Кинетика движения сыпучих материалов в импульсном смесителе Текст научной статьи по специальности «Физика»

Учитывая низкую эффективность ингибитора коррозии СНПХ-6438, при дозировании в рабочий объем кислоты на следующем этапе сравнительных испытаний использовали только пленочный метод защиты металла.

В 15%-ном растворе соляной кислоты при температуре 105 °С и давлении 250 кгс/см2 защитный эффект ингибитора СНПХ-6438 составил 81,4 %. Таким образом, скорость коррозии уменьшилась в 5,4 раза, при применении СНПХ-1004Р скорость коррозии уменьшилась лишь в 1,9 раза и защитный эффект составил только 49 %.

В более жестких условиях, когда при температуре 105 °С и давлении 250 кгс/см2 защитный эффект ингибитора СНПХ-6438 составил 44,28 %, в то время как СНПХ-1004Р дает защиту лишь на 17,6 %.

На основании проведенных исследований установлено, что ингибитор коррозии СНПХ-6438 уменьшает кислотную коррозию металла и по своей эффективности в солянокислых средах значительно превосходит широко применяемый ингибитор коррозии СНПХ-1004Р. Применение СНПХ-6438 в 15%-ной соляной кислоте при температуре 105 °С позволяет в 5,4 раза снизить скорость коррозии металла. Физико-химические

свойства данного ингибитора коррозии позволяют рекомендовать его при кислотных обработках в виде буферного раствора перед закачкой кислоты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. Справочник. Л.: Химия. 1968. 264 с.

2. Брегман Дж. Ингибиторы коррозии / Под ред. Антропова Л.И. М.: Химия. 1966. 310 с.

3. Иванов Е.С. Ингибиторы коррозии металлов в кислых средах. Справочник. М.: Металлургия. 1986. 173 с.

4. Робинсон Д. С. Ингибиторы коррозии. М.: Металлургия. 1989. 271 с.

5. Розенфельд И,Л. Ингибиторы коррозии. М.: Химия. 1977. 362 с.

6. Ибрагимов Г.З., Фазлутдинов К.С., Хисамутдинов

Н.И Применение химических реагентов для интенсификации добычи нефти. Справочник. М.: Недра. 1991. С. 22.

7. Угрюмов О.В. и др. // Защита металлов. 2001. Т. 37. № 4. С. 80-385.

8. Угрюмов О.В. и др. Исследование ингибирующей способности К-[изононилфеноксиполи(этиленокси)карбо-нил-метил] аммониевых соединений в солянокислых водных средах. // Сборник тезисов докладов Х конференции «Поверхностно-активные вещества и препараты на их основе. Белгород: 2000. с. 87.

9. «Ингибитор коррозии СНПХ - 6438», ТУ 2458-27105765670-2001.

УДК 665.128.1

В.Ф. Ковтун

КИНЕТИКА ДВИЖЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ИМПУЛЬСНОМ СМЕСИТЕЛЕ

(Ярославский техникум управления и профессиональных технологий)

E-mail: yartset@mail.ru

Приведены теоретические обоснования условий эффективного перемешивания в импульсном смесителе.

Ключевые слова: перемешивание, импульсный смеситель

Рассматривается импульсный смеситель непрерывного действия, предназначенный для смешения сыпучих материалов.

Увеличение скорости взаимодействия потоков смешиваемых материалов приводит к уменьшению коэффициента неоднородности смеси. Однако этот факт характерен лишь в том случае, когда скорости взаимодействия встречных потоков сыпучих компонентов определяют общую скорость процесса. Если же общая скорость процесса зависит от других параметров (угла наклона корпуса аппарата, угла установки отража-

тельных пластин и т.д.), то коэффициент неоднородности смеси может и не проявлять сколько-нибудь значительной зависимости от скорости движения сыпучего материала.

Рассмотрим движение слоя твердых частиц, поступающих из бункера и перемещающихся по рабочей поверхности низкочастотного аппарата. Расчетная схема представлена на рисунке. При импульсном режиме работы частицы сыпучего слоя будут отскакивать на высоту Н, величина которой зависит от характера столкновения частиц.

S

y

Рис. Расчетная схема движения сыпучего материала на лопатки

Fig. Calculation scheme of a friable material movement on blades

Если столкновения частиц носят упругий характер, то можно считать, что скорость передается из слоя в слой по закону

Vn = KVn-1 = Kn~lVi , (1)

где K - постоянная величина, определяемая типом (материалом) частиц.

Hi=Vi2/2g

Для абсолютно упругого столкновения K=1, H=H1, поднимается лишь верхний слой частиц. При K<1 движутся все частицы слоя, и наблюдаемая высота

H=Vn2/2g= (Vi2/2g)K2(m-1)= H1 K2(h/d"1}, где число слоев сыпучего материала n определяется формулой

n = h/d, (2)

d - размер частиц; h - высота слоя сыпучего материала на пластине.

