кесте  -  «Госсфлок»  (0,5%)  реагентінің  ерітіндісінің  балшық  суспензиясының

75 
получения    достоверной    информации  -  это  проведение  экспериментальных  исследований    на 
лабораторных установках. 
Надежные результаты позволяет получить один из методов  лазерной диагностики - метод 
"лазерного ножа", нашедший  широкое применение для исследования однофазных и многофазных  
течений. 
Этот метод особенно ценен возможностью определения  мгновенных значений скорости и 
размеров дисперсной фазы в заданном  сечении исследуемого объекта. 
Распыливание  жидкости  цилиндрическими насадочными элементами. При исследовании 
гидродинамических  характеристик  аппарата  РПЦН  проводились    визуальные    наблюдения 
газожидкостного слоя и его фотографирование. Наблюдения и фотографии позволяют представить  
следующую картину преимущественного  образования  капель в слое дискретно расположенных 
цилиндрических элементов насадки. Жидкость стекает по поверхности  насадочного  элемента в 
виде пленки. Под воздействием  вихрей,  попеременно образующихся  на боковых поверхностях  
цилиндра образуется жидкостной валик. Пульсации  вихрей способствуют разрыву жидкостного 
валика  в  колеблющиеся    лепестки,  которые,  закручиваясь,  образуют  шнур  с  диаметром  равным 
толщине  пленки.  Согласно  [1]    образование  капли    происходит  не  у  поверхности  насадочного 
элемента,  а  на  некотором  расстоянии,  превышающим  толщину  пленки.  Поэтому  нет 
необходимости учитывать распределение скоростей  сплошной фазы в пристенных слоях. 
Для определения толщины пленки на поверхности  цилиндрического элемента, исходя из 
опытных данных, полагаем, что отрыв пленки жидкости происходит под углом   = 80-90
0
 [2]. Так 
как  площадь  двух  оснований  цилиндра  составляет  менее  15%  от  всей  поверхности  цилиндра,  а 
наличие    острых  кромок  на  торцах  цилиндра  не  способствует    образованию  пленок,  площадью  
двух оснований  пренебрегаем. 
Предполагая,  что  вся  орошающая  жидкость,  поступающая    на  поверхность    цилиндра, 
стекает в виде пленки со средней скоростью 
U
п л
, получим: 
                                    
d
U
U
ц
ж
п л
п л


8
3
.                                             (1) 
Откуда толщина пленки: 
 
                                    
п л
ц
ж
п л
8
3
d
U
U
                                                       (2) 
Считается [3,4], что при противоточном движении фаз, в случае, если скорость газа W
Г
 < 
0,9  W
захл.
,  то  касательные  напряжения  на  свободной  поверхности  пленки  и  градиент  давления  
незначительны. Скорость захлебывания противоточных аппаратов с подвижной насадкой W
захл.
   
5,0-7,0 м/с [5]. Поэтому на свободной поверхности пленки при  у =   касательные напряжения  
гж
 
<< 
тж
.  При у=0: 
                                               
тж
 = g  
ж
   
пл
,                                              (3) 
где     
гж
  и 
тж
  -  касательные  напряжения  на  поверхности  раздела  фаз  газ-жидкость  и 
твердое тело - жидкость, соответственно, Па. 
Тогда: 
                                     
ж
п л
ж
п л
 
 
U
y
g
.                                            (4) 
Учитывая, что при у   
п л
 ,   U
пл
 
 
U
п л
max
,  получим: 
 
                                       
U
п л
max
=
g
g
ж
п л
2
ж
п л
2
ж
,                                           (5) 
в  котором   
ж
  и 
ж
  -  динамический   
н с
м
2
  и  кинетический  (м
2
/с)    коэффициенты 
вязкости жидкости. 
С учетом зависимости (2)  уравнение (5)  примет вид: 
 

76 
                                   
U
п л
max
=
3
8
d
U
g
U
ц
2
ж
2
п л
2
ж
.                                                    (6) 
Учитывая,  что  диаметр  насадки  невелик,  на  поверхности  стенок  не  должно  возникать 
крупных  волн.  По  данным  Н.Н.Кулова  [4],  длина  крупной  волны  110 140  мм,  а  мелких  19  мм. 
Поэтому  можно  считать,  что    течение    пленок    ламинарное  и  для  него  можно  принять   
U
U
п л
max
п л
=1,5.  С учетом этого, уравнение  (6) преобразуется к следующему виду: 
 
