автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Совершенствование методов расчета технологических параметров аппарата роторно-пульсационного типа для приготовления эмульсий

На правах рукописи

Кухленко Алексей Анатольевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АППАРАТА РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННОГО ТИПА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ

Специальность 05 17 08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Бийск - 2007

003 161151

003161157

Работа выполнена в Институте проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Василишин Михаил Степанович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Боднарь Троян Аврелович

кандидат технических наук, доцент Сергеев Анатолий Григорьевич

Ведущая организация

ФГУП ФНПЦ «Алтай», г Бийск Алтайского края

Защита состоится « 26 » октября 2007 г в 13 часов на заседании диссертационного совета К 212 004 03 в Бийском технологическом институте (филиале) государственного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им И И Ползунова» по адресу 659305, Алтайский край, г Бийск, ул Трофимова, 27

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бийского технологического института (филиала) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им И И Ползунова» по адресу 659305, Алтайский край, г Бийск, ул Трофимова, 27

Автореферат разослан « 25 » сентября 2007 г Ученый секретарь

диссертационного совета

Светлов С А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсификация производственных процессов и повышение эффективности технологического оборудования является одной из приоритетных задач развития науки и техники Основой повышения качества продукции, увеличения производительности и снижения энергозатрат на проведение химико-технологических процессов служит разработка высокоэффективных аппаратов с оптимальной удельной энергоемкостью и материалоемкостью, высокой степенью воздействия на обрабатываемые вещества К их числу могут быть отнесены применяемые в различных отраслях промышленности роторные аппараты для обработки гетерогенных систем Например, в химической промышленности они используются для приготовления различных дисперсий, эмульсий, интенсификации массообменных процессов, в фармацевтической и косметической - для экстрагирования лекарственных веществ из растительного сырья, приготовления витаминных препаратов, кремов, мазей и т п , в металлургической и горнодобывающей - для проведения процессов выщелачивания и получения рабочих жидкостей механизированных шахтных крепей, в топливно-энергетической — для приготовления водотопливных эмульсий, в машиностроении - для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей, а также для других целей

Роторное технологическое оборудование, применяемое для реализации процессов диспергирования отличается большим разнообразием как по габаритам, так и по принципу физического воздействия, оказываемого рабочими органами аппаратов на обрабатываемую среду Это естественным образом сказывается как на эффективности обработки, так и на качестве получаемых продуктов

Анализ наиболее широко применяемых на практике методов диспергирования гетерогенных систем (механические, струйные, ультразвуковые и т п) показывает, что все они обладают большим количеством недостатков, в конечном итоге приводящих к снижению эффективности технологического процесса и значительным энергозатратам при работе оборудования

В настоящее время в различных областях химической промышленности все чаще применяются аппараты роторно-пульсационного типа (РПА), характеризующиеся многофакторным воздействием на обрабатываемую среду и имеющие наивысший уровень производственной эффективности

В то же время применение подобного оборудования требует создания научно обоснованных методов их расчета, конструирования и масштабирования, которые на текущий момент недостаточно полно освещены в отечественной и зарубежной литературе

Цели и задачи исследования. Целью исследования является теоретическое и экспериментальное исследования закономерностей течения обрабатываемых сред в рабочих органах РПА и определение затрат мощности, направленные на совершенствование его конструкции и повышение эффективности процесса эмульгирования

В связи с этим задачи исследования были направлены на

- анализ причин снижающих эффективность работы РПА,

- разработку физико-математических моделей течения вязкой жидкости

3

через рабочие органы РПА и диссипации мощности в радиальном зазоре,

- экспериментальное исследование влияния физико-химических свойств обрабатываемых сред и режимных параметров процесса на дисперсные характеристики получаемых эмульсий,

- выработку практических рекомендаций по проектированию РПА

Объект, предмет и методы исследования. Объектом изучения являлись

гидромеханические процессы эмульгирования в рабочей камере аппарата Предмет исследования — гидродинамические закономерности течения обрабатываемой среды и энерговыделение в рабочих органах роторно-пульсационного аппарата Работа основывается на использовании аналитических и экспериментальных методов исследования

Научная новизна работы:

- разработана физико-математическая модель течения вязкой жидкости через прерыватель роторно-пульсационного аппарата с радиальными каналами прямоугольной формы, позволяющая производить оценку расходно-напорных характеристик устройства в зависимости от изменения режимных параметров процесса и физико-химических характеристик обрабатываемых сред,

- предложена и теоретически обоснована функция изменения относительной площади проходного сечения модулятора РПА при совмещении каналов ротора и статора аппарата, позволяющая уточнить расчет коэффициентов гидравлического сопротивления потоку обрабатываемой жидкости,

- предложена математическая модель диссипации мощности в радиальном зазоре аппарата, позволяющая адекватно описывать характер энерговыделения в рабочей камере РПА,

- экспериментально исследовано влияние физико-химических свойств обрабатываемых сред, геометрии рабочих органов и режимных параметров процесса на дисперсный состав получаемых эмульсий Получена эмпирическая зависимость для расчета диаметра капель низкоконцентрированных эмульсий при их обработке в РПА

Практическая значимость. Разработаны практические рекомендации по проектированию РПА и предложена конструкция аппарата для обработки систем «жидкость - жидкость»

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы обсуждались на V Всероссийской научно-технической конференции «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях» (Бийск, 2004), VIII Международной научно-практической конференции «Химия - XXI век новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2005), II Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Материалы и технологии XXI века» (Бийск, 2005), III Всероссийской конференции молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии» (Томск, 2006), I Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых «Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов» (Бийск, 2006), Международной конференции по химической технологии ХТ'07 (Москва, 2007)

На защиту выносятся:

- результаты математического описания характера течения жидкости через рабочие органы РПА и влияние на него режимных параметров процесса, геометрии рабочих органов, а также физико-химических свойств обрабатываемых сред,

- математические модели течения обрабатываемой среды и диссипации мощности в радиальном зазоре РПА,

- теоретические и экспериментальные результаты изучения процесса эмульгирования различных модельных сред,

- конструкция роторно-пульсационного аппарата, предназначенная для обработки систем «жидкость - жидкость»

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, включая 1 патент и 1 статью в журнале, рекомендованном Высшей аттестационной комиссией

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов работы, списка литературы из 102 наименований и содержит 124 страницы

Во введении отражены актуальность, направленность и цели исследования В первой главе рассмотрены основные механизмы физического воздействия на обрабатываемые жидкости, интенсифицирующие процесс эмульгирования и приведены конкретные примеры различного технологического оборудования, работающего с использованием этих принципов Показано, что высокоэффективным и перспективным оборудованием являются аппараты с многофакторным воздействием на обрабатываемую среду Рассмотрены наиболее удачные конструкторские решения по проектированию рабочих органов аппаратов роторно-пульсационного типа Вторая глава посвящена разработке физико-математической модели течения обрабатываемой среды через прерыватель РПА Исследованы механизмы основных интенсифицирующих воздействий на обрабатываемую среду, для каждого из которых рассчитана величина диссипации мощности Определена эмпирическая зависимость диаметра капель эмульсии от величины диссипации мощности и физико-химических свойств обрабатываемых сред В третьей главе приведена схема экспериментальной установки, методика проведения экспериментов и основные экспериментальные результаты В четвертой главе изложены рекомендации по проектированию РПА и представлена конструкция роторно-пульсационного аппарата для обработки преимущественно систем «жидкость-жидкость»

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Известно большое количество конструкций различных диспергаторов, которые нашли свое применение в различных отраслях промышленности Одним из критериев отличия таких аппаратов является способ интенсифицирующего воздействия на обрабатываемую среду При этом независимо от способа интенсификации, обязательным условием, обеспечивающим принципиальную

