автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Разработка процессов и струменно-кавитационных аппаратов для размягчения осадков сахарного производства

міністерство освіта України УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 'ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Р Г Б ОД ^ Правах рукоппоу

' БАРАБАНОВ ПАВЛО МИХАЙЛОВИЧ

УДК 664,126.002.5.:532.528

РОЗРОБКА ПРОЦЕСІВ І СТРУМЕНЕВО-КАВІТАЦІЙНИХ АПАРАТІВ ДНЯ ПРОМИВКИ ОСАДІВ ЦУКРОГОГО ВИРОеИЦТВА

Спеціальність 05.18.12. - Процеси, машини та агрегати харчової промисловості

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ - 1994

Дисертації: є іуі;сшісо:.и .

Роботу докопало а Українському науковс-дослідисму інсїиіутх адіфОЕОї промисловості. 1

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, процесор

О.ф. ШИІ, ' ■

Офіційні опоненти: ’ "

доктор технічних наук, професор

Б.О. АІІІСГРАТЕІКО, ■ ■ .

кандидат технічних наук ' '

С.Л. ЯРОВИЙ.

Провідна організація /підприємство/; ' .

Київська асоціація цукроюї .

промисловості ( Д \6Ір t/p/7/ОО/Ury А

Захист відбудеться 2 3 а и єт <ол && о: на засіданні спеціалізованої вченої рада Д 068.17.04 Українського державного університету харчових технологій,

и. Кил ’&/ £><¿4' Bcyt

// -WY, ^ х

S д^?ф¥ацією ножна ознайомитися у бібліотеці Українського державного університету харчових технологій, 252017, пул. Володи-мирська, 68.

Авторефі

грат розіслано

Вчений секретар -спеціалізованої вченої ради

і.І.І. СОРОКОЛІТ

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

І

Актуальність теми. В сучасних умовах значно зростають вимоги до. ефективності Я рентабельності буряко цукрового виробішвд’м, до зниявнкя втрат цукру, а такси до економного використання енергії, палива та води.

Одна;; до останнього часу на багатьох цукрових заводах Уігрп ї-ни процес промивки фільтраційних осадів на барабанних вакуум-фільтрах, проводився неефективно. Цз призводить ДО Е«Г ‘X втрат ЦУКРУ> а т8коя до валяках витрат прсияиіюї води, теплової сіюргії її палива у магах всієї галузі. Разом з тіш, промивка ооадіп входить у групу наймена дослідг.енах процесів масообміну в системі тгорла тіло - рідина. Практична на вивченим залишався прояво промивка сатураційних осадів. •

Одлп з перспективних напрямків інтенсифікації технологічних процесів, зокрема, промивки фільтраційних осздів іте полягати у зосїосувяпіі гідродинамічної кавітації. Струменево-кавітоційні /СК/ апарати, розробкою та використанням ягах у.цукговііі щхг.ч'ялотсгі на протязі ряду років займалась лабораторія гідродинаміки УкгНДііЗ?, показали свою перспективність при інтенсифікації різне: .анітних технологічних процесів, ¡зо дозволяє створити на їх основі сучаонт пристрої для інтенсифікації процесу промивки сатурзційних оездіп у цукровому виробництві. .

Мета роботи. Мета ціої роботи полягає в комплексному и:ютс:іиі кінетики, гідродинамічних і технологічних особливостей проміжки фільтраційних осадів іскрового виробшгггво. і роягкзбці •»•.іг-- -

тивішх мотодіз, тіро:-,есів і пристроїв дчя нрокиЕгл із застосуа'!"-ням гідродинамічної кавітлції.

В роботі ставились такі завдання.

Вивчення кінетики Я оооблизоогей процесу промивка сатураційних ооадів'иукрового виробництва. Розробка нових кавітаційних роз~ пилявачів, а\тахоя іглих апаратів і пристроїв для промивка ф'ільтра-ціїшх ооадів. 'Вивчення впливу конструктивних параметрів і гідродинамічних режимів кавітаційних пристроїв на якість розпилгааиня промивної води і технологічні показника процесу промивки. Роеробка математичного опе^у процесу промивки ооадів і методів розрахувати: конструктивних параметрів і гідродинамічних характеристик розроблених пристроїв для промивка ооадів. Проведення обчислювального експерименту по порівняншо дослідних і обчислених характеристик промивки сатураційних осадів із-застосуванням персональної ЕШ. Підготовка рекомендацій по використанню комплексу розроблених пристроїв на барабанних вакуум-фільтрах у цукровій промисловості.

. Наукова новизна цівї роботи полягає в наступних положеннях, о

Експериментально підтверджено ефективність застосування струме ново-кавїтаційних /СК/ апаратів для інтенсифікації процесу промивка фільтраційних осадів цукрового виробництва.

■ Запропоновано нові конструкції кавітаційних розпалювачів для промивки фільтраційних осадів. На розроблені конструкції прістроїв отримано авторські свідоцтва на винаходи /А.с./СРСР/ JS ІІ87846, 1985, Л.с. J6 1405852, 1988, A.c. № 1562009, 1988, A.c. Ä І59°03І, 1990, A.c. ft I74I863, IS92/.

