Электростатический фильтр для очистки подсолнечного масла

Производство и переработка масличного сырья относятся к ведущим отраслям мирового агропромышленного производства. Так, в 1997, 1998 годах в мире было переработано 222 млн. т масличного сырья, в том числе семян подсолнечника — 22 млн. т, рапса — 30 млн. т. При этом было произведено масла подсолнечного — 9 млн. т, рапсового — 11 млн. т. Всего за 1997 — 1998 маркетинговый год произведено растительных масел 74 млн. т, в 1998/1999 — 81,7 млн. т, прогноз на 2004/2005 год — 85,6 млн. т /30/.

Надо отметить, что в нашей стране наблюдается устойчивая тенденция увеличения объемов производства, как подсолнечника, так и продукции его переработки. Стремительное развитие отрасли обусловлено следующими факторами: относительно высокой прибыльностью производства подсолнечных семян, растущими объемами переработки масличного сырья в результате постоянного спроса на растительное масло и высокобелковые шротысовершенствованием технологий производства и переработки. Это создает предпосылки для эффективного использования масла в пищевой промышленности и в других отраслях.

В последние десятилетия на мировом рынке продовольствия регулярно растет спрос на жиры растительного происхождения. Об этом свидетельствует тенденция повышения их доли в структуре жиров и масел (с 67,5% в 1977 году до 77,2% в настоящее время). В странах ЕС рынок растительных жиров считается насыщенным при годовом потреблении 16,2 кг (примерно 45 г в день) в расчете на душу населения. Фактическое потребление на душу населения растительных масел в начале 90-х годов составляло в год: в Нидерландах — 29,8 кг, Дании — 28,5 кг, Италии — 25,5 кг, США — 22,9 кг. В России годовое потребление растительных масел на душу населения составляло от 8 кг (1997 г.) до 12 кг (1999 г.) /33/. Поэтому, несмотря на постоянное увеличение объемов производства и переработки масличного сырья, сегодня как в мире, так и в нашей стране сохраняется значительный дефицит растительного масла.

Масложировые предприятия сохранились в период становления рыночной экономики, они прошли стадии аренды государственного имущества с последующим его акционированием, часть предприятий привлекли инвестиции и успешно реконструировали действующие производства или организовали новые, активно экспортируют свою продукцию. В последние годы в условиях рынка отмечается интенсивный рост числа масложировых предприятий малой мощности.

Однако, для успешного развития масложировых производств, приоритетное значение имеют гарантированное качество и конкурентоспособность продукции. Путь к этому лежит через решение существующих проблем. Главными из них являются: совершенствование технологий переработки масличных семян и повышение степени очистки масла, техническое. переоснащение предприятий в направлении снижения себестоимости продукции при сохранении или даже повышении качества.

Следует отметить, что в России малые предприятия и крупные акционерные общества находятся в различных условиях. Чем крупнее предприятие, тем больше инвестиций оно может направлять на повышение качества маслопродукции. И, напротив, малые предприятия, ограниченные в средствах, вынуждены изыскивать пути снижения себестоимости продукции, зачастую в ущерб качества.

Вместе с тем, благодаря многоукладности сельского хозяйства, на долю малых предприятий приходится до половины выпускаемого подсолнечного масла /32/. При этом поставки продукции чаще всего идут не через сеть магазинов, а напрямую от поставщика непосредственно к потребителю.

Значительным компонентом себестоимости продукции являются энергозатраты. В этой связи целью работы является сокращение энергоемкости процесса очистки масла при обеспечении качества за счет применения электростатического фильтра.

Для достижения поставленной цели были решены следующие научные задачи:

1. Анализ процесса производства подсолнечного масла и определение путей снижения энергоемкости процесса очистки.

2. Теоретические исследования процесса очистки на основе электрофореза и получение аналитических выражений, описывающих этот процесс.

3. Получение аналитических зависимостей энергетических характеристик процесса очистки от режимных и конструктивных показателей.

4. Экспериментальное получение статистических данных об электрических характеристиках подсолнечного масла, и проверка и уточнение теоретических положений. ф 5. Разработка электростатического фильтра, обеспечивающего очистку масла путем электрофореза, и определение места его установки в существующих производственных установках.

