Гидромеханика процессов в аппаратах и машинах с вращающимися насадками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Козодаев, Владимир Викторович

• Козодаев, Владимир Викторович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козодаев, Владимир Викторович

00. ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

0. ВВЕДЕНИЕ.

1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПОЛЯ СИЛ ИНЕРЦИИ В АППАРАТАХ И МАШИНАХ ХИМИЧЕСКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

1.1 Ротационные аппараты с пленочным и капельным движением жидкости

1.2 Течение жидкости в центробежном поле сил инерции.

2. ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ЗАЗОРЕ МЕЖДУ ВРАЩАЮЩИМСЯ И НЕПОДВИЖНЫМ

НЕПРОНИЦАЕМЫМИ ДИСКАМИ.

3. ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ЗАЗОРЕ МЕЖДУ ВРАЩАЮЩИМСЯ ПЕРФОРИРОВАННЫМ

И НЕПОДВИЖНЫМ НЕПРОНИЦАЕМЫМ ДИСКАМИ.

4. ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ЗАЗОРЕ МЕЖДУ КОНИЧЕСКИМИ НАСАДКАМИ.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ.

5.1. Описание экспериментальной установки.

5.2. Методика замера перепада давления U - образным манометром.

5.3. Методика замера перепада давления с помощью расходомера.

5.4. Результаты и качественный анализ экспериментов.

6. ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидромеханика процессов в аппаратах и машинах с вращающимися насадками»

Большой спрос на продукты химической промышленности требует создания высокопроизводительного оборудования, нахождения наиболее эффективных режимов работы и оптимальных затрат на проведение необходимых процессов производства тех или иных продуктов. Одним из путей интенсификации технологических процессов является введение в обрабатываемую среду механической энергии, которая значительно ускоряет процесс. В настоящее время широкое распространение получают аппараты с течением жидкости в пограничных слоях. Такие аппараты являются в основном аппаратами непрерывного действия, что уже само по себе является их большим преимуществом. Кроме того, процессы в тонких слоях жидкости, движущихся с достаточно большими скоростями протекают значительно быстрее, чем в аппаратах другого типа. Для получения тонких слоев жидкости, движущихся с большими скоростями, применяются в основном различного рода вращающиеся насадки, в которых используются центробежные силы инерции. Энергетические затраты на создание тонких слоев жидкости оправдывают себя на практике, поэтому ротационные аппараты получили распространение в технике ректификации, абсорбции, дистилляции, а в последнее время их стремятся использовать и для проведения быстротекущих химических реакций.

Протекание процесса в основном характеризуется гидродинамическими условиями в зазоре. Знание гидродинамических параметров позволяет глубже познать сам процесс, и помогает активно влиять на него. Поэтому данная работа и посвящается изучению гидродинамических величин в основном элементе ротационных аппаратов, а именно в зазоре между вращающимися насадками.

В предлагаемой работе мы рассмотрим узкий круг задач, связанных с движением сплошной вязкой среды в различных технически и конструктивно организованных устройствах вблизи гладких вращающихся дисков (конусов) с различными граничными условиями.

Решение вынесенных на рассмотрение вопросов позволяет выбирать для проведения определенных процессов в аппаратах ротационного типа соответствующие технологические параметры, чтобы осуществлять производственный процесс наиболее эффективно.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Козодаев, Владимир Викторович

6. ВЫВОДЫ

6.1 Выполнен обзор современного состояния ротационных аппаратов, показаны перспективные направления исследований и подходы к решению сформулированных в диссертации задач.

6.2 Показано, что в ряде случаев, на определенных интервалах изменений параметров, существует несколько решений при одних и тех же граничных условиях. Это следует из того, что решаемая система дифференциальных уравнений нелинейна.

6.3 Предложены формулы для определения средних по толщине зазора скоростей движения жидкости в пространстве между насадками ротационно-пленочного аппарата.

6.4 Графоаналитической и компьютерной обработкой экспериментальных данных получены все необходимые для расчета аппаратурного оформления процесса зависимости.

6.5 На базе полученных численных решений разработана и реализована компьютерная методика инженерных расчётов движения жидкости в зазоре. Сравнение расчётных и экспериментальных результатов подтвердило достаточную точность («10-г15%) и приемлемость предложенной методики для инженерной практики.

6.6 Доказана применимость предлагаемого теоретического расчета к коническим насадкам.

6.7 Выполнено более 50 экспериментов с широким диапазоном изменений величины зазора и угловой скорости.