В лабораторних умовах змодельовано, а в лабораторних і виробничих умовах вивчено процес і технологічні особливості про-иявки сатураційних осадів цукрового виробництва. Отримано такси характерні для цих осадів "криві промивки" в у:.-:вах вакуум-фільтру-дання. .

. Вивчено вшив конструктивних параметрів і гідродинамічних ргкаиів розроблених пристроїв на якість розпилювання :и мивної

води, а текса на технологічні показника процесу промивки.

■ Розроблзао математичная о гаю промивки сатураційних осадів цукрового виробництва, та проведено еС''щслш5яьнай експеримент по порівнянно експериментальних і'розрахункових характеристик процеоу на персональній ЕОМ» '

Запропоновано інженерний метод розрахунку вихрових кавітаційних розпалювачів. .

Практична значення роботи полягав в наступному.

Розроблено комшіеко кавітаційних приотроїв для ПрСУ-ЗЕКЛ фільтраційних осадів цукрового виробництва, який забезпечує високу якість промивки, що дозволяв знизити втрати цуіфу з осадом до 0,5-0,7 % до шса осаду і зменшити витрати промивної води до 70 % від нормативної волячини. Цз вада до окорочення втрат теплової енергії при дальиому Вішарюзанні вода і до економії палива.

Розроблено методику і прилади інженерного розрахунку СК-апаратів дая інтенсифікації процесу промивки фільтраційних осадів.

Розроблено рекомендації по використанню комплексу розроблених пристроїв на барабанних вакуум-фільтрах типу Б0У-40, БсхШУ—40 і ША. . ■

Розроблені апарати можуть знайти застосування для інтенспфі-кації деяких-ішіих, окрім промивки осадів, иасообміннлх процесів у цукровому виробництві /наприклад, у розпилювальному сатураторі/.

Реалізація науково-технічних розробок. Комплекс апаратів і пристроїв для промивка фільтраційних осадів цукрового виробництва пройшов виробничі випробування і був запроваджений на раді цукрових заводів України й Рооії /Яготинський, Оржицький, Андругаівсь-ний, Миронізський, Кобеляцький, Жашківський, Іллінецькпй, Старо-всстянтинівсьикй, Чортківський, Бучацький, Радехівський, Лучансь-кий, Степанівський, Іванопільоький, а такси Рамонський, Георгіу-Дезький, блань-Коленківський, Нижньо-Кисляйський та ін./ на ва-

оды-фмьтрах типу Б0У-40, БозйЕУ’-йО, В££Л.

Науково-технічна конференція спеціалістів од крою ї хірошоло-вості "Основні напрямки підвщвщш технічного рівня іскрової промне іобості" /м.Київ, смт.Ворзель, Ї99Я р./ рекомендувала розміщу-ішти ці прошвні пристрої на всіх цукрових заводах, які обладнано вакуум-фільтрами, ■ . ^ -

Річний економічна!* ефект при впровадженні розробленого комплексу пристроїв для проминки осадів на цукровому заводі з виробничою потужністю 3000 т цукрових буряків їй добу впродовж виробничого сезону складав 84 тио.крб.'/у цінах 1991 рі/. . .

Апробація роботи. Основні результати роботи були апробовані на науково-технічних конференціях молодих вчених і спеціалістів "Питання підвищення ефективності цукрового ьяробницгва" /м.Яготин/ в 1984 р. і 1989 р,, а такок на республіканській науково-техніч-иій конференції "Інтенсифікація технологій і вдосконалення устаткування псроробішх галузей АПК" /м.Київ, КГІХП, 1Э89 р./.

Публікації. По матеріалах дисертації опубліковано ІЗ робіт, у тому числі 5 авторських свідоцтв на винаходи. • '

Структура та об"еми роботи. Дисертаційна робота складається із передмови, чотирьох розділів, висновків, бібліографічного списку літератури і додатків. ; • • . .

Роботу надруковано на. 206 сторінках основного тексту, вона вюшчас ЗО рисунків і-ІО таблиць.

З додатках вміщуються інженерні розрахунки, лістинги та роз-аечатші, що описують обробку експериментальних даних на ЕОМ.

основний а’Лет роботи

У порадмові показано значення проблеми -підвищення ефективності процесу ирошівки фільтраційшіх осадів цукрового виробництва і ькгізшю на можливість застосувашш суперкавітаційних /СК/ апаратів для інтенсифікації процесу щхживкп. _

У пошому розділі зроблено аналіз проведених до цього тпс.у досліджень по промивці осадів у хімічній і харчовій промисловості, , .а також розповсзджзних апаратів і технологічних схем для прове' дення промивки. Викладено описані в літературі фізико-мєханічні моделі і математичні описи процесу промивки осаду на фільтрах.

Розглянуто сучасні прїстрої і методи длд промивки осадів їм барабанних вакуум-фільтрах. Дня здійснення процесу вчкориотовулились два основні способи: розпилювання промишг яодя або пода’ю її на поверхню у вигляді плівки рідини.

