Совершенствование методов расчета технологических параметров аппарата роторно-пульсационного типа для приготовления эмульсий

• Автор: Кухленко, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Применение эмульгирования в промышленности и необходимость использования новых перспективных способов диспергирования

1.1 Обзор факторов, определяющих интенсификацию процесса эмульгирования

1.2 Интенсификация процесса эмульгирования при использовании механизма сдвиговых напряжений
1.3 Интенсификация процесса эмульгирования с использованием механизма изменения скорости потока жидкости при изменении сечения канала
1.4 Интенсификация процесса эмульгирования с использованием механизма внезапного ускорения или торможения потока вследствие внешнего воздействия

1.5 Обзор конструкций роторнопульсационных аппаратов для обработки гетерогенных сред

2 Математическое моделирование течения жидких сред через рабочие органы РПА и определение удельных энергозатрат
2.1 Течение потока жидкости через каналы ротора и статора роторнопульсационного аппарата

2.2 Определение коэффициентов гидравлического сопротивления

2.3 Определение, кинематических и динамических параметров потока жидкости
2.4 Исследование кавитационного механизма диспергирования
2.5 Моделирование структуры потока жидкости в радиальном зазоре между ротором и статором
2.6 Расчет диаметра капель эмульсии
3 Экспериментальное исследование процесса эмульгирования в роторнопульсационном аппарате
3.1 Описание экспериментальной установки и исследуемых модельных систем
3.2 Влияние режимных параметров обработки на дисперсный состав и однородность приготавливаемой эмульсии
4 Конструктивные методы совершенствования роторнопульсационных 3 аппаратов
4.1 Влияние предварительной обработки жидкости на дисперсный
состав и однородность приготавливаемой эмульсии
4.2 Предлагаемая конструкция РПА для получения эмульсий
4.3 Рекомендации по проектированию рабочих органов РПА
Основные результаты работы
Список использованных источников


Одним из критериев отличия таких аппаратов друг от друга является способ интенсифицирующего воздействия на обрабатываемые вещества. На этой основе проведе. Независимо от способа интенсификации, обязательным условием, обеспечивающим принципиальную возможность воздействовать на скорость протекания процесса эмульгирования, является наличие взаимного движения фаз. Это условие является тем изначальным фактором, который определяет скорость и эффективность протекания процесса. В отсутствие внешних массовых сил относительное движение фаз возможно лишь при условии, что несущая (непрерывная) фаза, движется ускоренно или замедленно сЛ'/ Ж Ф 0, а уровень динамического воздействия на каплю эмульсии тем выше, чем выше значение ускорения в ее окрестности. Изменение скорости потока равносильно преобразованию его кинетической энергии в другие формы энергии. Величина ускорения потока с! У/Ж пропорциональна скорости изменения удельной кинетической энергии Ешн или величине удельной мощности 4Екин! А9 и этот параметр является количественной характеристикой интенсифицирующего влияния на процесс приготовления эмульсии. Рассмотрим нестационарное одномерное течение несжимаемой жидкости в трубопроводе в направлении координаты х в отсутствие внешних массовых сил []. У . В этом уравнении первый член внутри скобок характеризует изменение кинетической энергии, связанное с нестационарностыо потока. Преобразование кинетической энергии вызвано взаимодействием потока с внешней средой, что сопровождается изменением расхода жидкости в фиксируемом сечении. Такая ситуация реализуется в тех случаях, когда скорость потока быстро изменяется, например при инициировании гидравлического удара или под действием движущегося поршня. Второй член внутри скобок характеризует изменение кинетической энергии потока, обусловленное ее обратным переходом в потенциальную энергию, например, вследствие плавного изменения сечения трубопровода вдоль координаты х. Такой механизм интенсификации может быть реализован при движении жидкости в соплах или насадках различного профиля. Еще одна возможность воздействия на капли эмульсии связана с действием сдвиговых напряжений, когда существует градиент скорости в направлении оси у, перпендикулярной направлению потока. Представим графически указанные выше механизмы воздействия на дисперсные капли (рис. Векторы скорости движения непрерывной фазы относительно капли в точках, расположенных симметрично к ее центру, направлены в противоположные стороны. При этом на каплю действует растягивающий момент сил, способный привести к ее дроблению. Энергетическим показателем эффективности этого механизма является скорость изменения потока кинетической энергии в направлении оси у, т. Екин! Куэтта). Рисунок 1. Проблема заключается в том, как добиться высоких значений с1Екин1с1у, с1Екин/Ж или (1ЕКИН /сЬс при минимальных затратах вводимой энергии в аппарат. При проведении процесса эмульгирования, где основное интенсифицирующее воздействие оказывается за счет механизма сдвиговых напряжений, существует две очевидные возможности увеличения скорости трансформации кинетической энергии. Одна из них заключается в достижении больших значений АЕт{/Ау за счет повышения величины АЕКШ, т. Поскольку падение напора потока в гидравлических сопротивлениях, на трение о стенку и за счет вязкой диссипации в объеме пропорциональны р-У2> то высокие скорости повлекут за собой неоправданно большие потери энергии. Для повышения уровня интенсификации (увеличения АЕт1) требуется дальнейшее наращивание мощности вводимой энергии и, следовательно, достижение требуемой эффективности повлечет за собой снижение к. Другая возможность увеличения интенсифицирующего воздействия заключается в уменьшении величины Ау. В этом случае величина вводимой энергии может достигать значительных величин, а потери на трение практически не изменятся. К числу аппаратов работающих на таком традиционном способе ввода внешней энергии в систему относятся [] аппараты с механическими перемешивающими устройствами (рис.