Методы расчета гидромеханических процессов при фильтровании и центрифугировании суспензий

• Автор: Ибятов, Равиль Ибрагимович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 340 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ .
ГЛАВА 1. Обзор состояния проблемы и основные подходы математического моделирования процессов разделения гетерогенных сред с твердой фазой в химической технологии .

1.1. Современные подходы к описанию гидродинамики гетерогенных сред

1.2. Контактная дисперсная система и фильтрационное течение гетерогенных сред.

1.3. Моделирование процессов промывки осадков

1.4. Задачи, возникающие при расчете гидромеханических процессов разделения гетерогенных сред и методы их решения
Выводы.
ГЛАВА 2. Математическое моделирование гидродинамики гетерогенных сред с твердой фазой на проницаемых поверхностях
2.1. Развитие метода поверхностей равных расходов для расчета течений многофазных сред по проницаемым поверхностям .
2.2. Течение и фильтрование гетерогенных сред без образования осадка
2.3. Расчет фильтрования гетерогенных сред с образованием осадка.
2.4. Учет расслоения среды при расчете течения многофазной системы
Выводы
ГЛАВА 3. Гидродинамика гетерогенных сред с твердой фазой на
вращающихся проницаемых поверхностях
3.1. Развитие метода поверхностей равных расходов для расчета осесимметричных течений по вращающимся проницаемым поверхностям .
3.2. Математическое моделирование процесса сгущения гетерогенных сред
3.3. Расчет процесса фильтрования среды с образованием
осадка.
Выводы.
ГЛАВА 4. Гидродинамика гетерогенных сред с твердой фазой в криволинейных каналах и цилиндрических трубах с. проницаемыми стенками
4.1. Развитие метода поверхностей равных расходов для расчета напорных течений в проницаемых каналах и трубах .
4.2. Математическое моделирование процесса сгущения гетерогенных сред в проницаемых каналах и трубах .
4.3. Расчет процессов течения и фильтрования гетерогенных сред с образованием осадка .
Выводы
ГЛАВА 5. Метод расчета движения дисперсной фазы в произвольной ортогональной системе координат при совместном использовании эйлеровых и лагранжевых подходов
5.1. Совместное использование эйлеровых и лагранжевых подходов в моделировании движения дисперсных частиц
5.2. Метод поверхностей равных расходов.
5.3. Расчет траектории частиц при разделении дисперсных сред под действием массовых сил.
Выводы
ГЛАВА 6. Гидродинамика жидкостных тарельчатых сепараторов для
осветления суспензий
6.1. Метод расчета гидродинамики потока в осесимметричной вращающейся щели, образованной поверхностями
вращения
6.2. Расчет гидродинамики межтарелочного зазора сепаратораосветлителя с учетом сложного реологического состояния осадка .
6.3. Анализ полученных результатов с целью выбора оптимальных параметров процесса разделения
Выводы
ГЛАВА 7. Разработка метода расчета процесса разделения суспензии на барабанном вакуумфильтре со сходящей рабочей лентой .
7.1. Расчет процесса формирования слоя осадка твердой фазы на наружной поверхности вращающегося барабана .
7.2. Промывка выделенного слоя осадка на сходящей рабочей ленте.
7.3. Расчет движения жидкой пленки жидкости по поверхности вращающегося барабана, покрытый слоем пористого осадка.
Выводы
ГЛАВА 8. Методика расчета и оптимизация процессов разделения суспензий, рекомендации по практической реализации результатов исследований.
8.1. Рекомендации по расчету процессов разделения гетерогенных сред под действием разности давления на границе раздела и массовых сил
8.2. Оптимизация работы барабанного вакуумфильтра со
сходящей рабочей лентой.
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Эту предельную структуру с порами в виде каналов будем называть канальной структурой. Для такой неподвижной структуры тензор г2 не имеет смысла, а напряжение в жидкой фазе определяется давлением. При этом уравнение 1. Сила межфазного взаимодействия представляется в виде . В межфазной силе 2 составляющая , возникающая изза сил инерции в мелкомасштабном движении, незначительна по сравнению с силой вязкого трения. Характерный размер а, однозначно определяется только в случае упаковки монодисперсных частиц. В противном случае вместо диаметра частиц принимается характерный размер пор. Если несущественны силы инерции в жидкости и течение стационарно, то из 1. Значение проницаемости аналитически может быть вычислено только для определенных моделей контактной дисперсной среды, например, в случае упаковки монодисперсных сферических частиц. В общем случае проницаемость определяется экспериментально. При фильтрации степенной жидкости через плотную упаковку дисперсных частиц формулу 1. Здесь величина у, которая зависит от пористости 0, проницаемости к и реологических параметров т, п, называется эквивалентной вязкостью параметром уровня вязкости. Г,0оАП
где к а2 К1а проницаемость контактной дисперсной среды. Заметим, что из уравнения 1. Исследование фильтрационных систем, в которых сама фильтрующаяся жидкость проявляет свойства, отличные от ньютоновских жидкостей, имеет важное значение для технологических процессов, встречающихся на практике. Однако в настоящее время течение нелинейных жидкостей в пористых средах достаточно хорошо изучено только для решения вопросов нефтедобычи, то есть когда фильтрация осуществляется в больших массивах , . Фильтрация неньютоновских жидкостей в малых пористых объемах, с которыми приходится сталкиваться в химической промышленности, остается мало изученной. Различные нелинейные эффекты при фильтрации жидкостей в пористой среде и в зернистом слое рассматривались в работах , . При решении уравнений механики гетерогенных сред необходимо корректно учитывать граничные условия на внешних границах и на поверхностях разрыва. Эти вопросы подробно обсуждены в работах , , , . Процессы промывки осадков часто встречаются как составная часть многих комплексных технологических процессов. Осадок представляет собой контактную дисперсную среду, состоящую из пористого скелета и заполняющего поры жидкости. УпУпУ уР0 РР. Ввиду большой научной и практической значимости изучению процесса промывки уделяется достаточно много внимания. Имеется большое количество работ, посвященных данной проблеме , , , . Среди физических моделей осадка, используемых при исследовании промывки, можно выделить несколько основных. Согласно модели 3 пористую среду можно представить как систему большого числа последовательно соединенных камер, сообщающихся посредством коротких каналов. Объем камеры подразделяется на проточную зону, в которой жидкость движется в продольном направлении, и застойную, жидкость в которой участвует лишь в массообмене с проточной зоной. Модели застойной пленки , , 5 характеризуются тем, что промывная жидкость протекает по капиллярам осадка, размеры и формы которых неизвестны, в виде сплошных струй, соприкасающихся с пленкой фильтрата, равномерно распределенной по поверхности капилляров. Причем перенос примеси из пленки фильтрата в основной поток промывной жидкости осуществляется только молекулярной диффузией. Также широкое распространение получили диффузионные модели , . В соответствии с этой моделью в порах осадка происходит вытеснение фильтрата промывной жидкостью, причем все отклонения от поршневого течения промывной жидкости учитываются лишь одним эмпирическим коэффициентом продольного перемешивания. Этот коэффициент определяется молекулярной и конвективной диффузией с преобладанием при небольших скоростях первого фактора, а при больших второго. При сложном математическом описании процесса промывки встречается ряд параметров, которые необходимо определять экспериментально, в связи с чем их практическое применение затруднено.