CC BY
17
Наведено результати експерименталь-них дослГджеиь по розчхиеиию твердог речовхих мехатчиою мшалкою у eMuocmi з видбтвихмх перегородками. Отрхмано крх-терiальие рiвияиия розчхнення речовхих в посудит з мшалкою
Ключовi слова: крхтерiальие рiвияиия, емтсть з видбтвихмх перегородкамх
Представлены результаты экспериментальных исследований по растворению твердого вещества механической мешалкой в емкости с отражательными перегородками. Получено критериальное уравнение растворения вещества в сосуде с мешалкой
Ключевые слова: критериальное уравнение, емкость с отражательными перегородками
The results of experimental studies on the dissolution of solids in a stirred-tank with baffles. The criteria equation dissolution of the substance in a container in stirred-tank
Key words: criteria equation dissolution; sti-rred-tank; baffles
УДК 66-9:66.021.3
ОТРИМАННЯ КРИТЕР1АЛЬНОГО Р1ВНЯННЯ РОЗЧИНЕННЯ РЕЧОВИНИ В ПОСУДИН1 З М1ШАЛКОЮ
К.В. Луняка
Доктор техшчних наук, професор, завщуючий кафедрою*
Контактний тел.: 55-26-11
Д. М. Вус
Астрант* E-mail: [email protected]
С. А. Русанов
Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: (0552) 36-34-57 E-mail: [email protected]
0.1. Клюев
Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: (0552) 32-69-24 *Кафедра "Обладнання хiмiчних виробництв i пщприемств будiвельних матерiалiв" Херсонський нацюнальний техшчний уыверситет Бериславське шосе, 24, м.Херсон, УкраТна, 73008
Процеси перемшування широко використовують-ся у хiмiчнiй та спорвднених технолопях. У багатьох процесах ефективне перемшування е одтею з важли-вих стадш виробництва i визначае устх технолопчно-го процесу в щлому.
Основною метою перемшування, е досягнення рiв-номiрностi розподшу речовин по об'ему посудини, ш-тенсифжащя процеив тепло- або масообмшу тощо.
1нтенсившсть обумовлюе характер руху рiдини в апаратi i характеризуеться критерiем Рейнольдса Яе. Зi зб^ьшенням iнтенсивностi зростае як витрата енергп, так i ефективнiсть процесу. З метою тдвищен-ня iнтенсивностi процесу перемшування збiльшують кiлькiсть обертiв мшалки, але при цьому виникае така проблема, як утворення воронки, що з'являеться при перемшуванш малов'язких рiдин у гладкостшних посудинах. Тому при перемшуванш нерiдко використо-вують спецiальнi пристро!, якi запобiгають утворенню
воронки. Такими пристроями е вертикальш (вiдбивнi) перегородки [1]. При встановленш вiдбивних перегородок зростае витрата потужноси на перемшуван-ня. У лiтературних джерелах, присвячених процесу перемшування, вiдсутнi залежносп, якi дозволяють встановити взаемозв'язок мiж кiлькiстю перегородок й iнтенсивнiстю процесу, тому отримання тако! залеж-носи дозволить розрахунковим шляхом встановити юльюсть вiдбивних перегородок, що сприятиме ство-ренню оптимальних умов перемiшування.
Як вже згадувалося, штенсившсть перемiшування пов'язана з витратою потужностi. Тому ми використо-вували величини потужностi, яю визначали експери-ментальним шляхом, для виведення критерiального рiвняння розчинення речовини в емноси з мiшалкою.
Дослвдження проводились на експериментальнiй установцi (рис. 1). Використовувалась турбшна мь шалка вiдкритого типу. Перегородки закрiплювались
у спещальних скобах, приварених до стшки емность Конструкцiя дозволяла змiнювати кшькють перегородок до 32. Як модельна речовина використовувалися цилшдрики з плавленого цукру дiаметром 16 мм i висотою 20 мм.
