авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 11 |

«Министерство образования и науки РФ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» Лесной и химический комплексы – проблемы и ...»

-- [ Страница 3 ] --

Как известно, в релаксационной спектроскопии ЯМР сигнал после 900 импульса угасает экспоненциально с постоянной времени Т2 согласно уравнению M t = M 0 exp( Tt2 ). (1) Гетерогенность среды приводит к увеличению числа Мк с разной скоростью релаксационных процессов [1]. К таким системам относятся, например жидкость пористое твердое тело, биологические обьекты, гели и пр. Различие релаксационных характеристик в гетерогенных обьектах определяется в основном различиями в молекулярной подвижности для разных структурных областей. Интерпретация результатов исследований в гетерогенных системах осложняется неопределенностью распределения фаз и возможностью обмена молекулами между фазами. Принципы описания релаксационных процессов в гетерогенных системах заложены в работах [2, 3]. В частном случае двух фаз F (t ) = Fa (0) exp( Tta ) + Fb (0) exp( Ttb ), (2) где, F (t ) релаксационная функция продольной или поперечной намагниченности. Если между фазами происходит медленный обмен, то одновременно происходит перенос намагниченности между фазами. Поэтому выражение (2) трансформируется в [1] F (t ) = F (0)[ p a exp( Tt ' ) + pb exp( Tt ' )] ' ', (3) a b ' ' ' ' где, p, p, T, T кажущиеся заселенности и времена релаксации. В частности, в a b a b приборе Minispec mq Series, Bruker, программы "fit monodecay", "fit bidecay", "fit tridecay" и "fit quaddecay" позволяют аппроксимировать экспериментальные данные одно, двух, трех и четырехэкспоненциальной зависимостью [4].

В общем случае N компонентов, очевидно N F (t ) = F (0) p k exp( Tt ' ) ' k k =1. (4) Для непрерывного распределения неоднородности для полимеров нерегулярного строения также можно ожидать замену конечной суммы (4) на интеграл. То есть TMAX t F (t ) = exp( ) f (T )dt T. (5) Здесь f(T)- плотность функции распределения времени релаксации, учитывающая неоднородность строения полимера.

В то же время известно, что для процессов деструкции полимеров кинетическая кривая описывается уравнением K G(k, t ) f (k )dk C (t ) = (6) Такая аналогия позволяет предположить, что в случае ЯМР релаксационной спектроскопии полимеров нерегулярного строения, а к таковым относятся полимеры древесины, можно ожидать, что f (T ), найденная из решения интегрального уравнения (5) и f (k ), найденная из (6) быдут коррелировать.

Очевидно, что в данной формулировке задача описания релаксационной кривой сводится к решению интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода. Это некорректная задача и требует применения специальных методов. В качестве такового предлагается использование метода Тихонова [6]. При этом в качестве стабилизатора использовать выражение [ f 2 ( s ) + f ' ( s ) 2 ]ds.





b (7) a А параметр регуляризации определять методом эталонного примера [7].

Такой подход дает возможность, для определения f (k,0), заменить громоздкий и затратный по времени кинетический эксперимент на ЯМР спектроскопию. Что позволяет, в свою очередь, получать математические модели технологического процесса варки целлюлозы в режиме реального времени [10].

Библиографический список:

Чижик В.И. Ядерная магнитная релаксация [Текст] / В.И.Чижик. – Ленинград. – 1.

Издательство Ленинградского университета, 1991. -254 с.

2. Zimmerman J.R. Nuclear magnetic resonance studies in multiple phase system:

Lifetime of a woter molecule in an adsorbin phase on silica gel [Текст] / J.R.Zimmerman, W.E.Brittin. – J. Phys. Chem, 1957. – Vol.61. -№9. - p. 1328-1333.

3. Woessner D.E. Nuclear transfer effects in nuclear magnetic resonance pulse experiment [Текст] / D.E.Woessner. – J. Phys. Chem, 1961. –Vol. 35. - №1. –P.41-48.

The minispec mq Series. Руководство по измерению времен релаксации (Т1 и Т2 ) 4.

[Текст] / Вruker Analytik GmbH Am Silbersteifen. –April 2001. -58 p.

Эмануэль Н.М. Химическая физика молекулярного разрушения и стабилизации 5.

полимеров [Текст] / Н.М.Эмануэль, А.Л.Бучаченко. - М.: Наука, 1988. - 368 с.

Тихонов А.Н. Методы решения некорректных задач [Текст] / А.Н.Тихонов, 6.

В.Я. Арсенин. - М., Наука, 1974. -274 с.

Базилевский М.В. Современные теории химических реакций в 7.

конденсированной фазе [Текст] / М.В.Базилевский, В.И.Фаустов. - Успехи химии, 1992. -Т.61. -С.1185.

8. Tolkatchev V.A. [Текст] / V.A. Tolkatchev. - Chem. Phys.. 1987. -V.116. -P.283.

Аринштейн А.Э. Полихронная кинетика химических реакций в 9.

конденсированных системах [Текст] / А.Э. Аринштейн. - Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения, 2001г. - № 4.

Зорин И.Ф. Управление процессами целлюлозно-бумажного производства 10.

[Текст]/ И.Ф.Зорин, В.П.Петров, С.А.Рогульская. - М.: Лесная пром-сть, 1981. - 320 с.

УДК 630*6 М.А. Битехтина Е.С. Маслова В.Р. Пен О ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ПОЛИМЕРА ПРИ ПОМОЩИ ЯМР РЕЛАКСАЦИОННЫХ СПЕКТРОВ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск В данной работе были сопоставлены зависимость времени релаксации Т1 от времени делигнификации с дифференциальными кривыми распределения энергии активации по массовым долям кинетических ансамблей. Был сделан вывод о возможности оценки химической неоднородности полимеров древесины по данным ЯМР релаксационных спектров.

Химическая неоднородность полимера приводит к появлению так называемой полихронной кинетики [1]. Возникает распределение химических связей в макромолекулах по кинетическим параметрам. Для экспериментального определения этих распределений необходимо построение и анализ кинетических кривых, что предполагает выполнение большого объема исследований и, соответственно, значительных затрат времени. В то же время неоднородность строения полимера может быть выявлена методом ЯМР-релаксационной спектроскопии. На рисунке представлена зависимость времени релаксации Т1 от времени процесса делигнификации.





T 0 200 400 600 800 1000 1200 t,min.

Рисунок 1 - Зависимость времени релаксации Т1 от времени делигнификации При общем тренде на уменьшение Т1 во времени на рисунке наблюдается периодическое увеличение и уменьшение этой величины, непосредственно связанной с интенсивностью взаимодействия релаксирующих ядер с лигно-углеводной матрицей.

Очевидно, что объяснение изменения во времени Т1 необходимо искать в особенностях процесса деструкции существенно химически неоднородных полимеров древесины.

Как было показано [2], в процессе варки полимеры древесины ведут себя как некоторый кинетический ансамбль состоящий из подансамблей, каждый из которых имеет собственные энергии акьтивации и предэкспоненты. Соответственно для каждого из подансамблей в процессе деструкции наблюдается сначала увеличение Т1, обусловленное разрушением количества связей фрагмента макромолекулы с лигноуглеводной матрицей. Последующее уменьшение Т1 связано с растворением разрушенного фрагмента и перехода его в раствор. Так как в результате этого процесса увеличивается как относительное количество неразрушенных связей, так и соответствуюшая им скорость релаксации. Фактически рисунок 1 можно рассматривать как своеобразный аналог "кривой размораживания" [1]. На рисунке 2 представлены дифференциальные кривые распределения энергии активации по массовым долям кинетических ансамблей [2]. Очевидна явная похожесть представленных на рисунках и 2 зависимостей.

Лигнин (а), углеводы (б), сосна (1,3) и лиственница (2,4).

Рисунок 2 - Дифференциальные кривые распределения энергии активации по массовым долям кинетических ансамблей.

Сопоставляя рисунки можно сделать вывод, что рисунок 1 есть результат наложения процессов, отображенных на рисунке 2.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что возможна оценка химической неоднородности полимеров древесины по данным ЯМР релаксационных спектров.

Библиографический список:

Эмануэль Н.М. Химическая физика молекулярного разрушения и стабилизации 1.

полимеров [Текст] / Н.М.Эмануэль, А.Л.Бучаченко. - М.: Наука, 1988. - 368 с.

Пен В.Р. Теоретические основы делигнификации [Текст] // В.Р. Пен, Р.З.Пен 2.

Красноярск. - Издательство "Красноярский писатель", 2007. -348 с.

УДК 630.0.866.1:674.87 В.В. Мирошниченко Н.А. Осмоловская В.Н. Паршикова Р.А. Степень* СВЧ-ОТГОНКА ХВОЙНЫХ ЭФИРНЫХ МАСЕЛ И ИХ СВОЙСТВА ГОУ ВПО «Красноярский государственный торгово-экономический институт»

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск Показано, что при СВЧ нагреве скорость отгонки эфирного масла из древесной зелени пихты сибирской и кедра сибирского увеличивается в 5-6 раз по сравнению с гидродистилляцией, повышается его выход и изменяется фракционный состав. Установлено также, что при СВЧ нагреве существенно возрастает противовирусное и цитотоксическое действие пихтового эфирного масла.

Несмотря на наличие и частичное внедрение технологий по переработке хвойной древесной зелени с получением ряда ценных продуктов их производство в лучшем случае остается на пилотном уровне [1, 2]. В большой мере их переработка благодаря простоте технологии и меньшим капитальным вложениям осуществляется посредством паровой отгонки эфирного масла. Важнейшей задачей производства является совершенствование технологии и повышение качества товарной продукции.