6.8 Полученные теоретические и экспериментальные результаты позволяют рассчитывать роторные дисковые аппараты для процессов смешения жидкости и, при определенных параметрах, для разделения эмульсий и суспензий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козодаев, Владимир Викторович, 2007 год

1. Аветиков Г. М. Исследование процесса распыления жидкости быстровращающимся диском: Дис.канд. тех. наук. Баку, 1949. - 125с.

2. Агарёв JI. И. Коэффициент скорости абсорбции в горизонтальных механических скрубберах с малым числом оборотов // Журнал прикладной химии.-1951.-№4.-С. 17-19.

3. Ажгибцева В. М. Ректификация смеси дивинил псевдобутилен в аппарате центробежного действия: Дис.канд. тех. наук. Казань: КХТИ им. Кирова, 1948.-134 с.

4. Аношин И. М., Польский Г. В. Исследование гидродинамики и массопередачи в ротационных аппаратах // Изв. вузов. 1965. - № 1. - С. 7378.

5. Архаров А. М. О разделении воздуха в центробежных ректификационных аппаратах // Химическое машиностроение. 1961. - № 3. -С. 18-21.

6. Балабудкин М.А. Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. -М.: Медицина, 1983. 432 с.

7. Балабышко A.M., Юдаев В.Ф. Роторные аппараты с модуляцией потока и их применение в промышленности. М.: Недра, 1992. - 378 с.

8. Биг Г. А., Графинчук А. Г. К расчёту сушилок, работающих по принципу распыления продукта // Журнал химическая промышленность. -1934.-№5.-С. 24-35.

9. Богданов В. В., Христофоров Е.И., Клоцунг Б.А. Эффективные малообъемные смесители. JL: Химия, 1989. - 274 с.

10. Бродский А. И. Скарре О. К. Концентрирование тяжёлого изотопа кислорода перегонной воды и изотопный анализ воды // Журнал физическая химия. 1939. - Т. 13, № 4. - С. 74-81.

11. Вачагин К. Д. Некоторые вопросы гидравлики быстровращающихся насадок: Дис.канд. тех. наук. Казань: КХТИ им. Кирова, 1962. - 194 с.

12. Вачагин К. Д., Зиннатулин Н. X., Тябин В. Н. Плёночное течение неньютоновской жидкости по вращающимся поверхностям // Инженерно -физический журнал. 1965. - Т.13, № 2. - С. 44-48.

13. Вачагин К. Д., Николаев В. С. Характер течения жидкости около кромок быстровращающихся дисков // Изв. вузов. 1961. - Т.4. - С. 148-150.

14. Волк A.M. Течение вязкой жидкости в пространстве между движущимися проницаемыми поверхностями // Инженерно физический журнал. - 1993. - Т.65, №2. - С. 152-158.

15. Галеев А. Ф. Абсорбция паров кислоты из вентиляционных газов в аппарате центробежного действия: Дис.канд. тех. наук. Казань: КХТИ им. Кирова, 1950.-205 с.

16. Гальцев В. Я. Изучение работы, методы расчёта и конструкция разбрызгивающей звёздочки: Дис.канд. тех. наук. Казань: КХТИ им. Кирова, 1945.-164 с.

17. Ганз С. Н., Локшин М. А. Конструирование и расчёт горизонтальных механических абсорберов. Исследование расхода мощности в механических абсорберах с большим числом оборотов // Труды Днепропетровского Хим. тех. Института. - 1956. - № 5. - С. 214-234.

18. Ганз С. Н., Хохлов С. Ф. Определение размеров центробежных полых башен с многодисковым распылителем // Химическое машиностроение. 1961. -№ 2. - С. 71-77.

19. Гельперин Н. И. Дистилляция и ректификация. М.: Госхимиздат, 1947.-148 с.

20. Гельперин Н. И., Хаценко М. С. Исследование процесса ректификации бинарных смесей в вертикальном ротационном аппарате // Журнал прикладной химии. 1952. - Т.25, № 6. - С. 610-615.

21. Гельперин Н. И., Петалк В. Л. Исследование ректифицирующей способности горизонтальных роторных аппаратов // Журнал прикладной химии 1953. - Т.16, №14. - С. 368-381.

22. Гершанова М. С. Исследование процесса ректификации бинарных смесей в плёночных и ротационных (вертикальных) аппаратах: Дис.канд. тех. наук. Казань: КХТИ им. Кирова, 1950. - 167с.

23. Го льдин Е. М. К теории осветляющих центрифуг с непрерывным питанием // Химическая промышленность. 1958. - № 4. - С. 33-38.

24. Гольдин Е. М. О гидравлическом потоке вязкой жидкости в цилиндрической центрифуге при частичном заполнении // Труды Ленинградского техн. института холод, пром. 1958. - Т.15. - С 178-194.