возможность воздействовать на скорость протекания процесса, является наличие взаимного движения фаз Это условие является тем изначальным фактором, который определяет скорость и эффективность процесса

Наиболее перспективным является импульсный ввод энергии в обрабатываемую среду Это связано с тем, что сам процесс дробления капли представляет собой единичный акт, для которого требуется достаточно мощный энергетический импульс за сравнительно короткое время

Из анализа конструкций аппаратов, работающих на таком принципе, наиболее предпочтительными являются аппараты роторно-пульсационного типа, поскольку в них импульс вводимой в обрабатываемую среду энергии приводит к возникновению других интенсифицирующих факторов (пульсации и схлапывание кавитационных пузырьков, кумулятивные струйки, отрывные течения) Указанные факторы накладываются друг на друга во времени, и сосредоточены в активной зоне малого объема При этом роторно-пульсационный аппарат является аппаратом проточного типа, в котором реализуется большое число таких активных зон

Основное физическое воздействие на обрабатываемую среду в таких аппаратах оказывается посредством возникновения в ней высокочастотных пульсаций и кавитационных явлений

Несмотря на все преимущества роторно-пульсационных аппаратов в сравнении с другими типами оборудования их применение ограничено Это связано с тем, что к настоящему времени научно обоснованные методы расчета, конструирования и масштабирования подобного оборудования недостаточно полно освещены в отечественной и зарубежной литературе В связи с этим исследования течения обрабатываемой среды через рабочие органы аппарата направленные на повышение эффективности процесса эмульгирования и выработку практических рекомендаций по их конструированию являются актуальными

Математическое моделирование течения потока реальной жидкости через прерыватель РПА осуществлялось на базе численного решения нестационарного уравнения Бернулли

С I-Л Л 2 2

ту +■

с1У 1

— + —

Л 2

АР со Яр

+-~ О)

/э + (1 + г)

у V л ) Л 2 ^ рс1э ] Р 2

Переходя к безразмерным переменным и вводя масштабы скорости и времени

К0 =ДРг0/(р/э), 10 = ас/(о)Яр) , 1Э + + , № = т = (/10,

уравнение (1) можно преобразовать к виду <Ш 2 „ Но Яо

-+ Ж2Но£(т) + 1¥В(т) — = 1 +--(2)

Л Яе Но

Для расчета скорости потока жидкости в канале статора предлагается использование функции относительной площади проходного сечения прерывателя РПА в виде

j(r) =

л/а2 + кг2 .

■Ja2 +к(А+\-т)2,

0 < т < 1,

1 < т < А, А<т<А + 1, А+1<т<Т

(3)

где к = 1 - Д - коэффициент

Для функции s(t) значение нестационарного коэффициента гидравлического сопротивления записывается в виде f - N2

1

-1

(4)

V^ J

где е — безразмерный коэффициент, определяемый из таблиц Н Е Жуковского

Анализ численного решения уравнения (1) показывает, что наибольшее влияние на картину течения жидкости в прерывателе РПА, а, следовательно, и на диссипацию мощности, оказывают скорость вращения ротора (рис 1), величина радиального зазора между ротором и статором аппарата (рис 2), а также вязкость обрабатываемой среды (рис 3)

Л 4 / 1/ /| [ з S

2 J

1 г /vS

"z<JL i ; ! * T r*"™ t * 1 '

s. i Y/y / [ ! ill I\ Л ' ! lAT v\ Г t "T

i Щ j |

\ т i г Г ~

Vt ! [ | i

и в,г зд

Т m

(U

а) б)

1 -со =150 рад/с, 2 -со =200 рад/с, 3 - со =250 рад/с, 4 - со =300 рад/с Рисунок 1 - Влияние угловой скорости вращения ротора ш на скорость (а) и ускорение (б) жидкости в прерывателе РПА при АР =10 000 Па, 5 =0,001 м, //=0,001 Па с за один период совмещения каналов ротора и статора

а) б)

1- <5 = 0,001м, 2- 5 = 0,0005 м, 3 - 8 = 0,0003м, 4- <5 = 0,0002м Рисунок 2 - Влияние величины радиального зазора 5 на скорость (а) и ускорение (б) жидкости в прерывателе РПА при АР =10 000 Па, со =250 рад/с за один период совмещения каналов ротора и статора

Чжс

Т

б)

1 ~ /л = 0,0001 Па с, 2 - /и = 0,001 Па с, 3-ц =0,01 Па с, 4 - ц = 0,1 Па с Рисунок 3 — Влияние вязкости обрабатываемой среды /г на ее скорость (а) и ускорение (б) в прерывателе РПА при АР =10 000 Па, 8 =0,001 м, со =250 рад/с за один период совмещения каналов ротора и статора

Энергия импульса давления, генерируемого в канал статора, определяется по формуле

1 о

ЕИ =—Я Р рс

(5)

Так как Бс является постоянной величиной, то уравнение (5) может быть записано в виде

£ соКр

Еи=~ | Р2«)Л (6)

рс О

Мгновенное значение импульсного давления может быть найдено из выражения

Мощность импульса давления с учетом выражений (6) и (7) определяется как

^

2 пс

(Хр + й^ 0

л

(7)

(8)

Л )

аКт

Удельная энергия импульса давления может быть представлена в виде

N

И

=#

р

аР+а_

(9)

£'ОИр

где г0 = 5С | — объем жидкости, поступившей в канал статора за время

его совмещения с каналом ротора, м

Так как течение обрабатываемой жидкости носит разгонно-тормозной характер, то при определенных условиях в канале статора возникают кавитационные явления Моделирование роста и схлапывания одиночного парогазового пузырька проводилось на базе численного решения уравнения Херринга-Флинна

Я

1-2

<Ш Л

\

V

<1 Я 3 —+ —

м

йЯ

\--JL

3 с

V

\ &

¿я

2а 4М~ (

Рай-Рп-Р(0 + — +-Рао +

Я Я ^

\

2сг

Ру

3 Г

(10)

йЯ

Лж

Р с

¿Я

с

с1Р(Я) ¿Я

Ет=АяРк>

чк =Зук

Энергия, сообщенная окружающей жидкости кавитационным пузырьком, может быть представлена в виде

(*1х-*о)/з (П)

Суммарная энергия, сообщенная элементарному объему жидкости всеми кавитационными пузырьками

Еп = пкЕт 02)

Тогда число кавитационных пузырьков определяется как отношение объема квитадионного кластера к объему кавитационного пузырька

'(^ах) С")

Время захлопывания кавитационного пузырька может быть определено по формуле Рэлея без учета сил вязкости и сжимаемости парогазовой смеси в пузырьке

^=0'915йтаХЛ/р^ 04)

Диссипация мощности в выделенном объеме жидкости определяется как

м / ЕП\ПК ПгЛ

£П = ЫП "оР =--05)

/

В процессе схлапывания кавитационных пузырьков, помимо быстрозатухающих ударных волн, образуются высокоскоростные кумулятивные струйки, которые воздействуют на капли дисперсной фазы

Кинетическая энергия одной кумулятивной струйки может быть записана в

виде

ЕК1=тК\ГК\12> 06)

где тК1 = ру- масса кумулятивной струйки, кг, УК1 - скорость кумулятивной струйки, м/с

Объем одиночной кумулятивной струйки определим как

07)

Диаметр и длина кумулятивной струйки по данным МА Лаврентьева находятся из выражений

^=0,092^,^=0,116^

Таким образом, выражение для определения мощности, рассеиваемой

одиночной кумулятивной струйкой запишется в виде

=-^- (18)

'3 2 0,915Ят^р/Рк

Число кумулятивных струек в кавитационной области принималось равным числу кавитационных пузырьков Мощность всех кумулятивных струек в кавитационном кластере может быть определена как