                                
U
п л
=
0 63
1 3
,
/
g
d
U
ж
ц
2/3
ж
2/3
.                                     (7) 
Тогда толщина пленки жидкости на поверхности цилиндра: 
                                 
п л
=
0 595
1 3
,
.
/
d
U
g
ц
ж
ж
                                        (8) 
Анализ  литературных  данных    [1,4]    по  определению  толщины  пленки  показывает,  что 
показатели  степени  при  членах  уравнения  (8)  соответствуют    диапазону  изменения  этих 
показателей, полученных авторами для систем с различными физико-химическими свойствами. 
Распыливание  жидкости    вращающимися  пластинчатыми  насадочными    элементами. 
Визуальные  наблюдения и результаты фотосъемки  структурных составляющих газожидкостных 
потоков в аппаратах с пластинчатой вращающейся круглой РПВКр  и квадратной РПВКв формы 
показывают,  что    при  плотности    орошения  свыше  15  м
3
/м
2
ч    в  диапазоне  скоростей    газового 
потока 2,5-4,5 м/с  с кромок  вращающихся  элементов жидкость стекает в виде  тонких струек, 
которые    на  определенном  расстоянии  от  кромок  распадаются  на  капли,  а  тонкие  перемычки 
между  ними  -  на  более  мелкие  капли-спутники.  Размеры  капель  зависят  от  толщины  пленки 
жидкости [6]. 
Известно  [7],  что  движение  жидкой  пленки    по  поверхности  вращающегося  элемента 
является    достаточно  сложным  и  в  общем  случае  описывается    системой  дифференциальных 
уравнений  Навье-Стокса  и  уравнением  неразрывности,  решение    которой  представляет  большие 
математические трудности. 
В  работах  [7,8]  показано,  что  в  связи  с  малой  толщиной  пленки,  образующейся  на 
поверхности    вращающегося  элемента  (диска,  барабана),  небольшими    тангенциальными  и 
вертикальными  составляющими  скорости  в  сравнении  с  радиальными,  эту  систему  можно 
существенно упростить и свести ее к уравнению движения: 
 
                             
 
 
ж
вр
2
ж
r
2
2
2
0
sin
                                     (9) 
при следующих  граничных  условиях: 
                                  
                      на стенке                   
r
0
0
         
 
                      на своб. поверхн.   
 
 
  
r
0
1
                                                       (10) 
где   
r
  - радиальная составляющая скорости, м/с;     - осевая координата на свободной 
поверхности. 
Для решения уравнения (9)  введем обозначения: 
 
                                         
 
 
r
K
,                                                             (11) 

77 
                                       
2
2
r
K
 
 
 
.                                                          (12) 
С учетом  этих обозначений уравнение (9) запишем следующим образом: 
                                 
 
 
K
2
ж
вр
2
ж
sin
2
0
                                     (13) 
Откуда после интегрирования: 
 
                                      
K
C
ж
вр
2
ж
3
2
sin
.
                                    (14) 
Подставляя (14) в уравнение (11)  получим: 
 
                          
 
 
ж
вр
2
ж
r
C
3
2
sin
.                               (15) 
Решение уравнения (13) с учетом  граничных условий имеет вид: 
 
                         
r
ж
вр
2
ж
sin
.
2
1
3
1
3
2
2
                              (16) 
Величина 
1
  определяется    из  условия,  что  расход    жидкости  в  слое  равен  расходу 
жидкости на насадочном элементе. 
 
                     
Q
r
d
2
2
2
1
3
1
3
2
 
0
ж
вр
2
ж
1
sin
.                (17) 
Проведя интегрирование, получим: 
 
                                  
Q
2
3
3
1
3
ж
вр
2
ж
sin
.                                      (18) 
Обозначив: 
                                         
п л
1
1
;
                                                            (19) 
 
                                         
r
1
sin ;
                                                              (20) 
 
                                         
Q
U S
ж н
,
                                                                (21) 
и проводя необходимые преобразования, получим уравнение  толщины  пленки жидкости 
на поверхности вращающегося элемента: 
                                     
п л
ж
ж н
ж
вр
2
3
2
2
1 3
U S
r
sin
/
                                 (22) 
Подставляя значение площади насадки S
н
  и заменяя  
ж
ж
ж
,  получим: 
                               
п л
ж
ж
вр
2
3
2
1 3
U
sin
/
                                               (23) 

