Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы получения трехфазных смесей в аппаратах с мешалками 12
1.1. Получение двухфазной системы газ — жидкость в аппаратах с мешалками 12
1.1.1. Формирование систем газ - жидкость 12
1.1.2. Газосодержание среды и размеры пузырей 14
1.1.3. Затраты мощности на формирование систем газ - жидкость . 16
1.2. Перемешивание трехфазных систем газ - жидкость - твердое в аппаратах с мешалками 18
1.2.1. Конструктивное оформление аппаратов с мешалками для перемешивания трехфазных систем 18
1.2.1.1. Аппараты периодического действия 21
1.2.1.2. Аппараты непрерывного действия 26
1.2.2. Суспендирование в аппаратах с мешалками 28
1.2.3. Взаимодействие газовых пузырей и твердых частиц 32
1.2.4. Распределение твердых частиц в объеме аппарата 33
Выводы по главе 36
Глава 2. Моделирование процесса получения трехфазных смесей газ-жидкость - твердое в лопастном смесителе 38
2.1.Моделирование процесса перемешивания трехфазной системы газ- жидкость-твердое 38
2.1.1. Формирование трехфазных систем 38
2.1.2. Определение газосодержания и размера пузырей при получении трехфазной смеси 39
2.1.3. Условия подъема твердых частиц со дна аппарат при перемешивании трехфазных систем 46
2.2. Физическая модель характеристик трехфазной смеси в зависимости от технологических параметров 48
2.2.1. Функции отклика ифакторы 49
2.2.2. Корреляция и проверка значимости уравнения регрессии и коэффициентов уравнения регрессии 50
2.2.3. Выбор плана эксперимента 53
Выводы по главе 59
Глава 3. Экспериментальные исследования. обработка и анализ результатов 60
3.1. Исследование процесса получения трехфазных смесей с использованием принудительного воздухововлечения в смесь 61
3.1.1. Исследование процесса суспендирования в лопастном смесителе 65
3.1.3. Исследование процесса получения трехфазной смеси в лопастном смесителе с использованием принудительной подачи воздуха 68
3.2. Исследование зависимости характеристик трехфазной смеси от технологических параметров процесса 73
Выводы по главе 82
Глава 4. Разработка и расчет лопастного смесителя с принудительной подачей газа для получения трехфазных смесей 83
4.1. Описание конструкции смесителя 83
4.2. Расчет смесителя 85
4.3. Пример расчета смесителя 89
Основные выводы и результаты работы 92
Литература 94
- Перемешивание трехфазных систем газ - жидкость - твердое в аппаратах с мешалками
- Физическая модель характеристик трехфазной смеси в зависимости от технологических параметров
- Исследование зависимости характеристик трехфазной смеси от технологических параметров процесса
- Разработка и расчет лопастного смесителя с принудительной подачей газа для получения трехфазных смесей
Введение к работе
Актуальность проблемы.
В последние десятилетия во многих отраслях промышленности находит широкое применение процесс получения трехфазных смесей, представляющих собой трехфазную систему газ - жидкость - твердое [1-3]. Перспективность данного направления обусловлена возможностью получения материалов с новыми свойствами и осуществление физико-химических превращений целевого компонента при необходимости присутствия нескольких фаз в одном аппарате. Трехфазные системы газ - жидкость - твердое находят применение в каталитических процессах, при обработке культуральных сред и в процессах ферментации, при извлечении пород и редкоземельных металлов, при получении строительных материалов с повышенными теплоизоляционными свойствами и воздухонасыщенных пищевых материалов. В основу классификации существующих аппаратов, используемых для получения трехфазных смесей, могут быть положены способы подведения энергии [4] и условия формирования поверхности контакта фаз [5]:
с образованием межфазной поверхности за счет энергии компримированного газа (барботатные и газлифтные аппараты);
за счет энергии насосов, осуществляющих циркуляцию жидкостей (инжекционно-струйные аппараты);
за счет энергии механического устройства, перемешивающего жидкость (самовсасывающие заглубленные мешалки);
за счет одновременного ввода энергии в рабочую среду мешалкой и газовой фазой (аллараты с .мешаоклми и принудительной лодачей газа). Аппараты с образованием межфазной поверхности за счет энергии
компримированного газа и насосов используют в тех случаях, когда требуется большой рабочий объем жидкости. При использовании барботажных систем аэрации, газлифтных и струйных аппаратов необходимы дорогие и сложные в
7 обслуживании компрессорные машины и специальные насосные станции. Для самовсасывающих мешалок возникают сложности в управлении и оптимизации процессов, а с увеличением диаметра рабочей емкости резко увеличиваются затраты мощности.
