Экспериментальные исследования центробежного обезвоживания гидролизного лигнина в дезинтеграторной мельнице оригинальной конструкции

Севостьянов В.С.

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Белгород

Качаев А.Е.

Всероссийский научно-исследовательский институт орошения и сельхозводоснабжения «Радуга», Коломна

Чемеричко Г.И., Латышев С.С., Синица Е.В.

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Белгород

Ключевые слова: гидролизный лигнин, дезинтегратор, центробежное обезвоживание, регрессионный анализ, парные взаимодействия, оптимизация.

Аннотация. В исследовании представлены результаты математического планирования эксперимента и оптимизации процесса совмещённой дезинтеграции и центробежного обезвоживания гидролизного лигнина в дезинтеграторной мельнице с вращающейся сетчатой поверхностью. С применением центрального композиционного ротатабельного плана построены полные квадратичные регрессионные модели, описывающие влияние частот вращения роторов, исходной влажности и расхода материала на производительность, потребляемую мощность, удельные энергозатраты и конечную влажность продукта. На основе дисперсионного анализа установлено, что все построенные модели являются статистически значимыми и обладают высокой объясняющей способностью. Определено, что частота вращения внутреннего дезинтегрирующего ротора вносит наибольший вклад в производительность, тогда как частота вращения внешнего сетчатого ротора определяет эффективность центробежного обезвоживания. Выявлены и количественно оценены значимые парные взаимодействия факторов, в том числе синергетический эффект совместного увеличения частот вращения обоих роторов, а также антагонистическое влияние частоты сетчатого ротора и исходной влажности на конечную влажность материала. Проведена многокритериальная оптимизация, позволившая определить компромиссный режим работы аппарата, обеспечивающий минимальные удельные энергозатраты и остаточную влажность при сохранении приемлемой производительности. Валидация полученных моделей на независимой выборке подтвердила их высокую точность и надёжность, что доказывает пригодность разработанных уравнений для инженерных расчётов и проектирования промышленных установок для переработки труднообезвоживаемых дисперсных материалов.

Experimental studies of centrifugal dehydration of hydrolyzed lignin in a disintegrator mill of original design

Sevostyanov V.S.

Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, Belgorod

Kachaev A.E.

All-Russian Research Institute of Irrigation and Agricultural Water Supply "Raduga", Kolomna

Cherichko G.I., Latyshev S.S., Sinitsa E.V.

Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, Belgorod

Keywords: hydrolysis lignin, disintegrator, centrifugal dehydration, regression analysis, pair interactions, optimization.

Abstract. The study presents the results of mathematical experimental planning and optimization of the combined disintegration and centrifugal dewatering of hydrolyzed lignin in a disintegrating mill with a rotating mesh surface. Using a central composite rotatable plan, complete quadratic regression models were constructed that describe the effect of rotor speeds, initial humidity, and material consumption on productivity, power consumption, specific energy consumption, and final product humidity. Based on the analysis of variance, it was found that all the constructed models are statistically significant and have a high explanatory power. It is determined that the rotational speed of the internal disintegrating rotor makes the greatest contribution to productivity, while the rotational speed of the external mesh rotor determines the efficiency of centrifugal dewatering. Significant paired interactions of factors were identified and quantified, including the synergistic effect of a joint increase in the rotational speeds of both rotors, as well as the antagonistic effect of the frequency of the mesh rotor and the initial humidity on the final humidity of the material. A multi-criteria optimization was carried out, which made it possible to determine a compromise mode of operation of the device, ensuring minimal specific energy consumption and residual humidity while maintaining acceptable performance. Validation of the obtained models on an independent sample confirmed their high accuracy and reliability, which proves the suitability of the developed equations for engineering calculations and design of industrial plants for processing hard-to-dewaterize dispersed materials.