автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Резонансная аппаратура для процессов в жидкофазных системах

На правах рукописи

/г:- од / из

АБИЕВ Руфат Шовкет оглы Лг^

.-'и"

РЕЗОНАНСНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ПРОЦЕССОВ В ЖИДКОФАЗНЫХ СИСТЕМАХ

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты

химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

БАРАБАШ Вадим Маркович

доктор физико-математических наук, профессор

Илья Израилевич

БЛЕХМАН

доктор технических наук, профессор

ЩУПЛЯК Игорь Алексеевич

Ведущее предприятие: Российский научный центр "Прикладная химия",

на заседании диссертационного Совета Д 063.25.02 при Санкт-Петербургском государственном технологическом институте.

Адрес института: 198013, Санкт-Петербург, Московский проспект, 26 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технологического института.

Отзывы и замечания в одном экземпляре, заверенном гербовой печатью, просим направлять по адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский проспект, 26, СПбГГИ, Ученый Совет.

г. Санкт-Петербург Защита диссертации состоится 2000 г. в

3,0

часов

Автореферат разослан " '' " _2000

г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 063.25.02

А Л\Ц . Я" — С О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Попытки использования колебаний для интенсификации процессов в жидкофазных средах в промышленных масштабах предпринимались с 1934 г. Начиная с 60-х гг. в нашей стране проводилось огромное количество исследований пульсационных аппаратов как колонного, так и горизонтального типа. Группой ученых во главе с С.М. Карпачевой изучено влияние низкочастотных пульсаций на протекание целого ряда процессов химической технологии: жидкостной экстракции, выщелачивания, растворения, промывки, сорбции, синтеза и полимеризации; были предложены конструкции пульсаторов, пульсационных аппаратов и пульсационных насосов. Однако, заняв определенную нишу в ряду химико-технологического оборудования, в основном в ядерной энергетике, пульсационные аппараты замедлили свое распространение, что было в основном связано с их недостаточной уравновешенностью, а порой - с невысокой эффективностью по сравнению с существующим оборудованием. Этот факт связан в первую очередь с достаточно узким интервалом частот и амплитуд колебаний, реализованных в традиционных (нерезонансных) пульсационных аппаратах. Представляется очевидным, что каждый технологический процесс требует вполне определенных амплитудно-частотных параметров, которые и должны быть созданы в аппарате для достижения наибольшей эффективности технологического процесса. Во-вторых, реализация резонансного режима колебаний предполагает более полное использование вводимой в аппарат энергии. Кроме того, для надежной работы пульсационных аппаратов необходимо их динамическое уравновешивание.

Интенсивное развитие ультразвуковой технологии в 60-70-х гг. выявило многочисленные области применения периодических воздействий на жидкости и газы. Обширные исследования явлений, происходящих в жидкости при ее "озвучивании" в ультразвуковом диапазоне частот, привели к разработке большого количества технологических процессов, чрезвычайно эффективно протекающих в поле колебаний. Большинство этих процессов протекает в условиях интенсивного образования в жидкости кавитационных пузырьков, при схлопывании которых возникают локальные пиковые давления порядка 109 -Ю10 Па, мгновенные местные перегревы и электрические разряды. Позднее исследования школы Р.Ф.Ганиева показали, что аналогичные явления могут происходить и при низких частотах при условии возбуждения резонансных колебаний.

По этим причинам возникла задача разработки резонансной технологической аппаратуры, позволяющей наиболее рационально использовать энергию колебаний благодаря ее возбуждению на одной из собственных частот колебаний системы. При этом система может быть как механической -"жидкость в аппарате - упругие элементы", так и тепло- или массообменной, когда, например, в капиллярно-пористой частице распространяются волны концентрации. Второй задачей являлось исследование специфики протекания массообменных процессов в условиях резонансных колебаний среды, поиск оптимальных амплитудно-частотных параметров для каждого из них. Наконец, третья задача состояла в разработке принципов уравновешивания резонансных

аппаратов и управлении резонансным режимом колебаний на основе исследований динамики резонансной аппаратуры.

Работа выполнялась в соответствии с Координационными планами по направлению "Теоретические основы химической технологии" АН СССР на 1986-90 гг., РАН - на 1991-95 и 1996 - 2000 гг.

Цель работы состояла в разработке и исследовании нового класса химической техники - резонансных аппаратов - пульсационных и вибрационных, позволяющей наиболее эффективно использовать энергию, вводимую в аппарат генератором колебаний. Необходимо было с единых позиций проанализировать резонансные аппараты как механические колебательные системы, определить собственные частоты колебаний для каждой из конструкций, выявить возможности уравновешивания возникающих при колебаниях динамических нагрузок. На основе анализа явлений, протекающих при колебаниях, требовалось определить оптимальные амплитудно-частотные условия для ведения того или иного гидромеханического или массообменного процесса, являющихся основанием для выбора наиболее подходящих конструкций резонансных аппаратов.

Научная новизна. Разработаны новые конструкции резонансных аппаратов: 1) вибрационные многоемкостные уравновешенные резонансные аппараты; 2) пульсационные резонансные аппараты с центральной трубой; 3) горизонтальные и вертикальные многосекционные уравновешенные резонансные аппараты; 4) многосекционные и-образные резонансные аппараты; 5) и-образные резонансные экстракторы; 6) проточные пульсационные аппараты; 7) пленочные акустические резонансные аппараты. Для всех аппаратов на основе линейных механических аналогов найдены собственные частоты колебаний, определены области применения каждого из типов аппаратов.

При анализе динамики аппаратов применен единый подход: аппарат с находящейся в нем средой является механической колебательной системой, обладающей одной или несколькими собственными частотами колебаний, при возбуждении которых в аппарате возникает резонанс. Колебательные свойства аппарата с жидкофазной системой зависят от конструктивных особенностей аппаратов и степени сжимаемости рабочей среды (соотношения инерционных и упругих сил). Еще одним фактором, существенно влияющим на собственные частоты колебаний рассматриваемых систем, являются диссипативные силы. Следующая особенность заключается в нелинейности упругой силы, присущей аппаратам, в которых упругий элемент представляет собой газонаполненную камеру с эластичной перегородкой или свободной поверхностью. В этой связи приходится детально рассматривать влияние этих факторов в зависимости от конструкции резонансных аппаратов и их назначения.

Теоретический и экспериментальный анализ явлений, протекающих при колебаниях жидкости относительно твердой частицы, внутри капиллярно-пористой частицы, а также колебаний суспензий, эмульсий и газожидкостных систем, позволил выявить основные факторы, приводящие к ускорению процессов растворения, взвешивания, пропитки, экстрагирования, эмульгирования и дробления пузырей в условиях резонансных колебаний.

Показано, что таких процессов как диспергирование жидкостей и газов, растворение твердых частиц эффективней сравнительно высокие частоты колебаний, обеспечивающие высокие относительные скорости движения фаз, а для деформируемой дисперсной фазы - еще и ее дробление. С другой стороны, процессы, протекающие в капиллярно-пористых телах - пропитка, экстрагирование и т.д. - требуют ведения процесса при некоторой оптимальной частоте (определяемой скоростью внутреннего массопереноса), которая имеет порядок долей и единиц Гц.

Построена математическая модель пропитки тупиковых и квазитупиковых капилляров с учетом сил инерции колеблющейся в капилляре жидкости. На основе поиска решения в виде ряда Фурье получена линеаризованная модель этого процесса, позволяющая найти многие его параметры, не интегрируя исходное дифференциальное уравнение. Экспериментальная проверка полученных соотношений показала удовлетворительное соответствие расчетам, которые позволяют находить глубину пропитки, скорость колебаний жидкости в капилляре при известной амплитуде колебаний давления вне частицы. Выявлен резонансный характер амплитудно-частотной характеристики для глубины пропитки в случае крупных капилляров.

Построена математическая модель экстрагирования из капиллярно-пористой частицы с бидисперсной структурой, более точно соответствующей реальной структуре растительной ткани. Капиллярно-пористое тело предполагалось пересеченным транспортными каналами, между которыми находится пористый массив с мелкими порами, содержащими целевой компонент в растворенном виде. Диффузия в пористом массиве предполагалась только в поперечном к оси канала направлении, в каналах учитывался конвективный перенос вещества и поперечная диффузия от стенок канала к его оси. Профиль скорости в транспортном канале задавался параболическим по сечению канала, и гармоническим - во времени.

Численные эксперименты показали, что при прочих равных условиях существует оптимальная частота колебаний жидкости в канале Юопт, при которой можно достичь минимальной продолжительности процесса.

Анализ графиков потоков вещества, поступающего из пористого массива в транспортный канал, и из канала - во внешнюю среду, показал, что при чрезмерно высоких частотах (порядка сотен и тысяч Гц) массосодержание в транспортном канале меняет знак дважды за период. Это явление обусловлено тем, что жидкость, двигаясь по направлению к устью канала, сначала насыщается веществом, затем скорость потока меняется на обратную, и концентрированный раствор в канале переносится к обедненной зоне пористого массива. Первый этап соответствует росту массосодержания в канале, второй -падению. Вследствие этих процессов основной обмен веществом при высоких частотах колебаний жидкости происходит между пористым массивом и транспортным каналом, в то время как наружу выводится лишь небольшая часть вещества.

Этот механизм обмена веществом подобен обмену энергией в колебательных системах. По этой причине процесс внутреннего массопереноса при колебаниях жидкости с оптимальной частотой может быть охарактеризован

как резонансный, т.е. соответствующий взаимно согласованным движениям жидкости в канале и диффузии жидкости в пористом массиве, характеризуемым числом Струхаля порядка единицы, что и было подтверждено экспериментально.

На основе анализа нелинейной динамики пульсационшлх резонансных аппаратов с газонаполненными упругими элементами выявлен нелинейный характер упругой силы, наличие колебаний в системе с суб- и супергармоническими частотами, часть из которых обнаружена в опытах.

Решена задача о колебаниях суспензии в и-образном аппарате с существенными диссипативными силами, определяемыми фильтрацией жидкости через слой осадка на фильтровальной перегородке. Построенная модель позволяет рассчитывать скорости, давления, мгновенные и средние энергозатраты.

Практическая ценность и реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей процесса колебаний, динамики резонансных аппаратов и массоперсноса были использованы при разработке принципов их проектирования и расчета. Эти принципы и методы расчет нашли применение при проекгировании пульсационного резонансного аппарата для растворения тяжелых металлов в неорганических кислотах (ОАО "Красный химик"), пульсационного резонансного экстрактора для извлечения ценных веществ из лекарственного сырья растительного происхождения (ТОО "Институт экологических проблем и новых технологий"), пульсационного резонансного экстрактора для древесной зелени (отделение Лесобиохимии НИИХИММАШ). Экстрактор для древесной зелени был реконструирован в пульсационный резонансный экстрактор с пневматической системой пульсации на Тихвинском Лесохимическом заводе.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на семинаре Ленинградского (Санкт-Петербургского) отделения ВХО им. Менделеева "Процессы переноса в химической технологии" (1988 г., 1997 г., 1998 г.), на Всесоюзной конференции "Реахимтехника - 3" (1989 г.), на IV Всесоюзной конференции по теории и практике перемешивания в жидких средах (1990 г.), на III Всесоюзной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (1990 г.), на I Международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд" (1994 г.), на Международной научной конференции "Проблемы экологии и комплексная утилизация отходов" (1995 г.), на II отраслевом совещании "Лесохимия и органический синтез" (1996 г.), на II Международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд" (1996 г.), на НТК "Экология-97" (1997 г.), на 11-й Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии (1997 г.), на Международной конференции "Современные проблемы химической технологии" (1998 г.), на 12-й Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии (1998 г.). Получено 3 положительных решения о выдаче патентов на изобретения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 статей, 15 тезисов докладов, получено 15 патентов РФ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, приложений, списка литературы, содержащего 288 источников, в том числе 56 иностранных. Работа изложена на, Збб страницах машинописного текста и содержит 120 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведепо состояние исследований и использования колебаний в технологических процессах. Показаны преимущества колебаний в системе "жидкофазпая среда - упругие элементы" в условиях резонанса, обеспечивающие наиболее эффективное использование введенной в аппарат энергии: во-первых, благодаря тому, что энергия диссипируется в основном на границе раздела фаз, обеспечивая высокие скорости обменных процессов; во-вторых, возбуждение колебаний системы на одной из ее собственных частот сопряжено с минимумом энергозатрат; в третьих, образующиеся в жидкости кавитационные пузырьки служат центрами перераспределения энергии колебаний, при их схлопывании происходит дополнительное ускорение процессов переноса. Обоснована актуальность и большая научно-пракшческая значимость выбранной темы.

Общие закономерности динамики резонансных аппаратов и массопереноса в них

Первая глава посвящена анализу общих закономерностей динамики и массопереноса в резонансных аппаратах. С позиций теории колебаний и процессов и аппаратов химической технологии приведены классификации резонансной аппаратуры. На основе анализа элементарных актов массопереноса для различных процессов в жидкофазных средах проведено сопоставление эффективности резонансных колебательных аппаратов и традиционного оборудования химической технологии.

Резонансная аппаратура - новое направление в технологии массоэнергообменных процессов в неоднородных средах, основанное на использовании внешних управляемых вибрационных воздействий. Особенность этих воздействий заключается в том, что частота колебаний возбуждающей внешней силы соответствует частоте собственных колебаний системы "аппарат -обрабатываемая неоднородная среда" и согласована с максимальным массоэнергопереносом либо в самой неоднородной среде, либо на ее 1 раняцах (например, стенках аппарата). Возникающие при этом преимущества в сравнении с традиционной аппаратурой связаны со снижением энергозатрат, увеличением коэффициентов переноса, снижением дисперсии комплекса параметров, определяющих протекание обменных процессов, например, относительной скорости, объемной доли и размеров деформируемых частиц (капель и пузырей). Последнее обстоятельство позволяет повысить качество получаемых веществ и даже получить вещества с чистотой, не достижимой традиционными методами.

Термин "резонансная аппаратура" использован нами для того, чтобы подчеркнуть обязательность проведения процессов в колебательной -пульсационной, вибрационной, ультразвуковой - аппаратуре в условиях резонанса. При этом резонанс в одних случаях должен создаваться на

макроуровне - в системе "рабочая среда - элементы аппарата", в других - на микроуровне - например, в системе "жидкость - капиллярно-пористая частица" или "вибрирующая повер.\лос1Ъ - концентрированная суспензия".

Резонансные колебания как явление, характеризующееся резким возрастанием амплитуд колебаний, привлекательны с точки зрения их использования в качестве средства интенсификации процессов переноса. По этой причине требование проведения процессов при резонансе является особенностью резонансных аппаратов (РА).

Общепринятой является следующая классификация колебательных аппаратов, которые могут работать в резонансном режиме:

■ пульсационные аппараты - отличаются неподвижным корпусом, рабочая среда в котором совершает периодические колебания, генерируемые системой механических или пневматических пульсаций;

■ вибрационные аппараты - различают вибрационные аппараты с неподвижным корпусом, в котором рабочие органы в виде лопаток, тарелок и т.п. совершают периодические колебания, а также вибрационные аппараты, содержащие замкнутую емкость с рабочей средой, которая целиком подвергается колебаниям;

» ультразвуковая химическая аппаратура (иногда называемая акустической), колебания в которой создаются теми или иными излучателями ультразвука, соединенными с генератором колебаний.

Описаны принципы синтеза конструкций резонансных аппаратов, заключающиеся в следующем:

1. Колебательный аппарат в совокупности с рабочей средой необходимо рассматривать как механическую колебательную систему с присущими ей инерционными и уггрзтими свойствами. Инерционные свойства определяются массой рабочей среды, упругие - сжимаемостью пузырей или специальных упругих элементов (например, газонаполненных эластичных оболочек).

2. Если рабочая среда обладает высокой жесткостью (системы жидкость -жидкость и жидкость - твердое), то распространение волн сжатия-расширения в ней происходит с высокой частотой, поэтому такие системы допустмо считать несжимаемыми (механический эквивалент - сосредоточенная масса). При наличии газовых включений в жидкости податливость газожидкостной системы сильно влияет на свойства системы, и в этом случае следует учитывать распространение в ней волн напряжений (механический эквивалент - длинный упругий стержень).

3. На систему "аппарат - рабочая среда" необходимо воздействовать в резонансном режиме, т.е. для систем с сосредоточенной массой частота внешних воздействий должна быть близка к их собственной частоте колебаний, для систем с распределенной массой частота возбуждения должна соответствовать частоте установления стоячих волн.

4. Конструкция аппарата формирует не только геометрию рабочей среды, но и граничные условия. Так, на твердых поверхностях происходит отражение набегающей волны напряжений без изменения их знака, на свободной поверхности - с изменением знака.

С точки зрения теории линейных колебаний консервативных систем целесообразно подразделить резонансную аппаратуру на два класса, отличающихся сжимаемостью рабочей среды. Первый класс (табл. 1) отличается несжимаемой рабочей средой (чистая жидкость, суспензии и эмульсии), которая может рассматриваться как инертный элемент с сосредоточенной массой, для второго характерна сравнительно низкая скорость звука, обусловленная наличием пузырей в жидкости, существенно увеличивающих сжимаемость среды (табл. 2).

Уравнения для расчета собственной частоты колебаний в табл. 2 удовлетворяют волновому уравнению

д\ I д2у

ТТ—1ТТ ' ^

дх1 аг дг

где а - скорость звука в сжимаемой среде, м/с; V - продольное смещение, м.

В табл. 1 и 2 наряду со схемой каждого аппарага показан его механический эквивалент, даны формулы для расчета собственных частот колебаний систем.

Наиболее простой является и - образная схема РА, показанная в табл. 1, п. 1, где возвращающая сила в системе обусловлена гравитацией. Именно поэтому здесь трудно регулировать собственную частоту колебаний.

Схемы по п.п. 2-3 в табл. 1 позволяют регулировать собственную частоту, изменяя давление в газовых полостях, выполняющих роль упругих элементов, причем схема по п.З годится для процессов, при проведении которых требуется повышенное давление в аппарате либо его герметизация.

Все три конструкции по п.п. 1-3 табл. 1 не являются динамически уравновешенными, поскольку вертикальная составляющая сил инерции в них не скомпенсирована. Для их нормальной работы желательно предусматривать систему виброизоляции или динамического гашения колебаний или другие известные в вибрационной механике методы.

Схема п.4 табл. 1 иллюстрирует систему, которая содержит два инертных (на рисунке они разделены пунктиром) и три упругих элемента, и может работать с различными модами колебаний: первая (в = 1) соответствует синфазному движению инертных элементов, вторая (в = 2) - противофазному. Противофазное движение при второй моде колебапий обеспечивает этой конструкции динамическую уравновешенность. Этот вариант конструкции по существу является промежуточным между системами с сосредоточенными и с распределенными параметрами, поскольку здесь может быть реализовано достаточно большое количество степеней свободы.

В табл. 2 показаны системы, подобные описанным в табл. 1 и отличающиеся наличием газа, распределенного в жидкости в виде пузырей. Вследствие значительного снижения жесткости газожидкостной системы по сравнению с несжимаемыми средами здесь необходимо учитывать распространение волн растяжения-сжатия, а также краевые условия (четвертый столбец в табл. 2). Поэтому в этом случае в качестве механических аналогов могут служить упругие стержни с различными условиями закрепления, в которых распространяются волны растяжения-сжатия.

Корректность полученных формул для расчета собственных частот колебаний проверялась нами экспериментально для всех описанных е табл. 1 и 2 типов аппаратов, где в качестве рабочей среды использовалась чистая жидкость либо газожидкостная система. Расхождения экспериментальных и расчетных данных не превышали 10%.

Вибрационные резонансные аппараты

Во второй главе описаны особенности вибрационных резонансных аппаратов. Отмечено, что известная разновидность вибрационных аппаратов с рабочим органом в виде перфорированных вибротарелок обладает низкой надежностью, обусловленной их усталостной прочностью. Кроме того, вводимая в аппарат энергия колебаний локализована в зоне вибротарелок, т.е. неравномерно распределена по объему, что в целом снижает эффективность аппаратов.