Экспериментальные исследования проводились для сухого кварцевого песка. При этом h=20 мм, d=1 мм. Показано, что в этом случае процесс хорошо описывается моделью (1). При этом параметр K близок к единице. Пусть K=1-x. Тогда (2) можно представить в виде

H1/H » 1 + 2x(h/d - 1) (3)

При наклоне рабочей поверхности материал перемещается вдоль нее со средней скоростью <V> [1]:

h (х- ]

í K[ d 0 dx V = - - V1d

h

V = V1d . (1 - Khd), (4)

1 hK ln (V K)v '

1 n-1

1--x

2

V-■ x 2* »1 -Ax

V1 (1- x)(1 + x/2) 2d '

(5)

Вследствие эффективного перемешивания материалов в виброкипящем слое, частицы неизбежно взаимодействуют с неподвижными частями аппарата, что влечет за собой падение интенсивности процесса.

Предположим, что слою сообщена скорость, Ую, перпендикулярная поверхности. Тогда координаты слоя определим формулами:

х = Кю-Бша-^ , (6)

у = gt2/2 - 1/10-со8а-г1 (7)

Условие падения слоя на наклонную плоскость определяется формулой

у = х^а (8)

Отсюда получим время полета слоя и дальность движения

t =

2V1

10

g cos a

= 2V10 sin a

(9)

(10)

g cos a

При этом средняя скорость перемещения слоя вдоль аппарата равна

V = V10 cos a . (11)

Допустим, что внутри слоя во время удара скорость передается от частицы к частице по закону Vn = K Vn-1 и параметр K близок к единице (K=1-x»0,96). Считая удар упругим, из закона сохранения энергии скорость частицы в слое номер n после удара

mV2 mV,

2

ост.п

mK2V

2

2

2

(12)

^ V_ =л/1 - K2 • V„ = л/ 1 - K2 • Kn

1V0

где У0 - скорость пластины; Уост.п - скорость частицы в слое после удара. Тогда средняя скорость движения всего слоя

V10 =1

X Чст.1 + Vn

V0

л/1 - K2 K

nn

•X K + —

tí 1 K

(13)

) + Kn

= V% — (1 - Kn-1)-

n v 1 - K v ' Считая n>>1 и K» 1 - nx, (nx<<1), получим

V10 » V0

2 x

1-

42x

2

+1 (1 -V2x+x)

(14)

где V - скорость перемещения вдоль аппарата монослоя частиц. Считая К близким к 1 и разлагая выражение (4) до величины второго порядка малости в ряд, получим

При х = 0,04 средняя скорость слоя ¥10 » » 0,24 V. Если же число слоев так велико, что Кп <<1, то

1 + K

V » V.

"10 nV 1 -K~ njx

(15)

Из последнего соотношения видно, что с увеличением числа слоев средняя скорость движения материала уменьшается.

z

+

n

n

=1

Искривление траекторий движения потока от рабочей поверхности до отражателя, стремящихся к нулю из-за малого расстояния между ними равно

H = l /tg a, (16)

H2 = l / sin a. (17)

Очевидно, для частиц в центре пластины справедливым будет выражение

H2 = ln / 2sin a. (17)

Если учесть, что импульсы повторяются через время T можно записать число частиц N, попавших на пластину за это время

N = C1V2T cosa-Sra (19)

где C1 - концентрация потока сыпучих, V2 - скорость частиц, Sra. - площадь пластины. Следовательно, можно выразить массовый расход [2]

Q = m ■ C1 ■ V2 ■ Sm. ■ cosa (20)

и концентрация C1 будет равна

Q (21)

C =

S „V Шш Зр'

Pi =

1 -

ш(2 r )2

S „„

N

Pi » 1 _ 4pr2x, (22)

где

x =

C1V2T cosa

SI

(23)

Тогда для Р окончательно имеем

Л=1 - Т/Тъ (24)

Т\ - характерное время движения частицы без столкновений равно

£ Пл ГР

Ti =

(25)

3Qcos a

Из выражения (24) следует, что T/T 1<1. При столкновении частиц с потоком R раз

вероятность прохода расстояния H2 без столкновений будет равна

- RT

Pr = PiR »1 -RTT »^

(26)

Если время активного перемешивания равно 1;2, то число столкновений с потоком будет равно

ЯкШ^Т (27)

Тогда из выражения (26) получим

Pr »1

где р - плотность материала частицы.

Если в данный момент времени на пластине находится N частиц радиуса г, то вероятность проникновения частицы через поток равна

»1 _ » е Т1 (28) Т1 Т

Отсюда можно выразить условие активного перемешивания

^>1. (29)

Рассматривая поток частиц с позиций сплошной среды, необходимо иметь условия полного заполнения поверхности частицами.

N=8^, (30)

где I - расстояние между центрами частиц определяется формулой

1 = 2 Ч ш 7'

(31)

Условие полного заполнения выполняется при I = 2г.

Таким образом, полученные зависимости позволяют определить условия эффективного перемешивания, при условии столкновения частиц, массовый расход, а также условие полного заполнения поверхности частицами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ковтун В.Ф., Аршинова В. А. Моделирование процесса смешения материала в импульсном смесителе. Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. - Северодонецк, 1986. С. 46.

2. Бытев Д.О., Ковтун В.Ф. Системно-структурный подход к моделированию процессов смешения сыпучих материалов в вибрационных аппаратах активационного типа. Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. «Химтехни-ка - 4». Чимкент. 1987. С. 11.