Гидравлическое, сопротивление роторно-пленочных аппаратов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ропор-кіщего jll тем-

пяется + 12 В

ІЛЬНЬІХ

I ОПЫТ-ІОГІІЧЄ-ИСТНИ-

риала. шізка |сации их по-І таких [гчике, IX при-іабена-

|>й схе-! КуЛЬ-Ьбоч И X 'аниси-иссле-

, Рома-

аи //

[X. One-Іииіснаи

ские ос-!- Киев:

1ЙГОМЄТ-

!9У0. —

зерна и іеридзе, атирнаи ”. 1УУ0.

Мнпго-iJlciH. —

Іессов

7.127.6

'О при->есцен-нм и полны

:таиле-іенции И-503) 2, на-

)ЄДННЄ

и 4 — эастно-

ром флуоресцеина). Излучение флуоресценции мо-■ лока пропускали через интерференционный

г фильтр 5 (максимум пропускания приходится на

405 нм) на нход фотоприемника б (типа ФЭУ-79). Для регистрации флуоресценции стандарта использовали аналогичный фотоприемник 7. Сигналы с выходов фотоприемников поступали на вход дифференциального усилителя 8, сигнал с выхода которого регистрировали вольтметром 9. Питание фотоприемников и лазера осуществляли с помощью блоков 11 и 12 соответственно.

Используемый в качестве флуоресцентного стандарта водный раствор флуоресцеина характеризуется постоянным квантовым выходом флуоресценции. Чтобы исключить влияние возможных колебаний электрической сети на амплитуду лазерных импульсов, мы разработали систему регистрации, измеряющую отношения сигналов, полученных на выходе фотоприемников. Она состоит из двух идентичных каналов, каждый из которых содержит делитель, эмиттерный повторитель, пиковый детектор и инвертируемый усилитель. Усиленные в обоих каналах сигналы поступают на аналоговый блок деления, формирующий постоянное напряжение, пропорциональное отношению двух сигна-

лов. полученных при возбуждении образца и флуоресцентного стандарта.

Зависимость регистрируемого сигнала Р = 1М/1$ (/м и fs — интенсивности флуоресценции молока и флуоресцентного стандарта соответственно) от концентрации молока представлена на рис. 2. Оче-

е

V-

С,Л

° О

о

¥' * о

0

1 1 " " I . . I

'fa 'J* '/> Щ 1 с

Рис. 2

видно, что эта зависимость имеет линейный характер в разбавленных растворах, для которых выполняется условие (1С1 < 0,05 (р — коэффициент молярной эксгинкции, С — концентрация раствора, / — длина оптического пути в образце). При высоких концентрациях это условие не выполняется из-за неравномерного освещения раствора и фильтрующего действия передних слоев образца, что вызывает его неоднородное возбуждение Автор выражает благодарность B.C. Ламбину за помощь, оказанную при наладке регистрирующей системы лазерного флуориметра.

.ЛИТЕРАТУРА

1. Посудин Ю.И., Костенко В.И. Метод лазерной спект-рофлуоримегрии молока и молочных продуктов // С.-х. биологии. — 1У!)1. — jY> 2. — С. 191.

Кафедра физики

Поступили 16.07.92

66.048.37.001.24

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ,СОПРОТИВЛЕНИЕ РОТОРНО-ПЛЕНОЧНЫХ АППАРАТОВ

10.Г, НЕЧАЕВ, Г.П. ЕСИПОВ

Кубанский государственный технологический университет

Эффективность разделения термолабильных смесей под вакуумом обусловлена почти исключительно необходимостью понижения температуры процесса. Чтобы давление во всех частях установки было достаточно низким, используемая аппаратура должна обладать низким гидравлическим сопротивлением. Это основное требование, предъявляемое к аппаратам, используемым для разделения смесей под вакуумом. Другое важное требование — обеспечение необходимой эффективности разделения при малых объемных расходах жидкости по сравнению с объемными расходами пара. Это диктует принятие специальных мер по равномер-

ному распределению жидкости по поверхности контактных устройств. Еще одно важное требование — минимальное время пребывания разделяемых продуктов в аппаратуре при повышенных температурах, связанное с опасностью ухудшения качества' получаемой продукции из-за процессов термического распада. Для этого количество жидкости, находящееся в аппаратуре, должно быть минимальным.

Перечисленным требованиям удовлетворяют роторно-пленочные аппараты нового класса, в основу работы которых положен новый принцип взаимодействия фаз, заключающийся в организации пленочного течения жидкости в горизонтапьном направлении под действием центробежных сил по

радиусу от центра к периферии по вогнутой вертикальной поверхности и движении пара через ступень в осевом направлении снизу вверх через зазоры между вогнутыми поверхностями. Нами изучены гидродинамические и массообменные характеристики контактных ступеней роторно-пленочных аппаратов [1-5], прошедших промышленную апробацию. Исследованы ступени (рис. 1): кольцевая с вертикальным щелевым переливом КСВЩП (а), спиральная СС (б), кольцевая с горизонтальным щелевым переливом КСГЩП (в), сетчатая конусная СКС (г), сетчатая спиральная ССС (д).

Гидравлическое сопротивление АР контактных ступеней исследовано в зависимости от рабочих параметров: скорости вращения ступени и, нагрузок по жидкой £ и газовой №у фазам и геометрических размеров.

