Математичне моделювання процесу фільтрації рослинної олії в зеєрній зоні шнекового пресу

Abstract

UA: У статті розглянуто процес механічного вилучення рослинної олії у шнековому пресі та запропоновано математичний опис фільтраційного відокремлення олії в зеєрній зоні. Вихідною передумовою дослідження є подання олійної сировини як двокомпонентної системи, що складається з твердого пористого каркаса та рідкої фази, яка заповнює його вільний об’єм. Для опису руху рідкої фази застосовано закон Дарсі, а зміна тиску вздовж робочої ділянки преса подана у вигляді експоненціальної залежності. На основі рівняння балансу потоків отримано аналітичні співвідношення, що дають змогу визначити зміну концентрації вільної олії в м’ятці вздовж зеєрної камери, середню концентрацію відфільтрованої фази та продуктивність преса за олією. Встановлено, що зі зростанням тиску у напрямку до виходу з робочої зони інтенсивність фільтрування підвищується, а залишковий вміст олії в макусі зменшується. Запропонована модель може бути використана як для аналізу роботи діючих шнекових пресів, так і на етапі їх проєктування та оптимізації параметрів процесу віджимання. /// EN: Mechanical pressing of oilseeds remains one of the most common methods of obtaining vegetable oil, especially in cases where the relative simplicity of the technological scheme, energy saving and preservation of valuable product components are important. In screw presses, the main technological processes occur under conditions of gradual compaction of the material, pressure increase and filtration separation of the liquid phase through a sieve grid. That is why the efficiency of such equipment is largely determined by the laws of oil movement in a compacted porous medium. The article considers the process of mechanical extraction of vegetable oil in a screw press and proposes a mathematical model of oil filtration in the seer zone. The oil-bearing raw material is represented as a two-component system consisting of a porous solid framework and a liquid phase filling its free volume. Darcy’s law is used to describe the movement of the liquid phase, while the pressure distribution along the working section of the press is assumed to follow an exponential dependence. On the basis of the flow balance equation, analytical relationships were obtained that make it possible to determine the change in the concentration of free oil in the pressed material along the seer chamber, the average concentration of the filtered phase, and the oil productivity of the press. It was established that an increase in pressure toward the outlet of the working zone intensifies the filtration process and reduces the residual oil content in the cake. The proposed mathematical model adequately reflects the physical nature of the processes occurring during oil extraction and can be used both for analyzing the operation of existing screw presses and for designing and optimizing their technological parameters.