78 
Максимальная скорость движения жидкости в пленке  в радиальном направлении: 
                              
U
п л
max
=0,305
вр
2
ж
2
ж
ж
Q
r
1 3
/
,                                      (24) 
где 
Q
U S
ж
ж н
 - расход жидкости на элемент, м
3
/с; r  - радиус вращающегося элемента, 
м. 
Средняя скорость движения жидкости в пленке: 
                                   
U
U
п л
cp
п л
max
2
3
.                                                          (25) 
Распыливание  жидкости    вибрирующими  пластинчатыми  насадочными  элементами.  
Исследование    структуры    потоков  с  помощью  визуальных  наблюдений    и  фотографирование  
газожидкостного  слоя  позволяют  представить    следующий  механизм    дробления    пленки 
жидкости, находящейся  на вибрирующих пластинчатых насадочных элементах. 
Поступающая    на  вибрирующий  пластинчатый    насадочный  элемент  жидкость, 
равномерно распределяется по его поверхности в виде пленки с толщиной 
пл
. Стекание пленки  с 
образованием  струй  жидкости  происходит  попеременно  с  противоположных  боковых  сторон  
насадочного    элемента  с  частотой    равной    частоте    срыва  вихрей.  Стекание  пленки 
осуществляется    также  с  торцов    свободных  концов  пластин.  В  дальнейшем  струи  жидкости 
дробятся на капли вихрями, возникающими при обтекании  насадочных элементов. 
Для  определения  толщины  пленки  жидкости 
пл
  предположим,  что  вся  орошающая 
жидкость,  поступающая  на  поверхность  пластины,  стекает  в  виде  пленки  со  средней  скоростью 
U
п л
 : 
 
                                      
S
U
U
K
н
ж
п л
п л
,                                    (26) 
где         
S
b
н
2
-  площадь  поверхности  насадки,  м
2
; 
2(
)
b 
    -  периметр 
пластины, м; 
           
K
A
g
вб
 - вибрационный параметр. 
Преобразовывая (124) относительно 
пл
 , получим: 
 
                                          
пл
 = 
r
K
U
U
г
ж
п л
.                                                 (27) 
Здесь   
r
b
b
г


 - гидравлический радиус, м. 
Аппарат  с  вибрирующими  пластинчатыми  насадочными  элементами  относится    к 
аппаратам  с  подвижной  насадкой,  для  которых    W
захл.
    5,0 7,0  м/с.  На  свободной  поверхности 
пленки  при  у=
пл
    касательные  напряжения  газ-жидкость 
гж
,  гораздо  меньше,  чем  при  у=0,  где 
касательные напряжения твердая поверхность-жидкость 
гж
, т.е.  
г ж
 <<  
т ж
. 
Касательные напряжения  
гж
  определим по уравнению (79) и с учетом того, что при у 
 
пл
   
U
U
п л
п л
max
, находим: 
                                     
U
п л
max
 = 
g
r
K
U
U
ж
г
2
ж
2
п л
2
2
                                           (28) 
По  аналогии  с  цилиндрической  насадкой,  принимаем   
U
U
п л
max
п л
1 5
,
.    С  учетом  этого 
уравнение (28) преобразуется к виду: 

79 
                                     
U
п л
=0,87
g
U
r
K
ж
ж
г
1 3
2 3
/
/
                                 (29) 
Тогда толщина пленки жидкости на поверхности насадочного элемента: 
                                  
п л
г
ж
ж
114
1 3
,
.
/
r
U
K
g
                                        (30) 
 
Таким образом, результаты экспериментальных исследований толщины пленки жидкости 
на  поверхности  регулярно  расположенных  насадочных  тел-  цилиндров,  пластинчатых 
вращающихся и пластинчатых вибрирующих обобщены расчетными уравнениями, которые могут 
быть использованы для определения поверхности контакта фаз газоочистного оборудования. 
 