Для этого используется измельчение сырья, оптимизация температуры и скорости пара, биологическая подготовка [3]. Большой интерес вызывает применение для этой цели новых нетрадиционных методов.

В настоящем сообщении обсуждаются результаты отгонки эфирного масла из древесной зелени пихты сибирской и кедра сибирского с помощью СВЧ-технологии.

Объектом исследования служила древесная зелень пихты сибирской и кедра сибирского, отобранная в октябре со средней части крон для каждой пробы с деревьев 100-120-летнего возраста. В лаборатории с доставленных веток срезали охвоенные побеги с диаметром в отрубе 8 мм. Их измельчали, перемешивали и из усредненных образцов отбирали пробы с массой около 100 г. Из них одновременно методами гидродистилляции в аппарате Клевенджера и СВЧ нагрева в камере лабораторной микроволновой установки мощностью 500 Вт, частотой 2,45 ГГц и напряжением 225 В, преобразованной из бытовой микроволновой печи «Электроника», отгоняли эфирное масло. Влажность сырья определяли по потере навески при нагревании в сушильном шкафу, выход масла – волюметрически с учетом его растворимости в кубовом конденсате [4]. Содержание основных компонентов эфирных масел оценивали методом ГЖХ, применяемым согласно ГОСТ 14618.5-78 для квалификации товарного эфирного пихтового масла. Анализ проводили на хроматографе Хром-5 на колонке с неподвижной фазой SE-30 5% на хроматоне А зернением 0,20-0,25 мин при 135 0С с пламенно-ионизационным детектором.

Соотношение компонентов в маслах рассчитывали по площади пиков. В сравнительных целях они разделены на монотерпеновые, кислородсодержащие и сесквитерпеновые фракции. Кроме того, в составе эфирных масел по собственным и литературным данным выделен вклад нетерпеноидных продуктов. Остальные физико химические показатели находили по общепринятым методикам: внешний вид, цвет и запах – органолептически, кислотные и эфирные числа – титрометрически, плотность – пикнометрически, коэффициент преломления – рефраметрически [4]. Анализ микробиологического действия проводили в сертифицированной микробиологической лаборатории Научного Косметологического общества г. Новосибирска.

Традиционные технологии получения эфирного масла основаны на его отгонке из растительного сырья острым паром. Их серьезным недостатком является продолжительное пребывание древесной зелени в высокотемпературной зоне, что ведет к негативным последствиям. Это обусловлено необходимостью отгонки терпеноидов, связанных в комплексы с другими компонентами растительных тканей. Такое представление логично объясняет снижение выхода эфирного масла при относительно низких (100-110 оС) и высоких (140-150 оС) температурах отгонки по сравнению с их средними значениями (120-125 оС). При 120 оС выделяемый объем больше в 1,27 раза, чем при 100 оС и 1,29 раза, чем при 140 оС [5]. Повышение выхода в первом случае связано с увеличением полноты отгонки, во втором – со сокращением осмоления.

Отсюда следует, что для увеличения выхода масла необходимо повышать полноту выделения и минимизировать превращения терпеноидов, что достигается при снижении продолжительности и температуры процесса. В большей мере по сравнению с традиционной гидродистилляцией такими качествами обладает технология микроволнового нагрева, спецификой которого является выделение теплоты во всем объеме емкости и однонаправленностью градиентов температуры и давления [6].

Благодаря такой особенности достигается ускорение массообменных процессов, что благоприятствует отгонке масла из растительного сырья.

Для проверки обоснованности такого представления проведена серия сравнительных опытов по отгонке эфирного масла из древесной зелени пихты и кедра посредством гидродистилляции и микроволнового нагрева. Образцы древесной зелени измельчали, перемешивали и в каждом из сравниваемых вариантов закладывали в реакционные колбы по 100 г сырья. После заливки водой (250 мл) начинали отгонку масла.

Как показали полученные результаты, важным преимуществом микроволновой технологии является существенное ускорение отгонки эфирного масла из сырья. Если при гидродистилляции в лабораторных условиях для его достаточно полной отгонки из древесной зелени требуется около 3 ч, то при использовании СВЧ-источника процесс заканчивается в течение 30-35 мин., т.е. протекает в 5-6 раз быстрее. Ускорение оборачиваемости рабочего оборудования относят к наиболее значимым факторам этого метода [6]. Дополнительным преимуществом, способствующим повышению его эффективности, является комфортность обслуживания. Она обусловлена низкими тепловыми потерями при преобразовании микроволновой энергии в тепловую, в связи с чем стенки волноводов и рабочей камеры нагреваются незначительно.

Важны и другие преимущества применения микроволновых установок при отгонке эфирного масла по сравнению с традиционными. Они функционируют с использованием простых и дешевых источников питания с высоким уровнем выходной мощности в непрерывном режиме и характеризуются возможностью эффективной работы при переменной нагрузке, надежностью, большим сроком эксплуатации (2- тыс. ч).

При постановке исследований по оценке выхода эфирного масла, выделяемого микроволновым и гидродистилляционным методами из древесной зелени пихты и кедра, проведены опыты в пятикратной повторности. Результаты отгонки свидетельствуют, что применение микроволновой техники для выделения эфирного масла из древесной зелени хвойных пород повышает его выход по сравнению с традиционным на 15-20%. Такое увеличение выхода продукции в производственных условиях рассматривается как серьезный экономический успех.

Предполагается, что выход эфирного масла возрастает не только благодаря полноте выделения свободных терпеноидов из объема частиц сырья на их поверхность в связи с ускорением массообменных процессов, но и за счет эффективной деструкции комплексов с высвобождением этих соединений.

Средние данные серии из 5 опытов по продолжительности отгонки, выходу эфирного масла пихты и кедра и вкладу в них суммы компонентов основных групп соединений показывают, что выделенное микроволновым способом масло несколько беднее монотерпеновыми углеводородами и богаче кислородсодержащими и сесквитерпеноидными соединениями, чем гидродистилляционные продукты. Отсюда следует, что при СВЧ-нагреве полнее отгоняются труднолетучие компоненты, повышенный вклад которых снижает долю в маслах монотерпенов. Однако эти расхождения проявляются лишь в виде тенденции и перекрываются отклонениями в содержании этих соединений в отдельных опытах. Вместе с тем в обоих исследованных маслах, особенно в их последних фракциях, выделенных при СВЧ-нагреве, отчетливо отмечается существенное снижение вклада борнилацетата и повышение доли борнеола.

Происходящие превращения логично объясняются разрывом сравнительно слабых сложноэфирных связей хвойных масел под действием микроволнового излучения.

В меньшей мере такие превращения свойственны для терпенилацетата, содержание которого в этих маслах незначительно. Исходя из экспериментальных данных, по-видимому, обоснованно считать, что, не играя заметной роли при выделении эфирного масла в устойчивости терпеноидных компонентов, СВЧ-нагрев способствует ускорению деструкции соединений с эфирными связями. Такое представление подтверждается результатами физико-химических анализов сравниваемых хвойных эфирных масел (таблица 1).

Таблица 1 – Физико-химические показатели эфирных масел, отогнанных микроволновым и гидродистилляционным методом Пихтовое масло при Кедровое масло при Показатели СВЧ- гидродистил СВЧ- гидродистил нагреве ляции нагреве ляции Плотность 20, г/см3 0,9076 0,9081 0,8657 0, 1,4722 1,4714 1,4782 1, Показатель преломления, Кислотное число, мг КОН/г 0,41 0,37 0,67 0, Эфирное число, мг КОН/г 105,03 106,93 24,08 32, Эфирные числа пихтового и кедрового масла, отогнанные микроволновым путем из древесной зелени, существенно (на 30-35 % отн.) меньше по сравнению с гидродистилляционными. Их значение соответствует содержанию эфирных соединений, прежде всего, борнилацетата в продукте. О снижении их вклада свидетельствует и повышение кислотности масел, поскольку продуктами деструкции терпеноидных эфиров служат спирты, превращающиеся в органические кислоты.

Несмотря на практическое соответствие состава эфирных масел пихты и кедра, полученных исследуемыми способами, при несущественном отличии микробиологических показателей первого из них, в первом случае они существенно различаются [7]. Цитотоксичность эфирного масла древесной зелени пихты, выделенного при СВЧ нагреве, по отношению к нативному вирусу группы А (штамм H5N1), вдвое превышает действие гидродистилляционного масла. Еще эффективнее данный препарат, как показали опыты с культурой клеток МДСК, в качестве средства противовирусной защиты (8000 ед. против 520 ед.).

Результаты исследований свидетельствуют о сокращении продолжительности и повышении выхода пихтового и кедрового масла, полученного при СВЧ нагреве, по сравнению с гидродистилляционным способом. При этом существенно возрастает цитотоксическая и противовирусная активность пихтового эфирного масла.

Библиографический список:

Рунова Е.М., Угрюмов Б.И. Комплексная переработка зелени хвойных пород с 1.

целью получения биологически активных веществ // Химия растительного сырья. 1998.

№ 1. С. 57-60.

Кучин А.В. и др. Прогресс химии растительных веществ – путь устойчивого 2.

развития сельского и лесного хозяйства // Вестник Коми Уро РАН. 2002. № 22. С.34-37.

Ткаченко К.Г., Зенкевич И.Г., Коробкина М.Н. Особенности переработки 3.

растительного сырья для увеличения выхода эфирных масел // Раст. ресурсы. 1998.

Вып.3. С. 129-137.

Ушанова В.М., Лебедева О.И., Девятловская А.Н. Основы научных 4.

исследований. Часть 3. Красноярск: СибГТУ. 2004. 360 с.

Лобанов В.В., Степень Р.А. Влияние технологических факторов на выход и 5.

состав пихтового масла // Химия и хим. технология. 2006. Т.49. Вып. 9. С. 71-74.

