автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гидродинамика в аппаратах с многоярусными быстроходными мешалками

На правах рукописи

МИНИБАЕВА ЛИЛИЯ РАДИКОВНА

ГИДРОДИНАМИКА В АППАРАТАХ С МНОГОЯРУСНЫМИ БЫСТРОХОДНЫМИ МЕШАЛКАМИ

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 ИЮН 2011

Казань-2011

4850830

Работа выполнена на кафедре процессов и аппаратов химической технологии Казанского государственного технологического университета

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Клипов Александр Вячеславович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Барабаш Вадим Маркусович

доктор физико-математических наук, профессор Мазо Александр Еенцианович

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Защита состоится « 4 » июля 2011 г. в 14ш часов на заседании диссерта-

ционного совета Д 212.080.06 при Казанском государственном технолопгче-ском университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д.68, зал заседаний Ученого совета (А - 330).

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 420015, г. Казань, ул.К.Маркса, 68, Казанский государственный технологический университет, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.080.06.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Электронный вариант автореферата размещен на официальном сайте Казанского государственного технологического университета (wwvv.kstu.ru).

Автореферат разослан <-.3_» июня 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ВВЕДЕНИЕ 1

Актуальность работы

Аппараты с перемешивающими устройствами находят широкое применение в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других смежных отраслях промышленности, т.к. обеспечивают высокую однородность полей концентрации и температуры во всем объеме аппарата, а также области с большими значениями скорости диссипации кинетической энергии, что способствует повышению эффективности процесса диспергирования.

Существующие полуэмпирическже методы расчета аппаратов с переме-шиваюпщми устройствами качественно описывают характер распределения скоростей на основе упрощенных моделей, в которых заложено постоянство составляющих скорости по высоте аппарата, что в большинстве случаев является грубым приближением. Эти методы позволяют определять только осреднен-ные гидродинамические характеристики потока. Однако для моделирования определяющее значение имеют локальные характеристики течения, которые невозможно получить интегральными методами расчета. Так, например, в процессе получения бутилкаучука в реакторе-полимеризаторе с шестиярусной быстроходной мешалкой зарождение полимера происходит мгновенно на расстоянии от 1 до 10 см от места ввода катализатора, в то время как диаметр аппарата равен двум метрам. При получении бутилкаучука в суспензии обязательным условием являются низкие температуры полимеризации - от минус 85°С до минус 95°С. Температура стеклования бутилкаучука минус 69°С, и при повышении температуры реакционной массы полимер переходит из застеклованного состояния з высокоэластическое, что приводит к налипанию его на элементы реактора-полимеризатора. Возможный путь решения данной проблемы видится )5 изменении локальной структуры потока в месте ввода катализатора.

В этой связи актуальным является разработка методики расчета аппаратов с перемешивающими устройствами на основе численного решение системы дифференциальных уравнений переноса субстанций, позволяющие получать локальные гидродинамические характеристики.

Предметом исследования являются поле скорости и гидродинамические характеристики (критерии мощности и подачи, скорость диссипации кинетической энергии) в аппаратах с различными быстроходными перемешивающими устройствами, которые выступают объектом исследования.

Цель работы. Разработка методики расчета поля скорости в аппаратах с быстроходными многоярусными мешалками для реконструкции перемешивающего устройства в реакторе-полимеризаторе получения БК с целью увеличения времени его пробега. Дтя достижения поставленной цели были определяй! следующие задачи:

1 Автор выражает благодарность к.т.н., доценту Мухаметзяновой Лете Габдулмазитовне за ценные практические советы и рекомендации в процессе выполнения датой работа.

1) анализ адекватности описания поля скорости в аппаратах с быстроходными перемешивающими устройствами на основе различных моделей турбулентности;

2) исследование влияния конструкции перемешивающего устройства на поле скорости и гидродинамические характеристики;

3) разработка варианта конструкции перемешивающего устройства и определение места ввода катализатора, позволяющего снизить налипание реакционной массы на теплообменные элементы.

Методы исследования. Поставленные задачи связаны с численным решением системы дифференциальных уравнений сохранения массы и импульса с использованием метода контрольного объема. Для замыкания этой системы использовалось семейство к-е моделей турбулентности.

Достоверность подтверждается сравнением полученных в работе результатов по полю скорости, критериям мощности и подачи в аппаратах с быстроходными мешалками с экспериментальными данными, известными в научной и справочной литературе, а также сравнением результатов с данными промышленных испытаний.

Научная новизна:

1) Определены модели турбулентности и их параметры, обеспечивающие адекватное описание поля скорости в аппаратах с шестилопаст-ной открытой турбинной мешалкой и шестилопастной мешалкой с наклонными под углом 45° лопатками.

2) Определена автомодельная область для полей приведенных составляющих скорости по отношению к центробежному критерию Рен-нольдса для разных отношений диаметра мешалки к диаметру аппарата с^Д),.

3) Предложено аналитическое выражение для определения критерия мощности в аппаратах с двухъярусными открытыми турбинными мешалками в зависимости от расстояния между мешалками и их диаметра.

4) Определены зависимости влияния взаимного расположения мешалок на валу на поле скорости и величину скорости диссипации кинетической энергии.

Практическая значимость.

1. Разработанная методика позволяет рассчитывать гидродинамические характеристики в аппаратах с быстроходными мешалками в зависимости от конструкции и размеров перемешивающих устройств.

2. На основе разработанной методики предложен вариант изменения конструкции шестиярусной мешалки в реакторе-полимеризаторе получения БК на заводе «Бутилкаучук» ОАО «Нижнекамскнефтехим», заключающийся в изменении угла наклона лопастей второй мешалки на 10°, который позволил:

- увеличить время движения крошки полимера до теплообменных элементов, что в свою очередь приводит к увеличению доли полимера, охлажденного ниже температуры стеклования;

- сократить величину мощности затрачиваемой на перемешивание на 16%;

- для выбора места ввода катализаторного раствора определить область с высоким значением скорости диссипации кинетической энергии, что в свою очередь привело к уменьшению диаметра наибольших капель на 10%, и соответственно, увеличению поверхности теплообмена на 10,4%;

В результате изменения гидродинамической обстановки в месте ввода катализатора, привели к частичному уменьшению налипаний полимеризационной среды на перемешивающее и внутренние теплообмешше устройства и увеличили время пробега реактора.

Основные положения диссертации, выноснмые на защиту.

1. Методика расчета аппаратов с перемешивающими устройствами с использованием комплекса вычислительной гидродинамики.

2. Влияние конструкции перемешивающего устройства на гидродинамику в аппаратах с многоярусными мешалками.

3. На основе численного эксперимента решена прикладная задача: вариант реконструкции шестиярусной мешалки в реакторс-полимерюаторе синтеза бутилкаучука.

Апробация работы. Основные результаты работа докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы механики, математики, информатики» (г. Пермь, 2010), также ежегодных научных сессиях Казанского государственного технологического университета, 2008 - 2011 гг.

Публикации работы. Основное содержание работы отражено в 5 опубликованных печатных трудах, в том числе 4 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 82 наименований, а также 1 приложения. Работа изложена на 111 страницах машинописного текста, включающего 7 таблиц, 42 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, заключающаяся в необходимости разработки методик расчета аппаратов с перемешивающими устройствами, широко используемых в различных отраслях промышленности, сформулирована новизна работы, определена цель исследования, отражены методы исследования, практическая значимость полученных результатов и основные положения диссертации, выносимые на защиту, также кратко излагается содержание диссертации по главам.

