автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Анализ структуры потоков в малогабаритных трубчатых турбулентных реакторах

На правах рукописи

ШЕВЛЯКОВ ФЕДОР БОРИСОВИЧ

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ В МАЛОГАБАРИТНЫХ ТРУБЧАТЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ РЕАКТОРАХ

Специальность 0S.17.0S — «Процессы и аппараты химических технологий»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2006

Работа выполнена в Башкирском государственном университете.

Научный руководитель

доктор химических наук Захаров Вадим Петрович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Умергалин Талгат Галеевнч;

кандидат технических наук Нафикова Райля Фаатовна.

Ведущая организация

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН (г. Москва)

Защита состоится « 27 » декабря 2006 года в 15-30 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «27» 2006 года

Ученый секретарь совета "— Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность таны. Среди приоритетных направлений развития современной химической технологии важная роль принадлежит интенсификации протекания химических процессов, снижению их металлоемкости, энерго- и ресурсосбережению. Одним ш путей решения этой задачи является создание научно обоснованных, экономичных, компактных технологий и их аппаратурного оформления. Значительные сложности в выборе реакционного устройства возникают при осуществлении быстрых жндкофазных химических реакций, когда процесс полностью протекает в местах ввода реагентов с локальным выделением большого количества теплоты. Этот тип реакций охватывает широкий круг фактически значимых процессов получения синтетических продуктов, что определяет целесообразность изучения закономерностей их протекания.

Принципиально новым решением в области аппаратурного оформления быстрых химических реакций явилась разработка трубчатых турбулентных реакторов различных модификаций (цилиндрической, диффузор-конфузорной, кожухотрубчатой и зонной конструкций). Высокая экономическая эффективность новых аппаратов определяет актуальность исследований в области изучения закономерностей их работы при реализации процессов химической технологии с целью расширения областей их промышленного использования. В частности, целесообразно выявить влияние структуры потоков на эффективность протекания процессов химической технологии.

Работа выполнена в соответствии с планами программ ОХНМ РАН №8-06/03 «Новые решения в области аппаратурного оформления технологических процессов при проведении быстрых химических реакций» (№г10002-251/ОХНМ-О8/131-141/180603-733, 2003-2005 гг.), РФФИ «Математическое моделирование расслоенных и многофазных течений в трубчатых аппаратах струйного типа» (проект 02-01-97913, ГН 01.200506565, 2002-2004 гг.), «Макрокинетические закономерности формирования активных центров в турбулентном режиме при направленном синтезе стерео регулярных полидиенов» (проект 05-03-97903, 2005 г.), ведомственной научной программой Федерально-

го агентства по образованию РФ «Фундаментальные и прикладные аспекта протекания быстрых жидкофазных химических процессов в турбулентном режиме» (№ 4020, ГН 01.200505925,2005 г.).

Цель работы - изучение структуры потоков в трубчатых турбулентных аппаратах при протекании процессов химической технологии в одно- и двухфазных реакционных системах. Дня поставленной цели решались следующие задачи: анализ гидродинамической структуры движения реакционной смеси; изучение закономерностей смешения одно- и двухфазных реакционных систем, а также интенсификации конвективного теплообмена. Кроме того, исследовалось влияние структуры потока аппарата на условия протекания быстрых химических реакций нейтрализации, жидкофазного окисления, синтеза антиагломератора для синтетических каучуков на основе стеарата кальция.

Научная новизна. Впервые экспериментально исследованы особенности гидродинамической структуры потоков, определяемой коэффициентом продольного перемешивания, в трубчатом турбулентном реакторе при изменении геометрии канала и способа ввода реагентов при движении одно- и двухфазных модельных систем. Установлены зависимости изменения размеров частиц дисперсной фазы при движении двухфазных систем «жидкость-жидкость» и «газ-жидкость» (уг^Фж ~ 0+1, где луги \"/ж — объемный расход газовой и жидкой фаз соответственно) в трубчатых реакторах диффузор-конфузорной конструкции от геометрии зоны смешения, способа ввода потоков, соотношения и скорости движения фаз. Выявлена зависимость структуры потока двухфазных модельных систем в трубчатых турбулентных реакторах от размеров и числа дисперсных включений. Получены зависимости коэффициента теплопередачи от коэффициента продольного перемешивания в трубчатых турбулентных теплообменник аппаратах цилиндрической и диффузор-конфузорной конструкций. Выявлено влияние структуры потока реакционных систем на условия протекания быстрых химических реакций в трубчатых реакторах при нейтрализации кислых сред, жидкофазном окислении сульфита натрия и синтезе суспензии антиагломератора для синтетических каучуков на основе стеарата кальция. *

Практическая значимость. Получены эмпирические зависимости, позволяющие прогнозировать изменения размеров частиц дисперсной фазы при движешш двухфазных систем. Предложена конструкция реактора, режим его работы и условия проведения процессов нейтрализации кислых сред, жидкофазного окисления сульфита натрия и синтеза водной суспензии стеарата кальция. Апробация работы. Результаты работы обсуждались на VI Международной конференции «Нефтехимия-2002» (Нижнекамск, 2002); региональном научно-практическом семшшре РФФИ «Пути коммерциализации фундаментальных исследований в области химии для отечественной промышленности» (Казань, 2002); Ш Всероссийской школ е-семинаре «Обратные задачи химии» (Бирск, 2003); Всероссийской конференции молодых ученых по нефтехимии (Звенигород, 2004). Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 статей и тезисы 4 докладов. Структура и объем работы. Работа изложена на 156 стр. машинописного текста, включает 63 рисунка, 5 таблиц и состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы (163 наименования).

Автор искренне признателен профессору Минскеру Карлу Самойловичу, за постановку задачи, руководство и обсуждение результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен обзор литературы, в котором освещены закономерности протекания быстрых жидкофазных химических реакций (время химической реакции меньше времени смешения реагентов т* < т^). Показано, что процессы полностью протекают в области реакционного аппарата, имеющей малые размеры, с локальным выделением значительного количества теплоты. При проведении процессов в объемных аппаратах смешения, несмотря на использование эффективных перемешивающих устройств, наблюдаются градиенты по концентрация реагентов и продуктов реакции, что усложняет регулирование синтеза. Зона реакции не достигает теплообмешшх поверхностей, что определяет малую эффективность регулирования температуры процесса за счет внешнего теплосъема. Процессы плохо управляемы.

Результаты макрокинетического подхода к изучению быстрых жидкофаз-ных химических реакций позволили разработать трубчатые турбулентные аппараты различных модификаций (цилиндрической, диффузор-конфузорной, кожухотрубчатой и зонной конструкции) (рис. 1). Аппараты характеризуются высокой удельной производительностью, малым временем пребывания реагентов в зоне реакции, возможностью создания интенсивного турбулентного перемешивания реагентов по всему реакционному объему в отсутствии застойных зон. Рассмотрены закономерности протекания быстрых химических реакций в одно- и двухфазных системах, а также регулирование теплового режима за счет адиабатического разогрева реакционной смеси и внутреннего теплосъема. Обобщение литературных данных определило целесообразность изучения структуры потоков в трубчатых турбулентных аппаратах для интенсификации процессов тепломассообмена.

ргагент 2

продукты

-■ -'ыр плу ГС1Ъ1

хладоягшт р «агент , 1*1

__К-! ----;гт1''"~

V

одукты

реагент 2 рсх-снП Хи-Сц,-^. ^ 1

1

штягоп

продукты

Ряс. 1. Трубчатые турбулентные реакторы цилиндрической (а), диффузор-конфузорной (б), кожухотрубчатой (в), зонной (г) конструкций

т

Во второй главе рассмотрены вопросы методики выполнения эксперимента, Для изучения гидродинамической структуры движения модельных систем использовался метод получения кривых отклика на импульсный ввод инертного индикатора с фотометрическим измерением его концентрации на выходе из аппарата. По результатам экспериментальных данных рассчитывалось значение критерия Боденштейна (Во), количественно оценивающее структуру потоков.

Дня изучения закономерностей диспергирования в трубчатых аппаратах использовали модельные системы «вода-гекеат» и «вода-воздух». Дифференциальные кривые распределения частиц дисперсной фазы по размерам получали методом ускоренной фотосъемки с последующей компьютерной обработкой полученных изображений и оценкой объемно-поверхпостного диаметра дисперсных включений <1з2 (<1э2=£тДэ/ЕтДг, где Ш) - число частиц с диаметром 4).

Конвективный теплообмен исследовался в трубчатых турбулентных аппаратах, выполненных по аналогии теплообменников типа «труба в трубе» с внутренним каналом цилиндрической и диффузор-конфузорной конструкций.

Изучение условий протекания реакции нейтрализации кислых сред основаниями (щелочами) проводили в цилиндрическом аппарате с радиальным вводом одного из реагентов. Для визуализации фронтов смешения реагентов в трубчатом турбулентном аппарате при нейтрализации применяли кислотно-основной индикатор фенолфталеин.

При проведении жидкофазного окисления сульфита натрия использовался рецикл жидкой фазы с предварительным отделением газа. Экспериментально определяли изменение концентрации сульфита натрия в реакционной смеси йо-дометричсским титрованием в течение работы установки до момента полного перехода сульфита натрия в сульфат.

При конденсационном способе синтеза стеарата кальция взаимодействие исходных реагентов (вещные растворы СаС12 и С^Н^СООК) проводили в объемном аппарате смешения с дополнительным турбулизатором, в трубчатых турбулентных реакторах цилиндрической и диффузор-конфузорной конструкций. Измерение размера частиц суспензии проводили микроскопическим методом.

В третьей главе представлены результаты исследований.

1. Структура потока модельных систем в трубчатых аппаратах Для описания структуры потоков в трубчатых турбулентных аппаратах использовала диффузионная модель однонаправленного потока, выражаемая функцией распределения частиц по времени пребывания в зоне смешения:

где С ™ С|Ур/Со, 0 = Т|/ т, С, концентрация индикатора в зависимости от времени Т| в выходящем из аппарата потоке; Со - количество вводимого индикатора, т= \pf\v. Определяющим параметром здесь является критерий Боденштейна Во= Ь^/УрЕ, где - объемный расход потока; ур - объем реактора; Е - коэффициент продольного перемешивания; Ъ - длина аппарата.

При формировании режима идеального вытеснения Во —► °о, а при реализации режима идеального смешения Во 0.

Однофазные системы. В диффузор-конфузорном аппарате (рис. 1,6) с соосным вводом реагентов снижение отношения Ь,Л1Д, диаметра {!„ а также увеличение степени профилирования реактора сУй« увеличивают эффективность продольного перемешивания однофазной модельной системы (рис. 2, линии 4-7). Цилиндрические аппараты (рис. 1 ,а) с «1Я £ 0,03 м характеризуются низким коэффициентом продольного перемешивания потока (рис. 2, линии 1-3).

Следует отметить, что в условиях промышленного производства трубчатые турбулентные аппараты с изученными в лаборатории диаметрами 0,03-Ю,05 м обеспечивают минимальную производительность процесса 2,5+7,1 м3/час. Верхний предел производительности определяется только энергетическими затратами на движение реакционной смеси. Опыт промышленной эксплуатации свидетельствует, что в реальном производстве варьирование диаметра обеспечивает процесс одним аппаратом.