Вибрационные аппараты с подвижным (вибрирующим) корпусом при всей своей привлекательности - компактности, равномерности распределения энергии по объему, возможности достижения кавитационных эффектов ("вибротурбулизация" и образование пульсирующих роев пузырей) - могут являться источником существенных вибраций, передача которых на элементы строительных конструкций, исключая специальные виды тяжелого фундамента, крайне нежелательны. Поэтому проблеме динамического уравновешивания вибрационных аппаратов, как и вопросам режимных параметров, обеспечивающих возникновении кавитации, должно уделяться первостепенное значение.

В проведенных на горизонтальной модели вибрационного аппарата экспериментах выявлено существование двух кавитационных режимов - с образованием одного (рис. 1а) и двух (рис. 16) роев пузырей, причем колебания системы при плавном изменении частоты характеризовались гистерезисом (рис. 2). Для анализа собственных частот колебаний рассматриваемой системы "жидкость-рой пузырей" использована модель с сосредоточенными параметрами (см. табл. 1), ибо податливость системы формируется роем пузырей и пространственно локализована. Рои пузырей были условно заменены эквивалентными газонаполненными подушками с жесткостями - для одного роя

с'-уЯ^

V

г . (2)

для двух

С" - 4С' (3)

Масса колеблющейся жидкости при этом равна

т = рж^(1-ф) (4)

Таким образом, собственная частота колебаний в случае одного упругого элемента составит

Таблица 1

Собственные частоты продольных колебаний несжимаемой среды в колебательных аппаратах при различных краевых условиях

№ п/п

Схема аппарата

Эквивалентная механическая схема

Уравнение для расчета собственной частоты колебаний

со

ч2-?

С 2ё I т /

Ч-У .

т I

-|т

! т

2С (. ы ^

ш= — 1 — сое-- ;

у т V п + V

п - количество масс т.

Таблица 2

Собственные частоты продольных колебаний сжимаемой среды в колебательных аппаратах при различных краевых условиях

№ п/п

Схема аппарата

Эквивалентная механическая схема

Условия на границе к волновому уравнению (1)

Уравнение для расчета собственной

частоты колебаний

у = 0 прих = 0;

= О

Зх при х = I

я(2к-1)д

к 21 к= 1,2,3,...

у = 0 при * = 0;

у = 0 при х=1

пкд

тк=-у-. к = 1,2,3,...

"3-

п

о

о

о о

v = 0 прих=0;

8У Зх

при Х = 1

X О'

<о1

х = —

Ю0 =Л~=Л У

РоРт

а

т уутржЫ?(1-<р) Ь

(5)

Таблица 2 (продолжение)

о- Р" _ •> ' дЛ2 _ -2а

Расчет по этим формулам неплохо согласуется с экспериментальными значениями. Сравнивая формулы (5), (6) с формулами в п. 2 и 3 таблицы 1.2, нетрудно придти к выводу: одно и то же количество газа, по-разному

а

>с/о

о Ос/о о оОэ —О—О" о о_ о оо°

о

2 2

Рис. 1. Поведение жидкости в горизонтальном вибрационном аппарате, а - образование единичного роя пузырей 1; б - разделение исходного роя пузырей 1 на два роя 2.

Число роев пузырей

Рис. 2. Гистерезисная петля, характеризующая перестройку роев ! _пузырей в горизонтальном вибрационном аппарате._|

распределенное в жидкости, приводит к образованию колебательной системы с разными жеспсостями. При образовании единичного роя пузырей жесткость, а значит, и собственная частота колебаний системы, минимальны. При раздвоении роя пузырей собственная частота становится вдвое выше, а при равномерном распределении пузырей по объему жидкости она достигает наибольших значений.

Для решения проблемы динамического уравновешивания колебаний в вибрационных аппаратах была поставлена задача синтеза многоемкостной системы вибрационных аппаратов, закрепленной на общем жестком основании. Критериями динамической уравновешенности служили: равенство нулю

главного вектора сил инерции и обусловленного ими главного момента. Помимо этого, рассматривался вопрос о постоянстве приводного момента на общем коленчатом валу, к которому присоединялись шатуны всех вибрационных аппаратов. Анализ двух базовых конструкций - при расположении вибрационных аппаратов "звездой" и при их расположении по одну сторону от оси коленчатого вала - показал, что в обоих случаях не выполняется хотя бы один из выбранных критериев. Была предложена синтетическая конструкция - с комбинированным расположением вибрационных аппаратов. Показано, что динамическая уравновешенность и постоянство приводного момента могут быть обеспечены в случае, если оси возвратно-поступательного движения емкостей размещены в плоскости оси вращения коленчатого вала, сами емкости расположены по разные стороны оси коленчатого вала в чередующемся порядке, а количество емкостей в группе - четное и не меньше четырех. Минимально допустимая комплектация предлагаемой конструкции содержит три группы по четыре аппарата в группе.

Таким образом, в предлагаемом устройстве скомпенсированы как равнодействующая сил инерции, так и вызванный ими поперечный момент в плоскости оси вращения вала, а момент на валу - величина постоянная. Поэтому для работы такого устройства годится двигатель, рассчитанный на среднюю номинальную мощность, а фундамент практически не будет испытывать динамической нагрузки. Все это реализуется благодаря взаимному обмену энергией между колеблющимися емкостями через элементы привода (коленчатый вал), а также рациональному размещению емкостей и эксцентриситетов (аналогично маховику, распределенному на несколько частей).

Исследования массопереноса в модели вибрационного аппарата, проведенные на примере растворения бензойной кислоты (таблетки диаметром 9 мм и высотой 3,4 мм и частицы размером 400 мкм) в 0,05 н. растворе едкого натра, а также удельных энергозатрат (калориметрическим методом) привели к зависимости

Р = 1,5-10-5 80,37, (7)

тогда как для аппарата с турбинной мешалкой и отражательными перегородками показатель степени при е не может превышать 0,25, и значения р значительно ниже, чем в вибрационном аппарате. Этот факт свидетельствует о более целенаправленном использовании вводимой в резонансный аппарат энергии.

Пульсационные резонансные аппараты для систем жидкость-твердое

В третьей главе представлены результаты исследований пульсационных резонансных аппаратов для систем жидкость-твердое, преимущественно применительно к процессам растворения, пропитки и экстрагирования.

Проводя аналогию с классификацией реакторов, можно разделить пульсационные резонансные аппараты на два основных класса: 1) смесительного типа; 2) вытеснительного типа.

Типичный пульсационный резонансный аппарат смесительного типа (рис. 3) содержит корпус 1 с центральной трубой 2, побудитель колебаний 3

(эластичная мембрана или сильфон), соединенный через шток 4 к генератору колебаний 5.

В верхних частях центральной трубы и корпуса аппарата имеются упругие элементы 6 и 7 (газовые полости). В аппарате при необходимости может быть установлен змеевик 8; аппарат оборудован люком 9 для загрузки исходных компонентов и дренажный патрубок 10 для выгрузки готовых продуктов. На дншце аппарата установлен конический рассекатель 11, исключающий образование застойных зон.

Аппарат работает следующим образом. После его заполнения и включения генератора колебаний 5 возвратно-поступательные движения от него через шток 4 передаются побудителю колебаний 3, и далее - упругим элементам б и 7 и рабочей среде. При частоте колебаний генератора, близкой к собственной частоте колебаний системы "суспензия - упругие элементы", наступает резонансный режим колебаний, характеризуемый наиболее интенсивными колебаниями жидкости в аппарате. При этом имеют место мощные динамические воздействия на жидкость, обеспечивающие взвешивание твердых частиц и их увлечение колеблющейся жидкостью в верхнюю часть. В результате происходит перемешивание твердых частиц и их интенсивное растворение.

Задача обеспечения непрерывности процесса растворения твердых частиц может быть решена благодаря использованию известного принципа включения аппаратов (элементов) в каскадном режиме. Попутно решается и проблема динамической уравновешенности такого каскада в целом, если предусмотреть общую жесткую раму для всех аппаратов, установленную на фундаменте на "мягких" пружинах, а также правильно выбрать фазы колебаний для каждого из аппаратов. Подобный подход к динамическому уравновешиванию хорошо известен в вибрационном машиностроении.

Эти идеи воплощены в резонансном аппарате для обработки суспензий, один из вариантов реализации которого представлен на рис. 4. Пульсационный резонансный аппарат содержит четыре секции и-образных элементов 1, имеющих так называемые пульсационные 2 и резонансные 3 колена, переточные каналы 4, соединяющие резонансные колена одной секции с пульсационными коленами последующей секции. Каналы 4 снабжены обратными клапанами 5, пропускающими жидкость в одном направлении. Оба колена каждой из секций имеют в верхней части газовые подушки 6, играющие роль упругих элементов. Пульсационные колена в верхней часта через сильфоны 7 подсоединены к генератору колебаний, состоящему из эксцентриковых втулок 8, эксцентрикового вала 9 и электродвигателя 13. Газовые подушки 6 через газопровод с большим гидравлическим сопротивлением подключены к линии сжатого газа. Аппарат снабжен технологическими штуцерами: 10,11 - для ввода исходных компонентов и 12 - для вывода готового продукта. Газовые полости соединены друг с другом и с источником сжатого газа через капиллярные трубки, что позволяет выравнивать в них давление в "медленном" времени.

После заполнения аппаратов исходными компонентами их 1 ерметизируют, устанавливают необходимую частоту резонансных колебаний. При резонансных колебаниях суспензии в аппаратах одновременно с колебаниями под действием динамического напора происходит переток

Рис. 3. Резонансный смеситель.

1 - корпус; 2 - центральная труба; 3 - мембрана; 4 - шток; 5 - генератор;

6,7 - упругие элементы; 8 - змеевик; 9 - люк; 10 - дренажный патрубок;

11 - рассекатель; 12 - опоры.

жидкости из одной секции в другую вместе с твердыми частицами (преимущественно через нижние переточные каналы/отверстая), либо без них (главным образом через верхние переточные каналы/отверстия).

В аппарате, показанном на рис. 4, движение концентрированной суспензии и чистой жидкости происходит прямотоком, разработаны также варианты, в которых реализовано прогавоточное движение жидкости. Собственная частота колебаний системы регулируется изменением давления газа в газовых полостях (упругих элементах) - нагнетанием газа в систему или его сбросом. Благодаря организации перетока жидкости из секции в секцию происходит выравнивание концентрации растворяемого вещества, в аппарате ликвидируются застойные зоны, организуется работа аппарата в непрерывном режиме.

Секционированием аппарата достигается рассредоточение колеблющейся массы суспензии и снижение динамической нагрузки на фундамент. Этой же цели служит и угловое смещение эксцентриситетов в соседних секциях.

Рис. 4. Пульсационный резонансный аппарат для обработки суспензий. 1 - и-образные элементы; 2 - пульсационные колена; 3 - резонансные колена; 4 - переточные каналы; 5 - клапаны; 6 - упругие элементы; 7 -сильфоны (мембраны); 8 - эксцентриковые втулки; 9 - эксцентриковый вал; 10,11 - штуцеры для ввода исходных компонентов; 12 - штуцер для _вывода готового продукта; 13 - электродвигатель._

Эксцентриситет у всех секций одинаков по величине и смещен у каждой последующей секции на угол, равный 2 я/п, где п - общее число секций (на рис.4 п = 4). При относительном сдвиге фаз между секциями на угол 2л/и происходит сложение неуравновешенных центробежных сил, возникающих при повороте жидкости на 180° в донной части каждой секции, при этом происходит уменьшение суммарного коэффициента динамичности Кд = ^//¿р, где -суммарная динамическая нагрузка, Н; ^ - средняя суммарная статическая нагрузка, Н.

Еще один тип пульсационных резонансных аппаратов, в которых может быть осуществлен непрерывный процесс перемешивания и растворения -горизонтальный резонансный аппарат, схема которого показана на рис. 5.

Рис. 5. Горизонтальный пульсационный резонансный аппарат. 1 - Т-образные элементы; 2 - Ьобразные элементы; 3 - генератор колебаний; 4 - упругие элементы. ИК - исходные компоненты; ГП -_готовые продукты._

Аппарат имеет горизонтальный корпус, конструктивно состоящий из промежуточных Т-образных элементов 1, концевых Ь-образных элементов 2. Генератор колебаний 3 подключен к одному из газонаполненных упругих элементов 4. В аппарате предусмотрены штуцеры для подачи исходных компонентов и вывода готовых продуктов. К газонаполненным упругим элементам может быть подведен газопровод для изменения давления газа в них, и, тем самым, изменения и собственной частоты колебаний системы с целью ее настройки на частоту колебаний генератора, т.е. достижения резонансных колебаний.

В этом аппарате участок между двумя соседними упругими элементами 4 будем называть секцией. Для обеспечения уравновешенной работы такого аппарата, т.е. когда вся динамическая нагрузка компенсируется его стенками и не передается вовне, число секций должно быть четным (на рис. 5 число секций равно п = 4).

Многосекционный аппарат, показанный на рис. 5, является системой связанных осцилляторов (см. п. 4 табл. 1), число нормальных мод колебаний которого равно числу осцилляторов, в данном случае - числу секций п = 4. При возбуждении колебаний в системе с четным количеством осцилляторов (здесь -секций) на частоте, равной одной из частот четных мод нормальных колебаний, как было выявлено в наших экспериментах, колебательная система становится динамически уравновешенной.

Аппарат работает следующим образом. При включении генератора колебаний на частоте, равной одной из четных частот нормальных мод колебаний, в каждой из секций аппарата возбуждаются резонансные колебания. При этом в системе у каждой секции есть парная к ней, колеблющаяся в противофазе, что и обеспечивает уравновешенность. Благодаря резонансному возрастанию амплитуды колебаний происходит интенсивная турбулизация жидкости, ее перемешивание, взвешивание частиц и существенно ускоряется процесс растворения.

Как уже отмечалось, процессы обработки капиллярно-пористых тел требуют достаточно больших амплитуд давления при сравнительно низких частотах колебаний. Кроме того, при проведении экстрагирования

дополнительно необходимо обеспечивать циркуляцию жидкости в аппарате для выравнивания концентрации в объеме аппарата.

В этой связи для процессов обработки капиллярно-пористых частиц разработаны специальные пульсационные резонансные аппараты.

Один из вариантов таких аппаратов (рис. 6) содержит корпус 1, состоящий из двух симметрично расположенных камер 2 с проницаемыми для жидкости днищами 3, в которых находится обрабатываемая суспензия 4. Для удобства загрузки и выгрузки проницаемые днища могут быть совмещены с контейнерами 5, вынимаемыми из аппарата вместе с отработанными частицами сырья. В нижней части камеры соединены переточным каналом 6, под которым установлен сливной патрубок 7 с вентилем 8, а верхней - заглушены крышками 9 с воздушниками 10, снабженными вентилями 11. К одной из крышек подключен побудитель колебаний давления 12, например, в виде цилиндра с поршнем, соединенный с генератором возвратно-поступательного движения (на схеме условно не показан) и снабженный патрубком 13 с вентилем 14.

Аппарат работает следующим образом. Исходные компоненты (капиллярно-пористые частицы, экстрагент) загружают в камеры 2 при открытых вентилях 11 и 14, через которые стравливается воздух, затем аппарат герметизируют, закрывая вентили 14 и, нагнетая через вентили 11 сжатый газ, создают в нем начальное давление, рассчитанное для данного вида сырья. Включают побудитель колебаний давления 12, генерирующий переменную составляющую давления с заданной частотой и амплитудой. Под действием возникающего перепада давлений жидкость передавливается из одной камеры 2 в другую, проходя через проницаемые днища 3 и переточные каналы 6.

На микроуровне в аппарате происходит следующее: под действием периодически изменяющегося давления в жидкости происходит быстрое проникновение экстрагента в капилляры с целевым веществом, насыщение проникшего в каиилляры экстрагента, а затем выбрасывание насыщенной жидкости в объем аппарата. В следующий период колебаний в капилляры проникает еще не насыщенная целевым веществом жидкость, в результате чего в каждом капилляре поддерживается высокий градиент концентраций, являющийся движущей силой процесса извлечения. Кроме того, достаточно быстрые колебания жидкости в капиллярах приводят к возникновению конвективного массопереноса в них, что ведет к существенному ускорению процесса, увеличению глубины и степени извлечения. Особенно благоприятные условия складываются при частоте колебаний, соответствующей "резонансу" массопереноса (см. ниже). Все это обуславливает повышение эффективности аппарата.

На макроуровне в аппарате также обеспечиваются условия, способствующие ускорению процесса внешней массоотдачи от частиц за счет организации пульсационного псевдоожижения в камере 2 на стадии движения жидкости вверх, и ее фильтрации - при движении вниз.

Помимо описанных выше, разработаны еще следующие конструкции пульсационных резонансных аппаратов: 1) экстрактор для древесной зелени, сочетающий резонансные пульсации и систему оросительной дистилляции для доисчерпывания извлекаемого вещества из сырья; 2) проточный аппарат, в

Рис. 6. Пульсационный резонансный аппарат для пропитки и экстракции. 1 - корпус; 2 - камеры; 3 - проницаемые днища; 4 -суспензия; 5 - контейнеры; 6 - переточный канал; 7 - сливной патрубок;

8,11,14 - вентили; 9 - крышки; 10 - воздушники; 12 - побудитель _колебаний давления;!3 - патрубок._

котором генерирование пульсаций в суспензии происходит за счет ее движения в канале с периодической геометрией; 3) аппарат, в котором генерируются стоячие поверхностные волны; 4) аппараты с циркуляционными контурами, в которых использован нелинейный насосный эффект.

Нелинейный насосный эффект обнаружен нами экспериментально в пульсационной колонне в кавитационном режиме ее работы. Хотя внешне он напоминает известный ультразвуковой капиллярный эффект, природа его иная. Для циркуляционной трубки диаметром 16 мм, на которой был получен эффект, капиллярные силы несущественны, и наиболее правдоподобным является механизм циркуляции, обусловленный кавитацией и нелинейностью гидравлического сопротивления при турбулентном режиме (различные коэффициенты сопротивления для входа в трубу и выхода из нее), откуда и следует название - "нелинейный насосный эффект".

Нелинейная динамики пульсационныд резонансных аппаратов

Вследствие нелинейности закона Бойля-Мариотта газонаполненные упругие элементы обладают нелинейной характеристикой, причем нелинейность особенно сильно проявляется при немалых колебаниях, например, при резонансе. На основе одномерной модели получено нелинейное уравнение колебаний жидкости в U-образном аппарате переменного сечения (к этой модели можно свести большую часть пульсационных аппаратов)

«frith-*?--• -Ч1РИ--«- -Ш-

SitS2 - площади поперечных сечений колен аппарата, являющиеся функциями z,

Pi О Р20

Pi =-—о . , .V .—; Р2 = а . : .. .— • давления в упругих I — sm((ot)—kjz l+p2sm(oot)+k2z

элементах, РьРг.^.^г - коэффициенты, определяемые геометрией аппарата,

решение которого искалось в виде ряда Фурье

kiz = ao + aj sin (cot) + a2 sin (2<nt) + аз sin (3cot) + bj cos (cot) (9)

методом гармонического баланса. Показано, что наряду с колебаниями на основной частоте возможно возбуждение н на суб- и супергармонических частотах колебаний порядка 1/2,1/3,2/3,3/2,2 и 3.

В эксперименте на опьпяо-промышленном аппарате объемом 100 л, установленном на АО "Красный химик", схема которого соответствует рис. 3, было обнаружено наличие субгармонических колебаний порядка 1/3 - при частоте колебаний привода 3,6-3,8 Гц частота колебаний суспензии в аппарате составила 1,3 Гц. В этом же аппарате, а также в горизонтальном двухсекционном пульсационном аппарате были выявлены постоянные составляющие, когда среднее положение уровней жидкости смещалось при колебаниях от невозмущенного состояния.

