29

сек
-
1

до 29сек
-
1
 Такой инт
е
гральный вид
аппроксимации позволяет для наилучшего пр
и
ближения требовать, чтобы во вс
ех точках
некоторого отрезка отклонения аппроксимирующей фун
к
ции от функции было по
а
б
солютной величине меньше заданной величины, так называемого среднеквадратичного
приближение, для которого наименьшее зн
а
чение имеет величина


(13)

Целевая функция
(13)

позволяет определить функциональную зависимость между
эффективной вязкостью 
η
, напряжен
и
ем сдвига 
τ
 и скоростью сдвига 
, определяя
τ
y



предельное напряжение сдвига в виде степенной зависим
о
сти с показателями
степеней при соотв
етствующих велич
и
нах напряжения сдвига 
τ
)


m

и скоростью сдвига 
)


n
 В этом случае функция
(
1
)

равномерно пр
и
ближает функции
τ
s
3023
max

и
τ
s
3023
min

на
интервале скоростей сдвига от 0,29

сек
-
1

до 29

сек
-
1
.
Потребовав обращ
е
ния в ну
ль частных
производных целевой функции
(13)

по параметрам
n
,
τ
y
,
m

определяющим функцию

(
1
)
,
получили уравнения
, позв
о
ляющие найти наилучшие в ук
а
занном смысле значения этих
параметров


(14)

г
де
dZ
n
3023
,
dZ
τ
3023
,
dZ
m
3023



частные производные целевой
функции

(13)
, которые
обращаются в ноль по параметрам
n

=

6,8984
,
τ
y

=

0,7960
,
m

=

6,8984

условие
экстремума

В дальнейшем найденные значения использовали как начальные прибл
и
жения для
определения минимумов целевых функций


(15)


(16)

г
де
Z
5023
,
Z
5
050



целевые функции аппроксимации уравнения
(1)

при 50% спи
р
та, 23
0
С и
50
0
С соответственно

Минимизируя целевые функции

(13)
,
(15)
и
(16)

по параметрам
,

получили
следующие квадрати
ч
ные оценки 
таблица
2).

Таблица 2
-

Параметры уравнения
(
1
)

для спиртово
й суспензии измельченных семян
подсолнечника в зависимости от концентрации спирта и температуры


Концентрация спирта, %

Температура,
0
С

n

τ
y

m

30

23

6,8984

0,7960

6,8984

50

23

2,3823

0,0098

2,3823

50

50

7,3414

0,2805

7,3
414

Регрессионный анализ данных
этой аппроксимации позволил получить л
и
нейные
регрессионные уравнения

(17)
,
(18)
параметров уравнения
(
1
)

относител
ь
но концентрации
спирта и температуры спиртовой суспензии измельченных с
е
мян подсолне
ч
ника



(17)



(18)

Как видно из представленных данных

(17)
,
(18)
изменения концентрации спирта в
суспензии 
φ
,

% и температуры 
t
,

0
С оказывают существенное вли
я
ние на
реологические характеристики спиртовой суспензии измельченных семян
подсолнечник
а Следовательно, найденные регрессионные уравнения необход
и
мо
учитывать для расчета течения этой суспензии Подставляя найденные зн
а
чения

(17),
(18)

в уравнение
(
1
)

получим с учетом
(12)

следующую обобщенную реологическую
характеристику спиртовой суспензи
и измельченных семян по
д
солне
ч
ника


(
1
9)

г
де


(20)


Таким образом, получена зависимость напряжения сдвига спиртовой су
с
пензии
измельченных семян подсолнечника от скорости сдвига, концентрации спирта и
температуры этой суспе
н
зии

Выводы

Использование
кубических сплайнов
(
5
1
0
)

позволяет описать
эксп
е
риментальные данные в широком диапазоне скоростей сдвига, температур и
концентраций фаз в виде гладких функциональных зависимостей
(20)

и 20, что делает
возможным их дальнейшее использование как для изу
чения структур
и
рованности
спиртовой суспензии измельченных семян подсо
л
нечника, так и для инженерных
ра
с
четов реологии течения этой системы

Подтверждение

Данная работа выполнена по федеральной целевой программе Исслед
о
вание и
разработки по приоритетным н
аправл
е
ниям развития научно
-
технологи
-
ческого
комплекса России на 2014
-
2020 годы Уникальный идентификатор прикладных
н
а
учных исследований проект
RFMEF
157714
X
0046.


Литература

1 Бибик ЕЕ Реология дисперсных систем монография Л, 1981 172 с

2 Ма
лкин АЯ, Исаев АИ Реология концепции, методы, приложения СПб, 2007
560 с

3.
Матвеенко ВН, Кирсанов ЕА Вязкость и структура дисперсных систем //
Вестник
Московского университета Сер 2 Химия 2011 Т 52, №4 С 243
-
276.

4 Методы решения диф
ференциальных уравнений гидродинамики / ЗА
Меретуков [и др] // Новые технологии 2012 Вып 1 С 36
-
41.

5 Мошев ВВ, Иванов ВА Реологическое поведение концентрир
о
ванных
неньютоновских суспензий М, 1990 88 с

6 Овчинников ПФ, Круглицкий НН,
Михайлов НВ Реология тиксото
п
ных
систем Киев, 1972 122 с

7 Урьев НБ, Потанин АА Текучесть суспензий и порошков М, 1992 256 с

8 Урьев НБ Физико
-
химические основы технологии дисперсных систем и
материалов М
., 1988. 256
с
.

9. International C
ongress on Green Extraction of Natural Products. GENP L F Avignon,
France,
2013.
April
.
Р
.
16
-
17.


References:

1.
Bibik E.E. Rheology of disperse systems, L., 1981.172 p.

2. Malkin A.J., Isayev A.I. Rheology: concepts, methods, and applications. SPb., 2007
.

560 p.

3. Matveenko V.N., Kirsanov E.A. Viscosity and structure of the dispersed sy
s
tems//
-
276.

4. Methods for solving differential equations of hydrodynamics/ Meretukov Z.A
.
[and
oth.] //New
technologies. Maikop,
2012 № 1 P 36
-
41.

5. Moshev V.V., Ivanov V.A. Rheological behavior of concentrated Non
-
Newtonian
suspensions. M., 1990.88 p.

6. Ovchinnikov P. F., Kruglitsky N.N., Mikhailov N.V. Rheology of thixotropic systems.
Kiev, 1972.122 p.

7. Uriev N.B., Potan
in A.A. Fluidity of suspensions and powders. M., 1992. 256 p.

8. Uriev N.B. Physical and chemical bases of technology of disperse systems and
mat
e
rials. M., 1988.256 p.

9. International Congress on Green Extraction of Natural Products. GENP F Avignon,
Fra
nce, 2013. April. P. 16
-
17.




Приложенные файлы

  • pdf 36552524
    Размер файла: 388 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий