Simulation of screw–press oil extraction as a set of two processes: incompressible viscous mixture flow and fluid filtration in porous medium
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.3.31Keywords:
screw extrusion machine, extraction, extrusion, permeability coefficient, rape, rape oil, mathematical modelAbstract
A model of oil extraction with a screw extruder has been developed in terms of integral characteristics. The model considers the process of oil extraction as a set of two processes: the flow of viscous mixture and the filtration of the liquid component in the processed material. The design of numerical experiment has been worked out in accordance with an orthogonal central composite design. Simulation of rapeseed oil extraction has been carried out for different parameters of the screw extruder using the experimentally obtained dependence of the rape permeability coefficient on oil concentration and pressure level of the extruder. The coefficients of regression equations have been found for the functions of oil output, specific energy and residual mass oil concentration. The effects of the geometrical parameters of the extruder and the rotational speed of the screw on the values examined have been estimated.
Downloads
References
Скульский О.И. Численное моделирование одночервячных экструдеров // Пластические массы. – 1997. – № 8. – С. 39-43. (Skul’skiy O.I. Numerical modeling of single-screw extruders // International Polymer Science and Technology. – 1998. – V. 25, N. 4. – P. 91-95).
2. Скульский О.И., Славнов Е.В. Диффузия влаги при экструзионной переработке увлажненного зерна // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2008. – Т. 1, № 2. – С. 74-80. DOI
3. Славнов Е.В., Шакиров Н.В., Судаков А.И., Бузмакова С.В. Определение эффективного коэффициента фильтрации двухкомпонентной смеси // АВУ. – 2008. – № 9. – С. 58-60.
4. Славнов Е.В., Коробов В.П. Изменение наноструктуры зерна озимой ржи в результате экструзии // Доклады Россельхозакадемии. – 2010. – № 5. – С. 49-53. (Slavnov E.V., Korobov V.P. Change in the nanostructure of winter rye grain as a result of extrusion // Russian Agricultural Sciences. – 2010. – V. 36, N. 5. – P. 384-387.) DOI
5. Корякина М.А. Оптимизация параметров шнека экструдера для получения рапсового масла // Известия ОГАУ. – 2011. – Т. 3, № 31-1. – С. 71-74.
6. Корякина М.А. Повышение эффективности работы одношнекового экструдера на основе структурно-параметрического синтеза для прессования семян рапса: Автореф. дис. канд. тех. наук. – Оренбург, Оренбургский государственный университет, 2011. – 19 с.
7. Barnes E.C., Wilson D.I., Johns M.L. Velocity profiling inside a ram extruder using magnetic resonance (MR) techniques // Chem. Eng. Sci. – 2006. – V. 61, N. 5. – P. 1357-1367. DOI
8. Зубкова Т.М. Параметрический синтез технологических объектов с использованием программных средств // Вестник ОГУ. – 2006. – № 5. – С. 150-157.
9. Chen Z., Ikeda K., Murakami T., Takeda T. Drainage phenomenon of pastes during extrusion // J. Mater. Sci. – 2000. – V. 35, N. 10. – P. 2517-2523. DOI
10. Roussel N., Lanos C. Particle fluid separation in shear flow of dense suspensions: experimental measurements on squeezed clay pastes // Appl. Rheol. – 2004. – V. 14, N. 5. – P. 256-265. DOI
11. Mascia S., Patel M.J., Rough S.L., Martin P.J., Wilson D.I. Liquid phase migration in the extrusion and squeezing of microcrystalline cellulose pastes // Eur. J. Pharm. Sci. – 2006. – V. 29, N. 1. – P. 22-34. DOI
12. Славнов Е.В. Изменение проницаемости масличных культур в процессе отжима масла на примере экструдата рапса // Доклады Россельхозакадемии. – 2013. – № 3. – С. 58-60.
13. Славнов Е.В., Петров И.А., Судаков А.И. Динамика отжима масла из деформируемого пористого массива (эксперимент) // Труды XVII Зимней школы по механике сплошных сред, 28 февраля-3 марта, Пермь, 2011. – Пермь–Екатеринбург: ИМСС УрО РАН, 2011. – 1 CD-ROM.
14. Славнов Е.В., Петров И.А. Изменение вязкости экструдата рапса в процессе отжима масла // Аграрный вестник Урала. – 2011. – № 6. – С. 42-44.
15. Янков В.И., Боярченко В.И., Первадчук В.П. Переработка волокнообразующих полимеров: В семи томах. Том II. Течение полимеров в шнековых насосах. – Москва–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. – 998 с.
16. Раувендааль К. Экструзия полимеров. – СПб.: Профессия, 2010. – 768 с.
17. Ландау Л.Д. Лифшиц Е.М. Гидродинамика. – М.: Наука, 1986. – 736 с.
18. Справочник инженера машиностроителя / Под ред. Н.С. Ачеркана. – М.: ГНТИ «Машгиз», 1956. – Т. 2. – 562 с.
19. Anferov S.D., Skulskiy O.I., Slavnov E.V. Mathematical model of rape oil extrusion extraction // Journal of International Scientific Publications: Ecology & Safety. – 2012. – V. 6, Part 2. – P. 81-87. (URL: http://www.scientific-publications.net/download/ecology-and-safety-2012-2.pdf).