40-

20-

^ п

(а)

4*2

Л

<*к ЙД

Л

р-ьоо ♦ й

(б)

20

—I—

60

—I— 100

—I-

140

см3/с

Рис. 2. Критерий Боденшпейна Во от объемного расхода даижепня однофазного потока ту в аппаратах цилиндрического (линии 1-3) и диффузор-конфузорного (линии 4-7) типов: йд~0,024 (линии 4-6), 0,03 (линии 3,7), 0,04 (линия 2), 0,05 (линия 1) м; <1К=0;008 (линия б), 0,015 (линия 4,5), 0,019 (линия 7) м; 1^=0,048 (линии 5,6), 0,06 (линия 7), 0,072 (линия 4) м\ 1Х>.7 м

Двухфазные системы. При увеличении содержания газа в газожидкостзгом потоке наблюдается увеличение коэффициента продольного перемешивания Е I жидкой фазе (рис. 3, линия 1). Это приводит к соответствующему снижении: значений критерия Боденштейна Во и, как следствие, приближению структурь потока двухфазной модельной системы к режиму идеального смешения (рис. 3 линия 2).

Значительно интенсифицировать продольное перемешивание в трубчатт< аппарате удается за счет изменения геометрии течения газожидкостного потока. При переходе от аппарата цилиндрического типа (Л^А^!) к диффузор-конфузорному (()д/{1,г=3) коэффициент продольного перемешивания увеличивается практически в 3 раза (рис, 4, линия 1). Изменение диаметра патрубка вводе газовой фазы, при прочих равных условиях, практически не влияет на скоростс продольного перемешивания (рис. 4, линия 2).

to

Б" \tf,M2/c 8 -i

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1

w/w*

б d2, мм 8

Рис. Зависимость коэффициента продольного перемешивания Е в жидкой фазе (линия 1) и критерия БодещцтеЙна Во (линия 2) от соотношения объемных расходов газовой и жидкой фаз К = 160 см3/с, <ь=0,0018 м, <1/ак=1,6)

Рис. 4. Зависимость коэффициента продольного перемешивания £ от отношения йд/d« (<Ji=0,003 м) (линия 1) и диаметра патрубка ввода газовой фазы d] (dj/d^l^) (линия 2) (w„ = 150 см3/с, vrjwr = 3)

2. Влияние структуры потока модельных систем в трубчатых аппаратах иа условия протекания процессов химической технологии

Смешение * однофазной модельной системе. В случае радиального ввода реагентов помимо геометрии канала (рис. 2) на структуру движения модельной системы оказывает влияние соотношение объемных расходов ввода осевого т?! и радиального потоков (рис. 5). В этом случае в одном и том же реакционном объеме возможно формирование режимов с различной эффективностью продольного перемешивания (Во—»0 — высокая интенсивность продольного перемешивания). Оказалось, что это, в первую очередь, связано с формированием в аппарате указанной конструкции различных макроструктур фронтов смешения потоков (плоский фронт (П), факел (Ф), заброс (3) и т.д.) (Минскер К.С., Захаров В.П. Влияние кинетики протекания быстрой химической реакции на формирование характерных макроскопических структур фронтов смешения // Химическая физика. -1999. -Т. 18, № 5. -С. 53-56).

00 -1-г--1-1

В 16 28 32 48

см3/с

Рнс. 5. Критерий Боденштейна от объемного расхода потока в осевой канале аппарата цилиндрического типа 4^=40 (лиши 1); 47 (линия 2); 57 (линия 3); 67 (линия 4); 80 (линия 5) см3/с. йд=0,023 м, Ь=1,1 м

При формировании макроструктуры в виде плоского фронта концентрация вводимых реагентов на расстоянии 1+2 см от осевого патрубка равномерно распределяется перпендикулярно оси аппарата. В этом случае отсутствует зона проскока непрореагнровавшнх реагентов, а при протекании быстрых химических процессов зона реакции достигает стенки аппарата, что позволяет эффективно использовать внешний теплосъем. Макроструктуры факел и заброс характеризуются зонами проскока непрореагировавшего реагента вдоль стенок реактора и застойными зонами соответственно. Как следствие, при протекании быстрых химических реакций в однофазной реакционной смеси необходимо, создавать условия для формирования в трубчатых турбулентных аппаратах плоского фронта.

Увеличение объемного расхода радиального потока W2 ведет к переходу между фронтами смешения потоков в последовательности 3—>П—»Ф. Увеличение объемного расхода соосного потока приводит к обратной последовательности переходов между макроструктурами. Таким образом, формирование различных макроструктур фронтов смешения определяется эффективностью продольного перемешивания. При фиксированном объемном расходе цен-

трального потока >У|, увеличение приводит к возрастанию критерия Во и снижению эффективности продольного перемешивания. При высоких объем-пых расходах центрального потока «ч происходит нивелирование влияния объемного расхода радиального потока у^ на гидродинамическую структуру движения модельной смеси с формированием макроструктуры типа 3 (рис. 5). Смешение в двухфазной модельной системе. Получены уравнения, связывающие процентное содержание пЛф капель дисперсной фазы диаметром с] ^ 0,8 мм с объемным расходом сплошной среды ту в трубчатых аппаратах диффузор-конфузорной конструкции (Я - коэффициент корреляции): Пдф = 0,78ЛУ - 51*0 (¿„=0,015 л<; <1/4=1,6; Ьс=0,048 м; 11=0,96) пЦф = 0,88-«' - 58,2 (4=0,015 л<; <1/4=2; Ьс=0,048 м; Я=0,98) ЯдФ = 0,90 >у-30,1 (4=0,015л; 4/4=3; Ьс=0,048м; К=0,99) пдф = 0,72-1» - 35,6 (4=0,015 м; (1/4=1,6; Ьс=0,072 м\ 11=0,97)

Обобщение полученных экспериментальных данных по изучению изменения размеров частиц дисперспой фазы (б^А^луЧУи), ^4/4), 44)) позволило вывести зависимости, объясняющие влияние различных параметров проведения процесса на коэффициент продольного перемешивания при течении двухфазного потока в трубчатом турбулентном аппарате (рис. б). При увеличении объемно-поверхностного диаметра частиц дисперсной фазы до « 2 мм снижается коэффициент продольного перемешивания (рис. б, линия 2), Дальнейшее укрупнение частиц дисперсной фазы практически не влияет на структуру потока. Оказалось, что коэффициент продольного перемешивания в жидкой фазе в значительной степени определяется числом частиц (рис. б, линия 1). Формирование газожидкостного потока с высокой удельной поверхностью за счет дробления дисперсной фазы приводит к интенсификации продольного перемешивания в сплошной фазе. В случае протекания быстрой химической реакции в однофазной смеси процесс кипения в объеме реактора с формированием двухфазного потока способствует интенсификации перемешивания реагентов вдоль оси аппарата.

Е102,м2/с и 10*4

О I 2 3 4

Рис. б. Обобщенная зависимость коэффициента продольного перемет нвания Е в жидкой фазе от числа п (лилия 1) и объемно-поверхностного диаметра ¿л (линия 2) частиц дисперсной фазы при течении газожидкостного потока в трубчатом турбулентном аппарате

Внешний теплосьем при интенсификации конвективного теплообмена. Интенсифицировать снятие значительного количества локально выделяющегося тепла удается при использовании реактора диффузор-копфузорного типа. В этом случае коэффициент теплопередачи в 1,4-1,7 раза выше по сравнению с цилиндрическим аппаратом (рис. 7). 1

Анализ структуры потока показал, что поток во внутреннем канале тепло-обменного аппарата диффузор-конфузорного типа характеризуется значениями критерия Боденштейна Во=24-н*5 (табл. 1) и коэффициентом продольного перемешивания Е={ 14+40) 10'3 м2/с, что в данном случае соответствует коэффициенту теплопередачи (К=600+650 Дж/(м2с-К)) (рис. 7). Кроме того, ввиду высокого продольного перемешивания в диффузор-конфузорном канале возможно формирование квазиизотермического (изотермического в поперечном сечении аппарата) режима, определяющего эффективность внешнего теплосъема, Цилиндрическая же конструкция трубчатого аппарата характеризуется значениями критерия Боденштейна Во=бЗ-*-102 (табл. 2), более низким продольным перемешиванием Е=(2+10)10'3 м*/с и, как следствие, сравнительно низкой эффективностью теплопередачи через теплопроводящую стенку (К=350+460Дж/м2с-К) (рис. 7).

К,Дж/(м'еК)

600 -

400 -

200

-т— 100

200 з,

w, ем /с

Рнс. 7. Зависимость коэффициента теплопередачи К от объемного расхода потока теплоносителя в аппарате цилиндрического (линия 1), диффузор-конфузорного типа (линия 2)

Таблица 1

Зависимость критерия Боденпггейна Во от объемного расхода «' потока в аппарате цилиндрического и диффузор-конфузорного типа

Объемный расход потока w, см3/с Во дня аппарата диффузор-конфузорного типа Объемный расход потока IV, см3/с Во для аппарата цилиндрического типа

30 45 30 63

40 41 40 79.6

52,5 41 55 78

75 41 67 94

99 31 85 92

115 29 104 102

122 29 130 84

144,5 24 144 72

Таким образом, выявлено влияние изменения структуры потока трубчатых турбулентных аппаратов на эффективность протекания процессов химической технологи в одно- и двухфазных системах. Полученные в работе результаты по изучению структуры потока в трубчатых турбулентных реакторах при интенсификации процессов химической технологии определили целесообразность их использования при проведении быстрых химических реакций в одно-и двухфазных реакционных системах.

4. Протекание быстрых химических реакций в турбулентных реакторах при интенсификации некоторых процессов химической технологии

Нейтрализация кислых сред. Рассматриваемый процесс является типичным примером быстрой химической реакции, протекающей в однофазной реакционной смеси. Высокая скорость необратимой реакции нейтрализации (к^О9*1 л/люль-с) определяет завершение процесса за несколько секунд. В этом случае целесообразно в местах ввода реагептов формировать интенсивное турбулентное перемешивание и выравнивание профиля зоны реакции с целью исключения проскока непрореагировавшего реагента и минимизации времени пребывания реакционной смеси в аппарате. Указанные условия можно реализовать в трубчатых реакторах цилиндрической конструкции с радиальным вводом реагентов (рис. 5).

Экспериментальные данные показывают, что переход от факельного фронта реакции к режиму квазиидеального вытеснения в турбулентных потоках (плоский фронт реакции) наблюдается при определенном соотношении линейных скоростей \У\2 (V), Уз — линейные скорости ввода осевого и радиального потоков соответственно) подачи реагентов в трубчатый аппарат (рис. 8). Повышение плотности хотя бы одного из реагентов приводит к изменению гидродинамического подобия системы, и для перехода к режиму квазиидеального вытеснения необходимо снижать соотношение У(/Уг (рис. 9, линия 1), Увеличение же вязкости реагентов ведет к повышению значения У)/Ух (рис. 9, линия 2).

Формирование режима идеального вытеснения в соответствии с полученными зависимостями и наряду с низким продольным перемешиванием определяет возможность проведения процесса нейтрализации в отсутствии проскока непрореагировавпшх реагентов.