Для решения поставленных задач были проведены научные исследования, основой которых стали следующие положения.

Объект исследования. Процесс электрофореза подсолнечного масла, как процесс очистки и электростатический фильтр, реализующий этот процесс.

Предмет исследования. Зависимости производственных и энергетических характеристик процесса очистки подсолнечного масла и его качества от режимных параметров процесса и конструктивных параметров электростатического фильтра.

Рабочая гипотеза. Энергоемкость процесса очистки на основе электрофореза зависит от параметров процесса и электростатического фильтра, и в диапазоне изменения этих параметров имеет минимум.

Научная гипотеза. Существуют и могут быть определены такие параметры электрофореза и электростатического фильтра, при которых энергоемкость процесса очистки будет минимальной.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— аналитически описан процесс электрофоретического переноса примесей подсолнечного масла, позволяющий определять параметры процесса очистки и электростатического фильтра.

— получены статистические зависимости электрических параметров подсолнечного масла от его температуры и влагосодержания.

— разработана методика и определены оптимальные по энергоемкости параметры процесса очистки и электростатического фильтра.

Практическая ценность. Применение электростатического фильтра для очистки подсолнечного масла позволит снизить время очистки, энергоемкость, довести качество масла до стандартных требований.

Автор защищает:

— теоретическое описание процесса очистки на основе электрофореза;

— статистические зависимости электрических характеристик подсолнечного масла от параметров процесса очистки;

— методику определения и параметры процесса очистки и электростатического фильтра;

— конструкцию электростатического фильтра.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в восьми работах.

Выводы по главе.

1. В ходе экспериментальных лабораторных исследований определены среднестатистические параметры подсолнечного масла, выходящего после пресса.

2. Установлено, что сопротивление масла постоянному току не зависит от приложенного напряжения и является постоянной величиной конкретного масла. Однако его численное значение, оставаясь постоянным при изменении напряжения между электродами, зависит от влажности и температуры масла.

3. Экспериментально полученные оптимальные параметры процесса очистки и электростатического фильтра более точны по отношению к полученным теоретически, так как последние определялись без учета процессов, проходящих вблизи электродов.

4. Производственная проверка подтвердила результаты, полученные теоретически и экспериментально, и позволила определить наиболее рациональное место установки электростатического фильтра в технологической линии производства подсолнечного масла.

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ФИЛЬТРА ОЧИСТКИ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА.

Расчет экономической эффективности применения электрофо-ретического фильтра очистки подсолнечного масла проводится на основании действующих методик, стандартов и нормативных документов /64, 65, 85/ с учетом среднегодового уровня инфляции.

Основными показателями экономической оценки применения установки для очистки подсолнечного масла являются: снижение энергопотребления, уменьшение времени обслуживания, уменьшение трудозатрат на очистку от примесей, снижение металлоемкости конструкции, а также получаемый на предприятии годовой эффект в виде чистого дисконтированного дохода (ЧДД) /62, 63, 91/.

Сельскохозяйственные предприятия в настоящее время работают в условиях рыночной экономики и инфляции. Чистый дисконтированный доход определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенная к начальному шагу (году, кварталу, месяцу), или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами /56, 91/: где Р (— результаты, достигаемые на шаге расчета X, руб.;

И* — эксплуатационные затраты на шаге расчета X без учета капиталовложений, руб.- Т — горизонт расчета, лет;

5.1) или.

ЧДД = -К + (Р — Иэ) • К.

5.2).

К — сумма дисконтированных капиталовложений, руб.;

Ксд — коэффициент суммы дисконтирования, рассчитываемый по формуле:

КСД = Е-—7″ (5.3) t=o (l + ed) где Ер — норма дисконта капитала с поправкой на инфляциюявляется реальной процентной ставкой, которая учитывает инфляцию:

Ер=1±-^-1, (5.4) к 1 + Г где г — уровень инфляции, %;

Е — ставка процента банка, %.

Сумма дисконтированных капиталовложений рассчитывается по формуле:

К = ¿-Kt-Ц-, (5.5).

Й (1 + Е) где Kt — капиталовложения на шаге расчета t, руб.