Первая глава посвящена обзору работ по экспериментальным, полуэмпирическим и численным методам исследования гидродинамики в аппаратах с мешалками. Измерения локальных скоростей потоков в экспериментальной гидродинамике успешно выполнялись оптическими методами, однако эти методы сложны и не являются удовлетворительными в плане практических приложений. Сложность и стоимость измерительной системы весьма значительны, также эти методы требуют сложной обработки результатов. Полное описание поля скоростей в форме эмпирических зависимостей не получено из-за сложно-

ста картины течения, но существует качественное описание характера распределения скоростей на основе упрощенных моделей, в которых заложено постоянство составляющих скорости по высоте аппарата, что в большинстве случаеЕ является грубым приближением. Таким образом, полуэмпирические методики позволяют определять некоторые средние величины компонентов скорости. Однако для моделировали определяющее значение имеют локальные характеристики течения. В настоящее время, в связи с бурным развитием численных методов и увеличением мощности ЭВМ, существует возможность численного решенга дифференциальных уравнений для получения поля скорости, давления в трехмерной постановке с использованием комплексов вычислительной гидродинамики. Численное моделирование вращательного движения лопастей мешалки относительно неподвижных внутренних устройств аппарата является сложным в вычислительном отношении. Много лет это было самой большой проблемой при моделировании аппаратов с мешалками, что привело к развитию обширного числа приближенных численных методик в обработке поля скорости в этих аппаратах. Наиболее рациональным видится метод множественной системы отсчета (МСО), так как может быть расширен на перемешивающие устройства различной формы, на аппараты с многоярусными мешалками, при моделировании многофазных потоков без чрезмерных требований к вычислительным ресурсам, и что имеет особое значение - он доступен во многих комплексах вычислительной гидродинамики.

Во второй главе представлена методика расчета поля скорости в аппаратах с перемешивающими устройствами, заключающаяся в численном решении системы дифференциальных уравнений сохранения массы и импульса с частными производными в цилиндрических координатах в трехмерной постановке методом контрольного объема (схема segregated):

уравнение 0

неразрывное™ .1 0 0

движения и Эр 1 д( ГгЭ1Л 1 эГ 3(v/r)V ~Эг 7эг1 ♦ Эг J 7эе[ ♦ Эг Г д( ШЛ 2Гф ЭУ 2Гфи pv2 + ♦ дг J Г2 эе гг + г

б

V гЭ9Н'гЭг1 * эе J+rael4 г эе)+dz{ г зэ у 3(v/r) 1Э , v PUV Г,эи 1Э(2Г,1Т| ♦ Эг гэЛ г г2 Э9 гЭе( г J

W Эр i а ( Э1П 1 э ( av) э (г aw) 3z г Эг 1 *Т Эг ) г 301 * Эг ) 3zl * 9z J

Для замыкашы системы уравнений (1) использовались k-Б модели турбулентности: стандартная, RNG и realizable модификации, у которых есть настраиваемые параметры ClE, С2е, С , <Jt, ot.

В аппаратах с быстроходными мешалками можно выделить две характерные области: это область, примыкающая к мешалке, которая характеризуется большим градиентом скорости и остальная область вплоть до стенок аппарата. Исследованы необходимые требования к расчетным сеткам и размеру ячеек: для сходимости решения необходимо, чтобы шаг сетки в области, примыкающей к мешалке, был < 3 мм, а вне ее - < 8 мм. При задании граничных условий использовался метод множественной системы отсчета, в котором поле скорости вокруг мешалки рассчитывается во вращающейся со скоростью мешалки системе отсчета, а вне ее - в неподвижной, в которой стенка и внутренние устройства неподвижны. На границе соприкосновения областей используется условие проницания для всех характеристик потока. Показана возможность сокращения расчетной области, основанная на использовании свойств симметрии и периодичности. Оценка точности решения проверялась из условия равновесия моментов, выраженного в форме равенства крутящего момента, приложенного к жидкости при движении лопастей мешалки, и момента сопротивления корпуса аппарата и неподвижных внутренних устройств, а также постоянства значений локальных составляющих скорости в некоторой точке вблизи лопасти мешалки и момента на лопасти мешалки.

Адекватность описания поля скорости проверялась для аппаратов с двумя типами перемешивающих устройств: 1 - шестилопастная мешалка с наклонными под углом 45°лопатками; 2 - шестилопастная стандартная открытая турбинная мешалка, т.к. для них известны количественных экспериментальные данные в виде профилей составляющих скорости (осевой, радиальной и тангенциальной), критериев мощности и подачи. Кроме того, подобные мешалки используются в реакторе-полимеризаторе БК.

Установлено, что для рассчитанного поля скорости в аппаратах с мешалками 1-го типа наилучшее совпадение с экспериментальными данными получено при использовании realizable k-e модели турбулентности с измененным от стандартного значения (С^ =1,9) параметром С2е =2,3 (рис.1).

В случае моделирования аппаратов с мешалками 2-го типа все семейство к-s моделей турбулентности дает близкие результаты, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными, что видно из рис.2. Исходя из меньшей трудо-

емкости расчета, рекомендуется использовать стандартную к-е модель турбулентности.

О О О экспериментальные данные, 212 об/мин • • • экспериментальные данные, 400 об/мин Л Л Л экспериментальные данные, 700 об/мин

—---стандартная к-е модель

1 - РЫй к-е модель

I — * — геаИгаЫе к-е модель

— геайгаЫе к-е модель, С^г - 2,3

А Л Л экспериментальные данные, 700 об/м

приведенная радиальная координата, г/П

Рис. 1. Радиальный профиль приведенной осевой скорости в сечениях на высо-

тах, равных 0,0549м и 0,08м для аппарата с шестилопастной мешалкой с лопатками, наклоненными под углом 45'

приведенная радиальная координата, г/Я

Рис. 2. Радиальный профиль приведенной осевой скорости в сечениях на высотах, равных 0,05м и 0,03м для аппарата с шестилопастной стандартной открытой турбинной мешалкой

По результатам расчета поля скорости было выявлено, что для аппаратов со стандартной открытой турбинной мешалкой с симплексом Б^с^ =3-.-1 приведенные профили составляющих скорости (отнесенные к максимальной скорости на концах лопасти мешалки) становятся неизменными при выполнении условия Кец>200000((1м/Ва)1'28. На рис.3 приведенные профили составляющих скорости, откуда видно наступление автомодельной области по отношению к числу Кец.

Критерий мощности К„ определялся по следующим выражениям:

2яМ„,

К? =

кгп =

к'н =

рм5^ •

2лМкор„

(2)

(3)

(4)

В результате расчетов с использованием выражений (2) и (3) были получены данные, хорошо согласующиеся с экспериментом (ошибка менее 6%), что видно из рис.4. Однако при использовании выражения (4) в автомодельной области получаются заниженные результаты (до 25%).

и

5

приведем** «оорджнагв, с/н

Пвц>80000 Вац-М« Яац.)М5 1»

[фнмдениая радиальная морйичага, 14

Рис.3. Автомодельность составляющих скорости для шестилопастной стандартной открытой турбинной мгшалки = 0,/3

■ расчет

■ экспериментальные данные

""1 1 ""'"i '"""! """1 .......

100 1000 10000 юсоооюсоооо

Яви

0.1

0.15 0.2

0.25 сУОа

0.35 0.4

Рис. 4. Критерий мощности для аппарата со стандартной открытой турбинной мешалкой ((¡и = Э,/3) н четырьмя отражательными перегородками

Рис. 5. Зависимость критерия мощности К„ от симплекса (Зи/0< для аппаратов с четырьмя перегородками и одной стандартной открытой турбинной мешалкой на валу

Значения критерия мощности для аппаратов с одной стандартной открытой турбинной мешалкой на валу и четырьмя отражательными перегородками, известные в литературе, ограничены областью 0,25<0,35, однако на практике находят применение и аппараты с 0Д5 <(1м/Оа <0,25, для которых и были получены критерии мощности, представленные на рис.5, из которого видно, что уменьшение диаметра мешалки вдвое приводит к уменьшению критерия мощности в 1,5 раза.

