автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Механизмы смешения сред в гидродинамике и тепломассообмене

Государственный научный центр РФ "Научно- исследовательский физико- химический институт ик. Л.Я.Карпова"

Р Г Б ОД

••>•• На правам рукописи

Мартынов Юрий Викторович

Механизмы смешения срэд в гидродинамике и тепломассообмене

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

Автореферат диссертации на соискания ученой степени доктора технических наук

Москва, 1996

Работа выполнена в Институте проблем механики РАН

Официальные оппоненты: Докт. техн. наук, проф. Л.П.Холпанов Докт. техн. наук, проф. С.П.Сергеев Докт. физико- матем. наук В.И.Найденов Ведущая организация - Московская государственная академия химического машиностроения (МГАХЮ

Защита состоится " 1996 года в часов

на заседании Специлизированного совета Д-138.02.05 по защите диссертаций, представленных на сосискание ученой степени доктора технических наук при Государственном научном центре РФ "Научно-исследовательском физико- химическом институте им. Л.Я.Карпова" по адресу: 103064, Москва, ул. Воронцово Поле, 10.

С диссртацией можно ознакомится в библиотеке института. Отзывы, заверенные печатью предприятия, просим направлять по указанному выше адресу.

Автореферат разослан " Л -Я ^995 г

Ученый секретарь Специализированного совета

к.ф.м.н.

А.В.Вязьмин

Общая характеристика работы уальность темы.

Смешение сред - один из наиболее распространненых процессов в гроде, в технике, в быту. Анализ процессов смешения чрезвычайно (ен для повышения эффективности технологических процессов или »борот для снижения негативных явлений в природе и техники.Процессы чиекия необходимы для осуществления целого ряда технологических >цессов; таких как кристаллизация, абсорбция,адсорбция, экстракция, гарка, проведение гомогенных и геторогенных химических реакций, 1ка и т.д.

В зависимости от требований к готовому продукту предъявляют ные требования к условиям перемешивания.

В процессах смешения выжным являются выбор механизма смешения тцествляющего перенос инградиентов (растворенных веществ,взвешенных тиц) и теплоты т?а расстояние порядков размеров аппарата, то есть анизма макросмещения сред. Выбор данного механизма макросмешения -еделяет структуру потока среды в аппарате. Однако во многих проие-х в локальном объеме аппарата создают особые условия, при которых ■емешиваемые среды подвергаются интенсивному воздействию или наобо-

менее интенсивному воздействию, чем в остальном объеме аппарата, есть в локальном объеме реализуют либо иной механизм смешения, чем »стальном объеме, либо в выделенном объеме создают дополнительное действие на среду. Смешение сред в локальном объеме будем называть росмешением.(Следует отметить,что под термином микросмешение часто разумевают смешение сред на уровне молекул или агломератов,размеры орых значительно меньше размеров микровихрей турбулентности. Но в ной работе не будут рассматриваться эффекты смешения на уровне екул). Подобные локальные зоны создаются в аппаратах, например, дробления капель, пузырьков, разрушения агломератов, истерания рдых частиц.

Выбор механизмов смешения, а следовательно и аппаратурного оформления зависит от многих параметров; параметров среды( вязкость плотность, наличие нескольких фаз, взрывоопасность и т.д.), энергети ческих затрат, времени проведения технологического процесса, температурного режима,давления,агресивности среды,производительности и т.

Выбор механизмов смешения осложнен большим разнообрази механизмов смешения как в макрообъеме, так и микрообъеме аппарата, также недостаточностью знанием особенностей этих механизмов смешения

Перечислим основные механизмы смешения формирующие структу потока во всем объеме смешения (во всем аппарате). Это следуют механизмы: 1) смешение с помощью механически перемешивающих рабоч органов; 2) смешение за счет движения стенок аппарата и при репленных к ним рабочих органов; 3) струйное смешение; 4) смешение счет особенностей физико- механических свойств смешиваемых сре например, за счет разностей плотностей фаз -барботажное перемешивани перемешивание за счет поверхностных сил- сил, возникающих из-за градиентов на поверхности поверхностно- активных веществ или температур перемешивание за счет объемных сил, вызванные элетрическими полями н среду с градиентом величины диэлектрической проницаемости;5)смешени за счет дождевого орошения; 6)смешение при перемещении в плотном ело жидких или газовых инградиентов под действием силы гравитации ил капилярно- пористого потенциала (.смешение с помощью фильтрации).

Механизмы смешения в локальном объеме создаются разным способами; 1) среда подается в зазор между движущимися (вращающимися с большой скоростью элементами аппарата: 2) среду пропускают чере узкое отверстие или щель с большой скоростью: 3) создают в облает вблизи механически движущихся органов- области с большими сдвиговым напряжениями (например система ротор - статор • в флотомашине): 4

дают в "объеме систему пронизывающих друг- друга, микроструй: 5) цают столкновение струйного течения с препятствием; 6) создают асти с повышенной или пониженной температурой; 7) создают области йбольшими скоростями и т.д.

} работы. Основная задача работы состоит в выявлении особенностей анизмов смешения для того,чтобы при разработки технологических про-:ов или оборудования можно было бы оптимальным образом подбирать эудование сочетающее смешение в макро- и микрообъемах при 4мально возможном потреблении энергии. В данной работе аедованы особенности механизмов макро- и микросмекения, их взаимное шие друг на друга и на основе полученных результатов рожаны рекомендации по использованию выявленных механизмов пения. По сути в данной работе предложено новое направление наследий, связанное с комплексным рассмотрением разных механизмов пения, их взаимодействием между собой,взаимодействием механизмов ю- и микросмешивания. На основе выявленных особенностей механизмов гения разработаны новые аппараты, большинство из которых успешно фены в промышленность, шая новизна.

гервые теоретически исследован процесс смешения в слое жидкости скачкообразном изменении характеристик движения подложек, (йдено точное аналитическое решение задачи о движении ламинарной [ки жидкости вдоль наклонной плоскости, состоящей из двух 'плоскостей, плотно состыкованных между собой, и движущимися с 1ыми скоростями перпендикулярно движению жидкости, акже найдено асимптотическое решение задачи о движении пленки ;ости по внутренней поверхности вертикальной трубы, состоящей из бесконечных труб, вращающихся с разными угловыми скоростями.

2.Исследован механизм смешения сред, обусловленный выпадением капе, жидкости на свободную поверхность слоя жидкости.

-Впервые теоретирчески исследовано возникновение механизма смешени. обусловленного тем, что плоский ламинарный слой жидкости проходит границу от неорошаемого участка к орошаемому.

- Впервые исследовано движение турбулентного взвесенесущего поток по наклонной плоскости, на свободную поверхность которого выпадаю капли жидкости. Найдено распределение твердых частиц поперек слоя, . также газовых пузырьков, проникающих в поток вместе с падающим каплями. Показано возможность увеличение взвесенесущей способност потока из-за наличия дополнительного механизма смешения возникающег из-за выпадения дождя.

- Впервые теоретически изучен процесс массообмена в турбулентном сл жидкости с орошением поверхности в виде дождевых капель Обнаружено, что интенсивность массообмена турбулентной пленки жидкости с газовым потоком возрастает в несколько раз.

3.Исследованы механизмы смешения в аппаратах с мешалками.

- Создана аналитическая модель течения жидкости в аппарате мешалкой, основанная на уравнениях Бельтрами -Громеки. -Исследован процесс растворения твердого вещества в вязких жидкостя в аппаратах с мешалкой для случая, когда основная масса веществ находится на дне.

-Исследован также процесс массопереноса в геторогенной среде аппарате с мешалкой. Впервые предложена теоретическая модель позволяющая объяснить известные экспериментальные данные о наличии качественно разных профилей концентрации твердых частиц по вертим в аппаратах с мешалками. Показано, что в аппарате конкурируют ; механизма переноса твердых частиц; диффузионный и конвекционнь

>ме того построенная модель впервые позволяет ¡считывать массообменный процесс для всех режимов суспендирования :тиц, то есть для случая,когда все твердые частицы находятся на дне [арата до случая когда все твердые частицы взвешенны в потоке. Ис~ |Дован также массообмен в аппарате, осложненный наличием объемной [ической реакции.