20. Финни Д. Введение в теорию планирования экспериментов. – М.: Наука, 1970. – 288 с.
###
Skul’skij O.I. Cislennoe modelirovanie odnocervacnyh ekstruderov // Plasticeskie massy. - 1997. - No 8. - S. 39-43. (Skul’skiy O.I. Numerical modeling of single-screw extruders // International Polymer Science and Technology. - 1998. - V. 25, N. 4. - P. 91-95).
2. Skul’skij O.I., Slavnov E.V. Diffuzia vlagi pri ekstruzionnoj pererabotke uvlaznennogo zerna // Vycisl. meh. splos. sred. - 2008. - T. 1, No 2. - S. 74-80. DOI
3. Slavnov E.V., Sakirov N.V., Sudakov A.I., Buzmakova S.V. Opredelenie effektivnogo koefficienta fil’tracii dvuhkomponentnoj smesi // AVU. - 2008. - No 9. - S. 58-60.
4. Slavnov E.V., Korobov V.P. Izmenenie nanostruktury zerna ozimoj rzi v rezul’tate ekstruzii // Doklady Rossel’hozakademii. - 2010. - No 5. - S. 49-53. (Slavnov E.V., Korobov V.P. Change in the nanostructure of winter rye grain as a result of extrusion // Russian Agricultural Sciences. - 2010. - V. 36, N. 5. - P. 384-387.) DOI
5. Korakina M.A. Optimizacia parametrov sneka ekstrudera dla polucenia rapsovogo masla // Izvestia OGAU. - 2011. - T. 3, No 31-1. - S. 71-74.
6. Korakina M.A. Povysenie effektivnosti raboty odnosnekovogo ekstrudera na osnove strukturno-parametriceskogo sinteza dla pressovania seman rapsa: Avtoref. dis. kand. teh. nauk. - Orenburg, Orenburgskij gosudarstvennyj universitet, 2011. - 19 s.
7. Barnes E.C., Wilson D.I., Johns M.L. Velocity profiling inside a ram extruder using magnetic resonance (MR) techniques // Chem. Eng. Sci. - 2006. - V. 61, N. 5. - P. 1357-1367. DOI
8. Zubkova T.M. Parametriceskij sintez tehnologiceskih ob"ektov s ispol’zovaniem programmnyh sredstv // Vestnik OGU. - 2006. - No 5. - S. 150-157.
9. Chen Z., Ikeda K., Murakami T., Takeda T. Drainage phenomenon of pastes during extrusion // J. Mater. Sci. - 2000. - V. 35, N. 10. - P. 2517-2523. DOI
10. Roussel N., Lanos C. Particle fluid separation in shear flow of dense suspensions: experimental measurements on squeezed clay pastes // Appl. Rheol. - 2004. - V. 14, N. 5. - P. 256-265. DOI
11. Mascia S., Patel M.J., Rough S.L., Martin P.J., Wilson D.I. Liquid phase migration in the extrusion and squeezing of microcrystalline cellulose pastes // Eur. J. Pharm. Sci. - 2006. - V. 29, N. 1. - P. 22-34. DOI
12. Slavnov E.V. Izmenenie pronicaemosti maslicnyh kul’tur v processe otzima masla na primere ekstrudata rapsa // Doklady Rossel’hozakademii. - 2013. - No 3. - S. 58-60.
13. Slavnov E.V., Petrov I.A., Sudakov A.I. Dinamika otzima masla iz deformiruemogo poristogo massiva (eksperiment) // Trudy XVII Zimnej skoly po mehanike splosnyh sred, 28 fevrala-3 marta, Perm’, 2011. - Perm’-Ekaterinburg: IMSS UrO RAN, 2011. - 1 CD-ROM.
14. Slavnov E.V., Petrov I.A. Izmenenie vazkosti ekstrudata rapsa v processe otzima masla // Agrarnyj vestnik Urala. - 2011. - No 6. - S. 42-44.
15. Ankov V.I., Boarcenko V.I., Pervadcuk V.P. Pererabotka voloknoobrazuusih polimerov: V semi tomah. Tom II. Tecenie polimerov v snekovyh nasosah. - Moskva-Izevsk: NIC <>, 2005. - 998 s.
16. Rauvendaal’ K. Ekstruzia polimerov. - SPb.: Professia, 2010. - 768 s.
17. Landau L.D. Lifsic E.M. Gidrodinamika. - M.: Nauka, 1986. - 736 s.
18. Spravocnik inzenera masinostroitela / Pod red. N.S. Acerkana. - M.: GNTI <>, 1956. - T. 2. - 562 s.
19. Anferov S.D., Skulskiy O.I., Slavnov E.V. Mathematical model of rape oil extrusion extraction // Journal of International Scientific Publications: Ecology & Safety. - 2012. - V. 6, Part 2. - P. 81-87. (URL: http://www.scientific-publications.net/download/ecology-and-safety-2012-2.pdf).
20. Finni D. Vvedenie v teoriu planirovania eksperimentov. - M.: Nauka, 1970. - 288 s.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2013 Computational Continuum Mechanics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