10

я„

Диссипация мощности кумулятивных струек в выделенном объеме определяется по зависимости

N

а =

к

Р* О Кт^р/Рку0 Скорость кумулятивной струйки находится как

ук=ку3,

(20)

(21)

где

/

Л

V

V й0 У

У

- - скорость захлопывания кавитационной

Р

полости, м/с, к « 4 - энергетический коэффициент

По результатам исследований разработана математическая модель течения вязкой несжимаемой жидкости в радиальном зазоре между ротором и статором РПА Согласно разработанной модели, профиль скорости жидкости должен определяться как результат наложения эпюры скорости, получаемой вследствие вращения ротора и эпюры скорости, создаваемой за счет перепада давления между полостью ротора и камерой статора (рис 4)

а)

в)

б)

г)

т

а) расположение каналов ротора и статора на временном участке 0 < ^ < ас / а>Яр ,

б) расположение каналов ротора и статора на временном участке ас /соЯр <Л < ар /соЯр , в) расположение каналов ротора и статора на временном

участке ар/соЯр < г < (ас + ар)/соЯр , г) расположение каналов ротора и статора

на временном участке (ас + ар)/соЯр < I < (ар + Ьр)/аЯр

Рисунок 4 - Схемы взаимного расположения каналов ротора и статора на различных временных участках

Предложено профиль скорости жидкости в результате вращения ротора описывать с помощью выражения

Уа>к=<»Кр

(22)

где у — координата в радиальном направлении от внешней стенки ротора до внутренней стенки статора, м

Тогда, распределение скорости за счет перепада давления на различных временных участках может быть записано в виде

АР 2

— <Г 2ц

О,

АР 2

— 8 2И

АР 2 — 82 2ц

(

V

2 Л

У

V 4 у У

уСОЯр у

у_

8

У 8

/ \Л/ Л

У

Г Л2^ У

г---

V аКр;

О < Г < ас / соЯр ас/ соЯр < I < ар/соШр , ар/соЯр <1 <(ас + ар)/соЯр , (ас + ар)/соЯр < г1 < (ар + Ьр)/аЯр

(23)

Мощность, диссипируемая в зазоре между ротором и статором, определяется по зависимости

( ^гг \

N = ¡/1

д¥.

х

V ду у

Л,

(24)

где V — объем соответствующего участка в зазоре между ротором и статором, мг'

Общие потери мощности в зазоре определяются пропорционально периодам времени как суммарные потери на каждом из участков в соответствующий временной период

N =

з

Г ( \ ар ~ аг Ьр ~ аг

±—+ лг3) + -£—+ ——

„ 1 г"3} 1 ,-"2

ар + Ьр ар + Ьр ар + ир

(25)

где Л^, Ы2, и ТУ4 - потери мощности на различных временных участках, Вт Диссипация мощности в зазоре определяется по формуле

£3 = Нз/Ру3 > (26)

где у3 = 2тгЯ3к8 - объем жидкости в радиальном зазоре, м3, Я3 = Яр +8/2 -средний радиус зазора, м

При определении удельных энергозатрат не учитывалось, что часть энергии расходуется на нагрев обрабатываемой среды В практических случаях это следует учитывать путем ввода поправочных коэффициентов для каждой из составляющих величин удельной мощности

Величина диссипации мощности, характеризующей проведение процесса эмульгирования в РПА, определяется либо как

£ - кИ£И + /сП£П + кК£К '

либо как

£ — ^3 ' где к ^ , к ц .

(27)

(28)

кК и к3 - коэффициенты, учитывающие эффективные затраты

каждого вида удельной энергии на интенсификацию технологического процесса

Отмеченное обстоятельство связано с тем, что основное физическое воздействие на обрабатываемую среду оказывается либо в канале статора, что характерно для маловязких жидкостей, либо в радиальном зазоре между ротором и статором, что проявляется при обработке жидкостей с высокой вязкостью

В случае, когда киеи + кп£п + кКеК > к3е3, то справедливо выражение

(27), в противном случае - справедливо выражение (28)

Расчетный диаметр капель эмульсии определялся по зависимости

/ / \0,6/ 4-0,4 й = к(а1р) (5) ,

где к =1,35 - эмпирический коэффициент

(29)

б/ \8Х 7 \14

1 - РПА, 2 - емкостной аппарат с тихоходной мешалкой, 3 - термостат, 4, 5 - подводящие трубопроводы для загрузки дисперсной и сплошной фаз, 6 — автотрансформатор, 7 — вольтметр, 8 - амперметр, 9 — ротаметр, 10, 11 - манометры, 12 - термометр, 13 - тахометр, 14 - двигатель, 15 - насос,

16, 17 - вентили Рисунок 5 — Схема экспериментальной установки

Эксперименты по эмульгированию проводили на установке, схема которой представлена на рисунке 5 В ее состав входят РПА 1 и емкость с перемешивающим устройством 2, соединенные трубопроводом в единый циркуляционный контур Поддержание требуемой температуры обеспечивается при помощи термостата 3, подключенного к рубашке емкости Компоненты, входящие в состав эмульсии, подводились к емкости через трубопроводы 4 и 5 Регулирование числа оборотов двигателя РПА 14 осуществлялось при помощи лабораторного автотрансформатора 6, при этом напряжение и силу тока на обмотках двигателя измеряли вольтметром 7 и амперметром 8 В ходе экспериментов проводили замеры расхода среды через РПА ротаметром 9 и давления в напорной и всасывающей линиях циркуляционного контура манометрами 10 и 11 Контроль температуры обрабатываемой среды осуществлялся термометром 12 Частоту вращения ротора измеряли цифровым тахометром 13

Исследовалось получение водных эмульсий с низкой концентрацией дисперсной фазы В качестве дисперсной фазы использовали дизельное топливо (зимнее), олеиновую кислоту, циклогексан и трибутиловый эфир фосфорной кислоты

Основные геометрические характеристики РПА представлены в таблице 1

Таблица 1 - Геометрические характеристики РПА

Размеры, мм

Номер цилиндра ротора

Диаметр цилиндра Ширина канала Высота канала Длина канала Число каналов

54 3

3

4

24

75 3

3

4 36

Размеры, мм

Номер цилиндра статора

Диаметр цилиндра Ширина канала Высота канала Длина канала Число каналов

42 3

3

4

24

65 3

3

4 36

85 3

3

4

Для определения диаметра капель использовался микрофотографический метод Из отобранных проб капли эмульсии наносили на предметные стекла и затем фотографировали в проходящем свете с помощью оптического микроскопа «Jenamed-2», снабженного фотокамерой «Zenit TTL» Для получения достоверных данных в каждой пробе фотографировали несколько полей, после чего оценивался диаметр 800 1100 капель По результатам подсчета строились экспериментальные кривые распределения капель по размерам (рис 6)

капель и коэффициента полидисиерсности эмульсий от скорости вращения ротора.

г

120 140 160 160

Угловая скорость аращамив ротора, рад/с

120 1<s0 t60 iao

Уг пилЛп СКОРОСТЬ йращ-СМИН pOTOfl.3, рля/с

а) б)

а) зависимость среднеарифметического диаметра капель от угловой скорости Вращения ротора; б) зависимость коэффициента полидисперсности К от угловой скорости вращения ротора; о - дизельное топливо (зимнее) - вода; олеиновая кислота - вода; Д ■ циклогексан - вода Рисунок 7 Экспериментальные результаты по эмульгированию модельных

систем

Результаты вычислений диаметра капель эмульсий, полученные по математической модели были сопоставлены С экспериментальными результатами и данными других авторов и представлены на рисунке 8.