'оанализирован массообменный процесс в аппарате с мешалкой для чая когда протекает некаталитическая реакция. В предложенной рае впервые исследовано влияние полидисперсности твердых частиц, а же влияние изменения концентрации реагента в растворе в процессе кции на эффективность массообменного процесса, первые теоретически исследован массообменный процесс в аппарате ешалкой, вращающейся с внутрицикловым изменением угловой скорости. азано,что нестационарность вращения рабочего органа приводит к ин-сификации массообменных процессов из-за возникновения нового анизма смешения, связанного с порождением крупномасштабных вихрей за нестационарного вращения рабочих органов. Исследован также про-с растворения вещества в растворе с увеличивающейся вязкостью в арате с нестационарно вращающейся мешалкой.

остроена математическая модель процесса истирания твердых частиц аппарате с мешалкой.

сследованы механизмы смешения в двухфазных средах, обусловленные ичием электростатического поля.

Впервые теоретически исследовано движении ламинарной пленки кости по внутренней поверхности вертикальной теплообменной трубки зменением фазового состояния среды и наличием мощного электроста-еского поля. Обнаружено,что электростатическое поле ускоряет про-с кипения в несколько раз,из-за наличия дополнительного объемного

механизма смешения, обсловленного наличием электрического поля.

- Построено впервые приближенное решение задачи о движении среды во( руг горизонтальной теплообменной трубки с изменением фазового состой ния среды вблизи трубки при наличии мощного элекростатического поля. Рассматривается турбулентное течение среды, а режим кипения закризис

НЫЙ. • 1

5.Исследованы механизмы макро'й микроструйного смешения сред. -Впервые построена математическая модель течения газожидкостного сл< состоящего из газожидкойтных струй, выходящих через просечки боковой стенки корпуса,' и пленки жидкости, которую эти стрз пронизывают. Пленка жидкости'под действием силы гравитации стекает \ боковой поверхности.

6. Проведен анализ механизмов смешения в пористых телах и их влиянш на распространение тепла и вещества внутри пористого тела. -Исследована возможность резкого изменения температуры в пористо! теле за счет перераспределения в нем влаги.

-Исследована также возможность ускорения перераспределения температуры в пористом теле за счет протекания быстрой химической реакции. В работе проанализировано влияние наличие химической реакции с< слабым тепловыделением на перераспределение температуры в пористо! теле.

Практическое значение работы. На основании проведенных исследова] внедрены (экономические эффекты приведены в ценах 1990 г.);

- Аппарат для контактирования сред (авторское свидетельство СССР

N 997771) на УОФ шахты Воркутинская и УОФ шахты Северная в г.Воркут;

- Багер- зумпф (авт.свид.СССР М1103899) на ЦОФ Восточная экономическим эффектом 411 тыс.руб.в г. Абай (Карагандинсая обл.)

- Аппарат для кондиционирования пульпы (авт.свид.СССР № 1170271)

!> "Восточная'' в г^Абай с экономическим эффектом 486 тыс.руб. Аппарат для кондиционирования пульпы (авт.свид.СССР № 1349797) на

> ''Саранская" г. Саранск (Карагандинская обл.) с экономическим эектом 191 тыс. руб,

шпарат для кондиционирования пульпы (авт.свид.СССР N° ) на

> "Восточная" г.Абай с экономическим эффектом 154 тыс.руб. 1гер~зумпфы (авт.свид. К" 1319902, №1452587) на ЦОФ "Восточная" г. 1й с экономическим эффектом 398 тыс. руб.

;актор (авт.свид.СССР N1233926) на ПО "Электрохимпром" г.Чирчик: ¡актор (авт.свид. СССР М 1378911) на ЧПО "Азот" г. Черкассы, комический эффект 692 тыс.руб.

актор (авт.свид.СССР № 1378912) на ЧПО "Азот" г.Черкассы,

комический эффект 272 тыс.руб.

кроструно-вихрейой смеситель (авт.свид.СССР М 1443950) на РГЮ от" г.Рустави, экономический эффект 769 тыс.руб.

актор (авт.свид.СССР № 133734) на РПО "Азот" г.Рустави. номический эффект 514 тыс.руб.

атический смесктель(авт.свид.СССР № 1604444) на РПО "Азот",г.Ровно страктор (авт.свид.СССР № 1586739) на химзаводе в г.Алмалык, ем и построение работы. Диссертация изложена на 276 стр. инописного текста,включает 99 рисунков, список литературы из 207 мепований. Диссертация состоит из 6 глав, введения, основных одов и приложения.

робация работы. Представленные в диссертационной работе результаты ожены и обсуждены на семинарах в ИПМ РАН, Всесоюзной конференции по огидродинамики химических аппаратов (1981, Северодонецк), Всесоюзной чной конференции "Повышение эффективности,совершенствование процес-и аппаратов химической технологии" (Харьков,1985 г.), Девятой все-

союзной конференции "Химреактор -9", (Гродно,1986 г.), Международнс ярмарке (Лейпциг, 1988 г., Германия), Международной ярмарке (Бухарес 1989 г., Румыния), семинаре Института механики и биомеханики БАН (София;1990 г., Болгария), Международной выставке (Сеул, 1991, Южная Корея), семинаре Университета Южного берега Темзы (Лондон, 1992 г., Англия).

Содержание работы;

В первой главе рассматриваются механизмы смешения, обусловленнь

движением стенок.

Смешение сред за счет движения стенок аппарата применяется в вь

ращивании кристаллов, в пищевой промышленности (например, в аппарате

для посола мяса), в фармацевтической промышленности, в барабанных с}

шилках, в шнековых центрифугах, в кондитерской промышленности (напр1

мер, в сбивальных машинах), в обогащении полезных ископаемых .

В данной главе исследуется возможность повышения интенсивности смеш£

ния за счет создания нового механизма смешения, обусловленного т«

что подложки, по которым текут смешиваемые среды, движутся с разш

л

скоростями. В результате в области стыка этих подложек возникают но!

механизмы смешения, интенсифицирующие процессы смешения, связанные

< -

перестройкой профиля скорости и соответственно с перемещением слоев жидкости. Следует отметить, что данные теоретические исследования п] водятся впервые, так как в литературе отсутствуют работы, посвященш рассматриваемой проблемы.

I

В первом параграфе исследовано течение ламинарного слоя жидко( по вертикальной плоскости,состоящей из двух полуплоскостей,плотно а тыкованных по горизонтальной прямой линии. Одна полуплоскость двике' относительно другой вдоль линии стыка. Течение жидкости описываю'

внением Навье - Стокса с граничными условиями (V У)^ = - 7 р "+1/Рг + Л v/Re

у=0

X £ О, V = V = V = О

X у 2

Х2 0, ^ = Уу =0, vz= 1

£' V дч ач

X у X

у = ЫХ) , (- + - ) (1 - 11х2) -4 Ьх - = 0

Л V д X. н X

1 а V, 1 а ^

--{Х .ьх2,. _ (- + _ )Пх

йе Эу Ие 3 у ах

а Ь

хх 2

= Р (1 ) : V »V 1} : _ , .

