автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Интенсификация процессов диспергирования-разделения гетерогенных систем в аппарате дезинтеграторного типа

Введение

1. Современное состояние теории и практики диспергирования материалов в жидкости.

1.1 .Математические модели кинетики диспергирования.

1.2 .Методы расчета совмещенных процессов.

1.3. Анализ конструкций машин, используемых для измельчения материалов в жидкости

1 АПостановка задачи исследования.

2.Разработка математической модели совмещенных процессов.

2.1.Стохастическая модель процесса диспергирования.

2.2.Разработка математической модели процесса разделения систем в гидроциклоне.

2.2.1 .Методика расчета цилиндроконического гидроциклона.

2.3.Математическоя модель процесса обеззараживания сточных вод.

2.3.1.Реализация модели рождения и гибели микроорганизмов в комбинированном аппарате (дезинтеграторе) с помощью метода статистических испытаний.

2.4.Выводы по главе.

3.Разработка и исследование установки многофункционального действия 59 3.1.Описание экспериментальной установки.

3.2.Исследование дезинтегратора.

3.2.1.Гранулометрический состав измельченных материалов.

3.2.2 .Расчет производительности дезинтегратора.

3.2.3.Расчет скорости потока в зоне разгона дезинтегратора.

3.2.4.Исследование выходного патрубка дезинтегратора.

3.2.5.Расчет гидроциклона.

3.3.Выводы по главе.

4.Исследование процесса обеззараживания сточных вод.

4.1.Исследование процесса утилизации жидких отходов.

4.2. Исследование дезинтегратора при обработке сточных вод

4.2.1 .Исследование процесса обеззараживания сточных вод.

4.3.Использование процесса высокоскоростной обработки технологических жидкостей.

4.4.Выводы по главе.

Список использовавшихся источников

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Р - матрицы столбцы дисперсного состава обрабатываемого материала 1^(0) - матрица строка, соответствующая вероятностям начального состояния ¡^(п) - матрица строка, соответствующая грансоставу на п-ом шаге нагружений Щ) -случайная функция, характеризующая эволюцию размера частиц П&(т,п) - вероятность нахождения частицы в классе размеров Гк на п-ом шаге (нагружения), если на ш-ом шаге они находятся в классе размеров г,. рк(п) - абсолютная вероятность нахождения частиц дискретной системы в классе размеров к после п нагружений

Р(г,0с1г - вероятность нахождения произвольно выбранной частицы в момент времени I в кольцевом зазоре [г,г+Ф] е, Уг соответственно тангенциальная и радиальная составляющая скорости Уе(г), - функция, описывающая распределение тангенциальной составляющей скорости жидкой фазы по радиусу аппарата

Уг(г) - функция, описывающая распределение радиальной составляющей скорости жидкой фазы по радиусу аппарата ф) - случайная функция времени

Рт, Рж - соответственно плотности твердой фазы и жидкости ус, уж - соответственно кинематическая вязкость среды и жидкости А(г) и В (г) - соответственно средняя и случайная составляющая скорости жидкости

С, у-константы, зависящие от геометрических и расходных характеристик гидроциклона

8в унос твердой фазы с осветленным продуктом 5Н -унос твердой фазы со сгущенным продуктом Св - концентрация твердых частиц в жидкости

Сое - минимальная концентрация частиц твердого материала в жидкости 850 - медианный размер частиц твердой фазы

2общ - общая производительность по исходной суспензии Рвх - давление питания на входе в гидроциклон А - гидродинамический параметр процесса разделения D4,dex,de,dH,9, LH - геометрические размеры аппарата t-время

X(t) и ¡.i(t) - коэффициенты интенсивности рождения и гибели микроорганизмов х - текущий размер частиц Sya - удельная поверхность

Ц d - максимальный и минимальный диаметр установки ударных элементов h - высота (ширина) элемента С0р - угловая скорость вращения

Vom, У а- соответственно относительная и абсолютная скорость движения частицы по поверхности плоского ударного элемента ер- угол поворота плоского элемента

В настоящее время для производства дисперсных материалов с заданными свойствами применяют самые разнообразные машины. Среди них важное место занимают машины ударного принципа действия. Их достоинством является: компактность, низкая энерго - и металлоемкость, высокая энергонапряженность и т.п.