В третьей главе представлены результаты численного моделирования для аппаратов с двухъярусными открытыми турбинными мешалками. Структура потоков в них сильно зависит от таких геометрических симплексов, как ¿„/О,, С,.2/<1М, СдСП„К,Я, изменение которых приводит к абсолютно разным

полям скорости, что в свою очередь влияет на гидродинамические характеристики.

Были исследованы семь цилиндрических аппаратов с четырьмя равномерно расположенными отражательными перегородками, простирающимися от крышки до дна аппарата, снабженные двумя стандартными открытыми турбинными мешалками на одном валу. Рассматривались возможные варианты изменения конструкции перемешивающего устройства, которые могли бы быть сделаны в реакторе-полимеризаторе БК. В этой связи варьировались диаметр мешалки от (0,35-г0,35)Ба и расстояния между мешалками от (1 -т- 2,5)с1ы с целью анализа поведения критерия мощности, локальных скоростей и скорости диссипации кинетической энергии. Расстояние от дна аппарата до нижней кромки лопасти мешалки во всех случаях было равным диаметру мешалки.

На рис.6 приведены распределение скоростей в трех из рассматриваемых аппаратах с мешалкой диаметром, равным с!м =0,2640а и расстояниями между мешалками (1-г2,5)<1м. При =(1М организована так называемая объединенная структура потока, а при С,_2 =2,5(1м - параллельная структура потока. При расстоянии между мешалками большем диаметра мешалок взаимодействие между потоками от верхней и нижней мешало.х ослабевает, и приводит к разделению объема аппарата на две равные симметричные части по высоте. Также можно заключить, что с увеличением расстояния между мешалками образуется больше циркуляционных контуров.

Сь2=а„ С,.2 = 1,667с)и С,, =2.5<1..

п

Рис.6. Распределение скоростей в аппаратах с двухъярусными открытыми турбинными мешалками

Критерий мощности для аппаратов с двухъярусными стандартными открытыми турбинными мешалками от симплекса С,_2/с1м имеет вид симметричной функции с Б-образной формой, чго показано на рис.7. Для удобства использования результатов расчетов предлагается соотношение, связывающие критерий мощности с диаметром мешалки и расстоянием между мешалками, которое было получено аппроксимацией данных численного эксперимента, в виде (5):

со следующими ограничениями:

4 -«

Сд-,>с1м

Н>П„; С,_2 <2,5с1и; с!м =(0,15*0,35)0..

Л'

и

♦ ¿„=0,150. О 0„«0,2640, 4 А А tt.--0.35D.

-----аппроксимация для £¡««0,1504

— — аппроксимация для (1и«0,2640а

— ■ — аппроксимация для с1«=0,350«

-1—

г

Сг-гЯм

Рис.7. Кривая критерия мощности для аппаратов с двухъярусными стандартными открытыми турбинными мешалками от симплекса С,_2/<Э„

Максимальное значение скорости диссипации кинетической энергии определяет интенсивность смешения жидких потоков на микроуровне, что обеспечивает возникновение мелкомасштабных сдвиговых деформаций и, как следствие, получение тонкодисперсных эмульсий и суспензий. Проведенный анализ распределения скорости диссипации кинетической энергии в семи рассматриваемых аппаратах позволил заключить, что увеличите расстояния между мешалками приводит к увеличению скорости диссипации кинетической энергии (рис.8), и при С,_2 = 1,7й31 достигается ее предельное значение, соответствующее одной мешалке на валу.

скоросъ диссипации кинетической энергии,

Рис.8. Приведенная скорость диссипации ки-нетическсй энергии, осредненная по углу, по высоте на расстоянии равном гм и 1,5г1( для двух аппгратов с двухъярусными мешалками диаметром =0,350, (О, = 0,289м) и расстояниями между ними См = с1„ и С,„, = 1.667с1

<)„. 0,150, (1„ = 0,264Эа 1)« - 0,350,

т

О 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 скорость диссипации кинетической энергии, с^'и«*

Рис.9. Приведенная скорость диссипации кинетической энергии, осредпенная по углу, по высоте на расстоянии равном г^ для трех аппаратов с двухъярусными мешалками диаметром а„ =(0,15+0,35)0, (О, = 0,289м) и расстояниями между ними С,_г = <1„

Здесь также необходимо учесть тот факт, что увеличения скорости диссипации можно достичь и при малых диаметрах мешалки, что видно из рис.9. Однако необходимо помнить, что увеличение С,_2 приводит к образованию не взаимодействующих потоков, что влечет к появлению застойных зон, таким образом, эти эффекты надо рассматривать в комплексе.

Рис.10. Реактор синтеза бутилкаучука: 1,6- лопастные мешалки с наклонными лопатками; 2, 3, 4, 5 - лопастные мешалки с прямыми лопатками; 7 -патрубок для ввода катализаторного раствора; 8 - пучки теплообменных труб; 9 - корпус полимеризатора; 10 -патрубок для выхода продукта; 11 -патрубок для ввода шихты

В четвертой главе на основе разработанной методики расчета поля скорости и исследованных закономерностей гидродинамических характеристик в аппаратах с многоярусными мешалками рассмотрена задача уменьшения налипания полимера в реакторе-полимеризаторе синтеза бутилкаучука. Реактор для проведения синтеза бутилкаучука, представлен на рис.10. В заводских условиях используются лопастные мешалки, 1 и 6 мешалки имеют наклонные лопасти под углом 45°, катализатор вводится под 2 мешалку, расстояние между мешалками 2, 3, 4, 5 равномерное. Для съема выделившегося тепла реактор снабжен шестью пучками теплообменных труб, равномерно расположенными по окружности диаметром 1,32м.

В модели реактора-полимеризатора вместо пучка теплообменных труб (рис. 11 а) использовалась одна труба (рис.116), возможность этой замены подтверждена двумерными расчетами, результаты которых представлены на рис.12. Так как содержание полимера в объеме реактора не превышает 12% и плотность полимера близка к плотности растворителя (хлорметила), среда рассматривалась как однофазная, физико-химические свойства которой рассчитывались исходя из соотношений для суспензии.

Рассчитанная мощность, затрачиваемая на

■> у

I

Щ

7<

щ

г4**

а - модель с пучком труб (206 труб)

/ / .

К

\

.У

■к

} (

б - модель с цилиндрической трубой

Рис. 11. Модели аппаратов для двумерпой постановки задачи

перемешивание, находится в хорошем согласовании с данными по мощности, взятыми из рабочих листов промышленного процесса получения бутилкаучука, расхождение составило 3%. В результате проведенных расчетов было также выявлено, что, для реактора-полимеризатора

автомодельная область для приведенных величин составляющих скорости по отношению к числу Яец наступает, как и в случае одной мешалки на валу.

Так как основной причиной налипания полимера является соударение части неза-стеклованного полимера с теплообменны-ми трубами, то уменьшить количество налипаний в единицу времени можно, если создать условия, при которых увеличится доля полимера охлажденного до температуры ниже температуры стеклования. К понижению температуры полимерной крошки приведет увеличение времени движения образовавшего полимера до встречи с теплообмешшми трубами, а также уменьшение размера полимерных частиц. Этого можно достичь изменением конструкции перемешивающего устройства, которое приведет к изменению структуры потока и образованию области с высоким значением скорости диссипации кинетической энергии в месте ввода ка-тализаторного раствора.