Рахманкулов Д.Л., Шавшукова С.Ю., Латыпова Ф.Н. Применение 6.

микроволновой техники в лабораторных исследованиях и промышленности // Журнал прикл. химии. 2002. Т. 75. № 9. С. 1409-1416.

Патент 2370272 Способ получения биологически активного препарата из 7.

древесной зелени пихты сибирской / В.Н. Паршикова и др. – Заявл. 25 ноября 2008 г.;

зарегистр. 20 октября 2009 г.

УДК 630.424.5 А.Ю. Сидоров Л.Н. Руденко ОСОБЕННОСТИ МИГРАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В ПРОЦЕССЕ ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск В статье рассматриваются особенности миграции техногенных радионуклидов Sr и Cs в процессе пирогенетической переработки древесины, с целью определения 90 способов получения продуктов пиролиза, обеспечивающих снижение удельной активности радионуклидов 90Sr и 137Cs в продуктах до показателей, гарантирующих радиационную безопасность для потребителей и исключающих возможность загрязнения окружающей среды техногенными радионуклидами в процессе переработки.

Радиоактивное загрязнение лесных экосистем создало такие условия, при которых в течение многих лет невозможны обычное ведение хозяйства и многоцелевое использование леса. Это обусловлено тем, что на отдельных участках лесного фонда аккумулированные радиоактивные вещества не вызывают прямого поражения растений, но превышают допустимые нормы содержания в продукции лесного хозяйства или вплотную приближаются к ним.

Существуют благоприятные, с экономической точки зрения, возможности для вовлечения древесины с этих территорий в хозяйственную деятельность, большой спрос на древесину ставит с особой остротой вопрос о ее рациональном использовании.

Комплексная переработка всего заготавливаемого древесного сырья, включая низкокачественную и лиственную древесину, а также разнообразных отходов позволяет удовлетворить потребности экономики без увеличения объема лесозаготовок, сберечь лес на значительных площадях.

При проведении лесозаготовительных работ на территориях, имеющих повышенный радиационный фон, вполне возможно использование деловой древесины, которая вследствие низкой аккумулирующей способности будет удовлетворять всем радиологическим нормативам, однако образующиеся при ее первичной переработке отходы в виде обрезков и сучьев представляют собой определенную проблему из-за более высокого содержания в них техногенных радионуклидов.

Большинство работ в области исследования возможностей использования древесины с высоким содержанием техногенных радионуклидов изучают особенности и направления использования деловой древесины в качестве исходного сырья для дальнейшей переработки, игнорируя проблему дальнейшего использования и утилизации отходов, образующихся при первичной обработке древесины.

Производить захоронение отходов обработки древесины представляется экономически нецелесообразным, гораздо более выгодно произвести ее переработку, ведь отходы обработки лиственных и хвойных пород могут служить сырьем для производства различного рода товарной продукции.

Приходится отметить, что накопление радионуклидов древесиной основных лесообразующих пород, влияние радиоактивного загрязнения на качество древесины, оценка возможности миграции техногенных радионуклидов в процессе переработки такой древесины изучены недостаточно.

В качестве объекта исследования был выбран пробный стационарный участок, расположенный в Сухобузимском лесхозе Красноярского края в квартале 45 на левом берегу р. Енисей на расстоянии 6 км от Горно-химического комбината (ГХК). Как показали ранее проведенные исследования, данная территория характеризуется достаточно высокой удельной активностью радионуклидов 90Sr и 137Cs в древесном сырье. В качестве территории для отбора контрольной пробы в районе с низким радиационным фоном был выбран участок в Емельяновском районе Красноярского края.

Выбор березы в качестве объекта исследования обусловлен ее значительно более высокой способностью к аккумуляции радионуклидов 90Sr и 137Cs по сравнению с другими древесными породами. Кроме того, в настоящее время значительно выросло потребление древесного угля для бытовых целей, существуют предпосылки для использования древесины березы с повышенным содержанием радионуклидов для целей пиролиза, в связи с чем представляет практический интерес изучение особенностей миграции радионуклидов в ходе переработки березовой древесины.

Для исследований использовались типовые методики радиохимического анализа по определению техногенных радионуклидов 137Cs и 90Sr в пробах древесины и продуктах пиролиза. Активность 137Cs определялась гамма-спектрометрическим методом, который основан на измерении спектра гамма-излучения содержащихся в образце радионуклидов 137Cs. Измерение активности 90Sr основано на регистрации сцинтилляционных спектров бета-излучения, испускаемого веществом счетного образца, с последующей их обработкой. Для исследования химического состава золы древесины использовался рентгенофлуоресцентный метод с применением рентгеновского сканирующего кристалл-дифракционного спектрометра СПЕКТРОСКАН.

Исследования золы показали, что в целом содержание соединений таких основных элементов, как Zn, Fe, Mn, Cu, I сопоставимо между собой в исследованных пробах. Единственное существенное отличие пробы из квартала 45 от контрольной пробы состоит в отсутствии в контрольной пробе соединений Sr и большом их содержании в золе древесины березы, отобранной в квартале 45: содержание Sr сопоставимо с содержанием таких основных элементов золы, как Zn, Fe, Mn.

Определение удельной активности радионуклидов в исходном древесном сырье радиохимическим методом показало, что среднее значение удельной активности 90Sr составляет (0,95±0,52) Бк/кг, среднее значение удельной активности 137Cs составляет (0,35±0,16) Бк/кг. Исследование контрольной пробы показало отсутствие радионуклидов 137Cs и 90Sr.

Наличие по результатам радиохимического анализа радионуклидов 90Sr в пробах древесины, отобранных в квартале 45, подтверждает ранее полученные на спектрометре результаты, свидетельствующие о высоком содержании соединений стронция в золе древесины.

В качестве изучаемых технологических факторов, оказывающих влияние на процесс миграции техногенных радионуклидов при пирогенетической переработке древесины, были выбраны следующие: размеры исходного сырья, конечная температура пиролиза, продолжительность поддержания максимальной температуры пиролиза, влажность исходного древесного сырья.

По результатам радиохимического анализа было однозначно установлено отсутствие влияния влажности древесного сырья и продолжительности процесса при заданной температуре на содержание радионуклидов в конечных продуктах. Также установлено, что в конденсируемых продуктах пиролиза радионуклидов 137Cs не выявлено вне зависимости от влияния всех исследуемых факторов на процесс пиролиза, в конденсируемых продуктах пиролиза выявлено содержание 90Sr. На процесс перемещения техногенных радионуклидов 90Sr и 137Cs оказывают заметное влияние только конечная температура пиролиза и размер исходного сырья.

Анализ полученных результатов исследования показал увеличение удельной активности 90Sr и 137Cs в древесном угле с увеличением конечной температуры пиролиза и уменьшением размера исходного сырья: содержание 90Sr в древесном угле увеличилось более чем в 3 раза (с 0,95 Бк/кг в исходном сырье до 3,23 Бк/кг при максимальной температуре пиролиза), содержание 137Cs в древесном угле увеличилось более чем в 5 раз (с 0,35 Бк/кг в исходном сырье до 1,33 Бк/кг при максимальной температуре пиролиза). Между тем, с увеличением конечной температуры пиролиза или увеличением размера исходного сырья содержание радионуклидов 90Sr в конденсируемых продуктах пиролиза снижается в 1,5-2 раза.

Выявлено влияние фракционного состава сырья на миграцию радионуклидов Cs и 90Sr. При увеличении размера пиролизуемой древесины содержание радионуклидов стабилизируется. Полученные данные свидетельствуют о том, что с увеличением размера древесного сырья переход радионуклидов в парогазовую фазу затруднен. При пиролизе мелкокускового древесного сырья переход радионуклидов из древесины с парогазами облегчен ввиду небольших размеров сырья и разрушенной внутренней структуры древесины (сосудов, капилляров и др.), а при пиролизе крупнокусковой древесины свободно могут перемещаться только радионуклиды, находящиеся в периферийных частях пиролизуемой древесины, т.к. переход радионуклидов из центральной части древесины затруднен.

Уменьшение количества 90Sr в конденсируемых продуктах пиролиза с увеличением конечной температуры пиролиза связано с уменьшением возможности конденсации радионуклидов и интенсификацией их перехода вместе с неконденсируемыми парогазами в атмосферу. Уменьшение количества 90Sr в конденсируемых продуктах пиролиза с увеличением размера сырья связано с затруднением перехода радионуклидов в парогазовую фазу из центральных участков древесины.

Увеличение конечной температуры пиролиза оказывает непосредственное влияние на выход древесного угля, соответственно при максимальной температуре пиролиза выход древесного угля будет минимальным, при этом содержание радионуклидов на единицу объема угля будет увеличиваться пропорционально уменьшению объема образующегося древесного угля.

По результатам, полученным в ходе исследования, построены математические модели для прогнозирования содержания радионуклидов в продуктах пиролиза: модель по содержанию 90Sr в древесном угле приведена в формуле 1, модель по содержанию Cs в древесном угле – в формуле 2, модель по содержанию 90Sr в жидких продуктах пиролиза – в формуле 3.

y1 = 0,717143 + 0,25174х1 + 0,284807х2 + 0,10375х1х2 – – 0,03305х22, (1) у2 = 2,538929 + 0,159756х1 + 0,452781х2 – 0,04214х12 – – 0,03634х22, (2) y3 = 0,899643 – 0,18288 х1 - 0,13848х2 + 0,038125х1х2 + + 0,01274х22, (3) где, х1 – кодированное значение размера исходного сырья;

х2 – кодированное значение конечной температуры пиролиза;

у1 –содержание 137Cs в древесном угле;

у2 –содержание 90Sr в древесном угле;

у3 –содержание 90Sr в жидких продуктах пиролиза.