1,2-1 1.15 -1.1 -1,05

I н

0,95

и.мПас в 8

режим квазиидеаяьнОГО V-вьггеснення

факельный режим

0,2

0,4

О,в

Уц «/с

р, г/см

Рис. 8. Условия перехода от факельного Рис. 9. Влияние плотности р (линия 1) и

режима к режиму квазиидеального вы- вязкости ¡1 (линия 2) потоков реагентов

тесиения в трубчатом турбулентном реак- при нейтрализации кислых стоков в труб-

тсре при протекают реакции нейтрали- чатом турбулентном реакторе на условия

зации

формирования режима квазиидеального вытеснения

В качестве модельной реакции, протекающей на границе раздела фаз «жидкость-газ» выбрано мсидкофазное окисление сульфита натрия кислородом воздуха. Скорость жидкофазного каталитического окисления сульфита натрия велика, процесс протекает в диффузионной области, так как его скорость полностью определяется интенсивностью перехода кислорода воздуха из газовой фазы в водный раствор.

Эффективность работы трубчатого реактора характеризовалась «сульфитным числом реактора» БиК (количество кислорода, вступившего в реакцию в единице реакционного объема в единицу времени). При использовании трубчатого турбулентного реактора диффузор-конфузорной конструкции величина ЭиЛ. более чем на порядок выше по сравнению с объемным реактором, оснащенным быстроходной механической мешалкой (~1700 об/мин), где 8п11=0,5 гО/л-час, При снижении объемного расхода потока < 97 см3/с окисление сульфита натрия прекращается вследствие расслоенного течения фаз. Значительный рост величины виН наблюдается при увеличении объемного расхода потока реакционной смеси при фиксированном -удельном отношении газосодержания потока

(рис. 10, линия 2), несмотря на снижение времени пребывания реагентов в реакторе (рис. 10, линия 1).

Зи^гС^/л час 25 Э5

Рис. 10. Зависимости сульфитного числа реактора 5иН от времени пребывания реагентов в реакторе т„р (линия 1) и объемного расхода реакционной смеси (линия 2): ^^/№,=3,3; (1) = 0,01 м\ с12 = 0,003 м; (1К — 0,015 м, йд=0,024 м

Анализ структуры потока газожидкостной смеси можно считать адекватным низкоконцентрированному раствору реакционной смеси с сульфитом натрия (1 г/л). Увеличение коэффициента продольного перемешивания каким-либо из рассмотренных в настоящей работе способов приводит к росту удельной скорости растворения кислорода воздуха в воде и, как следствие, ускорению жидкофазного окисления. Наибольшие значения 8иИ= 18-^21 гО/л-час достигаются при Е =(2,5-^3)102 м2/с, дальнейшее увеличение коэффициента продольного перемешивания не влияет па эффективность работы трубчатого аппарата, так как процесс переходит в диффузионную область.

Таблиц» 2

Зависимость сульфитного числа реактора виК от коэффициента продольного

перемешивания Е в жидкой фазе (18 С)

Параметры эксперимента виН, гО^п-час Е-Ю'1, м2/с

ДО. й„=0,024 м, <¡¡=0,003 м, шж»150 см*/с, 1 7,71 2,19 0,98

1,6 13,5 8,7 1,24

2 15 12 1,18

3 30 20 2,88

■И^ЛУГ-З, <1,=0,024 м, <1^=1,6, а,=о,ооз м 118 11 4,19 1,14

143 13,2 10,61 1,68

160 14 16 2,43

173 18 21 2,78

¿1=0,024 м, «ж<4-=3 150 см/с, 0,8 15,7 13,5 1,10

1,75 16,8 13,02 1,17

3 12,6 10,37 1,17

5 12 10,92 1,21

7 11 8,96 1,17

«^■»160 сяс/с, <1в=0,024 м, ¿2=0,001% м, _ ДО-1,6 0,0028 0,2 4,82 1,37

0,011 4,8 7,82 1,37

0,031 5,2 9,59 1,47

0,072 5,6 18,13 1,73

0,21 13,7 18,13 2.45

0,47 24,6 18,13 4,55

Интенсификация продольного перемешивания в трубчатом турбулентном реакторе диффузор-конфузорной конструкции определяет возможность увеличивать скорость протекания быстрых жидкофззных химических реакций в системах «газ-жидкость», типичным примером которых является окисление сульфита натрия.

Система «жидкость-твердое тело» была изучена на примере синтеза ан~ тиагломератора для синтетических каучуков на основе стеарата кальция. На второй стадии двухстадийного промышленного способа получения водной суспензии стеарата кальция, являющейся антиагломератором для синтетических каучуков, с высокой скоростью протекает необратимая реакция ионного обмена с выделением твердой фазы (конденсационный способ получения дисперсных систем). Воздействовать на гранулометрический состав суспензии и, как следст-

вис, ее антиагломерирующуто способность можно за счет варьирования условий (концентрации реагентов и геометрией реактора) проведения быстрой химической реакции взаимодействия стеарата калия с хлористым кальцием.

Увеличение концентрации как хлористого кальция, так и стеарата калия в водном растворе приводит к снижению размеров частиц (рис. 11). В условиях промытлешюго производства мелкодисперсную суспензию стеарата кальция с высокой антиагломерирующей способностью необходимо синтезировать при взаимодействии высококонцеытрировашгого раствора хлористого кальция (до 40% мае.) с разбавленным раствором стеарата калия (до 5% мае.). Размеры частиц суспензии последовательно снижаются в ряду методов синтеза «объемный реактор смешения —> трубчатый турбулентный реактор цилиндрической конструкции —» трубчатый турбулентный реактор диффузор-конфузорной конструкции». При фиксированном отношении концентраций исходных реагентов увеличение содержания твердой фазы в получаемой суспензии стеарата кальция приводит к росту размеров частиц (рис. 11), Во всех случаях частицы с минимальными в условиях эксперимента размерами получаются при проведении реакции в трубчатом турбулентном реакторе диффузор-конфузорной конструкции. Использование малогабаритного трубчатого турбулентного реактора диффузор-конфузорной конструкции за счет формирования в зоне реакции интенсивного микросмешения увеличивает скорость зародышеобраэования в большей степени, чем скорость роста кристаллов, что в результате приводит к существенному изменению гранулометрического состава суспензии.

Гидродинамическое воздействие на предварительно полученную и выдержанную в течение определенного времени суспепзию в объемном реакторе с дополнительным турбулизирующим устройством незначительно снижает размер частиц дисперсной фазы (рис. 12). Значительное уменьшение диаметра частиц наблюдается при движении предварительно полученной суспензии в трубчатом реакторе цилиндрической конструкции. Обработанная таким образом суспензия имеет размеры частиц, сопоставимые с полученными при синтезе «in situ» (свежеприготовленный без предварительной выдержки) в объемном аппарате с дополни-

телыю установленным турбулизиругощнм устройством (рис. 12, линия 5). Движение предварительно выдержанной суспензии в трубчатом турбулентном реакторе диффузор-конфузорной конструкции за счет интенсивного продольного перемешивания в сплошной фазе приводит к формированию частиц с размерами, пе превышающими получетшх в объемном аппарате «in situ» (рис. 12, линия 3). Очевидно, что при выдержке предварительно полученной суспензии происходит агломерация дисперсий твердой фазы с образование ассоциатов, что в результате приводит к увеличению наблюдаемых размеров частиц (рис. 12). Аморфные агломераты под действием сдвиговых деформаций со стороны жидкой фазы разрушаются со снижением их размеров. Степень снижения размеров частиц предварительно полученной суспензии определяется эффективностью продольного перемешивания, увеличение которого происходит в ряду «объемный реактор смешения —> трубчатый реактор цилиндрической конструкции —► трубчатый реактор диффузор-конфузорной конструкции».

d,MKM

Cc^sa'/a лизс ■ d, мкм 10 15 20

40

11 „ Ч,

Сзк, % мае.

ВО 120 время, мин

Рис. 11. Зависимость диаметра частиц суспензии от концентрации КЯ (линии 1-3) (саа, =2%, мае.) и Са812 (линии 4-6). Объемный реактор (линии 1, 4), трубчатый турбулентный реактор цилиндрической (линии 2,5) и диффузор-конфузорной (линии 3,6) конструкций

Рис. 12. Зависимость диаметра частиц, полученных в объемном реакторе, от времени выдержки суспензии в отсутствии перемешивания (линия 4). Воздействие на предварительно полученные частицы в объемном реакторе (линия 1), трубчатом турбулентном аппарате цилиндрической (линия 2) и диффузор-конфузорной (линия 3) конструкций, <0118Йи» (линия 5)

Таким образом, антиагломератор для синтетических каучуков на основе стеарата кальция с минимальными размерами частиц твердой фазы формируется при использовании трубчатого турбулентного реактора диффузор-коифузорной конструкции как В момент синтеза, так и при гидродинамическом воздействии па предварительно полученную И выдержанную водную суспензию.

ВЫВОДЫ

1. Анализ гидродинамической структуры потоков в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции показал, что коэффициент продольного перемешивания увеличивается при снижении протяженности секции Ь«, диаметра (I,, а также при увеличении глубины профилирования стенок реактора с!/«!,, (Е=1+4,710"2 м2/с). Аппарат цилиндрической конструкции с диаметром <] > 0,03 м при течении однофазного потока характеризуется низкими значениями коэффициента продольного перемешивания (Е=1,5-3,510'3л(г/с).

2. Аппарат диффузор-конфузорной конструкции с высоким коэффициентом продольного перемешивания целесообразно использовать при протекании быстрых экзотермических реакций в системах «жидкость-жидкость», «газ-жидкость» и «твердое тело-жидкость» как в качестве реакторов, так и пред-реакгоров. Аппарат цилиндрической конструкции имеющий низкий коэффициент продольного перемешивания, но работающий в режиме квазиидеального вытеснения, целесообразно использовать для проведения гомогенных химических реакций, протекающих полностью в местах ввода реагентов,

3. Коэффициент продольного перемешивания в жидкой фазе при движении двухфазных систем '«вода-воздух» в трубчатых турбулентных аппаратах снижается с увеличением размеров частиц дисперсной фазы и прямо пропорционален их числу.