Литература 
1
 
Балабеков  О.С.  Структурно-поэлементный  подход  к  описанию  процессов  массообмена  в 
колонных аппаратах. Чимкент,. 1981. – 22с. Деп. в ВИНИТИ, 1982, № 102 XII – D82. 
2
 
Жукаускас А.А., Жюгжда И.И. Теплопередача цилиндра в поперечном потоке жидкости.  – 
Вильнюс: Мокслас, 1979. – 240с. 
3
 
Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М.: Мир, 1972. – 440с. 
4
 
Кулов Н.Н. Гидродинамика и массообмен в нисходящих двухфазных пленочно-дисперсных 
потоках. Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – М., 1984. – 45с. 
5
 
Перри Джон Г. Справочник инженер-химика. – Л.: Химия, Ленингр. отд-ние, 1969. – т.1. – 639с. 
6
 
Hinze  J.,  Milborn  H.  Atomization  of  liquids  by  means  of  rotating  cup  //  Journal  of  Applied 
Mechanics - 1950. - vol. 17. - № 2. - P.145 - 153. 
7
 
Пажи Д.Г., Галустов В.С. Распылители жидкостей. – М.: Химия, 1979. – 216с. 
8
 
Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В., Ягодкин В.И. Распыливание жидкостей. 2-е изд. 
перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1977. – 208 с. 
 
 
УДК 66.02.542.61 (043.3) 
 
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СЕКЦИОННОГО ЭКСТРАКТОРА 
 
Голубев В.Г., Джусенов А.У., Садырбаева А.С., Орымбетова Г.Э. 
ЮКГУ им. М.Ауезова, Шымкент, Казахстан 
 
Түйін 
Бӛлу  және  экстракциялау  процестерін  бірмезгілде  жүргізуге  мүмкіндік  беретін  секциялық 
экстрактор құрылымы ұсынылған. Бұл процесті қарқындатуға және алынатын ӛнім сапасын арттыруға 
мүмкіндік береді. 
 
Summary 
The design of the section ex-tractor, making possible at the same time processes of division and extraction 
is offered. It allows to intensify process as a whole and to raise quality of a received product. 
 
В настоящие время в ряде отраслей промышленности, например в пищевой, химической, 
ядерной,  металлургии,  медицине,  порфимерии  и  других  используется  экстракционное 
оборудование  для  системы  твердое  тело-жидкость  [1-2].  Каждая  из  конструкций  этого 
оборудования  обладает  как  отдельными  достоинствами,  так  и  недостатками,  позволяющими 
использовать их достаточно избирательно, в зависимости от особенностей процесса. В частности, 
к  недостаткам  отдельных  конструкций  можно  отнести  незначительную  скорость  массообмена, 
малую  производительность  и  низкую  надежность  работы,  связанные  с  забиванием  пор 
фильтрующего  элемента  мелкой  фракцией  твердый  фазы,  сложность  конструкций  и  ряд  других 
особенностей. 
Причем, обобщающим фактором, характерным для всех конструкций, является отсутствие 
одновременного  разделения  на  фракции  подаваемого  материала  и  организация  процесса 
экстракции или выщелачивания. 

80 
С  целью  устранения  указанных  недостатков  и  интенцификации  процесса  экстракции 
(выщелачивания) предлагаем разработанную конструкцию экстрактора (Рис.1) [3]. 
 
 
 
Рисунок 1 Экстрактора 
1-корпус, 2,3,4-  трехсекционные сетка, 8,9,10- конические бункера, 5,6,7 -  патрубки, 
11,12,13,14,15,16- запорная арматура ,  17,18,19 – лопастные  мешалки. 
 