Проведенные исследования показали, что механизмы миграции радионуклидов в процессе пиролиза древесины аналогичны процессам, происходящим в ядерном реакторе при аварийных ситуациях. Данные процессы были достаточно хорошо изучены при анализе причин и при моделировании аварии на Чернобыльской АЭС.

Проводившиеся исследования показали, что в бескислородной среде реактора при температуре, не превышающей 400-600 °С, повышается летучесть продуктов радиоактивного распада, таких как Sr, Cs и ряда других, данные вещества обнаруживаются в атмосфере в виде аэрозолей. В присутствии кислорода при таких же температурных режимах радионуклиды образовывают кислородсодержащие соединения с малой летучестью. Аэрозоли образовываются в результате конденсации летучих соединений радионуклидов из газовой фазы и в результате механического отрыва веществ.

Результаты исследования позволяют разработать технологическую схему и режимы получения продуктов пиролиза, обеспечивающие снижение удельной активности радионуклидов 90Sr и 137Cs в продуктах пиролиза до значений, гарантирующих радиационную безопасность для потребителей и исключающих возможность загрязнения окружающей среды техногенными радионуклидами в процессе переработки.

УДК 676.024.61 И.А. Воронин Ю.Д. Алашкевич А.С. Хлевнов МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА РАЗМОЛА ВОЛОКНИСТОЙ МАССЫ В УСТАНОВКЕ С ИНЕРЦИОННЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧИХ ТЕЛ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск В данной статье представлен план многофакторного эксперимента, реализованного по плану второго порядка. Построены математические модели процесса размола в установке с инерционным движением рабочих тел.

Как известно, задачей любого экспериментального исследования является установление объективных закономерностей, выражающих влияние различных факторов, как друг на друга, так и на выходную величину с целью использования полученной информации для управления объектами или технологическими процессами в желаемом направлении [1].

Целью наших экспериментальных исследований является получение эмпирический математических моделей, описывающих исследуемый объект, т.е.

отыскание зависимости каждой из выходных величин объекта от варьируемых факторов. С помощью разработанных математических моделей можно определить интересующие характеристики объекта, результаты влияния на него тех или иных факторов, оптимальные режимы функционирования и способы управления объектом.

Важным этапом экспериментальных исследований является планирование эксперимента. Планирование эксперимента – это постановка и реализация опытов по некоторой заранее составленной схеме, обладающей некоторыми оптимальными свойствами. При этом необходимо обеспечить минимальное количество опытов;

одновременное варьирование всеми факторами, определяющими протекание процесса, по специальным алгоритмам, правильную обработку и интерпретирование результатов эксперимента [1,2].

Таким образом, в данной работе был использован метод математического планирования с целью получения математического описания процесса размола в установке с инерционным движением рабочих тел.

Для получения уравнений математического описания нами был применен экспериментальный метод, поскольку, именно экспериментальные методы получения математических моделей для сложных многофакторных процессов, которые теоретически изучены недостаточно. Математические зависимости, полученные этим методом, не отражают физической сущности объекта, только устанавливают количественные соотношения между его входными и выходными факторами. И это является первым шагом на пути исследования малоизученных процессов.

Наиболее предпочтительным для определения влияния основных конструктивных и технологических параметров размольной установки с инерционным движением рабочих тел, а так же физико-механических характеристик готовых отливок и для достоверного математического описания объекта является многофакторный эксперимент, т.к. он позволяет при переходе к каждому последующему опыту варьировать все или почти все факторы одновременно.

В данной работе для построения математической модели процесса, проверки её адекватности и для оценки влияния на процесс каждого учитываемого технологического фактора использован регрессионный анализ – метод, который позволяет устанавливать значения факторов и диапазоны их варьирования по своему смотрению, не нарушая хода технологического процесса, согласно технических характеристик применяемого оборудования, требований стандартов к готовой продукции и т.п.

Для получения регрессионных зависимостей входных параметров от параметров процесса размола нами был спланирован и реализован план второго порядка Бокса Бенкина. Выбор плана определяется следующими достоинствами:

– для его реализации требуется сравнительное небольшое число опытов;

– коэффициенты регрессии вычисляются по простым формулам, независимо друг от друга и с одинаковыми минимальными дисперсиями;

– полученное уравнение регрессии дает одинаковую погрешность выходного параметра на одном и том же расстоянии от центра эксперимента не зависимо от сочетания входных факторов [3].

При помощи пакета программы STATGRAPHICS® Plus Version 5.0 [4] построена матрица планирования эксперимента реализованная по плану Бокса-Бенкина, представленная в таблице 1.

Таблица 1 – Матрица планирования эксперимента по плану Бокса-Бенкина № Х1 Х2 Х Опыта 1 0 0 2 -1 -1 3 1 -1 4 -1 1 5 1 1 6 -1 0 - 7 1 0 - 8 0 0 9 -1 0 10 1 0 11 0 -1 - 12 0 1 - 13 0 -1 14 0 1 15 0 0 На основании литературных источников и теоретических расчетов были выявлены основные технологические и конструктивные параметры размольной установки, оказывающие наибольшее влияние на процесс размола, качественные показатели целлюлозного волокна, а также физико-механичесие характеристики готовых отливок. Входные и выходные параметры представлены в таблице 2.

Уравнение регрессии для трехфакторного эксперимента, реализованного по плану Бокса-Бенкина в общем виде примет вид Y=А0+A·X1+B·X2+C·X3+AA·(X1)2+AB·X1·X2+AC·X1·X3+BB·(X2)2+BC·X2·X3+CC·X32 (1) На всех этапах планирования многофакторного эксперимента модели с нормализированными обозначениями факторов разработаны в пакете программы STATGRAPHICS® Plus Version 5.0 [4] Значимость коэффициентов регрессии была проведена по известной методике с помощью t-критерия Стьюдента, адекватность полученных математических моделей была определена с помощью F-критерия Фишера.

Ниже приведены разработанные математические модели с нормализированными обозначениями факторов:

1. Среднеарифметическая длина волокна при 60ШР:

Y1 = 2,1 +0,65·X2·X3–0,2775·X32 (2) 2.Водоудерживающая способность при 60ШР:

Y2 = 355–5,625·X1–16·X2+0,125·X3+38,375· X12+1,5· X1· X2+4,75· X1· X3+7,625· X22+14,875·X32 (3) 3. Внешняя удельная поверхность при 60ШР:

Y3 = 161965+3885,13·X1+3566,13·X3+3297· X1· X2–2646,75· X1· X3–8299,12· X22–2495,38·X32 (4) Таблица 2 – Параметры многофакторного эксперимента.

Обозначения Параметры Натуральное Нормализованное Входные параметры (управляемые факторы) Скорость вращения Х v инерционного тела, с- Концентрация массы, % с Х Угол установки ножей на Х инерционном теле, град Выходные параметры (контролируемые факторы) Изменение бумагообразующих показателей волокнистой массы при размоле Среднеарифметическая длина Lа Y волокна, мм Водоудерживающая способность W Y (по Джайме), % Внешняя удельная поверхность, S Y м2/кг Межволоконные силы связи, Па Y Изменение физико-механических свойств готовых отливок при размоле волокнистой массы Разрывная длина, м L Y Сопротивление излому (число U Y двойных перегибов), ч. дв. пер Сопротивление раздиранию, Н E Y Продолжительность размола, мин T Y 4. Межволоконные силы связи при 60ШР:

Y4 = 0,3256+0,0129875·X1+0,0122·X2–0,0528875· X12+0,0168· X1· X2+0,015425· X1· X3– 0,0887125· X22–0,0473875·X32 (5) 5. Разрывная длина при 60ШР:

Y5 = 9956+376,25·X1–314,125·X3–653· X12+209,25· X1· X2–656,25· X22–1510,75·X32 (6) 6. Сопротивление излому (число двойных перегибов) при 60ШР:

Y6 = 12050+28,5·X1+38,75·X2–38,75·X3–147,5· X12+45· X1· X2+27· X1· X3–125· X22–250·X32 (7) 7. Сопротивление раздиранию при 60ШР:

Y7 = 85+11,625·X2–11· X12+6,25· X1· X2–19,75· X22–4,25·X32 (8) 8. Продолжительность размола при 60ШР:

Y8 = 20–18,5·X1–5,25·X2–5,5· X1· X2+7,5· X22+7· X2· X3 (9) Выводы В качестве основного метода получения математического описания процесса размола в размольной установке с инерционным движением рабочих тел, нами был принят активный многофакторный эксперимент. А в качестве плана многофакторного эксперимента был выбран план второго порядка Бокса-Бенкина, который по нашему мнению, наилучшим образом подходит для описания сложного исследуемого процесса.

Представлены математические модели для всех исследуемых факторов с нормализированными обозначениями факторов. Все разработанные и представленные математические модели проверены и оценены на адекватность и в дальнейшем могут быть использованы для построения математических уровней, описывающих исследуемый процесс.

Библиографический список:

1. Пижурин, А.А. Основы научных исследований: учебник для вуза / А.А. Пижурин. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. – 305 с.

2. Матыгулина, В. Н. Подготовка древесноволокнистых полуфабрикатов в производстве древесноволокнистых плит сухим способом : дис. на соиск. учен. степ.

канд. техн. наук : 05.21.03 / В. Н. Матыгулина. Красноярск, - 2007. – 156 с.

3. Пен, Р.З. Статистические методы в бумажной промышленности [Текст] : учебное пособие / Р.З. Пен, Э.М. Менчер. – М.: Лесн. Пом-сть, 1978. – 120 с.

4. Пен, Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics [Текст] / Р.З. Пен. Красноярск:

СибГТУ – Кларетиианум, 2003. –246 с.

