DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 27.07.2010

Материалы

загрузка...

Повышение эффективности процесса диспергирования многофазных систем целлюлозно-бумажного производства в роторно-пульсационном аппарате

Мидуков Николай Петрович, 27.07.2010

 

- толщина кольца статора, м;

- толщина кольца ротора, м;

- число циклов пульсации пузырька за время прохождения им кавитационной области;

- средняя скорость в зазоре между кольцами, м/с;

- касательное напряжение в зазоре между кольцами, Па;

- градиент скорости в зазоре, с-1;

- длина выступов ротора и статора в радиальном зазоре, м;

- ширина зазора между ротором и статором в радиальном зазоре, м;

- ускорение свободного падения, м/с?.

роторно-пульсационного аппарата, созданного на базе центробежного насоса, определялись из следующих формул:

- ширина прорезей ротора и статора, м;

- количество прорезей ротора и статора, шт.;

D – диаметр ротора, м;

- коэффициенты, зависящие от технологических свойств бумажной массы, которые определяются опытным путём;

, - коэффициенты, зависящие от конструктивных параметров элементов ротора и статора, находятся экспериментально.

Условием для диспергирования бумажной массы и разрушения нераспущенных пучков волокон является неравенство (4):

- мощность, затрачиваемая РПА на диспергирование, Вт;

- напряжение необходимое для разрушения пучка волокна, Па;

- степень измельчения;

- модуль упругости пучка нераспущенного волокна, Па/м;

, - коэффициент полезного действия РПА.

Исходя из реологических свойств бумажной массы, следует, что создание диспергированного потока на выходе из аппарата возможно при выполнении

где U – скорость потока в выходном патрубке аппарата, м/с;

Dу – диаметр выходного патрубка аппарата, м;

Нераспущенный пучок волокон бумажной массы обладает значительной прочностью в отличие от прочности капель в эмульсии и сгустков в мелкодисперсной суспензии. Поэтому для его деформации необходимо приложить усилия сдвига, которые обусловлены механическим воздействием на нераспущенный пучок волокна. В отличие от диспергирования эмульсий и мелкодисперсных суспензий пульсационного, кавитационного, жидкостного и ударного воздействий может быть не достаточно для диспергирования бумажной массы. Этим обусловлена необходимость учёта влияния механического фактора в теории процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате, созданном на базе центробежного насоса. Уравнения (1), (2), (3) устанавливают связь полезной мощности с конструктивными параметрами РПА, предназначенного для диспергирования и транспортировки бумажной массы. Условия (4) и (5) определяются технологическими характеристиками бумажной массы.

Таким образом, полученные теоретические зависимости позволяют рассчитать мощность, которую необходимо затратить для диспергирования бумажной массы, являющейся реологически сложной системой, с учётом комплекса гидромеханических факторов, воздействующих на волокно при различных конструктивных параметрах РПА.

Третий раздел посвящён экспериментальным исследованиям процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате и включает в себя описание установки. Представлена методика измерения насосного эффекта аппарата, определено влияние обработки бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате на укорачивание волокна и степень помола, проведены исследования степени диспергирования бумажной массы.

На основании разработанной теории процесса диспергирования бумажной массы, с учетом зонной модели было принято решение усилить влияние механического фактора воздействия на волокно в роторно-пульсационном аппарате, созданном на базе центробежного насоса. Конструкция аппарата, с дополнительной зоной рифления представлена на рис.1.

Рис 1. Схема роторно-пульсационного аппарата:

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – кольцо ротора; 4 – кольцо статора; 5 – рифления на роторе и статоре; 6 – резьбовое соединение для регулировки зазора между рифлёной частью ротора и статора; 7 – входной патрубок; 8 – выходной патрубок; А – зона рифления в горловинообразной части ротора и статора; В – зона радиального зазора между кольцами; С – зона отвода

Для исследования процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате использовалась экспериментальная установка (рис. 2). Исследования проводились с использованием суспензий на основе сульфатной белёной целлюлозы хвойных и лиственных пород, а также макулатуры.

Степень диспергирования бумажной массы определялась процентным содержанием нераспущенных пучков волокон. Обработка проб производилась на специальном оборудовании, которое позволяло разделить пучки от общей массы. В процессе проведения экспериментов контролировались длина волокна и степень помола.

Рис. 2. Экспериментальная установка для диспергирования бумажной массы:

1 – роторно-пульсационный аппарат; 2 – электродвигатель постоянного тока; 3 - блок тиристорного преобразователя; 4 - оптический датчик, 5 – тахометр; 6 – ваттметр; 7 - манометр; 8 – вакуумметр; 9 – расходомер; 10 – подвижное соединение; 11, 14 – система стеклянных трубопроводов; 12 – бак для ввода наполнителя или красителя; 13 – дозирующий насос; 15 – ёмкость для обрабатываемой среды; 16 – мешалка; 17 – резервная ёмкость; 18 – сканирующее устройство; 19 – компьютер; X – отбор проб для измерения степени диспергирования; Y – отбор проб для измерения степени помола; Z – отбор проб для измерения длины волокна

Четвёртый раздел посвящен анализу и обобщению экспериментальных результатов, подтверждающих разработанную теорию диспергирования бумажной массы в РПА. Проведён анализ зависимости процентного содержания нераспущенных пучков волокон от мощности диспергирования в роторно-пульсационном аппарате, созданном на базе центробежного насоса:

- коэффициенты, зависящие от вида используемого волокнистого сырья и определяющиеся экспериментальным путём.

Зависимость была получена с помощью компьютерной программы МathCAD путём проведения процедуры экспоненциальной регрессии.

Результаты расчётов, выполненные по формуле (6), и сопоставление их с экспериментальными данными позволили подтвердить правильность предложенной зависимости, так как относительная погрешность между теоретическими и экспериментальными результатами не превышала 15 %. Также не превысила допустимых для инженерных расчётов значений погрешность между теоретическими и экспериментальными результатами зависимости процентного содержания нераспущенных пучков волокон от полезной мощности аппарата.

Таким образом, подтверждена адекватность предложенной теоретической модели процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном

Результаты экспериментальных исследований, полученные при работе аппарата с различными геометрическими параметрами ротора и статора, представлены на рис.3.