Таблиця 1
Параметри апарату, м1шалки 1 вщбивних перегородок, що використовувались у дослщженш
N = Еим р n3d
3^5 м
(2)
Висо-
Д1а- Висо- та Д1а- Висо- Шири- Тов-
метр та р1в- Вид метр та м1- на щина
ем- апа- ню м1шал- м1- шал- перего- перего-
ност1 рату, р1ди- ки шал- ки в1д родки, родки,
D, м м ни Н, м ки, м дна, м м м
тур-бшна
0,40 0,60 0,40 (6 пря-мих лопаток) 0,10 0,03 0,02 0,003
Рис. 1. Схема експериментальноТ установки: 1 — посудина з мшалкою; 2 — посудина-термостат; 3 — вщбивш перегородки; 4 — мшалка; 5 — ремшна передача; 6 — електродвигун; 7 — вар1атор швидкостей
Потужнiсть, що споживаеться мiшалкою, визнача-еться з рiвняння [2]:
N = кА.прЕимр n3d
3,45 м
(1)
И,
\ 0,5
D
- коефiцiент, що враховуе значення
де ки = D
кв.пр. - коефiцiент, що враховуе наявнють внутр^-нiх пристро!в;
п - кшькють обертiв перемiшуючого пристрою, об./с;
Еим - модифжований критерiй Ейлера;
Нр - висота рiвню рщини, м;
D - дiаметр апарату, м.
З (1) випливае, що для визначення потужнога по-трiбно знати кнкВпрЕим. Конструктивно можна вста-новити ки = 1. При ки = 1 i вщсутнога внутрiшнiх пристро!в (гладкi стшки) рiвняння (1) можна запи-сати:
При наявноот внутрiшнiх пристро!в (у нашому випадку скоб i перегородок):
N = к Ей р пМ5
в.пр. 5Г 5
Ч Т7 N
(3)
(4)
Таким чином, проводячи дослщження з рiзною по-тужнiстю, можна визначити величину кВпрЕим з (4), яку можна використовувати для розрахунку критерш Рейнольдса в рiзних умовах, наприклад, при наявност вiдбивних перегородок. Умовами, що змшюються, е: тип мiшалки, кшькють 11 обертiв i кiлькiсть перегородок, встановлених у емность
З шшого боку, критерiй потужностi можна визначити з пусково! N i робочо! Nр потужностi, використо-
к 4
1 +
Ей.
N.
[2], де к - стала; для
вуючи рiвняння N = турбiнноí мiшалки к =3,87а; а = —; Ь - висота лопатки
мшалки, к.к.д. п =0,73.
Пiдставляючи у рiвняння для Nп значення к для мшалки, що використовувалась в експеримент^ от-римуемо
0,774N
(5)
к Ей _
в.пр им _ 0,73^ - N
Для визначення кВпрЕим були проведенi експери-менти, при яких змшювалась кiлькiсть обер^в мшал-ки, одночасно визначалась пускова i робоча потужнiсть.
Як видно з наведених в табл. 2 даних, кВпрЕим за-лежить вщ кiлькостi скоб i перегородок, а також вщ числа Рейнольдса, при чому виявилось, що значення кв.пр Еим, розрахованi за рiвнянням (4) [(кВПрЕим ^ ] i за рiвнянням (5) [(кВпрЕим) ] дуже вiдрiзняються (табл. 2, колонки 8 i 9). Порiвнюючи коефiцiенти потужностi, наведенi в л^ературних джерелах [3], вiдмiчаемо, що (к Ей ) значно бiльша, а (к Ей ) - значно мен-
\ в.пр. м ¡1 ' \ в.пр. м /2
ша за т^ що наведенi в лiтературi для певно! областi значень критерпв Рейнольдса. Виникае питання, яке значення кВпрЕим треба брати для розрахунку потуж-ностi, що споживаеться м^алкою.
Аналiз значень (кв прЕим) i (кв прЕим) показав, що
у в.пр. м ¡1 у в.пр. м ¡2
вщношення цих величин для певно! кiлькостi перегородок е постшним у розрахунку на одиницю потужно-стi (див. табл. 2, колонка 11), тому можна знайти серед-
(кв.Пр.Еим \
нi значення т—--г—--. Цi значення показують
(к Ей ) Ей N
у в.пр. м /2 м р
вплив кiлькостi внутрiшнiх пристро!в (перегородок) характер руху рiдини в реакторi.
Визначивши цi значення, а також розрахувавши за nd2p
рiвнянням Яе =
критерiй Рейнольдса за певних
умов роботи, можна з запропонованого критерiально-го рiвняння (див. (6)) визначити величину, що враховуе взаемодш потоюв рiдини в емност з мiшалкою.
