DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 15.06.2008

Материалы

загрузка...

Разработка методов расчёта и моделирование малообъёмных роторных дезинтеграторов- смесителей

Николаев Евгений Анатольевич, 15.06.2008

 

В ходе экспериментальных исследований было выявлено, что при увеличении скорости вращения ротора процесс карбонизации проходит интенсивнее (рисунок 7). Это связано с увеличением воздействия рабочих элементов на обрабатываемую среду с возникновением развитого турбулентного движения смеси в аппарате, интенсификации влияния сдвиговых напряжений и, как следствие, более тонкого диспергирования газа. Как видно из рисунка 9, увеличение скорости вращения ротора более 1400 об/мин приводило к резкому увеличению потребляемой мощности, при этом выход бикарбоната натрия увеличивался незначительно (кривые 3 и 4 на рисунке 7). Таким образом, целесообразнее было проводить карбонизацию содового раствора при числе оборотов ротора n=1400 об/мин, чем при n=1680 об/мин.

С уменьшением величины зазора между вращающимися и неподвижными дисками аппарата эффективность использования диоксида углерода возрастала, это происходило вследствие интенсификации сдвигового воздействия на обрабатываемую среду. Ординаты кривых 3 и 4 на рисунке 8 свидетельствуют о том, что рост бикарбоната натрия для зазоров h=1 мм и h=0,5 мм отличается незначительно. При этом потребляемая мощность при зазоре h=0,5 мм (при n>1400 об/мин) значительно превышала потребляемую мощность для зазора h=1,0 мм. Кроме того, уменьшение величины зазора повышает требования к изготовлению и эксплуатации аппарата. Таким образом, для рассмотренного случая оптимальная величина зазора h=1,0 мм.

Экспериментальные исследования по обработке кальцийсодержащих стоков с получением химически осажденного карбоната кальция проводились на установке с роторным дезинтегратором-смесителем, выполненным с возможностью изменения числа ступеней и имеющим следующие конструктивные параметры: RД=6,125·10-2м; RВ=8,5·10-3м; ni=16; Sотвi=17,66·10-5 м2; h=1

Анализ полученных в ходе экспериментальных исследований графических данных (рисунок 11) показал, что для аппарата с числом ступеней, равным трём и четырём, при числе оборотов ротора свыше 1700-1800 об/мин, наблюдалось прекращение роста массовой доли карбоната кальция в суспензии. Кривые зависимости массовой доли карбоната кальция от числа оборотов ротора для аппарата с тремя и четырьмя ступенями в интервале 1700-2000 об/мин отличались не более чем на 5% по величине массовой доли карбоната кальция. На графике же зависимости потребляемой мощности от числа оборотов ротора (рисунок 10) в интервале 1700-2000 об/мин значение мощности для аппарата с тремя и четырьмя ступенями отличалось в 1,6-1,8 раз. Таким образом, с учётом затрат мощности оптимальный режим работы аппарата наблюдался при числе оборотов ротора 1700-1800 об/мин при трёх ступенях аппарата.

1 – одна ступень, 2 – две ступени, 3 – три ступени, 4 – четыре ступени

Рисунок 10 - Графики зависимостей потребляемой мощности от числа оборотов ротора для различных чисел ступеней

1 – одна ступень, 2 – две ступени, 3 – три ступени, 4 – четыре ступени

Рисунок 11 – График изменения массовой доли карбоната кальция от числа оборотов ротора для различных чисел ступеней

В роторном дезинтеграторе-смесителе с тремя рабочими ступенями при частоте вращения ротора в 1700 об/мин проводили карбонизацию реальных стоков производства гипохлорита кальция с концентрацией гидроксида кальция (СaOH2) - 112 г/л. Полученную меловую суспензию промывали дистиллированной водой от хлоридов натрия и фильтровали на лабораторном вакуум-фильтре. Осадок просушивали в печи и пропускали через лабораторную валковую дробилку.

В результате был получен образец химически осажденного мела, показатели которого максимально приближены к аналогичным показателям мела первого сорта по ГОСТ 8253-79.

Экспериментальные исследования по очистке дихлорэтана (ДХЭ) от побочных продуктов в производстве винилхлорида проводились на установке со следующими параметрами роторного дезинтегратора-смесителя: RД=0,12 м, ni=20, Sотвi=7,07·10-4 м2, с возможностью изменения числа ступеней - от 2 до 4, величины зазора - от 4 до 10 мм и регулировкой частоты вращения ротора в интервале 400 - 2950 об/мин. Способ очистки ДХЭ от побочных продуктов - смешение его с раствором щёлочи (NaOH).

На рисунке 12 показана схема узла нейтрализации и отмывки, где смешение ДХЭ с щёлочью происходило в сопловом смесительном устройстве. На рисунке 13 показано, что нейтрализация ДХЭ происходила в малообъёмном роторном дезинтеграторе-смесителе.

Рисунок 12 – Схема узла нейтрализации и отмывки ДХЭ

Рисунок 13 – Схема узла нейтрализации и отмывки ДХЭ с малообъёмным роторным дезинтегратором-смесителем

, эффективность процесса возрастала. По графическим зависимостям судили об оптимальных параметрах работы малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя.

Из полученных графических зависимостей, были найдены оптимальные рабочие параметры - число ступеней равно трём, величина зазора h=6 мм, число оборотов ротора n=1200-1300 об/мин (рисунок 14). При этом минимальный расход щёлочи, необходимый для полной нейтрализации побочных продуктов, составил gmin=33,9 м3/ч, а потребляемая на перемешивание мощность N = 1020 Вт.