Аппараты с мешалками обладают рядом преимуществ: высокая степень однородности распределения фаз в рабочем объеме; эффективный массообмен; эксплуатационная гибкость и широкие технологические возможности. Однако имеющиеся конструкции аппаратов с мешалками требуют сложных уплотнительных устройств, которые ненадежны в работе и склонны к зарастанию при работе с твердыми частицами.
Благодаря вышеуказанным преимуществам наряду с низкой себестоимостью изготовления и простоте эксплуатации, применение аппаратов с мешалками для приготовления трехфазных смесей широко распространено. При этом теоретическое описание указанных процессов в аппаратах с мешалками весьма неоднозначно. Таким образом, обобщение теоретических и экспериментальных данных о процессе получения трехфазных систем газ -жидкость - твердое в аппаратах с мешалками и выработка обобщающей методики расчета является актуальной и перспективной задачей, как в научном, так и в практическом аспекте.
Цели и задачи исследования.
Несмотря на то, что аппараты с мешалками применяются для перемешивания трехфазных систем уже давно [6-9], в научно-технической литературе, посвященной многофазным гетерогенным процессам, основное внимание уделяется, как правило, струйным реакторам и барботажным колоннам. Это связано с тем, что в отличие от инжекционно - струйного и пневматического перемешивания, механическое перемешивание в аппаратах с мешалками является процессом чрезвычайно сложным по теоретическому описанию [10,11]. Следует также отметить, что информация по механическому
8 перемешиванию трехфазных систем газ - жидкость - твердое носит ограниченный характер. Поэтому, при описании процессов переноса в трехфазных системах в большинстве работ теоретически решаются только частные вопросы, а для описания самого процесса переноса используются эмпирические или полуэмпирические зависимости [12-15]. В процессе проектирования оборудования для работы с трехфазными системами часто используются данные, полученные для двухфазных систем, которые требуют уточнения в связи с присутствием взаимного влияния фаз.
Таким образом, при расчете процесса перемешивания трехфазных гетерогенных систем в аппаратах с мешалками используются как результаты чисто теоретических исследований, так и эмпирические зависимости.
Цель работы заключается в изучении процесса получения трехфазных систем газ — жидкость — твердое в аппаратах с мешалками, разработке конструкции смесителя и создании методики расчета данного процесса.
Для этого решались следующие задачи:
анализ существующих теоретических описаний процесса получения
трехфазных систем;
обзор и систематизация современных конструкций аппаратов
предназначенных для получения трехфазных смесей;
изучение влияния принудительной подачи газа на жидкость с
растворенным в ней поверхностно-активным веществом;
определение минимальных скоростей мешалки для появления
интенсивной вертикальной циркуляции смеси в аппарате;
разработка конструкции смесителя на основе полученных данных;
определение оптимальных технологических параметров процесса;
проведение эксперимента с применением разработанного смесителя;
обработка результатов эксперимента с целью определения влияния
режимных параметров работы смесителя на протекание процесса и
качество готовой смеси;
9 разработка методики расчета процесса получения трехфазных смесей; внедрение результатов работы на практике.