4. Коэффициент теплопередачи в теплообменном аппарате диффузор-конфузорной конструкции (К=600+640 Дж/мгс-К) выше, чем в цилиндрическом в 1,4+1,7 раза за счет более высокого коэффициента продольного

перемешивания (Е-^0,5+4)* 10'2 мг/с), увеличение которого приводит к снижению теплового ламинарного пограничного слоя. 5. Исходя из результатов выполненной работы получены границы применимости работы трубчатого турбулентного аппарата при нейтрализации кислых сред, жидкофззном окислении сульфита натрия и синтезе антиагломе-ратора стеарата кальция:

> формирование плоского фронта реакции с низким коэффициентом продольного перемешивания в цилиндрическом трубчатом турбулентном аппарате в зависимости от способа ввода (У^^—1-^1,2 м/с, (^/(^=0,44) и основных физических параметров потоков плотности (р=1+1,2 г/см3; ц=1 мПас, <11/ад=0)44; У^«! ,2+2,3; Уг=0,7 м/с) и вязкости (ц=Кб мПа-с\ р=1 г/см3; (¡1МД=0,13; У1/У!=7-И2; У^0,7 м/с) позволяет проводить реакцию нейтрализации в отсутствии проскока не-прореагировавших реагентов и при незначительном времени их пребывания в зоне реакции;

> увеличение скорости движения двухфазной реакционной смеси в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции интенсифицирует продольное перемешивание и приводит к ускорению жидко-фазного окисления сульфита натрия при 8«К=20 гО/л-час, протекающего на границе раздела фаз в системе «жидкость-газ»;

>* антиагломераторы для синтетических каучуков на основе водной суспензии стеарата кальция с минимальными размерами частиц <1=5 мкм формируются при взаимодействии высококонцентрированного раствора хлористого кальция (до 40% мае.) и разбавленного раствора стеарата калия (до 5% мае.) в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции при высокой скорости продольного перемешивания.

Основное содержание работы опубликовано в 12 научных трудах, из них 5 статей опубликованы в перечне ведущих рецензируемых научных журналах и изданий в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ.

Основное содержание работы изложено в публикациях

1. Минскер КС., Захаров В.П., Шевляков Ф.Б., Берлин Ал.Ал. О режимах работы трубчатых турбулентных реакторов струйного типа при проведении быстрых процессов //Доклады АН. -2003. -Т. 392, №4. -С. 490-493,

2. Захаров В.П., Минскер КС., Берлин Ал.Ал., Шевляков Ф.Б. Влияние структуры потоков на эффективность конвективного теплообмена в трубчатых аппаратах // Теоретические основы химической технологии. -2004. -Т. 38, № 5. -С. 528-531.

3. Захаров В.П. и др. Интенсификация газожидкостных процессов в трубчатых турбулентных аппаратах / В. П. Захаров, КС. Минскер, Ф.Б. Шевлякое, Ал.Ал. Берлин, Г.Г. Алексанян, Б.Л. Рытое, А.А. Конопяев // Журнал прикладной химии. -2004. -Т. 77, № 11.-С. 1840-1843.

4. Захаров В.Л., Шевлякое Ф.Б. Продольное перемешивание при протекании быстрых жидкофазных химических реакций в двухфазной смеси // Журнал прикладной химии. -2006. -Т 79, № 3. -С. 410-414.

5. Zakharov У.Р., Minsker K.S., Shevíyakov F.B., Mukhametzyanova A.G., Dyako-nov G.S., Zaikav G.E. The influence of hydrodynamics on the liquid streams motion on the regime of work of tubular turbulent apparatuses // In book "Chemical reactions: Quantitative Level of Liquid and Solid Phase". Ed by G.E. Zaikov and A, Jimenez. -2004. -Nova Sci. Publ. Inc. -P. 49-57.

6. Захаров В.П., Минскер КС., Шевляков Ф.Б., Муратов М.М. Нейтрализация агрессивных сред в трубчатых турбулентных аппаратах // Химическая промышленность. -2003. -Т. 80, Ха 3. -С.30-35.

7. Захаров В.П., Шевлякое Ф.Б. Закономерности течения газожидкостной реакционной смеси в трубчатых аппаратах // Химическая промышленность. -2005. -Т. 82, №3. -С. 133-138. |

8. Захаров В.П., Минскер КС., Шевляков Ф.Б. Влияние соотношения питающих патрубков на эффективность эмульгирования в турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции // Вестник Башкирского университета. -2003. -№ 3-4. -С. 26-28.

9. Минскер КС., Захаров В.П., Шевляков Ф.Б. Изучение влияния гидродинамики движения жидких потоков на режим работы трубчатых турбулентных аппаратов методом решения обратных задач кривых отклика // Обратные задачи химии: материалы 1П Всероссийской школы-семинара. -Бирск, 2003. -Т. VIII. -С. 34-44.

10. Минскер КС. и др. Использование малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратов при проведении некоторых нефтехимических процессов / К. С. Минскер, В.П. Захаров, Ф.Б. Шевяяков, А.Г. Мухаметзянова, РТ. Таха-вутдинов, Г.С. Дьяконов Н Нефтехимия-2002: материалы VI Международной конференции по интенсификации нефтехимических процессов. -Нижнекамск, 2002.-С. 196-198.

11. Захаров В.П. и др. Совмещение режимов смешения и вытеснения в трубчатых турбулентных аппаратах как ключ к проведению быстрых химических процессов в оптимальных условиях / В.П. Захаров, АТ. Мухаметзянова, Ф.Б, Шевляков, КС Минскер, Г.С. Дьяконов, РЛ. Дебердеев И Пути коммерциализации фундаментальных исследований в области химии для отечественной промышленности: труды регионального научно-практического семинара РФФИ. —Казань, 2002. -С. 52-54.

12. Захаров В.П., Шевляков Ф.Б., Минскер КС., Берлин Ал.Ал, Массообмен в газожидкостных потоках при протекании нефтехимических процессов в трубчатых турбулентных аппаратах // Сб. тез. докл. школы-конференции молодых ученых по нефтехимии. -Звенигород, 2004. -С. 46.

Подписано в почат» 20.11.06. Бумага офсетах. Формат60x80 1/16. Гарнитура «Тайме». Печать трафаретам. Усд.печ.л. 1. Тираж 90. Эаки 258. Типография Уфдоского государств иного нефтяного технического университета. .Адр«с типографии: 450062, Респубпв*» Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Быстрые жидкофазные химические реакции.

1.1.1. Проблемы проведения быстрых химических процессов

1.1.2. Закономерности протекания быстрых химических реакций в турбулентных потоках.

1.1.2.1. Существование нескольких макроскопических режимов протекания прог^ессов.

1.1.2.2. Связь геометрических размеров зоны реакции с кинетическими и гидродинамическими параметрами процесса.

1.1.2.3. Влияние линейной скорости движения реагентов на скорость протекания прогресса и качество получаемых продуктов.

1.2. Новые решения в аппаратурном оформлении быстрых химических реакций.

1.2.1. Реакторы вытеснения.

1.2.2. Реакторы смешения.

1.2.3. Гидродинамическая структура движения реакционной смеси.

1.2.4. Реализация быстрых процессов в трубчатых турбулентных аппаратах.

1.3. Протекание тепломассообменных процессов в трубчатых аппаратах.

1.3.1. Однофазные реакционные системы.

1.3.2. Двухфазные реакционные системы.

1.3.3. Тепловой режим протекания быстрых химических реакций в трубчатых аппаратах.

1.3.3.1. Адиабатический режим.

1.3.3.2. Внутренний теплосъем.

1.3.3.3. Внешний теплосъем.

1.3.3.4. Интенсификация конвективного теплообмена.

Актуальность темы. Среди приоритетных направлений развития современной химической технологии важная роль принадлежит интенсификации протекания химических процессов, снижению их металлоемкости, энерго- и ресурсосбережению. Одним из путей решения этой задачи является создание научно обоснованных, экономичных, компактных технологий и их аппаратурного оформления. Значительные сложности в выборе реакционного устройства возникают при осуществлении быстрых жидко-фазных химических реакций, когда процесс полностью протекает в местах ввода реагентов с локальным выделением большого количества теплоты. Этот тип реакций охватывает широкий круг практически значимых процессов получения синтетических продуктов, что определяет целесообразность изучения закономерностей их протекания.

Принципиально новым решением в области аппаратурного оформления быстрых химических реакций явилась разработка трубчатых турбулентных реакторов различных модификаций (цилиндрической, диффузор-конфузорной, кожухотрубчатой и зонной конструкций). Высокая экономическая эффективность новых аппаратов определяет актуальность исследований в области изучения закономерностей их работы при реализации процессов химической технологии с целью расширения областей их промышленного использования. В частности, целесообразно выявить влияние структуры потоков на эффективность протекания процессов химической технологии.

Работа выполнена в соответствии с планами программ ОХНМ РАН №8-06/03 «Новые решения в области аппаратурного оформления технологических процессов при проведении быстрых химических реакций» (№10002-251ЮХНМ-08/131-141/180603-733, 2003-2005 гг.), РФФИ «Математическое моделирование расслоенных и многофазных течений в трубчатых аппаратах струйного типа» (проект 02-01-97913, ГН 01.200506565,

2002-2004 гг.), «Макрокинетические закономерности формирования активных центров в турбулентном режиме при направленном синтезе сте-реорегулярных полидиенов» (проект 05-03-97903, 2005 г.), ведомственной научной программой Федерального агентства по образованию РФ «Фундаментальные и прикладные аспекты протекания быстрых жидкофазных химических процессов в турбулентном режиме» (№ 4020, ГН 01.200505925,2005 г.).

Цель работы - изучение структуры потоков в трубчатых турбулентных аппаратах при протекании процессов химической технологии в одно- и двухфазных реакционных системах. Для поставленной цели решались следующие задачи: анализ гидродинамической структуры движения реакционной смеси; изучение закономерностей смешения одно- и двухфазных реакционных систем, а также интенсификации конвективного теплообмена. Кроме того, исследовалось влияние структуры потока аппарата на условия протекания быстрых химических реакций нейтрализации, жидкофазного окисления, синтеза антиагломератора для синтетических каучуков на основе стеарата кальция.

Научная новизна. Впервые экспериментально исследованы особенности гидродинамической структуры потоков, определяемой коэффициентом продольного перемешивания, в трубчатом турбулентном реакторе при изменении геометрии канала и способа ввода реагентов при движении одно-и двухфазных модельных систем. Установлены зависимости изменения размеров частиц дисперсной фазы при движении двухфазных систем «жидкость-жидкость» и «газ-жидкость» (w,./w)K = 0-И, где wrH w>K - объемный расход газовой и жидкой фаз соответственно) в трубчатых реакторах диффузор-конфузорной конструкции от геометрии зоны смешения, способа ввода потоков, соотношения и скорости движения фаз. Выявлена зависимость структуры потока двухфазных модельных систем в трубчатых турбулентных реакторах от размеров и числа дисперсных включений. Получены зависимости коэффициента теплопередачи от коэффициента продольного перемешивания в трубчатых турбулентных теплообменник аппаратах цилиндрической и диффузор-конфузорной конструкций. Выявлено влияние структуры потока реакционных систем на условия протекания быстрых химических реакций в трубчатых реакторах при нейтрализации кислых сред, жидкофазном окислении сульфита натрия и синтезе суспензии антиагломератора для синтетических каучуков на основе стеарата кальция. Практическая значимость. Получены эмпирические зависимости, позволяющие прогнозировать изменения размеров частиц дисперсной фазы при движении двухфазных систем. Предложена конструкция реактора, режим его работы и условия проведения процессов нейтрализации кислых сред, жидкофазного окисления сульфита натрия и синтеза водной суспензии стеарата кальция.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на VI Международной конференции «Нефтехимия-2002» (Нижнекамск, 2002); региональном научно-практическом семинаре РФФИ «Пути коммерциализации фундаментальных исследований в области химии для отечественной промышленности» (Казань, 2002); III Всероссийской школе-семинаре «Обратные задачи химии» (Бирск, 2003); Всероссийской конференции молодых ученых по нефтехимии (Звенигород, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 статей и тезисы 4 докладов.