УДК 576.535: 582.477. УДК 66.015.23 С.А. Ледник Н.А. Войнов О.П. Жукова ИССЛЕДОВАНИЕ МАССООБМЕНА ВИХРЕВОЙ СТУПЕНИ БРАЖНОЙ КОЛОННЫ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск Бражные ректификационные установки широко используются в технологических линиях по получению этилового спирта на основе гидролизата древесины. Основное их отличие от действующих в линии ректификационных колонн является большая производительность по жидкости 40 – 180 м3/час и сравнительно низкая концентрация этанола до 8 % об. в бражке, что обуславливает высокий расход пара, который достигает 60 % от общего его расхода [1, 2]. Кроме того, содержание в рабочей жидкости большой концентрации лигнино-гуминовых веществ вызывает их осаждение в процессе ректификации на поверхности контактных ступеней и устройств.

Наибольшее применение в бражных колоннах нашли ступени барботажного типа: ситчатые, решотчатые, чешуйчатые, колпачковые.

Ситчатые тарелки были сняты с производства в вследствие нарушения их горизонтальности, вызванное температурными напряжениями, что нарушает работу ступени по причине недостаточного контакта пара с жидкостью.

Тарелки провального типа хотя и не так чувствительны к загрязнениям, однако из-за небольшого диапазона устойчивой работы по пару и жидкости, а также в связи с большими потерями этанола при вынужденных остановках колонны в настоящее время практически не применяются.

Эксплуатация тарелок чешуйчатого типа показала их устойчивую работа в широком диапазоне нагрузок по пару, однако вследствие быстрого забивания отверстий отложениями и повреждения чешуек при чистке заставили отказаться от их эксплуатации в связи со сложностью ремонта и замены на новые.

Наибольшую промышленную апробацию прошли тарелки с колпачковыми контактными устройствами. Основным преимуществом которых, является высокая надежность при эксплуатации и отсутствие потерь продукта при остановках колонны, однако и эти колонны металлоемки и не производительны. Кроме того, длительная эксплуатация бражных колонн возможна только при отсутствии застойных зон на контактных ступенях и интенсивном перемешивании жидкости, например, путем диспергирования ее паром.

В связи с этим большими перспективами обладают вихревые контактные устройства, в которых пар, проходит через каналы завихрителя, приобретает высокую тангенциальную скорость, за счет чего интенсивно дробится на мелкие пузырьки в жидкости, размещенной на тарелке, образуя вращающуюся газо-жидкостную смесь с развитой межфазной поверхностью и отсутствие застойных зон (рисунок 1).

Как показывает анализ вихревых ступеней [3] наиболее предпочтительными для конструирования бражных колонн являются устройства с тангенциальными завихрителями. Компоновка такой тарелки, отличается простотой конструкции, высокой производительностью по жидкости, из-за доступного достижения требуемого периметра слива и сечения перетоков, отсутствием застойных зон, и большим расходом пара по сечению аппарата до 6 м/c [4] по причине интенсивной сепарации капель в поле центробежных сил.

В представленной работе исследованы массообменные параметры вихревой ступени (рисунок1) с тангенциальным лопастным завихрителем. Диаметр контактной ступени составил Dc = 200 мм, диаметр завихрителя Dз = 110 мм, ширина канала b0 = мм, высота канала h = 5 мм, число каналов n = 8 шт. Для определения эффективности контактной ступени были проведены измерения основных гидродинамических параметров газожидкостного слоя на ступени.

а) б) а) – царга;

б) – разрез по сечению А-А Рисунок 1 – Схема вихревой контактной ступени Доля газа в объеме жидкости (рисунок 2б) определялась согласно зависимости:

= (Vгж Vж)/Vгж, где, Vгж – объем газожидкостной смеси на тарелке, м3;

Vж – объем жидкости на тарелке, м3.

Средне поверхностный диаметр пузыря (рисунок 2а) определялся по формуле n d dп = i i, n i где, n – количество пузырьков одинакового размера;

dп – средне поверхностный диаметр пузырька, м.

Значения межфазной поверхности рассчитывались по формуле а = 6 / d п и представлены на рисунке 3а.

Коэффициент массоотдачи, определялся из опытных данных на примере абсорбции воды кислорода из воздуха [5]:

y = ln[(1 (Сi C * )) / А] / ti, где, Сi – концентрация кислорода, мг/л;

C * – равновесная концентрация кислорода, мг/л;

А – коэффициент, определяемый из начальных условий;

ti – время отбора проб, сек.

dп,мм кольцевой барботаж переходный 4, 0, 0, 3, 0, 0,4 - 1;

2, - 1;

- 2;

- 3;

- 2;

0,2 - 4;

- 3. - 5;

- 6.

1, u, м/c 20 30 40 50 u, м/с 10 (а) (б) а- Экспериментальные точки (1-3): 1 – Н = 96 мм;

2 – Н = 64 мм;

3 – Н = 32 мм.

б- Экспериментальные точки (1-6): 1– H/h = 16 мм;

2 – 32 мм;

3 – 48 мм;

4 – мм;

5 – 80 мм;

6 – 94мм.

Рисунок 2 - Зависимость средне поверхностного диаметра пузырька (а) и газосодержания (б) от скорости газа вканале при Dз = 110 мм, l0 = мм, b0 = 10 мм, n = 8 шт.

a, м-1 y, ч- - 1;

- 1;

1400 - 2;

1400 - 2;

- 3.

- 3.

400 u, м/с 10 15 20 25 30 35 u, м/с 15 20 25 30 а) б) а) Экспериментальные точки (1-3): 1 – Н/h = 64;

2 – 80;

3 – 96.

б) Экспериментальные точки (1-3): 1 – Н/h = 32;

2 – 64;

3 – 96.

Рисунок 3 - Зависимость межфазной поверхности (а) и коэффициента массоотдачи (б) от скорости газа в каналах при Dз = 110 мм, h = 5 мм, b0 = 10 мм, n = 8 шт.

Согласно данным, предствленным на рисунке 3, величина коэффициента массоотдачи достигает существенных значений - до 1400 ч-1.

Используя известную зависимость для расчета общего коэффициента массоотдачи [5] и приняв, что для бражной колонны все сопротивление сосредоточено в жидкой фазе были рассчитаны значения числа единиц переноса, а по модели идеального перемешивания [6] определена эффективность вихревой тарелки, которая составила 0,7 - 0,9 в зависимости от концентрации этанола.

Технико экономические показатели представленные в таблице позволяют говорить о целесообразности внедрения вихревых контактных ступеней в промышленность.

Таблица – Показатели бражных колонн при производительности по бражке 80 м3/час и концентрации этанола 2 % об.

Показатели Диаметр, Высота, Количество Масса м м устройств, шт Колпачковая 2,6 18 13 (Красноярский БХЗ) Вихревая 1,0 9,0 1,0 На основании проведенных расчетов разработаны рабочие чертежи вихревой контактной ступени бражной колонны.

Библиографический список:

Холькин, Ю.И. Технология гидролизных производств [Текст] / Ю.И Холькин. 1.

Лесн.промышленность. - 1989. - 496 с.

Стабников В.Н. Перегонка и ректификация этилового спирта. [текст]/В.Н.

2.

Стабников. - Киев: «Техника». – 1979 – 456 с.

Войнов Н.А. Вихревые контактные ступени для ректификации [текст]// Н.А 3.

Войнов [и др.] - Химия растительного сырья. – 2008. - №3. - С. 173-184.

Савельев Н.И. Расчет эффективности массопереноса в прямоточно-вихревых 4.

контактных устройствах с тангенциальными завихрителями [текст]. // Н.И. Савельев [и др.]. - Химия и химическая технология. - Том XXVII. – 1984. - с. 1367-1370.

Рамм В.М. Абсорбция газов [текст]/В.М. Рамм - М.: Химия. - 1976.- 655 с.

5.

Савельев Н.И. Закономерности массопереноса в прямоточных пленочных 6.

контактных устройствах при ректификации бинарных смесей [текст] // Н.И. Савельев [и др.]. - Теоретические основы химической технологии. – 1983. - №2. – с. 254-256.

УДК 66.015.23 Н.А. Войнов С.А. Ледник А.В. Кустов РАСЧЕТ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ ВИХРЕВОЙ КОНТАКТНОЙ СТУПЕНИ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск Вихревые аппараты нашли широкое применение в промышленности [1, 2] для проведения процессов тепло- и массопереноса в связи с достижением в них высокой межфазной поверхности при сравнительно низком гидравлическом сопротивлении, небольшом брызгоуносе. Из многообразия конструкций для создания вращательного движения потоков наиболее привлекательными являются тангенциальные устройства, что обусловлено не сложностью их изготовления, низкой металлоемкостью и стабильностью работы. Не смотря на достаточно большой объем теоретического и экспериментального материала в области исследования вихревых ступеней, оптимизация и конструирование устройств тангенциального типа сдерживается, в частности отсутствием надежных зависимостей по расчету перепада давления, которые бы учитывали гидродинамические особенности движения потока. В этой связи были продолжены исследования перепада давления [3] на контактных ступенях с тангенциальными завихрителями.

а) б) в) а - с параллельными стенками каналов и отрывом потока;

б - с наклонными каналами выполненными из пластин и отрывом потока;

в - с профилированными стеками канала без отрыва потока Рисунок 1 - Тангенциальные завихрители Исследовались три типа тангенциальных завихрителей отличающие по способу формирования закрученного потока: устройство с параллельными каналами, обеспечивающие отрыв пограничного слоя пара с обеих кромок стенки канала, рисунок 1а;

с коническими каналами и отрывом пограничного слоя пара с кромки, рисунок 1б;

с профилированными каналами и безотрывным течением потока, рисунок 1в.

Параметры исследованных завихрителей представлены в таблице.

