Скорость диссипации энергии при перемешивании газожидкостных сред в двухроторном аппарате

• Автор: Игнатьев, Михаил Альбертович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ГАЗ ЖИДКОСТЬ

1.1 Способы интенсификации тепло и массообмена в газожидкостных системах

1.2 Конструкции роторных аппаратов

1.3 Предлагаемая конструкция двухроторного аппарата

1.4 Постановка задачи исследования

2 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ПРИ ПЕРЕМЕШИВАНИИ

2.1 Традиционный подход к расчету мощности при перемешивании

2.2 Предпосылки теоретического анализа гидродинамики перемешивания

2.3 Предлагаемая модель гидромеханических процессов проходящих в двухроторном аппарате
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Описание экспериментальной установки
3.2 Методика проведения исследований
3.3 Экспериментальное исследование скорости диссипации энергии
3.4 Скорость диссипации энергии вносимой потоком газа
3.5 Определение значений констант предлагаемой модели
4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Методика расчета мощности
4.2 Использование модели при оптимизации конструкции аппарата
4.3 Комплексный расчет аппарата при капельном режиме
4.4 Комплексный расчет аппарата при барботажном режиме
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Масса целевого компонента перешедшего из одной фазы в другую за единицу времени или скорость массообмена прямопропорциональна движущей силе процесса - разнице усредненных концентраций целевого компонента во взаимодействующих фазах и площади контакта фаз, в точное равенство зависимость обращает коэффициент массопсредачи к1> который отражает условия взаимодействия фаз и зависит от множества факторов. Р-АС, (1. А С - движущая сила процесса. Аналогичная зависимость характеризует и теплообмен. ДГ - движущая сила процесса. Поскольку движущая сила тепло- и (или) массообмена является входным технологическим параметром и соответственно не подлежит изменению в рамках проектирования оборудования, то интенсификацию можно вести только за счет увеличения двух оставшихся параметров -площади контакта фаз и коэффициентов пропорциональности. Иными словами, проектирование аппарата сводится к задаче комбинаторной оптимизации - выбору такой геометрии аппарата, способа подвода механической энергии и режима работы аппарата при которых достигается максимум произведения площади контакта фаз и коэффициентов тепло- массоиередачи при минимальных производственных и эксплуатационных затратах. Увеличение площади контакта газовой и жидкой фазы обеспечивается изменением геометрии потоков. К увеличению площади поверхности при неизменном объеме может привести уменьшение одного из линейных размеров потока или его разбиение на части. Это можно проиллюстрировать следующим простым примером: если представить поток с помощью простейшей геометрической фигуры - куба, то разделение его на п слоев, при больших п, приводит к увеличению поверхности в 7зП раз, а разбиение его на т частей (кубиков) увеличивает площадь поверхности в т1/3 раз, при этом, в реальных аппаратах достижимые значения т » п. Яет-8ср, (1. Эс - критерии Рейнольдса и Шмидта, соответственно; т,р - коэффициенты, определяемые экспериментальным путем. Поэтому в аппаратах, с целью увеличения площади контакта фаз, применяют пленочное либо капельное течение жидкости совместно со струйным или пузырьковым (барботаж) течением газовой фазы. Последний способ хорош еще и тем, что помимо увеличения межфазной поверхности, он позволяет накладывать на систему центробежное поле, также увеличивающее интенсивность процесса. Немаловажно отметить, что на современном уровне развития техники обеспечение заданной площади контакта фаз в аппарате с пленочным течением требует больших габаритных размеров, нежели в аппарате использующим диспергирование фаз. Массопсрснос, как правило, состоит из нескольких последовательных стадий, т. Если представить коэффициент массопередачи как величину обратную сумме сопротивлений массопереносу, то, очевидно, его увеличение будет связано со снижением сопротивления на каждой из стадий массопередачи. Процесс массопереноса можно разделить на три последовательных стадии: перенос молекул целевого компонента изнутри фазы к пограничному слою, межфазный переход в пограничном слое и перенос компонента из пограничного слоя в глубь другой фазы. Каждый переход осуществляется под действием локальной движущей силы - локальной разницы концентраций целевого компонента. Самым быстрым этапом является насыщение пограничного слоя -граничный пар практически мгновенно абсорбирует целевой компонент. С другой стороны быстрое насыщение слоя целевым компонентом приводит к резкому снижению движущей силы процесса, скорость массопередачи падает и асимптотически стремится к некоторому постоянному значению. Решением этой проблемы является уменьшение времени контакта фаз, иными словами, необходимо постоянное обновление поверхности массообмена и принудительный отвод насыщенного пограничного слоя вглубь фазы. Так как пограничный переход имеет диффузионный характер, на него должны оказывать влияние термодинамические параметры системы. Так, согласно [] коэффициент массопередачи пропорционален коэффициенту диффузии ? V в степени от 0,2 до 0,. Увеличение температуры процесса Т приводит к увеличению О (пропорционально Г1,), а V (пропорционально Г1,5).