Структура и объем работы. Работа изложена на 156 стр. машинописного текста, включает 63 рисунка, 5 таблиц и состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы (163 наименования).

Автор искренне признателен профессору Минскеру Карлу Самойловичу, за постановку задачи, руководство и обсуждение результатов.

выводы

1. Анализ гидродинамической структуры потоков в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции показал, что коэффициент продольного перемешивания увеличивается при снижении протяженности секции Lc, диаметра с1л, а также при увеличении

1 7 глубины профилирования стенок реактора da/dlc (Е= l-H-,7'10"" м~/с). Аппарат цилиндрической конструкции с диаметром d > 0,03 м при течении однофазного потока характеризуется низкими значениями ко

3 ^ эффициента продольного перемешивания (Е=1,5^-3,510" м'/с).

2. Аппарат диффузор-конфузорной конструкции с высоким коэффициентом продольного перемешивания целесообразно использовать при протекании быстрых экзотермических реакций в системах «жидкость-жидкость», «газ-жидкость» и «твердое тело-жидкость» как в качестве реакторов, так и предреакторов. Аппарат цилиндрической конструкции имеющий низкий коэффициент продольного перемешивания, но работающий в режиме квазиидеального вытеснения, целесообразно использовать для проведения гомогенных химических реакций, протекающих полностью в местах ввода реагентов.

3. Коэффициент продольного перемешивания в жидкой фазе при движении двухфазных систем «вода-воздух» в трубчатых турбулентных аппаратах снижается с увеличением размеров частиц дисперсной фазы и прямо пропорционален их числу.

4. Коэффициент теплопередачи в теплообменном аппарате диффузор-конфузорной конструкции (К=600-^б40 Дж/м2с-1\) выше, чем в цилиндрическом в 1,4-И ,7 раза за счет более высокого коэффициента про

9 ^ дольного перемешивания (Е=(0,5-ь4)-НГ" м"/с), увеличение которого приводит к снижению теплового ламинарного пограничного слоя.

5. Исходя из результатов выполненной работы получены границы применимости работы трубчатого турбулентного аппарата при нейтрализации кислых сред, жидкофазном окислении сульфита натрия и синтезе антиагломератора стеарата кальция: формирование плоского фронта реакции с низким коэффициентом продольного перемешивания в цилиндрическом трубчатом турбулентном аппарате в зависимости от способа ввода (V1/V2-1^1,2 V2=0,2-^0,7 м/с, di/dfl=0,44) и основных физических параметров потоэ ков плотности (р=К1,2 г/см ; jli=1 мПсгс, df/da=0,44; vj/v2=l,2-^2,3; V2=0,7 м/с) и вязкости мПа-с; р=1 г/ал/; d]/d;j=0,l 3;

У1/У2=7^12; V2=0,7 лс/с) позволяет проводить реакцию нейтрализации в отсутствии проскока непрореагировавших реагентов и при незначительном времени их пребывания в зоне реакции; увеличение скорости движения двухфазной реакционной смеси в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции интенсифицирует продольное перемешивание и приводит к ускорению жидкофазного окисления сульфита натрия при SuR=20 г02/л-час, протекающего на границе раздела фаз в системе «жидкость-газ»; антиагломераторы для синтетических каучуков на основе водной суспензии стеарата кальция с минимальными размерами частиц d=5 мкм формируются при взаимодействии высококонцентрированного раствора хлористого кальция (до 40% мае.) и разбавленного раствора стеарата калия (до 5% мае.) в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции при высокой скорости продольного перемешивания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлены закономерности изменения структуры потока одно- и двухфазной модельных систем в трубчатых турбулентных аппаратах в зависимости от способа ввода реагентов и геометрии зоны смешения. Выявлены зависимости эффективности процессов химической технологии со структурой потока трубчатых турбулентных аппаратов, позволяющие целенаправленно интенсифицировать протекание быстрых жидкофазных химических реакций с эффективным съемом тепла за счет конвективный теплообмена.

Анализ структуры потока модельных систем в трубчатых турбулентных аппаратах различной конструкции показал заметные различия между цилиндрической и диффузор-конфузорной конструкциями, что определяет различные области их промышленного использования. Трубчатые турбулентные аппараты цилиндрической с ёд < 30 мм и диффузор-конфузорной конструкции при снижении отношения Lc/d;i, диаметра du, увеличении степени профилирования d;/dK характеризуются интенсивным продольным перемешиванием. Эффективное турбулентное смешение позволяет рекомендовать использовать трубчатые турбулентные аппараты диффузор-конфузорной конструкции в качестве предреакторов в процессах, где одновременно протекают быстрые и медленные химические реакции с целыо снятия диффузионных ограничений на быстрых стадиях в «брутто» процессах. В цилиндрических трубчатых турбулентных аппаратах с диаметром с1д > 30 мм коэффициент продольного перемешивания сравнительно невелик

3 2

Е < 4-10" м /с) и, как следствие, практически отсутствуют зоны задержки или проскока реагентов, т.е. они работают в режиме квазиидеального вытеснения с узким распределением времен пребывания реагентов. Реактор цилиндрического типа целесообразно использовать для проведения сверхбыстрых химических процессов с характерным временем реакции тх <0,01 с в режиме квазиидеального вытеснения, когда процесс практически на 100% протекает в местах ввода реагентов, где достигается максимальный уровень турбулентного смешения.

При движении двухфазной смеси в турбулентном режиме происходит деформация поверхности раздела, что должно приводить к изменению структуры потока и условий протекания быстрых химических реакций. При увеличении содержания газа в газожидкостном потоке наблюдается увеличение коэффициента продольного перемешивания Е. Это приводит к соответствующему снижению значений критерия Боденштейна Во и, как следствие, увеличению коэффициента продольного перемешивания, что необходимо учитывать при протекании быстрых химических реакций в условиях наличия поверхности раздела фаз в системе «газ-жидкость», в том числе и при кипении реакционной смеси. Значительно интенсифицировать продольное перемешивание в трубчатом аппарате удается за счет изменения геометрии течения газожидкостного потока. При переходе от аппарата цилиндрического типа (с^Дг = 1) к диффузор-конфузорному (с1л/с1к = 3) коэффициент продольного перемешивания увеличивается практически в 3 раза. Изменение диаметра патрубка ввода газовой фазы, при прочих равных условиях, не влияет на коэффициент продольного перемешивания.

Структура потока аппарата зависит и от его положения в пространстве. В этом случае не происходит изменения размеров дисперсных включений и их числа. Очевидно, что коэффициент продольного перемешивания газожидкостного потока меняется за счет наложения на течение модельной системы гравитационных сил, осложненных различием в плотности составляющих компонентов.

В случае радиального ввода реагентов, помимо геометрии канала на структуру потока смеси оказывает влияние соотношение объемных расходов потоков W] (осевой) и w2 (радиальный). При этом возможно формирование в трубчатом аппарате цилиндрической конструкции различных макроструктур фронтов смешения потоков (плоский фронт (П), факел (Ф), занос (3) и т.д.). Увеличение объемного расхода радиального потока w2 ведет к переходу между фронтами реакции в последовательности 3—>П—»Ф. Увеличение объемного расхода соосного потока wt приводит к обратной последовательности переходов между макроструктурами. Формирование характерных макроструктур фронтов смешения коррелирует с изменением продольного перемешивания. При фиксированном объемном расходе центрального потока W], увеличение w2 приводит к возрастанию критерия Во, и снижению продольного перемешивания. При высоких объемных расходах центрального потока W| происходит нивелирование влияние объемного расхода радиального потока w2 на структуру потока модельной смеси.

Обобщение полученных экспериментальных данных по изучению изменения поверхности контакта фаз позволило вывести зависимости, объясняющие влияние различных параметров проведения процесса на коэффициент продольного перемешивания при течении двухфазного потока в трубчатом турбулентном аппарате. При увеличении объемно-поверхностного диаметра частиц дисперсной фазы до cl32 « 2 мм снижается коэффициент продольного перемешивания. Дальнейшее укрупнение частиц дисперсной фазы практически не влияет на структуру потока. Оказалось, что коэффициент продольного перемешивания в жидкой фазе в значительной степени определяется числом частиц. Формирование газожидкостного потока с высокой удельной поверхностью за счет дробления дисперсной фазы приводит к росту коэффициента продольного перемешивания в сплошной среде и высокому уровню смешению. Это позволяет при локальном протекании быстрых химических процессов в системах «газ-жидкость» создавать однородные поля по концентрации реагентов непосредственно в зоне реакции.

Коэффициент теплопередачи в реакторе диффузо-конфузорной конструкции в 1,4-1,7 раза выше по сравнению с цилиндрическим каналом. Анализ гидродинамической структуры движения модельных систем показал, что реактор диффузор-конфузорного типа характеризуется низкими значениями критерия Боденштейна, чему соответствует интенсивный внешний теплообмен. Цилиндрическая же конструкция трубчатого аппарата характеризуется более высокими значениями критерия Боденштейна и, как следствие, сравнительно низкой эффективностью теплообмена.

Полученные в работе зависимости эффективности процессов тепломассообмена от структуры потока реакционной смеси в трубчатых турбулентных аппаратах позволили выбирать условия интенсифицирующие протекания быстрых химических реакций при проведении нейтрализации кислых сред, жидкофазного окисления сульфита натрия и синтеза антиагломе-раторов для синтетических каучуков на основе стеарата кальция.

При протекании быстрых химических реакций в однофазной реакционной смеси в цилиндрическом аппарате с радиальным способом вода реагентов наиболее оптимальным является формирование плоского фронта реакции, что показано на примере процесса нейтрализации кислых сред. Экспериментальные данные показывают, что переход от факельного фронта реакции к режиму квазиидеального вытеснения в турбулентных потоках (плоский фронт реакции) наблюдается при определенном соотношении линейных скоростей Vi/V2 подачи реагентов в аппарат. Причем условия формирования режима квазиидеального вытеснения не зависят от силы кислоты и/или основания, подаваемых в трубчатый турбулентный реактор при нейтрализации, но находится в зависимости от физических характеристик (плотности и вязкости) реагентов. Процесс нейтрализации кислых стоков основаниями в промышленных условиях с высокой эффективностью необходимо проводить в малогабаритных трубчатых турбулентных реакторах без дополнительного те-плосъема при формировании в зоне реакции режима квазиидеального вытеснения с интенсивным продольным перемешиванием.

Создание интенсивного продольного перемешивания при течении двухфазных систем в трубчатом турбулентном аппарате способствует увеличению поверхности контакта фаз позволяющее интенсифицировать протекании быстрых химических реакций на границе раздела фаз «газ-жидкость».