Научная новизна:
разработана математическая модель процесса получения трехфазных
систем газ - жидкость — твердое с применением принудительной подачи
газа в аппарате с механическим перемешивающим устройством,
полностью погруженным в смесь;
выявлено решающее влияние принудительной подачи газа в процессе
получения трехфазных смесей в аппаратах с механическим
перемешивающим устройством;
разработана конструкция устройства для получения трехфазных смесей
газ - жидкость - твердое, характеризуемых высоким содержанием
твердой фазы, защищенная патентом Российской Федерации;
создана научно обоснованная и экспериментально проверенная методика
инженерного расчета оптимальных режимных и конструктивных
параметров смесителя для получения трехфазных смесей.
Практическую ценность представляют:
новая конструкция смесителя для получения трехфазных смесей газ -
жидкость -твердое с целью повышения качества смеси;
инженерная методика расчета рабочих процессов и энергетических
характеристик аппаратов с мешалками для получения однородных,
устойчивых трехфазных смесей;
теоретические и экспериментальные результаты по расчету смесителей
для получения трехфазных смесей, применяемые для обработки
технологических процессов;
10 Положения, выдвигаемые на защиту:
математическая модель получения трехфазной смеси в лопастном смесителе;
результаты экспериментальных исследований зависимости свойств смеси от технологических параметров процесса;
конструкция и метод расчета лопастного смесителя для получения трехфазных смесей.
Публикации.
Материалы диссертации изложены и обсуждены на Международной научной конференции «Теоретическое и экспериментальное описание химической аппаратуры» (Краков, 2003 г.), международной конференции молодых ученых, преподавателей, аспирантов и докторантов, старшеклассников и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара: 2003.), Международной научной конференции «Энерго — ресурсосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства» (г. Иваново, 2004 г.), а так же опубликованы в статье «Исследование получения поризованных материалов в лопастном смесителе». (Известия ВУЗов. Химия и химическая технология, - Иваново: 2004) и получен Патент РФ №2236348
Основное содержание диссертации опубликовано в пяти публикациях и одном авторском свидетельстве.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 101 странице машинописного текста, содержит 6 таблиц, 25 рисунков, список литературы, включающий 98 ссылок, в том числе 26 иностранных. Диссертация состоит из введения, 4 глав и выводов. Первая глава посвящена литературному обзору существующих подходов к описанию процессов получения трехфазных систем в аппаратах с мешалками и
современных конструкций таких аппаратов, в двух последующих обсуждены результаты собственных исследований, в четвертой главе дана методика расчета и показан пример расчета лопастного смесителя для получения трехфазных смесей
Автор выражает благодарность своему научному руководителю д.т.н. доценту Мурашову А.Л., д.т.н. профессору Зайцеву Л.И. и д.т.н. профессору Бытеву Д.О. за помощь оказанную при работе над диссертацией.
Перемешивание трехфазных систем газ - жидкость - твердое в аппаратах с мешалками
Смешение трехфазных систем получило в настоящее время широкое распространение во многих отраслях промышленности. Это повлекло за собой развитие широкого спектра аппаратов применительно к тем или иным условиям производства. Так наряду со сложными конструкциями аппаратов непрерывного действия получили развитие конструктивно менее сложные и зачастую менее прихотливые аппараты периодического действия. К последним относятся аппараты на основе лопастных, пропеллерных, и рамных мешалок. Аппараты непрерывного действия благодаря интенсивному перемешиванию в малом объеме обеспечивают высокую однородность состава и позволяют максимально точно спрогнозировать характеристики готовой смеси. Однако для этого необходимо обеспечить высокоточное дозирование и неизменность физико-механических характеристик компонентов, что влечет за собой необходимость в большом количестве дополнительного оборудования и как следствие большие энергозатраты. Эти факторы ограничивают применение данного класса аппаратов до стационарного использования в промышленных условиях или для тех производств, где необходимо с очень высокой точностью прогнозировать результат.