На основании построенной модели было предложено рационализировать геометрию газонаполненных упругих элементов так, чтобы они вмели жесткую характеристику, обеспечивающую пологость скелетной кривой. При этом возможно расширение "резонансного" диапазона частот не за счет увеличения диссипации в системе, а благодаря ее нелинейности. Разработанная программа по заданному квазиупругому закону вьвдавала требуемый профиль упругих элементов. Эффект расширения резонансного диапазона был подтвержден экспериментально.

Механизмы взвешивания в пульсапионных резонансных аппарата»

На основании проведенных экспериментов по взвешиванию частиц в пульсационном аппарате с центральной трубой (рис. 3) были выделены три механизма взвешивания в зависимости от концентрации частиц.

1) При малой концентрации частиц - вихревой, когда в придонной зоне образуется устойчивый тороидальный вихрь, вовлекающий частицы в вихревое движение.

2) При умеренной концентрации частиц - ниже среза трубы -фильтрационпо-вихревой механизм взвешивания частиц, когда жидкость в своем нисходящем движении фильтруется сквозь слой частиц, а в восходящем -выносит их из слоя как при псевдоожижении; одновременно некоторую роль играет возникающий в жидкости вихрь.

3) При высокой концентрации частиц - до среза трубы и выше -фильтрационный механизм, когда жидкость в своем нисходящем движении фильтруется сквозь слой частиц, а в восходящем - взвешивает их.

Исследования процесса взвешивания в двухсекционном горизонтальном пульсационном резонансном аппарате (рис. 5) выявили резонансный характер зависимости амплитуды колебаний твердых частиц от частоты, причем максимальная амплитуда соответствовала собственной частоте колебаний системы "суспензия - упругие элементы". Здесь было обнаружено существование еще трех механизмов взвешивания: 4) "струйно-кавитационный" механизм взвешивания, обусловленный струями жидкости и пульсирующими пузырьками; 5) "сдвиговой" механизм взвешивания, обусловленный разрушением межчастичных связей касательными напряжениями на поверхности осадка; 6) "эффект Бернулли" при неплоской форме поверхности осадка, обусловленный падением давления на неровностях осадка.

Моделирование процесса пропитки капиллярно-пористых тел при переменном давлении в жидкости

Известно, что до 60% капилляров растительной ткани - тупиковые. Сквозные капилляры также могут выступать в роли квазитупиковых, когда защемленный в капилляре газ не может быть удален, например, вследствие неоднородностей геометрии капилляра либо из-за наличия участков с плохой смачиваемостью. Во всех этих случаях гидростатическая сила окружающей капилляр жидкости не способна вытеснить газ из капилляра. Уравнение Бернулли для цилиндрического тупикового капилляра

+р,?+1г г)? (10)

где - давление в жидкости, в которую погружен в капилляр; р^ -

капиллярное давление, р^ — 2осоев/г; I - глубина пропитки преобразуется к безразмерному виду

где ф = / / ?о - безразмерная глубина пропитки; А = ву/г2; ^ =8Д5у/(Н0); В = (рс + Р1с)/1р1о); С - Ра№), Рс - постоянная составляющая внешнего давления ^(г); - капиллярное давление, р^ = 2ссо50/г; />а - амплитуда переменной составляющей внешнего давления р^)', /(0 - периодическая функция времени Г, <рт - предельная глубина пропитки при рс,

<Рт={Рк+Рс-Рй)/{Рк+Рс)-

Численные решения нелинейного уравнения (11) методом Рунге-Кутта четвертого порядка показали, что при практически интересных параметрах среднее значение безразмерной глубины пропитки асимптотически стремятся к линии ф = фт по кривой, определяемой решением уравнения (И) при ра = О (рис. 7). При стационарном периодическом процессе мгновенные значения (р колеблются почти симметрично около этой кривой по закону, близкому к гармоническому с амплитудой а. Для анализа уравнения (11) методом гармонического баланса его решение искали в виде

Ф=Фш +а яп(сэГ), (12)

разложив в степенной ряд дробь

и учитывая при этом сдвиг по фазе в форме записи возмущающей функции:

С/^)=ц1 8ш(а>Г)+Цг соз(сог). (14)

Ограничиваясь в разложении (13) квадратичным членом, методом гармонического баланса получим систему уравнений:

["ФтЮ2 + Я(1-фтХ1 + 2Фт)}*^М=И«пМ ^ (15) [л<рт + СОб(ш? ) — С08(тг)

откуда следуют зависимости для безразмерной амплитуды колебаний жидкости в капилляре

С

|Г г, 06)

т/рО-Ф-Я+гчь, )-Фт®2Г+©2ЙФт + А?

и сдвига по фазе р между возмущающей функцией С/(<) и функцией ср(г)

<"ЙФт+А) -В(1-фтХ1 + 2Фт)-ф/пш

Собственная частота малых колебаний жидкости в капилляре без трения

ъ-ШЕ&ЕШ, (18)

V Фт

а резонансная частота нелинейных колебаний с учетом вязкого трения - из условия минимума знаменателя выражения (16)

„ _ д/^-Афт(1 -фт)(1+2ут)-2(/4фт Р= ' ^

причем резонансное возрастание амплитуды колебаний может быть достигнуто лишь при условии малости вязкого члена в выражении (19).

Анализ выражения (3.63) показывает, что даже при невозможности реализации резонанса существует критическая частота

Юк = Д(1-ФотХ1-ь2Фд)> АЧ>т+А

выше которой амплитуда колебаний жидкости резко падает вследствие преобладания сил вязкого трения над силами упругости. Расчет по формуле (20) хорошо согласуется с координатой точки перегиба кривой (16) (рис. 8) и для принятых расчетных параметров составляет 3,96 с'1. Таким образом, в случаях, когда резонанс невозможен, на практике для достижения наибольших амплитуд колебаний рекомендуется не превышать критическую частоту. Значение, получаемое по формуле (17), также соответствует точке перегиба на кривой р, однако на характер линии а она не влияет, что связано с преобладанием сил трения при данных расчетных условиях.

Экспериментальная проверка полученных соотношений проводилась на стеклянном капилляре длиной 1о - 355 мм и радиусом г - 0,5 мм (а также 4 190 мм иг 0,3 мм), подсоединенном к стеклянному шприцу диаметром 20 мм посредством толстостенного шланга. Из опытов следует, что полученные расчетные зависимости вполне адекватно отражают характер зависимости а от и, а именно ее резонансный характер, а также снижение амплитуды колебаний при (в > .

Результаты проведенного анализа позволяют находить скорость движения жидкости в капиллярах, что необходимо для расчета процесса экстрагирования из капиллярно-пористых частиц.

Моделирование процесса экстрагирования из капиллярно-пористой частицы с бндисперсной структурой

В природе и технике нередко встречаются капиллярно-пористые частицы с бидисперсной структурой, имеющие капилляры двух существенно различающихся размеров. К ним могут быть отнесены ткани растительного и животного происхождения, а также некоторые виды катализаторов. От крупных пор (тупиковых либо сквозных) ответвляются мелкие капилляры, являющиеся основными носителями растворов целевых компонентов.

ф 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

0

".X "л" /V ■/ул. Тл гт

Фт А /Л

1 / ф

ф (при & э„ = 0)

0.2

0.4

0.6

0.8

Рис. 7. Зависимость безразмерной глубины пропитки <р от времени

Результаты численного решения уравнения (11) при нулевых начальных условиях. /0 = 20 мм; г = 5 мкм; рй = 105 Па; ре =2 -105 Па; ра = 1,8 105Па; о = 0,072 Н/м; О = 0; р = 103 кг/м3; V = 10-6 м2/с.

Ц15

а

—1—1—и 1 1 |\ 1 1. 1 1 1 1 1

\ ^ ЛА в

®к /\ 1

У 1 \ 1 1 1 ■к .1 1111

Р

л2

Ю3 ОМ 01 1 Ю К» 1? I? ^ К?

О СО

Рис. 8. Зависимость безразмерной амплитуды колебаний а и сдвига по _фазе р от угловой частоты колебаний со._

Как правило, движение жидкости в капиллярах практически отсутствует, и перенос вещества происходит по молекулярно-диффузионному механизму. Однако при определенных амплитудах пульсаций внешнего давления в крупных порах может возникнуть колебательное движение жидкости за счет сжатия

защемленного в капиллярах газа. Таким образом, крупные поры играют роль транспортных каналов, в которых перенос вещества может быть конвективным, благодаря чему возможно многократное ускорение процесса извлечения растворенного вещества в целом из частицы.

Для анализа процесса экстрагирования принята плоская модель капиллярно-пористой частицы с бидисперсной структурой (рис. 9). Совокупность мелких капилляров заменена анизотропной пористой структурой с заданной порозностъю е - «пористым массивом», поры которого в начальный момент времени заполнены концентрированным раствором целевого компонента; анизотропия выражается в том, что диффузия происходит только в направлении оси у. Сквозь частицу проходит транспортный канал, боковые стенки которого граничат с пористым массивом. Через эти границы происходит молекулярная диффузия вещества из пористого массива в канал (на рис. 9 показано стрелками). В самом канале диффузия конвективная.

Математическая модель процесса экстрагирования в рассматриваемой частице может быть описана следующей системой уравнений: - уравнение диффузии для пористого массива

дС1 = С)8гСу

ду*

■ уравнение конвективной диффузии для транспортного канала

/Л*

<5С? „

—-+и—- = Б Зг дх

д2С- Л

дх1 <у

- начальные условия

С,(*,.у) = 30 ОйхйЬ, Н2<у<}ц+}1г\

(21)

(22)

(23)

С2(х,у) = С20 0<х<Ь, О < у <,И2; (24)

- граничные условия

С2(х,Н2) = С1(х,Н2у, (25)

= (26); С2(О,у) = С2(Ь,у) = С20 (27);

91(х,Л1+Л2)=0 (28); <72(*>°)=° (29);

- профиль скорости в транспортном канале

и(х,г) = иал

яп(сог).

(30)

У Л

Ы

Г

41 = 42

I

ч(у,О

7

пп>

ь

X ->

V

Рис. 9. Плоская модель частицы с бидисперсной структурой и сквозными транспортными порами. 1 - пористый массив; 2 -_транспортный канал._

Потоки вещества на границе пористый массив - канал (при у = Л2), при допущении о независимости коэффициента диффузии Б от концентрации вещества, равны

«Г

= -е£>

5С|

(31);

пас2

(32)

которая в

Для решения системы уравнений (21)-(32) был использован модифицированный метод переменных направлений Писмена-Ракфорда первого

порядка точности с погрешностью аппроксимации о|л1,(Дх)2,(Ду)2

линейном случае безусловно устойчива. Для аппроксимации уравнения (21) применяли метод Кранка-Николсона второго порядка точности. Граничные условия также аппроксимировали выражениями второго порядка точности.

Разработанная программа позволяла наблюдать в динамике поля концентраций в узлах сетки, а также относительные линейные концентрации вещества в пористом массиве и канале. Проведено несколько серий численных экспериментов. При числах Пекле

Ь £>

я/сй^

где и = — Г [«(>',Г)ф,Л=—«щах * осредненная за полупериод и по сечению 71 0 о Зя

транспоргного канала скорость движения жидкости,

конвективный перенос в канале практически не оказывает влияния на скорость процесса экстрагирования. Поэтому основные расчеты проводились при условии

1

Рех,=-^>1. (33)

В качестве критерия эффективности процесса экстрагирования использовали продолжительность г достижения определенного значения относительного остатка вещества в пористом массиве

А|+Аг X. ЪЬ

| 1еС1<£х*(у+ Цс2^хс/у

. ь°°-. (34)

Численные эксперименты показали, что при прочих равных условиях существует оптимальная частота колебаний жидкости в канале (0ОПТ, при которой можно достичь минимальной продолжительности процесса (рис. 10).

Попытаемся дать качественную оценку оптимальной частоты колебаний жидкости в канале при фиксированных прочих параметрах. Для того, чтобы конвективный перенос вещества из частицы с бидисперсной структурой происходил с наибольшей интенсивностью, необходимо, чтобы при максимальном значении скорости концентрация у правого торца канала (при х = Ь) была также максимальной, поскольку конвективный поток вещества равен дк = и • С2. Скорость достигает максимума за время, равное четверти периода

колебаний: г0=— — = —. За это время фронт жидкости должен пройти 4 а 2ю

расстояние порядка длины канала Ь, насыщаясь по пути извлекаемым веществом. В рассматриваемой модели мгновенная скорость фронта жидкости 2

«ф = —ииахяп(шг), и за время г0 он пройдет расстояние г" 2 и

= Г «лЛ - - = —, которое и должно быть порядка Ь. Таким образом, 4 3 3 со а О

оптимальная частота колебаний жидкости может быть найдена из условия

(35)

«ср

подтвержденного опытным путем. Для инженерных расчетов требуются простые соотношения, например в критериальном виде. Анализ математической модели показал, что определяющими критериями являются порозность пористого массива по мелким порам е, геометрические симплексы Г\ = ¡Ь; Г2 = /¡2 ¡Ь, и число Струхаля Эг, определяемым - обратная эффективному числу Пекле

.......... „ 1 °зфф

величина: =-=-.

Реэфф иЬ

742,5%)/Г0 (2,5%)

со, 1/с

Рис. 10. Зависимость относительной продолжительности процесса экстрагирования Т(2,5%)/Т0 (2,5%) (при относительной массе оставшегося в мелких капиллярах вещества Rest = 2,5 %) из частицы с бидисперсной структурой L = 10"5 м; D = 0,5x10"8 м2/с; s = 0,4; С10 = 10 кг/м3; Сго = 0. Линии 1-5: h, = h2 = 10"6 м; и™* (м/с): 1 - 5x10"4; 2 - 1х10"3; 3 -

2,5x10"3; 4 - 5x10"3; 5 - 7,5x10"3. За 1,0 принята продолжительность _Тр(2,5%) экстракции при ю = 0 (чистая диффузия)._

Эффективный коэффициент диффузии D^ определяли по наклону кинетической линии при регулярном режиме процесса. Обработка результатов более чем 80 численных экспериментов дала следующее критериальное уравнение:

^ = ОД ISSr0-5 exp(-USr)e-0'2 V'63r,0,29- (36)

vL 1 *

Экспоненциальный множитель введен в уравнение для учета "резонансного" характера зависимости эффективного коэффициента диффузии от числа Струхаля. Максимум соотношения (36) приходится на Sr = 0,42, т.е. имеет порядок единицы.

Моделирование процесса колебаний в пульсационном экстракторе U-обраиюго типа

Для выявления особенностей поведения аппарата, показанного на рис. 6, построена математическая модель колебаний суспензии в нем. Уравнение

движения суспензии в экстракторе, вызванное колебательным движением поршня может быть записано в виде

М й2х _ р20Уго___ыУщ ПТ1

5аЛ2 Км + ^а-2п(г)5п У10-хБа~ Чл; ' 1 ;

где М - приведенная к сечению аппарата 5а движущаяся масса; Вф -коэффициент квадратичного сопротивления.

Анализ членов уравнения (37) при практически реализуемых параметрах показал, что оно может быть упрощено и сведено к виду

(ЗВ)

№

где - перепад давления в активном и пассивном упругих элементах.

Сопоставление численного решения уравнения (37) с нулевыми начальными условиями, полученного методом Рунге-Кутга четвертого порядка, с решением уравнения (38) показало несущественное их отличие в достаточно широком диапазоне практически интересных расчетных параметров (варьировались размеры частиц, свойства жидкости, частота колебаний). Физически это означает, что силами инерции при низкочастотных колебаниях в пульсационном экстракторе можно пренебречь.

В результате решения уравнений были получены численные зависимости для перемещения и скорости фронта жидкости, для усилия, прикладываемого к поршню, а также для мгновенной и средней вводимой в аппарат мощностей.

На рис. 11 приведены графики изменения во времени потерь давления при фильтрации перепада давления, необходимого для псевдоожижения и перепада давления между газонаполненными упругими элементами Ар. Из графиков видно, что основная доля активного перепада давления Ар (линия 3) затрачивается на преодоление сопротивления при фильтрации Арф (линия 1), а их разность (линия 4) колеблется около перепада давления Арпс (линия 2). Это означает, что при движении поршня вниз газ под ним сжимается, и жидкость в правой секции профильтровывается сквозь межчастичные каналы, довольно быстро набирая скорость. В левой секции практически сразу происходит псевдоожижение частиц с присущим ему хорошим перемешиванием и "смывом" диффузионного пограничного слоя с поверхности частиц. Потенциальная энергия давления в пассивном упругом элементе накапливается, и при обратном движении поршня возвращается в систему, способствуя перетеканию жидкости из левой секции в правую. Суспензия в левой секции достаточно быстро оседает, и жидкость начинает профильтровываться через межчастичные каналы в левой секции, а в правой при этом происходит псевдоожижение. То есть в каждом периоде колебаний поршня происходит чередование процессов фильтрации и псевдоожижения в секциях.

Полученные соотношения могут быть перенесены, вероятно, и на расчет аппарата с цетральной трубой (см. рис. 3).

Принципиальная возможность реализации такого аппарата была проверена на опытной модели пульсационного экстрактора на древесной зелени и дробленых корнях элеутерококка.

Ар, 300 т кПа

200 100

0

-100

Рис. 11. Потери давления (кПа) при фильтрации Дрф (1), перепад давления, необходимый для псевдоожижения Арпс (2), перепад давления между газонаполненными упругими элементами Др (3) и разность &р - Арф (4) как функции безразмерного времени т. 1 = 5 Гц

Исследование процесса растворения в горизонтальном пульсационном резонансном аппарате

Для сопоставления эффективности аппарата с турбинной мешалкой и двухсекционном ГПРА (см. рис. 5) на примере растворения таблеток бензойной кислоты в 0,05 н. растворе едкого натра получена обобщенная зависимость коэффициента массопередачи от удельной объемной диссипируемой мощности в (Вт/м3)-для ГПРА

Р = 3,8-10-6 е0'82. (39)

Значение показателя степени при скорости диссипации энергии, намного превышающее 0,25 - предельно достижимое для локально изотропной

турбулентности, и существенно большие значения Р в ГПРА могут свидетельствовать о существовании в совершающей резонансные колебания системе дополнительных факторов, способствующих массопереносу, таких как кавитационное разрушение пограничного слоя на поверхности твердых частиц, и в целом - о более рациональном использовании вводимой в аппарат энергии.

Пульсационные резонансные аппараты для систем жидкость-жидкость

Четвертая глава посвящена описанию особенностей пульсационных резонансных аппаратов для процессов в системе жидкость-жидкость. На основе теории связанных колебаний в линейных системах выявлены закономерности колебаний в многосекционных пульсационных резонансных аппаратах, показана возможность достижения их внутренней динамической уравновешенности за счет противофазных колебаний жидкости в секциях. Частоты нормальных мод колебаний многосекционного пульсационного аппарата определяются выражением

где п - число колеблющихся секций; в - номер моды колебаний. Формула (40) подтверждена экспериментально на модели пульсационной колонны.

Описаны результаты экспериментальных исследований, подтверждающие существенное ускорение процесса жидкостной экстракции в условиях резонансных колебаний из капель с ньютоновскими и неньютоновскими реологическими свойствами (экстракция из провитаминного концентрата в раствор этанола, из сульфатного мыла - в бензин).

Выделено 10 возможных механизмов эмульгирования в пульсационных резонансных аппаратах: 1) неустойчивость Кельвина-Гельмгольца; 2) неустойчивость Релея-Тейлора; 3) дробление капель в турбулентном потоке жидкости; 4) неустойчивость Толмина-Шлихгинга; 5) неустойчивость Бенарда; 6) кавитационный механизм дробления; 7) динамический (по Левичу); 8) дробление капель вблизи твердых стенок; 9) сдвиговые и растягивающие напряжения в сплошной среде; 10) инерционный (по Стоуну).

На примере вязкой дисперсной среды показано, что механизмами, определяющими дробление капель в условиях резонансных колебаний, являются неустойчивость Кельвина-Гельмгольца, динамический и инерционный механизмы, а также кавитация. Роль турбулентных пульсаций при этом значительно слабее. Этот вывод подтверждается сопоставлением кинетических кривых экстракции из провитаминного концентрата в 90% раствор этанола в пульсационном резонансном аппарате и в аппарате с турбинной мешалкой н четырьмя отражательными перегородками: в пульсационном аппарате тангенс угла наклона кинетической кривой (в логарифмических координатах) в 1,45 раза выше при меньших энергозатратах.

