CC BY
29
УДК 66.011
М.П. Тюрин, М.А. Апарушкина, З.Н. Османов, Н.А. Солдатова, В.Б. Сажин
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
РАЗРУШЕНИЕ УСТОЙЧИВЫХ ЭМУЛЬСИЙ В СТРУЙНОМ АППАРАТЕ
These relations for the critical diameter of emulsion droplets and the length of pipe required for the coalescence of emulsion droplets to the desired size, can be used to calculate the geometric characteristics of the jet apparatus for the separation of stable emulsions.
Приведенные соотношения для критического диаметра капель эмульсии и длины трубопровода, необходимой для коалесценции капель эмульсии до требуемого размера, могут быть использованы для расчета геометрических характеристик струйного аппарата для разделения устойчивых эмульсий.
Исследовались процессы разрушения в струйном аппарате устойчивых эмульсий, содержащих воду и нефтепродукты.
Деформация и разрушение бронирующих оболочек глобул воды в струйном аппарате происходит благодаря турбулентным пульсациям скорости движущегося потока, масштаб которых Л не превышает характерного размера капли (диаметра капли dK). Размеры дробимых капель и масштаб турбулентных пульсаций должны удовлетворять условиям Ла <Л< dK (здесь Л0 - внутренний масштаб изотропной турбулентности).
Критический диаметр капли, при которой она не будет дробиться в потоке эмульсии, для случая неоднородного потока находится из соотношения:
d -19
d кр '
V
Г л32 . D у/2
w v Re у
v н у 4 у
Р„
(1)
Зависимость критического диаметра капли от числа Re представлена на рисунке 1.
Деформация и дробление капель воды в высоко турбулентном потоке в струйном аппарате во многом обусловлена градиентами скорости и давления. Наличие этих градиентов приводит к тому, что на поверхности капель воды действуют различные динамические напоры, деформирующие капли.
Значительный вклад в разрушение бронирующих оболочек вносит также их соударение со стенками прямолинейного участка струйного аппарата, при этом образуется внутренняя фаза, свободная от бронирующих оболочек и с весьма большой свободной поверхностью.
Кроме разрушения бронирующей оболочки для разделения веществ важен процесс коалесценции, возможность которого определяется временем контакта двух капель достаточным для удаления плёнки сплошной фазы. Укрупнение капель в большей степени зависит от частоты столкновения, жёсткости контакта капель и времени их пребывания в потоке.
Таким образом, при Re=50000 величина dкр = 500мкм, а при
Яе=500000 величина составляет менее 1мкм.
кр
Частота С столкновений дисперсных частиц в цилиндрической части аппарата может быть определена по формуле Смолуховского путем замены коэффициента диффузии при броуновском движении на коэффициент турбулентной диффузии:
С — 4 л • d • Вт • п, (2)
где d - диаметр частицы; Вт - коэффициент турбулентной диффузии; п - число частиц в единице объема.
Рис.1. Зависимость критического диаметра капли от числа Рейнольдса.
Значение коэффициента турбулентной диффузии для трубопровода определяется следующим выражением:
—
3,3В • и0 10
-3
(3)
где В - диаметр трубопровода; и0 - средняя объемная скорость потока.
Учитывая, что не все столкновения капель жидкости заканчиваются их слиянием, частоту актов слияния Ск можно выразить как
Ск — к •С, (4)
где к - коэффициент эффективности столкновений.
Принимая турбулентный поток однородным по всей площади поперечного сечения трубопровода, процесс изменения укрупнения капель воды в установившимся режиме для элемента длиной А/ можно описать уравнением (5):
-3 / , Л Г ,ч Ч3
п
л • df ~~6
V
dn .Ал
п---А/ I---
d/ ) 6
ч+-А/'
V d/ )
(5)
где п - число капель, диаметр которых равен dt.
Изменение общего числа капель при их слиянии в процессе движения
по элементу длиной А/ определяется выражением:
r dn . Л 1 А/
n---А/
d/
n —
J
л---со-n
2
(6)
Учитывая малость элемента длины А/, после соответствующих
преобразований и учета граничного условия (при / = 0, dt _ решение
уравнений (5) и (6) можно представить в виде:
/2
ut _ 1 d2
V
- d,
0
8K - Dm-W /
J
u,
(7)
0
Отсюда получим выражение для длины прямолинейного участка, необходимого для коалесценции:
' '2 Л 72 _(К2-1)• Щ■ d2
V
dt2 _ 1
dl
u0d0
8K - П - W
*0 J
где W — n - 7 - d3 / 6 - обводнённость смеси
8K - П - W
(8)
Kd —
d,
2
d.
2 0
Приведенные соотношения для критического диаметра капель эмульсии и длины трубопровода, необходимой для коалесценции капель эмульсии до требуемого размера, могут быть использованы для расчета геометрических характеристик струйного аппарата для разделения устойчивых эмульсий.
Библиографические ссылки
1. Метод регенерации водных эмульсий / Б.С. Сажин, М.П. Тюрин, Р.А. Сафонов [и др.]; // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005, Т.ХК. № 10 (58).
2
УДК 66.011
М.П. Тюрин, М.А. Апарушкина, З.Н. Османов, В.Б. Сажин, Н.А. Солдатова
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ ОТ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ВИХРЕВОМ АППАРАТЕ
Теоретические и экспериментальные исследования в области создания оборудования для утилизации теплоты позволили сделать вывод о перспективности использования в этих целях вихревого многофункционального аппарата на базе аппарата со встречными закрученными потоками.
Theoretical and experimental research in the field of equipment for the recycling of heat led to the conclusion about the prospects of making use of multi-vortex apparatus based on apparatus with colliding twisted flows.
Анализ тепловых балансов текстильных предприятий показал, что тепловые ВЭР на текстильных предприятиях могут достигать 50 и более
