Введение к работе
Актуальность темы. Для совершенствования технологий и технического перевооружения химической и смежных с ней отраслей промышленности становится характерным повышение эффективности технологических процессов на серийном оборудовании без дополнительных энергетических затрат, а также внедрение новой техники, с целью создания эффективных и экологически чистых технологий, отвечающих мировым стандартам. Типичным примером такой реализации является решение задач по совершенствованию аппаратуры для проведения процессов центробежного разделения эмульсий и суспензий.
Несмотря на то, что процессы сепарирования находят все более широкое распространение, а его изучению посвящено значительное количество работ, до настоящего времени в качестве теоретических основ для практических расчетов используются модели разделения монодисперсных систем, как правило не учитывающие основной специфики разделяемых на практике смесей, а именно расслоения двухфазного потока в межтарелвчиом зазоре сепаратора, а также нетривиального гранулометрического состава и свойств дисперсной фазы.
Данное исследование посвящено рассмотрению особенностей движения полидисперсных двухфазных потоков в рамках разработки структурной модели процесса сепарирования с позиций механики гетерогенных сред.
Необходимо отметить, что для реальных промышленных процессов задача описания процесса центробежного разделения эмульсий с учетом полидисперсности распределенной фазы становится весьма актуальной так как позволяет достигать положительных результатов как в решении вопросов определения оптимальных параметров процесса, так и в вопросах конструирования оборудования.
В заключении необходимо отметить, что экономическая эффективность от применения предлагаемой методики расчета процесса, с учетом полидисперсности, для случая сепарирования силоксандиолов, рассмотренного в работе, не столь очевидна, хотя при разделении смесей с крупнозерновым распределением дисперсной фазы, характерным для ряда технологических процессов, например в лакокрасочной промышленности, получение высокого экономического эффекта без дополнительных энергетических затрат становится реальным.
Цель работы. Целью работы является разработка математической модели процесса тонкослойного сепарирования полидисперсных эмульсий и суспензий, исследование на её основе процессов разделения водосилоксановых эмульсий в центробежных тарельчатых сепараторах, разработка методики и программы технологического расчета процесса.
Для достижения этой цели было необходимо решить следующие задачи:
1 .Проанализировать общие уравнения движения полидисперсной двухфазной смеси в межтарелочном зазоре сепаратора. Определить характерные масштабы и. критерии подобия, установить качественную картину течения.
2.Сформулировать математическую модель процесса тонкослойного сепарирования полидисперсных эмульсий и суспензий и исследовать общую картину движения фаз в межтарелочном зазоре сепаратора.
3.Разработать методику и программу технологического расчета центробежных тарельчатых сепараторов - осветлителей, с учетом полидисперсности разделяемых смесей.
-
Исследовать гранулометрический состав эмульсий, образующихся в процессах синтеза силоксандиолов.
-
Провести проверку адекватности предлагаемой модели тонкослойного центробежного сепарирования реальному процессу разделения водосилоксано-вых эмульсий в сепараторе.
Научная новизна.
Установлена качественная картина течения в межтарелочном зазоре сепаратора. Показано, что межтарелочный зазор при центробежном сепарировании эмульсий разделяется на подобласти: два тонких слоя отсепарированных компонент смеси на поверхности тарелок, имеющих характер пограничных слоев Эк-мана со скоростями примерно на два порядка превышающими скорости потока в примыкающем к ним двухфазном ядре. Получены аналитические выражения для профилей распределения скоростей в этих слоях, сформулированы уравнения, определяющие толщину этих слоев.
Рассмотрены особенности течения слоя осветленной фазы. Показано, что для случая сепарирования полидисперсной смеси гетерогенное ядро имеет нелинейное распределение концентрации дисперсной фазы по длине, что в свою очередь вызывает увеличение характерной толщины слоя отсепарированной "чистой" несущей фазы.
Разработана математическая модель процесса центробежного тонкослойного сепарирования полидисперсных гетерогенных систем и приближенная методика прогноза технологических параметров процесса.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика и программа расчета технологических параметров процесса сепарирования дает возможность оценивать эффективность разделения, оптимизировать параметры процесса, и геометрические характеристики сепаратора, что в свою очередь позволяет снизить металлоемкость и энегроемкость процесса.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на отчетных научных сессиях КГТУ (г.Казань, 1997-2000 г.г.), на Восьмой и девятой международных конференциях молодых ученых "Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений" (г.Казань, 1996, 1998 г.г.), Пятой международной конференции "Методы кибернетики хи-мико технологических процессов" (г.Казань, 1999 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, списка литературы, включающего 123 наименования, и приложения. Основная часть ра-
боты изложена на 120 страницах машинописного текста. Работа содержит 13 рисунков и 4 таблицы.