ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ МАШИНИ ДЛЯ ВІДОКРЕМЛЕННЯ І ОЧИЩЕННЯ НАСІНИН РИЦИНИ ВІД ПЛОДІВ
DOI:
https://doi.org/10.36910/acm.vi51.1853Ключові слова:
рицина, насіння, очищення, сепарація, моделювання, оптимізаціяАнотація
У сучасних стратегіях ЄС важливе місце займає розвиток біоекономіки, що передбачає поступову заміну нафтохімічної сировини біологічною. Аграрний сектор може зробити суттєвий внесок у цей процес шляхом використання технічних культур на малопродуктивних землях. Однією з перспективних культур є рицина (Ricinus communis L.), яку доцільно вирощувати для виробництва технічної олії. Однак її збирання та переробка ускладнені нерівномірним дозріванням плодів та відсутністю спеціалізованих машин.
У роботі запропоновано нову конструкцію машини для очищення насіння рицини, яка поєднує механічне руйнування плодів із подальшим аеродинамічним очищенням. Запропонована машина поєднує дробильний та зворотний конуси з гумовими футеровками для руйнування оболонок плодів без пошкодження насіння, а також систему аеродинамічного очищення для видалення легких домішок. За допомогою чисельного моделювання у середовищі Simcenter Star-CCM+ з використанням DEM та CFD методів проведено аналіз взаємодії плодів із робочими органами машини та процесів сепарації. Побудовано рівняння регресії для визначення продуктивності відокремлення насіння, частки нерозлущених плодів та вмісту ліквідного насіння у забірнику залежно від технологічних параметрів. Оптимальні значення: відстань між дробильним і зворотним конусами – 8,6 мм; частота обертання дробильного конуса – 291 об/хв; діаметр отвору подачі – 98 мм; кут нахилу осі конуса – 3,6°; швидкість повітряного потоку – 6 м/с; кут нахилу решета – 20,3°. Запропонована машина забезпечує якісне очищення насіння рицини при мінімальних пошкодженнях, підвищує продуктивність і дозволяє знизити залежність від ручної праці, що є актуальним для промислової переробки цієї культури.
Посилання
Alexopoulou, E., Papatheohari, Y., Zanetti, F., Tsiotas, K., Papamichael, I., Christou, M., Namatov, I., & Monti, A. (2015). Comparative studies on several castor (Ricinus communis L.) hybrids: Growth, yields, seed oil and biomass characterization. Industrial Crops and Products, 75, 8–13. DOI: 10.1016/j.indcrop.2015.07.015
Anjani, K. (2012). Castor genetic resources: A primary gene pool for exploitation. Industrial Crops and Products, 35(1), 1–14. DOI: 10.1016/j.indcrop.2011.06.011
Bateni, H., & Karimi, K. (2016). Biodiesel production from castor plant integrating ethanol production via a biorefinery approach. Chemical Engineering Research and Design, 107, 4–12. DOI: 10.1016/j.cherd.2015.08.014
Carrino, L., Visconti, D., Fiorentino, N., & Fagnano, M. (2020). Biofuel production with castor bean: A win–win strategy for marginal land. Agronomy, 10(11), 1690. DOI: 10.3390/agronomy10111690
D’Avino, L., Di Bene, C., Farina, R., & Razza, F. (2020). Introduction of cardoon (Cynara cardunculus L.) in a rainfed rotation to improve soil organic carbon stock in marginal lands. Agronomy, 10(7), 946. DOI: 10.3390/agronomy10070946
Gelfand, I., Sahajpal, R., Zhang, X., Izaurralde, R. C., Gross, K. L., & Robertson, G. P. (2013). Sustainable bioenergy production from marginal lands in the US Midwest. Nature, 493(7433), 514–517. DOI: 10.1038/nature11811
Janiszewska, D., Olchowski, R., Nowicka, A., Zborowska, M., Marszałkiewicz, K., Shams, M., Giannakoudakis, D. A., Anastopoulos, I., & Barczak, M. (2021). Activated biochars derived from wood biomass liquefaction residues for effective removal of hazardous hexavalent chromium from aquatic environments. GCB Bioenergy, 13(7), 1247–1259. DOI: 10.1111/gcbb.12839
Kudriavtsev, I. (2024). Numerical simulation of the waste separation process of sunflower seed mixture in the pneumatic separating channel of the aerodynamic separator. Техніка, енергетика, транспорт АПК, 2(125), 47–55. DOI: 10.37128/2520-6168-2024-2-5