Х У X X ' 3 Эу =0

(1 ^ О

о

=> ± « , V = Ке(-у /2 + у)/ Рг, V =» 0, V =>0 х * 2 ' У 2

сг

Ке =и0 Ь0/у , Рг = и0/(д11о), а =--

ьоР"о2

Где в качестве масштабов длины и скорости выбрана толщина слоя сости 510 при х -го и скорость движения нижней полуплоскости и )сительно верхней;х,у,г - декартовые координаты (. х направлена 1 по течениюб у -перпендикулярно плоскости, г- вдоль стыка

¡костей, начало координат находится на стыке плоскостей, V ,V V,

X у 2

>мпоненты скорости вдоль х,у,г, соответственно, р - давление, 11 (х) пципа слоя жидкости, ь =сШ/ах , гге - число Рейнольдса, Рг - число 1а, о- - коэффициент поверхностного натяжения, д -ускорение юдного падения, р плотность жидкости, V кинематическая :ость. Индексом 0 помечены размерные величины. Получено точное [итическое решение выше приведенной задачи для ламинарного слоя ;ости для любых чисел Рейнольдса. Решение обобщено на случай, когда ¡кость состоит из несколько плотно состыкованных полос, движущихся

вдоль линии стыка с разными скоростями [1].Проведений ана показывает, что перестройка профиля скорости резко интенсифицщ процессы смешения . Данный механизм смешения можно использовать смешении сред с большой вязкостью, текущих в виде ламинарной пленк! подложке. Данное решение особенно ценно тем, что найдено то1 решение без предположений и допущений, а следовательно достоверное полученного решения не вызывает сомнения. Во втором параг{ рассмотрено течение ламинарного слоя жидкости по внутре! поверхности вертикального цилиндра, состоящего из двух полуцилищ плотно состыкованных по горизонтальной линии и вращающихся с раз] угловыми скоростями. Задача решена в неинерционной вращающейся сис: координат, для случая, когда разница в угловых скоростях вращ< полуцилиндров мала по сравнению со скоростью вращения полуцилинд] Решение найдено в виде регулярного разложения по малому параме1 отношения разницы угловой скорости вращения полуцилиндров к угл> скорости их вращения. Система уравнений для первого приближ< сводится к уравнению шестого порядка в частных производных, кот-после преобразования фурье допускает аналитическое решение. Ан результатов показал, что в случае, когда нижний цилиндр вращается трее верхнего возникает эффект запирания потока. В результате на п рхности слоя образуется горб и происходит интенсивное смешение ело Если нижний цилиндр, вращается медленее верхнего, то горба в ме стыка не образуется и интенсивность смешения компонент в месте с существенно ниже, чем в противоположном случае [2] .

Во второй главе исследуется смешение за счет дождевого орошен Дождевое орошение часто используется для кондиционирования суспен в процессах очистки воды от механических примесей, в процессах обе щения твердых полезных ископаемых. Дождевое орошение использу

ке~ в процессах абсорбции, в химических реакторах.

Смешение за счет дождевого орошения используется также в аратах для контактирования сред, например в процессах куляции,коагуляции,в абсорберах с псевдоожиженной насадкой, в чных лотках и других аппаратах.

первом параграфе впервые исследуется возникновение механизма мения, обусловленного тем, что ламинарный слой жидкости проходит цицу от неорошаемого участка к орошаемому. В результате вблизи ии перехода происходит изменение структуры потока и возникает ый механизм смешения, который резко интенсифицирует массообменные цессы. В данном случае инградиенты смешиваются в результате действия нескольких механизмов смешения, обусловленных как резким енением граничных условий на поверхности слоя жидкости, так и ичием капельного орошения. Во втором параграфе исследуется влияние адания дождевых капель на поверхность турбулентного слоя жидкости ее исследовалось только выпадания дождевых капель на поверхность пиарного слоя жидкости. Теоретическая модель, описывающая влияние адания дождевых капель на турбулентный слой исследовано впервые, веденная теоретическая модель позволяет проанализировать также яние механизмов смешения,вызванного выпаданием капель жидкости на ерхность трехфазной среды, движущейся по наклонной плоскости ишем уравнения движения жидкости и уравнения для концентраций еси и газовых пузырьков в виде, а также граничные условия

бри <а с5и --=- рд ал.пг + -->

сЗу с1у

(1 ас

ас

2

Ну

- 12 -ас,

а * ас

ау ' Р°2~б.у~} +ра2~йу

1С1+Р2С2+РЗи" С1'С2) у=0, и=0, С2=С*' с"=с"

у=ь,

ас-

аи

~5у

si.no: {Усова - и) ;

°2 ау +<а2+У0)С2=0;

с1=с01-

Здесь р^, с^, Р2> с2 ~ плотность и концентрация газовой и твер?

фазы соответственно, у - вертикальная координата,- с*,с

01

обье!

безразмерная концентрация твердой и газовой фазы у дна, г -5 наклона поверхности склона v0=cv, б£, коэффициенты турбулент диффузии твердых частиц и газовых пузырьков, а^, ~ гидравличес крупность (подвижность) пузырька и твердой частицы соответственнс угол падения жождевых капель, и -турбулентная вязкость, учитыва! влияние выпадания дождевых капель.Показано,что структура турбуленп потока существенным образом изменяется, изменяется также взвесенес} способность потока из-за возникновенеия нового механизма смени слоев, вызванного выпаданием дождевых капель. Обнаружено, что прос скорости существенным образом зависит от интенсивности орошения, ; наклона траекторий падающих капель жидкости.

У4

- р.1*

2 Ч ьч/'

0,01 0/1« С,

Рис,1, Эпюры скорости относительно безразмерной толщины слоя при интенcuвнvcти орошения 1=7,2 ММ/МИН угле наклоне траектории падения капель с дождевым орешением с а=1,45 рад- 1; 1,5- 2; 1,67- 3; 4 -1,63, интенсивностью орошения с углом наклона г=0,05 .1=7,2 ММ/МИН

Рис.2. Концентрация твердо, фазы вдоль беэраэмерной тол слоя.Кривая /- безорошения

нная задача моделирует процесс ливневой эрозии почвы со склонов ани.Следует отметить,что на транспортирующую спопобность потока-азывает заметное влияние наличие пузырьков газа,вносимых в поток падающими каплями жидкости [3,4].

В третьем параграфе оценивается влияние выпадания дождевых 1ель на процесс массообмена. Построена впервые математическая модель тение пленки жидкости под действием силы тяжести по внутренней зерхности цилиндрической масообменной трубки, по оси которой эдувается газовый поток, На оси трубки расположена коаксиально ^бка с форсунками, из которых подается жидкость в виде струй, шадающихся на капли. Капли попадают на свободную поверхность эбулентной пленки жидкости, интенсифицируя массообменные процессы, сазано, что при дождевом орошении возникает новый механизм смещения тонких слоях жидкости значительно превосходящий все механизмы :шения, существующие в пленке жидкости без дождевого орошения, тружено,что ускорение массообменного процесса происходит штически пропорционально скорости падения капель и очень резко. На юве выявленных особенностей механизмов смешения были разработаны ¡ые конструкции аппаратов с дождевым орошением, которые представлены второй главе [5-9! . Разработана серия аппаратов для контактирования ¡д для разной производительности [5-7,9]. В аппаратах [ 6,7 1 шизован принцип раздельного кондиционирования суспензий с разными нациями твердых частиц. Разработанные аппараты позволяют в процессах жуляции снизить расход флокулянтов на 30%, так как в разработанных [аратах отсутствует эффект экранирования. То есть в разработанных [аратах твердые частицы практически не экранируют друг друга и еле-¡ательно доступ к каждой частице молекул флокулянта одинаков. И нет »бходимости увеличения расхода флокулянта, чтобы все частицы •взаимодействовали с молекулами флокулянта.

Также разработан новый реактор с дождевым орошением, позволяют производить рассредоточенную подачу одного из реагентов, что особен важно для процессов с интенсивной химической реакцией и интенсивным тепловыделением [8]. Данный аппарат используется в процесс обработки кубовых остатков со стадии дистилляции перегруппированным продуктом в призводстве капролактама, что позволяет дополнитель получать сотни тонн капролактама из отходов.

В третьей главе исследуются процессы смешения в аппаратах с механическим перемешиванием.

Механическое перемешивание широко распространено в химическо технологии и включает в себя многочисленные аппараты с разными типа мешалок, экстракторы с разными конструкциями рабочих органов и разны типами движений,флотомашины,центрифуги и т.д. Перемешиванию с помощь механически движущихся рабочих органов посвящены несколько монографи и обширная литература в научных журналах.