Аппараты периодического действия чуть менее производительны и не обеспечивают высокоточных результатов. Однако они гораздо менее прихотливы к характеристикам исходных компонентов, точности дозирования и при этом обеспечивают точность прогнозирования результата, достаточную для большинства производств. Но наиболее существенным их отличием являются: низкие капиталовложения на их производство и мобильность позволяющая применять их не только стационарно в заводских условиях, но и непосредственно на объекте производства работ.
Развитие и совершенствование аппаратов для получения трехфазных смесей газ - жидкость - твердое продолжается и появление в последние годы большого количества новых конструкций тому подтверждение. Рассмотрим подробнее наиболее характерные конструкции аппаратов, для чего проведем их классификацию (рис. 1.2).
На рисунке 1.3 изображен смеситель [30], который содержит корпус 1, загрузочное 2 и разгрузочное 3 устройства, вертикально расположенный вал 4, в нижней части которого установлены турбинки 5, над которыми установлены эластичные лопасти 6. В торцевой части эластичных лопастей закреплены грузы 7. Корпус загрузочного устройства 2 и система сальниковой защиты вала 4 рассчитаны на работу смесителя с избыточным давлением.
Перед началом процесса включается привод смесителя. Под действием центробежной силы эластичные лопасти 6 за счет грузов 7 распрямляются и занимают внутренние сечения корпуса смесителя. Затем через загрузочное устройство в смеситель подают водный раствор пенообразователя, который за 15 - 30 с превращается в устойчивую пену, после чего подают требуемые порции сыпучих компонентов и добавок. Образуется нормальная поризоваиная смесь. Далее закрывают герметичный люк 2 и создают компрессором 10 избыточное давление и продолжают перемешивание смеси под давлением в течение 30-60 с до появления признаков пеномассы в контрольном сопле 11. Этот момент свидетельствует о завершении процесса приготовления смеси, после чего открывают вентиль 9 разгрузочного устройства 3 и поризованную смесь транспортируют к месту его применения.
К недостаткам данной конструкции можно отнести значительную энергоемкость, некоторую сложность конструкции в части обеспечения герметичности, а так же невозможность получения в аппаратах работающих под давлением смесей с низкими плотностями.
На рисунке 1.4 приведена схема смесителя [31] состоящего из вертикального цилиндрического корпуса 1, в котором установлен приводной вертикальный вал 2 с образующими крестовину горизонтальными кронштейнами 3, имеющими воздействующие на перемешиваемые компоненты пальцы 4, закрепленные на поверхности каждого горизонтального кронштейна 3 по винтовой линии относительно его продольной оси.
Над горизонтальными кронштейнами 3 на приводном вертикальном вале 2 закреплена распределительная тарелка 5 с направляющим ободком 6, наклоненным под углом 5-50 в вертикальной плоскости.
Перед началом работы включают привод вращения вертикального вала 2 и одновременно, включив подачу воздуха и раствора воздухововлекающей добавки в сопла 10 и 9, подают через загрузочный патрубок 13 минеральное вяжущее на распределительную тарелку 5, которое, скользя по направляющему ободку 6, поступает в зону смешения, где его перемещают одновременно в радиальном направлении вдоль горизонтальных кронштейнов 3 и по окружности навстречу струям воздуха и раствора воздухововлекающей добавки, благодаря чему кинетическая энергия частиц соударяющихся струй и минерального вяжущего переходит в зоне смешения в кавитационные силовые импульсы, активирующие смешиваемые компоненты смеси. Происходит гомогенизация смеси.
К основным недостаткам конструкции относятся низкая производительность и низкий КПД устройства.
Физическая модель характеристик трехфазной смеси в зависимости от технологических параметров
При получении трехфазных смесей даже при создании идеальных условий для перемешивания (однородность распределения фаз по объему аппарата) остается открытым вопрос зависимости характеристик готовой смеси от соотношения объемных долей фаз и физико-механических свойств. Особенно актуальным это является при получении поризованных материалов. В большинстве случаев построение корректной математической модели является трудновыполнимой задачей в виду большого количества факторов процесса и сложности самих явлений. По этой причине определение зависимости характеристик готовой смеси от технологических параметров при получении поризованных материалов осуществляется методами планирования экспериментов [73-76]. Развитие статистических методов исследования сложных процессов и создание программных продуктов высокого уровня, например, Statistica 6.0 [77], позволяют в короткие сроки и в полном объеме провести анализ сложных физико-химических явлений.