с! «Г 10'' . и

/

; ■ я к./

А о* 'О,' f

W х У Ж

О 5 "10 "" Ci(f,"

о - дизельное топливо (зимнее) вода; - олеиновая кислота - вода; Д - циклогексан вода; * - трибутиловый эфир фосфорной кислоты - вода: А. - толуол - вода [по экспериментальным данным A.A. Барама}; я - смесь я-гептана с чегыреххлористым углеродом вода [по экспериментальным данным A.A. Барама]; • - дизельное топливо (зимнее) - вода [по экспериментальным

данным М.А. Балабудкина]; пунктирная линия - расчет по уравнению (29) Рисунок 8 - Сопоставление опытных и расчетных значений dC|J для модельных

систем

Из рисунка 8 видно, что экспериментальные данные удовлетворительно описываются зависимостью (29). Незначительное отклонение, которое не превышает ¡0%, свидетельствует о том, что разработанная модель течения жидкости через рабочие органы РПА адекватно описывает процесс приготовления эмульсии в роторно-пульсационном аппарате, □ полученная зависимость для диаметра капель носит обобщающий характер и может быть использована для расчета дисперсных характеристик низкоконцентрированных эмульсий.

При проведении экспериментов с различными модельными средами установлено, что, однородность приготавливаемой эмульсии зависит от времени пребывания и кратности обработки среды в РПА. То есть при увеличений кратности обработки среды, дисперсный состав капель становится более однородным, а среднеарифметический диаметр капель уменьшается.

В качестве устройства обеспечивающего предварительное дробление капель эмульсии предложено Использование калиброванной металлической сетки, установленной непосредственно на входе в РПА. По результатам экспериментов с применением такого устройства установлено, что оно способствует значительному сокращению времени, необходимому на обработку среды (рис. 9). В экспериментах использовалась сетка из нержавеющей стали с размером ячейки 1Т0" м. установленная во фланцевом соединении на входе в аппарат. Капли 1 «грубой» эмульсии при прохождении через сетку дробились на достаточно большое число капель меньшего размера, после чего предварительно подготовленная таким способом среда обрабатывалась уже непосредственно в

! - без предварительной обработки жидкости; 2-е предварительной обработкой жидкости; о- дизельное топливо вода; I - олеиновая кислота - вода Рисунок 9 - Зависимость среднеарифметического диаметра капель (а) и коэффициента полидисперсности (б) от времени обработки среды

Из рисунка 9 видно, что применение такого устройства позволяет сократить время диспергирования на маломощных РПА примерно на треть. При этом следует отметить, что введение в конструкцию дополнительного устройства | диспергирования не влечет за собой значительного увеличения энергозатрат, а наоборот позволяет их сократить за счет уменьшения кратности обработки среды.

Таким образом, показано, что использование устройства предварительного диспергирования, расположенного во входной части роторно-пульсационного аппарата может значительно повысить эффективность его работы

Для повышения эффективности обработки систем «жидкость - жидкость» предложена конструкция аппарата (рис 10), позволяющая снизить время обработки с одновременным получением капель эмульсии требуемого дисперсного состава и качества

Аппарат может быть использован в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности и предназначен для получения различных дисперсных систем преимущественно «жидкость -жидкость»

Аппарат состоит из рабочей камеры 1 с устройством ввода контактирующих фаз 3 и патрубком вывода эмульсии 10 В корпусе рабочей камеры концентрично установлены цилиндры ротора 8 и статора 9, на боковых поверхностях которых имеются отверстия для прохода обрабатываемой среды Особенностью конструкции является то, что устройство ввода фаз выполнено в виде инжекционного узла смешения, сопло 6 которого расположено непосредственно в камере аппарата При этом центральная часть ротора 7 имеет форму усеченного конуса с углублением в вершине и, по крайней мере, с двумя концентричными кольцевыми выступами на боковой поверхности Для обеспечения требуемого уровня диспергирования при сохранении высокой степени однородности приготавливаемой эмульсии расстояние от среза сопла инжекционного узла смешения до вершины центральной части ротора составляет (10 15)с10а где с10С — диаметр отверстия соплового насадка, а отношение высоты углубления к его диаметру составляет 0,20 0,25

Жидкость 1 /

Жидкость

Эмульсия

1 - цилиндрическая рабочая камера, 2 - крышка, 3 - устройство контактирующих фаз, 4 — центральный патрубок, 5 - канал, 6 — сопло, 7 - ротор, 8 - цилиндры ротора, 9 - цилиндры статора, 10 - выходной патрубок Рисунок 10 - Схема РПА с сопловым вводом обрабатываемой среды

Аппарат работает следующим образом В центральную часть вращающегося ротора 7 через канал 5 и патрубок 4 инжекционного узла смешения 3 поступают исходные компоненты эмульсии Первый выходит из сопла 6 в виде расширяющейся затопленной струи, увлекая за собой часть потока второго компонента Ударяясь о поверхность углубления в центральной части ротора 7,

18

струя дробится на капли, которые после отражения подхватываются потоком второго компонента и вновь ударяются о поверхность концентрических кольцевых выступов Такое многоступенчатое предварительное дробление одного из компонентов позволяет получать достаточно однородный состав эмульсии Далее, проходя через периодически перекрывающиеся каналы в цилиндрах 8 ротора и цилиндрах 9 статора, эмульсия подвергается совместному действию знакопеременного давления, микротечений и развитой турбулентности Под их воздействием происходит окончательное тонкое диспергирование и образуется эмульсия требуемого качества, которая выводится из аппарата через патрубок 10

Заявленная конструкция РПА защищена патентом РФ № 2299091

Основываясь на результатах вычислений, выполненных по математической модели и полученных экспериментальных данных по обработке модельных систем, показано, что наибольшая эффективность работы РПА достигается в кавитационном режиме Для обеспечения возможности создания такого режима работы аппарата, рекомендуется при проектировании его рабочих органов использовать следующие геометрические размеры и соотношения радиальный зазор между ротором и статором 5=(0,1 0,2) 10"3 м, ширина канала статора

ас =(2 2,5) 10"3 м, отношение ширины канала ротора к ширине канала статора ар Iас= 1 3, отношение длины канала статора к его эквивалентному диаметру /с / ¿э » 4,5, отношение ширины стенки ротора к ширине канала ротора

Ър!ар =2 3, длина канала ротора 1р =Т 10"2м, радиус наружней поверхности

ротора следует выбирать из соотношения соКр=22 26 м/с

Создание рабочих органов с рекомендуемыми соотношениями геометрических размеров позволяют повысить эффективность работы РПА при обработке систем «жидкость - жидкость»

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Разработана физико-математическая модель течения вязкой жидкости через прерыватель роторно-пульсационного аппарата с радиальными каналами прямоугольной формы, позволяющая производить оценку расходно-напорных характеристик устройства в зависимости от изменения режимных параметров процесса, геометрии рабочих органов и физико-химических характеристик обрабатываемых сред

2 Предложена функция изменения относительной площади проходного сечения прерывателя от времени для двухцилиндрового РПА, с высокой точностью описывающая процесс его работы, и позволяющая уточнить расчет коэффициентов гидравлического сопротивления потоку обрабатываемой жидкости

3 Разработана физико-математическая модель диссипации мощности в радиальном зазоре аппарата, позволяющая прогнозировать уровень энерговыделения при обработке различных дисперсных систем

4 Экспериментально исследовано влияние физико-химических свойств обрабатываемых сред, геометрии рабочих органов и режимных параметров процесса на дисперсные характеристики получаемых эмульсий Получена эмпирическая зависимость для расчета диаметра капель низкоконцентрированных эмульсий при их обработке в РПА, удовлетворительно описывающая экспериментальные данные

5 Разработаны практические рекомендации по проектированию рабочих органов РПА и предложена конструкция аппарата для обработки систем «жидкость - жидкость», защищенная патентом РФ