Методы расчета поля скоростей в аппарате с мешалками в настоящее вре основаны на эмперических зависимостях.В первом параграфе предложе рамка модели невязкой жидкости на основе уравнений Громеки- Бельтрам методика расчета поля скоростей в аппарате с мешалкой, использующ только соотношение расходов основного и вторичных потоков, при эт все компоненты скоростей определяются одновременно и хорош качественно согласуются с экспериментальными профилями скорос [10] . В безразмерном виде уравнения и граничные условия для функи тока Ф осесимметричного течения невязкой несжимаемой жидкости цилиндрической системе координат £,т),<р ( начало координат находится дне, а 17 совпадает с осью аппарата)имеет вид а2ф з 1 а ф

-- + £- (--) + ф(^) ф' (0) + £2Р' {ф) = 0;

а Т}2 а С С а С

О ф . . д ф = - ; ---; V £ = Ф (0) ;

<3 71 Э £

0 (1,71) = V (0,4) = (?х,0) = );</> (С,И)|Ч =0

Здесь р (0) -постоянная Бернулли, ^'^''"'/р соответственно щальная,осевая, азимутальная компоненты скорости,с, щус,осевая координата,азимутальный угол, ^-осевая координата >шины конуса, радиус вала мешалки, радиус аппарата, сг-

юшение высоты конуса к радиусу аппарата, Ч> - функция тока, Ф(Ф) [ркуляция.В качестве масштабов длины и скорости исползуем радиус [арата и азимутальную скорость конца лопасти мешалки. > втором параграфе исследован процесс растворения вещества в ¡арате с мешалкой для случая очень вязких сред,когда течение вблизи . ламинарное, а основная масса вещества находится на дне Ш} . :азано, что процесс растворения проходит в три стадии; на первой дии растворение происходит только за счет молекулярной диффузии,на рой происходит рост слоя, в котором происходит изменение центрации по вертикали, и резко интенсифицируется процесс творения, на третьей стадии толщина слоя выходит на свое ционарное значение и процесс растворения замедляется.

В третьем параграфе исследован также процесс массопереноса в геогенной среде в аппарате с мешалкой. Данной проблеме посвящено го работ. Однако при расчете в данных работах не учитывается то, что эазных областях аппарата по высоте по разному воздействует поток кости на взвешенные твердые частицы. Кроме того все модели сывают расределение концентрации твердых частиц по вертикали в виде вной убывающей с увеличением высоты кривой. В данной работе предла-ся объяснение, наблюдаемых в экспериментах,существования двух типов

распределения концентраций твердых частиц по высоте в зависимости от скорости витания твердых частиц. Построена модель распределения конце нтрации твердых частиц описывающая указанные профили концентраци твердых частиц по вертикали. На основании найденных выражений дл распределения концентрации твердых частиц по вертикали впервые постро енна модель растворения твердых частиц, которая позволяет расчитыват массообменный процесс от случая, когда все твердые частицы находятся на дне аппарата до случая когда все твердые частицы взвешенны в поток Исследован также массообмен, осложненный наличием объемной химическс реакции, в аппарате со взвешенными твердыми частицами.

■'НЬС,

0,$

ОМ

,5

г

/

- ------- -

Рас.З. представлено изменение концентрации растворенного вещгства аппарате с мешалкой ,без химической реакции (кривая I), с объемной х мической реакцией порядка константа реакции К=0,05 — 2; Г=1/2,

к= 0,5 см /с -з; 0,01 -4; о.ооб -5; г=2,к=о,оо5- б.

В четвертом параграфе проанализирован массообменный процесс в ап парате с мешалкой для случая когда протекает некаталитическая реакци Данный процесс был ранее исследован для случая однородных частиц. В

здложенной работе исследовано влияние полидисперсности твердых :ткц, а также влияние изменения концентрации реагента в растворе в эцессе реакции на эффективность массообменного процесса. Расчет шван на одновременном расчете изменений концентрации реагента внут-твердой частицы каждой фракции с одновременным интегральным учетом [)фузионных потоков из раствора внутрь частиц каждой фракции, строенная модель позволяет одновременно рассчитывать изменения щентрации реагентов как в растворе, так и внутри твердых частиц гх фракций.

В пятом рассматривается вопрос о способах ликвидации воронки на ¡ерхности жидкости. Воронки в аппаратах с мешалкой в настоящее время ¡видиругатся с помощью отражательных перегородок, прикрепленных к 1нкам корпуса. Однако при этом практически полностью гасится смутальное движение жидкости во всем объеме аппарата, что снижает шктивность перемешивания. Разработанны новые конструкции аппаратов. ;воляющие ликвидировать воронку на поверхности жидкости с помощью юидальной вставки с выступами, установленной выше мешалки [12 ]. : этом во всем аппарате ( за исключением слоев жидкости вблизи ерхности) наблюдается интенсивное азимутальное движение. Также работай аппарат с отражательными перегородками, выполненными загообразно с разрывами. В результате вдоль стенок возникает ралевидный поток, омывающий стенки и направленный в противоположную рону, чем основной поток. В результате вблизи стенок, (но не во всем ,еме аппарата) гасится азимутальное движение. Далее заторможенные в мутальном направлении слои поступают на свободную поверхность аппа-а и гасят воронку [13]. В аппаратах большого объема( используемых, ример, в производстве экстрационной фосфорной кислоты) [14 ] с говальными мешалками на оси аппарата возникает интенсивное

азимутальное течение. Для устранения данного течения и организащ направленного движения пульпы разработан аппарат с эллиптическс направляющей с отверстиями для ввода компонент, установленной на оси аппарата. В результате в аппарате устанавливается направленное движек вдоль эллептической направляющей, при этом скорости движения вблиэ эллептической направляющей невелики и воронка не образуется. Даннь экстрактор внедрен на Алмалыкском химзаводе, что позволило увеличить степень разложения фоссырья и улучшить условия фильтрования фосфогипса.

В шестом параграфе проведены разработанные новые смесители реакторы для проведения геторогенных процессов. Основной сложность при перемешивании систем "твердое тело - жидкость" является создам одинаковой концетрации твердых по высоте аппарата. Кроме того ря^ процессов, например, в производстве ионообменных смол, перед стадие смещения происходит стадия контактирования("набухания") сред, при этс приведение во вращение рабочих органов вызывает пиковые нагрузки, иногда и поломки. Разработан аппарат, в котором на лопастной мешалке установлены системы размывающих и поднимающих твердые частицы верхнии слои аппарата желобков [15 ]. При этом суспендирование твердь частиц происходит постепенно, а равномерная концентрация твердь частиц в аппарате устанавливается быстро. Для вязких сред разработз другой аппарат [16 ] В данном аппарате желобки установлены по все высоте аппарате и транспортировка слоев осуществляется желобка» непосредственно из нижних слоев аппарата в верхнии и наоборот. П{ смешении геторогенных сред происходит истирание твердых частиц, даннь эффект ообенно нежелателен если твердые частицы являются катализаторе ми. Так как по мере истирании твердых частиц падает эффективное! процесса и теряется дорогостоящий катализатор. Для проведения процесс

более "мягких" гидродинамических условиях разработан аппарат с рбинной мешалкой, в которой за лопасти мешалки нагнетаются системы руй. В результате перепад давления на лопастях снижается, резко ижаются сдвиговые напряжения в потоке вблизи лопастей и уменьшается оцесс истирания катализатора. Снижается также сопротивление вращению шалки в среде, увеличивается интенсивность циркуляционных течений, сплуатация данного аппарата показала,что потребляемая мощность снилась на 20% при сохранении угловой скорости вращения мешалки [17,18].

Исследован массообменный процесс в аппарате с мешалкой, ащающейся с внутрицикловым изменением угловой скорости. казано.что нестационарность вращения рабочего органа приводит к тенсификации массообменных процессов. Исследовано поведение воронки поверхности аппарата без отражательных перегородок в зависимости параметров нестационарности вращения мешалки. Показано, что с елнчением амплитуды колебания угловой скорости внутри одного цикла ащения мешалки глубина воронки резко уменьшается. Получено простое алитическое выражение для определения глубины воронки на поверхнос-: жидкости при нестационарном вращении мешалки [19,20 ]. Получено [ражение для диффузионного потока на частицу,суспендированную в объе-: аппарата. Показано, что с увеличением амплитуды и частоты низкочас-1тных колебания интенсивность диффузионного потока на частицу возрас-1ет.

О вр

1С.4. Зависимость величины

6 Ю А от амплит уды неравномерности

вращения при относительной частоты неравномерности Х=3,71 (а) и от при 5 = 0,6(6)

На основе полученных данных разработан аппарат с внутрицикловым изменением угловой скорости с многовальными мешалками, в которо периферийные мешалки движутся по кругу и вращаются с переменно угловой скоростью, а центральная мешалка вращается также с переменно угловой скоростью [ 21 }.