25. Гуткин А. М. Течение вязкопластичной дисперсной системы на вращающемся диске // Колл. журнал. 1960. - Т.22, № 5. - С. 533-541.

26. Дорфман Л. А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. М.: Физматгиз, 1960. - 237 с.

27. Дунский В. Ф., Никитин В. Н. Распыление жидкости вращающимся диском и вопрос о "вторичном" дроблении капель // Инженерно физический журнал. - 1965. - Т.9. - С. 77-81.

28. Дятлов А. В., Хохлов С. Ф. Движение слоя жидкости по гладкому диску // Труды ДХТИ им. Ф. Э. Дзержинского. 1960. - Т. 10. - С. 279-283.

29. Зотикова А. Н. Центробежные водораспылители: Дис.канд. тех. наук. Л.: ВНИИ гидротехники и мелиорации, 1959. - 178 с.

30. Кальянов Н. Н. Новые технологические решения в производстве минеральных волокнистых материалов // Строительные материалы. 1960. -№2.-С. 8-12.

31. Камке Э. Н. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Изд. ИЛ, 1950. - 1256 с.

32. Канторович 3. В. Машины химической промышленности. М.: Высшая школа, 1965. - 223 с.

33. Капица П. JI. Волновое течение тонких слоев вязкой жидкости // Журнал ЭТФ. 1948. -Т18, № 1.-С. 183-194.

34. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Госхимиздат, 1955. - 318 с.

35. Кафаров В. В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1962. - 655 с.

36. Кафаров В. В. Техника ректификации // Химическая промышленность. 1948. - № 2. - С. 19-31.

37. Кафаров В. В., Шапиро И. С. Сушка красителей и п/продуктов центробежным распылением // Химическая промышленность. 1955. - № 8. -С. 59-64.

38. Коптев А. А. Течение жидкости в центробежных полях, создаваемых вращающимися поверхностями. Задача Кармана // Вестник ТГТУ. 1995. -№ 1.-С. 46-51.

39. Коптев А. А. Течение жидкости в центробежных полях, создаваемых вращающимися поверхностями. Взгляд на задачу Кармана из бесконечности // Вестник ТГТУ. 1996. - № 3. - С. 54-59.

40. Коптев А. А., Быченок В. И., Пасько Т. В. Движение жидкости в центробежном поле между вращающимся и неподвижным дисками // Вестник ТГТУ. 2000. - №2. - С. 56-61.

41. Колокольцев Н. А. О течении вязкой несжимаемой жидкости между двумя вращающимися дисками // Изв. АН СССР, механика и машиностр. 1963. -№ 6. - С. 134-154.

42. Кох Р. Абсорбция углекислого газа этанолом в механических абсорберах // Экспресс-информ. 1959. - № 5. - С 211-232.

43. Кочин Н. Е., Кибель И. А., Розе Н. В. Теоретическая гидродинамика. М.: Физматгиз, 1963. - 432 с.

44. Кук Г. А. Процессы и аппараты молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1955. - 437 с.

45. Ластовцев А. М. Оценка дисперсности распыленной жидкости // Труды МИХМ. 1950. - Т.2, № 10. - С. 327-343.

46. Ластовцев А. М. Теория и расчёт вращающихся распылителей: Дис.докт. тех. наук. -М.: МИХМ, 1955. -376 с.

47. Лебедева Б. М. Гидравлика разбрызгивающих насадок: Дис.канд. тех. наук. Л.: ВНТИИ Гидротехники и мелиорации, 1949. - 156 с.

48. Левич В. Г. Физико химическая гидродинамика. - М.: АН СССР, 1961.-674 с.

49. Линь Цзя Цзяо Турбулентные течения и теплопередача. - М.: ИЛ, 1963.-542 с.

50. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1978.783 с.

51. Лыков М. В. Сушка распылением М.: Пищевая промышленность, 1955.-538 с.

52. Макаров Ю. М. Исследование распыления жидкости в механических абсорберах с вращающимися погружными конусами: Дис.канд. тех. наук. -М.: МХТИ им. Менделеева, 1961. 194 с.

53. Малинов О. В. Некоторые вопросы гидравлики безнасадочного абсорбера: Дис.канд. тех. наук. Казань: КХТИ им. Кирова, 1954. - 167 с.

54. Матрозов В. И. Аппаратура для молекулярной дистилляции. М.: Машгиз, 1954. - 653 с.

55. Матрозов В. И. Молекулярно дистилляционный аппарат центробежного типа // Сборник НИИХИММАШ. - 1954. - № 16. - С. 78-87.