При выбранных оптимальных параметрах аппарата расход щёлочи на полную нейтрализацию побочных продуктов снизился на 23,6%. Кроме того, использование малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя позволило исключить из технологической схемы ёмкость Е-1 и насос H-1, тем самым упростив технологическую схему и повысив при этом качество целевого

1 - h=4·10-3 м, 2 - h=6·10-3 м, 3 - h=8·10-3 м, 4 - h=10·10-3 м

Рисунок 14 – Зависимость Qi от ni для различных значений зазоров при числе ступеней, равном трём

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Разработана конструкция малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя для перемешивания неоднородных сред.

Создана математическая модель, связывающая основные геометрические параметры аппарата и свойства обрабатываемой среды с затратами мощности. Показано, что затраты мощности возрастают пропорционально квадрату скорости вращения ротора и четвёртой степени диаметра дисков.

Разработана экспериментальная установка для исследования малообъемных роторных дезинтеграторов-смесителей.

Исследованы возможности применения предложенной математической модели на практике, в ходе которых выявлено, что расхождение найденных экспериментально и теоретически рассчитанных значений потребляемой мощности не превышает 10%.

Проведены экспериментальные исследования малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя в процессах карбонизации содового и кальцийсодержащего растворов, а также очистки дихлорэтана от побочных продуктов. Экспериментально установлены факторы, влияющие на обработку неоднородных сред. Определены оптимальные по энергозатратам скорости вращения ротора, величины зазоров между вращающимися и неподвижными дисками и количество рабочих ступеней аппарата.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

Пат. на полезную модель № 59441 Российская Федерация, МПК В02С7/08. Роторный дезинтегратор - смеситель / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Иванов С.П., Боев Е.В., Бикбулатов И.Х., Боев А.В.; заявл. 14.08.06; опубл. 27.12.06, бюл. № 36.

Пат. на полезную модель № 60880 Российская Федерация, МПК В02С7/08. Роторный дезинтегратор - смеситель / Шулаев Н.С., Бикбулатов И.Х., Иванов С.П., Николаев Е.А., Боев Е.В.; заявл. 10.11.05; опубл. 10.02.07,

Пат. на полезную модель № 64943 Российская Федерация, МПК В02С7/08. Роторный дезинтегратор - смеситель / Шулаев Н.С., Иванов С.П., Николаев Е.А., Бикбулатов И.Х., Боев Е.В.; заявл. 26.02.07; опубл. 27.07.07, бюл.

Пат. на полезную модель № 66228 Российская Федерация, МПК В02С7/08. Роторно – дисковый дезинтегратор - смеситель / Николаев Е.А., Иванов С.П., Шулаев Н.С., Шириязданов Р.Р., Боев Е.В.; заявл. 03.05.07; опубл. 10.09.07, бюл. № 25.

Шулаев Н.С. Определение мощности малообъёмных роторных дезинтеграторов-смесителей при обработке жидких сред / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2008. - № 4. - С. 3-4.

Шулаев Н.С. Смеситель для удаления побочных продуктов из дихлорэтана в производстве винилхлорида / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Булюкин П.Е., Шириязданов Р.Р. // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2008. - № 3. - С.

Шулаев Н.С. Очистка стоков производства гипохлорита кальция в роторном дезинтеграторе-смесителе / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В., Шириязданов Р.Р., Афанасенко В.Г. // Экология и промышленность России. - 2008. - № 2. - С. 6-7.

Шулаев Н.С. Разработка конструкции малообъемного роторно-дискового дезинтегратора-смесителя для получения гетерогенных смесей / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Иванов С.П., Боев Е.В. // Химическая промышленность сегодня. - 2008. - № 3. - С. 42-44.

Шулаев Н.С. Роторный дезинтегратор-смеситель для проведения газожидкостных реакций на примере карбонизации содового раствора / Шулаев Н.С., Иванов С.П., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Химическая технология. - 2008. - № 4. - С. 173-176.

Шулаев Н.С. Методика проведения испытаний малообъёмного роторного дезинтегратора-смесителя с целью получения энергетических характеристик / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Естественные и технические науки. - 2007. - № 3. - С. 183-184.

Шулаев Н.С. Распределение потребляемой энергии в малообъёмных роторных дезинтеграторах-смесителях при обработке дисперсных систем / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Техника и технология.- 2007. - №3. - С. 105-106.

Шулаев Н.С. Малообъемные роторные дезинтеграторы – смесители для химической промышленности. / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Боев Е.В. // Севергеоэкотех - 2006: материалы VII Международной молодежной научной конференции. В 3 ч. - Ухта: УГТУ, 2006. - ч.1. - С. 280-282.

Шулаев Н.С. Роторный дезинтегратор – смеситель для проведения массообменных процессов / Шулаев Н.С., Иванов С.П., Николаев Е.А., Афанасенко В.Г, Боев Е.В. // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: материалы Четвертой Международной научно-практической конференции. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. - Т.11. - С. 444-445.

Шулаев Н.С. Универсальный малообъемный роторно – дисковый дезинтегратор – смеситель / Шулаев Н.С., Николаев Е.А., Иванов С.П., Боев Е.В., Афанасенко В.Г. // Роль науки в развитии топливно – энергетического комплекса: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Уфа: Изд-во ИПТЕР, 2007. - С. 255-256.