6 Результаты диссертационной работы использованы при проектировании и эксплуатации роторно-пульсационного аппарата в составе пилотной установки экстракции опытного производства ИПХЭТ СО РАН

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ар,ас - ширина каналов ротора и статора, м, В{()~ коэффициент гидравлических потерь в зависимости от скорости потока, с - скорость звука в жидкости, м/с, d - диаметр капель, м, d:} - эквивалентный гидравлический

диаметр поперечного сечения канала статора, м, DKi- диаметр кумулятивной

струйки, м, Еи - кинетическая энергия жидкости за счет импульсного ввода, Дж, Еш - энергия одиночного кавитационного пузырька, Дж, Еп - энергия всех

кавитационных пузырьков, Дж, Но - V0t0 /(21Э) - критерий гомохронности, К -коэффициент полидисперсности, к - коэффициент, I = 1р + 1с + 6 - длина пути жидкости в прерывателе, м, - длина кумулятивной струйки, м, 1Р,1С — длины

каналов ротора и статора, м, /э = / + (1 + F)^SC ¡п - эквивалентная длина прерывателя, м, NH - мощность жидкости при ее импульсном вводе в канал статора, Вт, пк - число кавитационных пузырьков, NK1 - мощность одиночной

кумулятивной струйки, Вт, NK — мощность всех кумулятивных струек, Вт, Nn -мощность при схлапывании кавитационных пузырьков, Вт, АР - перепад давления между полостью ротора и камерой статора, Па, P(t) - мгновенное значение

давления, Па, Р„ - статическое давление в жидкости, Па, Рк - давление в рабочей

камере, Па, Ра - давление насыщенных паров, Па, Q - расход жидкости, м3/с, R -радиус пузырька, м, Ro- начальный радиус пузырька, м, Rmax - максимальный

радиус пузырька, м, Re = VQd3pI/л- критерий Рейнольдса, Ro = (ас /(2/э))2-ротационный коэффициент, Rp— радиус наружной поверхности ротора, м, Sc -площадь поперечного сечения выходного отверстия канала статора, м2, s = S(t) / Sc относительная площадь проходного сечения прерывателя, Т - период, с, t -время, с, t0 = а(. l(coRp)~ масштаб времени, t3- время схлапывания пузырька, с,

20

V - скорость жидкости, м/с, V0 = APt0 /(р!э ) - масштаб скорости, м/с, v0 - объем жидкости вводимой в канал ротора за время совмещения каналов, м3, V3 -скорость захлапывания кавитационного пузырька, м/с, VmR - скорость жидкости в

радиальном зазоре за счет вращения ротора, м/с, VM, - скорость жидкости в

зазоре за счет перепада давления, м/с, vK - объем камеры статора, м3, V0TH -относительная скорость, м/с, Vx — окружная скорость жидкости в зазоре, м/с,

W = V/V0 - относительная скорость, Г— квадратный корень из отношения

площади выходного отверстия канала статора к площади входного отверстия

канала ротора, у - показатель политропы, А = 8 / ас - относительный зазор, S -

радиальный зазор между ротором и статором, м, е - диссипация мощности, Вт/кг, 8И - диссипация мощности при импульсном вводе жидкости в канал статора, Вт/кг, 8П - диссипация мощности при схлапывании кавитационных пузырьков, Вт/кг, /j. - коэффициент динамической вязкости жидкости Па с, <;(t) -нестационарный коэффициент гидравлического сопротивления, р - плотность жидкости, кг/м3, а - поверхностное натяжение, Н/м, т = t / tQ — относительное время, со — угловая скорость ротора рад/с

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Кухленко, А А Установка с роторно-пульсационным аппаратом / А А Кухленко, М С Василишин // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях Межвузовский сборник - Барнаул АлтГТУ, 2004 - С 196-198

2 Карпов, А Г Установка для исследования процессов диспергирования в системах «жидкость-жидкость» и «жидкость - твердое тело» / А Г Карпов, М С Василишин, А А Кухленко / ИПХЭТ СО РАН - Бийск, 2005 - 6 с ил -Библиогр 5 назв - Рус - Деп в ВИНИТИ 06 05 05 № 667-В2005

3 Кухленко, А А Моделирование течения потока реальной жидкости в каналах роторно-пульсационного аппарата / А А Кухленко, М С Василишин, А Г Карпов // Материалы и технологии XXI века Доклады II Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых - М ЦЭИ «Химмаш» -2005 -С 62-67

4 Кухленко, А А Дисперсный состав эмульсий полученных в роторно-пульсационном аппарате / А А Кухленко, М С Василишин, А Г Карпов, Н В Бычин // Химия XXI век новые технологии, новые продукты Доклады VIII международной научно-практической конференции - Кемерово КГТУ — 2005 -С 266-268

5 Кухленко, А А Влияние скорости вращения ротора и концентрации дисперсной фазы на качественный состав эмульсии, получаемой в роторно-пульсационном аппарате / А А Кухленко, М С Василишин, А Г Карпов //

21

Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии Материалы 3-й всероссийской конференции молодых ученых - Томск Институт оптики атмосферы СО РАН - 2006 - С 262-265

6 Кухленко, А А Моделирование течения реальной жидкости и диссипации мощности в радиальном зазоре роторно-пульсационного аппарата / А А Кухленко, М С Василишин // Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов Доклады I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых -Бийск БТИ АлтГТУ, 2006 -С 124-133

7 Кухленко, А А Моделирование площади проходного сечения модулятора в аппаратах роторно-пульсационного типа / А А Кухленко, М С Василишин, А Г Карпов//Хим технология -2006 -№11 -С 35-38

8 Кухленко, А А Исследование дисперсного состава низкоконцентрированных эмульсий, получаемых в роторно-пульсационном аппарате / А А Кухленко, М С Василишин, Н В Бычин, А Г Карпов // Химическая технология Сборник тезисов докладов Международной конференции по химической технологии XT'07 Т2 -М Ленанд -2007 - С 239-242

9 Роторно-пульсационный аппарат для получения преимущественно систем «жидкость - жидкость» патент 2299091 (РФ), МКИ В 01 F 3/08, В 01 F 7/28 / Г В Сакович, М С Василишин, А А Кухленко, С В Сысолятин, А Г Карпов - 2007 Б и № 14

Кухленко Алексей Анатольевич

Совершенствование методов расчета технологических параметров аппарата роторно-пульсационного типа для приготовления эмульсий

Отпечатано в ГИО ИПХЭТ СО РАН

659322, Алтайский край, г Бийск, ул Социалистическая, 1

Уел печ л - 1,4 Тираж 100 экз

Введение

1 Применение эмульгирования в промышленности и необходимость 7 использования новых перспективных способов диспергирования

1.1 Обзор факторов, определяющих интенсификацию процесса 7 эмульгирования

1.2 Интенсификация процесса эмульгирования при использовании 10 механизма сдвиговых напряжений

1.3 Интенсификация процесса эмульгирования с использованием 14 механизма изменения скорости потока жидкости при изменении сечения канала

1.4 Интенсификация процесса эмульгирования с использованием 16 механизма внезапного ускорения или торможения потока вследствие внешнего воздействия

1.5 Обзор конструкций роторно-пульсационных аппаратов для 25 обработки гетерогенных сред

2 Математическое моделирование течения жидких сред через рабочие 38 органы РПА и определение удельных энергозатрат

2.1 Течение потока жидкости через каналы ротора и статора роторно- 39 пульсационного аппарата

2.2 Определение коэффициентов гидравлического сопротивления

2.3 Определение.кинематических и динамических параметров потока 51 жидкости

2.4 Исследование кавитационного механизма диспергирования

2.5 Моделирование структуры потока жидкости в радиальном зазоре 73 между ротором и статором

2.6 Расчет диаметра капель эмульсии

3 Экспериментальное исследование процесса эмульгирования в 93 роторно-пульсационном аппарате

3.1 Описание экспериментальной установки и исследуемых модельных 93 систем

3.2 Влияние режимных параметров обработки на дисперсный состав и 97 однородность приготавливаемой эмульсии

4 Конструктивные методы совершенствования роторно-пульсационных 103 аппаратов

4.1 Влияние предварительной обработки жидкости на дисперсный состав и однородность приготавливаемой эмульсии

4.2 Предлагаемая конструкция РПА для получения эмульсий

4.3 Рекомендации по проектированию рабочих органов РПА 107 Основные результаты работы

Интенсификация производственных процессов и повышение эффективности технологического оборудования является одной из приоритетных задач развития науки и техники. Основой повышения качества продукции, увеличения производительности и снижения энергозатрат на проведение химико-технологических процессов служит разработка высокоэффективных аппаратов с оптимальной удельной энергоемкостью и материалоемкостью, высокой степенью воздействия на обрабатываемые вещества.