56. Метфессель 3. И. Тонкие плёнки их изготовление и измерение. -М.: Госэнергоиздат, 1963. 253 с.

57. Мисюра В. И., Овсянников Б. В., Присняков В. Ф. Дисковые насосы. -М.: Машиностроение, 1986. 573 с.

58. Мухутдинов P. X. Некоторые вопросы гидравлики механических абсорберов: Дис.канд. тех. наук. Казань: КХТИ им. Кирова, 1958. - 203 с.

59. Мухутдинов P. X. О влиянии поверхностного натяжения на движение тонких слоёв жидкости в поле центробежных сил // Инженерно -физический журнал. 1961. - Т.4, № 4. - С 345-367.

60. Николаев А. М. Исследование массообмена в ротационном аппарате: Дис.докт. тех. наук. -М.: МХТИ им. Менделеева, 1956. 367 с.

61. Николаев В. С. Абсорбция паров дивинила этиловым спиртом в аппарате центробежного действия: Дис.канд. тех. наук. Казань: КХТИ им. Кирова, 1947.-156 с.

62. Николаев В. С. Вертикальный роторный аппарат для проведения физико химических процессов между газами и жидкостями // Материалы межвузовской конференции по машинам и аппаратам диффузионных процессов, Изд. КХТИ. - 1961. - С. 263 - 270.

63. Нуждов Ф. И. Основные закономерности распыления жидкости быстровращающимся диском: Дис.канд. тех. наук. М.: МИХМ, 1940. -185 с.

64. Нуждов Ф. И. К расчёту дисковых распылительных установок // Химическая промышленность. 1954. - № 5. - С. 124-131.

65. Оямо Эгути Эндо О траектории водяных капель // Реферативный журнал "Химия". 1955. -№ 8. - С. 134-165.

66. Плотников В.А., Трошкин О.А. Вихревой поток между пористыми цилиндрами // ТОХТ. 2000. - Т.6, №6. - С. 16-19.

67. Позин М. Е. Пути интенсификации взаимодействия жидкостей с газами. М.: АН СССР, 1955. -956 с.

68. Промтов М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика. М.: Машиностроение, 2001. - 374 с.

69. Прандтль JI. А. Гидроаэромеханика. М.: Изд. ИЛ, 1951. - 854 с.

70. Рамм В. М. Абсорбционные процессы в химической промышленности. М.: Госхимиздат, 1951. - 578 с.

71. Соколов В. П. Современные промышленные центрифуги. М.: Машгиз, 1961. - 563 с.

72. Сретенский Jl. Н. О кольцевых волнах на поверхности вращающейся жидкости // Изв. АН СССР, отд. тех. наук. 1949. - № 1. -С.135-142.

73. Семёнов П. П. Течение жидкости в тонких слоях // ЖТФ. 1944. -Т. 14, № 7-8. - С. 427-435.

74. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия, 1977.-483 с.

75. Стабников В. Н. Ректификационные аппараты. М.: Машиностроение, 1965.-943 с.

76. Слёзкин Н. А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.: Гостехиздат, 1955. - 1978 с.

77. Тамкин Н. И. Дископленочный абсорбер // Журнал химическая промышленность. 1957. - № 5. - С. 307-324.

78. Тарг С. М. Основные задачи теории ламинарных течений. ГТТИ, 1951.-564 с.

79. Товбин М. В., Коненко А. Д. Кинетика абсорбции кислорода водой // Журнал физическая химия. 1950. - Т.24, № 4. - С 342-365.

80. Трошкин О.А. О проскальзывании жидкости в роторе распылителя // ТОХТ. 1974. - Т.8, №2. - С. 303-307.

81. Уокер В., Люис В., Мак-Адаме В. Типовая химическая аппаратура. -М.: Изд. ИЛ, 1955.- 1312 с.

82. Филиппосьянц Т. Т. Исследование работы горизонтальных ротационных ректификационных аппаратов // Химическая промышленность. 1953. -№ 9. - С. 321-342.

83. Холин Б.А. Центробежные и вибрационные грануляторы сплавов и распылители жидкости. М.: Машиностроение, 1977. - 584 с.

84. Хохлов С. Ф. Исследование гидродинамики и массообменной способности центробежной полой башни // Химическое машиностроение. -1960.-№1.-С. 46-57.

85. Шлихтинг Г. Д. Теория пограничного слоя. М.: Изд. ИЛ, 1956.853 с.

86. Шлихтинг Г. Д. Возникновение турбулентности. М.: Изд. ИЛ, 1962.-326 с.