Создана модель процеса растворения твердых полидисперсных частиц в аппарате с мешалкой. Модель построена с учетом уменьшения радиусо частиц в процессе растворения, а также с учетом изменения вязкост раствора. Массообменный процесс рассчитывался одновременно по все фракциям частиц и интенгральным величинам диффундируемых с части в поток вещества, расчет произведен также для случая, когда мешали вращалась с внутрицикловым изменением угловой скорости. Обнаружено что процесс растворения ускоряется с ростом амплитуды и часто! неравномерности вращения мешалки .

В седьмом параграфе рассмотрены механизмы смешения в аппаратах с мешалками, в которых создают интенсивные сдвиговые напряжения и проис ходит в соответствии с технологическим регламентом истерание твердь частиц. Создана математическая модель процесса истирания твердь частиц в аппарате с мешалкой. Разработан также аппарат с интенсивнь истиранием частиц, аппарат снабжен новой турбофрезерной мешалкой калачковым приводом, создающим программирумое нестационарное вращеш мешалки с участками резкого ускорения и участками резкими зaмeдлeния^ скорости вращения мешалки [ 22 ] .

Смешение за счет использования физико- механических особенносте! перемешиваемых сред, например, использование эффекта Марангони влияния сильных электрических полей,барботажное смешение используете; в ряде отраслей промышленности. Гаких/ как космическое материаловедение, выращивание кристаллов, в процессах выпарки, в биореакторах. Использование указанных механизов смешения позволяет производи1

:редоточенное по объему воздействие на среду, в результате которого зникает как микросмешение, так и макросмешение слоев жидкости.

В четвертой главе исследуется механизмы смешения, которые эождаются сильным элетростатическим полем.В первом параграфе иссле-этся процесс испарения с ламинарной пленки жидкости, стекающей по /тренней поверхности вертикально установленной трубки, внутри кото-1 создают сильное электростатическое поле. Процесс испарения в тьном элетростатическом поле жидкости из ламинарной пленки жидкости iee в теоретическом плане не исследовался и в диссертации приведена звая работа в этой области. Из разработанной модели следует, наличие тьного электростатического поля приводит к существенному изменению деодинамических характеристик пленки жидкости, то есть появляются юлнительные силы, интенсифицирующие массообменные и теплообменные щессы. При этом интенсивность кипения увеличивается в несколько

Обнаружено, что на интенсивность кипения существенным образом шют гидродинамические характеристики парового потока, движущегося

кг ростагичес ко г о поля при относительной температуры на стенке в 8- 1; 3,5 -2.

втором параграфе исследуются механизмы смешения в объеме, внутри

эль оси теплооб^нной трубки

/

/

poporo установлена теплообменная трубка .вокруг которой

поддерживается мощное электростатическое поле. Данная задача ранее н рассматривалась, то есть теоретическая модель построена впервые Модель построена для случая закритических тепловых потоков, в это случае вокруг трубки образуется паровой слой. Процесс кипени моделируется с помощью трехслойной модели; вокруг трубки образуется паровой слой, его охватывает парожидкостный слой, который обтекае поток жидкости.

В пятой главе рассматриваются струйные механизмы смешения.

Струйное смешение широко распространено во многих отраслях промышленности5-таких^ как химическая,пищевая,микробиологическая,горной и других. Осбенностям струйного смешения посвящено много монографий. На основе струйного смешения сред работают многочисленные аппараты, такие например как, реакторы перегруппировки и нейтрализации производстве капролактама, отсадочные машины и гидроклассификаторы обогащении полезных ископаемых,гомогенизаторы в пищевой промьппленност В первом параграфе приведена математическая модель течения газожид костного слоя, состоящего из газожидкостных струй, выходящих через просечки в боковой стенки корпуса, и турбулентной пленки жидкости, которую эти струи пронизывают.Пленка жидкости под действием силы гравитации стекает по внутренней части боковой поверхности цилиндрического аппарата. Теоретические модели, посвященные данной задачи, ранее не строились.На основании полученных формул найдены профили компонент скорости и толщина слоя. Проведен анализ механизма смешения системы струй с пленкой жидкости [23]. Получено выражение для определения толщины пенного слоя, образующегося на границе газожидкостного слоя, в результате выноса газовыми струями части жидкости и газожидкостного слоя

Во втором параграфе проведен анализ смешения сред плоскими стру-

и [24-29]. При смешении важно осуществлять рассредоточенный ввод кого реагента в другой, в этом случае процесс смешения осуществляет-бистро и аффективно. Одним из приемов рассредоточенной подачи реа-лтов является создание двух плоских струй из разных реагентов, затываюпщх все поперечное сечение аппарата, и организации соударений ях струй. В этом случае создаются одинаковые условия для смешения хгентоЕ по поперечному сечениа. Для смешения газового реагента с цким процесс смешения упрощается, так как необходимо создавать плос-о жидкую струю, а газовая будет создаваться сама. Для процессов дационирования пульпы перед флотацией создана серия аппаратов как игаугольной формы, в которых создавались плоские жидкие струи, так и 1индрической формы с осесимметричными струями. Флотационные реагенты »1де аэрозолей в струе воздуха проходит через несколько жидких струй, юльзование разработанных аппаратов на углеобогатительных фабриках ¡волило снизить зольность флотоконцентрата на 0,3% , а выход на 2%.

В третьем параграфе исследованы механизмы, обеспечивающие разде-ше сред за счет интенсификации процессов смешения [30-34].Пока-¡ано,что в ряде процессов, например в процессах классификации, ;;з-гяя интенсивность процесса смешения, удается изменять основные дологические параметры процесса в зависимости от требований техно-'ии. Созданы аппараты (багер-зумпфы) успешно работающие в углеобо-(ении, данные аппараты позволили снизить зольность коксового [центрата на 1,8%. В разработанных аппаратах за счет системы струй 1ется поддерживать оптимальный диаметр граничного зерна разделения. [ определения конструктивных особенностей регулируемого гидравличес-■о классификатора была построена математическая модель течения среды гидравлическом классификаторе. На основании полученных профилей фостей была определена область возвратного течения, на границе

которой и была установлена система барботажных труб, а такж( определено количество отверстий на погонный метр в барботажных трубаз в зависимости от удаления их от точки ввода среды в аппарат [34] .

В третьем параграфе анализируется механизмы струйного смешения организующие смешение в локальной части объема аппарата (т.е. механизмы микросмешения). На основании данного анализа созданы новые реакторы циклонного типа, в которых в выделенном локальном объеме созданы высокие сдвиговые напряжения и интенсивное перемешивание [3538]. При этом за счет интенсивного смешения удается ликвидировать ] аппарате зоны локального перегрева. Данные аппараты используются для изомеризации циклогексаноноксима в лактам. Использование аппарат; позволило повысить производительность реактора на 30% и снизит] расходную норму олеума на тонну капролактама на 30 кг и снизит] проскок циклогексаноноксима на порядок.

В четвертом параграфе мехнизмы исследуются механизмы струйной смешения, организующие смешение на макроуровне в аппарате, то ест] осуществляющие выравнивание концентрации реагентов по объему апарата На основе проведенного анализа разработаны новые аппарат] обеспечивающие интенсивное выравнивание концентрации или температур] во всем аппарате [39-42]. В аппарате [39] за счет подаваемого ] центральное устройство, установленное на дне на оси аппарата, удаетс; создать двухциркуляционное течение в меридиональой плоскости аппарата При этом нижнее циркуляционное течение занимает небольшой объем аппарата и существенно более интенсивное, чем верхнее, чт< позволяет исключить осаждение на дно твердых частиц. Кроме того : аппарате организован обмен массами среды между циркуляционными те чениями. Для создания аппарата [42] потребовалось предварительно разработать математичесую модель течения жидкости внутри аппарата. Н;

новании полученных эпюр скоростей была определена область с интен-зным движением жидкости и сконструировано устройство осуществляющее генсивное струйное перемешивание в выявленной области. В аппарате з] за счет установки системы усеченных конусов над устройством, ^положенным на оси вблизи дна, для подачи струи газообразного ■шака, удалось по вертикали аппарата создать несколько циркуляцион-с течений, которые осуществляют интенсивно выравнивание реагентов в 1еречном сечении аппарата и увеличивают время пребывания газовых зырьков в аппарате. Данный аппарат внедрен в Руставском ПО "Азот" на 1дии оксимирования в производстве капролактама и заменил аппарат с аалкой.