Пульсационные резонансные аппараты для систем жидкость-газ

В пятой главе показаны особенности конструкций пульсационных резонансных аппаратов для процессов в системе жидкость-газ, а также специфика дробления пузырей в пульсирующем потоке жидкости.

Описан новый принцип реализации пленочного аппарата для осуществления взаимодействия жидкости с газом, суть которого заключается в

1 - сое

57С

Л+Т

» УРрР оПгН Уо

(40)

непосредственном подводе энергии колебаний к стекающей пленке жидкости. Поверхность труб, по которой стекает жидкость, покрыта слоем полимерной □ленки, обладающей пьезоэлектрическими свойствами, к которой подводятся высокочастотное напряжение. Резонансные колебания пленки жидкости обуславливают высокую скорость процесса массообмена при малых удельных энергозатратах, что позволяет рассматривать такой аппарат как возможную альтернативу роторным пленочным аппаратам.

Применительно к системе жидкость-газ рассмотрены те же механизмы, что и в главе 4. Выявлено, что для газожидкостных систем необходимо учитывать следующие особенности, существенно определяющие процесс дробления пузырей в пульсирующей жидкости: 1) пузырьки могут совершать радиальные колебания; 2) на пульсирующие пузыри действуют силы гидродинамического дальнодействия, способствующие их слиянию; 3) в интенсивно колеблющемся столбе жидкости возможно изменение плавучести пузырей; 4) силы инерции, действующие на пузырь, определяются присоединенной массой.

Таким образом, наряду с дроблением пузырей действует и механизм их слияния, что приводит к стабилизации размеров пузырьков. Возможность удержания (или замедления всплывайия) пульсирующих пузырьков в колеблющейся жидкости дает возможность полнее использовать дорогостоящие газы.

Оценки размеров пузырей, сделанные нами на примере системы вода-воздух, показали, что в интенсивно колеблющейся жидкости доминирующими механизмами дробления являются динамический (по Левичу) и инерционный (по Стоуну). Получаемый при этом расчетный диаметр пузырька (2-2,8 мм) хорошо согласуется с нашими экспериментальными данными.

Анализ результатов экспериментов по окислению сульфита натрия в воде кислородом воздуха, проведенных Г.М. Островским и Е.Г. Аксеновой в пульсационной резонансной колонне и в барботажном аппарате показал, что в условиях резонансных колебаний объем коэффициент массоотдачи на порядок выше, нежели в барботажном аппарате. Обнаружено, что при приведенных

скоростях газа до 0,01 м/с комплекс р^Дк0,6 постоянен и равен 1,4 с"°,4/м0'6. Довольно существенное его снижение при больших скоростях обусловлено срывом резонансных колебаний в пульсационной резонансной колонне за счет существенного изменения сжимаемости газожидкостной среды (при этом резко падает скорость звука, после чего значительно снижается амплитуда давления, происходит спонтанное всплытие утопленных пузырей).

При тех же значениях е » 200-600 Вт/м3, согласно данным В.М.Барабаша и М.А.Белевицкой*, массообменный комплекс р^Дк0'6 имеет величину около 1,0 с"°,4/м0,в. Это свидетельствует о том, что пульсационные резонансные аппараты по крайней мере не уступают аппаратам с мешалками, в том числе высокоскоростным. Причиной высокой скорости обменных процессов для системы "жидкость-газ" в пульсационных резонансных аппаратах является,

* Барабаш В.М., Белевицкая М. А. Массообмен от пузырей и капель в аппаратах с мешалками//Теор. основы хим. технологии. -1995. - Т. 29, № 4. - С. 362 - 372.

вероятней всего, постоянное обновление пограничного слоя вблизи пульсирующих и осциллирующих пузырей в колеблющейся жидкости.

Принципы возбуждения колебаний и управления ими в резонансной аппаратуре

В шестой главе сформулированы способы возбуждения колебаний в колебательной аппаратуре и управления ими, имеющие важное практическое значение. Приведена классификация способов генерирования колебаний в колебательной аппаратуре, описаны способы компенсации динамической нагрузки при работе колебательной аппаратуры, а также способы выявления и поддержания резонансного режима колебаний в колебательной аппаратуре, показаны пути обеспечения надежности элементов резонансной аппаратуры.

Описаны предложенный нами способ расширения резонансного диапазона частот за счет изменения продольного профиля газонаполненного упругого элемента, а также способ управления пульсационным аппаратом и устройство для его осуществления.

Способ управления пульсационным аппаратом, подразумевающий вывод аппарата на резонансный режим, заключается в измерении давления газа в упругом элементе, выпрямлении выходного сигнала датчика давления, регулировке частоты колебаний генератора или давления в упругом элементе до достижения величиной выпрямленного выходного сигнала датчика давления максимального значения.

Практическая реализация и перспективы применения резонансной аппаратуры в химической технологии

В седьмой главе отражены результаты практической реализации резонансных аппаратов на пролпашленных предприятиях, а также указаны перспективы развития резонансной колебательной аппаратуры в смысле расширения области применения резонансных аппаратов за счет: 1) использования новых материалов со специальными свойствами; 2) изучения новых явлений, интенсифицируемых в поле колебаний; 3) выявления новых эффектов, протекающих в колебательной аппаратуре в условиях резонанса.

Приведены результаты лабораторных исследований резонансного микрофильтра с вибрационным разрушением осадка, в котором ввод энергии колебаний осуществляется непосредственно к фильтровальной поверхности. Эксперименты с пульсационным резонансным насосом подтвердили наличие насосного эффекта, который может быть использован для непрерывной подачи компонентов в пульсационные аппараты. Дано описапие конструкции и принципа действия резонансного аппарата для микро- и ультрафильтрации, а также результаты сравнительных исследований моющего действия в пульсационном резонансном аппарате и стандартном оборудовании.

Основные выводы

1. Разработан новый класс технологического оборудования - резонансная аппаратура для жидкофазных систем, основными интенсифицирующими факторами в которой являются: 1) высокие относительные скорости фаз; 2) значительные ускорения, обусловленные колебаниями; 3) существенные

градиенты давлений и обусловленная ими кавитация; 4) эффекты, порождаемые охлопыванием кавитационных пузырьков; 5) для капиллярно-пористых тел - резонансный конвективный механизм пропитки и переноса вещества.

2. Хотя турбулентность в резонансных аппаратах и возникает, ее следует рассматривать как некое побочное явление, приводящее лишь к увеличению энергозатрат, а значит, и к снижению эффективности технологического оборудования Анализ размеров капель и пузырей, образуемых в резонансной колебательной аппаратуре, показал, что доминирующими механизмами дробления являются динамические, обусловленные высокими относительными колебательными скоростями фаз или их ускорениями; роль турбулентных пульсаций при этом второстепенна. Этот факт подтверждается также тем, что показатели степени в выражениях (7) и (39) существенно превышают предельное значение 0,25, вытекающее из теории локально изотропной однородной турбулентности, а также более высокой скоростью процесса экстракции в пульсационном аппарате по сравнению с аппаратом с мешалкой - одно и то же количество вводимой в аппарат энергии в резонансные аппараты приводит к большим коэффициентам массопереноса.

3. При пропитке тупиковых капилляров в жидкости с переменным давлением процесс колебаний жидкосш описывается уравнением (11). При малом трении в капилляре могут возникать резонансные колебания. При любых параметрах существует критическая частота, определяемая формулой (20), превышение которой резко снижает амплитуду колебаний жидкости в капилляре.

4. Построенная математическая модель (21)-(32) вполне адекватно описывает процесс экстрагирования из капиллярно-пористых частиц с бидисперсной структурой. Оптимальная частота колебаний при экстрагировании определяется условием (35); более низкие и более высокие частоты приводят к существенному снижению интенсивности переноса внутри частицы. Эффективный коэффициент диффузии в капиллярно-пористой частице может быть оценен по соотношению (36).

5. Математические модели (37), (38) колебаний суспензии в Ч-образном пульсационном экстракторе позволяют рассчитывать гидродинамические параметры: скорости, давления, затрачиваемую мощность. При сравнительно невысокой удельной диссипации мощности в этом аппарате возможно достижение значительной амплитуды давления в жидкости, гарантирующей глубокое проникновение экстрагента в поры частиц, а также быстрое обновление жидкости на поверхности частиц.

6. Для обеспечения динамической уравновешенности многосекционных пульсационных резонансных аппаратов целесообразно их секционирование; число секций должно быть четным; колебания в колонне должны возбуждаться на четной моде колебаний с частотой, определяемой формулой (40).

7. Правомерность полученных в работе результатов подтверждена высокой эффективностью внедренного в производство оборудования и приоритетом принятых технических решений. Использование резонансных эффектов в

химическом оборудовании может расширяться в направлениях как нового применения (микрофильтрация, транспортировка жидкостей, стирка) уже разработанных колебательных аппаратов, так и разработки новых конструкций аппаратов на основе вновь появляющихся материалов со специальными свойствами (например, полимерных пьезопленок).

Условные обозначения

А - амплитуда колебаний, м; а - скорость звука, м/с; ао, аь а2, аз, Ь] -коэффициенты; С, с - массовая концентрация, кг/м3; коэффициент жесткости упругого элемента (пружины), Н/м; В - диаметр, м; коэффициент диффузии, м2/с; Е - модуль упругости стержня, коэффициент сжимаемости газожидкостной среды. Па; {- частота колебаний, Гц; Р - площадь поперечного сечения стержня, площадь поперечного сечения аппарата, м"; g - ускорение свободного падения, м'/с; Н - высота, м; к - номер гармоники; Ц I - длина, м; т - масса, кг; р -давление, Па; д - поток вещества, кх/м"; г - радиус капилляра, м; Т, 1 - время, с; V - объем, м3; 2 - разность уровней в коленах аппарата, м; Р - коэффициент массоотдачи поверхностный, м/с; - коэффициент массоотдачи объемный, с-1; угол пространственного сдвига, рад; сдвиг по фазе, рад; у - показатель политропы; е - удельная скорость диссипации энергии, Вт/м3; е0 - удельная массовая диссипируемая мощность, Вт/кг; /.. - коэффициент гидравлических потерь по длине; ц - динамическая вязкость, Па-с; у - кинематическая вязкость, м2/с; р - плотность, кг/м3; а - поверхностное натяжение, Н/м; 6 - угол смачивания, рад; <р - газосодержание объемное; безразмерная глубина пропитки; х - безразмерное время (т = тЬ'2п); С - коэффициент местного сопротивления; со -угловая частота колебаний, с"'.

Индексы

а - амплитудный; г - газ; ж - жидкость; к - капиллярный; пс - псевдоожижение; ср - средний; эфф - эффективный; ф - фильтрация, фронт, к - критический; т -предельный; тах - максимальный; в - номер моды колебаний; 0 - нулевой; в невозмущенном потоке; 1 - пористый массив; 2 - транспортный канал.

Основное содержание диссертации изложено в следующих

работах:

1. Островский Г.М., Абиев Р.Ш., Аксенова Е.Г. Об эффективности массопереноса при резонансных периодических воздействиях (на примере растворения)// Тез. докл. 1П Всесоюзн. НТК "Реахимтехника-3" Черкассы: Огд. НИИТЭХИМа, 1989. - С. 70 - 71.

2. Абиев Р.Ш., Аксенова Е.Г., Островский Г.М. Исследование диссипации мощности и массопереноса в резонансном пульсационном аппарате// Деп. в ВИНИТИ ЛИ СССР 30.10.90, №55б2-В90. -16 с.

3. Абиев Р.Ш., Аксенова Е.Г., Островский Г.М. О мощности перемешивания в пульсационном аппарате .7 В сб.: Тезисы докл. VI Всесоюзной НТК 'Теория и практика перемешивания в жидких средах", Л.: ЛенНИИхиммаш, 1990. - С. 153 - 155.

4. Абисв Р.Ш., Аксенова Е.Г., Островский Г.М. Исследование диссипации мощносш в нульсадионной колонне при резонансном режиме П Третья Всесоюзн. НТК "Динамика ПиАХТ": Тез. докл. - Воронеж: ВПИ, 1990. - С. 79.

5. Патент 1757698 РФ, МКИ В0ШШ00. Пульсационный резонансный аппарат/ Р.Ш. Абиев, Г'.М. Островский, Е.Г. Аксенова // БИ, 1992. - № 32.

6. Островский Г.М., Аксенова Е.Г., Абиев Р.Ш. О влиянии колебательных воздействий на механизм процесса экстрагирования из растительного сырья// Межвуз. сб. научн. тр. "Процессы, аппараты и оборудование пищевой промышленности"/ СПбТИХП. - СПб., 1993. - С. 20.

7. Извлечение экстрактивных веществ древесной зелени при резонансных колебательных воздействиях / Е.Г. Аксенова, Р.Ш. Абиев, Г.М. Островский и др.//Изв. Вузов. Лесной журн. - 1993, №2-3. С. 176 -179.

8. Абисв Р.Ш. Исследование колебании суспензии и процесса массопередачи в пульсационном резонансном аппарате // Журнал прикл. химии. - 1993. - Т.бб, №10.-С. 2236 - 2240.

9. Патент 1813547 РФ, МКИ В01П1/04. Устройство для резонансных колебаний жвдкофазных систем / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова /7 БИ, 1993.-№17.

10. Патент 2004316 РФ, МКИ ВОШШО. Резонансный смеситель / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова и др.// БИ, 1993. - № 45 - 46.

11. Патент 2004317 РФ, МКИ В01П1/00. Резонансный аппарат для обработки суспензий/Г.М.Островский, Р.Ш.Абиев, Е.Г.Аксенова и др.//БИ,1993.-№ 45-46.

12. Абиев Р.Ш., Аксенова Е.Г., Островский Г.М. Новые разработки пульсационной резонансной аппаратуры для жидкофазных систем // Хим. промышленность. -1994. - № 11. - С. 764 - 766.

13. Абиев Р.Ш. Исследование процесса извлечения твердого вещества из капилляров в пульсационном резонансном аппарате // Журнал прикл. химии. -1994. - Т.67, №3. - С. 414 - 418.

14. Абиев Р.Ш. Исследование процесса пропитки капилляров при постоянном и переменном давлении в жидкости I! Журнал прикл. химии. -1994. - Т.67, №3. -С. 419-422.

15. Абиев Р.Ш. О влиянии формы периодического изменения давления в жидкости на кинетику пропитки капилляров // Журнал прикл. химии. - 1994. -Т.67, №12. - С. 1990 -1993.

16. Исследование кинетических закономерностей процесса извлечения биологически активных веществ из древесной зелени / С.Н. Васильев, В.И. Рощин, Р.Ш. Абисв и др.// Изв. Вузов. Лесной жури. -1994.- №5-6. - С. 126-131.

17. Патент 2013114 РФ, МКИ ВОШШО. Горизонтальный резонансный аппарат / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова // БИ, 1994. - № 10.

18. Патент 2015422 РФ, МКИ Р15В21/12. Способ создания резонансных колебаний жвдкофазной системы / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова // БИ, 1994. - № 12.

19. Абиев Р.Ш. Исследование процесса выщелачивания в пульсационном резонансном аппарате (ТГРА) // Тез. докл. I Междунар. симпозиума "Проблемы комплексного использования руд". - СПб.: СПбГГИ, 1994. - С.7.

20. Патент 2030652 РФ, МКИ 1'04Р7/00. Пульсационпый резонансный насос/ Абиев Р.Ш. // БИ, 1995. - № 7.

21. Патент 2033855 РФ, МКИ ВОШШО. Резонансный аппарат / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова и др.// БИ, 1995. - № 12.

22. Патент 2049808 РФ, МКИ С11В1/10. Экстрактор для древесной зелени/ Г.М. Островский, Е.Г. Аксенова, Р.Ш. Абиев и др.// БИ. 1995. - № 34.

23. Получение биологически-активных препаратов из отходов лесоперерабатывающей промышленности / Р.Ш. Абиев, Г.М. Островский, С.Н. Васильев, В.И. Рощин // Тез. докл. Междунар. научи, конф. "Проблемы экологии и комплексная утилизация отходов". - Витебск: ВГТУ, 1995. - С. 86.

24. Технология переработки сульфатного мыла от лиственных и смешанных потоков целлюлозно-бумажного производства / С.Н. Васильев, В.И.Рощин, Р.Ш. Абиев, Г.М. Островский // Там же. - Витебск: ВГТУ, 1995. - С. 87.

25. Влияние способа экстрагирования на пористость растительной ткани при извлечении биологически-активных веществ древесной зелени / С.Н. Васильев, Е.Г. Аксенова, Р.Ш. Абиев и др.// Изв. Вузов. Лесной журн. - 1996. -№ 1-2. - С.93 -100.

26. Абиев Р.Ш. Выбор рациональной конструкции вибрациопного аппарата с колеблющимися сосудами // Хим. и нефт. машиностр.-1996. - № 3. - С. 48 - 51.

27. Патент 2057580 РФ, МКИ В01П1/00, В01Ш1/00. Способ управления пульсационным шшаратом и устройство для ею осуществления / Абиев Р.Ш. // БИ, 1996. -№ ю.

28. Патент 2060762 РФ, МКИ В0Ш1/22. Аппарат для осуществления взаимодействия жидкостей с газами / Абиев Р.Ш. // БИ, 1996. - № 15.

29. Патент 2064319 РФ, МКИ В0т11/02, 12/00. Устройство для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц / Абиев Р.Ш. // БИ, 1996. - № 21.

30. Васильев С.Н., Абиев Р.Ш., Рощин В.И. Фракционирование биологически активных веществ древесной зелени методом жидкостной экстракции в аппаратах пульсационно-резонансного типа // Тез. докл. II совещания "Лесохимия и органический синтез", 1-4 окг. 1996 г. - Сыктывкар, 1996.- С. 35.

31. Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Пульсационная резонансная аппаратура -перспективное оборудование для гидрометаллургии // Тез. докл. II Междунар. симпозиума "Проблемы комплексного использования руд". - СПб.: СПбГ'ГИ, 1996.-С. 100-101.

32. Патент 2077362 РФ, МКИ В0т11/02,12/00. Способ обработки жидкостями капиллярно-гюрисшх частиц суспензий и аппарат для его осуществления / Абиев Р.Ш. // БИ, 1997. - № 11.

33. Патент 2077374 РФ, МКИ ВОПЖЗ/Об. Мембранный аппарат непрерывного действия / Островский Г.М., .Аксенова Е.Г., Абиев Р.Ш. // БИ, 1997. - № 11.

34. Патент 2082385 РФ, МКИ А6113/00. Вибрационный экстрактор/ Г.М. Островский, Е.Г. Аксенова, Р.Ш. Абиев и др. // БИ, 1997. - № 18.

35. Получение биологически-активных препаратов из отходов лесоперерабатывающей промышленности и целлюлозно-бумажного производства / Р.Ш. Абиев. Г.М. Островский, С.Н. Васильев, В.И. Рощин // Тез. докл. НТК "Экология-97", СПб.: ЦНИИ РТК СПбГТУ, 1997. - С. 129 - 131.

36. Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Численное моделирование процесса экстрагирования из капиллярно-пористых тел с вторичной пористостью // Тез. докл. 11-й Междунар. конф. молодых ученых по химии и химической технологии. - М.: РХТУ им. Менделеева, 1997. - С. 40.

37. Абиев Р.Ш. Определение рациональной геометрии упругих элементов в 11-образном аппарате с жидкостью // Хим. и нефт. машин остр.-1998.- №1.-С.8-13.

38. Васильев С.Н., Рощин В.И., Абиев Р.Ш. Фракционирование смесей природных соединений, содержащих полипренолы и изоабиенол, методом жидкостной экстракции. 2. Исследование основных закономерностей процесса жидкостной экстракции смеси нейтральных соединений древесной зелени хвойных пород // Изв. Вузов. Лесной журн. -1998. - № 1. - С. 90 - 95.