При определении коммерческой эффективности используется показатель потока реальных денег, критерий носит название Cash Flow. Потоком реальных денег Фе называется разность между притоком (nt) и оттоком (Ot) денежных средств на каждом шаге расчета.

Капитальные вложения в базовый вариант, выпускаемый промышленностью, определяется по формуле:

Кб=Ц-к-п,.

5.6) где Кб — капитальные вложения в базовый вариант, руб.- Ц — цена приобретения оборудования, руб.- к — коэффициент, учитывающий дополнительные затраты на транспортировку, монтажные и снабженческо-торговые расходып — количество оборудования, шт.

Капиталовложения в электрофоретический фильтр для очистки подсолнечного масла включают в себя затраты на приобретение материалов, доставку и монтаж, которые рассчитываются по формуле /85/: где М — затраты на материалы и покупные изделия, руб.- ТЗ — транспортно-заготовительные расходы, руб.- С3 — основная зарплата, руб.- ОП — общепроизводственные расходы, руб.- ОХ — общехозяйственные расходы, руб.

Транспортно-заготовительные расходы определяются в процентах от стоимости покупных материалов и изделий:

Кпр =М + Т3 + Сз +ОП + ОХ,.

5.7).

5.8) где ТЗ Мтр

— транспортно-заготовительные расходы, руб.;

— процент транспортно-заготовительных расходов (по фактическим данным предприятия, составляет 26%).

Затраты на оплату труда при изготовлении электрохимического активатора воды определяются по формуле:

Сз ОТтар ссп (ХдОП (хотч, (5.9) где ОТтар — тарифная оплата труда, руб.- а&bdquo- - коэффициент, учитывающий премии по фонду оплаты труда, принимается в размере 1,2.1,4- аДоп — коэффициент, учитывающий размеры дополнительной оплаты труда, принимается в размере 1,12. 1,16- а0Тч — коэффициент, учитывающий отчисления на все виды страхования, принимается 1,356.

Тарифная оплата труда зависит от трудоемкости работ и часовой тарифной ставки соответствующих разрядов персонала:

ОТтар-Тем тчас, (5.10) где Тем — трудоемкость работ, необходимых для изготовления фильтра, чел.- ч.- тчас — часовая тарифная ставка, соответствующая разряду рабочего, руб.

Общепроизводственные (ОП) и общехозяйственные (ОХ) расходы определяются в процентах от основной зарплаты на изготовление установки:

ОТ^-Иоп.

100 7 где Цоп — процент общепроизводственных расходов (по данным предприятия составляет 40. .45%);

5.12) где |10х — процент общехозяйственных расходов (по данным предприятия составляет 210. .220%).

Эксплуатационные затраты представляют собой прямые текущие затраты, которые исчисляются по формуле: где 3 — годовой фонд заработной платы, руб.- А — амортизационные отчисления, руб.- Тр — затраты на ремонт и техническое обслуживание, руб.- Сэ — годовые затраты на электроэнергию, руб.- Пр — прочие затраты, руб.

Годовой фонд заработной платы обслуживающего персонала рассчитывается по формуле: где Тгод — годовая трудоемкость работы, чел.-ч.

Годовая трудоемкость технического обслуживания базового оборудования и предлагаемого электрофоретического фильтра определяется по формуле:

Иэ=3+А+Тр+Сэ+Пр,.

5.13).

Трсщ ^час) Цдоп.

5.14) тпр =см.

1 год ^ 1 у.е.э.

• В.

5.15) где О — объем работ по соответствующему варианту, у.е.э.;

1 у.е.э. ~ численное значение одной у.е.э.- в — количество электрофильтров, шт.

Амортизационные отчисления определяем по формуле:

К-На.

А =—, (5.16).

100 ' где К — балансовая стоимость (капиталовложения) оборудования, руб.;

На — норматив годовых амортизационных отчислений по оборудованию (по данным предприятия составляет 16%).

Отчисления на ремонт и техническое обслуживание определяют, укрупнено по выражению:

Т&bdquo- =-Н-, (5.17) р 100 4 ' где Нр — норматив годовых отчислений на ремонт и техническое обслуживание (по усредненным данным бухгалтерской отчетности за последние 3 года составляет 18%). Затраты на потребленную электроэнергию определим по формуле:

СЭ=Р-ГТДН-8Э'В, (5.18) где Р — мощность установки, кВт.;

X — продолжительность работы установки в день, ч.- Тдн — число дней работы установки в году, днейБэ — стоимость 1 кВт.-ч. электроэнергии, руб.