Критерiальне рiвняння для визначення критерш Рейнольдса при розчиненш твердо! речовини мае ви-гляд:
Яе = С4С2С3 (Аг ^г Но)а ГоЬГ|ч
(6)
де С1 - коефiцieнт, що враховуе геометрiю мшал-ки, е сталою для даного дослщження, i 11 можна ввести в константу А;
С _ ^в.пр.^м ), ;
2 (кв.„р.Еим ^Е^Л ' С3 - коефвдент, який враховуе взаемодiю потоюв, що виникають вiд внутрiшнiх пристро1в;
Го i Г1 - симплекси геометрично1 подiбностi,
г ° г пО . .
1 в = — , Г1 = —р-, де 1 - вщстань мiж перегородками.
Таким чином, величини С i С2 для умов даного експерименту вiдомi. С3 залежить вщ кiлькостi пере-
яке дозволяе визначити С3 при будь-якiй кiлькостi перегородок (табл. 3).
Обробка результапв експерименпв за допомогою методу найменших квадрапв дозволила отримати критерiальне рiвняння:
Яе = 5,44 104 (С3Аг ■ Fг ■ Но-1)0'336 Го-0'Т х-0011, (8)
Т- 0,4 0,36
де Го = ^у = 4 при В<32 перегородок; Го = ^ ^ = 3,6
при В=32 перегородки; добуток (Аг ■ Fr - Но-1) =
Осюльки
Ар
2
^ «с,
рпМ
3,15 м
Ар
2
для умов експерименту е ста-лою величиною, 11 вводимо у константу А. Сюди ж
Таблиця 2
Розрахунки коефщieнтiв потужностi
п, об./с рпМ5 ^^експ. х103 Потуж-шсть, Вт ч Еим (кв.„РЕим ) (кв.пр.Еим )2 (кв.„р.Еим ) (кв.пр.Еим )
(кв.пр.Еим ЕимК 2 м р
N0 (кв.пр.Еим )2 Еим сер.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Сер1я 1 - гладка емшсть
6,7 3,01 66,7 7,4 2,6 2,8 0,85 - -
9 7,29 90 17 6,0 2,8 0,82 - -
11 13,31 110 30 10,6 2,8 0,80 - -
Сер1я 2 - емшсть з 32 парами скоб
6,7 3,01 66,7 163 78 2,1 0,85 25,9 1,47 20,7 0,26
9 7,29 90 315 105 3 0,82 14,4 0,65 27,0 0,26 0,26
11 13,31 110 550 125 4,4 0,80 9,4 0,35 33,6 0,27
Сер1я 3 - емшсть з 2 перегородками 1 30 парами скоб
6,7 3,01 66,7 163 75 2,2 0,85 24,9 1,32 22,2 0,30
9 7,29 90 343 89 3,8 0,82 12,2 0,43 28,4 0,32 0,32
11 13,31 110 600 112 5,4 0,80 8,41 0,27 36,6 0,33
Сер1я 4 - емшсть з 4 перегородками 1 28 парами скоб
6,7 3,01 66,7 167 75 2,2 0,85 24,9 1,24 23,6 0,31
9 7,29 90 325 97 3,4 0,82 13,3 0,53 32,4 0,33 0,33
11 13,31 110 600 112 5,4 0,80 8,4 0,27 38,9 0,35
Сер1я 5 - емшсть з 8 перегородками 1 24 парами скоб
6,7 3,01 66,7 163 70 2,3 0,85 23,2 1,10 24,8 0,35
9 7,29 90 333 83 4,0 0,82 11,4 0,42 33,1 0,40 0,33
11 13,31 110 600 120 5 0,80 9,0 0,29 38,8 0,32
Сер1я 6 - емшсть з 16 перегородками 1 16 парами скоб
6,7 3,01 66,7 167 70 2,4 0,85 23,2 1,0 27,3 0,39
9 7,29 90 333 90 3,7 0,82 12,3 0,45 33,4 0,37 0,37
11 13,31 110 620 115 5,4 0,8 8,6 0,26 41,3 0,36
Сер1я 7 - емшсть з 32 перегородками
6,7 3,01 66,7 167 68 2,4 0,85 24,3 0,96 29,8 0,44
9 7,29 90 333 86 3,9 0,82 11,8 0,42 34,3 0,40 0,40
11 13,31 110 650 115 5,6 0,80 8,6 0,25 43,0 0,37
городок В. Н можна розрахувати з експерименталь-них даних, наведених у табл. 2. Аналiз залежностi С3 =^п, В) за допомогою методу найменших квадра-тiв, що реалiзований сьогодш у багатьох системах комп'ютерного програмування, дае рiвняння
С32 =2,25+0,25В, (7)
вводимо С2, оскiльки для певно1 кiлькостi перегородок ця величина стала. Таким чином, А= 5,44104.