39. Фракционирование смесей природных соединений, содержащих полипренолы и изоабиенол, методом жидкостной экстракции. 3. Исследование кинетики массообмена при экстракционном фракционировании нейтральных веществ хвойной древесной зелени в системе жидкость-жидкость / С.Н. Васильев, В.И. Рощин, Р.Ш. Абиев, Г.М. Островский // Изв. Вузов. Лесной журн. - 1998. - № 1. - С. 96 - 100.

40. Островский Г'.М., Абиев Р.Ш. Пульсационная резонансная аппаратура для процессов в жвдкофазных средах // Хим. пром. - 1998. - № 8. - С. 468 - 478.

41. Абиев Р.Ш. Расчет нелинейных колебаний жидкости в сосуде переменного сечения с использованием одномерной модели // Анализ и синтез нелинейных механических колебательных систем: Труды ХХУ-ХХУ1 летних школ/ Институт проблем машиноведения. - СПб., 1998. - Т.2. - С. 365 - 392.

42. Абиев Р.Ш. Моделирование процесса удаления осадка в акустическом поле// Тез. докл. 12-й Междунар. конф. молодых ученых по химии и химической технологии. - М.: РХТУ им. Менделеева, 1998. - С. 43.

43. Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Резонансная пульсационная аппаратура -перспективное оборудование для тепло- и массообмепиых процессов химической технологии // В сб.: "Современные проблемы химической технологии". - Фергана: ФерПИ, 1998. - С. 45 - 46.

44. Новая технология переработки сульфатного мыла от лиственных и смешанных потоков целлюлозно-бумажного производства / Р.Ш. Абиев, Г.М. Островский, С.Н. Васильев, В.И. Рощин // Там же. - Фергана: ФерПИ, 1998. -С. 47 - 48.

45. Абиев Р.Ш. Моделирование процесса разрушения осадка на микрофильтре с использованием пьезоэффекта // Тез. докл. Междунар. НТК "Теория и практика фильтрования". - Иваново: ИГХТА, 1998. - С. 37.

46. Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Исследование динамически уравновешенной пульсационной резонансной колонны // Хим. и нефтегаз. машиностр. - 2000. -№ 3. - С. 33 - 36.

05.05.00г.3ак.83-80 РТП ИК "Синтез" Московский пр., 26

Основные условные обозначения.

Введение.

Глава 1. Общие закономерности динамики резонансных аппаратов и массопереноса в них.

1.1. Основные определения и понятия.

1.2. Принципы синтеза конструкций резонансных аппаратов.

1.3. Классификация резонансной колебательной аппаратуры как объектов теории колебаний.

1.4. Особенности обменных процессов в колебательных резонансных аппаратах

1.4.1. Система "жидкость - твердая непроницаемая для жидкости частица".

1.4.2. Система "жидкость - капиллярно-пористая частица".

1.4.3. Система "жидкость - жидкость".

1.4.4. Система "жидкость - газ".

1.4.5. Система "жидкость - плотный зернистый слой".

1.4.6. Другие процессы переноса.

1.5. Классификация резонансной колебательной аппаратуры как объектов химической техники.

1.6. Выводы по первой главе.

Глава. 2. Вибрационные резонансные аппараты.

2.1. Нелинейные эффекты и явления, возникающие в вибрирующих сосудах.

2.2. Исследование колебаний жидкости в вертикальной модели вибрационного аппарата.

2.3. Диссипация мощности в вертикальной модели вибрационного аппарата.

2.4. Исследование процесса растворения в вертикальной модели вибрационного аппарата.

2.5. Исследование колебаний и процесса экстрагирования в горизонтальном вибрационном аппарате.

2.6. Проблема динамического уравновешивания вибрационных аппаратов и стабилизации приводного момента.

2.6.1. Расположение емкостей "звездой".

2.6.2. Одностороннее расположение емкостей.

2.6.3. Комбинированное расположение емкостей.

2.7. Выводы по второй главе.

Глава 3. Пульсационные резонансные аппараты для систем жидкость-твердое.

3.1. Конструкции аппаратов для процессов в системе жидкость-твердое.

3.1.1. Пульсационные резонансные аппараты для перемешивания и растворения твердого.

3.1.2. Пульсационные резонансные аппараты для пропитки и экстрагирования

3.2. Нелинейная динамика пульсационных резонансных аппаратов.

3.2.1. Нелинейные резонансные колебания в пульсационном аппарате и~ образного типа.

3.2.2. О рациональной геометрии упругих элементов в пульсационных резонансных аппаратах.

3.3. Механизмы взвешивания и перемешивания в пульсационных резонансных аппаратах.

3.3.1. Экспериментальные исследования взвешивания частиц в пульсационных резонансных аппаратах.

3.3.2. Возможные механизмы взвешивания частиц в пульсационных резонансных аппаратах.

3.3.3. Нелинейный эффект циркуляции жидкости при резонансных колебаниях

3.4. Моделирование процесса пропитки капиллярно-пористых тел при переменном давлении в жидкости.

3.5. Моделирование процесса экстрагирования из капиллярно-пористой частицы с бвдисперсной структурой.

3.6. Моделирование процесса колебаний в пульсационном экстракторе и-образного типа.

3.7. Экспериментальные исследования процессов в системе жидкость-твердое в условиях резонансных колебаний.

3.7.1. Исследование лабораторной модели пульсационного экстрактора и-образного типа.

3.7.2. Исследование процесса растворения в горизонтальном пульсационном резонансном аппарате (ГПРА).

3.7.3. Исследование процесса растворения кристаллического йода в пульсационном резонансном аппарате с центральной трубой.

3.7.4. Исследование процесса экстрагирования из лекарственного сырья в пульсационном резонансном аппарате с центральной трубой.

3.7.5. Исследование процесса экстрагирования из модели капиллярно-пористой частицы с бидисперсной структурой.

3.8. Выводы по третьей главе.

Глава 4. Пульсационные резонансные аппараты для систем жидкость-жидкость.

4.1. Конструкции аппаратов для процессов в системе жидкость- жидкость.

4.1.1. Варианты конструкций пульсационных резонансных аппаратов для систем жидкость-жидкость.

4.1.2. Пульсационная резонансная колонна для систем жидкость-жидкость.

4.2. Динамика многосекционных пульсационных резонансных аппаратов.

4.3. Механизмы дробления капель в пульсационных резонансных аппаратах.

4.4. Экспериментальные исследования процессов в системе жидкость-жидкость в условиях резонансных колебаний.

4.4.1. Исследование процесса экстракции из провитаминного концентрата.

4.4.2. Исследование процесса экстракции из сульфатного мыла.

4.5. Выводы по четвертой главе.

Глава 5. Пульсационные резонансные аппараты для систем жидкость-газ.

5.1. Конструкции аппаратов для процессов в системе жидкость- газ.

5.2. Особенности дробления пузырей в пульсационных резонансных аппаратах.

5.3. Экспериментальные исследования массообмена в системе жидкость-газ.

5.4. Выводы по пятой главе.

Глава 6. Принципы возбуждения колебаний и управления ими в резонансной аппаратуре.

6.1. Классификация способов генерирования колебаний в колебательной аппаратуре.

6.2. Способы компенсации динамической нагрузки при работе колебательной аппаратуры.

6.3. Способы обеспечения резонансного режима колебаний в колебательной аппаратуре.

6.4. Способы выявления резонансного режима колебаний в колебательной аппаратуре.

6.5. Методы обеспечения надежности элементов резонансной аппаратуры.

6.6. Выводы по шестой главе.

Глава 7. Практическая реализация и перспективы применения резонансной аппаратуры в химической технологии.

7.1. Примеры практического применения резонансных аппаратов.

7.1.1. Пульсационный резонансный аппарат для растворения тяжелых металлов в неорганических кислотах.

7.1.2. Пульсационные резонансные экстракторы для древесной зелени.

7.1.3. Пульсационные резонансные экстракторы для приготовления экстрактов из лекарственных трав, корней и корневищ.

7.2. Резонансные аппараты на основе новых пьезоэлектрических материалов.

7.2.1. Новые пьезоэлектрические материалы на полимерной основе.

7.2.2. Резонансный микрофильтр с вибрационным разрушением осадка.

7.3. Насосные эффекты в резонансных пульсационных аппаратах.

7.3.1. Пульсационный резонансный насос.

7.3.2. Экспериментальная проверка насосного эффекта в пульсационном резонансном насосе.

7.4. Другие области применения резонансных пульсационных аппаратов.

7.4.1. Резонансный аппарат для микро- и ультрафильтрации.

7.4.2. Исследование моющего действия в пульсационном резонансном аппарате для стирки тканых материалов.

7.5. Выводы по седьмой главе.

Попытки использования человеком периодических (колебательных) воздействий в технических системах начались, вероятно, в первобытнообщинном строе. К наиболее известным областям применения колебаний в быту еще в древности следует, по-видимому, отнести изготовление музыкальных инструментов, а в перерабатывающей технологии - взбивание масла в качающихся глиняных сосудах, а также промывку золотосодержащего песка на ситах. С 17 века началось теоретическое изучение колебаний на базе зарождающегося дифференциального и интегрального исчисления. Основные исследования связаны с именами таких ученых как X. Гюйгенс, а затем и Г.Л.Ф. Гельмгольц. Позднее вопросами использования колебаний и их теоретического анализа занимались Рэлей, А. Пуанкаре, Н.Е. Жуковский, Ван-дер-Поль, Л.И. Мандельштам, АА. Андронов, АА. Витг, Г.Ю. Джанелидзе, И.И. Блехман, И.И. Быховский, В.В. Болотин, К.В. Фролов, В.Е. Накоряков, Р.Ф. Ганиев, И.Ф. Гончаревич и многие другие.

В последние десятилетия особенно активно развивались прикладные вопросы теории колебаний применительно к радиотехническим и механическим системам: машинам, механизмам, устройствам автоматики. В послевоенные годы были открыты новые явления, особенно в области нелинейных колебаний, расширившие области применения колебаний в строительстве, в технологии переработки и транспорта твердых материалов: вибротранспортирование, вибрационное погружение свай, вибрационное дробление и измельчение, уплотнение бетонных смесей [56-58, 65, 67]. Экспериментально и теоретически исследовались процессы обтекания вибрирующего цилиндра, притяжения и коллапса пузырьков газа в пульсирующей жидкости, а также другие явления, которые могут быть использованы в технологии многофазных сред [80-85]. Появились понятия "вибрационная вязкость", "виброкипящий слой", "пульсационное псевдоожижение", "виброуплотнение", "виброразрыхление" и др. [56, 65,96].

Параллельно с этим предпринимались попытки использования колебаний для интенсификации процессов в жидкофазных средах в промышленных масштабах. Первый пульсационный аппарат - экстракционная колонна с колеблющимися насадками - был запатентован в 1934 г. в США Ван-Дейком [176]. Колебательное движение столба жидкости в экстракционных колоннах использовано несколько позже в радиохимической промышленности США. Энергии колебаний оказалось достаточно для проведения процесса экстракции в колоннах сравнительно высокой производительности. Начиная с 60-х гг. и в нашей стране проводилось огромное количество исследований пульсационных аппаратов как колонного, так и горизонтального типа. Группой ученых во главе с С.М. Карпачевой [119-122, 204-206, 219] изучено влияние низкочастотных пульсаций на протекание целого ряда процессов химической технологии: жидкостной экстракции, выщелачивания, растворения, промывки, сорбции, синтеза и полимеризации; были предложены конструкции пульсаторов, пульсационных аппаратов и пульсационных насосов. Однако, заняв определенную нишу в ряду химико-технологического оборудования, в основном в ядерной энергетике, пульсационные аппараты замедлили свое распространение, что было в основном связано с их недостаточной уравновешенностью, а порой - с невысокой эффективностью по сравнению с существующим оборудованием. Последний факт связан, на наш взгляд, с достаточно узким интервалом частот и амплитуд колебаний, реализованных в пульсационных аппаратах С.М. Карпачевой. Как будет показано ниже, каждый технологический процесс требует вполне определенных амплитудно-частотных параметров, которые и должны быть созданы в аппарате для достижения наибольшей эффективности технологического процесса.

Интенсивное развитие ультразвуковой технологии в 60-70-х гг. выявило многочисленные области применения периодических воздействий на жидкости и газы [53]. Обширные исследования явлений, происходящих в жидкости при ее "озвучивании" в ультразвуковом диапазоне частот, привели к разработке большого количества технологических процессов, чрезвычайно эффективно протекающих в поле колебаний. К ним относятся дегазация [85, 118, 154], перемешивание [67, 137, 118, 252], ускорение химических реакций и процессов массопереноса в системах жидкость - жидкость [67, 111, 156], жидкость - твердое тело [111, 154] и жидкость -газ [143, 153], кавитационное разрушение клеток биомассы [143, 262, 263], разделение многокомпонентных систем [235, 243]. Большинство этих процессов протекает в условиях интенсивного образования в жидкости кавтационных пузырьков, при схлопывании которых возникают локальные пиковые давления порядка 109 - Ю10 Па, мгновенные местные перегревы и электрические разряда, вызывающие в некоторых жидкостях свечение - сонолюминесценцию [143].

Совокупность таких уникальных условий, как следует из многочисленных данных литературы, позволяет проводить в поле интенсивных колебаний некоторые химические реакции, протекание которых в других условиях невозможно: синтез перекиси водорода и водорода в воду, окисление Fe2+ до Fe3+, разложение четыреххлористого углерода с выделением хлора, восстановление HgCl2 до HgCl в присутствии (ИЩ^СгО^ образование персульфита из сульфата и другие [143].

Однако ультразвуковая аппаратура не получила широкого распространения, что связано с малостью эффективных озвучиваемых объемов и с высокой стоимостью мощных генераторов и излучателей ультразвука. Поэтому выпускаемые в настоящее время технологические аппараты [252] имеют объемы не более 10 л, а в случае применения широко распространенных магнитострикционных излучателей область их использования зачастую ограничена температурами 90-100°С, выше которых кобальтовые излучатели не работают, несмотря на постоянно включенное водяное охлаждение.

Эксперименты, проведенные P.A. Татевосяным, Б. Г. Новицким, В.Н. Челомеем, исследовательской группой Р.Ф. Ганиева и другими учеными [80-84, 106, 154], показали, что при относительно низких частотах (порядка десятков и сотен Гц) и амплитудах порядка 10"3 м (при условии достаточной интенсивности колебаний, например, при достижении резонанса) в жидкости наблюдаются явления, схожие с теми, что происходят в озвучиваемой ультразвуком жидкости, такие как вибротурбулизация, развитие и охлопывание кавитационных пузырьков, дробление твердых частиц кавитационными пузырьками, диспергирование капель, изменение плавучести твердых частиц и пузырей и другие, представляющие непосредственный интерес с точки зрения интенсификации химико-технологических процессов. Однако аппаратурное оформление этих процессов до настоящего времени прорабатывалось лишь в единичных случаях.

Так, в существующей низкочастотной химической колебательной аппаратуре, например, в широко известных пульсационных экстракторах, разработанных школой С.М. Карпачевой [119-122], в большинстве случаев не предусмотрено проведение процессов в резонансном режиме колебаний. При этом на разгон и торможение жидкости за каждый период колебаний затрачивается дополнительная энергия, в результате чего, с одной стороны, нерезонансная аппаратура требует установки мощных приводов, с другой - амплитуда колебаний жидкости в ней, а следовательно, и интенсивность протекания многих технологических процессов, недостаточно высоки.

Проведем сопоставление двух способов ввода мощности в жидкость: широко распространенного в химической технологии механического перемешивания и колебаний. Если рассмотреть диссипирование мощности в реакторе с мешалкой, то можно обнаружить, что вследствие высокой неравномерности ее распределения по объему аппарата (в зоне мешалки она на два порядка превышает среднюю по объему, а на поверхности жидкости - на порядок меньше средней) происходит следующее. Во-первых, вводимая мощность диссипируется в основном не на поверхности контакта фаз, чем определяется интенсивность процессов переноса от дисперсной фазы к сплошной, а во всем объеме жидкости, причем преимущественно в зоне мешалки, в результате чего вводимая мощность используется неэффективно (этим можно объяснить, например, невысокую скорость растворения тяжелых частиц в аппарате с мешалкой). Во-вторых, при значительной дисперсии в интенсивности межфазного обмена (а для аппаратов непрерывного действия добавляется еще и дисперсия по времени пребывания фаз) невозможно добиться высокого качества продуктов, поскольку одна часть вещества не успевает прореагировать, другая -успеет потерять свои качества, вступить в побочную реакцию, разложиться. Хорошо известны случаи, когда, например, не более 10 % не растворившихся частиц циркулируют в перемешиваемой жидкости втрое дольше, чем остальные, которым "посчастливилось" чаще попадать в зону мешалки.

Одним из путей, снимающих эти недостатки, является использование колебательной технологической аппаратуры. Поскольку весь объем неоднородной среды в пульсационном аппарате совершает колебания, то логично предположить, что диссипирование будет происходить с одинаковой интенсивностью во всем объеме, и скорость межфазного обмена также будет одинаковой, что обусловит практически одновременное окончание реакционных и массообменных процессов, обеспечивая как высокое качество получаемого продукта, так и более рациональное использование вводимой в аппарат мощности.

Таким образом, с одной стороны четко прослеживаются перспективные, с точки зрения применения в технологии, явления и эффекты, протекающие в жидкофазных системах в условиях достаточно интенсивных колебаний. Эта уникальные особенности колебательных аппаратов - эффективное использование вводимой энергии, более высокое качество продуктов, возможность ускорения процессов переноса и проведения специфических химических реакций - явно указывают на серьезные их преимущества перед многими видами традиционной химической аппаратуры. С другой стороны, к настоящему моменту не были разработаны конструкции пульсационной и вибрационной аппаратуры, позволяющей в полной мере реализовать высокий потенциал поля колебаний как фактора, интенсифицирующего процессы переноса в многофазных средах.

Появившиеся в последнее десятилетие новые разработки резонансных смесителей, экстракторов и реакторов [1-11, 13, 14, 188, 189] явились первыми шагами в области реализации колебательных воздействий на гетерогенные среды в наиболее интенсивном - резонансном - режиме колебаний, однако и они не решают многих проблем, возникающих при решении задач выбора оптимальных частот, организации циркуляционного перемешивания в аппарате, взвешивания твердых частиц большой плотности, проникновения жидкости в поры капиллярно-пористых тел и извлечения целевых компонент из них (экстрагирования) и т.д.

Кроме того, при разработке колебательной аппаратуры лишь в редких случаях уделялось внимание такому вопросу как соответствие режимных параметров (частота, амплитуда скорости, давления и т.п.) аппарата оптимальным условиям ведения того или иного, вполне определенного технологического процесса. Вместе с тем, представляется вполне очевидным, что, например, процесс растворения требует высокой скорости относительного движения фаз, а процесс экстрагирования, помимо этого, должен проводиться еще и при достаточно низкой частоте колебаний, и при значительных амплитудах давления, поскольку экстрагирование включает как внешнюю, так и внутренние стадии процесса переноса вещества.

Таким образом, сдерживающим фактором в использовании резонансной колебательной аппаратуры является их недостаточная изученность, отсутствие надежных методик расчета амплитудно-частотных, гидродинамических и массообменных характеристик, особенно в резонансном режиме колебаний.

Кроме того, практическое применение этих аппаратов тормозится неуверенностью представителей промышленных предприятий в долговечности узлов, обеспечивающих колебания, в возможности настройки на резонанс и управления им, подчас возникают сомнения и в принципиальной реализуемости уравновешивания динамических нагрузок.

На сегодняшний день можно говорить о назревшей необходимости в разработке основных принципов синтеза, конструирования и расчета нового класса химической аппаратуры - резонансных аппаратов, опирающихся на результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей динамики аппаратов, их гидродинамических и массообменных параметров при резонансных колебаниях гетерогенных систем.