С целью изменения структуры потока в реакторе-полимеризаторе были рассмотрены различные варианты изменения перемешивающего устройства, а именно изменения расстояний между мешалками и угла наклона лопастей. Анализ структуры потоков, критерия мощности и скорости диссипации кинетической энергии позволил подобрать вариант, который дает возможность улучшения технологических параметров процесса, изменив угол наклона лопастей 2 и 5 мешалок на 10° и сближения 3 и 4 мешалок, и смещения места ввода катализатора над 2 мешалку.

Для промышленного и предложенного вариантов была произведена оценка охлаждения крошки полимера, которая рассматривалась как сферическая частица. Если принять, что частица движется вместе с потоком, т.е. скорость обтекания равна нулю, то тогда получим предельный случай N11 = 2. По значению критериев Био и Фурье было определено распределение температуры поверхности частиц во времени, представленные на рис.11, т.к. крошка полимера имеет разные размеры, здесь представлены две кривые времени охлаждения наименьшей и наибольшей частиц.

Для промышленного варианта в месте ввода катализатора сильно развит радиальный поток, по сравнению с осевым, поэтому время движения крошки полимера от места ввода катализатора до теплообменных труб было определено с учетом радиальной составляющей скорости, которое составило одну десятую секунды, что говорит о том, что основная масса образовавшегося полимера, не успев охладиться, будет налипать на теплообменные трубы. Для предложенного варианта была произведена оценка времени движения частиц с учетом радиальной и осевой составляющих скорости, т.к. в области 2 мешалки сильно развит осевой поток. Средние по поперечному сечению на участке от конца лопа-

- с лучком труб ■ с цилиндрической трубой

0.4 0.6 г, м

I

08

Рис. 12. Профиль тангенциальной составляющей скорости в двумерной задаче для моделей с пучком труб и одной большой цилиндрической трубой

сти мешалки до теплообменника осевая и радиальная составляющие скорости между 2 и 3 мешалками в этом варианте представлены на рис.14. По ним была определена траектория движения частиц (рис.15), видно, что частица достигает

I диаметр капель 3 мм О ■ О О ди.чметр капель а мм

3.2-1

г 2.4-1

1.6

1.2

-Ф радиальная составляющая скорости —4 осевая составляющая скорости

Рис, 13. Распределение температуры поверхности сферической частицы во времени

-10 12 скорость, м/с

Рнс.14. Средние по поперечному сеченио на участке от конца лопасти мешалки до теплообменника осевая и радиальная составляющие скорости между 2 и 3 мешалками в варианте 7

теплообменные трубы на высоте 2,215 м, за время 1,7 с (рис.16). Т.о., в этом варианте успеют охладиться капли диаметром до 5 мм. Кроме того, предлагаемый

2.2-

2-

51.8

1.6-

1.4-

-0.1

0.1

время, с

Рис. 16. Время движения частиц по высоте аппарата в варианте 7

-|-!-1-

-0.05 0 0.05 радиус аппарата, м Рис. 15. Траектория движения частиц от места ввода катализатора до теплсобмениых труб в варианте 7

вариант дает сокращение мощности, затрачиваемой на перемешивание, на 16 %, по сравнению с промышленным вариантом, а также увеличение диссипации кинетической энергии в месте ввода катализатора на 50 %, что в свою очередь приводит к уменьшению диаметра капель на 15%.

Эффективность результатов работы подтверждается «Актом о промышленном использовании результатов моделирования», приведенным в приложении диссертации.

В заключении сформулированы основные выводы работы. Диссертация заканчивается списком использованных источников и приложением.

Основные результаты и выводы:

1. Определены модели турбулентности и их параметры, обеспечивающие адекватное описание поля скорости в аппаратах с быстроходными мешалками следующих типов: шестилопастной мешалкой с лопатками, наклоненными под углом 45° предлагается использовать realizable k-e модель турбулентности с измененным от стандартного значения параметром С2е = 2,3; шестилопастной стандартной открытой турбинной мешалкой - стандартную k-Е модель турбулентности.

2. Определена автомодельная область приведенных составляющих скорости по отношению к числу Re„ для аппаратов со стандартной (одно- и многоярусной) открытой турбинной мешалкой с симплексом D„/dM =3-г7, которая наступает при выполнении условия ReB > 200000(dM/D? )U8.

3. Показано, что измените расстояний между мешалками и их диаметра, приводит к существенном)' изменению поля скорости и величины скорости диссипации кинетической энергии, что позволяет влиять на размер дисперсной фазы.

4. Предложено соотношение для определения критерия мощности для аппаратов с двухъярусной стандартной открытой шестилопастной турбинной мешалкой и четырьмя отражательными перегородками, в зависимости от диаметра мешалок и расстояния между ними.

5. Предложено изменение конструкции перемешивающего устройства реактора-полимеризатора синтеза БК, заключающееся в изменении угла наклона лопастей 2 и 5 мешалок на 10° и сближения 3 и 4 мешалок, для увеличения времени его пробега.

Список условных обозначений: U, V, W - радиальная, тангенциальная и осевая составляющие скорости, соответственно, г, 9, z - координаты, р.м, Цт -динамический коэффициент молекулярной и турбулентной вязкости, соответственно, р - давление; р - плотность жидкости, Du - диаметр аппарата, dM -диаметр мешалки, N - частота вращения мешалки, Кец = pNd^/jO. - центробежный критерий Рейпольдса, М - крутящий момент на лопастях мешалки, М - момент сопротивления корпуса аппарата, е - скорость диссипации кинетической энергии, Va - объем аппарата, - критерии мощности, Р -мощность, Сд_,, С„_, - расстояние от дна до нижней мешалки и от верхней мешалки до крышки, соответственно, в аппаратах с многоярусными мешалками, C;_j - расстояние между i и j мешалками в аппарате с многоярусными мешалками, Nu = а ■ d.y^ - критерий Нуссельта, а - коэффициент теплоотдачи от

/

крошки полимера к среде, d, - диаметр частицы (крошки) полимера, ,\ср - коэффициент теплопроводности среды.

Основные результаты работы представлены в следующих публикациях:

1. Минибаева, JI.P. Численное моделирование гидродинамической структуры потока в аппарате с перемешивающими устройствами / JI.P. Минибаева, А.Г. Мухаметзянова, A.B. Кпинов // Вестник Казанского технологического университета,- 2008. - №6. - 4.1. - С.191 -198.

2. Клинов, A.B. Расчет гидродинамики в реакторе-полимеризаторе для синтеза буталкаучука / A.B. Клинов, А.Г. Мухаметзянова, A.B. Малыгин, Л.Р. Минибаева // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2009. - №12. -С.З - 6.

Klinov, A.V. Analysis of the hydrodynamics in a polymerizing reactor for the synthesis of butyl rubber / A.V. Klinov, A.G. Mukhametzyanova, A.V. Malygin, L.R. Minibaeva // Chemical and Petroleum Engineering, - New York. - 2009. - Vol.45. -№ 11-12.-P.735-740.

3. Минибаева, Л.Р. Модели турбулентности для адекватного описания поля скорости в аппаратах с перемешивающими устройствами / Л.Р. Минибаева, А.Г. Мухаметзянова, A.B. Клинов // Вестник Казанского технологического университета,- 2010. - №9. - С.469 - 477.

4. Минибаева, Л.Р. О влиянии конструкции перемешивающего устройства на характеристики потока в аппаратах с многоярусными мешалками/ Л.Р. Минибаева, А.Г. Мухаметзянова, A.B. Клинов // Вестник Казанского технологического университета.- 2010. -№11.- С.201 - 210.