К их числу могут быть отнесены применяемые в различных отраслях промышленности роторные аппараты для обработки гетерогенных систем. Например, в химической промышленности они используются для приготовления различных дисперсий, эмульсий, интенсификации массообменных процессов [1-13]; в фармацевтической и косметической - для экстрагирования лекарственных веществ из растительного сырья, приготовления витаминных препаратов, кремов, мазей и т.п. [14-22]; в металлургической и горнодобывающей - для проведения процессов выщелачивания и получения рабочих жидкостей механизированных шахтных крепей [23]; в топливно-энергетической - для приготовления водотопливных эмульсий [24]; в машиностроении - для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей [25], а также для других целей [26,27].

Роторное технологическое оборудование, применяемое для реализации процессов диспергирования отличается большим разнообразием как по габаритам, так и по принципу физического воздействия, оказываемого рабочими органами аппаратов на обрабатываемую среду. Это естественным образом сказывается как на эффективности обработки, так и на качестве получаемых продуктов.

Анализ наиболее широко применяемых на практике методов диспергирования гетерогенных систем (механические, струйные, ультразвуковые и т.п.) показывает, что все они обладают большим количеством недостатков, в конечном итоге приводящих к снижению эффективности технологического процесса и значительным энергозатратам при работе оборудования.

В настоящее время в различных областях химической промышленности все чаще применяются аппараты роторно-пульсационного типа (РПА), характеризующиеся многофакторным воздействием на обрабатываемую среду и имеющие наивысший уровень производственной эффективности.

Отличительной особенностью РПА является наличие, по меньшей мере, двух элементов с взаимно параллельными поверхностями (как правило цилиндров) и симметричных относительно общей оси вращения. Один из этих элементов (ротор) вращается с большой скоростью, а другой (статор) жестко закреплен на корпусе аппарата. Боковые поверхности этих элементов имеют одинаковое или различное число радиальных каналов для прохождения обрабатываемой среды. При периодическом открывании и закрывании каналов, поток жидкости тормозится, и в нем с частотой в несколько килогерц возникают эффекты гидравлического удара, сопровождающиеся интенсивными пульсациями скорости и давления. Отмеченные факторы играют доминирующую роль при интенсификации процессов диспергирования.

Применение технологического оборудования, работающего с использованием указанных физических эффектов, требует создания научно обоснованных методов расчета; конструирования и масштабирования, которые на текущий момент недостаточно полно освещены в отечественной и зарубежной литературе.

Целью настоящей работы является теоретическое и экспериментальное исследования закономерностей течения обрабатываемых сред в рабочих органах РПА и определение затрат мощности, направленные на совершенствование его конструкции и повышение эффективности процесса эмульгирования.

Настоящая работа является составной частью исследований, проводимых в течение последних лет в лаборатории «Процессов и аппаратов химических технологий» Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук в рамках госбюджетных тематик.

Основные результаты работы:

1 Разработана физико-математическая модель течения вязкой жидкости через прерыватель роторно-пульсационного аппарата с радиальными каналами прямоугольной формы, позволяющая производить оценку расходно-напорных характеристик устройства в зависимости от изменения режимных параметров процесса, геометрии рабочих органов и физико-химических характеристик обрабатываемых сред.

2 Предложена функция изменения относительной площади проходного сечения прерывателя от времени для двухцилиндрового РПА, с высокой точностью описывающая процесс его работы, и позволяющая уточнить расчет коэффициентов гидравлического сопротивления потоку обрабатываемой жидкости.

3 Разработана физико-математическая модель диссипации мощности в радиальном зазоре аппарата, позволяющая прогнозировать уровень энерговыделения при обработке различных дисперсных систем.

4 Экспериментально исследовано влияние физико-химических свойств обрабатываемых сред, геометрии рабочих органов и режимных параметров процесса на дисперсные характеристики получаемых эмульсий. Получена эмпирическая зависимость для расчета диаметра капель низкоконцентрированных эмульсий при их обработке в РПА, удовлетворительно описывающая экспериментальные данные.

5 Разработаны практические рекомендации по проектированию рабочих органов РПА и предложена конструкция аппарата для обработки систем «жидкость - жидкость», защищенная патентом РФ.

6 Результаты диссертационной работы использованы при проектировании и эксплуатации роторно-пульсационного аппарата в составе пилотной установки экстракции опытного производства ИПХЭТ СО РАН.

1. Балабудкин, М.А. Исследование процесса мокрого диспергирования твердых материалов в роторно-пульсационном аппарате / М.А. Балабудкин, А.А. Барам // Теор. основы хим. технол. 1968. - Т.2. - № 4. - С. 639-642.

2. Белевицкая, М.А. Получение устойчивых эмульсий в аппаратах с мешалками / М.А. Белевицкая, В.М. Барабаш // Теор. основы хим. технол. -1994. Т.28. - № 4.- С. 342-347.

3. Звездин, А.К. Использование аппаратов типа РАМП для получения высокодисперсных эмульсий в режиме акустической кавитации: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.17.08. Москва. - 1983.- 16 с.

4. Иванец, В.Н. Повышение эффективности газожидкостных процессов в роторно-пульсационном аппарате / В.Н. Иванец, С.Н. Альбрехт, Г.Е, Иванец // Химическая промышленность. 2000. - № 11. - С. 596-598.

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

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

7. Мандрыка, Е.А. Экспериментальное исследование кинетики процесса растворения в роторном аппарате с модуляцией потока (РАМП): Авторефератдиссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.17.08. 1. Москва 1979. - 16 с.

8. Промтов, М.А. Интенсификация процессов эмульгирования и растворения в аппаратах роторного типа: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.17.08. Тамбов. - 1992. -17 с.

9. Промтов, М.А. Интенсификация химико-технологических процессов в импульсных потоках гетерогенных жидкостей (на примере процессов эмульгирования, диспергирования, растворения и экстрагирования):

10. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д-ра техн. наук: 05.17.08. Тамбов. - 2001. - 33 с.

11. Промтов, М.А. Диспергирование твердых частиц в жидкости при обработке в роторно-импульсном аппарате / М.А. Промтов, М.В. Монастырский // Изв. вузов. Химия и хим. технол. 2001. - Т.44. - № 3. -С. 143-144.

12. Промтов, М.А. Кинетика растворения NaCl в воде при обработке в роторно-импульсном аппарате / М.А. Промтов, В.М. Червяков // Изв. вузов. Химия и хим. технол. 2000. - Т.43. - № 6. - С. 120-123.

13. Pedrocchi, L. Emulsionctellung im turbulenten Scherfeld / L. Pedrocchi, F. Widmer // Chem.-Ing.-Tech. 61 (1989) - Nr. 1. - S. 082-083.