Цель диссертационной работы - разработка принципов проектирования и расчета резонансных аппаратов, теоретический анализ явлений и процессов, протекающих в колебательной аппаратуре в условиях резонанса, экспериментальная проверка полученных решений, создание методики расчета основных динамических и массообменных параметров резонансных аппаратов, разработка принципов контроля и управления резонансным режимом в колебательной аппаратуре, а также методов компенсации динамических нагрузок, выявление перспектив развития резонансной колебательной аппаратуры.

Таким образом, на защиту выносятся следующие положения диссертационной работы: новизна конструкций резонансных аппаратов, предназначенных для работы в системах с жидкой сплошной фазой; методы расчета собственных частот колебаний системы "рабочая среда - аппарат" в линейном приближении;

Основные результаты и выводы

1. Сформулированы основные принципы синтеза и проектирования конструкций резонансных аппаратов, базирующиеся на теории колебаний консервативных линейных систем. Разработан новый класс химико-технологического оборудования для процессов в жидкофазных системах - резонансная аппаратура -вибрационная и пульсационная.

2. Показано, что в условиях резонансных колебаний возможно многократное ускорение этих процессов, что позволяет говорить о резонансной аппаратуре как о новом классе конкурентоспособного химического оборудования, которое дает возможность: существенно снизить дисперсию технологических параметров, создающую сложности при физико-математическом моделировании процессов и управлении качеством получаемых продуктов; целенаправленно вводить энергию и тем самым снизить энергоемкость оборудования; повысить качество получаемых продуктов.

3. Основными интенсифицирующими факторами в пульсационных и вибрационных резонансных аппаратах являются: высокие относительные скорости фаз; значительные ускорения, обусловленные колебаниями; существенные градиенты давлений и обусловленная ими кавитация; эффекты, порождаемые схлопыванием кавитационных пузырьков; для капиллярно-пористых тел - резонансный конвективный механизм пропитки и переноса вещества.

4. Возникающую в резонансных аппаратах турбулентность следует рассматривать как побочное явление, приводящее лишь к увеличению энергозатрат, а значит, и к снижению эффективности технологического оборудования. Анализ размеров капель и пузырей, образуемых в резонансной колебательной аппаратуре, показал, что доминирующими механизмами дробления являются динамические, обусловленные высокими относительными колебательными скоростями фаз или их ускорениями; роль турбулентных пульсаций при этом второстепенна. Таким образом, снижая средний уровень турбулентности и направляя вводимую в аппарат энергию преимущественно на поверхности раздела фаз, да еще и в условиях резонансных колебаний, можно добиться максимального снижения энергозатрат.

5. Анализ собственных частот колебаний в газожидкостной системе в вибрационном аппарате с позиций теории линейных колебаний в консервативной системе с распределенными параметрами хорошо согласуется с экспериментами. На основе линейной консервативной модели системы с сосредоточенными параметрами получены соотношения, позволяющие рассчитывать собственные частоты колебаний в горизонтальных вибрационных аппаратах при образовании в них одного и двух роев пузырей, подтвержденные экспериментально.

6. На основе проведенных экспериментов по определению диссипации мощности в модели вибрационного аппарата калориметрическим методом выявлен ее резонансный характер; частоты максимумов диссипации совпадают с резонансными; оценка величины удельной диссипации мощности может проводиться по уравнению Бэтчелора.

7. Выявлен резонансный характер зависимости коэффициента массопередачи при растворении в модели вибрационного аппарата. Экспериментально обнаружена более высокая эффективность резонансных вибрационных аппаратов по сравнению с аппаратами с механическим перемешиванием - одно и то же количество вводимой в аппарат энергии в РА приводит к большим коэффициентам массопереноса.

8. Показано, что процесс экстрагирования из частиц растительного происхождения многократно ускоряется в условиях возбуждения резонансных колебаний в вибрационном аппарате, существенно повышается степень извлечения.

9. На основе проведенного анализа проекций главного вектора и главного момента динамических сил, возникающих в совокупности вибрационных аппаратов выполнен синтез системы, обеспечивающей практически уравновешенную нагрузку на фундамент, а также стабильный момент на приводном валу аппарата. Минимально допустимая комплектация предлагаемой конструкции содержит три группы по четыре сосуда в группе.

10. Построена математическая модель колебаний жидкости в сосуде с переменными сечениями колен; полученные дифференциальные уравнения решены с использованием метода гармонического баланса. Для удовлетворительного описания колебаний жидкости в рассматриваемой нелинейной системе необходимо учитывать, по 1файней мере, четыре члена Фурье-разложения, включая постоянный, а также сдвиг фазы хотя бы первой гармоники.

11. Рассматриваемая система характеризуется выраженными колебаниями на основной частоте, на 2-й и 3-й супергармониках, а также на субгармониках порядка 1/2 и 1/3. Кроме того, выявлена возможность колебаний системы на комбинационных частотах порядка 2/3 и 3/2.

12. Благодаря изменению геометрической формы газонаполненных упругих элементов возможно достижение заданного закона изменения восстанавливающей силы, что позволяет управлять резонансными колебаниями в аппарате.

13. Экспериментально выявлены механизмы взвешивания твердых частиц в пульсационных аппаратах. Введена классификация возможных механизмов взвешивания осадка в пульсационных аппаратах. Параметры начала пульсационного взвешивания поддаются численным оценкам.

14. Опытным путем обнаружен и теоретически объяснен нелинейный эффект циркуляционного движения жидкости в пульсационном аппарате, обусловленный кавитацией и нелинейностью гидравлического сопротивления при турбулентном режиме.

15. Построена математическая модель, описывающая процесс колебаний жидкости в тупиковом капилляре при гармоническом изменении давления в окружающей капилляр жидкости. С применением методов теории нелинейных колебаний получены приближенные соотношения, позволяющие априорно определить амплитуду и фазу колебаний жидкости. Полученные приближенные расчетные зависимости для процесса пропитки при колебаниях давления в жидкости вполне адекватны опытным данным, а также результатам численного решения нелинейного уравнения колебаний.

16. Для достаточно крупных капилляров колебания жидкости могут носить резонансный характер, что может быть использовано для интенсификации внутренней задачи переноса вещества или теплоты в капилляре, например, при проведении процесса экстрагирования.

17. Существует критическая частота колебаний давления жидкости, при достижении которой силы трения возрастают настолько, что амплитуда колебаний жидкости в капилляре падает до нуля.

18. Высокочастотные колебания жидкости при экстрагировании из капиллярно-пористых частиц с бвдисперсной структурой неэффективны и даже бессмысленны, поскольку низкая интенсивность экстрагирования, близкая к интенсивности чисто диффузионного процесса, не оправдывает чрезмерных энергозатрат.

19. Существует оптимальная с точки зрения проведения процесса экстрагирования частота колебаний жидкости в крупных порах частиц, зависящая от геометрических и физико-химических свойств системы, которая может быть оценена априорно согласно условиям £>»1, Ре^>1. Продолжительность процесса извлечения вещества при оптимальных частотах колебаний приближается к продолжительности при постоянном сквозном протоке жидкости.

20. Применение колебаний жидкости тем эффективнее, чем больше размер капиллярно-пористых частиц, поскольку для очень мелких частиц молекулярный перенос может играть существенную роль.

21. Эксперименты на физической модели капиллярно-пористой частицы с бвдисперсной структурой качественно подтвердили характер закономерностей, полученных при анализе математической модели процесса экстрагирования из такой частицы при сквозном периодическом движении жидкости.

22. Многочисленные эксперименты на различных видах растительного сырья показали, что в пульсационных аппаратах достигается многократное увеличение скорости процесса экстрагирования при одновременном увеличении выхода экстрактивных веществ.

23. В пульсационном экстракторе и-образного типа, согласно расчетам, для достаточно крупных частиц экстрагируемого сырья при практически реализуемых частотах и амплитудах затухание колебаний в пульсационном аппарате, в силу турбулентности режима фильтрации жидкости, чрезвычайно велико.

24. При сравнительно невысокой удельной диссипации мощности в пульсационном экстракторе и-образного типа возможно достижение значительной амплитуды давления в жидкости, гарантирующей глубокое проникновение экстрагентав поры частиц, а также хорошее обновление жидкости на поверхности частиц. Экспериментально доказана возможность реализации пульсационного псевдоожижения в и-образном экстракторе на двух видах твердых частиц.

25. Экспериментально подтвержден резонансный характер зависимости коэффициента массопередачи от частоты колебаний при растворении в горизонтальном пульсационном аппарате; при резонансных колебаниях коэффициент массопереноса возрастает на порядок.

26. Для обеспечения динамической уравновешенности многосекционных пульсационных резонансных аппаратов целесообразно их секционирование; число секций должно быть четным; колебания в колонне должны возбуждаться на четной моде колебаний.

27. Математическая модель динамики колонны, построенная на основе механического аналога, позволяет вполне адекватно описывать колебания жидкости в колонне, что подтверждено экспериментами.

28. Экспериментально показано, что процесс жидкостной экстракции в пульсационном аппарате протекает интенсивней, чем в аппарате с турбинной мешалкой при меньших удельных энергозатратах, что позволяет косвенно судить о лучшем качестве эмульгирования в пульсационных резонансных аппаратах, а также и об улучшении внутреннего перемешивания в каплях.

29. Разработаны конструкции пульсационных резонансных аппаратов для систем "жидкость-газ", позволяющие реализовывать контакт фаз в широком диапазоне соотношений расходов.

30. Особенностями поведения пузырьков в пульсирующей жидкости являются: радиальные колебания, стабилизация их размеров, изменение плавучести вплоть до отрицательной (пузырьки могут устремляться к дну аппарата).

31. Особенности механизмов дробления пузырьков по сравнению с каплями: доминирующими механизмами дробления являются динамический и инерционный. Для получения корректных результатов силы инерции и массовые силы должны оцениваться через массу присоединенной к пузырьку жидкости; в этом случае достигаются результаты, согласующиеся с опытом. Турбулентный механизм дает сильно завышенные размеры пузырьков.

32. При сопоставимых энергозатратах пульсационные резонансные аппараты колонного типа обеспечивают объемный коэффициент массоотдачи того же порядка, что и в аппаратах с мешалками, и на порядок больший, чем в барботажном аппарате.

33. Построенная классификация способов генерирования колебаний в колебательной аппаратуре позволяет анализировать существующие конструкции, а также синтезировать новые, в соответствии с требованиями, предъявляемыми с позиций протекания технологического процесса.

34. Существует целый арсенал методов компенсации динамических нагрузок в колебательной технологической аппаратуре; использование этих методов позволяет свести к минимуму передаваемые в окружающую среду периодические воздействия.

35. Проведено обобщение способов обеспечения резонансного режима колебаний в колебательной аппаратуре; приведено описание оригинального метода изменения нелинейной характеристики газонаполненного упругого элемента, позволяющего изменить амплитудно-частотные характеристики системы.

36. Предложены способы выявления резонансного режима колебаний в колебательной аппаратуре, облегчающие построение схем автоматического и ручного управления; дано описание способа и устройства для управления пульсационными аппаратами в смысле достижения резонансных колебаний, прошедших испытания на реакторе опытно-промышленного типа.

37. Промышленные испытания и опытная эксплуатация резонансных аппаратов на предприятиях, специализирующихся на производстве реактивов и экстрактов, подтвердили их высокую эффективность и надежность.

38. Использование резонансных эффектов в химическом оборудовании может расширяться в направлениях как нового применения (микрофильтрация, транспортировка жидкостей, стирка) уже разработанных колебательных аппаратов, так и разработки новых конструкций аппаратов на основе вновь появляющихся материалов со специальными свойствами.

1. Ас. 1011153 СССР, МКИ B01D11/00. Пульсационный экстрактор / Ю.В. Алексеев и др. // БИ, 1983. № 14.

2. Ас. 1214436 СССР, МКИ B01F11/00. Вибромешалка / В.Д. Лакиза, В.Н. Кичкин, В. А Панихидин// БИ, 1986. -№ 8.

3. Ас. 1247072 СССР, МКИ B01F11/00. Вибрационный смеситель Ю. Ругкаускаса / Ю.Ю. Ругкаускаса // БИ, 1986. № 28.

4. Ас. 1281281 СССР, МКИ B01F11/04. Устройство для пульсации жидкости в колонном аппарате / В.Г. Выгон и др. // БИ, 1987. № 1.

5. Ас. 1315330 СССР, МКИ B01F11/00. Вибромешалка / В.Д. Лакиза, АВ. Жалнин, В.Н. Кичкин, В. А Панихидин // БИ, 1987. № 21.

6. Ас. 1346224 СССР, МКИ B01F11/00. Вибромешалка / В.И. Фатеев и др. // БИ, 1987.-№39.

7. Ас. 1414439 СССР, МКИ B01F11/00. Пульсационный смеситель / М.Н. Вишневицкий // БИ, 1988. № 29.

8. Ас. 20011670 СССР, МКИ B01F11/00. Пульсационный смеситель В.Г. Вохмянина / В.Г. Вохмянин// БИ, 1993. № 39-40.

9. Ас. 418629 СССР. Вибрационный насос для жидкостей / Н.В. Михайлов, Р.А Татевосян, М.Ф. Букарева, В.В. Шведов // БИ, 1974. № 9.

10. Ас. 428768 СССР, МКИ B01F11/00. Способ получения дисперсных систем / Н.В. Михайлов, Р. А Татевосян // БИ, 1974. № 19.

11. Ас. 685304 СССР, МКИ B01D11/00. Пульсационный массообменный аппарат/ А А Рыбальченко и др. // БИ, 1979. № 34.

12. Ас. 701652 СССР, МКИ B01F11/00. Устройство для пульсации жидкофазных систем / С.М. Карпачева и др. // БИ, 1979. № 45.

13. Ас. 791776 СССР,. Устройство для закалки / П. А Малышев, Ф.С. Добкин, АС. Цапенко, Н.И. Кобаско // БИ, 1980. № 48.

14. Ас. 971399 СССР, МКИ B01D11/00. Контактный пульсационный аппарат/ С.Х. Шмелев и др. // БИ, 1982. № 41.

15. Абиев Р.Ш. Выбор рациональной конструкции вибрационного аппарата с колеблющимися сосудами // Хим. и нефт. машиностр. 1996. - № 3. - С. 48 - 51.

16. Абиев Р.Ш. Исследование колебаний суспензии и процесса массопередачи в пульсационном резонансном аппарате // Журнал прикл. химии. 1993. - Т.66, №10. - С. 2236 - 2240.

17. Абиев Р.Ш. Исследование процесса выщелачивания в пульсационном резонансном аппарате (ПРА) // Тез. докл. I Междунар. симпозиума "Проблемы комплексного использования руд". СПб.: СПбГГИ, 1994. - С.7.

18. Абиев Р.Ш. Исследование процесса извлечения твердого вещества из капилляров в пульсационном резонансном аппарате // Журнал прикл. химии. 1994. - Т.67, №3. - С. 414 - 418.

19. Абиев Р.Ш. Исследование процесса пропитки капилляров при постоянном и переменном давлении в жидкости // Журнал прикл. химии. -1994. Т.67, №3. - С. 419-422.

20. Абиев Р.Ш. Исследование процесса пропитки тупиковых капилляров при гармоническом изменении давления в жидкости // Журнал прикл. химии. 2000 (в печати).

21. Абиев Р.Ш. Моделирование процесса разрушения осадка на микрофильтре с использованием пьезоэффекта // Тез. докл. Междунар. НТК "Теория и практика фильтрования". Иваново: ИГХТА, 1998. - С. 37.

22. Абиев Р.Ш. Моделирование процесса удаления осадка в акустическом поле// Тез. докл. 12-й Междунар. конф. молодых ученых по химии и химической технологии. М.: РХТУ им. Менделеева, 1998. - С. 43.

23. Абиев Р.Ш. Моделирование пульсационного экстрактора и-образного типа// Хим. и нефтегаз. машиностр. 2000. (в печати).

24. Абиев Р.Ш. О влиянии формы периодического изменения давления в жидкости на кинетику пропитки капилляров // Журнал прикл. химии. 1994. - Т.67, №12. -С. 1990 -1993.

25. Абиев Р.Ш. Определение рациональной геометрии упругих элементов в и-образном аппарате с жидкостью // Хим. и нефтегаз. машиностр. 1998. - №1. - С. 8-13.

26. Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Исследование динамически уравновешенной пульсационной резонансной колонны // Хим. и нефтегаз. машиностр. 2000. - № З.-С. 33-36.

27. Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Моделирование процесса экстрагирования из капиллярно-пористой частицы с бидисперсной структурой // Теор. основы хим. технол. (в печати)

28. Абиев Р.Ш. Режимы работы и конструктивное оформление резонансной пульсационной аппаратуры: Дисс. . канд. техн. наук / ЛТИ им. Ленсовета. Л., 1990. -162 с.

29. Абиев Р.Ш., Аксенова Е.Г., Островский Г.М. Исследование диссипации мощности и массопереноса в резонансном пульсационном аппарате// Деп. в ВИНИТИ АН СССР 30.10.90, №>5562-В90. -16 с.

30. Абиев Р.Ш., Аксенова Е.Г., Островский Г.М. Исследование диссипации мощности в пульсационной колонне при резонансном режиме // Третья Всесоюзн. НТК "Динамика Пи AXT": Тез. докл. Воронеж: ВПИ, 1990. - С. 79.

31. Абиев Р.Ш., Аксенова Е.Г., Островский Г.М. Новые разработки пульсационной резонансной аппаратуры для жидкофазных систем // Хим. пром. -1994. -№11.-С. 764 766.

32. Абиев Р.Ш., Аксенова Е.Г., Островский Г.М. О мощности перемешивания в пульсационном аппарате // В сб.: Тезисы докл. VI Всесоюзной НТК "Теория и практика перемешивания в жидких средах", Л.: ЛенНИИхиммаш, 1990. С. 153 -155.

33. Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Пульсационная резонансная аппаратура -перспективное оборудование для гидрометаллургии // Тез. докл. II Междунар. симпозиума "Проблемы комплексного использования руд". СПб.: СПбГГИ, 1996.-С. 100-101.

34. Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Резонансная пульсационная аппаратура -перспективное оборудование для тепло- и массообменных процессов химической технологии // В сб.: "Современные проблемы химической технологии". Фергана: ФерПИ, 1998. - С. 45 - 46.

35. Абиев Р.Ш., Островский Г.М. Численное моделирование процесса экстрагирования из капиллярно-пористых тел с вторичной пористостью // Тез. докл. 11-й Междунар. конф. молодых ученых по химии и химической технологии. М.: РХТУ им. Менделеева, 1997. - С. 40.

36. Абрамзон А А Что нужно знать о моющих средствах. СПб.: Химиздат, 1999. -72 с.

37. Аксельруд Г.А Массообмен в системе твердое тело жидкость. - Львов: Изд-во Львовск. ун-та, 1970. -188 с.

38. Аксельруд Г.А, Алышулер М.А Введение в капиллярно-химическую технологию. М.: Химия, 1983. - 264 с.

39. Аксельруд Г.А, Лысянский В.М. Экстрагирование. Система твердое тело -жидкость. Л.: Химия, 1974. - 256 с.

40. Аксельруд Г.А, Молчанов АД. Растворение твердых веществ. М.: Химия, 1977. - 268 с.

41. Альбом течений жидкости и газа: Пер. с англ. / Сост. М. Ван-Дайк. М.: Мир, 1986. -184 с.

42. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. М.: Мир, 1990. В 2-х томах - 726 с.

43. Апштейн Э.З., Григорян С.С., Якимов Ю.Л. Об устойчивости роя пузырьков воздуха в колеблющейся жидкости // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. -1969. - № 3. - С. 100 -104.

44. Астарита Дж. Массопередача с химической реакцией. М.: Химия, 1971. - 223 с.

45. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. Л.: Химия, 1968. - 510 с.

46. Балабудкин М.А Роторно-пульсационные аппараты в химико-фармацевтической промышленности. М.: Медицина, 1983. -160 с.

47. Балабышко АМ., Зимин АИ., Ружицкий В.П. Гидромеханическое диспергирование. М.: Наука, 1998. - 331 с.

