Введение к работе
Актуальность темы. Практически во всех основных процессах химической технологии в том или ином виде происходит перенос вещества. Одним из способов интенсификации массопереноса в гетерогенных системах газ (пар) - жидкость, жидкость - жидкость является проведение процесса в режиме гидродинамической неустойчивости межфазной поверхности, что при определенных условиях приводит к образованию поверхностных вихревых структур. Вследствие интенсивной мелкомасштабной конвекции вблизи межфазной границы происходит ускорение массопереноса как раз в области, которая обычно лимитирует процесс переноса вещества. В этой связи исследование влияния вихрей на диффузию и разработка новых способов генерации вихревых потоков является актуальной.
Цель и задачи работы. Целями работы являются теоретическое и экспериментальное исследование влияния вихрей на диффузию и разработка способа генерации вихрей на границе раздела фаз с применением лопастного вибратора.
Для достижения этого сформулированы следующие задачи:
Учесть в дифференциальном уравнении конвективной диффузии дополнительное слагаемое, обусловленное завихренностью движущегося потока.
Разработать макет установки для генерации вихрей на границе раздела фаз с малым гидравлическим сопротивлением.
Провести серию экспериментов по экстракции в системе керосин -уксусная кислота - вода на вибрационной установке для оценки правильности теоретігческих выводов.
Научная новизна.
Построена математическая модель массопереноса в завихренной зоне.
Получено дифференциальное уравнение, описывающее влияние вихрей на диффузию.
Выведен критерий подобия, учитывающий влияние вихрей на диффузию.
Предложена методика экспериментального определения скорости переноса распределяемого компонента в зависимости от интенсивности вихрей.
На примере процесса экстракции уксусной кислоты из керосина в воду показано влияние вихрей на диффузию.
Практическая ценность.
Обоснована теоретически и подтверждена практически возможность интенсификации массообмена с помощью генерации вихрей механическим вибратором.
Создана конструкция вибрационного перемешивающего аппарата с малым гидравлическим сопротивлением.
Получены экспериментальные данные о повышении скорости переноса распределяемого компонента в системе жидкость - жидкость путем генерации вихрей на границе раздела фаз.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на 47-ой научно-технической конференции МГАХМ (г. Москва, 1997), и опубликованы в следующих работах: Соловьев А.В., Чепура И.В., Кутепов A.M., Касаткин Д.В. Влияние вихрей на массоперенос // Тр. МГАХМ. — 1997. Вып.1. -С. 14-15; Соловьев А.В., Чепура И.В., Кутепов A.M., Касаткин Д.В. Различие механизмов переноса в потенциальной и вихревой зонах течения // Хим. пром. -1997. - №8. - С.541-545; Кугепов A.M., Соловьев А.В., Чепура И.В., Касаткин Д.В. Критерий подобия, учитывающий влияние вихрей на диффузию. // Химическая гидродинамика и теоретические основы нелинейных химико-технологических процессов / Под ред. академика РАН A.M. Кутепова. - М.: МГУИЭ 1998. - С.110-113; Касаткин Д.В., Кутепов A.M., Соловьев А.В. Влияние вихрей на диффузию в системе вода-керосин-уксусная кислота // Тр. МГУИЭ - 1998. -Т.Н. - С.17-21.
Структура и объем диссертации:
Диссертационная работа состоит го введения, 3-х глав, основных выводов и результатов, общим объемом 118 страницы (в том числе 16 рисунков, списка литературы из 114 наименований) и приложений.