87. Юрченко В.А. Коптев А.А., Погосов Г.С. Определение производительности рабочего элемента механического абсорбера с вращающимися конусами // Хим. нефт. маш. 1966. - №12. - С. 14-15.

88. Яковлев К. П. Математическая обработка результатов измерения // ИИТЛ. 1953.-№ 4.-С. 195-211.

89. Adler С. R., Marshall W. R. Performance of spinning disk atomizers // Chemical Engineering Progress. 1951.-Vol.47, № 10. Pp. 512-522, 601 -608.

90. Bodewadt U. T. ZAMM, 1940. - 941 s.

91. Brown W. B. Extension of exact solution of the Orr Sommerfeld stability equation to Reynolds numbers of 4000 Nrthrop Aircraft Inc. Rep. - 1955, № NAJ - 55 - 548 (BLC - 78). - 673 s.

92. Bussman E. Versuche uber die Grenzschichtbewegung aut rotierenden Scheiben Mitteilung aus dem Jnstitut fur Wasserkraftmanschinen der TH. -Hannover: Forschg. D. Gebiete d. Jng. Wes., 1931. 867 s.

93. Ching Scheng - Wu The Three Dimensional Incompressible laminar Boundary on a Spinning Cone // Applied Scientific Research, Section A. - 1959. -Vol.8.-Pp. 140-144.

94. Cochran W. G. The flow due to a rotating disk // Proceedings of the Cambridge Philosophical Society. 1934. - Vol.30, part 3. - Pp. 365 - 375.

95. Di Prima R.C., Stuart I.T. Flow between rotating cylinders // Trans. ASME. 1972. - F.94, №3. - Pp. 266-274.

96. Eckmann W. Dynamische Gesetze des Meeresstromungen. -Junsbrucker Vortage. 1922. - 97 p.

97. Emsle A. G., Bonner F. Т., Lesle G. P. Flow of a visions Liquid on a rotating disk //1, of Applied Physics. 1958. - Vol.29, № 5. - Pp. 674-704.

98. Fraser R. P., Eisenklam E. P., Dombrovski N. Liquid atomization in Chemical engineering Part 2. Rotary atomizers // British Chemical engineering. -1957. Vol.2, № 9. - Pp. 562-583.

99. Friedman S. J., Gluckert F. A., Marshall W. R. Centrifugal disk atomization. -1.: Chem. Eng. Progress, 1952. 865 s.

100. Gregory N., Stuart J. Т., Walker W. S. On the stability of three -dimensional loundary layers with application to the flow due to a rotating disk. -Phil. Trans. Phy. Soc. Loun. Ser A, 1955. 548 s.

101. Hege H. Flussigkeitsauflosung durch Schleuderscheiben. Chem - Ing -Techn., 1964.-562 s.

102. Hickman К. C. D. High Vacuum sorthpath distillation // Chemical Reviews. - 1944. - Vol.34, № 1. - Pp. 45-56.

103. Hinze J. O., Millborn H. Atomization of liquids by mens of rotating cup //1, of Applied Mechanics. 1950. - Vol.l 7, № 2. - Pp. 362-384.

104. Hiffman J. R., Urey H. C. Separation of Oxygen Isotopes by a Fractionating Column // Ind. and Eng. Chem. 1937. -Vol.25, № 5. -Pp. 547-562.

105. Karman T. Uber die laminare und turbulente Reibung. ZAMM, 1921. -249 s.

106. Marshall W. R., Seltzer J. R. Principles of spray drying //1. Chem. Eng. Progress. 1950. - Vol.46, № 10. - Pp. 501-575.

107. Meyer F. W. Factors affecting Particle Size in a Seven Foot Spray -Dryer //1. Chem. Eng. Progress. - 1955. - Vol.51, № 11. - Pp. 895-915.

108. Neumann F. Rotationskolonnen und andere Bauarten fur die Rektifikation bei Drucken von 20 bis 1 Torr. Chem.-Ing.-Techn., 1961. -Ss.485-493.

109. Франц. пат. кл. F 25h № 1367918. Perfectionnement apportes aux echangeurs de chaleur / Delaney Gallay Ltd, 1956.

110. Tiriot К. H. ZAMM, 1940. - 769 s.

111. Walton W. H., Prewett W. C. The production of sprays and mists of uniform drops size by mens of spinning Disk Type Sprayers // The Рос. of the Physical Soc. 1949. - Vol.64, № 354B. - Pp. 1634-1682.

112. Kirschbaum E. Destillier und Rectifiziertechnik 3. Auflage. - Berlin: Springer - Verlag, 1960. -415 s.