Таблица - Геометрические параметры тангенциальных устройств Тип завихрителя Rз, мм n, шт. 0, мм l, мм, град Параллельными каналами, рис1а 20 - 65 9-50 0,7-2 20-50 Коническими каналами из пластин, 65 50 1,2-2 20 рис1б Профилированными каналами, рис1в 65 8 10 25 Примечание: Rз – радиус завихрителя;

n – число каналов;

0 – ширина канала;

угол наклона канала;

l – высота канала Расчет сопротивления вихревой ступени проводился согласно зависимости P = Pсух + Pм. (1) Сопротивление сухой ступени гu Pсух = 2, (2) сопротивление орошаемой ступени Pм = ж gH (1 ) + P + P, (3) где, u – средне расходная скорость газа на выходе из каналов, м/c;

г – плотность газа, кг/м3 ;

P - потери напора, вызванные касательными напряжениями, Па;

P – потери напора, вызванные поверхностным натяжением, Па H – высота газожидкостного слоя, м;

– газосодержание;

- коэффициент сопротивления сухой ступени.

В работе определены значения коэффициентов сопротивления сухой тарелки для представленных типов тангенциальных завихрителей.

Завихритель с параллельными каналами создает отрыв пограничного слоя потока по обе стороны выходных канала, вследствие падения давления [4] за обтекаемыми кромками.

тур Rэ= 65 мм -n=50;

-n=40;

Rз= 44 мм 3 -n=30;

-n=20;

-n=10.

2 Rз= 65 мм u, м/c 0 10 20 30 n,шт.

0 20 а) б) Рисунок 2 – Зависимость коэффициента сопротивления от скорости газа в каналах (а) и количества каналов (б) в тангенциальном завихрителе с параллельными каналами Как установлено, коэффициент сопротивления завихрителя с параллельными каналами подчиняется следующей зависимости [3]:

= вх + вых + г + тур. (4) Величина коэффициента сопротивления, вызванная изменением направления движения потока газа, составила г = 0,6. Коэффициенты сопротивления входа вх и выхода вых рассчитывались по зависимостям f f вх = 0,5 1 вых = 1 F ;

F.

(5) Коэффициент сопротивления тур, вызванный отрывом потока подчиняется зависимости тур 0,75 0,3 n1,3 R 2,. (6) Вклад тур в общую величину достигает до 65%.

Завихритель с коническими каналами вызывает отрыв потока при срыве его с торца пластины. Коэффициент сопротивления ступени при установке рассматриваемого завихрителя составил значительно меньшую величину (рисунок 3).

4 -n = 50;

-n = 40;

-n = 30;

3 -n = 20.

u, м/с 0 10 20 30 40 Рисунок 3 - Зависимость коэффициента сопротивления от скорости газа в каналах при безотрывном обтекании потока пара при l = 5 мм о =1,2 мм Rз = 65 мм.

Для данного типа завихрителя при большом количестве каналов значениями г и вх практически можно пренебречь.

Завихритель с профилированными каналами обеспечивает безотрывное течение потока пара, без образования вихрей за кромкой пластины, вследствие устранения резкого падения давления в потоке пара за кромками каналов. Это позволяет снизить сопротивление ступени (рисунок 4) за счет несущественного влияния на нее турбулентной составляющей тур. В этом случае величина коэффициента сопротивления сухой ступени рассчитывается согласно = вых.

Экспериментальные (точки на рисунке 4а) и расчетные (линии на рисунке 4а) значения перепада давления орошаемой ступени, с каналами выполненными из профилированных пластин с относительной погрешностью 10% согласуются между собой.

Таким образом, наименьшее сопротивление вихревой контактной ступени достигается при использовании устройства для вращения газового потока тангенциального завихрителя, выполненного из профилированных пластин, обеспечивающие обтекание без образования турбулентных вихрей.

P, Па кольцевой переходный барботаж 1000 1, 0, 0, - - - 0, - - -6 0, - u, м/c 10 20 30 60 u, м/c 0 20 б) а) При Rз = 110 мм, n = 8 шт, о = 10 мм, l = 5 мм. Экспериментальные точки (1-7) 1 – H/l = 19 ;

2 – 16;

3 – 12,8;

4 – 9,6;

5 –6,4;

6 – 3,2;

7 – ступень без жидкости.

Рисунок 4 - Зависимость гидравлического сопротивления орошаемой контактной ступени (а) и коэффициента сопротивления (б) от скорости пара в каналах завихрителя Библиографический список:

1. Ляндзберг А.Р. Вихревые теплообменники в закрученном потоке [текст]/ Ляндзберг А.Р., Латкин А.С. - Петропаловск-Камчатский: КамчатГТУ. - 2004. - 149с.

2. Овчинников А.А. Динамика двухфазных закрученных турбулентных течений в вихревых сепараторах [текст]/ Овчинников А.А. - Казань: ЗАО Новое знание. - 2005. 288с.

3. Войнов Н.А. Гидродинамика вихревой ступени с тангенциальными завихрителями.

[текст]/ Войнов Н.А. [и др.] - Теоретические основы химической технологии. - 2010. т.44.- № 2. - с.1–8.

4. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя [текст]/ Шлихтинг Г. - М.: Наука. - 1974. 714с.

УДК 676.024.6 Р.А. Марченко Е.А. Игнатенко Ю.Д. Алашкевич Н.С. Решетова ВЛИЯНИЕ ВИДА ОБРАБОТКИ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТЛИВОК ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск В настоящее время в промышленности для переработки вторичного волокнистого сырья (оборотного брака и макулатуры) используются ножевые размалывающие машины, дисковые мельницы и менее распространенные конические мельницы. В оборудовании использующем ножевое воздействие, волокна подвергаются рубке, что приводит к снижению прочностных показателей готовой бумаги.

Безножевые же машины обеспечивают более мягкий, щадящий режим обработки, что особенно важно для волокон оборотного брака. Наиболее эффективного улучшения качественных показателей процесса размола, на наш взгляд, можно добиться с использованием установок гидродинамического размола типа «струя преграда».

При разработке волокнистой суспензии в установках данного типа волокнистая суспензия получается более длинноволокнистой, обладает более высокими бумагообразующими свойствами и физико-механическими характеристиками готовой бумаги [1, 2].

В лаборатории кафедры МАПТ были проведены экспериментальные исследования по определению физико-механических характеристик бумажных отливок, изготовленных из оборотного брака и небеленой целлюлозы, размолотых в гидродинамической установке типа «струя-преграда».

Проведенные экспериментальные исследования показывают, что на время размола большое влияние оказывает вид волокнистого полуфабриката (небеленая целлюлоза или оборотный брак), а так же способ воздействия на волокно. Как видно из графика (рисунок 1) качественные зависимости времени размола от градуса помола имеют одинаковую тенденцию изменения, типичную для изученных экспериментальных данных приведенных в специальной литературе.

Из графика видно, что при разработке оборотного брака в гидродинамической установке, время размола сокращается в 2-3 раза по сравнению с разработкой небеленой целлюлозы, что приводит к повышению производительности гидродинамической установки. Например, при разработке оборотного брака до 50 0ШР в гидродинамической установке, при прочих равных условиях время размола составляет 450 с, а при разработке небеленой целлюлозы - 1450 с. Следовательно, при размоле оборотного брака производительность безножевой установки повышается в 2- раза, по сравнению с разработкой небеленой целлюлозы.

- Градус помола, 0ШР - - 0 500 1000 1500 2000 2500 Время размола, с 1-размол оборотного брака в гидродинамической установке концентрацией 2% 2-размол оборотного брака в ножевой установке концентрацией 2% 3-размол целлюлозы в гидродинамической установке концентрацией 2% Рисунок 1 – Зависимость градуса помола от времени размола Как видно из рисунка 1 при размоле оборотного брака производительность безножевых машин близка к производительности ножевого размольного оборудования.

Показатель сопротивления бумаги разрыву является одним из важнейших показателей качества бумаги.

На основании экспериментальных данных построен график зависимости разрывной длины от градуса помола (рисунок 2).

Как видно из графика, качественные зависимости изменения разрывной длины при размоле оборотного брака и небеленой целлюлозы при различных способах обработки имеют одинаковый характер.

Количественные зависимости разрывной длины от градуса помола значительно отличаются друг друга при размоле различного волокнистого материала. Например, при размоле оборотного брака до градуса помола 50 0ШР при прочих равных условиях значение разрывной длины составляет 2924 м, небеленой целлюлозы - 8900 м.

На основании экспериментального графика (рисунок 2) можно сделать вывод, что различный способ воздействия на волокно не оказывает существенного влияния на показатели разрывной длины. Например, при размоле оборотного брака в дисковой мельнице до градуса помола 60 0ШР показатель разрывной длины составляет 3692 м, при размоле в гидродинамической установке - 3843 м. Прослеживается незначительное увеличение показателя разрывной длины при размоле оборотного брака безножевым способом по сравнению с ножевым способом воздействия на волокно.

Из графика представленного на рисунке 2 видно, что количественные зависимости сопротивления продавливанию значительно отличаются друг от друга при размоле различного волокнистого материала и при разном способе обработки.

Например, при размоле гидродинамическим способом до градуса помола 50 0ШР при прочих равных условиях сопротивление продавливанию оборотного брака равно кПа, а небеленой целлюлозы - 330 кПа, а при размоле ножевым способом оборотного брака при прочих равных условиях составляет 120 кПа. Следовательно, более высокие показатели получаются при разработке оборотного брака в безножевой установке «струя-преграда».