Ogunniyi, D. S. (2006). Castor oil: A vital industrial raw material. Bioresource Technology, 97(9), 1086–1091. DOI: 10.1016/j.biortech.2005.03.028
Park, K., Sanjaya, S. A., Quach, T., & Cahoon, E. B. (2021). Toward sustainable production of value-added bioenergy and industrial oils in oilseed and biomass feedstocks. GCB Bioenergy, 13(10), 1610–1623. DOI: 10.1111/gcbb.12883
Pari, L., Latterini, F., & Stefanoni, W. (2020). Herbaceous oil crops, a review on mechanical harvesting state of the art. Agriculture, 10, 309. DOI: 10.3390/agriculture10080309
Román-Figueroa, C., Cea, M., Paneque, M., & González, M. E. (2020). Oil content and fatty acid composition in castor bean naturalized accessions under Mediterranean conditions in Chile. Agronomy, 10(8), 1145. DOI: 10.3390/agronomy10081145
Vallejos, M., Rondanini, D., & Wassner, D. F. (2011). Water relationships of castor bean (Ricinus communis L.) seeds related to final seed dry weight and physiological maturity. European Journal of Agronomy, 35, 93–101. DOI: 10.1016/j.eja.2011.04.003
Von Cossel, M., Lewandowski, I., Elbersen, B., Staritsky, I., Van Eupen, M., Iqbal, Y., Mantel, S., Scordia, D., Testa, G., Cosentino, S. L. et al. (2019). Marginal agricultural land low-input systems for biomass production. Energies, 12(16), 3123. DOI: 10.3390/en12163123
Wang, L. (2004). Theoretical study of cyclone design (Doctoral dissertation, Texas A&M University).
Wydra, S., Hüsing, B., Köhler, J., Schwarz, A., Schirrmeister, E., & Voglhuber-Slavinsky, A. (2021). Transition to the bioeconomy – Analysis and scenarios for selected niches. Journal of Cleaner Production, 294, 126092. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126092
Zanetti, F., Monti, A., & Berti, M. T. (2013). Challenges and opportunities for new industrial oilseed crops in EU-27: A review. Industrial Crops and Products, 50, 580–595 DOI: 10.1016/j.indcrop.2013.08.030
Zhao, B., & Su, Y. (2018). Particle size cut performance of aerodynamic cyclone separators: Generalized modeling and characterization by correlating global cyclone dimensions. Journal of Aerosol Science, 120, 1–11. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2018.02.009
Алієв, Е. Б. (2019). Фізико-математичні моделі процесів прецизійної сепарації насіннєвого матеріалу соняшнику: монографія. Запоріжжя: СТАТУС. https://aliev.in.ua/doc/knigi/kniga_4.pdf
Алієв, Е. Б. (2020). Механіко-технологічні основи процесу прецизійної сепарації насіннєвого матеріалу соняшнику: дис. ... д-ра техн. наук: 05.05.11. Запоріжжя. 530 с.
Ведмедєва, К. В., Кавязіна, М. Ю., & Махова, Т. В. (2018). Оцінка зразків рицини за господарсько-цінними ознаками. Науково-технічний бюлетень Інституту олійних культур НААН, 26, 39–48. https://bulletin.imk.zp.ua/pdf/2018/26/Vedmedeva2_26.pdf
Кудрявцев, І. М. (2024). Чисельне моделювання процесу сепарації відходів насіннєвої суміші соняшнику в камері розрідження аеродинамічного сепаратора. Вібрації в техніці та технологіях, 2(113), 132–142. DOI: 10.37128/2306-8744-2024-2-15
Петраченко, Д. О., Мохер, Ю. В., & Коропченко, С. П. (2023). Технологія обрушення насіння промислових конопель для малого бізнесу. Scientific monograph. Riga, Latvia: Baltija Publishing, 645–671. DOI: 10.30525/978-9934-26-328-6-29
Теслюк, Г. В. (2020). Обґрунтування технологічного процесу, параметрів та режимів роботи машини для виділення насіння гарбуза: дис. ... канд. техн. наук: 05.05.11. Дніпропетровськ. 147 с. https://uacademic.info/ua/document/0410U001669
Шевчук, В. В., & Сукач, О. М. (2018). Процеси і засоби для подрібнення насіння олійних культур: монографія. Львів: Львівський національний аграрний університет. 105 с. https://repository.lnup.edu.ua/jspui/bitstream/123456789/558/1/Shevchuk_monograf.pdf
