Введение к работе
Актуальность работы. Массообменные сорбционные процессы в системах газ-жидкость и газ-жидкость-твердая фаза нашли широкое применение в современных технологиях различных отраслей промышленности, в том числе и в производстве пищевых продуктов. Так, в пивобезалкогольной и винодельческой промышленности от процессов брожения, сатурации, десорбции и дезодорации зависит качество пива, газированных напитков, изготовленных на основе воды, фруктовых соков или молочной сыворотки, а также качество шампанского и других шипучих алкогольных напитков.
В дрожжевой промышленности аэробное культивирование микроорганизмов (биосорбционный процесс) определяет не только качество хлебопекарных дрожжей, но и объемы производства и его рентабельность. В масло-жировой промышленности массообменные сорбционные процессы имеют место при гидрогенезации и оксидировании растительных жиров. Они нашли применение в химической и нефтехимической, микробиологической отраслях промышленности, при биологической очистке сточных вод.
В настоящее время для образования газожидкостной смеси стали использовать способность свободной струи жидкости увлекать (инжектировать) окружающий ее газ. В этом случае струя совмещает в себе сразу три основных рабочих органа, которые, в большинстве известных конструкций сорбционных аппаратов, выполняются раздельно, а именно: нагнетателя газа, диспергатора и мешалки. Возможны различные организации движения фаз в КСИА рис.1. Наиболее полно исследован вариант 1.а. Но в работах посвященных варианту 1.а не были раскрыты причины возникновения неустойчивого режима движения газожидкостной смеси в трубах КСИА.
Поэтому исследование этого явления, а также других вариантов организации движения фаз в КСИА является актуальным.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является исследование гидродинамических процессов, происходящих в кожухотрубном струйно-инжекционном аппарате с рециркуляцией фаз в трубах и создание научно-обоснованной методики расчета аппаратов такого типа.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- разработать модель механизма уноса газа свободной струей жидкости
и выполнить ее экспериментальную проверку;
- разработать методику проведения исследований инжекционных и
гидродинамических характеристик, разработать схему экспериментальной
установки;
- исследовать режимы работы КСИА с рециркуляцией фаз и экспериментально определить начало работы аппарата;
- получить расчетные уравнения для процесса циркуляционного тече
ния газожидкостной смеси и выполнить оценку приведенной скорости ре-
циркулирующей жидкости;
рос. национальная!
' _ 2Ъ$Ш( \
3.3 З.е
Рис. 1. Варианты организации потоков фаз в КСИА.1 - камера 1; 2 - камера 2; 3 -основное сопло; 4 —дополнительное сопло; 5 - опускная труба; 6 - подъемная труба; 7 -сливная труба; 8 - переливная камера.
определить объемное газосодержание и УПКФ в опускных и подъемных трубах КСИА;
разработать методику расчета КСИА с циркуляцией фаз в трубах аппарата.
5 Научная новизна данной работы заключается в следующем:
-
Впервые исследован механизм возникновения неустойчивого режима движения газожидкостной смеси в опускных и подъемных трубах КСИА без рециркуляции фаз. Установлено отсутствие неустойчивого режима в трубах КСИА с рециркуляцией жидкости и определены условия начала устойчивой работы аппаратов.
-
Установлено влияние давления газа в верхней камере на режимы движения в трубах аппарата.
-
Предложена и экспериментально проверена модель механизма уноса газа свободными жидкостными струями.
-
Для КСИА с и без рециркуляцией фаз разработана и экспериментально проверена математическая модель циркуляционного контура, позволяющая получить величину приведенной скорости жидкости.
-
Определены величины объемного газосодержания и УПКФ по сечению и высоте в опускных и подъемных трубах КСИА с рециркуляцией жидкости.
Практическая ценность. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета гидродинамических характеристик КСИА, как с рециркуляцией фаз, так и без нее, что позволяет перейти к целенаправленному проектированию указанных аппаратов.
Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы представлены на международной НТК «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания», Орел, 2000г.; на НТК профессорско-преподавательского состава, научных работников, инженеров и аспирантов по итогам НИР СПбГУНиПТ, Санкт-Петербург, 2001, 2002, 2003 г.г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста, включает 2 таблицы и 41 рисунок. Список литературы состоит из 101 наименований из них 33 на иностранном языке.