48. Барабаш В.М., Белевицкая М.А Массообмен от пузырей и капель в аппаратах с мешалками// Теор. основы хим. технологии. -1995. Т. 29, № 4. - С. 362 - 372.

49. Барабаш В.М., Брагинский Л.Н., Козлова Е.Г. Применение аппаратов с перемешивающими устройствами для перемешивания высококонцентрированных суспензий // Теор. основы хим. технологии. 1990. -Т. 24, №1.- С. 63-68.

50. Барабаш В.М., Зеленский В.Е. Перемешивание суспензий// Теор. основы хим. технологии. -1997. Т. 31, № 5. - С. 465 - 471.

51. Белоглазов И.Н. Твердофазные экстракторы (инженерные методы расчета). Л.: Химия, 1985. - 240 с.

52. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.: Иностр. лит, 1957. - 948 с.

53. Берестовой АМ., Белоглазов И.Н. Жидкостные экстракторы (инженерные методы расчета). Л.: Химия, 1982. - 200 с.

54. Биркгоф Г. Гидродинамика: Методы. Факты. Подобие. М.: Издатинлит, 1963. -244 с.

55. Блехман И.И. Вибрационная механика. М.: Физматлит, 1994. - 400 с.

56. Блехман И.И. Синхронизация динамических систем. М.: Наука, 1971. - 896 с.

57. Блехман И.И. Что может вибрация?: О "вибрационной механике" и вибрационной технике. М.: Наука, 1988. - 208 с.

58. Бородин В.А, Лихачев С. А Бытовые стиральные машины. СПб.: ВНУ - Санкт-Петербург, 1998. - 224.

59. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах. -Л.: Химия, 1984. 336 с.

60. Брагинский Л.Н., Белевицкая М.А О дроблении капель при механическом перемешивании в отсутствие коалесценции // Теор. основы хим. технологии. -1990. Т.24, № 4. - С. 509 - 516.

61. Броунштейн Б.И., Железняк АС. Физико-химические основы жидкостной экстракции. Л.: Химия, 1966. - 320 с.

62. Броунштейн Б.И., Фишбейн Г.А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах. Л.: Химия, 1977. - 280 с.

63. Броунштейн Б.И., Щеголев В.В. Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах. Л.: Химия, 1988. - 336 с.

64. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники. М.: Машиностроение, 1968.-362 с.

65. Бэтчелор Г.К. Волны сжатия в суспензии газовых пузырьков в жидкости // Механика. -1968. № 3. - С. 65 - 84.

66. Варсанофьев В.Д., Кольман-Иванов Э.Э. Вибрационная техника в химической промышленности. М.: Химия, 1985. - 240 с.

67. Васильцов Э.А, Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1979. - 272 с.

68. Вейнгарден Л. Одномерные течения жидкостей с пузырьками газа // Реология суспензий: Биб-ка сборника "Механика". М.: Мир, 1975. - С. 68 -103.

69. Веригин АН., Щупляк И.А, Михалев М.Ф. Кристаллизация в дисперсных системах. Л.: Химия, 1986. - 247 с.

70. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.) -М.: Машиностроение, 1978. Т.1. Колебания линейных систем / Под ред. В.В. Болошна. -1978. - 352 с.

71. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.) -М.: Машиностроение, 1979. Т.2. Колебания нелинейных механических систем / Под ред. И.И. Блехмана. -1979. - 351 с.

72. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.) -М.: Машиностроение, 1981. Т.4. Вибрационные процессы и машины / Под ред. Э.Э. Лавендела. -1981. - 509 с.

73. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.) -М.: Машиностроение, 1981. Т.6. Защита от вибрации и ударов / Под ред. К.В. Фролова. - 1981. - 456 с.

74. Вибрационные массообменные аппараты/ И.Я. Городецкий, АА Васин, В.М. Олевский, П. А Лупанов. М.: Химия, 1980. -189 с.

75. Влияние способа экстрагирования на пористость растительной ткани при извлечении биологически-активных веществ древесной зелени / С.Н. Васильев, Е.Г. Аксенова, Р.Ш. Абиев и др.// Изв. Вузов. Лесной журн. 1996. - № 1-2. -С.93 - 100.

76. Галицейский Б.М., Рыжов Ю.А., Якуш Е.В. Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках. М.: Машиностроение, 1977. - 256 с.

77. Ганиев Р.Ф., Лакиза В.Д. О нелинейном резонансном эффекте вибрационного перемешивания в гравитационном поле сил // Докл. АН УССР. Сер. А - 1978. -№5. -С. 432 -436.

78. Ганиев Р.Ф., Лакиза В Д., Цапенко АС. О явлениях вибрационного перемешивания и образования периодических структур в условиях, близких к невесомости//Механика твердого тела. -1977. №2. - С. 56 - 59.

79. Ганиев Р.Ф., Лалчинский В.Ф. Проблемы механики в космической технологии. (Управляемые вибрационные процессы в невесомости). М.: Машиностроение, 1978. -120 с.

80. Ганиев Р.Ф., Украинский Л.Е. Динамика частиц при воздействии вибраций. -Киев: Наукова думка, 1975. 168 с.

81. Ганиев Р.Ф., Украинский Л.Е. О движении твердых частиц, взвешенных в колеблющейся сжимаемой среде // Прикл. мех. -1975. Т. И, вып. 2. - С. 3 - 14.

82. Гинстлинг AM., Барам АА Ультразвук в процессах химической технологии. -Л.: Химиздат, 1960. 96 с.

83. Гликман Б.Ф. Нестационарные течения в пневмогидравлических цепях. М.: Машиностроение, 1979. - 256 с.

84. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы (введение в теорию). М.: Наука, 1977. - 440 с.

85. Горьков Л.П. О силах, действующих на малую частицу в акустическом поле в идеальной жццкости // Докл. АН СССР. -1961. Т. 140, №1. - С. 88 - 91.

86. Гранат Н.Л. Движение твердого тела в пульсирующем потоке вязкой жидкости // Изв. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. -1960. № 1. - С. 68 - 76.

87. Гранат Н.Л. Немалые колебания шара в вязкой жидкости // Изв. Всесоюзн. НИИ гидротехники. 1964. - Т. 76. - С. 276 - 284.

88. Гуляев В.И., Баженов В.А, Попов С.Л. Прикладные задачи теории нелинейных колебаний механических систем. М.: Высш. шк., 1989. - 383 с.

89. Ден-Гартог Дж.П. Механические колебания. М.: Гос. изд-во физ-мат. лит., 1960. 580 с.

90. Динамика упругогазожидкостных систем при вибрационных воздействиях/ В.Д. Кубенко, В.Д. Лакиза, B.C. Павловский, Н.А Пелых. Киев: Наукова думка, 1988.-256 с.

91. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет М.: Химия, 1986. - 272 с.

92. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика. М.: Машиностроение, 1987.440 с.

93. Жарков АА Исследование пульсационного псевдоожижения с целью совершенствования технологии термообработки дисперсных материалов: Дисс. . канд. техн. наук/ Уральск, политехи, ин-т. Свердловск, 1981. - 251 с.

94. Железняк АС., Иоффе И.И. Методы расчета многофазных жидкостных реакторов. Л.: Химия, 1974. - 320 с.

95. Жуковский Н.Е. Обобщение задачи Бьеркнеса о гидродинамических силах, действующих на пульсирующие или осциллирующие тела внутри жидкой массы// Жуковский Н.Е. Поли. собр. соч. - Т. 2. - М. - Л.: ОНТИ, 1935. - С. 332 -350.

96. Зарембо Л.К., Красильников В. А Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966. -151 с.

97. Заявка 93034324/25 РФ, МКИ B01D61/00, B01D63/00, B01D67/00. Способ фильтрования / Р.Ш. Абиев. Опубл. 20.01.96, БИ № 2.

98. Заявка 95110532/25 РФ, МКИ B01D11/00. Способ расширения резонансного диапазона частот в пульсационном аппарате и устройство для его реализации / Р.Ш. Абиев. Опубл. 20.06.97, БИ № 17.

99. Заявка 96102748/28 РФ, МКИ В06В1/00. Устройство для возбуждения колебаний в системе тел равной массы / Р.Ш. Абиев. Опубл. 20.04.98, БИ № 11.

100. Заявка 2233576 Великобритания, МКИ В 01 D 43/00, В 01 J 19/10. Ultrasonic systems / Schräm C.J.; National Research Development Corp. Изобр. за рубежом, 1993.-№ 12.

101. Заявка 3924658 ФРГ. Verfahren zur Filtration feststoffliahiger Fluessigkeiten / Fuchs Uwe; Linde AG. Изобр. за рубежом, 1992. - № 2.

102. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.:Машиностроение, 1975. 559 с.

103. Избранные труды / В.Н. Челомей. М.: Машиностроение. 1989. - 336 с.

104. Извлечение экстрактивных веществ древесной зелени при резонансных колебательных воздействиях / Е.Г. Аксенова, Р.Ш. Абиев, Г.М. Островский и др.// Изв. Вузов. Лесной журн. -1993, №2-3. С. 176 -179.

105. Иович В. А, Онищенко В.Я. Защита от вибрации в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.

106. Иориш Ю.И. Измерение вибраций. М.: Машгиз, 1956. - 403 с.

107. Исакович М.А Общая акустика. М.: Наука, 1973. - 496 с.

108. Использование волновых эффектов для интенсификации химических и фазовых превращений в многофазных системах / С. А Любартович, О.Б. Третьяков, Р.Ф. Ганиев и др. // Теор. основы хим. технол. -1988. Т. 22, № 4. - С. 560 - 564.

109. Исследование кинетических закономерностей процесса извлечения биологически активных веществ из древесной зелени / С.Н. Васильев, В.И. Рощин, Р.Ш. Абиев и др.// Изв. Вузов. Лесной журн. 1994. - №5 - 6. - С. 126 -131.

110. Казанцев В.Ф. Движение газовых пузырьков в жидкости под действием сил Бьеркнеса, возникающих в акустическом поле // Докл. АН СССР. 1959. - Т. 129, №1. -С. 64-67.

111. Каневский М.Н. Постоянные силы, возникающие в звуковом поле // Акуст. журн. -1961.-Т. 7,№ 1.-С.З-17.

112. Канингхэм В. Введению в теорию нелинейных систем. М.-Л.: Госэнергоиздаг, 1962.-456 с.

113. Капустина О. А Газовый пузырек в звуковом поле малой амплитуды // Акуст. журн. -1969. Т. 15, № 4. - С. 489 - 504.

114. Кардашев Г. А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии. М.: Химия, 1990. - 206 с.

115. Кардашев Г.А., Михайлов П.Е. Тепломассообменные акустические процессы и аппараты. М.: Машиностроение, 1973. - 223 с.

116. Карпачева С.М. Интенсификация химико-технологических процессов применением пульсационной аппаратуры// Журн. прикл. химии. 1990. - Т. 63, №8.-С. 1649- 1658.

117. Карпачева С.М., Захаров Е.И. Основы теории и расчета пульсационных колонных реакторов. М.: Атомиздат, 1980. - 256 с.

118. Карпачева С.М., Рагинский Л.С., Муратов В.М. Основы теории и расчета горизонтальных пульсационных аппаратов и пульсаторов. М.: Атомиздат, 1981. -192 с.

119. Карпачева С.М., Рябчиков Б.Е. Пульсационная аппаратура в химической технологии. М. Химия, 1983. - 224 с.

120. Карякин В.Е., Карякин Ю.Е., Нестеров А.Я. Численное моделирование нестационарных движений вязкой жидкости в поворотных каналах // Инж.-физ. журн. -1988. Т. 54, № 1. - С. 25 - 32.

121. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. - 687 с.

122. Колебательные явления в многофазных системах и их использование в технологии / Под ред. Р.Ф. Ганиева. Киев: Техника, 1980. -142 с.

123. Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдеа // Докл. АН СССР. 1941. -Т.30, № 4. - С. 299-303.

124. Колмогоров А.Н. О дроблении капель в турбулентном потоке // Докл. АН СССР. 1949. - Т.66, № 5. - С. 825 - 828.

125. Колмогоров АН. Рассеяние энергии при локально-изотропной турбулентности // Докл. АН СССР. 1941. - Т.32, № 1. - С. 19 - 21.

126. Контактная кристаллизация/ М.Ф. Михалев, И. А Щупляк, АН. Веригин и др.; Под общ. ред. М.Ф. Михалева. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. -192 с.

127. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. - 832 с.

128. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырный П.И. Вычислительные методы. М.: Наука, 1976. Т. 1 - 304 е., Т.2 - 400 с.

129. Кубенко В.Д., Кузьма В.М., Пучка Г.Н. Динамика сферических тел в жидкости при вибрации. Киев: Наукова думка, 1989. -156 с.

130. Кувшинов Г.И., Прохоренко П.П. Акустическая кавитация у твердых поверхностей. Минск: Наука и техника, 1990. - 112 с.

131. Куничан В.А, Севодина Г.И. Определение параметров колебаний для малогабаритных качающихся автоклавов // Теор. основы хим. технол. 1996. - Т. 30,№3.-С. 243 - 245.

132. Куничан В.А, Севодина Г.И. Эмульгирование и массообмен в качающихся автоклавах // Теор. основы хим. технол. -1997. Т. 31, № 6. - С. 586 - 590.

133. ЛевичВ.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз, 1959. - 699 с.

134. Лесин АД. Вибрационные машины в химической технологии. Обзор. М.: Знание, 1968. - 80 с.

135. Лобода П.П. Эффективность действия колебаний и особенности их распространения в аппаратах с вибрирующими устройствами //В сб.: Пищевая промышленность. Киев: Техника. -1968. - С. 101 -105.

136. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973. - 848 с.

137. Лущейкин Г.А Полимерные пьезоэлектрики. М.: Химия, 1990. -176 с.

138. Магнус К. Колебания: Введение в исследование колебательных систем. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. - 304 с.

139. Мандельштам Л.И. Лекции по теории колебаний. М.: Наука, 1972. - 470 с.

140. Маргулис М.А Звукохимические реакции и сонолюминесценция. М.: Химия, 1986.-286 с.

141. Медников Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. М.: Наука, 1980.

142. Метелица С.Г. Гидродинамика и массоперенос в газожидкостных аппаратах с профильными вставками в барботажных трубах: Дис. . канд. техн. наук/ СПбГТИ. СПб, 1993. -136 с.

143. Моделирование полей скорости и концентрации в колонных вибрационных экстракторах / Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев АГ. и др. // Теор. основы хим. технол. -1997. Т. 31, № 2. - С. 173 -176.

144. Накорчевский АИ., Басок Б.И., Чайка АИ. Динамические характеристики пульсатора с переменным рабочим объемом// Теор. основы хим. технол. -1999. -Т. 33, №3.-С. 308-311.

145. Накорчевский АИ., Гаскевич И.В. Математическое моделирование пульсационных перемешивающих устройств // Теор. основы хим. технол. 1994. -Т. 28,№3.-С. 258-267.

146. Накоряков В.Е., Покусаев Б.Г., Шрейбер И.Р. Распространение волн в газо- и парожидкостных средах. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1983. -238 с.

147. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987. - 464 с.

148. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978. - 336 с.

149. Новая технология переработки сульфатного мыла от лиственных и смешанных потоков целлюлозно-бумажного производства / Р.Ш. Абиев, Г.М. Островский, С.Н. Васильев, В.И. Рощин // Там же. Фергана: ФерПИ, 1998. - С. 47 - 48.

150. Новицкая С.П., Нудельман З.Н., Донцов А А Фторэластомеры. М.: Химия, 1988.-240 с.

151. Новицкий Б.Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах. М.: Химия, 1983. -192 с.

152. Новые конструкции пульсаторов / Л.С. Рагинский, Р.Ш. Менглишев, И.В. Жоглев, В.В. Шаборда // В сб.: Пульсационная аппаратура. М.: ЦНИИАтоминформ, 1972. - С. 7 -12.

153. Носов В.А Ультразвук в химической промышленности. Киев: Гостехиздаг УССР, 1963. - 244 с.

154. Обухов АМ. О распределении энергии в спектре турбулентного потока // Изв. АН СССР. Сер. Геогр. и геофиз. -1941. №. 4-5. - С. 453 - 463.

155. Обухов AM. О распределении энергии в спектре турбулентного потока // Докл. АН СССР. -1941. Т.32, № 1. - С. 22 - 24.

156. Орел С.М. Растворение твердой частицы в перемешиваемой жидкости // Журн. прикл. химии. 1988. - Т. 61, № 7. - С. 1530 -1536.

157. Осипов А.В. О гидродинамических особенностях перемешивания гетерогенных сред с наложением механических колебаний // Теор. основы хим. технол. 1981. -Т. 15, №3. - С. 416 - 423.

158. Осипов АВ. Расчет мощности виброперемешивающих устройств // Хим. и нефт. машиностр. -1980. № 10. - С. 15 -16.

159. Островский Г.М. Перенос в неоднородных средах при вибрационных воздействиях / М-лы Ленингр. гор. семинара по процессам переноса в химической технологии. Реф.//Инж. - физ. журн. -1988. - Т. 55, № 5. - С. 866.

160. Островский Г.М., Абиев Р.Ш. Пульсационная резонансная аппаратура для процессов в жидкофазных средах // Хим. пром. 1998. - № 8. - С. 468 - 568.

161. Островский Г.М., Абиев Р.Ш., Аксенова Е.Г. Об эффективности массопереноса при резонансных периодических воздействиях (на примере растворения)// Тез. докл. III Всесоюзн. НТК "Реахимтехника-3" Черкассы: Отд. НИИТЭХИМа, 1989. -С. 70-71.

162. Островский Г.М., Брисовский И. Влияние дисперсии пористости зернистого слоя на эффективность межфазных обменных процессов // Теор. основы хим. технол. 1999. - Т. 33, № 3. - С. 247 - 251.

163. Островский Г.М., Иваненко А.Ю., Аксенова Е.Г. О пропитке сквозных капилляров с помощью периодического изменения давления//Теор. основы хим. технол. -1995. Т.29, №6. - С. 607-611.

164. Островский Г.М., Малышев П.А, Аксенова Е.Г. О работе пульсационных аппаратов в резонансном режиме // Теор основы хим технол. 1990. - Т. 24, № 6. -С. 835 - 839.

165. Островский Г.М. и др. Теплопроводность дисперсных сред при нестационарной фильтрации таза/Островский Г.М., Ослонович В.А, Иваненко А.Ю., Некрасов

166. B. А Ред. "Журнала прикладной химии" АН СССР, 1986, Деп. в ВИНИТИ, № 3672 -В86,14 с.

167. Павлушенко И.С., Смирнов H.H., Романков П.Г. О влиянии перемешивания на процесс химического превращения // Журн. прикл. химии. 1961. - Т. 34, № 2.1. C. 312-319.

168. Параметрический резонанс в сообщающихся сосудах при вертикальных переменных нагрузках/ С.С. Григорян, Л.И. Жигачев, Б.С. Когарко, Ю.Л. Якимов// Изв. АН СССР. Мех. жидкости и газа. -1969. С. 148 -150.

169. Патент 1757698 РФ, МКИ B01D11/00. Пульсационный резонансный аппарат/ Р.Ш. Абиев, Г.М. Островский, Е.Г. Аксенова // БИ, 1992. № 32.

170. Патент 1813547 РФ, МКИ B01F11/04. Устройство для резонансных колебаний жидкофазных систем / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова // БИ, 1993. -№ 17.

171. Патент 2004316 РФ, МКИ B01F11/00. Резонансный смеситель / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова и др.// БИ, 1993. № 45 - 46.

172. Патент 2004317 РФ, МКИ B01F11/00. Резонансный аппарат для обработки суспензий / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова и др.// БИ, 1993. № 45 -46.

173. Патент 2011186 США, МКИ B01F11/00. Ван-Дейк, 1934.

174. Патент 2013114 РФ, МКИ B01F11/00. Горизонтальный резонансный аппарат / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова // БИ, 1994. № 10.

175. Патент 2015422 РФ, МКИ F15B21/12. Способ создания резонансных колебаний жидкофазной системы / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова // БИ, 1994. -№12.