С другой стороны необходимо теоретическое обоснование выбора конкретного оптимального плана эксперимента и критерия установления той или иной эмпирической или полуэмпирической зависимости [77]. По этой причине необходимо изложение теоретического анализа построения плана эксперимента. При анализе результатов экспериментальных исследований как правило имеет место ситуация, когда количественное изменение изучаемой характеристики объекта (функции отклика) зависит от нескольких параметров процесса (факторов). При проведении экспериментов в такой ситуации записываются значения одной или нескольких функций отклика (yt) и всех факторов, от которых она зависит. Результаты наблюдений оформляются в виде матрицы результатов наблюдений. где « - количество опытов; к — число факторов; т — число функций отклика; Х1} - значение J — го фактора для / — го опыта; у)й - значение j — ой функции отклика для і— го опыта. Построение эмпирических зависимостей осуществляется с помощью методов регрессионного анализа [78-80]. При этом строятся аналитические зависимости причем значения функций отклика у должны минимально отклонятся от результатов экспериментальных исследований. Выбор конкретной математической зависимости определяет модель [77]. В пакете Statistica 6.0 рассматриваются линейная, квадратичная, специальная кубическая и кубическая модели [78]. В среде Statistica 6.0 корреляционному анализу [79] предшествует выбор определенной модели в соответствии с уравнением (2.42).
После выбора модели осуществляется вычисление всех парных коэффициентов корреляции, характеризующих тесноту связи между величинами. Парный коэффициент корреляции определяется выражением: где /7 - число значений переменных и и v; w , v - соответственно средние значения величин и и v. После вычисления всех парных коэффициентов корреляции строится матрица коэффициентов корреляции [79]. Например, для специальной кубической модели при функции отклика у и факторов А, В, С эта матрица имеет вид (2.44). 52 где п - число опытов; К - число факторов; у - значение функции ортогональной регрессии [80]; yt — экспериментальные значения функции отклика. Затем вычисляют значение критерия Фишера: где S - дисперсия экспериментальных значений функции отклика; число степеней своооды соответственно числителя и знаменателя равно: Считают, что уравнение (2.42) предсказывает результаты опытов лучше среднего, если F достигает или превышает границу значимости при выбранном уровне значимости (обычно принимают р = 5%). В среде Statistica 6.0 проверка значимости определяется следующим образом. По расчетному значению критерию Фишера (формула (3.41)), который принимают за границу значимости, определяют уровень значимости р. Считают, что уравнение (2.42) предсказывает результаты опытов лучше среднего, если расчетный уровень значимости р соответствует условию: Если условию (3.44) соответствует несколько моделей, то их дальнейший выбор осуществляется по другим критериям [80]. Значимость коэффициентов регрессии Ь. проверяют по критерию Стьюдента: где Sb - погрешность коэффициента регрессии определяется формулой: где с — диагональный элемент матрицы, обратной матрице нормальных уравнений. Определяют число степеней свободы: и по нему значение критерия Стьюдента f 4, при заданном уровне значимости (обычно принимают р = 5%). Считают, значение коэффициента Ъ значимое, если выполняется условие: В среде Statistica 6.0 проверка значимости коэффициентов регрессии осуществляется следующим образом. Вычисленное по экспериментальным данным значение критерия Стьюдента / принимают за f \ По этому значению определяют уровень значимости р. Считается, коэффициент уравнения регрессии значимым, если выполняется условие: Планирование эксперимента [81] является одной из форм проведения «активного» эксперимента, который состоит в том, что в каждом опыте варьируют одновременно все независимые переменные (факторы).