Прочие прямые затраты рассчитываются по формуле:

Пр=(0,05. .0,1)-(3+А+Тр+Сэ+См). (5.19).

Годовая экономия эксплуатационных затрат определяется следующим выражением:

Эи=^ (5.20) где Из, И" р — эксплуатационные затраты соответственно базового и проектируемого вариантов.

Степень снижения эксплуатационных затрат: с,= 3 -100, (5.21) и6.

Энергоемкость производимой продукции (выполняемых работ) определяется по формуле: ру=|г> (5−22> где Ру — энергоемкость единицы произведенной продукции или выполненной работы, кВт.*ч./тБг — годовое потребление электроэнергии, кВт.*ч.

Степень снижения энергоемкости (СР) определяется по формуле: рИСХ рпр

СР = -У—. 100%. (5.23) г Г-ИСХ у '.

РУ.

Коэффициент (индекс) доходности капиталовложений определяется по формуле:

ИД-4^, (5.24) К где ИД — коэффициент доходности капиталовложенийК- размер капиталовложений, руб.

Срок окупаемости капитальных вложений на изготовление электрофильтра определяется по формуле: 1п КПР’ЕР.

4. А д и т^исх ^пр у.

Ток =-^—-—-^. (5.25).

1п (1 + Ер).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе проведенных исследований были получены следующие результаты: теоретически описан процесс электрофоретического переноса примесей подсолнечного маслаэкспериментально установлены параметры подсолнечного масла, поступающего на очисткуэмпирически получены зависимости изменения параметров подсолнечного масла в процессе очисткиразработан электростатический фильтр и определены его оптимальные параметры по критерию энергоемкостиопределены режимные параметры процесса очисткиданы рекомендации по реконструкции малых маслоцехов с учетом применения разработанного электростатического фильтра.

На основании решенных задач и полученных результатов можно сделать следующие выводы.

1. В современном сельском хозяйстве России до 50% подсолнечного масла производится малыми предприятиями, которые не применяют качественной очистки из-за высокой энергоемкости и выпускают низкосортную продукцию. Анализ показал, что для очистки подсолнечного масла от загрязнений целесообразно применять электростатический фильтр, принцип работы которого основан на воздействии электростатического поля на частицы, находящиеся в потоке.

2. В ходе теоретических исследований процесса очистки путем электрофореза установлено, что частица примеси движется под действием электрического поля к положительному электроду с переменным ускорением. При этом скорость частицы изменяется от нуля (на отрицательном электроде) до 0,15 м/с (на положительном электроде) и в среднем составляет 0,02 м/с. Что позволяет предварительно установить производительность электрофильтра и его габариты.

3. Определяющими параметрами энергоемкости процесса являются приложенное напряжение, межэлектродное расстояние и продолжительность процесса очистки. Оптимальными параметрами по энергоемкости являются следующие: напряжение 4,4 кВ, межэлектродное расстояние 0,01 м, температура масла поступающего на очистку, 42 °C. При этом минимальная энергоемкость при качестве очистки соответствующим требованиям ГОСТа к чистоте подсолнечного масла составляет 12 Вт-ч/кг, производительность электрофильтра составляет 60 кг/час.

4. Проведенный количественный химический анализ загрязненного масла, и обработанного электрофильтром, показывает, что цветное число уменьшается в 1,4 раза, кислотное число в 1,29 раза, перекисное число в 1,4 раза. Очищенное масло имеет параметры не ниже первого сорта. Что позволяет сделать вывод о правильности теоретических положений.

5. Применение разработанного качественно нового способа очистки подсолнечного масла на малых предприятиях АПК в сравнении с существующими технологиями очистки, позволяет снизить эксплуатационные затраты на 29,88%, энергоемкость на 68%.

6. Результаты лабораторно-производственных испытаний, подтверждают целесообразность применения данной установки на малых предприятиях АПК, так как электрофильтр обеспечивает получение чистого дисконтированного дохода в размере не менее 150 тыс. руб.