Моделирование процесса перемешивания жидкостей в аппаратах с зернистым слоем

• Автор: Тарасова, Наталья Евгеньевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Современные конструкции аппаратов для получения эмульсий

1.1.1 Статические смесители

1.1.2 Распылительные смесительные аппараты

1.2. Анализ математических моделей эмульгирования

1.3 Обзор исследований по течению жидкостей через слой зернистого материала

1.3.1 Течение однофазной жидкости в зернистом слое

1.3.2 Совместное течение 2х жидкостей в зернистой среде

1.4 Выводы по главе и постановка задач исследования
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ ЭМУЛЬСИЙ В ЗЕРНИСТЫХ НАСАДКАХ
2.1 Двухжидкостная модель течения нссмешивающихся жидкостей
в зернистых средах
2.1.1 Базовые уравнения многокомпонентных смесей
2.1.2. Стационарная одномерная модель
2.2 Образование эмульсий в зернистых насадках
2.2.1 Определение начальных условий образования эмульсий
2.2.2 Развитая фаза процесса образования эмульсий
2.3 Механизм течения жидкостей при эмульгировании во вращающемся смесителе с зернистым слоем
2.4 Определение дисперсности эмульсий
2.5 Выводы и результаты исследований по главе
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ ЧЕРЕЗ СЛОЙ ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА
3.1 Описание испытательного стенда и методика проведения эксперимента
3.2 Установление начальных условий образования эмульсий
3.3 Развитый режим образования эмульсий
3.4 Сводные характеристики параметров эмульсий
3.5 Экспериментальные исследования смесителя центробежного
типа для получения эмульсий
3.6 Выводы по главе
4 МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СМЕСИТЕЛЕЙ СО СЛОЕМ ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА
4.1 Методика расчета процесса образования эмульсий
в зернистом слое
4.2 Инженерная методика расчета смесителя распылителя
с зернистым слоем
4.3 Статический смеситель с зернистым слоем
4.4 Центробежный смеситель распылитель с зернистым слоем
4.5 Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Список использованной литературы


Однако их использование ограничивает небольшая производительность и сложность изготовления оборудования. Кроме того, если жидкости обладают заметной вязкостью, то эмульгирование затруднительно или вообще невозможно. Воздействие электрическим током часто используется вместе с другими методами диспергирования как дополнительный, облегчающий получение эмульсии метод [9, ]. К машинам механического действия относятся широко распространенные механические мешалки, гомогенизаторы, коллоидные мельницы и аппараты для перемешивания с помощью газа (пневматические смесители). В гомогенизаторах диспергирование жидкости достигается пропусканием ее через малые отверстия [] под давлением, создаваемым плунжером. Гомогенизаторы широко используются в пищевой промышленности и для получения эмульсий с размерами капель 1мкм и менее. Пропускание жидкости через малые отверстия под высоким давлением требует больших энергетических затрат. Машины роторного типа часто применяются для получения дорожных эмульсий [5, 6]. В таких машинах присутствуют неподвижный статор и вращающийся ротор. Эмульгирование происходит за счет сил инерции, возникающих в жидкости. К аппаратам роторного типа относятся коллоидные мельницы и роторно - пульсационные аппараты. Эмульгирование в коллоидных мельницах происходит при выдавливании жидкости в узкий зазор между вращающимся с большой скоростью ротором и неподвижным статором. Ротор и статор могут быть цилиндрическими [] или коническими []. Сочетание больших касательных напряжений в зазоре и центробежных сил обуславливает разрыв потока на капли. Из-за больших касательных напряжений и потерь на трение, температура в рабочей зоне быстро возрастает, поэтому в мельницах больших размеров требуется охлаждение. Рабочие органы роторно - пульсационных аппаратов (РПА) изготавливают, как правило, в виде набора цилиндров, конусов или дисков с прорезями и выступами различной формы [-]. При вращении одного набора цилиндров относительно другого происходит быстрое чередование совмещения и несовмсщения прорезей, что ведет к возникновению пульсирующего с большой частотой жидкостного потока. В зазорах между ротором и статором на обрабатываемую среду действует комплекс срезывающих, истирающих, разрывающих усилий, пульсаций давления и скорости, что приводит к диспергированию жидкостей []. Пневматическое перемешивание осуществляется путем пропускания газа или пара через слой перемешиваемой жидкости. Обычно эмульгирование происходит в открытом баке, на дне которого расположены барботер или распределительная решетка [, ]. Пузыри газа, выходящие из отверстий барботера, поднимаются вверх и увлекают за собой капли жидкости. В других аппаратах газ или пар вводится струей, которая вызывает диспергирование жидкости [, ], либо дисперсионная среда с помощью газа переводится в пенообразное состояние и в таком виде смешивается с дисперсной фазой [, ], либо одна из жидкостей подается в аппарат в виде пара, что улучшает диспергирование за счет действия кавитации [-]. К статическим смесителям можно отнести большое количество различных аппаратов, которые не имеют движущихся частей. В работе [] статические смесители разделены на струйные, вихревые, комбинированные, пленочные и распылительные. В струйных смесителях перемешивание осуществляется за счет кинетической энергии струй одного из компонентов, взаимодействующих с потоком другого компонента. В таких смесителях компоненты в зону смешения подаются раздельно, а стенки аппарата почти не влияют на процесс перемешивания [-]. Диспергируемый компонент может подаваться в среду через распыливающие сопла, либо два потока жидкости соударяются друг с другом. Струйный смеситель [] содержит патрубок инжектируемой среды, который установлен внутри нагнетательного патрубка, выполненного с винтовой нарезкой. Участок нагнетательного патрубка внутри напорной камеры выполнен перфорированным, а сопла обоих патрубков установлены с возможностью осевого перемещения. В смесителе происходит смешивание с диспергированием инжектируемой среды и основного компонента.