Трубчатые турбулентные аппараты диффузор-конфузорной конструкции по сравнению с объемным аппаратом смешения (барботаж при механическом перемешивании) характеризуются высокой (более чем на порядок) удельной скоростью растворения кислорода воздуха в воде. Эффективными способами воздействия на скорость абсорбции кислорода являются, увеличение скорости движения двухфазной реакционной смеси (производительности реактора), а также глубины профилирования канала, выражаемой отношением d;j/dl(. Полученные в работе результаты позволяют рекомендовать использование трубчатых турбулентных аппаратов в процессах очистки сточных вод при окислении кислородом воздуха или озоном. Кроме того, выявленные закономерности по интенсификации мас-сопереноса в системах «газ-жидкость» позволяют эффективно использовать трубчатые турбулентные аппараты диффузор-конфузорной конструкции в качестве реакторов при протекании быстрых химических реакций, ограниченной диффузией из газовой фазы в жидкую.

Полученные в работе зависимости изменения эффективности продольного перемешивания при течении газожидкостных потоков в трубчатых турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции позволяют научно обоснованно выбирать оптимальную геометрию зоны смешения реагентов и режим протекания процесса. Формирование дисперсных систем с развитой поверхностью контакта фаз и, как следствие, высоким коэффициентом продольного перемешивания позволяют создавать однородные профили по концентрации реагентов и температуре в области протекания быстрых химических реакций и интенсифицировать протекание процесса. Изменение структуры потока реакционной смеси, выражаемой коэффициентом продольного перемешивания в трубчатом турбулентном аппарате, приводит к изменению условий протекания быстрых химических реакций.

Оптимизация концентрации исходных реагентов при получении антиагломератора для синтетических каучуков на основе стеарата кальция позволяет эффективно воздействовать на гранулометрический состав активного вещества. Увеличение концентрации, как хлористого кальция, так и стеарата калия в водном растворе приводит к снижению размеров частиц. В условиях промышленного производства мелкодисперсную суспензию стеарата кальция необходимо синтезировать при взаимодействии высококонцентрированного раствора хлористого кальция (до 40% мае.) с разбавленным раствором стеарата калия (до 5% мае.). Размеры частиц суспензии последовательно снижаются в ряду методов синтеза: объемный аппарата смешения -» трубчатый турбулентный аппарат цилиндрической конструкции -> трубчатый турбулентный аппарат диффузор-конфузорной конструкции. Движение предварительно полученной и выдержанной в течение определенного времени суспензии в трубчатом аппарате цилиндрической конструкции проявляется сильнее, чем в объемном аппарате смешения. Обработанная таким образом суспензия в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции за счет интенсивного продольного перемешивания по длине аппарата приводит к формированию частиц с размерами, не превышающих полученные в объемном аппарате «in situ». Возможность получения продукта высокого качества, отсутствие механических перемешивающих устройств и подвижных элементов определяют преимущество использования трубчатых турбулентных аппаратов диффузор-конфузорной конструкции для получения антиагломератора для синтетических каучуков на основе стеарата кальция полученного как путем проведения синтеза, так и при гидродинамическом воздействии полученной и выдержанной суспензии.

1. Берлин А.А., Минскер К.С., Дюмаев К.М. Новые унифицированные энерго- и ресурсосберегающие высокопроизводительные технологии повышенной экологической чистоты на основе трубчатых турбулентных реакторов М.: ОАО "НИИТЭХИМ". - 1996. - 188 с.

2. Minsker K.S., Berlin А.А., Zakharov V.P., Zaikov G.E. Fast Liquid-Phase Processes in Turbulent Flows Koninklijke Brill NV, Leiden, The Netherlands.: VSP. - 2004. - 179 p.

3. Берлин A.A., Минскер K.C., Дюмаев К.ML, Колесов С.В., Ганцева С.П. Проблемы протекания быстрых химических реакций синтеза низкомолекулярных продуктов в потоке. Новая технология // Химическая промышленность. 1997. № 5. - С. 27-30.

4. Денбиг К. Теория химических реакторов М.: Наука. - 1968, - 192 с.

5. Минскер К.С., Берлин А.А., Захаров В.П. Быстрые процессы в синтезе полимеров // Высокомолекулярные соединения. 2002. Т. 44. № 9. -С. 1606-1627.

6. Сангалов Ю.А., Минскер К.С. Полимеры и сополимеры изобутилена -Уфа.: Гил ем.-2001.- 384 с.

7. Минскер К.С., Сангалов Ю.А. Изобутелен и его полимеры М.: Химия. - 1986.- 224 с.

8. Минскер К.С., Берлин А.А., Свинухов А.Г., Прочухан Ю.А., Енико-лопян LLC. Макрокинетические особенности полимеризации изобутилена//Доклады АН СССР. 1986. Т. 286. № 5. - С. 1171-1173.

9. Берлин А.А., Минскер К.С., Прочухан Ю.А., Карпасас М.М., Ениколо-пян Н.С. Макрокинетика быстрых полимеризационных прцессов // Высокомолекулярные соединения. 1986. Б. Т. 28. № 6. - С. 461-465.

10. Berlin A.A., Minsker K.S., Prochuhan Y.A., Karpasas М.М., Enikolopyan N.S. Macrokinetiks of Rapid Polymerization Processes // Internat. Polym.

11. Sci. and Technology. 1986. V. 13. № 11. - P. 95-97.

12. Берлин А.А., Минскер К.С., Прочухан Ю.А., Карпасас М.М., Ениколопян Н.С. Макрокинетические процессы полимеризационных процессов в потоке // Доклады АН СССР. 1986. Т. 287. № 1. - С. 145-148.

13. Федоров А .Я., Рытов Б. Л., Берлин А. А., Алексанян Г.Г. Макрокинетические закономерности быстрых химических реакций в турбулентных потоках // Доклады АН. 1995. Т. 342. № 4. - С. 494-498.

14. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике М.: Наука. - 1987. - 490 с.

15. Берлин А.А. Макрокинетика // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 3. - С. 48-54.

16. Компаниец В.З., Коногшёв А.А., Берлин А А., Прочухан Ю.А., Минскер К.С., Карпасас М.М., Ениколопян Н.С. Математическое моделирование процессов быстрой низкотемпературной полимеризации // Доклады АН СССР. 1987. Т. 297. № 5. - С. 1129-1132.

17. Федоров А .Я., Литвак Г.Е., Холпанов Л.П., Малюсов В.З. Математическое моделирование быстрых химических реакций в трубчатых реакторах // Доклады АН СССР. 1991. Т. 319. № 2. - С. 422-426.

18. Федоров А.Я., Литвак Г.Е. Макрокинетические закономерности полимеризации изобутилена в трубчатом реакторе // Высокомолекулярные соединения. 1991. А.Т. 33. № 10. - С. 2626-2634.

19. Берлин А.А., Минскер К.С. Новый тип промышленных аппаратов -трубчатые реакторы вытеснения, работающие в высокотурбулентных потоках. Технология XXI века // Наука -производству. 2002. № 3. -С. 7-12.

20. Берлин А.А., Вольфсон С.А. Кинетические расчеты реакторов полимеризации // Высокомолекулярные соединения. 1994. А. Т. 36. № 4. -С. 616-628.

21. Берлин А.А., Дюмаев К.М., Минскер К.С., Халафов Ф.Р., Колесов С.В. Трубчатые турбулентные реакторы основа энерго и ресурсосберегающих технологий // Химическая промышленность. - 1995. № 9. - С. 550-556.

22. Минскер К.С., Берлин А.А., Прочухан Ю.А., Ениколопян Н.С. Взаимосвязь кинетических констант с геометрическими параметрами реакционной зоны // Высокомолекулярные соединения. 1986. Б. Т. 28. № 6. - С. 466-469.

23. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии М.: Химия. - 1971.- 830 с.

24. Крамере X., Вестертерп К. Химические реакторы М: Наука. - 1967. - 250 с.

25. Байзенбергер Д.А., Себастиан Д.Х. Инженерные проблемы синтеза полимеров М.: Химия. - 1988. - 688 с.

26. Берлин А.А., Вольфсон С.А. Кинетические методы в синтезе полимеров М.: Химия. - 1973. - 245 с.

27. Минскер К.С., Малинская В.П., Захаров В.П., Берлин А.А. Регулирование теплового режима при проведении быстрых экзотермических жидкофазных процессов // Журнал прикладной химии. 2001. Т. 73. №9.-С. 1505-1510.

28. Минскер С.К., Коноплев А.А., Минскер К.С., Прочухан Ю.А., Компаниец В.З., Берлин А.А. Организация фронта реакции в турбулентном потоке // Теоретические основы химической технологии. 1992. Т. 26. №5.-С. 686-691.

29. Минскер К.С., Берлин А.А., Прочухан Ю.А., Ениколопян Н.С. О трёх типах макрокинетических процессов полимеризации изобутилена // Высокомолекулярные соединения. 1986. Б. Т. 28. № 6. - С. 466-469.

30. Хеммис Г. Методы исследования быстрых реакций М.: Мир. - 1977. -716 с.

31. Берлин А.А., Минскер К.С., Дебердеев Р.Я. Эиерго- и ресурсосберегающая технология получения хлорбутилкаучуков // Доклады АН. -2000. Т. 375. №2. С. 218-221.

32. Wang X., Feng Z., Forney L.J. Computational simulation of turbulent mixing with mass transfer // Computers and Structures. 1999. V. 70. -P. 447-465.

33. Прочухан Ю.А., Минскер К.С., Берлин А.А., Карпасас М.М., Компаниец В.З., Коноплёв А. А., Ениколопян Н.С. Влияние турбулентности в сверхбыстрых полимеризационных процессах // Доклады АН СССР. 1988. Т. 289. № 6. - С. 1428-1430.

34. Берлин А.А., Вольфсон С.А., Ениколопян Н.С. Кинетика полимеризационных процессов М.: Химия. - 1978. - 320 с.

35. Тахавутдинов Р.Г., Дьяконов Г.С., Дебердеев Р.Я., Минскер К.С. Турбулентное смешение в малогабаритных трубчатых аппаратах химической технологии // Химическая промышленность. 2000. № 5. -С. 41-49.

36. Villermaux J. Trajectory length distribution (TLD), a novel concept to characterize mixing in flow systems // Chemical Engineering Science. -1996. V. 51. № 10.-P. 1931-1946.

37. Torres A.P., Oliveara F.A.R., Fortuna S.P. Residence time distribution of liquids in a continuos tubular thermal processing system. Part I: Relating RTD to processing conditions // Journal of Food Engineering. 1998. V. 35. №2.-P. 147-163.

38. Рамм B.M. Абсорбция газов M.: Химия. - 1976. - 656 с.

39. Biesenberg J.A., Sebastian D.H. Principles of Polymerization Engineering- New York; Chichecter; Brisbane; Toronto; Singapore.: Wiley Intersci. Publ. 1983. - P. 688.

40. Минскер K.C., Берлин А.А., Захаров В.П., Дьяконов Г.С., Мухамет-зянова А.Е., Заиков Е.Е. Быстрые процессы при синтезе полимеров // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. № 2. - С. 272-278.

41. Минскер К.С., Берлин А.А., Тахавутдинов Р.Г., Дькорюв Г.С., Захаров В.П. Автомодельный режим течения потоков в трубчатых турбулентных аппаратах струйного типа // Доклады АН. 2000. Т. 373. № 3. - С. 347-350.

42. Кафаров В.В. Моделирование химических процессов М.: Высшая школа, - 1968.- 158 с.