В пятом параграфе рассматривается интенсивное смешение сред на

сроуровне с помощью систем микроструй,реализуемых, например, в этических смесителях. Следует отметить, что помимо смешения часто гществляются выполнение и других функций, таких как истерание юмератов, наличие химической реакции, изменение фазового состава ;ды. При этом течение разбивается на множество микроструй, »смешивающихся между собой и пронизывающих основной поток, который 'анизует выравнивание концентраций инградиентов на макроуровне. )бенности подобного смешения проанализированы в пятом параграфе и на юве анализа механизмов смешения разработаны новые статические ;сители [43-47].В статическом смесителе [45] организована ■дварительное рассредоточенная подача реагентов в области с 'енсивными сдвиговыми напряжениями, а затем смещение с помощью сис,-I микроструй. Данный аппарат используется в производстве адипиновой :лоты на Ровненском ПО "Азоте". В аппарате [46] статические элементы юлнены в виде Т - образных элементов, разрушающих агломераты и гстки в среде используется в Черкасском ПО "Азоте" при получении

циклогексанона. Для смешения газовых смесей разработан смеситель низким гидравлическим сопротивлением, осуществляющий смешение помощью системы направляющих элементов, организующих перемешивая) периферийных и центральных слоев среды с одновременным их микроструй ным смешением [47]. В аппарате [45] предусмотрено выделение из сре; газообразного компонента, образующегося в результате реакции.

В шестой главе рассматриваются механизмы смешения в пористы; телах. Процессы смешения (перераспределения инградиентов)в пористых телах протекают чрезвычайно медленно, поэтому важно использоват] методы позволяющие резко интенсифицировать процессы смешения.

Смешения инградиентов внутри пористого тела наблюдается В( многих аппаратах химической и пищевой технологии,например аппарата: для посола мяса или рыбы, адсорберах, в реакторах с непрерывно: засыпкой катализатора (реактор синтеза аммиака, метанола, формальдегида, дегидрирования этиленбензола и т.д.).Анализ механизмов смешен: показал, что в пористом теле(в микрообъемах внутри неподвижно: твердого "скелета") возможны режимы фронтального продвижения инградю нтов и соответственно фронтального смешения их между собой.

В первом параграфе исследуется возможность резкого изменения температуры в пористом теле за счет перераспределения в нем вла [48]. Показано, что в зависимости от количества перераспределяемой влаги может реализовываться два режима. В первом процесс изменения распределения температуры происходит медленно по времени (когд количество влаги незначительное), во втором случае (количеств перераспределяемой влаги велико) температура меняется скачкообразно передвигается вместе с фронтом передвижения влаги. Во втором случа процесс изменения температуры в пористом теле происходит существенн быстрее, так как в первом случае температура изменяется только з

ет теплопередачи по жесткому "скелету" и диффузкозных механизмов пе-носа тепла, во втором случае изменение температуры происходит за эт конвективных механизмов переноса тепла. Найден кретерий, зволяющий определить направление передвижения теплового фронта.

Во второй главе исследуется также возможность ускорения перерас-вделения температуры в пористом теле за счет быстрой химической акции. Подобные процессы наблюдаются в барботажных реакторах или в зорберах. В работе проанализировано влияние наличия химической акции со слабым тепловыделением на перераспределение температуры в ристом теле. Проанализировано влияние механизмов смешения на определение температуры и концентрации веществ.

зоды

Б работе получены следующие основные результат!.!; Впервые теоретически исследован процесс смешения в слое жидкости \ скачкообразном изменении характеристик движения подложек. Найдено точное аналитическое решение задачи о движении ламинарпои энки жидкости вдоль наклонной плоскости, состоящей из двух яуплоскостей, плотно состыкованных между собой, и движущимися с }ными скоростями перпендикулярно движению жидкости. Обнаружено, э в области стыка подложек возникают новые механизмы смешения, ус-эягощие массообменные процессы и связанные с перестройкой профиля зрости и соответственно с перемещением слоев жидкости. Также найдено асимптотическое решение задачи о движении пленки скости по внутренней поверхности вертикальной трубы, состоящей из яубесконечных труб, вращающихся с разными угловыми скоростями, гружено,что когда нижний цилиндр вращается быстрее верхнего

возникает эффект запирания потока. В результате на поверхности слоя образуется горб и происходит интенсивное смешение слоев. Если верхний цилиндр вращается медленее нижнего, то горба вблизи линии стыка не образуется и интенсивность смешения существенно ниже.

Анализ поведения жидкости в области ламинарных режимов течения показал, что резкое изменение скоростей подложек позволяет резко интенсифицировать массообменные процессы за счет появления новых механизмов смешения.

2.Исследован механизм смешения сред, обусловленный выпадением капель жидкости на свободную поверхность слоя жидкости.

- Впервые исследовано возникновение механизма смешения, обусловленного тем, что плоский ламинарный слой жидкости проходит границу от неорошаемого участка к орошаемому. Обнаружено,что вблизи линии перехода происходит изменение структуры потока и возникает новый механизм смешения, обусловленный перестройкой структуры потока. - Впервые исследовано движение турбулентного взвесенесущего потока по наклонной плоскости, на свободную поверхность которого выпадают капли жидкости.Найдено распределение твердых частиц поперек слоя а также газовых пузырьков, проникающих в поток вместе с падающи; каплями. Показано возможность увеличение взвесенесущей способности потока из-за наличия дополнительного механизма смешения возникающего из-за выпадения дождя. Найдена связь полученного решения с задачей о ливневой склоновой эрозии почвы. Обнаружено, что интенсивность нового механизма смешения увеличивается с увеличением интенсивности дождевого орошения,в то же время от угла наклона траекторий движений капель зависит неоднозначно. Механизм смешения наиболее интенсивный при выпадении капель навстречу движению потока под углом 45° к вертикали и менее интенсивный при движении капель в одном направлении с потоком. При увеличении угла траектории капель, как по

этоку, так и против потока интенсивность механизма смешения 4еньшаетея и при углах близким к 90® влияние дождевого орошения зактически отсутствует,

Впервые теоретически изучен процесс массообмена в турбулентном слое 1дкости с орошением поверхности в виде дождевых капель, шаружено, что интенсивность массообмена турбулентной пленки ¡дкости с газовым потоком возрастает в несколько раз. ¡тенсивность массообмена растет пропорционально скорости движения шель,а также увеличивается с увеличением интенсивности дождевого юшения.

На основе проведеного анализа механизмов смешения разработаны жструкции новых аппаратов для разных технологических процессов, >торые защищены авторскими свидетельствами.

Исследованы механизмы смешения в аппаратах с мешалками.

Создана аналитическая модель течения жидкости в аппарате с зшалкой. Сопоставление рассчитанных по разработанной модели юфилей компонент скоростей с экспериментальными свидетельствует о эрошем качественном согласовании.

1сследован процесс растворения твердого вещества в вязких жидкостях аппаратах с мешалкой для случая, когда основная масса вещества ишдится на дне. Обнаружено, что процесс растворения проходит в три гадии; на первой стадии растворение происходит только за счет злекулярной диффузии, на второй происходит рост слоя, в котором юисходит изменение концентрации по вертикали, и резко интенсифици-№тся процесс растворения, на третьей стадии толщина слоя выходит 1 свое стационарное значение и процесс растворения замедляется. 1сследован также процесс массопереноса в геторогенной среде в гаарате с мешалкой. Впервые предложена теоретическая модель, эзволяющая объяснить известные экспериментальные данные о наличии

качественно разных профилей концентрации твердых частиц по вертикали в аппаратах с мешалками. Построенные профили концентраций хорошо согласуются с экспериментальными данными. Показано, что тип профиля концентрации определяется соотношением между скоростью витания твердой частицы и вертикальной скоростью потока вблизи дна.Показано, что в аппарате конкурируют два механизма переноса твердых частиц; диффузионный и конвекционный. Кроме того построенная модель впервые позволяет рассчитывать массообменный процесс для всех режимов суспендирования частиц, то есть от случая,когда все твердые частицы находятся на дне аппарата до случая когда все твердые частицы взвешенны в потоке. Исследован также массообмен в аппарате, осложненный наличием объемной химической реакции.

