Диссертация (Смешение пенообразующих жидкостей в аппаратах циклонного типа), страница 10

Графики зависимости радиальной скорости пузырька отскорости потока в питающем штуцере. Расчеты проведены по параметрамэкспериментального гидроциклона. Расчетные радиальные скорости пузырька(3.4.16) с коэффициентами поверхностного натяжения, Н/м: 1 –; 3 –; 4 –. 5 –; 2 –(3.4.21) критическая радиальнаяскорость пузырька.Для того, чтобы определить критическую скорость потока на входе вгидроциклонкакаппаратпри превышении которой гидроциклон прекращает работатьдляпредотвращенияпроцессапеногашения,необходимо78спроецировать точки пересечениябудет соответствоватьина ось(рисунок 3.4.8), это значение и.Как видно из графиков (рисунок 3.4.8) условие (3.4.22) выполняется придовольно малых скоростях смешанного потока на входе, а с увеличениемскорости вероятность разрушения пузырька уменьшается.

При вязкости 0.03 Н/мдобиться работы гидроциклона без образования пены в принципе невозможно.Это объясняется уменьшением диаметра пузырька и, соответственно, егокинетической энергии с увеличением скорости в питающем штуцере (рисунок3.4.1), что не учитывала модель, представленная в [18].793.5. Сопоставление результатов, полученных по предложенной модели,и натурного эксперимента.Для того чтобы наглядно сопоставить результаты, полученные в результатеэксперимента с теорией, необходимо построить график для определения верхнейграницы режима работы гидроциклона, выраженную через скорость потока на входе в гидроциклон, по полученным теоретическим зависимостям дляэкспериментальных гидроциклона и сред, и отобразить на этом графикенаибольшиеинаименьшиезначения,полученныеврезультатеэксперимента.Согласно проведенным экспериментам гидроциклон выходит на рабочийрежим при скорости потока на входе в питающий штуцер, м/с, доэтого в гидроциклоне интенсивно образовывалась пена.

При достижении, м/с в оси гидроциклона формировался либо воздушный, либо пенный столб, взависимости от коэффициента поверхностного натяжения среды. Поэтому всеприведенные ниже графики (рисунки 3.5.1) строились при скоростях больше от, м/с. [3]V, м/с806012403200111213а.)13,313,7 13,814 Vвх, м/с80V, м/с806014023200111212,112,7131314 Vвх, м/сб.)V, м/с8060140220301111,411,611,8121314Vвх, м/св.)V, м/с8060401202011121314 Vвх, м/сг.)Рисунок 3.5.1. Сопоставление опытных и расчетных данных по скоростнымрежимам устойчивой работы гидроциклона. Расчеты проведены по параметрамэкспериментального гидроциклона.

Расчетные радиальные скорости пузырькапроводились для экспериментальных растворов ПАВ №1, №2, №3, №4 с их81измеренными фактическими параметрами соответственно: а.), м2/с. б.), м2/с. г.), Н/м;, м2/с. 1 — расчетная, Н/м;радиальная скорости пузырькаскорость пузырька, м2/с. в.), Н/м;, Н/м;; 2 — расчетная критическая радиальная; 3 — вспомогательная линия, соединяющая наибольшие инаименьшие значение критических скоростей, полученных в ходеэксперимента с критической расчетной скоростью.На графиках (рисунок 3.5.1 а.—в.) на оськритических скоростейспроецированы значенияполученных в результате теоретических расчетов, атак же указаны наибольшие и наименьшие значения этих скоростей, полученныхв ходе эксперимента.

Для экспериментальной среды с коэффициентомповерхностного натяжения 0.03 Н/м значениекак теоретически, так иэкспериментально найти не удалось, пена в гидроциклоне образовываласьпостоянно при всех возможных на лабораторной установке скоростях, поэтомуданные об этой среде далее представляться не будут.Таблица 3.5.1. – Те е иче ие и эе имеаль ые з аче ия, м/с№экспериментальнойнаибольшеенаименьшеетеоретическоесредыэкспериментальное экспериментальное0.0713.713.813.30.0612.713.012.10.0511.611.811.4В таблице 3.5.2. представлены значения этой скорости, полученные врезультате теоретических расчетов, а также указаны средние значения этихскоростей, полученные в ходе серии экспериментов.

[3]Таблица 3.5.2. – С ед ие э, Н/м0.070.060.05е имеТеоретическое13.712.711.6аль ые и е е иче ие, м/сЭкспериментальное среднеезначение13.512.511.582В таблице 3.5.3. представлены среднеквадратические отклонения скоростей, полученных в ходе эксперимента от средних экспериментальных значенийданной скорости:(3.5.1.)э– соответствующий номер эксперимента;– значение скоростиполученное в ходе эксперимента;,– среднее значениеполученные в ходе серии экспериментов.Таблица 3.5.3. – С ед е ад а иче иел че ыдайде эи для э, Н/м0.070.060.05е имее имеал е ияед и эаль ые имеед.э,м/с0.160.290.28ей,аль ы з аче ий83ГЛАВА 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГОПРЯМОТОЧНОГО ГИДРОЦИКЛОНА ДЛЯ СМЕШЕНИЯПЕНООБРАЗУЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ В СЛУЧАЕ, КОГДА ПЕНАОБРАЗОВЫВАТЬСЯ НЕ БУДЕТ.Для того, чтобы рассчитать геометрические параметры гидроциклона,работающего как аппарат для предотвращения пенообразования, необходимознать следующие исходные данные [17]:— коэффициент поверхностного натяжения смешанных жидкостей, Н/м;— динамическая вязкость жидкости, Па×с;— плотность смешанного потока, кг/м3;1,2–объемный расход первой и второй жидкости м3/с;— объемный расход смешанных потоков, м3/с.Рисунок 4.1.