Планирование эксперимента, как форма «активного эксперимента», имеет следующие преимущества [81]: 1. поскольку план экспериментов составлен заранее, перед началом опытов, то можно так составить план, чтобы максимально упростить последующую обработку эксперимента; 2. оптимальное использование факторного пространства при активном эксперименте позволяет при минимальном количестве опытов получить максимум информации об изучаемых явлениях; 3. кроме аппроксимации функции отклика можно решать оптимизационную задачу; 4. методы планирования экспериментов позволяют опытным путем проранжировать факторы по степени их влияния на функции отклика; 5. планирование эксперимента позволяет изучать и математически описывать процессы и явления при неполном знании их механизма.
В настоящее время для широкого круга задач разработано большое количество планов эксперимента, основная часть которых реализована в среде Statistica 6.0. В среде Statistica 6.0 реализованы все основные виды планов эксперимента. Проанализируем основные планы экспериментов и выберем оптимальный план для случая трех факторов при получении трехфазных смесей. Планируемые эксперименты можно подразделить на четыре основные группы [73]: 1. отсеивающие эксперименты; 2. экстремальные эксперименты; 3. планирование экспериментов для дисперсионного анализа; 4. специальные случаи.
Исследование зависимости характеристик трехфазной смеси от технологических параметров процесса
С целью установления закономерностей влияния технологических параметров на свойства трехфазной смеси и определения их оптимальных значений были проведены экспериментальные исследования на кафедре строительных конструкций Ярославского государственного технического университета [91]. В качестве трехфазной смеси использовалась смесь песка, минерального вяжущего и воды с растворенным в ней ПАВ, насыщенной воздухом. Основными технологическими параметрами процесса получения смеси являются: отношение весовых расходов песка и минерального вяжущего, процентное содержание поверхностно-активного вещества (ПАВ), отношение объемных расходов воды и твердой фазы (В/Т). Значениям этих параметров строго соответствуют значения объемных долей смеси: газосодержание р" 9 соответственно объемных долей жидкости рр и твердого р . Установим связь между технологическими параметрами процесса и объемными долями смеси. Пусть масса песка в смеси равна тп. Тогда масса минерального вяжущего тц будет равна: Соответственно объем, занимаемый твердой фазой в смеси, будет определяться формулой: Тогда объем, занимаемый жидкой фазой в смеси, будет равен: Объем, занимаемый газом в смеси, определяется формулой: где среднее газосодержание водно-цементной смеси определяется из решения уравнения (2.30) У т объем, занимаемый минеральным вяжущим в смеси равен: Следует отметить, что значение величины (ра, как показано в разделе 3.3., полностью определяется процентным содержанием ПАВ, объемом минерального вяжущего в смеси Ущ и расходом воздуха. Формулы (3.8)-(3.12) позволяют определить объемные доли смеси: По данным значениям технологических параметров с помощью формул (3.13)-(3.15) могут быть рассчитаны значения объемных долей фаз, которые удовлетворяют условию: Соответственно для этих параметров может быть реализован симплекс -центрондный план для трехкомпонентной смеси [77].