Недоліки розпалювальних пристроїв,'які викорястозувались на цукрових заводах, полягають у нерівномірності розподілу розп:иікь-. ваної води па поверхні фільтраційного осаду. Вони на надійні в роботі і ле забезпечують високої чкості розпилювання рідяня та ефективності процесу промивки. Інші пристрої для промивка не забезпечують рівномірного зрошення поверхні осаду, що викликає великі втрати цукру fi великі витрати промивної водя. Такі пристрої потребують складного регулювання, великих витрат ручної роботи і по забезпечують сучасних вимог до санітарко-гігішіічиих умов праці.

На багатьох цукрових заводах втрати цукру з оса,,оч мояуть у 2,0-2,3 рази перевищувати нормативні значена::. Таким чином, па заводі середньої потуглості може втрачатись до 250-300 т цукру, що призводить до значних втрат у межах всієї галузі. Крім того, підвищення витрат промивної води, що потім поступає на дал-v j випарювання, викликав збільшення витрат теплової енергії та пачива.

«

Один із шляхів інтенсифікації іг-ого процесу може полягати у формуванні міцних і високопормсп« осадів за рахунок зміни технологічного режиму або спеціальної техлапогічяої обробка сусітп.чі/ на стадіях, що передують Фільтруванню.

Відомо також, що еглад і властивості екс»елюенту crrptmvr.r'.

значний вшшв на інтенсивність процесів у системі тверде тіло- • рідина й, зокрема, на процео промивки.

У літературі описано різноманітні фізичні методи активації води /наприклад, дія магнітного поля, високого тиску, температура, дегазації або ультразвуку/. На думку дослідників, що займались проблемами фізичної активації води, різні методи -приводять до схожих тимчасових змін II властивостей /зростання pH, підвищення елоктропроводності, зміна окислювально-відновного потенціалу, зміна концентрації окремих солей або газів/.

Відомо, що ультразвукова апаратура знаходять широке застосування в різних галузях техніки для активації води і технологічних рідких оередовящ. Ультразвукові коливання викликають появу в рідині поле кавітаційних бульбашок, причому кількість і розміри бульбашок визначаютьоя режимом роботи й конструкцією ультразвукових випромінювачів. Однак саме кавітація є головним чинником змін властивостей рідини та її активації.

Для кавітаційної обробки рідких середовищ більш перспективними видаються гідродинамічні апарати, в яких затрати енергії на порядок, нижчі,. ніж в ультразвукових. Особливо ефективним е використання режиму суперкавітації.

В розділі розглянуто загальноприйняті фізико-мвханічві моделі розпилювання рідини і показано, на оонові літературних данних, що кавітація а одним із чинників диспергування рідини ири розпилюванні. . (

На закінчення першого розділу сформульовано мету і завдання дисоргаційної роботи. '

Другий розділ присвячено- дослідженням процеоів кавітаційного розпилювання рідини і процесу промивки сатураційних осадів.

В інженерній практиці розроблено велику кількість показників,

що характеризують розпал. Дисперсні характерготикя визначають розпал як оукупніоть крапель різних розмірів. Реальний полідаспзрс-няй розпал характеризують середнім діаметром крапель. Характеристики розподілення відображають поля питомих потоків рідини у факелі розпилу, які можна зобразити в графічному вигляді у формі епюри. Використовують такса характеристики форми, що дозволяють оцінювати розміри і конфігурацію факелу /наприклад, кореневий кут факелу/, а такси витратні характеристики розпилювальних пристроїв.

З метою проведення випробувань експериментальних кавітаційних розпилювачів нами були використані гідродинамічні стенда. Крім того, випробування СК-розпилювачів проводились у виробничих умовах на декількох цукрових заводах. -

Вихровий СК-розпилювач, що самоочищувтьоя /рис.І/ являв собою циліндричний корпус із боковим патрубком і вихрову камеру /сопло/ у вигляді втулки із тангенційнями вхідними каналами, оснащену верхнім фланцем з кільцевою відборїовкою, що мав загострену окрайку. Пристрій оснащено циліндричним штоком, що в сооспим до вихрової камера.

Вихровий СК-розпялЕвач працює таким чином. Вода під тиском поступав через боковий штуцер до корпусу й проходить через танген-ційні вхідні канали у вихрову камеру, де потік закручувтьоя, і розпилюється через оодло. При обтіканні гострих окрайок на центральному штоці та кільцевих відбортовок перед вхідними каналами в потоці рідини виникають кавітаційні порожнини, хвостові частини яких розпадаються на велику кількість мікробульбашок. Потрапляючи в зону підвищенного тиску на виході із сопла, кавітаційні бульбашки охлопуютьоя з утворенням високошвидкісних мікрее-'Грумв-нів. Кумулятивна дія мікроструменів сприяв однорідному дрібнодисперсному розпилюванню плівки рідини у формі конусу, що зиходить із сопла.

Рис. 2 Ь.чтратні характеристики уихроъого СК-розшшш-чгі /Ад.к. = Í-температура бодц +10°С;

. 2- температура +50 ц.

Каверин на гострих окрайках викликають деформацію закрученного потоку у вихровій каморі, що паде до більш рівномірного заповнення циліндричної вихрової камери рідиною, а також до більш рівномірного розподілу краплин рідине у факелі розпилу.

На графіках /рис» 2/ ¿ряжено витратні характеристики впхро-

вого СК - розпилпвача э діючою кавітаційною характеристикою

А„ „ « 2,5, які були використані для промивки сатураційних оса-д**« . ...