5. Минибаева, Л.Р. Модели турбулентности для расчета аппаратов с перемешивающими устройствами на основе вычислительной гидродинамики / Л.Р. Минибаева, А.Г. Мухаметзянова, A.B. Кликов // Материалы докладов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы механики, математики, информатики». - Пермь, 2010. -С. 146.

Соискатель

Заказ № /¿Tf

Офсетная лаборатория КГТУ 420015, г. Казань, ул. Карла Маркса, д.68

Л.Р. Минибаева

Тираж 100 экз.

Условные обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Методы исследования гидродинамики в аппаратах с быстроходными мешалками

1.1 Экспериментальные методы

1.2 Полуэмпирические методы

1.3 Методы вычислительной гидродинамики 19 Выводы по главе

Глава 2. Расчет поля скорости в аппаратах с одной быстроходной мешалкой на валу

2.1 Математическая модель движения жидкости. Модели турбулентности

2.2 Постановка граничных условий и сходимость решения

2.3 Поле скорости и гидродинамические характеристики

2.3.1 Аппарат с шестилопастной мешалкой с наклонными под углом 45° лопатками

2.3.2 Аппарат с шестилопастной стандартной открытой турбинной мешалкой 57 Выводы по главе

Глава 3. Некоторые закономерности поведения гидродинамических характеристик в аппаратах с двухъярусными турбинными мешалками в зависимости от геометрии перемешивающего устройства

3.1 Поле скорости

3.2 Критерий мощности

3.3 Скорость диссипации кинетической энергии 78 Выводы по главе

Глава 4. Гидродинамика в реакторе-полимеризаторе получения бутилкаучука

4.1 Особенности протекания реакции полимеризации бутилкаучука

4.2 Модель реактора-полимеризатора

4.3 Вариант реконструкции перемешивающего устройства в реакторе-полимеризаторе 88 Выводы по главе 4 99 Основные результаты и выводы 101 Список использованных источников 102 Приложение

Условные обозначения и сокращения:

БК - бутилкаучук

LDV - Лазерно-доплеровский измеритель скорости (Laser Doppler Velocimetry) ЛДА (LDA) - Лазерно-доплеровский анемометр (Laser Doppler Anemometer) ВГД (CFD) - вычислительная гидродинамика (Computational Fluid Dynamics) MCO (MRF) - множественная система отсчета (Multiple Reference Frame) Da - диаметр аппарата, м R - радиус аппарата, м

Н - высота аппарата и уровень жидкости в аппарате, м dM - диаметр мешалки, м dMB - внутренний диаметр открытой турбинной мешалки, м гм - радиус мешалки, м Ьл - высота (ширина) лопасти мешалки, м 1Л - длина лопасти мешалки, м sa - толщина диска открытой турбинной мешалки, м - диаметр диска открытой турбшшой мешалки, м s4 - толщина лопасти мешалки, м Ф - угол наклона лопасти мешалки dc - диаметр ступицы, м hc - высота ступицы, м dB - диаметр вала, м

N - частота вращения мешалки, об/с или об/мин

Re = -—- - центробежный критерий Рейнольдса р - плотность среды, кг/м ц. - динамический коэффициент вязкости среды, Па • с им =согм - максимальная скорость на концах лопасти мешалки, м/с со = 2rcN - угловая скорость, рад/с

С - расстояние от днища до мешалки в аппаратах с одной мешалкой на валу, м Сд, - расстояние от днища до мешалки №1 в аппаратах с многоярусными мешалками, м

Сн - расстояние между I и } мешалками в аппаратах с многоярусными мешалками, м

Спк - расстояние от последней мешалки № п до крышки аппарата в аппаратах с многоярусными мешалками, м

Мкр - крутящий момент на лопастях мешалки, Н • м

Мкорп - момент сопротивления корпуса аппарата, Н • м пл - число лопастей мешалок пп - число отражательных перегородок \уп - ширина отражательной перегородки, м бп - толщина отражательной перегородки, м е - скорость диссипации кинетической энергии, м2/с3 к - кинетическая энергия турбулентности, м2/с

ЮООег е0 =-г—— — приведенная скорость диссипации кинетическои энергии

- осевая составляющая скорости, м/с и-радиальная составляющая скорости, м/с V - тангенциальная составляющая скорости, м/с )1М - динамический коэффициент молекулярной вязкости, Па • с цт - динамический коэффициент турбулентной вязкости, Па • с

- критерий мощности

Р — мощность, потребляемая на перемешивание, Вт

Кд - критерий подачи (или коэффициент насосного эффекта)

С1с, С2с, Сц, сге, сгк - параметры к-е моделей турбулентности N11 = - критерий Нуссельта

А-Ср - коэффициент теплопроводности среды, М а - коэффициент теплоотдачи от крошки полимера к среде, с1ч - диаметр частицы полимера, м

Актуальность работы

Аппараты с перемешивающими устройствами находят широкое применение в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической и других смежных отраслях промышленности, т.к. обеспечивают высокую однородность полей концентрации и температуры во всем объеме аппарата, а также области с большими значениями скорости диссипации кинетической энергии, что способствует повышению эффективности процесса диспергирования.

Существующие полуэмпирические методы расчета аппаратов с перемешивающими устройствами качественно описывают характер распределения скоростей на основе упрощенных моделей, в которых заложено постоянство составляющих скорости по высоте аппарата, что в.большинстве случаев является грубым приближением. Эти методы позволяют определять только осреднен-ные гидродинамические характеристики потока. Однако для моделирования определяющее значение имеют локальные характеристики течения, которые невозможно получить интегральными методами расчета. Так, например, в процессе получения бутилкаучука в реакторе-полимеризаторе с шестиярусной быстроходной мешалкой зарождение полимера происходит мгновенно на расстоянии от 1 до 10 см от места ввода катализатора, в то время как диаметр аппарата равен двум метрам. При получении бутилкаучука в суспензии обязательным условием являются низкие температуры полимеризации - от минус 85°С до минус 95°С. Температура стеклования бутилкаучука минус 69°С, и при повышении температуры реакционной массы полимер переходит из застеклованного состояния в высокоэластическое, что приводит к налипанию его на элементы реактора-полимеризатора. Возможный путь решения данной проблемы видится в изменении локальной структуры потока в месте ввода катализатора.

В этой связи актуальным является разработка методики расчета аппаратов с перемешивающими устройствами на основе численного решение системы дифференциальных уравнений переноса субстанций, позволяющей: получать локальные гидродинамические характеристики.

Предметом! исследования являются поле скорости и гидродинамические характеристики (критерии мощности и подачщ скорость диссипации кинетической энергии) в аппаратах с различными быстроходными перемешивающими устройствами, которые выступают объектомшсследования;

Цель.работы. Разработка методики расчета поля скорости в! аппаратах с быстроходными многоярусными мешалками для реконструкции перемешивающего устройства в реакторе-полимеризаторе полученияБК с целью увеличения времени его пробега. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1) анализ адекватности описания1 поля скорости в аппаратах с быстроходными перемешивающими устройствами, на основе различных моделей; турбулентности;

2) исследование влияния конструкции перемешивающего- устройства на поле скорости и гидродинамические характеристики;

3) разработка варианта конструкции перемешивающего устройства и определение места ввода катализатора, позволяющего снизить налипание реакционной массы на теплообменные элементы.

Методы исследования. Поставленные задачи связаны с численным решением, системы дифференциальных уравнений сохранения массы - т переноса импульса с использованием метода контрольного объема. Для замыкания этойI системы использовалось семейство к-е моделей турбулентности.