43. Журба A.M., Курилов С.В., Герасимов J1.JL, Вильчинская И.Б. Распределение времени пребывания продукта в горизонтальных аппаратах различных конструкций // Теоретические основы химической технологии. 1995. Т. 29. № 1. - С. 22-30.

44. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств М.: Высш.школа. - 1991. -200 с.

45. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов -М.: Химия. 1969. - 622 с.

46. Martin A.D. Interpretation of residence time distribution date // Chem. Eng. Sci. 2000. V. 55. № 23. - P. 5907-5917.

47. Котов C.B., Прокофьев K.B., Минскер К.С., Сангалов Ю.А., Берлин А.А. Получение и использование низкомолекулярных полибутенов // Химия и технология топлив и масел. 1990. № 4. - С. 14-15.

48. Котов С.В., Атманждев В.Е., Минскер К.С., Ясиненко В.А., Прокофьев К.В., Берлин А.А. Некоторые закономерности синтеза олиго-меров бутенов из бутан-бутеновой фракции в турбулентном реакторе // Нефтепереработка и нефтехимия. 1992. № 1. - С. 38-41.

49. Бусыгин В.М., Дьяконов Г.С., Минскер К.С., Берлин А.А. Этилен-пропиленовый каучук тенденция развития технологии // Сумматехнологий. 2000. № 4. - С. 48-49.

50. Ver Strate G., Cozewith G., Ju S. Near monodisperse ethylene-propylene copolymers by direct Ziegler Natta polymerization. Preparation, Characterization, Properties //Macromolecules. 1988. № 12. - P. 3360-3371.

51. Гимаев Р.Н., Прочухан Ю.А., Кудашева Ф.Х., Цадкин М.А., Бадико-ва А.Д. Струйный контактор нового поколения для процесса сернокислотного алкилирования // Химия и технология топлив и масел. 1998. №5.-С. 42-43.

52. Прочухан К.Ю., Исламов Э.Р., Нефедова И.В., Гимаев Р.Н., Прочухан Ю.А., Навалихин П.Г., Алексанян Г.Г. Новый способ сернокислотного алкилирования изопарафинов олефииами // Химия и технология топлив и масел. 1999. № 2. - С. 16-17.

53. Бодров В.И., Дворецкий С.И., Дворецкий Д.С. Оптимальное проектирование энерго- и ресурсосберегающих процессов и аппаратов химической технологии // Теоретические основы химической технологии. 1997. Т. 31. № 5. - С. 542-548.

54. Дворецкий С.И., Карнишев В.В., Дворецкий Д.С. Разработка энерго- и ресурсосберегающих технологических установок непрерывного действия // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1998. № 4. - С. 4-7.

55. Мазгаров A.M., Вильданов А.Ф., Сухов С.Н., Баженова Н.Г., Низа-мутдинов Г.Б., Шиаманна С.Ф., Ормистон P.M. Новый процесс очистки нефтей и газоконденсатов от низкомолекулярных меркаптанов // Химия и технология топлив и массл. 1996. № 6. - С. 11-12.

56. Минскер К.С., Берлин А.А., Дебердеев Р.Я., Иванова С.Р. Энерго- и ресурсосберегающая технология получения хлорбутилкаучука с использованием трубчатых турбулентных аппаратов // Химическая промышленность. 2000. № 11. - С. 26-30.

57. Исламов Э.Р., Прочухан Ю.А., Гимаев Р.Н. Влияние турбулентности на процесс хлорирования бензола // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1999. Т. 42. № 2. - С. 73-76.

58. Berlin А.А., Prochukhan Y.A., Minsker K.S., Konoplyov A.A., Kompanietz V.Z. Пат. 5397179 США, МКИ В 01 F 5/05. Method and apparatus for mixing fluids. №277257; Заявл. 06.10.94; Опубл. 03.04.95; Б.И. №13 1995.

59. Крехова М.Г., Минскер С.К., Прочухан Ю.А., Минскер К.С. Влияние турбулентности на эффективность смешения потоков разной плотности // Теоретические основы химической технологии. 1994. Т. 28. № 3. - С. 271-273.

60. Вурзель А.Ф., Сурис А.Л. Исследование проточных смесителей для образования водонефтяных эмульсий // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 1997. Т. 40. № 2. - С. 116-118.

61. Крехова М.Г., Минскер С.К., Минскер К.С. Влияние вязкости не-смешивающихся жидкостей на формирование эмульсий из растворов каучуков // Теоретические основы химической технологии. 1995. Т. 29. № 5. - С. 496-499.

62. Лебедева Е.В., Ситенков В.Т. Обоснование механизма взаимодействия фаз в градиентоскоростном поле // Химия и технология топлив и масел. 1999. № 1.-С. 17-18.

63. Попов В.Ф., Виноградова Н.В. Прогноз распределения капель по размерам при эмульгировании жидкостей в турбулентном потоке // Химическая промышленность. 1984. № 1. - С. 53-55.

64. Попов В.Ф., Виноградов Н.В. Оценка величины межфазной поверхность и затрат энергии при эмульгировании жидкостей в турбулентном реакторе // Химическая промышленность. 1984. № 6. - С. 49-51.

65. Коноплев А.А., Алексанян Г.Г., Рытов Б.Л., Берлин А.А. Интенсификация процессов экстрагирования М.: Сб. ст. ИХФ РАН, "Полиме-ры-2002". - С. 24-25.

66. Берлин А.А., Минскер К.С., Мухаметзянова А.Г., Тахавутдинов Р.Г., Дьяконов Г.С., Алексанян Г.Г., Рытов Б.Л., Коноплев А.А. Массоот-дача от пузырей и капель в каналах сложной конструкции Черноголовка.: "Полимеры 2003". - 188 с.

67. Коноплев А.А., Алексанян Г.Г., Рытов Б.Л., Берлин А.А. Новый эффективный метод интенсификации конвективного теплообмена // Теоретические основы химической технологии. 2002. Т. 36. № 2. -С. 220-222.

68. Барабаш В.М., Смирнов Н.Н. Перемешивание в жидких средах // Журнал прикладной химии. 1994. Т. 67. № 2. - С. 196-203.

69. Кутепов A.M. Химическая гидродинамика и теоретические основы нелинейных химико-технологических процессов М.: МГУИЭ, Сборник, научных статей. 1998. - 200 с.

70. Консетов В.В., Кокотов Ю.В. Интенсификация перемешивания и теплообмена в полимеризаторах // Химическая промышленность. -1990. №5.-С. 299-303.

71. Baldyga J., Bourne J.R., Gholap R.V. The influence of viscosity on mixing in jet reactors //• Chemical Engineering Science. 1995. V. 50. № 12.-P. 1877-1880.

72. Брагинский Л.IT., Бегачев В.И., Барабаш B.M. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета -Л.: Химия. 1984. - 336 с.

73. Богданов В.В., Христофоров Е.И., Клоцунг Б.А. Эффективные малообъемные смесители Л.: Химия. - 1989. - 224 с.

74. Шулаев Н.С., Бикбулатов И.Х. Турбулентное смешение жидкостей в малообъемных роторных смесителях // Башкирский химическийжурнал. 1997. Т. 4. № 2. - С. 73-80.

75. Барабаш В.М. Процессы переноса в турбулентных потоках с интенсивным внешним источником турбулизации // Теоретические основы химической технологии. 1994. Т. 28. № 2. - С. 110-117.

76. Блазнов А.Н., Куничан В.А., Чащилов Д.В. Диспергирование и коа-лесценция в жидкостно-газовых струйных аппаратах с удлиненной камерой смешения // Журнал прикладной химии. 2001. Т. 74. № 4. -С. 621-624.

77. Lang Е., Ortina P., Streff F., Fleischli М. Numerical simulation of the fluid flow and the mixing process in a static mixer // International Journal Heat and Mass Transfer. 1995. V. 38. № 12. - P. 2239-2250.

78. Li H.Z., Fasol C., Choplin L. Hydrodynamics and heat transfer of rheologically complex fluids in a sulzer SMX static mixer // Chemical Engineering Science. 3996. V. 51. № 10. - P. 1947-1955.

79. Hobbs D.M., Muzzio F.J. Optimization of a static mixer using dynamical systems techniques // Chemical Engineering Science. 1998. V. 53. № 18. -P. 3199-3213.

80. Берлин A.A., Прочухан Ю.А., Минскер К.С., Ениколопян Н.С. Оптимизация молекулярных характеристик полимеров в быстрых процессах полимеризации // Высокомолекулярные соединения. 1991. А. Т. 33. №2.-С. 243-269.

81. Компаниец B.3., Коноплев А.А., Пол а к JI.C. Экспериментальные и теоретические исследования плазмохимических процессов М.: Химия. - 1984. - 300 с.

82. Олевский В.М., Ручинский В.Р. Роторио-пленочные тепло- и массо-обменные аппараты М.: Химия. - 1977. - 200 с.

83. Будтов В.П., Консетов В.В. Тепло- и массоперенос в полимеризаци-онных процессах JL: Химия. - 1988. - 256 с.

84. Прочухан Ю.А., Минскер К.С., Карпасас М.М., Берлин А.А., Бахито-ва Р.Х., Ениколопян IT.С. Влияние способа смешения на характер протекания сверхбыстрых полимеризационных процессов // Высокомолекулярные соединения. 1988. А. Т. 30. № 6. - С. 1259-1262.

85. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Гидродинамика -М.: Наука. 1986. - Т. 6 - 736 с.

86. Минскер К.С., Берлин А.А., Тахавутдинов Р.Г., Дьяконов Г.С., Захаров В.П. Особенности протекания быстрых процессов в малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции // Химическая физика. 2001. Т. 20. № 5. - С. 124-126.

87. Берлин А.А., Минскер К.С., Захаров В.П. Малогабаритные трубчатые турбулентные реакторы вытеснения // Химическая промышленность. 2003. Т. 80. № 3. - С. 36-45.

88. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред М.: Наука. - 1987. -Т. 1.-464 с.

89. Long W.M., Kalachev L.V. On Dissolution of a spherical gas bubble in the presence of fast reaction // Chemical Engineering Science. 2000. V. 55.-P. 2295-2301.

90. Maggirors D., Goulas A., Alexopoulos A.M., Chatzi E.G., Kiparissides C. Prediction of particle size distribution in suspension polymerization reactors: effects of turbulence nonhomogeneity // Chemical Engineering Science. 2000. V. 55. - P. 4611-4627.

91. Донцов A.A., Лозовик Г.Я., Новицкая С.П. Хлорированные полимеры. М.: Химия. - 1979. - 231 с.

92. Чирков Н.М., Матковский П.Е., Дьячковский Ф.С. Полимеризация на комплексных металлоорганических катализаторах М.: Химия. -1976.-416 с.

93. Шервуд Т., Пигфод Р., Уилки Ч. Массопередача М.: Химия. - 1982. - 695 с.

94. Латыпов Д.Н., Овчинников А.А. Закономерности диспергирования центробежными форсунками с соударением встречных струй // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2001. Т. 41. № 2. -С. 108-110.

95. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия М.: МГУ, - 1982.-348 с.

96. Барабаш В.М., Болевицкая М.А. Массообмен от пузырей и капель в аппаратах с мешалками // Теоретические основы химической технологии. 1995. № 4. - С. 362-372.