Экстактор  содержит  корпус  1  с  встроенными  в  него  трехсекционные  сита  2,3  и  4.  Под 
ситами располагаются конические бункера 8,9 и 10. Для подачи твердого вещества используется 
патрубок 5, для подачи растворителя служит патрубок 7. Для регулировки расхода растворителя 
используется запорная арматура 11,12,13,14,15,16 и 17. Для  интенсификации процесса экстракции 
или  выщелачивания используются лопастные мешалки 17,18 и 19. 
Аппарат  работает  следующим  образом.  Твердый  материал  через  патрубок  5  поступает  в 
корпус  1  и  под  влиянием  силы  инерции  скатывается  по  наклонной  поверхности  решетки, 
представляющей  собой  трехсекционное  сито.  Первая,  по  ходу  движения  материала,  секция  2 
имеет размер отверстий минимальной фракции. Следующая по ходу движения твердого материала 
секция 3 имеет размер отверстий больше, чем в первой секции,  в третьем секции 4 этот размер 
больше, чем во второй секции. Причем, размер отверстий третьем секции должен соответствовать 
минимальному размеру частиц, загружаемых через входной патрубок 5. 
При необходимости, количество секций можно изменять как в сторону увелечения, так и в 
сторону  уменьшения.  По  мере  продвижения  материала  по  секциям  сит  происходит  его 
просеивание  и  накопление  в  конических  бункерах  8,9  и  10,  расположенных  под  каждым  ситам. 
Для  более  интенсивного  просевания  материала  корпус  1  может  быть  снабжен  вибратором. 
Одновременно с подачей твердого материала в патрубок 5, в бункер 10 через патрубок 6 подается 
растворитель в жидком состоянии. 
Взаимодействуя  с  твердым  материалом  жидкость  растворяет  содержащися  в  нем 
экстрагируемые  компоненты,  которые  переходят  в  раствор.  Таким  образом,  в  каждом  бункере 
образуется  экстракт,  выводимый  через  патрубок  7.  Поскольку,  в  каждом  бункере  образуется 
различная концентрация раствора, связанная с тем, что мелкокусковой материал в первом бункере 
выщелачивается  быстрее,  чем  крупнокусковой  в  последующих  бункерах,  то  используются 
регулировочные вентили 11,12,13,14,15 и 16. 
Это позволяет разбавлять более концентрированный экстракт менее концентрированным и 
получать  на  выходе  из  аппарата  экстракт  необходимой  концентрации.  Подача  растворителя 
осуществляется через патрубок 6 в бункер 10, где взаимодействуя с крупнокусковым материалом, 
осуществлется противоточное движение потоков. 
В  бункере  9  это  взаимодействие  потоков  твердое-жидкое  осуществляется  прямотоком.  В 
бункере 8 взаимодействие осуществляется противотоком, что является достаточно эффективным 
процессом  выщелачивания  или  экстракгирования.  С  целью  интенсификации  процесса 

81 
взаимодействия  твердой  и  жидкой  фаз  в  бункерах  установлены  мешалки  17,18  и  19.  Днища  в 
бункерах  8,9  и  10  имеют  наклон  с  целью  предотвращения  накопления  продукта  экстракции  и 
более благоприятного удаления осадка через запорную арматуру 20,21 и 22. 
В  предложенной  конструкции  совмещены  процессы  фильтрации  твердого  материала  и 
выщелачивания (экстратирования). 
Эффективность работы аппарата достигается тем, что осуществляется разделение твердого 
материала  по  фракциям.  Это  позволяет  организовать  процесс  таким  образом,  что  в  бункере  с 
крупнодисперсной фракцией растворитель будет находиться дольше или его туда можно подавать 
в  большем  количестве,  чем  в  остальные  два  бункера.  В  следующем  бункере,  где  находится 
средняя фракция, время обработки твердого материала растворителем будет меньше, чем в первом 
бункере. В последнем бункере с мелкодисперсной фракцией растворитель должен находиться по 
временим  еще  меньше,  чем  во  втором.  Регулировка  как  по  обьему,  так  и  по  времени 
осуществляется вентилями. Для снижения  времени фракциониравания используются вибраторы, 
установленные в корпусе, а также мешалки в бункере. 
Организация процесса экстракции системы "твердое тело-жидкость" имеет определенные 
особенности,  связанные  с  полидисперсностью  смесей.  Качественное  обеспечение  конечного 
продукта  зависит  от  времени  пребывания  исходного  вещества  в  экстрагенте,  а  также  от 
оптимального  соотношения  расходов  фаз.  Не  менее  важным  являются  гидродинамические 
параметры  режимов  контактирования  и  перемешивания  фаз  для  различного  фракционного 
состава. Учитывая известные подходы к моделированию и расчету процессов эстрактирования [4-
5]  степень  извлечения  целевого  компонента    определяется  в  данном  аппарате  классическим 
способом 
 
 
 
О
О
С
Т
С
С
 , 
(1) 
 
где  
О
С
начальная концентрация компонента, кмоль / кмлоь; 
Т- время прабывания смеси в экстракторе, с. 
 
Таким образом, представленная конструкция многосекционного экстрактора для системы 
"твердое  тело-жидкость"  и  теоретический  анализ  позволяют  сделать  вывод  о  целесообразности 
такой  разработки,  обеспечивающей  различное  время  пребывания  разных  фракций  в  аппарате  с 
целью обоспечения заданной степени извлечения в оптимальном технологическом режиме. 
Предварительно  проведенные  экспериментальные  исследования  подтвердили  их 
перспективность. 
 

жүктеу/скачать 7,95 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: