close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Экспериментальное исследование процесса суспендирования легких частиц в тяжелой жидкости..pdf

код для вставкиСкачать
15
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Предложена методика оценки погрешности
при определении расхода фильтрационного течения через зернистый слой в плоском канале
без учета пристенного эффекта.
Полученное уравнение и предложенная методика оценки погрешности при определении
расхода могут быть полезными при решении
вопросов масштабного перехода при разработке в химической промышленности и теплоэнергетике тепло- и массообменных аппаратов, а
также при выполнении расчетов зернистых
фильтров.
Рис. 2. Зависимость Δ = f ( Г )
жиме фильтрации в случае, если физическая
вязкость жидкости и кажущаяся вязкость
фильтрационного потока будут одного порядка,
и kст = 0,90 ÷ 0,95 , может соответствовать плоский канал толщиной 100 ÷ 200 мм , заполненный зернистым материалом с размером частиц
соответственно 4 ÷ 8 мм .
Таким образом, в работе было получено
уравнение для определения расхода фильтрационного потока в плоском канале с учетом
пристенного эффекта и прилипания жидкости к
стенкам канала. Расход жидкости при этом может быть определен в случае как аналитически,
так и экспериментально найденного распределения скорости фильтрации в сечении канала.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Экспериментальное исследование влияния неравномерности орошения на входе структурированной насадки на эффективность разделения смеси фреонов / А. Н. Павленко [и др.] // Теоретические основы химической технологии, Новосибирск. – 2009 г. – Т. 43. – № 1. – С. 3–13.
2. Пушнов, А. С. Расчет средней порозности зернистого слоя / А. С. Пушнов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2006. – № 1. – С. 9–10.
3. Бахронов, Х. Ш. Порозность неподвижного слоя
зернистых материалов // Химическая промышленность сегодня. – 2008. – № 6. – С. 55–56.
4. Милова, Д. А. Фильтрационное течение жидкости в
пристенной области плоского канала / Д. А. Милова, В. А. Балашов, Б. В. Симонов // Изв. ВолгГТУ Реология, процессы
и аппараты химической технологии : межвуз. сб. науч. тр. /
ВолгГТУ. – Волгоград, 2010. – Вып. 3. – № 1(61).
УДК 66.063.8
П. Л. Самойлов*, О. А. Тишин**, М. П. Цирульников**, А. В. Девкин*
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУСПЕНДИРОВАНИЯ
ЛЕГКИХ ЧАСТИЦ В ТЯЖЕЛОЙ ЖИДКОСТИ
* Волгоградский государственный технический университет
** Волжский политехнический институт (филиал)
Волгоградского государственного технического университета
Разработана и описана методика экспериментального исследования процесса суспендирования легких
частиц в тяжелой жидкости. Проведено экспериментальное исследование процесса суспендирования при заданных условиях, согласно разработанной методике. Обоснована, на основе результатов эксперимента, целесообразность проведения дальнейших исследований в данной области по разработанной методике.
Ключевые слова: аппарат с мешалкой, мешалка, процесс перемешивания, суспендирование.
P. L. Samojlov*, O. A. Tishin**, M. P. Tsirulnikov**, A. V. Devkin*
THE EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE PROCESS
OF SUSPENDING LIGHT PARTICLES IN HEAVY LIQUID
*
**
Volgograd State Technical University
Volzhskiy Polytechnical Institute (Branch) of
Volgograd State Technical University
There was devised and described the method of the experimental research of the process of suspending light
particles in heavy liquid. There was held an experimental investigation of the process of suspending in predetermined conditions according to the elaborated method. The reasonability of holding the further investigations in this
field according to the devised method is based on the results of the experiment.
Keywords: stirred tank, mixer, mixing process, suspending.
16
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Сульфаминовая кислота имеет широкое
применение как компонент чистящих и дезинфицирующих средств; как сырье для получения
огнестойких материалов и гербицидов; как
компонент для приготовления электролитов и
травления пищевой жести; при обработке призабойной зоны нефтяных скважин с целью увеличения нефтеотдачи пласта; для получения
гексогена с выходом 80 % по сырью [1].
Согласно современным источникам и webресурсам, производство сульфаминовой кислоты широко распространено в экономически
развитых странах. Наиболее крупные предприятия по производству данного вещества находятся в Китае (производится более 150 тыс. тонн
сульфаминовой кислоты в год) и США (около
45 тыс. тонн в год). На долю России приходится всего около 5 тысяч тонн в год [2; 3; 4] производства данного продукта.
Синтез сульфаминовой кислоты осуществляется в химических реакторах периодического
действия и представляет собой суспендирование двух составляющих – мочевины и олеума.
Известно, что плотность твердой дисперсной
фазы – мочевины – меньше плотности жидкой
сплошной фазы – олеума.
Обзор современной литературы по данному
направлению позволил выявить недостаток информации о процессе перемешивания и создания суспензий при условии, когда плотность
дисперсной твердой фазы меньше плотности
сплошной жидкой фазы.
Образование суспензий является одним из
значимых процессов химической промышленности – неотъемлемого звена современного
производства, перспективы развития которого
напрямую зависят от точности и эффективности работы оборудования – химических реакторов, которые определяют качество получаемых продуктов и производительность химических установок. Важнейшей задачей при совершенствовании реакторов является интенсификация происходящих в них процессов при
малых затратах. Это возможно только при наличии необходимого объема теоретического и
экспериментального материала. Рассматриваемая проблема обусловила необходимость проведения исследований в данной области.
Методика проведения эксперимента
Для проведения экспериментального исследования была сконструирована экспериментальная установка, представленная на рис. 1.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки:
1 – сосуд реактора рабочим объемом до 15 л с отражающими перегородками; 2 – сменные перемешивающие устройства различных конструкций; 3 – ременная передача; 4 – электродвигатель
асинхронный; 5 – цифровой частотный преобразователь с возможностью подключения ПК через сеть RS-485 – USB
Для эксперимента, согласно методикам,
рассмотренным А. А. Лащинским и А. Р. Толчинским [7], были разработаны, сконструированы и изготовлены перемешивающие устройства пропеллерного типа (стандартное трехлопастное и оригинальной конструкции). Полученные таким образом мешалки 2 поочередно
закреплялись на валу, приводимом в действие с
помощью ременной передачи 3 двигателем
асинхронного типа 4. Приводом служил цифровой частотный преобразователь 5 c возможностью подключения и обмена данными по сети RS-485 для взаимодействия с ПК через USBинтерфейс и последующей обработки в таких
программных продуктах, как Microsoft Excel и
Mathcad.
Для создания условий в реакторе, соответствующих поставленной задаче использовались
модельные вещества: твердая дисперсная и
жидкая сплошная фазы, которые загружались в
сосуд 1. В качестве модельной жидкой фазы
использовалась дистиллированная вода, в качестве твердой дисперсной фазы – одиночные
древесные частицы кубической формы. Плотности и эквивалентные диаметры частиц варьировались, согласно табл. 1, для каждого перемешивающего устройства. Для определения
температуры жидкости использовался спиртовой термометр.
Методика проведения эксперимента была
составлена по аналогии с материалами, приводимыми в источниках [8; 9]. Для каждого из
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Таблица 1
Характеристики модельных частиц
твердой дисперсной фазы
№ опыта
dэкв.ч, м
ρч, кг/м3
1
0,0025
495,0
2
0,0062
3
4
0,0124
5
6
0,0186
7
489,6
718,5
489,6
718,5
489,6
718,5
перемешивающих устройств, частиц различной
плотности и эквивалентных диаметров производились замеры мощностей при различных
частотах вращения мешалки с одинаковым шагом, устанавливаемых при помощи цифрового
частотного преобразователя. Мощность, потребляемая на перемешивание, определялась
также по показаниям частотного преобразователя. Значения мощности снимались на «холостом» ходу (без рабочей среды в пустом реакторе и при отсутствии перемешивающего устройства), а также на рабочем ходу. Мощность,
потребляемая на перемешивание, находилась
по формуле (1).
(1)
N = N раб − N хх ;
17
перемешивающих устройств пропеллерного типа с тремя лопастями (см. рис. 3) и оригинальной конструкции (см. рис. 4), а также Ln(Re) –
Ln(Ar) (см. рис. 5, 6), где значения критерия Рейнольдса соответствовали критической частоте
вращения мешалки, необходимой для погружения частиц (момент погружения определялся
визуально).
В ходе эксперимента не удалось погрузить с
поверхности жидкой фазы частицы с эквивалентным диаметром dэкв.ч = 0,0186 м, поскольку
исследование проводилась при частоте вращения перемешивающего устройства, не превышающей 15 об/с.
По результатам графиков видно, что трехлопастная пропеллерная мешалка затрачивает
большее количество мощности на перемешивание, нежели оригинальное перемешивающее
устройство. Это означает, что оригинальное
перемешивающее устройство создает больший
насосный эффект.
Таким образом, было проведено по 4–5 независимых экспериментов для каждого случая с
целью уменьшения вероятности появления
ошибок.