дів на барабанних вакуум-фільтрах. Випробування > уводились' при температурі води ♦ І0°С І + 50°С.

Проведені випробування показали, що розпилювання вихрових СК-розпилювачів при Ад,к. “ 2,5 відзначалось більш інтеноквноо кавітаціє? і сильним кавітаційним шумом. -

. Характеристики дисперсності СК-розшиивачів зображено на рис.З у вигляді фіктивного монодисперсного розпилу, що описується середнім діаметром крапель. Результати випробувань показали, що дис-пероніоть розпилу значно зростала пра підвищенні тиску подачі води. Після досягнення кавітаційного режиму течії води у вихровпму СК-розпилювачі значення дисперсності ставали автомодельними по відношенню до тиску подачі.

Епюра густини зрошення факелу розпилу харв_ ¿ризувалдоь мінімальною величиною по ооі вихрового СК-розшілювача з підвитепиятл густини зрошення до максимальних значень на периферії фак«,т/ і зниженням до нуля за ме&ами факелу розпилу.

Результати досліджень показали, що при рооочах значеннях тиску нагнітання /близько 0,1 Ша/ і при температурі води іЮ0С і пп-ще вихрові СК-розпилтаачі з діючою каві таці ¡‘гсш гпртктертопгкоч А„ „ = 2,5 забезпечують зтзошення близько ?0 .1 лчсг», ко іюкуив.-іе

■

собою ЙЙКЄЛ розпилу.

Рио. 3. Харакгепиогики диспероноогі розпилу вихрового СК - розпилювача /Ад,к# - 2,5/.

X - температура води +ІО°С; 2 - температура +50°С.

С/С,

□ ГП 1 “1

\ 1 № « □ ... {— і -7 /5 — —

щг г~

— 1 щ і5 L—

} — V ¡уг 2

' ] $ № — - —

ь

- — ТО 7 —

ж Л 1 J

Я J і ■ - J

—і 1ÜUII 1

& .

ад в« as as 4о і

V/vnofi

Pro.4. Кряві поої'гекк сатураційного осаду.

■ДО

Вихровий СК-розшиїювач з діючою кавітаційною геометричну характеристикою » 2,5 відзначавоя підвищеним /у порівнянні з СК-розпилювачем при Ад>к> * 1,65/ середнім розміром крапель /порядку 150 юм/. Пря цьоиу вихровий СК-розшитвач /Ад,к, « 2,5/ при розпалюванні гарячої воді забезпечував найбільшу рівномірність зрошення факелу розпилу.

Як показали виробничі випробування, дисперсність, що характерна для цих типів вихрових СК-розпилювачів, відповідав умовам зро-сеглія сатураційного осаду на поверхні барабанного вакуум-фільтра.

В лабораторії Яготиноького цукрового заводу із вшсориотанням . експериментальної установки, що моделха умови промивки осаду суспензії соку І сатурації, проведено доолідження фільтраційних якостей і кінетики процесу промивки. Крім того, проводились доолідаан-яя вшшву кавітаційної активації на дистильовану воду.

Лабораторна установка, що включала лабораторний РТС /подріб-нювач тканин буряків/, була оснащена СК-крильчаткою із зовнішнім діаметром Д в 0 70 им, відносною густиною лопатевої решітки 8/Т=

0,435 і відносною відстанню Н/Д >2, а такса скляним циліндром,. який герметично закривався кришкою та підключався до вакуум-сиетеми.

Мета попередньої кавітаційної обробки сатураційної суспензії полягала в тому, щоб отримати більш міцну і пористу структуру пра фільтруванні й промивці.

Як показник ефективності процесу промивки у кожному досліді було використане значення відносної концентрації С/С0 => 0,1, яка приблизно відповідає переходу із другої отадії процесу в третю /дифузійну/. Відповідні значення V/0 ц дозволяють кількісно оцінювати ефективність процеоу, тобто витрати промивної води.

Вплив кавітаційного перемішування на якість згущеної оуспен-

аії контролювався за допсаогоп визначення фільтраційного коефіцієнта сусцензії по модернізованій наш методиці /площа лабораторного фільтра складала 20 са^, замість 5 см2 у стандартному приладі/. ' . ' ' : '

Експериментальні "криві промивки" сатураційних ооадів аобра-ке но на графіках /рао. 4;5?б/. Вони показують залежність значень відносної концентрації цукру в промивному фільтраті від відносного /у порівнянні із проотором пор/ об"ему промивногр фільтрату.'

"Криві промивка" І-б отримано в першій половині виробничого сезону без застосування кавітаційної обробки оуопензії. Криві . 6-ІІ отримано при промивці осаду після застосування кавітаційної обробки суспензії. Криві 12-17 отримано в кінці виробничого сезоні' після кавітаційної обробки суспензії та добавки 0,25? розчину флокулянту КО-3. • .

Зрозуміло, цо найкращі умови для фільтрування й промивки були на початку виробничого сезону. Однак і на/прікінці сезону кавітаційна обробка оуопензіХ дозволяв суттєво поліпшим фільтраційні якості суспензії та підвищити ефективність процесу промивки.