14. Koglin, B. Kontinuerliches Emulgiren mit Rotor/Stator-Maschinen: Einfluss der volumenbezogen Dispergierleistung und der Vervelzeit auf die Emulsioneinheit / B.Koglin, J. Pawlowski, H. Schnoring // Chem.-Ing.-Tech. 53 (1981) - Nr. 8.-S. 641-647.

15. Алтухова, Л.Б. Разработка технологии изготовления суспензии сульфалена с использованием роликового аппарата / Л.Б.Алтухова, Л.И. Алферова, Б.В. Андреев, М.А. Балабудкин, Л.А. Климов, Н.П. Марченко,

16. B.Ф. Осипов, В.А. Скорых, Н.Г. Танкаян // Хим.-фарм. журнал. 1985. - № 10.—1. C. 1225-1228.

17. Балабудкин, М.А. Интенсивный метод экстрагирования кумаринов из корней Seseli Grandivittatum / М.А. Балабудкин, Э.М. Агаев, A.M. Абышев, В.В. Скиба // Хим.-фарм. журнал. 1993. - № 3. - С.47-48.

18. Балабудкин, М.А. Разработка мази мегосина / М.А. Балабудкин,

19. B.В. Дрекало, Л.И. Алферова, Л.М. Биктимиров, В.А. Калайджан, Х.Х. Хаитбаев // Хим.-фарм. журнал. 1990. - №1. - С. 73-74.

20. Балабудкин, М.А. Установка мокрого измельчения галловых орешков с роторно-пульсационным аппаратом / М.А. Балабудкин, Л.А. Климов, М.В. Леквеишвили, В.Г. Шебатин // Хим.-фарм. журнал. 1990. - № 3. - С. 68-69.

21. Зимин, А.И. Интенсификация приготовления дисперсных сред в роторно-импульсных аппаратах в химико-фармацевтической промышленности // Хим.-фарм. журнал. 1997. - №8. - С. 50-53.

22. Зимин, А.И. Приготовление раствора эвкамилина в этиловом спирте в роторном аппарате при импульсном возбуждении кавитации // Хим.-фарм. журнал. -.1996. № 10. - С.46-47.

23. Милешин, Ю.Н. Применение ротационно-импульсного аппарата для интенсификации процесса экстрагирования пенициллина / Ю.Н. Милешин, Ю.А. Шурчикова, М.В. Бикмаев // Хим.-фарм. журнал. 1974. - Т.8. - № 7. - С. 47-50.

24. Промтов, М.А. Экспериментальные исследования процесса эмульгирования лекарственных форм в роторно-импульсном аппарате / М.А. Промтов, А.И. Зимин // Хим.-фарм. журнал. 2000. - Т.34. - №10. - С. 3839.

25. Зимин, А.И. Диспергирование рабочих жидкостей для гидрооборудования с учетом центробежного фактора // Уголь. 1996. - № 10.1. C.23-24.

26. Бузуков, А.А. Диспергирование высоконапорной струи водотопливной эмульсии / А.А. Бузуков, Б.П. Тимошенко // Прикл. механика и техн. физика. -1995. -Т.36. -№2.-С.106-111.

27. Балабышко, A.M. Роторный аппарат с модуляцией потока для получения высоковязких СОЖ / A.M. Балабышко, А.И. Зимин // Вестн. машиностроения. 1990. - №15. - С. 59-60.

28. Бутко, Г.Ю. Исследование процессов эмульгирования в роторно-пульсационных аппаратах применительно к целлюлозно-бумажному производству: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.21.03. Ленинград. - 1975. - 20 с.

29. Крехова, М.Г. Влияние вязкости несмешивающихся жидкостей на формирование эмульсий из растворов каучуков / М.Г. Крехова, С.К. Минксер, К.С. Минксер // Теор. основы хим. технол. 1995. - Т.29. - № 5. - С.496-498.

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

31. Эмульсии. Под редакцией Ф. Шермана. Пер. с англ. Под ред. А.А. Абрамзона. Л.: Изд-во «Химия», 1972. - 448 с.

32. Пажи, Д.Г. Форсунки в химической промышленности / Д.Г. Пажи, А.В. Прахов, Б.Б. Равикович. -М.: Химия, 1971.-221 с.

33. Чуфаровский, А.А. Современные методы и оборудование для получения жидкофазных смесей / А.А. Чуфаровский, С.В Галустов. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1990. - 48 с.

34. Пажи Д.Г. Распылители жидкостей / Д.Г. Пажи, B.C. Галустов. -М.: Химия, 1979.-216 с.

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

36. Гершгал, Д.А. Ультразвуковая технологическая аппаратура / Д.А. Гершгал, В.М. Фридман М.: Энергия, 1976. - 320 с.

37. Долинский, А.А. Принципы разработки новых энергоресурсосберегающих технологий и оборудования на основе методов дискретно-импульсного ввода энергии / А.А. Долинский, Г;К. Иваницкий // Пром. теплотехника. 1997. - Т. 19.-№ 4-5. - С. 13-25.

38. Davies J.T. A physical interpretation of droop sizes in homogenizers and agitated tanks, including the dispersion of viscous oils // Chem. Engng. Sci. 1987. -42.-№ 47.- P.1671—1676.

39. Балабудкин, М.А. Исследование частотно-амплитудного спектра динамического давления в роторно-пульсационных аппаратах / М.А. Балабудкин, А.А. Барам // Теор. основы хим. технол. 1968. - Т.2. - № 4-С. 609-614.

40. Балабудкин, М.А. О закономерностях гидромеханических явлений в роторно-пульсационных аппаратах // Теор. основы хим. технол. 1975. - Т.9. -№5.-С. 783-788.

41. Римский-Корсаков, А.В. Электроакустика. М.: Связь, 1973. - 272 с.

42. Биглер, В.И. Нестационарное истечение реальной жидкости через отверстия гидродинамической сирены / В.И. Биглер, В.Ф. Юдаев // Акуст. журн. 1978. - Т.24. - №2. - С. 289-291.

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

44. Функ, Д. Неустановившиеся процессы в отверстиях и очень коротких, трубах / Д. Функ, Д. Вуд, С. Чжао // Теор. основы инж. расчетов. 1972. — №22.-С. 245-253.

45. Базадзе, Л.Г. Воздействие кавитации на процесс разделения водно-спиртовой смеси / Л.Г. Базадзе, А.И. Зимин, В.Ф. Юдаев // Журн. прикл. химии. 1989. - Т.62. -№5. - С.673-677.

46. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М.: Машиностроение, 1975.-464с.

47. Юдаев, В.Ф. Гидромеханические процессы в роторных аппаратах с модуляцией проходного сечения потока обрабатываемой среды // Теор. основы хим. технол. 1994. - Т. 28. - № 6.- С. 581-590.

48. Юдаев, В.Ф. Методы расчета гидравлических и динамических характеристик модулятора роторного аппарата. / В.Ф. Юдаев, А.И. Зимин, Л.Г. Базадзе // Изв. вузов. Машиностроение. 1985. - № 1. - С. 65-69.

49. Юдаев, В.Ф. Исследование гидродинамической сирены / В.Ф. Юдаев, Д.Т. Кокорев // Изв. вузов. Машиностроение. 1969. - № 10. - С. 72-78.

50. Юдаев, В.Ф. Критерий границы между процессами кавитации и кипения / В.Ф. Юдаев // Теор. основы хим. технол. 2002. - Т. 36. - № 6. -С. 599-603.

51. Зимин, А.И. Прикладная механика прерывистых течений. -М.: Фолиант, 1997. 305 с.

52. Балабышко, A.M. Гидромеханическое диспергирование . / A.M. Балабышко, А.И. Зимин, В.П. Ружицкий. М.: Наука, 1998. - 322 с.

53. Промтов, М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика. М.: Машиностроение, 2001. - 260 с.