продавливанию, кПа Разрывная длина, м Сопротивление - -1 - 3900 -2 - - 15 35 55 15 35 55 Градус помола, ШР Градус помола, ШР 1- размол оборотного брака в гидродинамической установке концентрацией 2% 2- размол оборотного брака в ножевой установке концентрацией 2% 3- размол целлюлозы в гидродинамической установке концентрацией 2% Рисунок 2 – Зависимость разрывной длины и сопротивления продавливанию от градуса помола По экспериментальным данным, построены графики зависимости сопротивления бумаги излому (число двойных перегибов) от градуса помола, представленных на рисунке 3.

Число двойных перегибов Число двойных перегибов -1 - - 15 35 55 30 50 Градус помола, 0ШР Градус помола, 0ШР 1- размол оборотного брака в гидродинамической установке концентрацией 2% 2- размол оборотного брака в ножевой установке концентрацией 2% 3- размол целлюлозы в гидродинамической установке концентрацией 2% Рисунок 3 – Зависимость сопротивления бумаги излому от градуса помола Показатель сопротивления бумаги излому является одним из существенных показателей, характеризующих механическую прочность бумаги и наиболее важен для бумаг, которые при использовании подвергаются частому изгибающему усилию, например, денежная, картографическая, оберточная бумага и др. Этот показатель зависит от длины волокна, из которых образована бумага, их прочности, гибкости и сил связи между волокнами.

Из графиков видно, что при размоле различного волокнистого материала качественные зависимости сопротивления излому имеют одинаковую тенденцию изменения, характерную для типичных зависимостей приведенных в специальной литературе. Количественные зависимости сопротивления бумаги излому при размоле оборотного брака различными способами и небеленой целлюлозы при прочих равных условиях значительно отличаются друг от друга. Например, при размоле в безножевой установке при градусе помола 50 0ШР число двойных перегибов для бумажных отливок, изготовленных из оборотного брака, составляет 6, а для небеленой целлюлозы - 365.

Так же из графика видно, что бумажные отливки, полученные при размоле оборотного брака гидродинамическим способом, имеют более высокие показатели сопротивления излому, чем при разработке оборотного брака ножевым способом.

Такие небольшие значения можно объяснить тем, что при увеличении степени помола волокнистой суспензии на показатель сопротивления бумажных отливок излому одновременно в отрицательном направлении действуют два фактора: повышение хрупкости и снижение средней длины волокон, а у оборотного брака они изначально низкие.

Показатель сопротивления раздиранию (рисунок 4) является важным для таких видов бумаги, которые в процессе их использования могут подвергаться надрыву (мешочная, кабельная, упаковочная и др.).

Из графика видно, что качественные зависимости сопротивления раздиранию одинаковы при размоле различного волокнистого материала и при разном способе воздействия на волокно. Несмотря на незначительное увеличение сопротивления раздиранию в начале размола, общей тенденцией является снижение этого показателя в процессе размола. Из графика видно, что более высокие показатели получаются при гидродинамическом способе воздействия на волокнистую суспензию оборотного брака, чем при ножевом.

Сопротивление раздиранию, гс - - - 15 35 55 Градус помола, ШР 1- размол оборотного брака в гидродинамической установке концентрацией 2% 2- размол целлюлозы в гидродинамической установке концентрацией 2% 3- размол оборотного брака в ножевой установке концентрацией 2% Рисунок 4 - Зависимость сопротивление раздиранию от градуса помола На основании полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:

Время размола оборотного брака гидродинамическим способом при 1.

определенных параметрах незначительно превышает время размола волокнистой суспензии в дисковой мельнице.

Физико-механические характеристики бумажных отливок, в частности 2.

разрывная длина, сопротивление продавливанию, излому, раздиранию, имеют лучшие показатели при размоле оборотного брака в гидродинамической установке «струя преграда», чем при разработке волокнистой суспензии в ножевых машинах.

Механическая прочность при размоле небеленой целлюлозы имеет лучшие 3.

показатели, нежели при разработке оборотного брака.

Библиографический список:

1. Легоцкий С.С., Гончаров В.Н. Размалывающее оборудование и подготовка бумажной массы. – М.: Лесн. пром-ть, 1990. – 224с.

2. Алашкевич Ю.Д., Решетова Н.С., Барановский В.П., Кутовая Л.В.

Гидродинамические явления при размоле волокнистых полуфабрикатов в ножевых размалывающих машинах: Монография/ Под ред. Алашкевича Ю.Д. – Красноярск:

СибГТУ, 2003. – 176с.

УДК 676.024.6 Р.А. Марченко А.М. Дубровская С.В. Топчиева Ю.Д. Алашкевич Н.С. Решетова ОБРАБОТКА ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗМОЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск При производстве продукции целлюлозно-бумажной промышленности важной операцией является предварительная обработка волокна, или размол. В современном производстве для этой цели в подавляющем большинстве применяются ножевые размалывающие машины (дисковые и конические мельницы), которые со времени их изобретения претерпели значительные технические усовершенствования. При этом механизм обработки волокнистой массы в них практически идентичен.

В настоящее время наряду с ножевым размолом волокнистых материалов начинают внедрять безножевые способы размола. В отличии от ножевого размола установки основанные на безножевом способе имеют преимущества и определенные недостатки. К преимуществам можно отнести более мягкий, щадящий режим обработки, что особенно важно для волокон, которые однажды претерпели стадию ножевого размола. Также к преимуществу можно отнести значительное более высокое качество помола волокнистых материалов, а следовательно возможность получения более высококачественной готовой продукции (бумаги).

К недостаткам безножевого способа размола можно отнести значительно более высокий расход электрической энергии по сравнению с ножевым способом.

Для дороспуска и безножевого размола волокнистой суспензии используются различные машины и аппараты. Известны аппараты всевозможных конструкций, работающих по принципу струя-преграда, роторно-пульсационные, акустические, и кавитационные машины. Указанные машины оказывают главным образом гидродинамическое воздействие на волокнистый материал. Происходит преимущественно фибрилляция волокон без существенного его укорачивания. Однако такие машины могут успешно работать лишь при обработке массы низкой концентрации (2-3%) при значительных энергозатратах процесса.

В лаборатории оборудования для размола волокнистых материалов, спроектирована, и установлена комбинированная размольная установка для размола волокнистых материалов, позволяющая совместить два способа размола в одной установке.

Под давлением струя суспензии попадает на турбину, которая и является приводом установки и приводит её в движение. Непосредственно на лопастях турбины и происходит размол за счет гидродинамических воздействий при контакте струи с преградой. В первоначальный момент времени имеет место ударное воздействие на волокно о твёрдые поверхности рабочих элементов приемного устройства (турбины).

Ударом называется быстрое изменение скоростей твердых тел, происходящее при их столкновениях [1]. В процессе деформации тел возникают мгновенные (ударные) силы, величина которых весьма значительна. Сила удара зависит, как от количества движения тел (то есть произведения их массы на скорость), так и от упругих свойств соударяющихся тел. Разрушение волокна происходит за счёт напряжений от внутреннего давления жидкости, содержащейся в люмене волокна, обусловленного действием гидравлического удара в результате внезапной остановки жидкости.

Явление гидравлического удара наиболее часто рассматривается применительно к движению в напорных трубопроводах. При внезапном перекрытии живого сечения трубопровода в жидкости возникает давление, распространяющееся в трубе со скоростью звука. Повышение давления обусловлено инерцией жидкости и достигает значительной величины, зависящей в первую очередь от скорости движения жидкости.

При рассмотрении гидроудара в волокне считается, что вода, заключенная в люмене, движется и внезапная остановка последнего при встрече с преградой (лопастями турбины) будет соответствовать внезапному перекрытию трубопровода с диаметром равным диаметру люмена волокна, в котором движется жидкость [1].

Однако так как прочность связей между фибриллами существенно меньше прочности непосредственно самих фибрилл, составляющих стенки волокон, нарушение структуры целлюлозного волокна под действием гидроудара будет фактически наступать при малых скоростях истекающей струи.

Теоретическая и экспериментальная оценка сил, возникающих при лобовом ударе струи о преграду, а также касательных напряжений сдвига при растекании жидкости по преграде и при истечении её из насадки, показала, что эти силы недостаточны для разрушения волокон [2]. В результате были сделаны предположения о возможной разработке волокнистых материалов в комбинированной размольной установке за счет кавитационных явлений, возникающих при контакте струи с преградой [2].

Явление кавитации заключается в образовании разрывов сплошности пузырьков, в некоторых участках потока движущейся капельной жидкости. Разрывы возникают в тех участках потока, где в результате перераспределения давления, обусловленного движением жидкости значительное местное понижение давления.

Существует несколько гипотез, объясняющих эрозионное действие кавитации, из которых наибольшее признание получили гипотеза парных волн и гипотеза кумулятивных струй, возникающих при несимметричном замыкании пузырька [2].

В соответствии с первой гипотезой при захлопывании пузырька давление газа внутри его резко возрастает, возникают ударные волны, способные привести к высоким перепадам давления в окружающей пузырек жидкости и местному разрушению прилегающего твердого материала.

Более правдоподобным механизмом, объясняющим кавитационную эрозию, является гипотеза кумулятивных струй. Экспериментально и теоретически доказано, что сферически симметричный коллапс пузырьков является нестабильным. При замыкании пузырек теряет свою сферическую форму и первоначальное радиальное течение жидкости внутрь полости пузырька переходит в микрострую, прорывающуюся внутрь пузырька.

Струя на протяжение своего полета имеет периодически повторяющиеся участки с различными скоростными характеристиками, то есть струя пульсирует [3].

При контакте пульсирующей струи с преградой она вызывает колебания преграды двух видов: собственные колебания преграды и ультразвуковые, вследствие распространения волн напряжений в материале преграды. Частота ультразвуковых колебаний в преграде зависит от скорости набегающей струи (частоты пульсации струи), скорости распространения напряжений в различных материалах и геометрических размеров преграды.