Уровни варьирования технологических параметров и соответствующих им значений объемных долей фаз приведены в таблице 3.1. Математическая обработка результатов осуществлялась на персональном компьютере в среде Statistica 6.0. Для описания зависимости теплопроводности конечного материала от значений объемных долей фаз ф 9 ФТ ФТ была использована специальная кубическая модель [77]. В таблице 3.3. представлены данные дисперсионного анализа, основные положения которого представлены в разделе 2.2.3. При этом в среде Statistica 6.0. одновременно был выполнен дисперсионный анализ линейной и квадратичной моделей [77]. Данные дисперсионного анализа моделей представлены в таблице 3.2. Из таблицы 3.2. видно, что статистически значимые эффекты наблюдаются только в специальной кубической модели (значение р меньше 0,05) Количество регрессионной модели оценивается с помощью коэффициента детерминации У?-квадрат. Из таблицы 3.2. видно, что значение коэффициента детерминации для специальной кубической модели данных экспериментального плана очень высоко. В таблице 3.3. представлены значения статистик, рассчитанные для специальной кубической модели. Как следует из приведенных в таблице 3.2. результатов, все члены специальной кубической модели имеют статически значимые эффекты (р(0.05)9 кроме двух членов АВ и АС В таблице 3.4. представлены данные, которые показывают хорошие результаты для подобранной специальной кубической модели (р меньше 0,05). На рис. 3.8 и 3.9 представлены поверхность и контурный график построенной специальной кубической модели. Из приведенных данных видно, что зависимость теплопроводности от объемных долей фаз носит нелинейный характер. На графиках визуально можно определить, при каких значениях объемных долей фаз среды Statistica 6.0. определяются значения объемных долей фаз, при которых значению теплопроводности соответствуют значения объемных долей фаз: В таблице 3.5. приведены значения корреляционной матрицы. Приведенные данные свидетельствуют, что объемные доли фаз в указанных пределах исследования примерно одинаково влияют на теплопроводность конечного материала. На рис. 3.10 представлены графики зависимости коэффициента теплопроводности материала от объемных долей фаз в соответствии со специальной кубической моделью. Приведенные данные свидетельствуют, что увеличение объемной доли твердой фазы способствует уменьшению теплоароводности. В то же время влияние объемных долей газа и жидкости на коэффициент теплопроводности имеет нелинейный характер при ярко выраженных значениях теплопроводности. минимума и максимума коэффициента 1. Проведены экспериментальные исследования процесса получения трехфазных смесей в лопастном смесителе. Определены условия осуществления процесса суспедирования, которые согласуются с результатом теоретических исследований. 2.
Экспериментально исследовано изменение газосодержания смеси при принудительной подаче газа в зависимости от времени процесса. Установлено явление насыщения смеси газом, когда наступление некоторого времени, tu газосодержание смеси практически не изменяется. 3. Проведено планирование эксперимента по получению трехфазных смесей в лопастном смесителе, которое позволило построить физическую модель процесса. На основе исследования физической модели определены оптимальные значения технологических параметров процесса. Для получения трехфазных смесей газ - жидкость - твердое разработан лопастной смеситель [64,92], схема которого представлена на рис. 4.1. Устройство содержит емкость с загрузочным и выгрузочным приспособлениями, привод и основание на днище емкости, а по оси емкости закреплен пневматический распылитель. В верхней части емкости закреплен корпус 3 с крышкой 4, установленный на петлях и снабженной запором конус имеет направляющие ребра 5 и трубу для вывода воздуха с вентилем 6. Емкость снабжена выводным штуцером с краном 7 и растворопроводом 8. Внутри емкости по ее оси установлен распылитель 9, состоящий из полого вала 10, вращающегося в подшипниковом корпусе 11. С валом взаимодействует сальник 12, закрепленный на кронштейне 13. Вода в сальник подается по трубе с вентилем 14, а воздух по трубе с вентилем 15. На валу 10 закреплены приводная звездочка 16, ротор 17 и труба 18 с фланцем, к которому крепится расположенный наклонно к горизонтальной плоскости цилиндрический корпус 19, закрытый сверху крышкой 20 с отверстиями. К крышке 20 привернута трубка 21 для подвода воздуха из сальника. Воздух поступает в плоскость между крышкой 20 и конической крышкой 22, закрепленной над крышкой 20. Оттуда воздух поступает в кольцевые проточки корпуса 19 из которых попадает в форсунки 23, установленные на образующей корпуса. Вода из сальника подается в форсунки по трубе 18. На кронштейне конической крышки 22 закреплен конус 24, служащий для предохранения форсунок от засорения смесью и формирующий внутреннюю поверхность обрушивающегося потока смеси.