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

55. Юдаев, В.Ф. Площадь проходного сечения модулятора роторного аппарата / В.Ф. Юдаев, Л.В. Чичева-Филатова, В.А. Алексеев // Изв. вузов. Машиностроение. 2004. - № 11. - С. 35-39.

56. Червяков, В.М. Нестационарное течение идеальной сжимаемой среды в каналах роторного аппарата / В.М. Червяков, Ю.В. Воробьев // Теор. основы хим. технол. 2005. - Т. 39. - № 1. - С. 65-71.

57. Кухленко, А.А. Моделирование площади проходного сечения модулятора в аппаратах роторно-пульсационного типа / А.А. Кухленко, М.С. Василишин, А.Г. Карпов // Хим. технология. 2006. - № 11. - С. 35-38.

58. Альтшуль, А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1982. -224с.

59. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987. -840с.

60. Корн, Г. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) / Г. Корн, Т. Корн М.: Наука, 1977. - 832 с.

61. Перник, А.Д. Проблемы кавитации. Л.: Судостроение, 1966. - 439 с.

62. Флинн, Г. Физика акустической кавитации в жидкостях // Физическая акустика/Под ред. У. Мезона. -М.: Мир, 1967.-Т. 1.-Ч. 6.-С. 7-138.

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

64. Маргулис, М.А. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях): Учеб. пособие для хим. и хим.-технол. спец. вузов. -М.: Высш. шк., 1984. 272 с.

65. Акуличев, В.А. Пульсации кавитационных полостей // Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука, 1968. - Ч. 4. -С. 129- 166.

66. Neppiras, Е.А. Acoustic cavitation // Phys. Repts. 1980. - V.61. - №3. -P. 159-251.

67. Акуличев, В.А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. -М.: Наука, 1978.-220 с.

68. Агранат, Б.А. Основы физики и техники ультразвука: Учеб. пособие для вузов / Б.А. Агранат, М.Н. Дубровин, Н.Н. Хавский и др. М.: Высш. шк., 1987. -352 с.'

69. Маргулис, М.А. Звукохимические реакции и сонолюминисценция. -М.: Химия, 1986.-288 с.

70. Розенберг, Л.Д. Кавитационная область // Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука, 1968. - Ч. 6. - С. 221-266.

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

72. Бергман, Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. -М.: Иностр. лит., 1957. 726 с.

73. Сиротюк, М.Г. Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации // Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д. Розенберга. -М.: Наука, 1968. Ч. 5. - С. 168-220.

74. Лаврентьев, М.А. Проблемы гидродинамики и их математические модели /М.А. Лаврентьев, Б.В. Шабат-М.: Наука, 1973.-416 с.

75. Кедринский, В.К. Инверсия двухфазного состояния жидкости при импульсном нагружении / В.К. Кедринский, А.С. Бесов, И.Э. Гутник / Доклады АН РФ. 1997. - Т. 352. - № 4. - С. 477-479.

76. Дерко, П.П. О гидромеханических закономерностях работы роторно-пульсационных аппаратов / П.П. Дерко, А.А. Барам, В.Б. Коган, А.Н. Новичков, O.K. Федоров // Теор. основы хим. технол. 1973. - Т. 7. - № 1. - С. 123-125.

77. Абиев, Р.Ш. Исследование и опыт промышленных испытаний пульсационных резонансных аппаратов для обработки систем жидкость -капиллярно-пористые частицы / Абиев Р.Ш. // Хим. промышленность. 2003. -Т.80.-№7.-С. 341-347.

78. Балабудкин, М.А. Об эффективности роторно-пульсационных аппаратов при обработке эмульсионных систем / М.А. Балабудкин, С.И. Голобородкин, Н.С. Шулаев // Теор. основы хим. технол. 1990. - Т. 24. -№ 4. - С. 502-506.

79. Плотников, В.А. Вихревой поток между пористыми цилиндрами /

80. B.А. Плотников, О.А. Трошкин // Хим. и нефтехим. машиностр. 2000. - № 6.1. C. 16-19.

81. Промтов, М.А. Исследование гидродинамических закономерностей работы роторно-импульсного аппарата // Теор. основы хим. технол. 2001. -Т. 35.-№ 1.-С. 103-106.

82. Дорфман, Л.А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. М.: Физматгиз, 1960. - 260 с.

83. Милн-Томсон JI.M. Теоретическая гидродинамика. М.: Мир, 1964. -656 с.

84. Ландау, Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика: Учеб. пособие для ун-тов. Т.6. Гидродинамика / Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц М.: Наука, 1988. -736 с.

85. Клейтон, В. Эмульсии. Их теория и техническое применение. / Пер. с англ. под ред. П.А. Ребиндера. М.: Иностр. лит., 1950. - 680 с.

86. Брагинский, Л.Н. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета / Л.Н. Брагинский, В.И. Бегачев, В.Н. Барабаш Л.: Химия. - 1984. - 336 с.

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

88. Кухленко, А.А. Установка с роторно-пульсационным аппаратом / А.А. Кухленко, М.С. Василишин // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях: Межвузовский сборник. Изд-во Алт. гос. ун-та. 2004. - С. 196-198.

89. Рабинович, В.А. Краткий химический справочник / В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. Л.: Химия, 1978. - 392 с.

90. Роторный аппарат: патент 2155634 (РФ), МКИ В 06 F 7/00. / М.А. Промтов, В.М. Червяков, Ю.В. Воробьев. 2000. Б.и. № 15.

91. Роторный аппарат: патент 21655292 (РФ), МКИ В 01 F 7/00. / В.М. Червяков, М.А. Промтов, А.А. Коптев. 2001. Б.и. №11.

92. Роторный аппарат: А.с. 1674942 (СССР), МКИ В 01 F 7/28. / В.М. Червяков, М.А. Промтов, Ю.В. Воробьев. 1991. Б.и. № 33.

93. Роторный аппарат: патент 2165787 (РФ), МКИ В 01 F 7/12. / М.А. Промтов, М.В. Монастырский. 2001. Б.и. № 12.

94. Роторный аппарат: А.с. 1719045 (СССР), МКИ В 01 F 7/28. / В.М. Червяков, Е.С. Шитиков, Ю.В. Воробьев. 1992. Б.и. № 10.

95. Высокочастотный многорядный импульсный аппарат: патент 2166360 (РФ), МКИ В 01 F 7/00. / А.И. Зимин, М.А. Промтов, С.К. Карепанов. 2001. Б.и. № 29.

96. Роторно-пульсационный аппарат для получения преимущественно систем «жидкость жидкость»: патент 2299091 (РФ), МКИ В 01 F 3/08, В 01 F 7/28 / Г.В. Сакович, М.С. Василишин, А.А. Кухленко, С.В. Сысолятин, А.Г. Карпов. - 2007. Б.и.№ 14.

97. Барам А.А. Диспергирование в системе жидкость жидкость в аппарате роторно-пульсационного типа // Теор. основы хим. технол. - 1988. -Т.22.-№ 5.-С. 655-660.

98. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии М.: Химия. - 1971. - 786 с.

99. ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯа ширина канала, м;

100. Но = V0t0 /(2/э)- критерий гомохронности;s = S(t)/Sc относительная площадь канала статора;t0 = ас I(cqRp) масштаб времени;

101. V0 = APt01(р1э) масштаб скорости;

102. Re = VQd3pl ц критерий Рейнольдса;

103. Rew = coRpdp/ /л модифицированный критерий Рейнольдса;1. А 51. Д =--относительный зазор;асr = t/tQ относительное время; w V

104. W =--относительная скорость;К

105. И за счет импульсного ввода; К - за счет кумулятивных струй, камеры;3 при захлопывании пузырька, в зазоре; опт - оптимальный;лс ламинарный статора; лр - ламинарный ротора; coR - угловая;