Схема подачи жидкостей в цилиндрический прямоточныйгидроциклон. 1—разгрузочный штуцер; 2—обечайка; 3—штуцер отвода газа; 4—питающий штуцер; 5—штуцер подачи потока; 6—штуцер подачи потока– длинна цилиндрической части гидроциклона, м;гидроциклона, м;– внутренний диаметр— диаметр питающего штуцера, м; G – газ;смешанной жидкости. [17];– поток84Смешиваемые потокиичерез штуцеры 5 и 6, соответственно,попадают в питающий штуцер 4, где и начинается процесс смешения этихпотоков с образованием пузырьков газа (пены, как таковой, не образуется). Далеесмешанный поток жидкостис пузырьками через питающий штуцер 4тангенциально подается в цилиндрический прямоточный гидроциклон, гдепродолжают расти и выделяться пузырьки газа G.

В гидроциклоне, под действиемвыталкивающей силы, пузырьки будут двигаться к границе раздела фаз, где ониразрушаются или образуют пену. Выделившийся газ G отводится из штуцера 3, асмешанный поток жидкостиНеобходимогидроциклона – этовыводится из штуцера 1. [17]определить,,основныегеометрическиепараметры.Согласно [53] диаметр патрубка на входе в гидроциклон будет определятьсякак:(4.1)Как показали исследования, приведенные в работе [14], тангенциальнаяскорость в гидроциклоне стабилизируется по высоте аппаратаравном(участок стабилизации тангенциальной скоростина участке), кроме того,на данном участке стабилизируется тангенциальная скорость по радиусугидроциклона, поэтому должно выполняться условиецилиндрической части гидроциклона будет очень большой. Если длинны, то скоростьпотока в гидроциклоне начнет падать [14; 17].

В той же работе было показано, чтозначение установившейся тангенциальной скорости почти не изменяется при, поэтому рационально определять длину цилиндрической частигидроциклона по соотношению [17]:(4.2)Скорость потока на входе определяется как, с подстановкой (4.1)будет [17]:(4.3)85Тангенциальная скорость потока находится по уравнению [14; 53; 54]:(4.4)Подставим в (4.4) зависимости (4.1) и (4.2), тогда получим [17]:(4.5)Центробежное ускорение потока в гидроциклоне [17]:(4.6)Гидроциклон с геометрическими параметрамим,потока на входеускорениюм,м, начинает работать стабильно при скоростим/с [17; 19], что соответствует центробежномум/с2, тогда тангенциальная скорость потока, прикоторой гидроциклон с геометрическими параметрами (4.1), (4.2) начнет работатьстабильно будет определяться из (4.6) по формуле [17]:(4.7)Скорость потока на входе, при которой гидроциклон начнет работатьстабильно из (4.5), (4.7) будет определяться по формуле [17]:(4.8)То есть гидроциклон начнет работать стабильно, если будет выполнятьсяусловие [17]:(4.9)Чтобы определить диаметр патрубка на входе в гидроциклон и длинуцилиндрической части гидроциклона необходимо задаться таким внутреннимдиаметром гидроциклона, чтобы выполнялось условие (4.9), в противном случаецентробежное ускорение потока в аппарате будет меньшем/с2 игидроциклон не выйдет на рабочий режим.

Диаметр патрубка на входе вгидроциклон и длина цилиндрической части гидроциклона определяются позависимостям (4.1) и (4.2) соответственно. [17]86Из (4.9) можно определить внутренний диаметр гидроциклона, при которомон будет работать стабильно [17]:(4.10)— максимально возможный диаметр гидроциклона,при котором гидроциклон будет работать стабильно. [17]Как показал теоретический анализ [19], гидроциклон с геометрическимисоотношениями (4.1) и (4.2) будет работать как аппарат для предотвращенияпроцесса пенообразования в определенном режимном диапазоне.

[17]Как мы выяснили выше, нижний предел режима работы гидроциклонам/с2. В работе [19] нами было выявлено, что при превышенииопределенной критической скорости потока жидкости на входе в аппарат,гидроциклон прекращал работать как аппарат предотвращающий процесспенообразования [17].

Так же было обнаружено, что основными факторами,влияющими наверхний предел режима работы гидроциклона, являютсякоэффициент поверхностного натяжения смешанных жидкостейдиаметр гидроциклонаи внутренний[17]. В виду вышеизложенного мы построили графикизависимости для верхнего предел режима работы гидроциклона – критическогоцентробежного ускорения потока жидкости, при превышении которого вгидроциклоне начнет образовываться пена, от коэффициента поверхностногонатяжения(рисунок 4.2) и внутреннего диаметр гидроциклонав логарифмической системе координат. [17](рисунок 4.3)87а ц.б.кр.

м/с2100001000100Ϭ, Н/м 0,010,10Рисунок 4.2. График зависимости критического центробежного ускоренияпотока жидкостиот коэффициента поверхностного натяжениявлогарифмической системе координат. Расчеты проведены для гидроциклона сгеометрическими параметрами: сплошная линия на графике –м,м,м; пунктирная линия на графике –м,м. [17]м,88а ц.б.кр.