97. Белевицкая М.А., Барабаш В.М. Получение устойчивых эмульсий в аппаратах с мешалками // Теоретические основы химической технологии. 1994. Т. 28. № 4. - С. 342-347.

98. Podgorska W., Baldiga J. Scale-up effects on the drop size distribution of liqud-liqud dispersion in agitated vessels // Chemical Engineering Science. 2001. V. 56.-P. 741-746.

99. ИЗ. Брагинский Л.Н., Белевицкая М.А. О дроблении капель при механическом перемешивании в отсутствии коалесцеиции // Теоретические основы химической технологии. 1990. Т. 24. № 4. - С. 509-513.

100. Брагинский Л.Н., Белевицкая М.А. О влиянии вязкости на диспергирование капель в аппаратах с мешалками // Теоретические основы химической технологии. 1991. Т. 25. № 6. - С. 843-852.

101. Ярошенко В.В., Брагинский Л.Н., Барабаш В.М. Меридиональная циркуляция жидкости при перемешивании в аппаратах с мешалками и отражательными перегородками 1988. Т. 22. № 6. - С. 787-791.

102. Patwardhan A.W., Joshi J.B. Hydrodynamics of a stirred vessels equipped with a gas-inducting impeller // Industrial Engineering Chemical Research. 1997. V. 36. - P. 3904-3914.

103. Иванец B.H., Альбрехт C.H., Иванец Г.Е. Повышение эффективности газожидкостных процессов в роторно-пульсационном аппарате // Химическая промышленность. 2000. № 11. - С. 46-48.

104. Promtov М.А., Zimin A.I. Experimental investigation of the emulsifica-tion process in pulsed-rotor apparatus // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2000. V. 34. № 10. - P. 533-554.

105. Nadler М., Mewes D. Flow indused emulsification in the flow of two imiscible liquids in horizontal pipes // Int. J. Multiphase Flow. 1997. V. 23. № l.-P. 55-68.

106. Павлушенко И.С., Брагинский Л.Н., Брылов В.IT. О влияния перемешивания на процесс химического превращения в системе газ-жидкость // Журнал прикладной химии. -1961. Т. 34. № 5. С. 805-814.

107. Колмогоров А.Н. Рассеяние энергии при локально-изотропной турбулентности // Доклады АН СССР. 1941. Т. 32. № 1. - С. 19-22.

108. Ибрагимов М.Х., Бобков В.П., Тычинский Н.А. Исследование поведения газовой фазы в турбулентном потоке смеси воды и газа в каналах

109. Теплофизика высоких температур. 1973. Т. 11. № 5. - С. 1051 -1061.

110. Serizawa A., Kataoka L, Michiyoshi I. Turbulent structure of air-water bubbly flow // Intern. J. Multiphase Flow. 1975. V. 2. - P. 235-246.

111. Nakoryakov V.E., Kashinsky O.N., Burclukov A.P., Odnoral V.P. Local characteristic of upward gas-liquid flows // Intern. J. Multiphase Flow. -1981. V. 7.-P. 63-81.

112. Wang S.K., Lee S.J., Jones O.C., Lahey R.T. 3-D turbulence structure and phase distribution measurements in babble two-phase flows // Intern. J. Multiphase Flow. 1987. V. 13. - P. 327-343.

113. Zun I. The transverse migration of bubbles influenced by walls in vertical babbly flow // Intern. J. Multiphase Flow. 1980. V. 6. - P. 583-588.

114. Burnea D., Shoham 0., Taitel Y., Dukier A.E. Gas-liquicl flows in inclined tubes: Flow pattern transition for upward flow // Chem. Eng. Sci. -1985. V. 40.-P. 735-740.

115. Sanaullah K., Thomas N.FI. Velocity and voidage profiles for steeply inclined bubbly flow in "segregated-clisperse" regime. Experimental and computational aspects of validation of multiphase flow cfd codes // J.ASME. 1994. V. 180.-P. 119-127.

116. Кашинский O.IT., Чинак A.B., Каипова E.B. Пузырьковое газожидкостное течение в наклонном прямоугольном канале // Теплофизика и аэромеханика. 2003. Т. 10. № 1. - С. 71-78.

117. Kulov N.N., Nikolaichvilli Е.К., Barabash V.M. Dissolution of solid particles suspended in agitated vessels // Chemical Engineering Communications. 1983. V. 21. - P. 259-266.

118. Монаков Ю.Б., Толстиков Г.А. Каталитическая полимеризация 1,3-диенов. М.: Е1аука. - 1990. - 211 с.

119. Захаров В.П., Минскер К.С., Садыков И.В., Берлин А.А., Монаков Ю.Б. Нетрадиционный способ получения однородных высокодисперсных суспензий//Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. № 8. - С. 1302-1305.

120. Минскер К.С., Захаров В.П., Садыков И.В., Ионова И.А., Берлин А.А., Монаков Ю.Б. Гидродинамическое воздействие на каталитаче-скую систему TiCl4-Al(i-C4H9)3 при полимеризации изопрена // Вестник Башкирского университета. 2003. № 3-4. - С. 29-31.

121. Захаров В.П., Садыков И.В., Минскер К.С., Берлин А.А., Монаков Ю.Б. Формирование реакционной смеси при получении цис-1,4-полиизопрена в турбулентном режиме // Журнал прикладной химии. -2004. Т. 77. №2. С. 302-305.

122. Кирпичников П.А., Береснев В.В., Попова JI.A. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука. Л.: Химия. - 1986. - 224 с.

123. Кирпичников П.А., Аверко-Антонович JI.A., Аверко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука Л.: Химия. -1975.-480 с.

124. Иванова С.Р., Нафикова Р.Ф., Захаров В.П., Миискер К.С. Совершенствование технологии синтеза аитиагломераторов для синтетических каучуков Уфа.: Тр. СФ Академии наук РБ, 2001. - Т. 2. С. 235-237.

125. Kim W.S., Tarbel J.M. Micromixing effects on barium-sulfate precipitation in a double-jet semi bath reactor // Chemical Engineering Communications. 1999. V. 176.-P. 89-113.

126. Baldyga J., Orciuch W. Some hydrodynamic aspects of precipitation // Power Technology. 2001. V. 121. № 1. - P. 9-19.

127. Sung M.H., Choi I.S., Kim W.S. Agglomeration of yttrium oxalate particles produced by reaction precipitation in semi-batch reactor // Chemical

128. Engineering Science. 2000. V. 55. - P. 2173-2184.

129. Baldyga J., Orciuch W. Barium sulfate precipitation in a pipe an experimental study and CFD modeling // Chemical Engineering Science. - 2001. V. 56.-P. 2435-2444.

130. Baldyga J., Podgorska W., Pohorechi R. Mixing-precipitation model with application to double feed semi-batch precipitation // Chemical Engineering Science. 1995. V. 50. №8. -P. 1281-1300.

131. Берлин А.А., Минскер K.C. Тепловой режим быстрых химических процессов // Доклады АЕ1. 1997. Т. 355. № 3. - С. 346-348.

132. Дрейцер Е.А. Проблемы создания компактных трубчатых теплооб-менных аппаратов // Теплоэнергетика. 1995. № 3. - С, 11-18.

133. Берлин А.А., Прочухан Ю.А., Минскер К.С., Алексанян Г.Г., Гробов С.В., Ениколопян Н.С. Эффективность внешнего теплосъема в сверхбыстрых полимеризационных процессах // Высокомолекулярные соединения. 1989. А. Т. 31. №3,- С. 612-616.

134. Коноплев А А., Берлин А. А., Алексанян Г. Г., Рытов Б. Л. Интенсификация конвективного теплообмена // Теоретические основы химической технологии. 2000. Т. 36. № 2. - С. 220-222.

135. Берлин А.А., Прочухан Ю.А., Минскер К.С., Туманян Э.А., Алексанян Г.Г., Ениколопян Н.С. Тепловой режим полимеризации изобуте-лена // Высокомолекекулярные соединения. 1988. А. Т. 30. № 11.-С. 2436-2440.

136. Минскер К.С., Берлин А.А., Прочухан 1С).А., Туманян Э.А., Карпасас М.М., Ениколопян Н.С. Об эффективности внутреннего теплосъема за счет кипения реагентов в очень быстрых полимеризационных процессах // Доклады АН СССР. 1986. Т. 291. № 1. - С. 114-116.

137. Флореа О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии М.: Химия. - 1977. - 488 с.

138. Халатов А.А., Авраменко А.А., Шевчук И.И. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил. Криволинейные потоки- Киев.: Наукова думка. 1996. - Т. 1 - 290 с.

139. Прочухан Ю.А., Минскер К.С., Берлин А.А., Туманян Э.С., Енико-лопян Н.С. Об эффективности внешнего теплосъема в очень быстрых полимеризационных процессах // Доклады АН СССР. 1986. Т. 291. №6.-С. 1425-1427.

140. Дьяконов Г.С., Тахавутдинов Р.Г., Аверко-Антонович И.В. Динамическая модель температурных режимов полимеризатора с кипением реакционной смеси // Теоретические основы химической технологии. -2001. №4. С. 429-434.

141. Аверко-Антонович И.В., Тахавутдинов Р.Г., Дьяконов Г.С. Температурный режим полимеризатора с кипением реакционной смеси с учетом перегрева //Химическая промышленность. 1999. № 5. - С. 52-56.

142. Берлин А.А., Прочухан Ю.А., Минскер К.С., Алексанян Г.Г., Гробов С.В., Еншсолопян Н.С. Оптимизация молекулярио-массовых параметров полиизобутилена // Высокомолекулярные соединения. 1988. А. Т. 30. № 11.-С. 2441-2446.

143. Берлин А.А., Минскер К.С., Дюмаев К.М., Колесов С.В., Ганцева С.П. Регулирование теплового режима быстрых реакций синтеза низкомолекулярных продуктов в потоке // Химическая промышленность. 1997. № 3. - С. 54-57.

144. Koning G.W., Westerterp K.R. Modeling of neat transfer in wall-cooled tubular reactors // Chemical Engineering Science. 1999. V. 54. - P. 2527-2533.

145. Чесноков Ю.Г. Тепло- и массообмен на начальном участке круглой трубы при переменной температуре стенки или концентрации на стенке // Журнал прикладной химии. 1997. Т. 70. № 1. - С. 907-912.

146. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А. Интенсификация теплообмена в каналах- М.: Машиностроение. 1990. - 208 с.

147. Kalinin E.K., Dreitser G.A., Dubrovsky E.V. Compact and plate-finned heat exchangers // Heat Transfer Engineering. 1985. V. 6. № 1. - P. 44-51.

148. Коноплев A.A., Алексанян Г.Г., Рытов Б.Л., Берлин А.А. Интесифи-кация конвективного теплообмена при сильной турбулизации потока. Сб. ст. ИХФ РАН М.: "Полимеры - 2000". - С. 9-16.

149. Bazereit F., Roetzel W. Bestimmung von axial en dispersion koeffizient in warmeubertragen aus verweilzeitmessungen (нем.) // Chemical Ing. Technology. 1997. V. 69. № 9. - P. 2324-2330.