В цих дослідах швидкість обертаная СК-крильчатки складала IX = я 5000 об/хв //2 я 26,2 о“^/, а час обробки - 60 о у дооліді Х2 і відповідно - ЗО о у дослідах ІЗ, 14, 15, 16, 17.

Результати дослідів показують, що найкращі "криві промивки" отримано у дослідах, яким відповідають низькі значення суспензії. З цього можна зробити висновок, що фільтраційний коефіцієнт суспензії являв собою більш надійний показник якостей фільтраційного осаду при промивці, ніж коефіцієнт£ соку І сатурації.

Результати лабораторних дослідів по кавітаційній обробці дистильованої води показали суттєве підвищення значень pH при підви-

%&%0ЄЛЇЬ26І

УЛ/пвр

Ряо. 5. Криві прсмивки сатураційного ооаду.

¿$0

с/с,

1 11 ““1 1 -17 " І "

1

* 7 і ■

І

у »

і

І

■ і

І -

.... -- |КЛо&і

Ряс.6. Криві промивки сатураційного осаду.

щеняі щвадкосгі обертання СК-кральчатха та ера отворенні ашіьаого розрідження в лабораторній установці. Такі дані відповідаю» результат; різних вадів актавації вода, про які наводалаоь овідчен-ня в літературі. Проведені досліде підтверджу«» можливість активації /зміна фізнко-осіиічнді якостей/ вода піаля ааотосування кавітаційної обробка. •. . ■ ,

Дослідження кінетика і фізано-хімічнах оооблавоотей процесу проиявки фільтраційних осадів згущеної суспензії соку І сатурації показали, що "крива прошвка" цих осадів наближається за своїм характером до типу "кривої промивка" високопораотах ооадів, кола процес відбувається із витискуванням фільтрату в поршневому режимі. Застосування флокулянтів і кавітаційного перемішування згущеної суспензії соку І сатурації найбільш ефектишо поліпшує якість промивка осаду наприкінці виробничого сезону, кола звичайно зняжуфть-ся фільтраційні якості соку І сатурації.

З метоп інтенсифікації проірсу промивки розроблено експериментальний комплекс пристроїв для промивки фільтраційного осаду цукрового виробництва. Комплекс складається з таких приотроїв.

1. Вихрові отруменево-кавітаційні /СК/ розпилювачі, що само-очищушься, дія промивки дару на поверхні вакуум-фільтру /ряо.І/,

2. Плоскофакельні СК-розпялювачі, що самоочищаються, для об-ииву фільтрувальної тканяіш пін II сходженні з вакуум-фільтру.

3. Апарат для кавітаційно-кумулятивної обробки /активації/

проїтавиої вода. ........

4. СК-ежектор-змішувач для змішування згущеної сатураційної суспензії із дозованим розчином флокулянту.

Даний комплекс приотроїв обладнано такси приладами для визначення витрат, тиску і температура рідина.

Плоскофакельиий СК-розпалювач, що самоочащуеться, для обмиву

фільтрувальної тканина вклтає в себе циліндричний корпус із щільовим соплом( виконаним./у поперечному перерізі/ у вигляді синусоїди, і кавітатор, встановлзняй у вхідному каналі. Для підвищення надійності роботи в режимі самоочищення СК-розпдлггоач оонащено поршнем зі штоком, встаношегшм з можливістю осьового переміщення. Кавітація, що виникав прп обтіканні кавітаїора в СК-розштзвзчі, сп^яш однорідне:^ дрібнодисперсному подрібнення плоского струменя рідаки, що витікав із щільового сопла.

Апарат для кавітаційно-кумулятвшої обробі активації/ противної вода являє собою корпус, що складається двох робочих модулів, які пклтать конфузор, горловину і дифузор, а такт підвідних патрубків у вигляді коліна, оснащених приєднуючими фланцями. -іерез робочий модуль було пропущено центральну вісь, остю-щену штурвалом, що забезпечувало ТІ осьове поресування. На осі, у місцях, що відповідають розміщенню горловин дгюх робочих ділянок модуля, встановлено дьі статичні СК-крильчатка. Ці СК-кряль-чатки забезпечують кавітаційно-кумулятивну обробку промивної води» що протікає через апарат.

СК-ежектор-зміиу вач призначено для кавітаційної обробки і змішування з дозованим розчином флокулянту згуценої суспензії соку 1 сатурації перед фільтруванням оуопепзії на барабанному вакуум-фільтрі. СК-ежектор-змішувач являв собою циліндричний корпус із фланцями для приєднання до трубопроводу подачі суспензії. Навкруги циліндричного иорпусу розташовано кільцеву тамару для розчину флокулянту з підвідними патрубками. КільивЕа каморо сполучена із внутрішньо» порожниною циліндричного корпуоу ОТВ->-рами для ежекції розчяну. Всередині циліндричного корпусу розташовано оошіо-кон^узор /вотано&ченв із морліійіотл осьоткч-о г.ч-. росувоння пс різбі/. У соплі розташовано к-.пітатор, тікогагмй

у вигляд^ отатичної СК~крильчатки. Така конструкція забезпечує ' ефективну ежекцію дозованого розчину флокулянту і його змішував-нл із згущеною суспензією. ..

Випробування експериментального комплексу проводилиоь на барабанних вакуум-фільтрах типу Б0У-40, БохШГ-40, а таког. ША /з поверхнею фільтрування 63 м^/ на ряді цукрових заводів України й Рооії.

Результати випробувань показали роботоспроможніоть і ефективність розроблених нами апаратів. Комплекс кавітаційних апаратів забезпечує високу якість промивки, дозволяє знизити втрати цукцг а осадом на 0,2-0,5 % /до маси осаду/ і амвнпити витрати води на 30-60 %.

Третій розділ присвячено мзтодам розрахунку кавітаційних

апаратів для промивки осадів. У цьому розділі розглянуто фізико-0 ' ■ . ' 1 механічну модель кавітаційного розпилювання та II можливий математичний опис«

Показано, що моделі розпилювання та розпаду струменів, в яких рідина розглядається як ідеально однорідне середовище, не можуть описувати диспергування реальної рідини. Реальна фізична рідина вміщує в собі домішки твердих частинок, мікробульбашок газу, пари або повітря. Крім того, ііри турбулетних режимах течії рідини 11 внутрішні поля швидкості і тиску набувать складної форми. 3"являються розриви безперервного рідкого середовища, тобто виникав кавітація. У зоні підвищеного тиоку на виході із сопла відбувається охлопування бульбашок, яке супроводауетьоя утворенням мікроструменів і мікровихорів.

Переміщення кумулятивного струменя у в"язкому рідкому соре-доваді розпилюваної рідини приводить до утворення в товщі струменя і плівки мікровихорів. Коли сили інерції поревної гь сялл

поверхневого натягу, плівка або струмінь розпилюваної рідина роз-

падається на краплі. Розрив плівка або струменя рідани відбувається при крлтичному значенні числа Вебера. При кавітаційному розпалюванні критерій Вебера являв собою иіру відношення оил швидкісного напору рідина до оил поверхневого натягу плівка або струменя рідина. ■ . .

У третьому розділі розглянуто інженерний метод розрахунку конструктивних параметрів і гідродинамічних режимів кавітаційних розпилювачів на прикладі СК-розпилювачів. Критерієм гідравлічної подоби вихрових розпилювачів при русі фах ідеальної рідина е геометрична характеристика А, яка однозначно визначає гідравлічні параметри ідеального вихрового розпилювача /коефіцієнта витрат і кут факелу розпилу/. ,

У вихровому СК-розпилввачі на початковій ділянці камери закручування струмінь рідини, що витікає із вхідного каналу, значно деформується під впливом кавітації. При цьому швидкість течії рідини у вхідних каналах зростав. Деформація потоку викликає зростання початкового моменту кількості руху в порівнянні з розрахованим для ідеального розпилювача.

З метою врахування впливу кавітації та"деформації струменів, що поступають у камеру закручування, при розрахунку гідравлічних параметрів вихрових СК-розпилювачів, необхідно використати діючу'

кавітаційну характеристику розпилювання А„ „ замість геомет-

д.к.

ричної характеристики для ідеального розпилювача.

Діюча кавітаційна яаракїбристика будується аналогічно до геометричної характеристики

де Гсрадіус оопла; •

Я - плече закручування;. .

П - число вхідних тангенційних каналів; '

/й* “ площа перерізу вхідного каналу; ' ’

./3А- кут між непрямой вхідного каналу та віссю сопла;

коефіцієнт деформації отруменя, що витікав із вхід. ного каналу. . .

У третьому розділі розглянуто також приклад інженерного розрахунку СК-апаратів, що входять до комплексу кавітаційних пристроїв для промивки. ■ : ,

В основу інженерного розрахунку СК-апарате для кавітаційно-кумулятивної обробки промивної води було покладено методи розрахунку статичних СК-змішувачів, розроблені О.Ф. Вємчиним і Н.С. Ней-чиною. При розрахуванні СК-ежектора-змішувача було використано методи розрахунку струменевих апаратів, розроблені С.Я, Соколовим і Н.М, Зінгером. Ці розрахунки слугували основою для розробки експериментального комплексу кавітаційних пристроїв. , •

Дня опису отриманих у лабораторних дослідах кривих промивки сатураційних осадів було запропоновано емпіричне рівняння

_ С=ехр'(-А-Vа), ;

да С - відносний вмій цукру в промивному фільтраті; .

V - відносний оЬ"еи прошивного фільтрату;

А - емпіричний коефіцієнт;

Л. - емпіричний коефіцієнт.

За допомогою персональної ЕОМ було проведено розрахунки дио-пврсій .и емпіричних коефіцієнтів вибраного рівняння по методу найменших квадратів. Результати розрахунків показали, що вибрана емпірична рішення добре узгоджується з експериментальними даними. Одіїак емпірична формула не дозволяє розкрити механізм про-

3 метою моделювання різних стадій процесу промивки був проведений обчислювальний експеримент на персональній ЕОМ. Для роз' робка програми було використано математичну модель, запропоновану Дж.Тейлерсм, яка описує дифузію цукру в капілярах порового оо-редовяща в процесі руху їії них промивної рідини.

. Результати обчислзовзлілого екоперименту підтверцкують, що гідродинамічне витискування переважав лише на початковій стадії процесу промивки сатураційних осадів У той хе чао особливості процесу промивки ез барабанних вакуум-фільтрах ^овлюють езли-ке значення молекулярної дифузії в процесі елі даузання сатураційного осад:1. ,

У четвергом? тозділі розглянуто результати вяробштах випробувань комплексу апаратів і прістроїв ддя промивка фільтраційних осадів цукрового виробництва.

У цьому розділі дано технічну характеристику розробленим пристроям, які випробувались у виробничих умовах на ряді цукрових заводів України та Росії.

Випробування проводились при трьох основних режимах роботи комплексу апаратів дая промивки: режим № І - у роботу включено тільки СК-розшшюачі; реким »2-у роботу вюіючено СК-розшиїю-вачі і апарат для кавітаційно-кумулятивної о"''бкп промивної води; режим Л 3 - працювали СК-розтшзвачі, апарат для кавітаційно-кумулятивної обробки промивної води, а також. СК-еяектор-змлиувп для змішування згущеної суспензії з 0,1 % розчином ПЛЛ,

Результати виробничих випробувань комплексу пристроїв длі промивки осадів, що проводились на Оркицькому пукровсму зпізоді, наведено в таблиці.

Досвід використаїш." розробленого комплексу приотроїв ■-зуе, що СК-апарати відзначаються сфектишісгм і надсісти а

СзЮЫ СЛ£*здгоі 1 СЛі^СОЮМ

- Таблиця

Результати виробничих вшробувань комплексу навігаційних пристроїв для ппскязян осаду на барабанному 'вакуум-фільтрі ЇШ /площа фільтрування 63- іс, із збіжним полотном/. Оуашцьиии цукровий завод. 1988 р. ,

Й ДОСЛІДУ Виграти промивн води Тяоа у СК-роз-ошшва-чах, р,Ша Вліст цунру осаді,% до маоа осаду Швидкість обертання барабана, •с"1 Тов- щина шару оса- ду» т Продуя- ГИВНІ-СЇЬ яо осаду, ос, г/ч Витра- ти прдаивн. ВОДИ' нотыатив., пр.в.я., М3/Ч ї^соку І оагу-рації Примітки "

І 2 . 3 4 5 6 7 8 9 10

7,0 9,2 . іб 10,8 10,8 . 0,03 0,05 0,06 0/07. 0,07 1,6 1,7 0 85 0,70' 0,50 0.000435 0,000435 0,000435 0,000435 0,000435

3,5 6 0 7.0 9.2 10.0 0,01 0,03 0,03 0,05 0,06 2,7 0,85 1.2 ' 0,3 0,4 0,000435 0,000435 0,000435 0,000435 0,000435

7.0 8.1 іб.О 0,03 0,04 0,06 1.7 0,85 1,05 0,000435 0,000435 0,000435

б

9

9 8 8

8

8

7 6 8-

10

8 10

8.7 13,0 II 6 11,6 11,6

11,6

11,6

10

8.7 ІІ,6

14.5

11.6 14,5

8.7

і5,о ■ п б іі,б 11,6

П,6 II6 10

8.7 11,6

14.5

11.6 14,5

Режим роботи ЛІ

Режим роботи »2

Режш роботи № 3. Виграти 0,1% розчину складали

роботі, простои у киготоаісшіх 11 експлуатації.

0С1ЮВНІ ВИСНОВКИ

1. В результаті лабораторних дослідаавь і виробничих випробувань вивчено процес промивка сатураційних осадів цукрового виробництва на вакуум-фільтрах і отримано характерні для них "кризі промивки". Показано, що "криві промивки" сатураційних осадів за своїм характером наближаються до промивка васокопористих агрего-вшшх осадів з неміцною структурою, яка'може руйнуватися в процесі промивки. Татам чином, для процесу промивки велике значення мао структура шару сатураційного осаду на поверхні вакуум-фільтра.

Дослідження показали, що застосування флокулянтів і кавітаційного переміщування згущеної оуспензії соку І сатурації дав змогу поліпшити фільтраційні якості суспензії, структуру ссаду і ЯХІСТЬ ЙОГО промивки. Це ОООбЛИВО ПОМІТНО В КІНЦІ виробничого 00-зону, коли спостерігається погіршення фільтраційних якостей суо-пензії.

2. Розроблено математичний опио процесу промивки сатурацій-

них осадів. Проведено обчислювальний експеримент по порівнянню розрахованих характеристик промивки і результатів лабораторних дослідів на персональній ЕОМ. Показана адекватність вибраного рівняння регресії. '

Проведено обчислювальний експеримент по моделюванню процесу прошвкя сатураційних осадів /із використанням результатів лабораторних дослідів та розрахункових характеристик/ на персональній ЕОМ.

3. Запропоновано нові конструкції кавітаційних розпилювачів

та інших апаратів для промивки фільтраційних осадів. На оригиналь-ні конструкції пристроїв отримано авторські свідоцтва на винаходи /А.о./СРСР/ Я ІІ87846, Б.в. № 40, 1985, А.о. № 1405852, Б.в. № 24,

А.о, іі І562Ш9, 1988, A.c. № І59203І, 1990, A.c. № І74І863, 1992/.

4. Розроблено кошлоко пристроїв ДЛЯ- прошш<в фільтраційний,

/оауурацішшх/ осадів цукрового виробництва. Випробування иогяза-л:і ^йотоспршожніотьі надійність і ефективність запропонованих иргіі-роїв» ■ > - ' . • V . .

5. Вивчено вплив конотруктявних параметрів і гідродинамічних

І.’е.'шшів кавітаційних апаратів на якість, розпилювання промивної водії , а -також на технологічні показника процесу промивки. Показано, що найбільшій ефект н& процес промивки виявили вихрові СК-розшшо-ііідчі з діючою кавітаційноюгеометричнов характеристикою * 2*5.

С. Розроблено методика інженерного розрахунку нонструктив-них параметрів і гідродинамічних характеристик кавітаційних апаратів ДШІ промивки осадів. ' ^ , • " ’

7. Підготовлено рекомендації по використанню комплексу розроблених пристроїв на барабанних вакуум-фільтрах *ипу Б07-40, ЬохШУ-40 і ВМД в цукровому виробництві. : . :

В. Встановлено, що комплеко розроблених пристроїв у цілому забезпечує високу якість промивки, що дозволяє знизити втрати ■ 1

цукру з осадом до 0,54),7 % до маси осаду Я зменшити витрати промивної води до 70 % від нормадирної величини. Це ваде до скорочення втрат теплової енергії.при дальшому випарюванні води і до економії палива. ■ ‘ .

9. Розроблені апарати,'-які практично вирішують питання промивки фільтраційних осадів, можуть знайти застосування для інтенсифікації інших масообмішшх процесів у цукровій промисловості /наприклад, для розпилювальної сатурації або підготовки води, що подається на дифузію тощо/.

10. Застосування комплексу пристроїв для промивки сатураційних осаді;? на цукровому заводі з виробничою потужністю 3000 т цукрових буряків на добу дозволяв їй протязі виробничого сезону зеко-

<5 ' ’

номяти 60,7 т нукру, 6,2 тио.ы промивної водп і 95,6 т умовного палива. Річний економічний ефект для такого заводу складає 84 тио. крб. /у цінах І991 р./.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Барабанов П.М., Козлов Л.®. Проблем осадів бурякоцукро-вэго виробництва //У зб.: Питання підвищення ефективності цукрового виробництва: Теза доповідей науково-техн; .ї конференції -Київ: ЕЩЦВД, 1984, о, 54.

2. Барабанов П.М. Закономірності процесу промивки фільтраційних осадів цукрового виробництва //‘Рук. й 1304, депоновано

у АгроНИИТЗІЇШ, 1986 р. Бібліограф, опяз опубліковано у Бібліогр. показтіку "Депоновані рукописи" /БНИЙТЦ/, M., I9CS, ß 12, о.І2Г,,

3. Барабанов П.М., Нємчии О.Ф., Новооелецыкй В.Д. Промивка

осадів ка барабанному вакуум-фільтрі із застосуванням струмониво-кавітаптйнпх розпилювачів // Цукрова промисловість, 1986, У> II, о. 25-88. „

4. Барабанов П.М., Немчан 0.5. Досвід експлуатації кавітаційних пристроїв для промивки фільтраційних осадів на вакуум-фільтрах. - II.: АгроШИТЭИПП, 1989, в. 8, с. 27-30.

5. Барабанов ІІ.М. Молінніоть інтенсифікації процесу промивки і застосування кавітаційних пристроїв для промивки фільтряцій-ішх осадів цукрового виробництва // У зб.: ПІчяхи зяяжєіо-і терп? цукру у фільтраційному осаді. - М.: Агро'ЗДГГЭ/ГПЛ, 1989, п. i

6. Баробанов П.М., Нсмчин О.Ф. Кавітаційні првотроГ ллт :т*>-мивкя фільтраційних осадів цукрового ьярсбниіггпл // у

ня підвищення ефективності цукрового впрой?u:t;гiva. - Кмї:<:

1989, с. 67. .

7. Барабанов П.Н., Немчпл 0.0., ХудоліМ j.ü. Коптт^гі; ч;

приотроїф для промивки фільтраційних осадів // Цукровий буряк: виробництвд, і переробка, 1990, »6, о. 46-47. •

8. Барабанов П.М., Кузьменко В.В. Оцінка значень коефіцієнта дифузії в порах фільтраційного осаду при промивці в умовах гідродинамічної кавітації//У зб.: Енергозберігаючі технології. - Київ: Наукова думка, 1992, в. 12..

9. А.о. й П67846 /СРСР/. Пристрій для промивіш шару осаду / Нємчин 0.®., Барабанов П.М., НовооелецькпЯ В .Д., Соколов A.B.

10. A.c. ft 1405852. Розпилювач / Намчин О.Ф., Барабанов Ü.M., Доноькой C.l.

11. A.c. ü I5620C9. Пристрій для промивки шару осаду / Барабанов П.М., Нємчин О.Ф.

12. A.c. й І5920?І. Пристрій для промивка.шару ооаду / Бара- '

банов П.У., Нємчин О.Ф. ■

• ІЗ. A.c. № І74І863. Пристрій для промивка шару осаду / Барабанов П.М., Савун O.A. '

' J(. оа^ -

/