-Проанализирован массообменный процесс в аппарате с мешалкой для случая когда протекает некаталитическая реакция. В предложенной работе впервые исследовано влияние полидисперсности твердых частиц, а также влияние изменения концентрации реагента в растворе в процессе реакции на эффективность массообменного процесса.

- Выявлены новые механизмы смешения в аппаратах с мешалками, возникающие при установке дополнительных устройств специальной формы внутри корпуса аппарата или перемешивающих органов с конструктивными особенностями. На основании проведенного анализа разработаны новые конструкции аппаратов с мешалками для разных технологических процессов, защищенные авторскими свидетельствами СССР.

- Впервые теоретически исследован массообменный процесс в аппарате

с мешалкой, вращающейся с внутрицикловым изменением угловой скорости. Показано,что нестационарность вращения рабочего органа приводит к интенсификации массообменных процессов из-за возникновения нового механизма смешения, связанного с порождением крупномасштабных вихрей из-за нестационарного вращения рабочих

рганов. Исследовано также поведение воронки на поверхности аппарата ез отражательных перегородок в зависимости от параметров естационарности вращения мешалки. Показано, что с увеличением мплитуды колебания угловой скорости внутри одного цикла вращения лубина воронки резко уменьшается.Получено простое аналитическое сражения для определения глубины воронки на поверхности идкоети. Сопоставление теоретических расчетов о экспериментальными анными свидетельствует о хорошем согласовании. Выявлено, что рупномасштабные вихри разрушают или ослабляют центробежное поле йутри аппарата и на его поверхности.Исследован также процесс астворения вещества в растворе с увеличивающейся вязкостью в ппарате с нестационарно вращающейся мешалкой. Показано, что с зеличением амплитуды нестационарности время растворения резко «еньшается. Разработан аппарата с нестационарным перемешиванием, эизнаный изобретением.

Построена математическая модель процесса истирания твердых частиц аппарате с мешалкой. Преведен анализ механизмов смешения и ^тирания в аппарате и предложена конструкция нового аппарата ^вмещающего процесс истирания с процессом перемешивания и ицищенного авторским свидетельством СССР.

.Исследованы механизмы смешения в двухфазных средах, обусловленные штчием электростатического поля.

Впервые теоретически исследовано движении ламинарной пленки 1Дкости по внутренней поверхности вертикальной теплообменной трубки

изменением фазового состояния среды и наличием мощного иектростатического поля. Обнаружено, что электростатическое поле :коряет процесс кипения в несколько раз, из-за наличия дополнительно объемного механизма смешения, появление которого вызвано элект-1ческим полем. Показано, что с увеличением напряженности электриче-

ского поля резко возрастает скорость кипения. Выявлено, что на процесс кипения оказывает заметное влияние режим течения паравой фазы внутри теплообменной трубки. Выявлено, что чем более интенсивнее откачивается пар из трубки тем более интенсивнее происходит кипение.

- Построено впервые приближенное решение задачи о движении среды вокруг горизонтальной теплообменной трубки с изменением фазового состояния среды вблизи трубки при наличии мощного элекростатического поля.Рассматривается турбулентное течение среды, а режим кипения закризисный.Получены выражения описывающие концентрация паровых пузырьков вблизи трубки и толщину парового слоя вокруг трубки.

5.Исследованы механизмы макро и микроструйного смешения сред. -Впервые построена математическая модель течения газожидкостного ело?: состоящего из газожидкостных струй, выходящих через просечки I боковой стенки корпуса, и пленки жидкости, которую эти струр пронизывают. Пленка жидкости под действием силы гравитации стекает пс боковой поверхности. Найдены профили компонент скорости и толщине слоя. Проведен анализ механизма смешения системы струй с пленко{ жидкости.

Проведен анализ механизмов смешения плоскими струями, охватывающими все поперечное сечение потока. При этом осуществляется перекрестное движение сред в аппарате, основной поток последовательно пронизывает плоские струи и внутри струи осуществляется микросмешение сред. На основании проведенного анализа механизмов смешения плоскими струями разработаны новые аппараты для разных технологических процессов, защищенные авторскими свидетельствами.

- Исследованы механизмы, обеспечивающие разделение сред за счет процессов смешения. Показано, что варьируя интенсивность процесса смешения, удается изменять основные технологические параметры

зцесса разделения в зависимости от требований технологии. На ювании проведенного анализа созданы новые аппараты для разделения 1Д, защищенные авторскими свидетельствами.

юведен анализ микросмешения с помощью струйного смешения в сальной части объема аппарата, при этом в выделенном локальном jGmc создаются высокие сдвиговые напряжения и интенсивное эемешивание. Исследовано взаимное влияние микро и макроструйного гшения друг на друга. На основании выявленных механизмов смешения ¡даны новые аппараты, защищенные авторскими свидетельствами. Проведен анализ механизмов макросмешения в аппарате, создаваемых >уями. На основании проведенного анализа разработаны новые гараты, в которых осуществляется струйное смешение реагентов на сроуровно Данные аппараты признаны изобретениями. Цан анализ взаимного влияния смешения на макро и микроуровке для :тем микроструй, реализуемых, например, в статических смесителях 1 этом течение разбивается на множество микроструй,перемешивающихся <ду собой. На основании данного анализа разработаны новые >сители с микроструйным смешением, защищенные авторскими [детельствами.

Проведен анализ механизмов смешения в пористых телах и их влияние распространение тепла и вещества внутри пористого тела. [ как процессы смешения (перераспределения инградиентов)в пористых iax протекают чрезвычайно медленно, то важно исследовать методы ¡воляющие резко интенсифицировать процессы смешения, ¡следовака возможность резкого изменения температуры в пористом ге за счет перераспределения в нем влаги. Показано, что в 1исимости от количества перераспределяемой влаги может шизовываться два режима. В первом случае процесс изменения :пределения температуры происходит медленно по времени (когда

количество влаги незначительное), так как изменение температурь происходит только за счет теплопередачи по жесткому "скелету", вс втором случае (количество перераспределяемой влаги велико) температура меняется скачкообразно и передвигается вместе с фронтол передвижения влаги, изменение температуры происходит из-за конвективных механизмов переноса тепла.

-Исследована также возможность ускорения перераспределения температуры в пористом теле за счет протекания быстрой химической реакции. В работе проанализировано влияние наличия химической реакции сс слабым тепловыделением на перераспределение температуры в пористо» теле. Проанализировано влияние механизмов смешения на распределение температуры и концентрации веществ.

Список литературы

1. Мартынов Ю.В.,Рязанцев Ю.С. Течение жидкости на вертикальной плоскости при ступенчатом изменении граничных условий.-ПМТФ N1,1982, стр.50-54.

2. Мартынов Ю.В. Течение пленки жидкости по внутренней поверхности вращающегося цилиндра.-ПМТФ И 3, 1984 г.,стр75-82

3. Мартынов Ю.В. О ливневой эрозии почвы. Препринт ИПМ РАН N 497 Москва 1991, 33 .с

4. Мартынов Ю.В.,Ермаков В.И. О трехфазной модели ливневого плоского потока жидкости. Водные ресурсы. № 5, 1984, стр.44-53.

5. Мартынов Ю.В.,Беловолов Н.В.,Борц М.А. и др.Аппарат для контактирования сред Авторское свидетельство СССР № 998387. Бюл.изоб. N 7, 1983, стр.145

6. Мартынов Ю.В.,Лурье И.Г.,Беловолов Н.В. Аппарат для контакти-

рования сред.Авторское свидетельство СССР tf 1159608, Бюл.Изоб. N 21 1985.

Мартынов Ю.В.,Гаинцев И.Н.,Корсак П.В. и др. Аппарат для

контактирования сред.Авторское свидетельство СССР №1263328. Бгол.изоб. М38, 1986.