Разработка и расчет лопастного смесителя с принудительной подачей газа для получения трехфазных смесей
Из таблицы 3.2. видно, что статистически значимые эффекты наблюдаются только в специальной кубической модели (значение р меньше 0,05) Количество регрессионной модели оценивается с помощью коэффициента детерминации У?-квадрат. Из таблицы 3.2. видно, что значение коэффициента детерминации для специальной кубической модели данных экспериментального плана очень высоко. В таблице 3.3. представлены значения статистик, рассчитанные для специальной кубической модели. Как следует из приведенных в таблице 3.2. результатов, все члены специальной кубической модели имеют статически значимые эффекты (р(0.05)9 кроме двух членов АВ и АС В таблице 3.4. представлены данные, которые показывают хорошие результаты для подобранной специальной кубической модели (р меньше 0,05). На рис. 3.8 и 3.9 представлены поверхность и контурный график построенной специальной кубической модели. Из приведенных данных видно, что зависимость теплопроводности от объемных долей фаз носит нелинейный характер. На графиках визуально можно определить, при каких значениях объемных долей фаз среды Statistica 6.0. определяются значения объемных долей фаз, при которых значению теплопроводности соответствуют значения объемных долей фаз: В таблице 3.5. приведены значения корреляционной матрицы. Приведенные данные свидетельствуют, что объемные доли фаз в указанных пределах исследования примерно одинаково влияют на теплопроводность конечного материала. На рис. 3.10 представлены графики зависимости коэффициента теплопроводности материала от объемных долей фаз в соответствии со специальной кубической моделью. Приведенные данные свидетельствуют, что увеличение объемной доли твердой фазы способствует уменьшению теплоароводности. В то же время влияние объемных долей газа и жидкости на коэффициент теплопроводности имеет нелинейный характер при ярко выраженных значениях теплопроводности. минимума и максимума коэффициента 1.
Проведены экспериментальные исследования процесса получения трехфазных смесей в лопастном смесителе. Определены условия осуществления процесса суспедирования, которые согласуются с результатом теоретических исследований. 2. Экспериментально исследовано изменение газосодержания смеси при принудительной подаче газа в зависимости от времени процесса. Установлено явление насыщения смеси газом, когда наступление некоторого времени, tu газосодержание смеси практически не изменяется. 3. Проведено планирование эксперимента по получению трехфазных смесей в лопастном смесителе, которое позволило построить физическую модель процесса. На основе исследования физической модели определены оптимальные значения технологических параметров процесса. Для получения трехфазных смесей газ - жидкость - твердое разработан лопастной смеситель [64,92], схема которого представлена на рис. 4.1. Устройство содержит емкость с загрузочным и выгрузочным приспособлениями, привод и основание на днище емкости, а по оси емкости закреплен пневматический распылитель. В верхней части емкости закреплен корпус 3 с крышкой 4, установленный на петлях и снабженной запором конус имеет направляющие ребра 5 и трубу для вывода воздуха с вентилем 6.
Емкость снабжена выводным штуцером с краном 7 и растворопроводом 8. Внутри емкости по ее оси установлен распылитель 9, состоящий из полого вала 10, вращающегося в подшипниковом корпусе 11. С валом взаимодействует сальник 12, закрепленный на кронштейне 13. Вода в сальник подается по трубе с вентилем 14, а воздух по трубе с вентилем 15. На валу 10 закреплены приводная звездочка 16, ротор 17 и труба 18 с фланцем, к которому крепится расположенный наклонно к горизонтальной плоскости цилиндрический корпус 19, закрытый сверху крышкой 20 с отверстиями. К крышке 20 привернута трубка 21 для подвода воздуха из сальника. Воздух поступает в плоскость между крышкой 20 и конической крышкой 22, закрепленной над крышкой 20. Оттуда воздух поступает в кольцевые проточки корпуса 19 из которых попадает в форсунки 23, установленные на образующей корпуса. Вода из сальника подается в форсунки по трубе 18. На кронштейне конической крышки 22 закреплен конус 24, служащий для предохранения форсунок от засорения смесью и формирующий внутреннюю поверхность обрушивающегося потока смеси.