Ультразвуковые колебания поверхности преграды обуславливают эффект кавитации в тонком растекающемся слое жидкости по преграде. При схлаповании пузырька жидкости у границы преграды развиваются значительные давления. Импульс сил этих давлений и является основным фактором разрушающим волокна находящиеся в слое жидкости вблизи с поверхностью преграды [3].

Также предполагается, что размол волокнистых материалов в комбинированной размольной установке происходит за счет образования явления кумуляции. Эффект кумуляции заключается в том, что происходит быстрое ударное смыкание и столкновение прилегающих к плоскости объемов жидкости, которое сопровождается выбросом высоконапорной струи. Кумулятивная струя образуется только в том случае, если истекающая струя из насадки попадает на лопасти турбины под углом.

Для изучения вышеперечисленных явлений происходящих при соударении волокнистой суспензии с приемным устройством нами была спроектирована и изготовлена турбина с различным числом лопастей, которая представлена на рисунке 1.

Приемное устройство позволяет регулировать число лопастей на подвижной турбине влияя на процесс кавитации, следовательно и на процесс размола.

а– 8 лопастей;

б– 12 лопастей;

в- 16 лопастей;

г- 24 лопастей;

д- 48 лопастей Рисунок 1 - Турбина с различным количеством лопастей.

Лопасти изготовлены поворотными в вертикальной плоскости для того, чтобы можно было регулировать угол поворота лопастей. От угла поворота зависит мощность кумулятивной струи, от которой в свою очередь во многом зависит качество получаемой волокнистой массы.

После того как волокнистая суспензия подверглась гидродинамическому воздействию на лопастях турбины, она попадает в камеру ножевого размола, где происходит также разработка волокна. Это и является преимуществом комбинированной размольной установки, так как в ней совмещены два вида размола:

безножевого и традиционного ножевого.

Библиографический список:

Легацкий С.С., Гончаров В.Н. Размалывающее оборудование и подготовка 1.

бумажной массы. – М.: Лесн. промышленность, 1982. – 272 с.

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

2.

Алашкевич Ю.Д., Решетова Н.С., Невзоров А.И., Барановский А.П. // 3.

Гидродинамические явления при безножевой обработке волокнистых материалов:

Монография – Красноярск: СибГТУ, 2004. – 80с.

УДК 66.015.23 В.Г. Васютин Ю.Д. Алашкевич В.А. Кожухов Л.Н. Грошак О.К. Ганжа ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПЕРЕМЕШИВАНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ГИДРОЛИЗАТА ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г. Красноярск В данной статье произведен анализ различных способов перемешивания.

Приведены их преимущества и недостатки. Показана конструкция нейтрализатора гидролизата типа «Газлифт». Дано описание его конструкции, показывающее его преимущество против механических перемешивающих устройств.

Для изготовления суспензий, Эмульсия и однородных физических смесей в химической промышленности широко применяют процессы перемешивания. Кроме того, перемешивания используют для интенсификации процессов тепло- и массообмена, сопутствующих перемешиванию или необходимых для успешного проведения многих химических реакций.

Наиболее распространенный способ перемешивания в жидких средах механическое перемешивание;

производят иногда и пневматическое перемешивание.

Механическое перемешивание жидкостей осуществляется лопастями, пропеллерными, турбинными и специальными мешалками.

Лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей с небольшой вязкостью, для растворения и суспензирования твердых веществ с малым удельным весом, а также для грубого смещения жидкостей вязкостью меньше 2 кг/(м-с). Эти мешалки не пригодны для быстрого растворения, тонкого диспергирования и получения суспензий, содержащих твердую фазу с большим удельным весом.

Пропеллерные мешалки применяют для интенсивного перемешивания маловязких жидкостей, взмучивания осадков, содержащих до 10% твердой фазы с размерами частиц до 0,15 мм, а также для приготовления суспензий и эмульсий.

Пропеллерные мешалки не пригодны для совершенного смешивания жидкостей значительной вязкости 0,06 кг/м или жидкостей, включающих твердую фазу большого удельного веса.

Турбинные мешалки применяют для интенсивного перемешивания и смещения жидкостей с вязкостью до 1,0 кг/м для мешалок открытого типа и до 5,0 кг/(м-с) для мешалок закрытого типа;

для тонкого диспергирования, быстрого растворения или выделения осадков в больших объемах (5-б м и более). Эти мешалки используют для взмучивания осадков в жидкостях, Содержащих до 60% твердой фазы (мешалки открытого типа) и более (мешалки Закрытого типа);

прячем максимальные размеры твердых частиц до 1,5 мм для мешалок открытого типа и до 2,5 мм для мешалок закрытого типа.

1-корпус;

2-мешалка;

3-рубашка;

4-крышка Рисунок 1 - Чугунный аппарат с мешалкой Лопастные мешалки отличаются простой конструкцией и низкой стоимостью изготовления. Они обеспечивают вполне удовлетворительное перемешивание жидкостей с умеренной скоростью. Наиболее простыми по устройству являются мешалки с плоскими лопастями полосовой или угловой стали, установленными перпендикулярно или наклонно их движения. Частота вращения таких мешалок колеблется от 18 до 80 об/мин, при увеличении частоты вращения,. выше указанной, эффективность перемешивания резко снижается. Диаметр лопастей составляет 0, диаметра сосуда, в котором работает мешалка.

На рисунке 1 показан наиболее распространенный тип аппарата с лопастной мешалкой для работы под давлением. Аппарат состоит из корпуса с эллиптическим днищем и крышкой, лопастной мешалки, трубы передавливания, барботеров, теплообменников рубашки, привода и различных внутренних устройств, на крышке аппарата размещен люк и штуцера. Жидкость удаляется в трубе передавливания, в этом случае давление в аппарате порядка З а-ти.

Так как в описанных лопастных мешалках создаются главным образом горизонтальные токи жидкости, для улучшения перемешивания применяют мешалки с горизонтальными и вертикальными лопастями, так называемые рамные мешалки (рисунок 1).

Выбор того или иного типа мешалок определяется целевым назначением перемешивающих устройств и конкретными условиями протекания процесса. Какие либо четкие рекомендация по этому вопросу пока не могут быть сформулированные.

Пневматическое перемешивание не требует сложных приспособлений;

при наличии сжатого воздуха достаточно барботера, присоединившего к воздухопроводу.

Пневматическое перемешивание следует применять, когда необходимо сравнительно медленное или грубое перемешивание жидкостей вязкостью до 0,2 кг/(м.с).

Перемешивание острым паром применяют, когда необходимо одновременно перемешивать и обогревать жидкость. Однако использование пневматического перемешивания связано с относительно большим расходом энергии, а также с возможностью окисления и испарения продукта. Эти недостатки в значительной степени ограничивают применение пневматическое перемешивания в химической промышленности.

Для более эффективного перемешивания рационально использовать нейтрализатор типа «Газлифт», приведенный на рисунке 2. Внутри аппарата по центру соосно установлены четыре вертикальных направляющих цилиндра (диффузора) различного диаметра, соединенных последовательно (пневматическое перемешивание).

Диаметр диффузоров увеличивается снизу вверх. Нижняя часть каждого диффузора конически расширена, чтобы предотвратить движение газожидкостной смеси вверх с внешней стороны цилиндров. В коническую часть нижнего цилиндра подведена труба для подачи сжатого воздуха. В верхней части нейтрализатора расположен желоб, который предназначен для равномерного истечения гидролизата.

Во время работы нейтрализатора образуется в верхней части слой пены на поверхности жидкой фазы. Для пеногоашения в данной конструкции предусматрикается кольцевой перфорировнный пеногаситель. В пеногаситель подводится вода.

Принцип работы пневматического перемешивающего устройства заключается в следующем. Воздух при выходе из трубы образует с нейтрализатом газожидкостную смесь, плотность которой меньше плотности окружающей среды. Благодаря этому смесь устремляется вверх, попадает в направляющие диффузоры, проходит их и движется далее по инерции, распространяясь по сечению и перемещаясь к его периферии. Достигнув некоторой высоты, движение пены вверх прекращается, и она в зоне стенок нейтрализатора начинает опускаться вниз. Таким образом, происходит интенсивная циркуляция содержимого нейтрализатора.

1 – штуцер подачи воды на пеногашение;

2,3 – люки;

4 – штуцер входа нейтрализата;

5 – косынка;

6 – диффузоры;

7 – лаз;

8 – крепление диффузора Рисунок 2 - Нейтрализатор типа «Газлифт»

Данный тип нейтрализатора имеет существенное преимущество по сравнению с механическим перемешивающим устройством: отсутствие вращающихся частей, создающих шум и требующих частого ремонта. При продувке воздухом происходит удаление части легколетучих компонентов, оказывающих отрицательное влияние на рост микроорганизмов, что в конечном итоге повышает биологическую доброкачественность нейтрализата.

Библиографический список:

Мартыненко, К.Д. Техническое оборудование гидролизных и сульфитно 1.

спиртовых заводов (текст) / К.Д. Мартыненко. - М. : Гослесбумизбат, 1956. - 251с.

Оборудование и проектирование предприятий гидролизной и лесохимической 2.

промышленности (текст) : учеб. пособие для вузов / Елкин В. А., Выродов В. А., Рябов В.В., Кречмер М.М. – М.: Лесная промышленность, 1991 - 304с.

Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии :

3.

Учебное пособие для вузов / Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. / Под ред. Чел корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 10-е изд., переработано и доп. – Л.: Химия, 1987 576с.

Оборудование гидролизного отделения биохимических заводов: Учебное 4.

пособие для студентов специальностей 26030, 170500, 0305 всех форм обучения / В.Г.

Васютин, Ю.Д. Алашкевич, Н.А. Войнов, О.П. Жукова – Красноярск: СибГТУ, 2000 65с.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.