Optimization of the process of safflower seeds pressing inside an ultrasonic field | Оптимизация процесса прессования семян сафлора в ультразвуковом поле

English. A mathematical description of the process of safflower seeds pressing in an ultrasonic field is given in the form of a regression equation found by static methods on the experimental basis and is described by a polynomial of the second degree. As the main factors influencing the process efficiency, the ultrasound frequency, the amplitude of the ultrasound, the pressure created in the curb camera were selected. A criterion for assessment of the selected parameters effect was the residual cake oil content. To assess the adequacy of the mathematical model the disperse analysis (ANOVA) of the experiment in the Design Expert v. 10 was carried out and the regression equation was obtained. The analysis of the equation allowed to identify the factors influencing the process to a larger extent. It was found that when the pressure in the press increased higher than 14 MPa, a further increase in extraction effectiveness wasn't noted even with increased values of both the ultrasound frequency and amplitude. The maximum and most effective values of residual oil content in the cake were obtained in the frequency of ultrasound of 35–40 Hz, amplitude of more than 40 mm and the pressure in the press ranging 10–11 MPa. These values directly depend on the behavior of grain and movement of its internal part during the ultrasound supply. Graphical interpretation of the equation was represented by the curves of equal values and response surfaces for input parameters. Numerical and graphical optimization procedures were also proposed to forecast the optimal level of input factors and to obtain the maximum yield of oil relative to the mass of the original raw material. The following calculated values were found: ultrasound frequency – 40.2–41.9 kHz; amplitude – 45.2–45.9 mm; pressure in the press – 9.1–9.4 MPa. To check the adequacy of the model, the results of a number of parallel experiments that met all calculated confidence intervals for all quality criteria were presented.

Russian. Математическое описание процесса прессования семян сафлора в ультразвуковом поле представлено в виде уравнения регрессии, найденного статическими методами на основе экспериментов, и описывается полиномом 2-й степени. В качестве основных факторов, влияющих на эффективность процесса, были выбраны: частота ультразвука, амплитуда ультразвука, давление, создаваемое в зеерной камере пресса. Критерием оценки влияния выбранных параметров служила остаточная масличность жмыха. Для оценки адекватности математической модели был проведен дисперсионный анализ (ANOVA) эксперимента в программе Design Expert v. 10 и получено уравнение регрессии, анализ которого позволил выделить факторы, в наибольшей степени влияющие на рассматриваемый процесс. Установлено, что при увеличении давления в прессе свыше 14 МПа дальнейшее повышение эффективности отжима не наблюдалось даже при повышенных значениях частоты и амплитуды ультразвука. Максимальные и наиболее эффективные значения остаточной масличности жмыха получены при значениях частоты ультразвука в среднем 35–40 Гц, амплитуды свыше 40 мм и давлении в прессе от 10 до 11 МПа. Эти значения напрямую зависят от поведения зерна и движения его внутренней части во время подвода ультразвука. Графическая интерпретация уравнения представлена кривыми равных значений и поверхностями отклика для входных параметров. Также предложены численная и графическая процедуры оптимизации для прогнозирования оптимального уровня входных факторов и получения максимального выхода масла по отношению к массе первоначального сырья. Найдены следующие расчетные значения: частота ультразвука - 40,2–41,9 кГц; амплитуда - 45,2–45,9 мм; давление в прессе - 9,1–9,4 МПа. Для проверки адекватности модели представлены результаты ряда параллельных экспериментов, которые попадали в рассчитанные доверительные интервалы по всем критериям качества.