Достоверность подтверждается сравнением полученных в работе результатов по полю скорости, критериям мощности и: подачи в аппаратах с.быстроходными мешалками с экспериментальными данными, известными в научной и справочной литературе, а также сравнением результатов с данными: промышленных испытаний.

Научная новизна:

1) Определены модели турбулентности и их параметры, обеспечивающие адекватное описание поля скорости в аппаратах с шестилопаст-ной открытой турбинной мешалкой и шестилопастной мешалкой с наклонными под углом 45° лопатками.

2) Определена автомодельная область для полей приведенных составляющих скорости по отношению к центробежному критерию Рей-нольдса Ыец для разных отношений диаметра мешалки к диаметру аппарата с!м/Оа.

3) Предложено аналитическое выражение для определения критерия мощности в аппаратах с двухъярусными открытыми турбинными мешалками в зависимости от расстояния между мешалками и их диаметра.

4) Определены зависимости влияния взаимного расположения мешалок на валу на поле скорости и величину скорости диссипации кинетической энергии.

Практическая значимость.

1. Разработанная методика позволяет рассчитывать гидродинамические характеристики в аппаратах с быстроходными мешалками в зависимости от конструкции и размеров перемешивающих устройств.

2. На основе разработанной методики предложен вариант изменения конструкции шестиярусной мешалки в реакторе-полимеризаторе получения БК на заводе «Бутилкаучук» ОАО «Нижнекамскнефтехим», заключающийся в изменении угла наклона лопастей второй мешалки на 10°, который позволил:

- увеличить время движения крошки полимера до теплообменных элементов, что в свою очередь приводит к увеличению доли полимера, охлажденного ниже температуры стеклования;

- сократить величину мощности затрачиваемой на перемешивание на 16%;

- для выбора места ввода катализаторного раствора определить область с высоким значением скорости диссипации кинетической энергии, что в свою очередь привело» к уменьшению диаметра наибольших капель на 10%, и соответственно, увеличению поверхности теплообмена на 10,4%;

В результате изменения гидродинамической обстановки в'месте ввода катализатора привели к частичному уменьшению налипаний полимеризационной среды на перемешивающее и внутренние теплообменные устройства и увеличили время пробега реактора.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Методика расчета аппаратов с перемешивающими устройствами с использованием комплекса вычислительной гидродинамики.

2. Влияние конструкции перемешивающего устройства на гидродинамику в аппаратах с многоярусными мешалками.

3. На основе численного эксперимента решена прикладная задача: вариант реконструкции шестиярусной мешалки в реакторе-полимеризаторе синтеза бутилкаучука.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы механики, математики, информатики» (г. Пермь, 2010), также ежегодных научных сессиях Казанского государственного технологического университета, 2008 - 2011 гг.

Публикации работы. Основное содержание работы отражено в 5 опубликованных печатных трудах, в том числе 4 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 82 наименований, а также 1 приложения. Работа изложена на 111 страницах машинописного текста, включающего 7 таблиц, 42 рисунка.

Основные результаты и выводы

1. Определены модели турбулентности и их параметры, обеспечивающие адекватное описание поля скорости в аппаратах с быстроходными мешалками следующих типов: шестилопастной мешалкой с лопатками, наклоненными под углом 45° предлагается использовать realizable k-s модель турбулентности с измененным от стандартного значения параметром С2е =2,3; шестилопастной стандартной открытой турбинной мешалкой - стандартную k-в модель турбулентности.

2. Определена автомодельная область приведенных составляющих скорости по отношению к числу Reu для аппаратов со стандартной (одно- и многоярусной) открытой турбинной мешалкой с симплексом Da/dM =Зч-7, ко1 торая наступает при выполнении условия Reu > 200000(dM/Da).

3. Показано, что изменение расстояний между мешалками и их диаметра, приводит к существенному изменению поля скорости и величины скорости диссипации кинетической энергии, что позволяет влиять на размер дисперсной фазы.

4. Предложено соотношение для определения критерия мощности для аппаратов с двухъярусной стандартной открытой шестилопастной турбинной мешалкой и четырьмя отражательными перегородками, в зависимости от диаметра мешалок и расстояния между ними.

5. Предложено изменение конструкции перемешивающего устройства реактора-полимеризатора синтеза БК, заключающееся в изменении угла наклона лопастей мешалок №2 и №5 на 10° и сближения мешалок №3 и №4, для увеличения времени его пробега.

1. Белоусов, П.Я. Измерение поля скорости потоков / П.Я. Белоусов, Ю.Н. Дуб-нищев, И.Г. Пальчикова // Автометрия. 1982. - №3. - С. 34 - 38.

2. S. Nagata. Mixing: Principle and Applications. New York. John Wiley & Sons, 1975. - 405p.

3. Günkel, A.A. Flow Phenomena in Stirred Tanks: I. The Impeller Stream / A.A. Günkel and M.E. Weber // AIChE Journal. 1975. - V.21. - P. 931 - 948.

4. Van't Riet, К. The Behavior of Gas-Liquid Mixtures Near Rushton Turbine Blades /К. Van't Riet and J.M. Smith //Chem. Eng. Sei. 1973. - V.28. - P. 1031 - 1037.

5. Van't Riet, К. The Trailing Vortex System Produced by Rushton Turbine Agitators / K. Van't Riet and J.M. Smith // Chem. Eng. Sei. 1975. - V.30. - P. 1093 - 1105.

6. Van't Riet, К. Real and Pseudo-Turbulence in the Discharge Stream from a Rush-ton Turbine/ K. Van't Riet and J.M. Smith // Chem. Eng. Sei. V.31. - P. 407 - 412.

7. Yianneskis, M. An Experimental Study of the Steady and Unsteady Flow Characteristics of Stirred Reactors / M. Yianneskis, Z. Popiolek and J.H. Whitelaw // J. Fluid Mech. 1987. - V.175. - P. 537 - 555.

8. Calabrese, R.V. Flow in the Impeller Region of a Stirred Tank / R.V. Calabrese and C.M. Stoots // Chem. Engng. Progr. 1989. - V.85 - №5. - P. 43 - 50.

9. Stoots, C.M. The Flow Field Relative to a Stirred Tank Turbine Blade/ C.M. Stoots and R.V. Calabrese // Procs. AIChE Annual Meeting, San Francisco, CA. November 1989. - paper No.l66 Aba.

10. Stoots, C.M. Mean Velocity Field Relative to a Rushton Turbine Blade / C.M. Stoots and R.V. Calabrese // AIChE Journal. 1995. - V.41. - №1. - P. 1-11.

11. Dyster, K.N. An LDA Study of the Radial Discharge Velocities Generated by a Rushton Turbine: Newtonian Fluids, Re>5 / K.N. Dyster, E. Koutsakos, Z. Jaworski and A.W. Nienow // Trans. IChemE 1993. - V.71(A). - P. 11-23.

12. Lusseyran, F. Experimental Determination of the Complete Reynolds Stress Tensor in Fluid Agitated by a Rushton Turbine / F. Lusseyran, M. Mahouast and J. Mallet // IChemE Symp. Ser. 1994 - V.136 - P. 399 - 406.

13. Kemoun, A. Experimental Determination of the Complete Reynolds Stress Tensor in Fluid Agitated by a Rushton Turbine / A. Kemoun, F. Lusseyran, M. Mahouast and J. Mallet // IChemE Symp. Ser. 1994. - V. 136. - P. 399 - 406.