В связи с развитием предприятий малой и средней мощности, ориентированных на выпуске многоассортиментной продукции (порошков, паст, суспензий, эмульсий и т.д.) возникает необходимость в создании гибких технологий и оборудования для их реализации.

К наиболее универсальному и эффективному оборудованию, в котором можно перерабатывать суспензии и жидкофазные материалы, относятся машины дезинтеграторного типа.

Дезинтеграторы и гибкие дезинтеграторные технологии уже нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Сфера их использования неуклонно расширяется. Дезинтеграторы, как машины многофункционального назначения, все более активно применяют для интенсификации химических, тепло - и массообменных процессов в гетерогенных средах, совмещенных с диспергированием и активацией твердой фазы.

В настоящее время дезинтеграторные технологии весьма эффективно используют для переработки, утилизации промышленных отходов, сточных вод и шламов. При этом часто дезинтеграторы агрегируют с оборудованием для разделения дисперсных систем. В ряде отраслей промышленности для повышения эффективности процессов разделения с целью снижения энергозатрат на их проведение актуальным является получение жидкофазных материалов с узким гранулометрическим составом. В этой связи целесообразно создание машин многофункционального назначения типа дезинтегратор-гидроциклон. 7

Настоящая работа выполнялась в соответствии с планом основных научных направлений Ивановской государственной архитектурно -строительной академии /координационный план НИР РАН - теоретические основы химической технологии, разделы 2.22.1, 2.22.4.6/, постановлением правительства РФ № 1414 от 23.11 1996г.

Цель работы. Разработка теоретически обоснованных математических моделей диспергирования, разделения и обеззараживания гетерогенных систем, создание на их основе научно обоснованных методов расчета конструкций типа дезинтегратор - гидроциклон многофункционального назначения, внедрение результатов исследований в промышленность.

Научная новизна работы заключается в следующем: -разработаны математические модели процессов диспергирования и разделения гетерогенных систем в аппаратах типа дезинтегратор - гидроциклон с использованием теории марковских случайных процессов; -установлены закономерности диспергирования гетерогенных сред в зависимости от основных конструктивных параметров дезинтегратора; -разработана принципиально новая конструкция дезинтегратора -гидроциклона многофункционального назначения, отличающаяся от существующих машин высокой эффективностью измельчения, относительно малой металлоемкостью, экономичностью, защищенная патентом РФ; -выявлено влияние расчетных и конструктивных параметров на эффективность диспергирования и разделения гетерогенных систем твердое тело - жидкость в аппарате дезинтегратор - гидроциклон;

-разработан новый способ обеззараживания сточных вод с использованием дезинтеграторной технологии, основанный на использовании физических, физико-химических эффектов, которые возникают при высокоскоростной механической обработке. 8

Практическая ценность результатов работы.

1 .Разработана установка типа дезинтегратор-гидроциклон многофункционального назначения, предназначенная для обработки различных дисперсных систем: сыпучих материалов, суспензий, эмульсий.

2.Предложена инженерная методика расчета аппарата, основанная на стохастических моделях дезинтегрирования и разделения гетерогенных систем.

3.Впервые внедрена в промышленности установка дезинтеграторного типа предназначенная для утилизации сточных вод сельскохозяйственного производства.

4.Разработана технология обеззараживания сточных вод в аппарате ударного действия.

Автор защищает:

1 .Математические модели процессов диспергирования, обеззараживания и разделения гетерогенных систем в аппарате многофункционального назначения типа дезинтегратор-гидроциклон.

2.Конструкцию аппарата многофункционального назначения.

3.Результаты экспериментального исследования процессов диспергирования, разделения и обеззараживания при переработке дисперсных систем.

4. Технологию утилизации сточных вод, совмещенную с их обеззараживанием.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были доложены на международной научно-технической конференции "Информационная среда вуза" (Иваново 2001), на межвузовских научно-технических конференциях аспирантов (Иваново 1999), в сборнике трудов "Проблемы экогеоинформационных систем" (Иваново 2000,2001).

Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли отражение в 9 опубликованных работах и патенте РФ. 9

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов по работе, списка использованных источников из 168 наименований и приложения. Материалы диссертации изложены на 141 страницах машинописного текста, включая 34 рисунка и 6 таблиц.