Мартынов Ю.В.,Пагава Г.А.,Липкин А.Г. и др. Реактор.Авторское свидетельство СССР Ii 1787518. Бюл.изоб.N 2, 1993 Мартынов Ю.В.,Беловолов Н.В.,Лурье И.Г. Аппарат для смешения пульпы с флокулянтом.Авторское свидетельство СССР № 1150230. Бюл.изоб.№14, 1985.

Мартынов Ю.В. 0 поле скоростей в гладкостенном сосуде с мешалкой у дна. ТОХТ № 4 1980, стр. 575-581. Мартынов Ю.В. .Торубаров H.H. О растворении вещества со дна гладкостенных сосудов с мешалками. ТОХТ № 2,1985, стр.172-176. Мартынов Ю.В.,Сизов В.В.,Торубаров H.H. Аппарат для перемешивания жидких сред.Авторское свидетельство СССР ff 1169718, Бюл.изоб.М 28, 1985.

Мартынов Ю.В.,Линев В.А..Димидчик A.A. и др. Аппарат для перемешивания жидких сред. Авторское свидетельство СССР

N 1655551, Бюл.изоб. №22, 1989.

Мартынов Ю.В.,Ахметшин М.М.,0вечкин В.И. Экстрактор. Авторское свидетельство СССР N 1586739, Бюл.изоб.W 31, 1990.

Мартынов И.В..Кузнецов Ю.М.,Гуриненко В.В. Аппарат для перемешивания. Авторское свидетельство СССР W 1473826. Бюл.изоб.М 15, 1989.

Мартынов Ю.В.,Бессараб В.Г.,0тинов В.Ф. Смеситель. Авторское свидетельство СССР № 1644995. Бюл.изоб. N 18, 1991. Мартынов Ю.В.,Линев В.А.,Липкин А. Г. Реактор. Авторское свидетельство СССР N 1233926. Бюл.изоб.№ 20,1986.

18.Мартынов Ю.В.,Липкин А.Г.,0дзелашвили Г.С. и др. Реактор. Авторское свидетельство СССР № 1494955. Бюл.изоб. N 27.1989.

19.Мартынов Ю.В.Дорубаров Н.Н.,Чупин Ю.Н.О перемешивании жидких сред якорной мешалкой,вращающейся нестационарно. TOXT W 4, 1989, стр.489 - 494.

20.Мартынов Ю.В.Дорубаров Н.Н.,Чупин Ю.Н. Реакторы с нестационарным перемешиванием. Девятая всесоюзная конференция "Химреактор -9", часть . Гродно,1986 г. стр.300-303.

21.Мартынов Ю.В.Дорубаров H.H..РудаковА.Н. и др. Аппарат для перемешивания многофазных сред.Авторское свидетельство СССР

М 1459701, Бюл. изоб. N 7, 1989.

22.Мартынов Ю.В.Дорубаров Н.Н.,Чупин Ю.Н. и др. Аппарат для перемешивания.авторское свидетельство СССР № 1333394. Бюл. изоб. № 32, 1987.

23.Мартынов Ю.В. 0 закрученных пленочных течениях жидкости. Труды всесоюзной научной конференции"Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств" Харьков. Часть 3, 1985 г.стр. 43-44.

24.Мартынов Ю.В.,Крамской Н.Ф..Семенов И. А. Аппарат для кондиционирования пульпы. Авторское свидетельство СССР № 1349797. Бюл. изоб. N 41, 1987.

25.Мартынов Ю.В.,Семенов И.А.,Воронов B.C. Аппарат для кондиционирования пульпы. Авторское свидетельство W 1456232. Бюл.изоб. N 5,1989.

26.Мартынов Ю.В.,Крамской Н.Ф., Игнатущенко Ю.И. Аппарат для кондиционирования пульпы. Авторское свидетельство N 1734859 Бюл.изоб. № 19,1992

27.Мартынов Ю.В.,Эпельбаум Г.И.,Муштаков В. К. Аппарат для кондиционирования пульпы. Авторское свидетельство СССР •

- 37 -

№ 1546165. Бюл.изоб. № 8, 1990.

Мартынов Ю.В.,Васючков Е.И.,Кулаков К. К. Аппараты для кондиционирования пульпы. Авторское свидетельство СССР

N 1789278. Бюл.изоб. W 3,1993.

Мартынов Ю,В, .Мартынов С.В,, _ Буадзе_Т.Г. и др.__Аппарат__для_______________

кондиционирования пульпы. Авторское свидетельство СССР M 1832057, Бюл.изоб.if 29, 1993.

Мартынов Ю.В. , Крамской Н.Ф.,Лурье И.Г. Багер-зуыпф. Авторское свидетельство СССР № 1103899. Бюл. изоб-if 27,1984 Мартынов Ю.В.,Крамской Н.Ф.,Лурье И.Г. Багер-зумпф, Авторское свидетельство СССР № 1319902. Бюл.изоб.!! 24.1487 Мартынов Ю.В. .Крамской Н.Ф.,Шмидт А.И. Багер-зумпф.Авторское свидетельство СССР № 1452587. Бюл.изоб.^ 3, 1989. Мартынов Ю.В..Сытницкий Д.Я.,Степанов Ю.Е. Багер-зумпф. Авторское свидетельство № 1680330. Бюл.изоб.№36, 1991. Мартынов Ю.В..Беловолов Н.В..Крамской Н.Ф. и др. Гидравлический классификатор. Авторское свидетельство M M' 1166823. Бюл.изоб. M 26, 1985.

Мартынов Ю.В..Виноградов C.B.,Подеягин B.C. и др. Реактор. Авторское свидетельство СССР № 1378912 Бюл. изоб.К 9 ,1988. Мартынов Ю.В.,Пагава Г.А.,Липкин А. Г. и др. Реактор. Авторское свидетельство СССР if 1337134.Бюл.изоб.if 34, 1987. Мартынов Ю.В..Лещевский В.А.,Лецко В.А. и др. Реактор. Авторское свидетельство if 1711963, Бюл.изоб. if 6,1992 Мартынов Ю.В.,Подерягин В.С.,Липкин В.Г. и др. Реактор Авторское свидетельство СССР W 1584992,Бюл.изоб.if 30,1990. Мартынов Ю.В.,Горубчук В.М..Кузнецов Ю.М. и др. Реактор. Авторское свидетельство СССР if 1710121.Бюл.изоб.M 5,1992. Мартынов Ю.В.,Пагава Г.А.,Кервалишвили Д.И. и др. Реактор

Авторское свидетельство M 1526809,Бюл.изоб.M 45,1989.

41.Мартынов Ю.В.,Липкин А.Г.,Виноградов C.B. Реактор.Авторское свидетельство СССР N 1695974. Бюл.изоб. M 45, 1991.

42.Мартынов Ю.В..Демидчик А.А.,Липкин А. Г. и др. Способ проведения тепломассообменных процессов и устройство для его осуществления. Авторское свидетельство СССР M 1357029. Бюл. изоб. N 45, 1987.

43.Мартынов Ю.В.,Липкин А.Г.,Пагава Г.А.и др.Микро-вихревой смеситель. Авторское свидетельство СССР M 1443950. Бюл. изоб. № 46,1988.

44.Мартынов Ю.В.,Котов H.А.,Правдивый И.Н. и др. Статический счмеситель. Авторское свидетельство СССР M 1604444. Бюл. изоб .if 41, 1990.

45.Мартынов Ю.В.,Локтионов В.П.,Правдивый И.Н. и др.Реактор. Авторское свидетельство СССР M 1710124. Бюл.изоб.W5, 1992.

46.Мартынов Ю.В.,Виноградов С.В.,Куклев A.M. Статический смеситель.Авторское свидетельство СССР M 1510901. Бюл.изоб.

№ 36, 1989.

47.Мартынов Ю.В.,Развозжаев А.Ф.,Яхьяев Б.Г. Статический смеситель.Авторское свидетельство СССР M 1632478.Бюл.изоб.

fi 9, 1991.

48.Мартынов Ю.В.,Никольский Ю.Н.Влияние водобмена в зоне аэрации на тепловой режим почвы.Изв.АН СССР МЖГ M 5, 1981, стр.63-71.