На всех конструкциях ступеней и изменяли от 5,6 до 15,6 м/с, скорость воздуха в сечении ступени от 0,2 -0,4 до 2,5 м/с, расход воды Ь от 40 до 200 кг/ч (2,4-8,4 м3/м2-ч).

Все конструкции ступеней имели наружный диаметр 200 мм, диаметр распределительного стакана 80 мм; зазор, между контактными элементами 5-15 мм, высоту 20-80 мм. Базовой конструкцией для обобщения принята ступень высотой /г = =50 мм и зазором между контактными элементами Д = 5 мм.

Обобщение результатов исследований гидравлического сопротивления вращающихся орошаемых ступеней ДРор проводили по формуле Дарси— Вейсбаха:

где

р 1Г

АР =2?-—*■

°Р ь 2

р — плотность газа.

При использовании формулы (1) исходили из принципа аддитивности составляющих коэффициент сопротивления

2£=е -К -К , (2)

* *вр ЪорУ

где и Кор —

коэффициенты сопротивления неподвижной неорошаемой ступени, за счет эффектов вращения и орошения ступени соответственно.

На основе принятой методики обобщения опытных данных получены уравнения для расчета значений для исследованных конструкций:

?ор

*ер

*ор

КСВЩП

60,41Ц/0-65(/г/Д)0-85; (3)

= 4,4І?ел0'75 Не/78; (4)

, = 37І?еу 105 Яе,0-5; (5)

СС

1,02Ееу°’17(А/Д)0'72; (6)

= 3,5Шем03 Ке»л*; (7)

= 5,151Ц/0-68 Ке/’43; (8)

КСГЩП

5,25Шеу0'2*(к/Д)0,92; (9)

= 1,94Яея°'54 Ие;0'63; (10)

= 17,23Ие 0,9 БЕе/'7; (11)

ССС

1,08Ие!/'0'І7(/г/Д)0,72; (12)

= 2,95Не„0'3 Ие,/0'4'5; (13)

= б.гіц/06 ие/'48, (14)

— механическое число Рейноль-

где 1?еи = / Уу

дса; <1 — средний диаметр ступени; к — частота вращения ступени; — коэффициент кинематической вязкости газа; Ие = 4/-/(для КСВЩП и ССС), Ие = 4Ь/пг’х1г (для СС), 11ех = 41/2лтгд (для КСГЩП) — число Рейнольдса для жидкости; ух — коэффициент кинематической вязкости жид-

(1)

кости =2 ДІЇ Д —: Ур; сьіван доста-По ступе: постр' на ри 4-С

ОПЬІТЇ

следу

услов

СС.

Гид ложеі ет тре разде;

Исс ном о ни.

Ан; что до те соп ляет1

кости; п -— число спиралей ступени; Яе = =2Д 117,/ \’у — число Рейнольдса для газовой фазы; А — зазор между кольцами или витками спирали.

Уравнение (1) совместно с уравнением (2) описывают опытные данные с точностью ±15%, что достаточно для инженерных расчетов.

По уравнению (1) для четырех конструкций ступеней при и = 9,8 м/с и I = 100 кг/ч были построены зависимости АР = f(W), приведенные на рис. 2 (/ - КСВЩП, 2 - СС, 3- КСГЩП, 4 — СКС, 5 — ССС). График для СКС построен по опытным данным. Из приведенных зависимостей следует, что наибольшее АР при прочих равных условиях соответствует КСВЩП, наименьшее — СС.

Гидравлическое сопротивление любой из предложенных ступеней незначительно и удовлетворяет требованиям, предъявляемым к устройствам для разделения смесей под вакуумом.

Исследования показали, что АР зависит в основном от скорости газа и скорости вращения ступени.

Анализ зависимостей £вр/2£ и 10Рт показал, что доля эффекта вращения в общем коэффициенте сопротивления в среднем для ступеней составляет 40-60%, а доля эффекта орошения 14-24%.

выводы

1. Предложенные уравнения позволяют с точностью, достаточной для инженерных расчетов, определить АР контактных ступеней.

2. Незначительное гидравлическое сопротивление контактных ступеней позволяет рекомендовать их в качестве контактных элементов вакуумной ректификационной аппаратуры.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нечаев Ю.Г., Ручинский В.Р., Есипов Г.П. Исследование гидродинамики и массообмена роторного аппарата / / Химия и технол. топлив и масел. — 1974. — № 3. — С. 173.

2. Определение гидравлического сопротивления и коэффициента массообмена в жидкой фазе роторного аппарата со спиралеобразными контактными ступенями / В.Р. Ручин-скии, Ю.Г. Нечаев. Б.А. Турков и др. / / Химическая пром-сть. — 1979. — № 10. — С. 51.

3. А.с. 537685 СССР. Роторная массообменная колонна / В.Р. Ручинский, В.А. Чубуков, Ю.Г. Нечаев и др. — Опубл. в Б.И. — 1976. — № 45.

4. А.с. 1047488 СССР. Роторная массообменная колонна / Ю.Г. Нечаев, Е.М. Михальчук, А.В. Овсюков и др. — Опубл. в Б.И. — 1983. — № 38.

5. А.с. 1230617 СССР. Роторная массообменная колонна / Ю.Г. Нечаев, Е.М. Михальчук, А.В. Овсюков. — Опубл. в Б.И. — 1986. — № 18.

Кафедра промтеплоэнергетики

Поступила 28.02.94