Перевiрка правильностi отриманого критерiаль-ного рiвняння проводилась шляхом пiдстановки у рiвняння (8) експериментальних даних, наведених в табл. 2.
Таблиця 3
Залежнють коефщieнта С3 i симплексiв геометрично'| подiбностi Гр i Г| вiд кiлькостi перегородок
-□ □-
Статтярозглядае питання використан-ня eidxodie содового виробництва для про-мислового отримання мелюранту, комплек-сно1 мiнеральноï добавки i сухо1 будiвельноï шпаклiвки; передумови для пошуку ращо-нальних шляхiв використання вiдходiв для отримання вказаних продуктiв
Ключовi слова: видходи виробництва,
будiвельнi шпаклiвки, мелюрант
□-□
Статья рассматривает вопросы применения отходов содового производства для промышленного получения мелиоранта, комплексной минеральной добавки и сухой строительной шпатлевки; предпосылки для поиска рациональных путей использования отходов для получения указанных продуктов
Ключевые слова: отходы производства,
строительная шпатлевка, мелиорант □-□
The article is about the application of wastes of soda production for the industrial receipt of meliorant, complex mineral addition and dry build spackling; pre-conditions for the search of rational ways of utilization of wastes for the receipt of the indicated products
Keywords: wastes of soda production, dry
build spackling, utilization, meliorant -□ □-
Введение
Практически в любом производственном цикле химической промышленности появляются вещества,
Таким чином, отримане критер1альне р1вняння розчинення твердо! речовини. Знаючи величину Яе, за допомогою р1вняння (8) можна визначити симплекс геометрично! под1бност1 Г| =—р-, з якого просто роз-рахувати юльюсть перегородок, яку треба встановити у посудиш.
Лиература
1. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками: Пер.
с польск./Под ред. И.АЩупляка. Л.: Химия, 1975. 384 с.
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химиче-
ской технологии. М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1960. 829 с.
3. Справочник химика: В 6 т. / Б.П.Никольский, О.Н.Гри-
горов, М.Е.Позин, Б.А.Порай-Кошиц, В.А. Рабинович, Ф.Ю.Рачинський, П.Г.Романков, Д.А.Фридрихсберг - М.: Химия, 1966. - Т. 2. - 1168 с.
УДК 621.926 666.973.6 655.3.06
ПРИМЕНЕНИЕ ОТХОДОВ СОДОВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Е.В. Манойло
Кандидат технических наук, доцент*
Ю.А. Манойло
Кандидат технических наук, ассистент*
В.Ф. Моисеев
Кандидат технических наук, профессор* *Кафедра химической техники и промышленной
экологии
Национальный технический университет «Харьковский
политехнический институт» ул. Фрунзе 21, г. Харьков, Украина, 61002 Контактный тел. (057) 707-62-57, 063-252-53-31 E-mail: [email protected]
дальнейшее применение которых в данной технологии не представляется возможным (из-за ряда факторов, чаще всего, в связи с несоответствием показателей качества требуемым), - отходы. Количество этих ве-
В Сз С3°,зз6 Td Td -0Д Ti Г -0,077
0 1,50 1,146 4 0,87 12,56 0,82
2 1,66 1,186 4 0,87 6,25 0,83
4 1,80 1,218 4 0,87 3,11 0,92
8 2,06 1,275 4 0,87 1,54 0,97
16 2,50 1,360 4 0,87 0,75 1,02
32 3,20 1,478 3,6 0,88 0,36 1,086
Таблиця 4
nepeBipKa правильности рiвняння (8)
Умови експерименту К-еексп. Похибка, %
В п С3 Td Ti Repû3p.
2 6,7 1,80 4,0 6,24 63104 66700 5,4
8 11,0 2,06 4,0 1,54 113125 110000 2,8
32 9 3,20 3,6 0,036 88128 90000 2,1
