Оптимизация процесса дегазации бутилового каучука в аппаратах с перемешивающими устройствами

• Автор: Кириллов, Данил Алексеевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 215 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
I. АНАЛИЗ АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ ПРОЦЕССА ДЕГАЗАЦИИ И МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ РАСТВОРЕНИИ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ
1.1. Обзор существующих способов крошкообразования
1.2. Обзор существующих способов дегазации синтетических каучуков
1.3. Математические модели процесса дегазации
II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ В ПРОЦЕССЕ ДЕГАЗАЦИИ КРОШКИ КАУЧУКА. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СПОСОБОМ РЕКОНСТРУКЦИИ ВНУТРЕННИХ УСТРОЙСТВ АППАРАТА
2.1. Цели и задачи экспериментального исследования
2.2. Схема экспериментальной установки
2.3. Условия и методика проведения эксперимента
2.4. Влияние гидродинамических режимов, создаваемых различными конструкциями перемешивающих устройств на распределение крошки каучука в объеме аппарата. Выводы по первому этапу экспериментов
2.5. Оптимизация процесса перемешивания способом реконструкции внутренних устройств дегазатора
2.6. Гидродинамические характеристики процесса перемешивания.
Оценка погрешности эксперимента. Результаты исследования
III. ГИДРОДИНАМИКА ПСЕВДОЛАМИНАРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ НА ЭЛЕМЕНТАХ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК В
АППАРАТАХ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
3.1. Гидродинамические характеристики процесса перемешивания

мелкодисперсной твердой фазы
3.1.1. Определение интенсивности турбулентности на границе динамического пограничного слоя в элементах мелкодисперсной фазы в аппаратах с перемешивающими устройствами
3.1.2. Определение скорости обтекания элементов дисперсной фазы
в аппаратах с перемешивающими устройствами
3.1.3. Гидравлическое сопротивление дисперсных частиц
3.1.4. Теоретические оценки параметров псевдоламинарного пограничного слоя в турбулентном потоке жидкости
3.2. Решение уравнения переноса массы в псевдоламинарном пограничном слое
3.3. Численное моделирование гидродинамических режимов при перемешивании крошки каучука
IV. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДЕГАЗАЦИИ КРОШКИ КАУЧУКА В
АППАРАТАХ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
4.1. Уравнение переноса импульса и массы в пограничном слое на
поверхности крошки каучука
4.2. Решение уравнений переноса импульса в псевдоламинарном
пограничном слое на поверхности крошки каучука
4.3. Оценка параметров динамического пограничного слоя
4.4. Решение уравнений переноса массы
4.5. Расчет и оценка коэффициентов массоотдачи в жидкой фазе
4.6. Определение концентрации раствора в аппарате с мешалкой
4.7. Алгоритм расчета кинетики растворения хлористого метила в
процессе дегазации крошки каучука
4.8. Оптимизация процесса дегазации крошки каучука
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
а - удельная межфазная поверхность, м2/м3; а,Ь - ширина лопастей, мм;
В - ширина отражательных перегородок в аппарате с мешалкой, мм;
С - размерная величина концентрации вещества;
Сю - безразмерная величина концентрации вещества в середине потока; с} - коэффициент гидравлического сопротивления корпуса мешалки;
£> - внутренний диаметр аппарата, мм;
О - коэффициент молекулярной диффузии, м2/с;
Ог - коэффициент турбулентной диффузии, м2/с;
й - внутренний диаметр втулки перемешивающего устройства, диаметр вала, мм;
<1и - диаметр перемешивающего устройства, мм;
с1вт - диаметр втулки перемешивающего устройства, мм;
с1э - эквивалентный диаметр крошки каучука;
Е - поверхность контакта фаз крошки, м2;
/уя - сопротивление трения;
/0 - площадь поверхности одной частицы крошки каучука, кг;
Идн - высота днища аппарата с эллиптическим дном, мм; кПЕР - высота перегородок расположенных на дне аппарата, мм; кш - высота расположения первого яруса перемешивающего устройства от дна аппарата, мм;
ИМ2 - высота расположения второго яруса перемешивающего устройства от дна аппарата, мм;
кМ1 - высота расположения третьего яруса перемешивающего устройства от дна аппарат, мм; у - поток импульса;
К„ - критерий мощности;

Описать аналитически отгонку растворителя на второй стадии невозможно, так как процесс молекулярной диффузии растворителя в каучуке сопровождается молярным переносом. При молярном переносе имеет место испарение растворителя в массе каучука и движение его к внешней границе частицы каучука в парообразном состоянии. На стадии крошкообразования получается частица, которая имеет твердую оболочку. Во внутренних слоях, содержащих большое количество растворителя, происходит испарение растворителя с образованием пористой частицы. Вода, затекающая в поры частиц каучука, увеличивает интенсивность молярного переноса, поскольку температура кипения азеотропной смеси растворитель вода ниже температуры кипения чистого растворителя.
Сложный механизм процесса дегазации заставляет проводить экспериментальные исследования и для описания кинетических данных использовать эмпирические уравнения. Для обработки опытных данных для большинства видов каучуков и растворителей можно использовать эмпирическое уравнение [3, 59, 60]:
~ = (1-5)

где г - относительная концентрация растворителя в каучуке; к, п — константы.
Уравнение (1.5) является двухпараметрическим. Оба параметра могут быть легко определены по опытным данным. При этом авторы [59] установили, что результаты одного лабораторного периодического опыта позволяют определить параметры к, п.
Математическое моделирование процесса дегазации.
Математическая модель процесса представляет, собой систему расчетных уравнений, включающую уравнения равновесия, уравнения кинетики процесса, уравнения гидродинамики (которые обычно объединяются с уравнениями кинетики), уравнения материального баланса и уравнения связи, учитывающие изменение параметров процесса. Наиболее распространенной является математическая модель [3, 60], по которой последовательно рассчитывается