14. Hockey, R.M. Flow Visualization of Newtonian and Non-Newtonian Fluids in a Stirred Reactor / R.M. Hockey, J.M. Nouri and F. Pinho // 5thInt. Symp. on Flow Visualisation, R. Reznicek (ed.), Hemisphere McGraw-Hill, New York. - 1990. -P. 976 - 987

15. Wu, H. Laser-Doppler Measurements of Turbulent-Flow Parameters in a Stirred Mixer / H. Wu and G.K. Patterson // Chem. Eng. Sei. 1989. - V.44. - P. 2207 -2221.

16. Ranade, V.V. Flow generated by a disc turbine: Part 1 Experimental / V.V. Ranade and J.B. Joshi // Trans IChemE. 1990. - V.68. - part A. - P. 19 - 33.

17. Rutherford, K. Hydrodynamic Characteristics of Dual Rushton Impeller Stirred Vessels/ K. Rutherford, K.C. Lee, S.M.S. Mahmoudi and M. Yianneskis // AIChE Journal. 1996. - V.42 - №2. - P. 332 - 346.

18. J.Y. Oldshue. Fluid Mixing Technology. New York. McGraw-Hill Publications Co., 1984. - 574p.

19. Ranade, V.V. Flow generated by pitched blade turbines 1: measurements using laser Doppler anemometer / V.V. Ranade and J.B. Joshi // Chem.Eng.Comm. 1989. -V.81. - P. 197 -224.

20. Kresta, S.M. The Flow Field Produced by a Pitched Blade Turbine: Characterization of Turbulence and Estimation of the Dissipation Rate/ S.M. Kresta and P.E. Wood // Chem. Eng. Sci. 1993. - V.48. - P. 1761 - 1774.

21. Kresta, S.M. The Mean Flow Field Produced by a 45° Pitched Blade Turbine: Changes in the Circulation Pattern Due to Off Bottom Clearance/ S.M. Kresta and P.E. Wood// Can. J. Chem. Eng. 1993. - V.71. - P. 42 - 53.

22. Baklcer, A. The Laminar and Turbulent Flow Pattern of a Pitched Blade Turbine / A. Bakker, K.J. Myers, R.W. Ward and C.K. Lee // Trans. IchemE. 1996. - 74(A). -P. 485-491.

23. Брагинский, JI.H. Перемешивание в жидких средах / Брагинский JI.H., Бега-чев В.И., В.М. Барабаш. Л.: Химия, 1984. - 336с.

24. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты-с мешалками / Ф. Стренк. Л.: Химия, 1975. - 384с.

25. Холланд, Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов / Ф. Холланд, Ф. Чапман. М.: Химия, 1974. - 208с.

26. Harvey, P.S. Turbulent Flow in Agitated Vessel / P.S. Harvey and M.Greaves // Trans IChemE. 1982 - V.60. - P. 195 - 210.

27. Pericleous, K.A. The Modelling of Tangential and Axial Agitators in Chemical Reactors / K.A. Pericleous and M.K. Patel // PhysicoChemical Hydrodynamics. V.8 -№2.-1987.-P. 105 - 123.

28. Placek, J. Turbulent Flow in Stirred Tanks, II: A Two-Scale Model of Turbulence / J. Placek, L.L. Tavlarides, G.W. Smith and I. Fort// AIChE Journal. 1986. - V.32 -№11.-P. 1771 - 1786.

29. Placek, J. Turbulent Flow in Stirred Tanks, I: Turbulent Flow in the Turbine Impeller Region / J. Placek and L.L. Tavlarides // AIChE Journal. 1985. - V.31. - №7. -P. 1113-1120.

30. Middleton, J.C. Computation of Flow Fields and Complex Reaction Yield in Turbulent Stirred Reactors and Comparison with Experimental Data / J.C. Middleton, F. Pierce and P.M. Lynch// Chem. Eng. Res. Des. 1986. - V.64. - P. 18 - 22.

31. Gosman, A.D. Multidimensional Modelling of Turbulent Two-Phase Flow in Stirred Vessels / A.D.' Gosman, R.I. Issa, C. Lekalcou, M^K. Looney and S. Politis // AIChE Journal. 1992. - V.38. - P. 1946 - 1956.

32. Fokema-, M.D. Importance of Using the Correct Impeller Boundary Conditions for CFD Simulations of Stirred Tanks / M.D. Fokema, S.M. Kresta and P.E. Wood*// Canadian Journal of Chem. Engng: 1994. - V.72. - P. 177 - 183.

33. Ranade, V.V. Flow Generated by a Disc Turbine: Part II. Mathematical Modelling and Comparison with Experimental Data / V.V. Ranade and J.B. Joshi // Trans. IChemE. 1990. - V.68A. - P. 34 - 50.

34. Ranade, V.V. Flow Generated by Pitched Blade Turbines II: Simulation Using k-8 Model / V.V. Ranade, J.B. Joshi and A.G. Marathe // Chem. Eng. Comm. - 1989. -V.81.-P. 225 -248.

35. Weetman, R.J. Development of Transitional Flow Mixing Impeller / R.J. Weetman // Procs. 7th European Congress on Mixing, Bruges, Belgium. 1991. -V.l.-P. 25 -32.

36. Hutchings, B.J. Computation of Flow Fields in Mixing Tanks with Experimental Verification / B.J. Hutchings, R.J. Weetman, B.R. Patel // ASME Annual Meeting, San Francisco, USA. 1989. - Paper TN-481.

37. Xu, Y. CFD Predictions of Stirred Tank Flows / Y. Xu and G. McGrath // Trans. IchemE. 1996. - V.74A. - P. 471 - 475.

38. Kolar, V. The Swirling Radial Jet / V. Kolar, P. Filip and G. Curev // Appl. Sei. Res. 1982. - V.39. - P. 329 - 335.

39. Kresta, S.M. Prediction of the Three-Dimensional Turbulent Flow in Stirred Tanks / S.M. Kresta and,P.E. Wood // AIChE Journal. 1991. - V.37. - №3. - P. 448 -460.

40. Takeda, H. Numerical Simulation of Mixing Flows in Agitated Vessels with Impellers and Baffles / H. Takeda, K. Narasaki, H. Kitajima, S. Sudoh, M. Onofiisa and S. Iguchi // Computers & Fluids. 1993. - V.22 - P. 223 - 228.

41. Luo, J.Y. Full Flow Field Computation of Mixing in Baffled Stirred Vessels / J.Y. Luo, A.D. Gosman, R.I. Issa, J.C. Middleton and M.K. Fitzgerald // Trans. IChemE. 1993. - V.71A. - P. 342 - 344.

42. Luo, J.Y. Full Field Computation of Mixing in Baffled Stirred Vessels / J.Y. Luo, A.D. Gosman, R.I. Issa, J.C. Middleton, M.K. Fitzgerald // Proceedings of the Institution of Chemical Engineers Research Event 1993, Birmingham, UK.

43. Bode, J. Computational Fluid Dynamics Applications in the Chemical Industry / J. Bode // Computers Chem. Engng. 1994. - V. 18. - P. 247 - 251.

44. Perng, C.Y. A Moving-Deforming Mesh Technique for Simulation of Flow in Mixing Tanks / C.Y. Perng and J.Y. Murthy // AIChE Symp. Ser. 1993. -V.89(293). - P. 37-41.

45. Murthy, J.Y. CFD Simulation of Flows in Stirred Tank Reactors Using a Sliding Mesh Technique / J.Y. Murthy, S.R. Mathur and D. Choudhury // IChemE Symp. Ser. 1994. - V.136. - P. 341 -348.

