Основные закономерности процесса перемешивания трехфазных систем в аппаратах с мешалками

• Автор: Зеленский, Владислав Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 191 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ДВУХФАЗНЫХ И ТРЕХФАЗНЫХ СИСТЕМ В АППАРАТАХ С МЕШАЛКАМИ.

1.1. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ДВУХФАЗНЫХ СИСТЕМ

1.1.1. Перемешивание систем жидкость твердое тело.

1.1.1.1. Суспендирование в аппаратах с мешалками

1.1.1.2. Распределение твердых частиц в рабочем объеме аппарата.

1.1.2. Перемешивание систем жидкость газ

1.1.2.1. Затраты мощности при перемешивании систем жидкость газ

1.1.2.2. Формирование систем жидкость газ.

1.1.2.3. Среднее газосодержание среды и размеры пузырей.
1.2. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ СИСТЕМ
1.2.1. Рекомендации по конструктивному оформлению аппаратов с мешалками, предназначенных для перемешивания трехфазных систем
1.2.2. Взаимодействие газовых пузырей и твердых частиц в трехфазиых системах.
1.2.2.1. Влияние газовой фазы на гидродинамику системы
жидкость твердое тело
1.2.2.2. Влияние твердых частиц на систему жидкость газ.
1.3. ВЫВОДЫ.,.
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СУСПЕНЗИЙ, СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ ГАЗ И ЖИДКОСТЬ ГАЗ ТВЕРДОЕ ТЕЛО.
2.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СУСПЕНДИРОВАНИЯ ТВЕРДЫХ
ЧАСТИЦ В АППАРАТАХ С ОТРАЖАТЕЛЬНЫМИ ПЕРЕГОРОДКАМИ
2.1.1. Перемешивание суспензий мешалками с наклонными лопастями
2.1.2. Перемешивание суспензий мешалками с вертикальными лопастями
2.2. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ ГАЗ
2.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СИСТЕМ
ЖИДКОСТЬ ГАЗ ТВЕРДОЕ ТЕЛО
2.3.1. Формирование трехфазных систем.
2.3.2. Анализ взаимного влияния дисперсных фаз
2.3.2.1. Взаимодействие твердых частиц и газовых пузырей в турбулентном потоке трехфазной пульпы
2.3.2.2. Влияние твердых частиц на газосодержание системы.
2.3.3. Условия подъема твердых частиц с днища аппарата при перемешивании трехфазных систем
2.3.4. Влияние газовой фазы на массообмен между жидкой и твердой фазами при механическом перемешивании .
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБРАБОТКА И
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
3.2. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ СУСПЕНЗИЙ В АППАРАТАХ С
ОТРАЖАТЕЛЬНЫМИ ПЕРЕГОРОДКАМИ
3.2.1. Суспендирование твердых частиц мешалками с наклонными лопастями
3.2.2. Суспендирование твердых частиц мешалками с вертикальными лопастями .
3.3. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЖИДКОСТЬ ГАЗ
3.4. ФОРМИРОВАНИЕ И ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ СИСТЕМ
3.4.1. Исследование воздействия содержания твердых частиц на среднее газосодержание пульпы
3.4.2. Исследование процесса суспендирования твердых частиц при перемешивании трехфазных систем
3.4.3. Исследование процесса растворения твердых частиц при перемешивании трехфазных систем
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ
ТРЕХФАЗНЫХ СИСТЕМ ЖИДКОСТЬ ГАЗ ТВЕРДОЕ ТЕЛО
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Данный подход позволяет выявить наиболее важные физические закономерности крупномасштабного турбулентного переноса в конкретном аппарате любого масштаба и решать прикладные задачи, связанные с определением условий суспендирования твердых частиц и расчетом распределения твердой фазы в рабочем объеме аппарата. Минимально допустимый уровень интенсивности перемешивания в системах жидкость твердое тело должен обеспечивать отсутствие осадка твердой фазы на днище аппарата. Суспендирование в аппаратах с мешалками
где Ур объем частицы, м3 рр плотность частицы, кгм3 рь плотность жидкости югм3 гравитационная постоянная, мс2. Определению этого условия посвящено значительное количество исследований 9 , , , , . Первые публикации , носили качественный характер и не содержали никаких корреляций. Пшт Б Уз1 с1р2 рррОРьхГм , . Примечательно, что в данном выражении показатели степени, в отличие от величины Б, не зависят от типа мешалки и соотношений геометрических параметров аппарата. Большинство зарубежных авторов 8 , , считают корреляцию 1. Следует отметить, что все эти состояния зависят от интенсивности перемешивания и являются достаточно условными, поскольку отсутствуют четкие критерии для их оценки 8. Авторы работы сравнивают результаты ранних собственных работ и данные других авторов в большинстве случаев уточняются показатели степени в уравнении 1. Для перемешивания суспензий наиболее эффективными авторы считают мешалки с наклонными лопастями, создающие нисходящий поток в центральной зоне аппарата более энергоемкими турбинные мешалки и мешалки с наклонными лопастями, создающие восходящий поток. Однако, по мнению авторов , последние имеют преимущество перед другими мешалками, состоящее в том, что они в большей степени способствуют увеличению однородности суспензии с высоким содержанием твердой фазы. При незначительном содержании твердых частиц никакого существенного отличия между типами мешалок в данной работе не было обнаружено. Результаты исследований свидетельствуют о сложности описания процесса перемешивания суспензий и проблемах масштабного перехода, возникающих при использовании выражения 1. Такой упрощенный характер расчетных зависимостей применительно к аппаратам с мешалками обусловлен в основном невозможностью точного описания сложной структуры потока, отличительной чертой которого является трехмерность движения среды, наличие различных циркуляционных зон и интенсивного турбулентного переноса. Так, при анализе явлений размыва и подъема частиц потоком, параллельным плоскости осадка, гидрологами используются две различные модели . Одна из них аэродинамическая, основанная на предположении о возникновении подъемной силы, отрывающей частицу от дна, за счет разности скоростей над и под частицей при ее обтекании. Другая модель диффузионная подъем частиц со дна рассматривается как следствие проникновения в приповерхностный, по отношению к осадку, слой турбулентных пульсаций, количественные значения которых определяются по эмпирическим зависимостям. Использование данных моделей позволяет объяснить ряд явлений, наблюдаемых при течениях в руслах и каналах, однако их использование не привело пока еще к надежным расчетным зависимостям и ограничивается возможностью лишь качественного анализа явлений подъема частиц. Тем не менее, как показал анализ движения среды в аппаратах без отражательных перегородок , можно воспользоваться результатами, накопленными в гидрологии. Поскольку в аппарате происходит сложное течение среды, которое в большинстве случаев носит турбулентный характер, то на скорость направленного течения о накладываются мгновенные пульсационные скорости о. В работах выдвинуто предположение, что перенос твердых частиц у днища аппарата в вертикальном направлении обусловлен диффузионнопульсационным механизмом. Авторами рассмотрена область вблизи осадка твердой фазы см. Именно поэтому механизм переноса в данной области является ответственным за подъем частиц твердой фазы с днища аппарата. Перенос же частиц на расстояние у осуществляется уже турбулентной диффузией и конвективным обменом, интенсивность которых определяется осредненными по объему аппарата характеристиками переноса Бт и .