176. Патент 2030652 РФ, МКИ F04F7/00. Пульсационный резонансный насос/ Абиев Р.Ш. // БИ, 1995.-№7.

177. Патент 2033855 РФ, МКИ B01F11/00. Резонансный аппарат / Г.М. Островский, Р.Ш. Абиев, Е.Г. Аксенова и др.// БИ, 1995. № 12.

178. Патент 2049808 РФ, МКИ С11В1/10. Экстрактор для древесной зелени/ Г.М. Островский, Е.Г. Аксенова, Р.Ш. Абиев и др.// БИ, 1995. № 34.

179. Патент 2057580 РФ, МКИ B01F11/00, B01D11/00. Способ управления пульсационным аппаратом и устройство для его осуществления / Абиев Р.Ш. // БИ, 1996. -№ 10.

180. Патент 2060762 РФ, МКИ B01D1/22. Аппарат для осуществления взаимодействия жидкостей с газами / Абиев Р.Ш. // БИ, 1996. № 15.

181. Патент 2064319 РФ, МКИ B01D11/02, 12/00. Устройство для обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц / Абиев Р.Ш. // БИ, 1996. № 21.

182. Патент 2077362 РФ, МКИ B01D11/02, 12/00. Способ обработки жидкостями капиллярно-пористых частиц суспензий и аппарат для его осуществления / Абиев Р.Ш. // БИ, 1997. № 11.

183. Патент 2077374 РФ, МКИ B01D63/06. Мембранный аппарат непрерывного действия / Островский Г.М., Аксенова Е.Г., Абиев Р.Ш. // БИ, 1997. № 11.

184. Патент 2082385 РФ, МКИ A61J3/00. Вибрационный экстрактор/ Г.М. Островский, Е.Г. Аксенова, Р.Ш. Абиев и др. // БИ, 1997. № 18.

185. Патент 3512548 ФРГ, МКИ B01F11/00. Пульсационный смеситель / X. Бонтенаккетс // Изобр. за рубежом, 1986. № 42.

186. Патент 660984 Швейцария, МКИ B01F11/00. Способ перемешивания содержимого сосуда / Е. Хартманн // Изобр. за рубежом, 1987. № 12.

187. Патент 4943373 США, МКИ В 01 D 31/00, С 08 J 9/26. Hydrophylic porous membrane of polyvinilidene fluoride and method for production thereof/ Onishi M., Seita Y., Koyama N. // Изобр. за рубежом, 1993. № 4.

188. Пейн Г. Физика колебаний и волн. М.: Мир, 1979. - 389 с.

189. Перемешивание дисперсных систем жидкость-твердое в аппаратах с механическим подводом энергии / И.А Щупляк, АН. Веригин, М.Ф. Михалев, К.А Барсук// Журнал прикл. химии. -1986. Т.59, № 9. - С. 1978 -1983.

190. Перник АД. Проблемы кавитации. Л.: Судостроение, 1966. - 440 с.

191. Пиппард А Физика колебаний: Пер. с англ. / Под ред. АН. Матвеева. М.: Высш. шк., 1985. - 456 с.

192. Пирсол И. Кавитация. М.: Мир, 1975. - 94 с.

193. Писаренко Г.С., Яковлев AIL, Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Наукова думка, 1975. - 704 с.

194. Полянин АД., Вязьмин АВ. Массо- и теплообмен капель и пузырей с потоком// Теор. основы хим. технологии. -1995. Т.29, № 3. - С. 249 - 260.

195. Попов Д.Н. Нестационарные гидромеханические процессы. М.: Машиностроение, 1982. - 240 с.

196. Протодьяконов И.О., Марцулевич Н.А, Марков АВ. Явления переноса в процессах химической технологии. Л.: Химия, 1981. - 264 с.

197. Протодьяконов И.О., Ульянов C.B. Гидродинамика и массообмен в дисперсных системах жидкость-жидкость. Л.: Наука, 1986. - 272 с.

198. Псевдоожижение/ В.Г.Айнштейн, АП. Баскаков, Б.В. Берг и др. М.: Химия, 1991. - 400 с.

199. Пульсационная аппаратура в народном хозяйстве. М.: Атомиздат, 1979. -180 с.

200. Пульсационная аппаратура. -М.: ЦНИИАтоминформ, 1972. -118 с.

201. Пульсирующие экстракторы/ С.М. Карпачева, Е.И. Захаров, Л.С. Рагинский, В.М. Муратов. М.: Атомиздат, 1964. - 224 с.

202. Розанов Л.С. Применение пульсационной аппаратуры в химико-фармацевтической промышленности. Обзоры "Современные проблемы химии и химической промышленности", вып. 5. М.: НИИТЭХИМ (вып. 8), 1974. - 75 с.

203. Романков П.Г., Курочкина М.А Гидромеханические процессы химической технологии. Л.: Химия, 1982. - 288 с.

204. Романков П.Г., Курочкина М.А Экстрагирование из твердых материалов. Л.: Химия, 1983. - 256 с.

205. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Массообменные процессы химической технологии. -Л.: Химия, 1990.-384с.

206. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980. -248 с.

207. Рэлей. Теория звука. Т. 2. М.: ГИТТЛ, 1955. - 475 с.

208. Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. - 656 с.

209. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы. М.: Наука, 1989. - 432 с.

210. Самарский А А, Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. - 592 с.

211. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. Л.: Машиностроение, 1976. - 216 с.

212. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. М.: Мир, 1971. - 536 с.

213. Справочник химика. Т. 3. М.-Л.: Химия, 1964. 1008 с.

214. Сравнение гидравлических и технологических параметров пульсационных и вибрационных колонн с насадкой КРИМЗ / С.М. Карпачева, Л.П. Хорхорина, O.K. Маймур, З.Д. Панкратова // Хим. пром. -1978. № 8. - С. 614 - 617.

215. Сретенский Л.Н. Теория волновых движений жидкости.- М.: Наука, 1977. 816 с.

216. Стокер Дж. Нелинейные колебания в механических и электрических системах. -М.: Издатинлит, 1953. 256 с.

217. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Пер. с польск. под ред. Щупляка И. А Л.: Химия, 1975. - 384 с.

218. Татевосян Р. А Исследование закономерностей вибротурбулизации системы вода-воздух // Теор. основы хим. технол. -1977. Т. 11, № 1.-е. 153 - 155.

219. Татевосян Р. А, Михайлов Н.В. Ведение процессов в условиях гвдровиброкипящего слоя // В кн.: Тез. докл. III республ. конф. "Повышение эффективности и совершенствование процессов и аппаратов химических производств". Львов, 1973. - С. 125.

220. Теодорчик К.Ф. Автоколебательные системы. М.-Л.: ГИТТЛ, 1948. - 244 с.

221. Теоретическая гидромеханика /Н.Е. Кочин, И. А Кибель, Н.В. Розе; Под ред. И.А Кибеля. Т. 1. - М.-Л.: ГИТТЛ, 1948. - 535 с.

222. Тепло- и массообмен в звуковом поле / В.Е. Накоряков, А.П. Бурдуков, AM. Болдарев, П.Н. Терлеев; Под ред. С.С. Кутателадзе. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1970. - 253 с.

223. Технология переработки сульфатного мыла от лиственных и смешанных потоков целлюлозно-бумажного производства / С.Н. Васильев, В.И.Рощин, Р.Ш. Абиев, Г.М. Островский // Там же. Витебск: ВГТУ, 1995. - С. 87.

224. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967. - 444 с.

225. Тихонов АН., Самарский А. А Уравнений математической физики. М.: Наука, 1977. - 680 с.

226. Тодес О.М., Цитович О.Б. Аппараты с кипящим зернистым слоем: Гидравлические и тепловые основы работы. JL: Химия, 1981. - 296 с.

227. Траектория пузырей и равновесные уровни в вибрационных столбах жидкости / Фостер, Ботгс, Барбин, Вахон // Теор. основы, инж. расчетов. -1968. Т. 90, № 1. -С. 137-146.

228. Трейбал Р. Жидкостная экстракция. Пер. с англ. под ред. С.З. Кагана. М.: Химия, 1966. - 724 с.

229. Фарлоу С/Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров. М.: Мир, 1985. - 384 с.

230. Физические основы ультразвуковой технологии / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука, 1970. - 688 с.

231. Фиклистов И.Н., Аксельруд Г.А Кинетика массообмена при колебательном движении твердого тела в потоке жидкости // Инж.-физ. жури. 1964. - Т. 7, № 1. -С. 45-48.

232. Фиклистов И.Н., Аксельруд Г.А Кинетика массообмена твердых частиц, взвешенных в вертикальном потоке жидкости, при горизонтальных колебаниях колонны // Тепло- и массообмен в дисперсных средах. Минск: Наука и техника, 1965.-С. 28-30.

233. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. М.: Мир, 1991. Т. 1 - 504 е., Т.2 - 552 с.

234. Фортъе А Механика суспензий. Пер. с франц. под ред. З.П. Шульмана. М.: Мир, 1971. - 264.

235. Франк-Каменецкий Д. А Диффузия и теплопередача в химической кинетике. -М.: Наука, 1967. 491 с.

236. Фридман В.М. Исследование возможности интенсификации физико-химических процессов при возникновении в жидкости кавитации: Автореф. дисс. . д-ра хим. наук / Ин-т физ. химии АН СССР. М., 1970. - 32 с.

237. Фридман В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура. М.: Машиностроение, 1967.-212 с.

238. Фридман В.М. Физико-химическое воздействие ультразвука на гетерогенные процессы // Ультразвуковая техника. -1967. №6. - С. 47 - 58.

239. Фридман В.М. Физико-химическое действие ультразвука и ультразвуковая аппаратура для интенсификации химико-технологических процессов. М.: НИИХиммаш, 1965. - 48 с.

240. Функ Д., Вуд Д., Чжао С. Неустановившиеся процессы в отверстиях и очень коротких трубах // Теор. основы инж. расчетов. -1972. № 2. - С. 245 - 253.

241. Харкевич АА Автоколебания. М.: ГИТТЛ, 1953. -170 с.

242. Хаяси Т. Вынужденные колебания в нелинейных системах. М.: Изд-во иностр. лит., 1975. 204 с.

243. Хвингия М.В., Багдаева AM., Габадзе Д.Т. и др. Колебания и устойчивость упругих систем машин и приборов. Тбилиси: Мецниераба, 1974. - 284 с.

244. Хейл Дж. Колебания в нелинейных системах. М.: Мир, 1966. - 230 с.

245. Хейфец Л.И., Неймарк АВ. Многофазные процессы в пористых средах. М.: Химия, 1982. - 320 с.

246. Химико-технологическая аппаратура с использованием физических методов интенсификации процессов. Каталог. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989. -36 с.

247. Химическая гидродинамика: Справочное пособие / AM. Кутепов, АД. Полянин, З.Д. Запрянов, AB. Вязьмин, Д.А Казенин. М.: Бюро Квантум, 1996. - 336 с.

248. Цыфанский C.JI., Оке АБ. О стабилизации колебаний систем с нелинейной восстанавливающей силой//Прикл. механика. -1986. Т.22, №10. - С. 105 -109.

249. Цыфанский C.JI. Практическое использование нелинейных эффектов в вибрационных машинах/ C.JI. Цыфанский, В.И. Бересневич, АБ. Оке; Под ред. K.M. Рагульскиса. -СПб.: Политехника, 1992. 95 с.

250. Членов В.А, Михайлов Н.В. Виброкипящий слой. М.: Наука, 1972. - 344 с.

251. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. М.: Химия, 1982. - 696 с.

252. ШмвдтГ. Параметрические колебания. М.: Мир, 1978. - 336 с.

253. Штербачек 3., Тауск П. Перемешивание в химической промышленности. Л.: Госхимиздат, 1963. - 416 с.

254. Шутилов В.А Основы физики ультразвука. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. -280 с.

255. Щупляк И.А, Веригин АН., Гридковец В.Ф. Обратное перемешивание в сплошной фазе пульсационного аппарата // В сб.: Труды IV Всесоюзн. НТК по теории и практике перемешивания в жидких средах. М.: НИИТЭХИМ, 1982. -С. 61 - 63.

256. Эльпинер И.Е. Биофизика ультразвука. М.: Наука, 1973. - 384 с.

257. Эльпинер И.Е. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие. М.: Физматгиз, 1963. - 366 с.

258. Эмульсии / Под ред. Ф. Шермана. Пер. с англ. под ред. А А Абрамзона. Л.: Химия, 1972. - 448 с.

259. Aboukhr M.R. Einfluss niederfrequenter Fluidschwingungen auf die Nickelentfernung aus Prozesswasser: Dissertation Dr. rer. nat. / Martm-Luther-Universitaet. HalleWittenberg, 1996. - IIIS.

260. Baird M.H.I. Vibration and pulsation bane or blessing? // Brit Chem. Eng. - 1966. -Nl.-P. 20-25.

261. Biardi G., Guerreri G., Grottoli M.G. La movimentazione dei fluidi. 1. Analisi teoretica e pratica // Chim. e ind. -1994/ V. 76, N 5. - P. 2 - 7.

262. Blass E. Bildung und Koaleszenz von Blasen und Tropfen // Chem.-Ing.-Techn. -1988. Bd. 60, N 12. - S. 935 - 947.

263. Bleich H.H. Effect of vibrations on the motion of small gas bubbles in a liquid // Jet propulsion. -1956. V. 26, N 11. - P. 958 - 963.

264. Clift R., Grace J.R., Weber M.E. Bubbles, drops and particles. New York - San-Francisco - London: Acad. Press, 1978. - 380 p.

265. Colman D.A, Mitchell W.S. Enhansed mass transfer for membrane processes// Trans. Inst. Chem. Eng. C. 1991. - V. 69, N 2. - P. 91 - 96.

266. Gibert H., Angelino H. Transferts de matiere entre une sphere soumise a des vibrations et un liquide en movement // Intern. Journ. of Heat and Mass Transfer. 1974. - V. 17, N 6. - P. 625 - 632.

267. Holley W., Weisser H. Dispergiermaschinen und ihre Anwendung in der Emulgier-Technik. 1. Maschinenuebersicht // ZFL. -1982. Bd. 33, N 3. - S. 139 -155.

268. Ilias Shamsuddin, Govind Rakesh//Potential applications of pulsed flow for minimizing concentration polarization in ultrafiltration//Separ. Sei. and Technol. -1990. V. 25, N 13-15. - P. 1307-1324.

269. Kana D.D., Dodge F.T. Bubble behavior in liquids contained in vertically vibrated tanks // Journ. of Spacecraft and Rackets. -1966. V. 3, N 5. - P. 760 - 763.

270. Kronig R., Brink J.C. On the theory of extarction from falling droplets // Appl. Sei. Res. -1950. V. A2, N 2. - P. 142 -154.

271. Kurabayashi Toshio. Диспергирование жидких сред // J. Soc. Automat. Eng. Jap. -1988. V. 42, N 8. - P. 991 - 993.

272. Nutzung von Ultraschall in der Chemie // Materialwiss. und Werkstofftechn. 1994. -Bd. 25, N 10.-S. 398.

273. Petrov A.G. Inner flow of viscous drop // Proc. Third Int. Aeros. Conf., Kyoto, Japan. -1990.-P. 339 342.

274. Plesset M.S., Hsieh D. Theory of gas bubble dynamics in oscillating pressure fields // Physics of Fluids. -1960. V. 3, N 12. - P. 882 - 892.

275. Rayleigh, Lord. On the pressure developed in a fluid during the collapse of a spherical cavity // Philos. Mag. -1917. V. 34. - P. 94 - 98.354

276. Sakai Takeshi. Теория диспергирования жидкостей // Хемэн. 1993. Т. 28, № 6. -С. 416 - 426.

277. Stone Н.А Dynamics of drop deformation and breakup in viscous fluids//Annual Review of Fluid Mechanics. -1994. V.26. - P. 65 -102.

278. Treiber A., Kiefer P. Kavitation und Turbulenz als Zerkleinerungsmechanismen bei der Homogenization von o/w-Emulsionen // Chem.-Ing.-Techn. -1976. Bd. 48, N 3. -S. 259.

279. Takahashi Kenji, Tsuruga Hideo, Endoh Kazuo. In-line forces on oscillating bodies in a fluid flow// J. Chem. Eng. Jap. -1988. V. 22, N 4, - P. 405 - 410.

280. Vibratory shear enhanced processing: An answer to membrane fouling? // Process Eng. (Austral.). -1991. V. 19, N 11. - P. 24 - 26.

281. Webster E. Cavitation // Ultrasonics. -1963. V. 1, N 1. - P. 39 - 48.

282. Yeh H.C., Yang M.-jr. Dynamics of bubbles moving in liquids with pressure gradient// Journ. Appl. Phys. -1968. V. 39. - P. 3156 - 3165.

283. УТВЕРЖДАЮ" ) "Красный химик'и8 " июля 1999 г.1. В.Е. Рутштейн1. От 8 июля 1999 г.г. Санкт-Петербург

284. На ОАО "Красный Химик", в цехе № 6 в период с 1.01.92 по 31.12.92 были проведены опытные и пуско-наладочные работы по введению в эксплуатацию пульсационного резонансного аппарата для растворения тяжелых металлов в неорганических кислотах.

285. Комиссия считает, что аппарат соответствует своему назначению, и его внедрение обеспечивает сокращение продолжительности процесса и способствует уменьшению энергозатрат.

286. Технический директор Зам. технического директора1. Ивановский В. А1. Анциферов А А

287. ОАО «Тихьинский лесохимический завод»187500 Россия, Ленинградская о&мац г. Тикжин, уп. Зойцюа, д. 1 Т»л./фснсс:{ 81267)11-242, ВиюИ: ШаМЫп.шрЬ.шяв»ж 1иЛ8Ш71 ?Ы60, 12191 Фокс (8126Л12-191.

288. Утверждаю: альный директор Матвеев С.О. 10 апреля 2000

289. В результате проведения пусконаладочных работ и пробных испытаний в реконструированном экстракторе были получены следующие результаты: выход экстрактивных веществ увеличился на 25-30%, а продолжительность процесса сократилась в 1,5-2 раза.

290. Специальные опыты показали, что эффект достигнут благодаря улучшению качества перемешивания древесной зелени и обеспечения доступа экстрагента (бензина) ко всем частицам загруженного в аппарат сырья.

291. Главный инженер Главный технолог

292. Тимков М.А. Андрианов С.А.

293. ТОО "Институт экологических проблем и новых технологий" 199034, г. Санкт-Петербург, В.О., 17 линия, д. 2а тел. 321-74-201. УТВЕРЖДАЮ1. V4у»\\B.C. Гаммал1. Директор1. Лътября 1993 г.3 , Ч// 11. АКТ ИСПЫТАНИЙ

294. Аппарат оборудован механическим генератором пульсаций, мембранным узлом и откидным днищем для выгрузки отработанного сырья. Рабочий объем аппарата 0,1 м3, потребляемая мощность не превышает 100 Вт.

295. Испытания подтвердили надежность аппарата. Экстрактор принят в эксплуатацию.

296. Начальник технического отдела1. Ионин А.А.зоооо яоююг\I1. Шш/2/Мческая •о/у1к/»ерис (тп>хп

297. Уод шпюго , J■■'■1 а-г . '2. госею/ееусилие «а / ■ •

298. Рас чет нош частота брацения п • 260с$/м/*1. Смаыа > ГОСТ1. Лс * Ч0чп,чг.//С'-С2030/ 02 ООО1. Гпсле с&у»//1. Теуиичесхие

299. Материал -резина *ислотое/»се)*:аона оснобе дь~о£.сплпся?оЬ>'1 гауьуга* 2. ПоВер*нсстьи/тесО пол проба /г>б

300. Материал втулог фтсропласт Ь ГОСТ /ООО? $04 СНК/77С/Г)и<'(С Г .¿ина •сц крынки уплат/,ем, ^е^рамы сЪблением р*по ГОСТ 2'г ¡06-&020Ш05000 СБ;1. УзелменКронныи