46. Daskopoulos, Ph. Three-Dimensional CFD Simulations of Turbulent Flow in Baffled Stirred Tanks: an Assessment of the Current Position / Ph. Daskopoulos and C.K. Harris // IChemE Symp. Ser. 1996. - V.140. - P. 1 - 13.

47. Brucato, A. Complete Numerical Simulation of Flow Fields in Baffled Stirred Vessels: The Inner-Outer Approach / A. Brucato, M. Ciofalo, F. Grisafi and G. Micale // IChemE Symp. Ser. 1994. - V.136. - P. 155 - 162.

48. Bakker, A. Sliding Mesh Simulation of Laminar Flow in Stirred Reactors / A. Bakker, R.D. Laroche, M.H. Wang and R.V. Calabrese // Trans. IchemE. 1997.- V.75A. P. 42-44.

49. Ng, K. Assessment of Sliding Mesh CFD Predictions and LDA Measurements of the Flow in a Tank Stirred by a Rushton Impeller / K. Ng, N.J. Fentiman, K.C. Lee and M. Yianneskis // Chem. Eng. Res. Des. 1998. - V.76. - P. 737 - 747.

50. Tabor, G. Numerical Simulation of the Flow in a Mixing Vessel Stirred by a Rushton Turbine / G. Tabor, A.D. Gosman and R. Issa // IChemE Symp. Ser. 1996. -V.140.-P. 25 -34.

51. Luo, J.Y. Prediction of Impeller-Induced Flows in Mixing Vessels Using Multiple Frames of Reference / J.Y. Luo, R.I. Issa and A.D. Gosman // IChemE Symp. Ser. -1994.-V.136.-P. 549-556.

52. Lee, K.C. Sliding Mesh Predictions of the Flow around Rushton Impellers / K.C. Lee, K. Ng and M. Yianneskis // IChemE Symp. Ser. 1996. - V.140. - P. 47 -58.

53. Ranade, V.V. Computational Snapshot of Flow Generated by Axial Impellers in Baffled Stirred Vessels / V.V. Ranade and S.M.S. Dommeti // Trans. IchemE. 1996.- V.74A. P. 476-484.

54. Ranade, V.V. An Efficient Computational Model for Simulating Flow in Stirred Vessels: A Case of Rushton Turbine / V.V. Ranade // Chem. Eng. Sei. 1997. -V.52. - №24. - P. 4473 - 4484.

55. Harvey, A.D. Steady-State Modelling and Experimental Measurement of a Baffled Pitched-Blade Impeller Stirred Tanks / A.D. Harvey, C.K. Lee and S.E. Rogers // AIChE Journal. 1995. -V.41. - P. 2177 - 2186.

56. Harvey, A.D. Steady and Unsteady Computation of Impeller.Stirred Reactors / A.D. Harvey and S.E. Rogers // AIChE Journal. 1996. - V.42 - №10. - P. 2701 -2712.

57. Harvey, A.D. Experimental and Computational Study of Multiple Impeller Flows / A.D. Harvey, S.P. Wood and D.E. Leng // Chem. Eng. Sci. 1997. - V.52. - №9. - P. 1479- 1491.

58. G. Micale. CFD Prediction of Turbulent Flow and Mixing in> Stirred Vessels: Single- and-Two-Phase Flow / Micale G., Montante G., Grisafi F., Brucato A., Ciofalo M. Italy. European thematic network "MIXNET", 2001.- 165 p.

59. Vivek V. Ranade. Computational flow modeling for chemical reactor engineering. London. Academic Press, 2002. - 452 p.

60. Kukukova,A. CFD prediction of flow and homogenization in a stirred vessel: part I Vessel with one and two impellers / A. Kukukova, M. Mostek, M. Jahoda, V. Machon. // Chem.Eng.Technol. 2005. - V.28. - №10. - P. 1125 - 1133.

61. Mostek, M. CFD prediction of flow and homogenization in a stirred vessel: part I Vessel with three and four impellers / M. Mostek, A. Kukukova, M. Jahoda, V. Machon. // Chem.Eng.Technol. 2005. - V.28. - №10. - P. 1134 - 1143.

62. Harris, C.K. Computational fluid dynamics for chemical reactor engineering / C.K. Harris, D. Roekaerts, F.J.J. Rosendal, F.G.J. Buitendijk, P.H. Daskopoulas, A.J.N. Vreenegoor and H. Wang // Chem. Eng. Sci. 1996. - V.51. - P. 1569 - 1594.

63. Marshall, E., Haidari, A. and Subbiah, S./ Presented at AIChE Annual Meeting, Chicago, November 1996.

64. Derksen, H.E.A. Large eddy simulations on the flow driven by a Rushton turbine / Derksen and van den Akker, H.E.A. // AIChE J. 1999. - V.45. - P. 209 - 221.

65. Brucato, A. Numerical prediction of flow fields in baffled stirred vessels: A comparison of alternative modeling approaches / A. Brucato, M. Ciofalo, F. Grisafi, G. Micale // Chem. Eng. Sci. 1998. - V.53. - P. 3653 - 3684.

66. Wechsler, К. Steady and unsteady computations of turbulent flows induced by a 4/45° pitched blade impeller / K. Wechsler, M. Breuer, F. Durst // Journal of Fluids Engineering.- 1999.-V.121. -№2. -P. 318-329.

67. Sommerfeld, M. State of the art of future trends in CFD simulation of stirred vessel hydrodynamics / M. Sommerfeld, S. Decker // Chem.Eng.Technol. 2004. -V.27.-№3.- P. 215-224.

68. Мазо, А.Б. Гидродинамика / А.Б. Мазо, K.A. Поташев Казань.: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2008. - 126с.

69. FLUENT 6.3. Documentation. Canonsburg. USA. Fluent Inc. 2006.

70. Мазо, А.Б. Моделирование турбулентных течений несжимаемой жидкости /

71. A.Б. Мазо Казань.: Изд-во Казан, гос. ун-та, 2007. - 106с.

72. Сангалов, Ю.А. Полимеры и сополимеры изобутилена: Фундаментальные проблемы и прикладные аспекты / Ю.А. Сангалов, К.С. Минскер. Уфа: Гилем, 2001.-384с.

73. Иоффе, И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов / И.Л. Иоффе. Л.: Химия, 1991. - 352 е., ил.

74. Брагинский, Л.Н. О дроблении капель при механическом перемешивании в отсутствии коалесценции / Л.Н. Брагинский, М.А. Белевицкая // ТОХТ. -Т.24. №4. - 1990. - С. 509 - 515.

75. Кутателадзе, С.С. Справочник по теплопередаче / С.С. Кутателадзе,

76. B.М. Боришанский М.: Госэнергоиздат, 1958. - 418 с.

77. Лыков, A.B. Теория теплопроводности / Лыков, A.B. М.: Высшая школа, 1967.-600с.1. О ПРОМЫШЛЕННОМ использовл

78. УТВЕРЖДАЮ» . Директор завода «БК» ОмА«Ниэгаекадескнефтехим>> /йу\ \ «йШажнекамскш/ \oSJf / О.Н. Нестеров2010 г1. ЕЛИРОВАНИЯ

79. РЕАКТОРА ПОЛИМЕРИЗАТОРА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В ПРОЦЕССЕ СИНТЕЗА БУТИЛКАУЧУКА НА ЗАВОДЕ «БК» ОАО «НИЖНЕКАМСКНЕФТЕХИМ»

80. Использование полученных результатов моделирования позволило существенно повысить однородность каучука по составу и уменьшить налипание полимера на элементы оборудования, что соотве емя пробега реактора.1. Начальник ПТО1. Р.Х. Хабибуллин

81. Главный инженер завода «БК»1. В.Н. Гавриков