Обработка полученных результатов
Полученные в ходе экспериментального исследования данные были исследованы на предмет обнаружения погрешностей измерения, согласно источнику [11]. В результате суммарная
точность измерений составила 95 %.
Затем данные были обработаны в соответствии с формулами критерия мощности (2), критерия Рейнольдса (3) и критерия Архимеда (4).
N пер
Kn =
;
(2)
ρ ж ⋅ n3 ⋅ d м5
n ⋅ d м2
;
ν
3
g ⋅ d экв
.ч ρ ж − ρч
Ar =
⋅
2
ν
ρж
Re(n) =
Рис. 3. Зависимость ln(Re) – ln(Kn) для стандартного перемешивающего устройства пропеллерного типа с тремя
лопастями
(3)
(4)
Результаты расчетов были представлены в
виде графиков зависимости ln(Re) – ln(Kn) для
Рис. 4. Зависимость ln(Re) – ln(Kn) для перемешивающего
устройства оригинальной конструкции
18
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Список условных обозначений
n – частота вращения мешалки, об/с (6,5÷15 об/с);
Nраб, Nхх – мощности рабочего и холостого хода соответственно, Вт; Nпер – мощность перемешивания,
Вт; ρср – плотность жидкой фазы, кг/м3; ρч – плотность частиц твердой дисперсной фазы, кг/м3; dм –
диаметр перемешивающих устройств (dм = 0,083 м);
ν – кинематический коэффициент вязкости, м2/с; g –
ускорение свободного падения, м/с2 ; dэкв.ч – эквивалентный диаметр частиц, м.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Рис. 5. Зависимость Ln(Re) – Ln(Ar) для стандартного перемешивающего устройства пропеллерного типа с тремя
лопастями
Рис. 6. Зависимость Ln(Re) – Ln(Ar) для перемешивающего
устройства оригинальной конструкции
На следующих этапах эксперимента данные, полученные по приведенной методике, позволят вывести уравнение для расчета минимального числа Рейнольдса, необходимого для
достижения состояния суспензии в аппарате, а
так же судить об эффективности конкретных
перемешивающих устройств, о способах интенсификации процесса и технических решениях
совершенствования оборудования для воспроизводства подобных процессов.
1. Сульфаминовая кислота // Сайт ОАО «Пигмент»
(ОАО «КРАТА») [электронный ресурс]. – Тамбов, 2009. –
Режим доступа: http://www.krata.ru/bykleti/sulphamin.pdf
2. Sulfamic acid // Laizhou Jinxing Chemical Industry
Co., Ltd [электронный ресурс] / Focus Technology Co., Ltd. –
Yantai, 2009. – Режим доступа: http://lzjxhg.en.made-inchina.com/product/VbOnhxtMaQiW/China-SulfamicAcid.html
3. Sulfamic // Chempages Tradleads [электронный ресурс], 2009. – Режим доступа: http://tradeleads.chempages.
com/TradeleadsDetails/2702895831/sulfamic_acid__99.5%C
AS_NO:5329-14-6_UN_NO:2967.html
4. Азотные удобрения // МЦДС [электронный ресурс],
2009. – Режим доступа: -http://www.mcds.ru/default.asp?
Mode=Review&ID_L0=1&ID_L1=12&ID_L2=53&ID_L3=2
13&ID=&ID_Review=21694
5. Дарманян, А. П. Технологический расчет химических реакторов: учебное пособие / А. П. Дарманян, О. А. Тишин. – Волгоград: изд. ВолгГТУ, 1989. – 111 с.
6. Химическая энциклопедия: В 5 т. Т. 4. Полимерные-Трипсин / ред. кол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.) [и др.]. –
М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. – 639 с.
7. Лащинский, А. А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: справочник / А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский; под ред. Н. Н. Логинова. – М.; Л.,
Машгиз, 1963. – 468 с.
8. Стренк, Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / Ф. Стренк; под ред. И. А. Щупляки. – Л.: Химия, 1975.
9. Nagata S. Mixing principles and applications. – N.Y.London-Sydney-Toronto, «John Wiley & Sons» (Tokyo:
«Kodasha ltd».), 1975.
10. Брагинский, Л. Н. Перемешивание в жидких средах / Л. Н. Брагинский, В. И. Бегачев, В. И. Барабаш. – Л.:
Химия, 1984.
11. Яворский, В. А. Планирование научного эксперимента и обработка экспериментальных данных: методические указания к лабораторным работам / В. А. Яворский. –
М., МФТИ, 2006.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
405 Кб
Теги
экспериментальной, тяжелой, процесс, pdf, легких, части, исследование, жидкости, суспендированных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа