автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка, выбор и обоснование основных параметров дискового испарителя дистилляционной установки машин химической чистки одежды

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ДИСТИЛЖЦИОНЕЫХ УСТАНОВОК МАШИН ХИМИЧЕСКОЙ ЧИСТКИ ОДЕЖЛЫ

1.1. Обзор существующих конструкций дистилляционных установок

1.2. Теоретические аспекты исследований процессов, протекающих в центробежных аппаратах

I.2.I. Гидродинамика вращающегося диска и жидкостной пленки.

1.2.2. Массообмен на вращающихся дисках

1.2.3. Мощность, потребляемая диском

2. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ДИСТИЛЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

2.1. Исходные предпосылки и принципиальная схема установки.

2.2. Основные и вспомогательные узлы. 3D

2.3. Общая характеристика и работа экспериментальной дистилляционной установки

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДИСКОВОГО ИСПАРИТЕЛЯ И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.1. Постановка задачи исследования гидродинамических параметров дискового испарителя

3.2. Планирование экспериментов и методика их проведения

3.3. Анализ влияния основных параметров на количество жидкости, поднимаемой диском

3.4. Исследование характера и режимов течения пленки растворителя по вращающемуся диску

3.5. Экспериментальное исследование минимально-допустимого зазора между дисками.

4. ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДИСТШШЩИОННОЙ УСТАНОВКИ

4.1. Вывод уравнения по определению количества поднимаемого диском растворителя.

4.2. Методика получения расчетных зависимостей с использованием ЭВМ.

4.3. Получение исходных данных для обработки на ЭВМ

4.4. Получений расчетных зависимостей и анализ результатов.

4.5. Аналитическое определение средней толщины пленки растворителя и критической частоты вращения диска.

4.6. Определение мощности, потребляемой дисковым испарителем

4.7. Оценка коэффициента массоотдачи.

5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛИСТИЛЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ С ИСКОВЫМ ИСПАРИТЕЛЕМ.

5.1. Оценка использования дистилляционной установки предложенного типа по видам дистилляции

5.2. Оценка экономической эффективности

ОБЦИЕ ВЫВОДА.

Принятая на ХХУ1 съезде КПСС обширная программа дальнешего повышения жизненного уровня трудящихся учитывает дальнейшее развитие бытового обслуживания населения. Успешное развитие службы быта обеспечивает городское и сельское население различными видами услуг, возникающих в условиях повседневной жизни. Задачи„ поставленные перед службой быта ХХУI съездом КПСС, предусматривают не только количественный, но и качественный рост оказываемых населению бытовых услуг, который невозможен без широкого внедрения передовых высокопроизводительных технологических процессов и без новейшего технологического оборудования Щ.

Дальнейшее развитие службы быта будет решаться за счет ввода новых производственных мощностей, рекострукции действующих предприятий, повышения коэффициента использования оборудования. При этом особое внимание следует уделить внедрению новой техники, технологии, созданию машин и оборудования, специфичных для отраслей бытового обслуживания. Большое внимание уделяется совершенствованию организации производства и технологических процессов, внедрению нового высокопроизводительного оборудования, комплексной механизации и автоматизации производства. Одним из решающих условий развития службы быта является ускорение темпов научно-технического прогресса, развитие материально-технической базы. Темпы обновления техники будут ускорены примерно в 1,5 раза [2].

Среди отраслевых групп бытового обслуживания химическая чистка одежды занимает одной из ведущих мест и является одной из высокомеханизированных и перспективных отраслей бытового обслуживания, базирующейся на индустриальной основе, В общей сложности номенклатура машин и оборудования целевого назначения для предприятий химической чистки и прачечных самообслуживания превышает 60наименований, при постоянном ее обновлении.

По мере развития материально-технической <5азы предприятий химической чистки актуальной задачей становится проблема разработки и создания высокоэффективных машин и оборудования. При этом совершенствование конструкций обезжиривающих машин для химической щетки одежды может быть осуществлено путем повышения эффективности работы одного из основных узлов современных машин -дистилляционной установки. Это привело к разработке, созданию и внедрению новых рациональных конструкций дистилляционных установок для очистки загрязненного растворителя.

В последнее время как в нашей стране, так и за рубежом применяют роторные пленочные испарители, которые имеют ряд достоинств как технологического, так и конструктивного характера. Несмотря на наличие ряда работ, посвященных рассмотрению вопросов использования центробежных испарителей в технологических процессах (испарение, конденсация, сушка и др.), остаются нерешенными, прежде всего, вопросы гидродинамики, массообмена и выбора рациональных конструкций аппаратов, знание которых является необходимым при проектировании аппаратов.

Целью настоящей работы является выбор и обоснование основных параметров, исследование условий работы дискового испарителя и установки в целом, получение расчетных зависимостей, характеризующих гидродинамику и маесoneредачу, а также потребляемую мощность дисковым испарителем.

В соответствии с целью работы ставятся и решаются основные задачи теоретической разработки и создание экспериментальной дистилляционной установки с дисковым испарителем.

Для решения поставленных задач была разработана и создана экспериментальная установка, на которой проведены соответствующие эксперименты. При обобщении результатов экспериментов получены расчетные зависимости по гидродинамике и массопередаче, а также потребляемой мощности, являющиеся основой для инженерных расчетов.

По материалам диссертации опубликовано девять статей в сборниках научных трудов Московского технологического института Министерства бытового обслуживания населения РСФСР, научно-исследовательского техно-химического института, в четырх научно-технических отчетах и др. Отдельные разделы обсуждались на научно-технических конференциях Московского технологического института МБОН РСФСР, на семинарах секции бытового обслуживания Московского дома научно-технической пропаганды им. Ф.Э. Дзержинского.

Работа проводилась в тесном контакте с сотрудниками ЦКБ "Коммунмаш" Министерства строительного, дорожного и коммунального машиностроения СССР и управления химической чистки МБОН РСФСР.

Дистилляционная установка с дисковым испарителем и устройство для отбора проб защищены авторскими свидетельствами.

Выполненные разработки, результаты исследований и выводы по разделам позволяют сделать следующее заключение: предложена, разработана, создана, теоретически и экспериментально обоснована дистиляционная установка с дисковым испарителем. Экспериментально и теоретически доказана высокая эффективность применения ее в машинах химической чистки одезды.

Новые принципы конструктивного решения дистилляционной установки и устройство для отбора проб защищены авторскими свидетельствами [93, 94].

1. Материалы Пленума Центрального комитета КПСС 22 ноября 1982 г: - ж. Партийная жизнь, 1982 г, № 23, 8с.

2. Основные направления экономического и социального развития СССР на I981-1985 годы и на период до 1990 года,- М. Политиздат, 1981 г, 18-21 с.

3. Минаев-Цикановский В.А., Аккуратов Ф.М. Машины и оборудование предприятий химической чистки одежды,- М: Машиностроение, 1972, 153-178 с.

4. Бельфер Ф.П., Буданов В.П. Оборудование предприятий химической чистки и прачечного производства.- М: Легкая индустрия, 1978, II4-II9 с.

5. Ильин В.К., Грешнев А.И., Тимофеев А.В. Оборудование предприятий химической чистки и фабрик прачечных,- М: Легкая индустрия, 1968, II5-126 с.

6. Толстов В.В., Чернышев Л.С. Об одном из факторов повышения эффективности работы дистилляторов машин химической чистки одежды.- М: Сб. науч.трудов НИТХИБ, вп. 34, 1976, с. 49-53.

7. Толштов В.В. Направление совершенствования дистилляционных установок машин химической чистки. Материалы семинара МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского.- М: 1980, с. 52-58.

8. Химическая чистка и крашение изделий. Экспресс информация,-М: ЦБНТИ, МБОН РСФСР, 1У вп, I, 1974, с. 5-8.

9. Химическая чистка и крашение изделий. Экспресс информация,-М: ЦБНТИ, МБОН РСФСР, 1У, вып. I, 1978, с. 9-1I.

10. Фирисюк В.Р., Федоткин И.М. Пленочные теплообменные аппараты и пути интенсификации теплообмена в них.- Киев: УкрНИИИТИ, 1969, 18-24 с.

11. Марченко А.Н., Рудько Ш.М., Брук М.Г. Роторные тонкопленочные испарители.- М: ЦИНТИХимнефтемаш, 1974, 19 с.

12. Международная выставка "Ахеда -70". Химическое и нефтяное машиностроение.- М: J& 9, 1971, 32-37 с.

13. Думский К.П. Вакуумные аппараты и приборы химического машиностроение.- М: Машиностроение, 1974, 24-28 с.

14. Аппараты роторно-пленочные. Типы и основные параметры. ОСТ 26-01,- М: НИИХИММАШ, 1975.

15. Патрикеева Н.И. Выпарные аппараты роторного типа за рубежом. М: НИИТЭХим, № II, 1966.

16. А.С. 1Ь 536829 (СССР). Роторный пленочный аппарат. (Доманский И.В., Шишкин А.В.).- Опубл. в Б.И. 1976 44.

17. Пат. £ 1299309 (Англия). Выпарной аппарат с вращающимися дисками. ( Оьил> НехАеъЬ )- Опубл. в Б.И. 1978, № 4.

18. Пат. А 1267076 (Англия). Пленочный испаритель полимели затор. ( Regents,6cUiingto/b)- Опубл. в Б.И. 1969, № I.

19. Пат. J£ 2057619 (ФРГ). Тонкослойный аппарат с ротором.

20. Ua^enmlSahWA.nb &тв!ь&Со ) Опубл. в Б.И. 1979, J& 7.

21. Пат. Jfc 3505175 (США). Пленочный аппарат для очистки жидкости. ( ) Опубл. в Б.И. 1970, № I.

22. Брауер Н. К вопросу развития химического машиностроения.-М: Химическое, нефтеперерабатывающее и полимерное машиностроение, » I, 1976 , 37-39 с.

23. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.- М: Химия, 1971, 307 с.

24. Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.З. Процессы и аппараты химической технологии, М: Химия, 1968, с. 321.

25. Дерягин Б.В., Леви С.М. Теория полива и ее практическое применение, "Теоретическая физика", 1955, с 376.

26. Павлов К.Ф. ,Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.- Л: ХИМИЯ, 1981, с 146-164, 275-277.

27. ЪУ, HauGcki&it, Ъ. Уескп- Иос.кдаки€& Otto von Chenfrwe} Mogcle^^,S4l'S44a,

28. KoJbwiQyи . иёеь бат'тоАь uhA tu/iSyCemie HettMayu^ / Со4ШеЫ idowb ,7.2.1956. ?o-g?c,

29. Соскгсмъ Ъ).0-. STte скш tea, ЪоШт^ di$K . Pzoe.Ccum&b. Phi в. See- т.ЗО ЛЗо .4934, 86r-3?SV.

30. Hinz У.О-.МШёогп f/.J. jttomtiabon of ZiMfrhids if Meam pf ou {Loiahn^ Смр. У. JH&ehami$fT. \lt142. C.

31. Николаев A.M. Исследование массообмена в ротационных аппаратах дис.канд.техн.наук. - М: МХТИ 1956 - 136 с.

32. Марков Ю.И. Исследование распыления жидкости в механических адсорберах.- дис.канд.техн.наук.- МИХМ, -М: I960 98 с.

33. Юрченко В.А., Коптев А.А., Погосов Г.С. "Химическое и нефтехимическое машиностроение".- М: 1966. $ 12, с 14-15.

34. Юрченко В.А., Коптев А.А., Погосов Г.С. "Химическое и нефтехимическое машиностроение", М: I968.J& 4, с 18-19.

35. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя.- М: Наука, 1974. 106, 583 с.

36. Семенов П.А. Течение жидкости в тонких слоях.- М: "Техническая физика". Т. Х1У, №7-8, 1944. 427-437 с.

37. Q-. 2Шъа^е, dem Q^gi^t Hidmo-undL, A&ictyn&mhс. Ът^ъик&ъ, УЪУ.N12-AQ24AGS-\lOc

38. ShnoicU ЪУ. &LM efn^aah-eb -A/essr-e^fcJi^ (bi&lrmiDment, M2.1. ЧИ-ЧЧЧС .

39. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика.- М: Физмашгиз. 1969, 504-514 с.

40. Тарг G.M. Основные задачи теории ламинарного течения.- М: Гостехиздат, 1951. 152-155 с.

41. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости И газа.- М: Наука,1973, с. 456.

42. Катись Towotsu. Ли ©f fh& &cpjh-entty,pe disintegration of"fhm ^ ih^ eo^-e op1. Cu4jD{odr\w^ ditto.39 -f -396c.

43. Hil^dSQ-KCL tyosh'tKU h HUXDH KUKQU la^KCtlA pQJUfrffu&H?'1

44. Qz(xy\Zae<tioK$ o\ Japcw .Soa, о-f, M^hanle-a^334. 19?4. 19?.SOSb.

45. Wo{{mafr C'i£4e&t R Sxienbion op xiioh1. Qompcdo^; is eons w iwo1.-fmi+e olfSje. Co^pai. РЬ^.тМб^З.

46. Рябчук Г.В., Уклинский A.E. Растекание жидкости по поверхности вращающегося диска. Волгоград; сб. Реология в процессах и аппаратах хим. технологии, 1974, 79-83 с.

47. Wood Я.1М-, Watts, 6.S. «f-fiow шзХ cmd там tzans-f^ ahakcubteki sties oj- ftquicl фвт on ^otcdiyu^ JLi^.'JvayiS.'&nitXheni, inq.T Slrf 4.4973. З^-322 с

48. Мухудтинов P.X. Движение жидкости по гладкой поверхности вращающегося корпуса. Тр.КШ им. Кирова, вп.22. 1958, 36с.

49. Hege Н. duboh S&Meiicl&zclw^m СЬеууие-'Зпу-Зео'Ь. т-Зб./v-f. <964. £2sgc ,

50. Кивайкин Я.Я., Волгин В.П. 0 гидродинамике течения жидких пленок. Тр. Уральского Н.И.Хим.Н-та, вп^ 9, 1961. II4-I2I с.

51. Агарев Л.И. Коэффициент скорости абсорбции в горизонтальных механических скрубберах с малым числом оборотов.-М: "Прикладная химия", т. 24, вп. 4, 1951, 341-347 с.

52. Тимкин Н.И. Дископленочный абсорбер.- М: "Химическая промышленность", £ 5, 1957, 52 с.

53. Галаган Н.К., Марченко А.Н., Никитин Н.С. Конструкция роторных массообменных аппаратов и основные закономерности гидродинамики и массопереноса. Тезисы доклада В.н-т.с, г.Суммы, 1973, 62 с.

54. Шервурд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача.- М: Химия. 1982, 275-281, 233, 240 с.

55. Гаиз С.Н., Мамон Л.И. Кинетика пленочной абсорбции окиси азота растворами FeSOu М: "Прикладная химия", т. 30, J& 3, 1957, 36-37 с.

56. Ламм Э.Л. 0 расходе энергии на вращение центробежных распылителей.- М: "Химическое и нефтяное машиностроение", Jfc II, 1971, 11-12 с.

57. S/ce{£xmol J3.R, 9owvi eouscuwpiiovsefiaf§>&d tu/i^au. n&at ^ckai^c^ . fouhsh Chem-т-7- 4962-2G4-26?c ,

58. Соколов B.H., Доманский И.В. и др. Мощность потребляемая в вертикальном роторном аппарате.- М: "Промышленная химия", т. 45, 1972, 2465-2470 с.

59. Марченко В.Н., Соляник О.Н. Расход мощности на привод ротора тонкопленочного роторного испарителя. "Химическая промышленность Украины". Киев,№ 6, 1967, 93-99 с.

60. Галаган Н.К., Гаиз С.Н., Марченко А.Н., Никитин Н.С. Определение мощности на валу роторного аппарата.- М: "Химическое и нефтяное машиностроение", № 2, 1972, 9-10 с.

61. Кузнецов И.Е., Гаиз С.Н., Локпшн М.А. Вывод расчетных формул для определения расхода мощности на распыление жидкости с помощью центробежных распылителей.- М: "Прикладная химия", т. 35, J* 8, 1972, 389 с.

62. Васильев А.В. Исследование гидродинамики и теплопередачи в центробежном пленочном испарителе.- дис. канд.техн.наук. Х.П. и-т им. В.И.Ленина Харьков: 1976, 95 с.

63. Тананайко Ю.М., Воронцов В.Г. Методика расчета и исследования пленочных процессов.- Киев: Техника, 1975, 23, 312 с.

64. Чернобыльский И.И. (ред.) Машины и аппараты химических производств. М: Машиностроение, 1975.

65. Харин В.Ф. Основы расчета и конструирования химической аппаратуры и машин.- Краснодар: 1974.

66. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя.- М: Машиностроение, I, 1979.

67. Ткачук Ю.Я. Исследование и разработка новых конструкций центробежных пленочных реакторов проточного типа, дне. канд.техн. наук Х,П. и-т им. В.И. Ленина- Харьков: 1973, 60-67 с.

68. Семенов П.А., Рейбах М.С., Горшков А.С. Определение толщины слоя жидкости в аппаратах пленочного типа.- М: Химическая промышленность, № 3, 1966, 213-235 с.

69. Толстов В.В., Пяановский А.Н., Рудов Г.Я. К вопросу исследования работы дистилляторов обезжиривающих машин химической чистки, сб. Трудов МТИ, 1976- М: сб.научных трудов МТИД976,с 96-101.

70. Романков П.Г. Гидравлические процессы химической технологии.-Л: Госхимиздат, 1948, 47 с.

71. Кафаров В.В. Основы массопередачи.- М: Высшая школа,1979,190с.

72. Риферт Р.Г. Исследование гидродинамики и теплообмена пленочного аппарата с вращающейся поверхностью.- М: Сб.Перспективапромышленной теплоэнергетики. Всесоюзная научная конференция, 1977, 26-28 с.

73. Воронцов В.Г., Тананайко Ю.М. Теплообмен в жидких пленках. Киев: Техника, 1972, 296 с.

74. Толстов В.В. Характер течения пленки перхлорэтилена по гладкому вращающемуся диску.- М: Сб. науч.трудов МТИ № 2(32), 1977, 26-31 с.

75. Гимранов Ф.М. Вопросы гидродинамики и теплообмена центробежных аппаратов. дас.канд.техн.наук. КХ-Т и-т.-Казань: 1975, 107 с.

76. Маковозов М.И. Гидравлика и гидравлические машины,- М: Маш-гиз, 1962, 237 с.

77. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло и массообмена.- М: Высшая школа. 1967, 47 с.

78. Толстов В.В., Рудов Г.Я. Вопросы расчета производительности дисковых испарителей машин химической чистки,- М: сб. науч. трудов МТИ № 48, 1982, 126-129 с.

79. Крамер Г. Математические методы статистики.- М: Мир. 1975.

80. Линник 10.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений.- М: Высшая школа. 1962.

81. Румшинский А.З, Элементы теории вероятностей,- М: Наука, 1970, 182-188 с.

82. Толстов В.В. Экспериментальное и теоретическое определение количества растворителя, поднимаемого вращающимся диском.-М: сб. науч.трудов МТИ, № 44, 1981, 153-164 с.

83. JUatsurvurfo Shiici, Salt о kWijcb, TaKaahma, ^olehi Thichn^ titywioL on a, "bofo^iH^ cli&fz< fou^l.

84. Ландау Л,Д., Левич В.Г. Увлечение жидкости движущейся пластинкой. Сб. трудов Л.Д. Ландау, т.1-М: Наука, 1969, 4I2-422C.

85. Дерягин Б.О. О толщине слоя жидкости, остающейся на стенках сосудов после их опорожнения и теории нанесения фотоэмульсии при поливе кинопленки. Докл. АН СССР, т.34, № I, 1943,11-14 с.

86. Дерягин Б.О., Титиевская А.И. Экспериментальное изучение толщины слоя жидкости оставляемого на твердой стенке позади отступающего мениска. Докл. АН СССР, т.50, 1945, 307-310 с.

87. Буркина Р.С., Вилюнов В.Н. Асимптоматика решения задачи увеличения жидкости движущейся пластинкой. Изв. АН СССР, Механика жидкости и газов № 6, 1980, 52-56 с.

88. Толстов В.В., Чепура И.В., Рудов Г.Я. Гидродинамика дискового центробежного испарителя.- М: сб. науч.трудов МТИ, 1983,№51, 51-57 с.

89. Глинкин А.Д., Рукавишникова В.А. Тонкослойное течение вязкой несжимаемой жидкости на поверхности тел вращения.- М: "Инженерно-физический журнал", т. 39, № I, 1980, 57-63 с.

90. Т0лстов В.В. К вопросу определения мощности, затрачиваемой дисковым испарителем машины химической чистки.- М: сб.науч. трудов МТИ Jfi 48, 1982, 136-139 с.

91. Паспорт и техническое описание машины химической чистки одежды КХ-010. ГОСТ 20366-74 Готвальдов. Готвальдовский машиностроительный з-д, 1978.

92. Толстов В.В., Чернышев Л.С, Эксплуатационные исследования работы дистиллятора с дисковым активатором.- М: сб.науч. трудов НИТХИБ J& 10, 1979, 87-94 с.

93. Исследование работы дистилляторов обезжиривающих машин химической чистки с применением дискового активатора.- М: Отчет по научно-исследовательской теме № Т-2-74, 1974-75, 29-39 с.

94. А.с. № I0I2933 (СССР) Установка для дистилляции растворителя химической чистки одежды (Толстов В.В., Чернышев Л.С., Кувшинов В.З., Бородин В.А.). Опубл. в БИ 1983, № 15.

95. А.с. № III6338 СССР Устройство для отбора проб

96. Толстов В.В., Рудов Г.Я. . Опубл. в БИ, № 36, 1984.

97. Методика определения оптовых цен и нормативов чистой продукции на новые машины, оборудование и приборы производственного и технического назначения. Утверздена постановлением Гос. комитета СССР от 07.12. 82, № 920.