В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» icon

В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв»




НазваВ.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв»
Сторінка1/4
Дата14.07.2012
Розмір0.53 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4


УДК 66.099.2:936.43.001

КП

№ держреєстрації 0106U013012

Інв. №

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

(СумДУ)

40007, м. Суми, вул. Римського-Корсакова, 2, тел. (0542) 33-41-08

info@nis.sumdu.edu.ua

ЗАТВЕРДЖУЮ


Проректор з наукової

роботи СумДУ, д.ф.-м.н., проф.

____________А.М. Чорноус

2009.10.15

ЗВІТ


ПРО НАУКОВО-ДОСЛІДНУ РОБОТУ

Дослідження вихрових грануляційних та масотеплообмінних пристроїв

РОЗРОБКА НОВИХ КОНСТРУКЦІЙ ГРАНУЛЯТОРІВ

(заключний)


Начальник НДЧ,

к.т.н., доц. В.А. Осіпов

2009.10.15

Керівник НДР,

д.т.н., проф. В.І. Склабінський

2009.10.15


2009
^


Рукопис закінчено 15 жовтня 2009 року

Результати даної роботи розглянуто на засіданні НТР, протокол № 4 від 22.10.2009.



СПИСОК АВТОРІВ


Завідувач кафедри «Процеси та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв», д.т.н., професор (керівник)



2009.10.15

В.І. Склабінський (Вступ,

розіл 4, висновки)

доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв», к.т.н



2009.10.15

О.О. Ляпощенко (розділ 4)

доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв», к.т.н



2009.10.15

С.М. Яхненко (розділ 1)

старший викладач кафедри «Процеси та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв», к.т.н



2009.10.15

А.Є. Артюхов (розділи 2, 3, 4)

асистент кафедри «Процеси та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв»



2009.10.15

В.А. Смірнов (розділ 3.1)



РЕФЕРАТ

Звіт про НДР: 71 с., 48 рис., 36 джерел.

Об’єкт дослідження: течії одно- та двофазного потоків в вихрових тепломасообмінних апаратах з інтенсивною гідродинамікою.

Мета роботи: створення науково обґрунтованої методики розрахунку гідродинамічних чинників течій фаз у робочому просторі грануляційного пристрою, що має удосконалену конструкцію для забезпечення зниження висоти грануляційного пристрою, підвищення інтенсивності його функціонування.

Методи дослідження: Математичне моделювання здійснювалося на базі кла­сичних положень механіки рідини та газу і технічної гідромеханіки. Фізичний екс­перимент проведено шляхом експериментальних досліджень стендових зразків гра­нуляційного обладнання на базі використання математичного апарата планування експерименту та математичної статистики. На етапі зіставлення результатів теоре­тичних та експериментальних досліджень з результатами комп’ютерного моделю­вання застосовано системи тривимірного твердотільного моделювання КОМПАС-3D(http://www.ascon.ru/), програмний комплекс FlowVision (http://www.flowvision.ru) та COSMOS FlowWorks 2006 Pre-Release. Побудову теорети­чних залежностей виконано диференціальними методами математичного аналізу та інтегрального обчислення.

Дослідження, спрямовані на опрацювання високоефективного апаратурного оформлення обладнання для гранулювання, визначення найбільш сприятливої конфігурації та конструктивного оформлення окремих елементів апарата та їх комбінації, комплексне теоретичне й експериментальне вивчення гідродинаміки потоків, повинні вирішувати проблему, яка стоїть перед хімічною промисловістю України на сучасному етапі.

В ході роботи було досягнуто мету дослідження, результати НДР впроваджено в технологію одержання гранульованих продуктів безбаштовим методом.

^ ГРАНУЛЮВАННЯ, ВИХРОВІ ПОТОКИ, МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ, ЕКСПЕРИМЕНТ, ПРОМИСЛОВИЙ ЗРАЗОК


ЗМІСТ

Перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів...............

5

Вступ...........................................................................................................................

6

1 Загальна методика та основні методи дослідження............................................

8

1.1 Загальна методика проведення досліджень.......................................................

8

1.2 Методи і засоби математичного моделювання.................................................

8

1.3 Будова експериментальної установки.................................................................

9

2 Теоретичні основи розрахунку гідродинаміки вихрових тепломасообмінних апаратів.........................................................................................................................


13

2.1 Гідродинаміка газового потоку у вихрових апаратах........................................

13

2.2 Рух дисперсної фази у закрученому вихровому потоці.....................................

25

3 Експериментальні дослідження закономірностей гідродинаміки у вихрових тепломасообмінних апаратах.....................................................................................


36

3.1 Організація початкового руху газового потоку та його вплив на рух гранул в апаратах зі зниженою висотою польоту гранул...................................................


36

3.2 Дослідження впливу гідродинамічних чинників на роботу гранулятора.......

45

4 Розробка методики інженерного розрахунку вихрових апаратів та їх промислове впровадження......................................................................................................


53

Висновки.......................................................................................................................

62

Перелік посилань.........................................................................................................

63


перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів


с

-

теплоємність, кДж/кг;

D,d

-

діаметр гранули, м;



-

масові сили в радіальному, коловому та осьовому напрямках, Н;

G

-

масова витрата, кг/с;

g

-

прискорення вільного падіння, м/с2;

m

-

маса, кг;

N

-

кількість гранул, що проходять крізь одиницю перерізу за одиницю часу;

Q

-

об’ємна витрата, м3/с;

R

-

радіус краплі (гранули), м;

r

-

поточний радіус, м;



-

критерій Рейнольдса;

S

-

площа поперечного перерізу, м2;

t, ?

-

температура, °С;

,,

-

радіальна, витратна та колова складові швидкості руху газу, м/с;

,,

-

радіальна, витратна та колова складові швидкості руху гранули, м/с;

z, , r

-

напрямок (циліндричні координати);

к

-

половина кута розкриття дифузора, град;

?

-

динамічний коефіцієнт в’язкості, Па·с;

?

-

кінематичний коефіцієнт в’язкості, м2с;

?

-

густина, кг/м3;

?

-

час, с;







Скорочення

ср

-

середній

т

-

твердий

ч

-

частинка

г

-

газ
ВСТУП

Сучасне виробництво гранульованих продуктів потребує створення нових енергозберігаючих та ресурсозберігаючих технологій гранулювання з метою отримання продукції високого ґатунку, збільшення питомої потужності виробництва, зменшення габаритів обладнання, підвищення ступеня інтенсифікації теплообмінних та масообмінних механізмів, що становлять сутність процесу гранулоутворення. У зв’язку з цим перед дослідниками та конструкторами постає досить актуальна проблема – розроблення високоефективного грануляційного обладнання, що повинно задовольняти високі умови сучасної економіки, зберегти переваги попередніх розробок та впровадити нові, до цього часу не використані у виробництві прогресивні методи підвищення якості продукції.

На сьогодні вітчизняні підприємства, що спеціалізуються на виробництві гранульованих пористих продуктів з розчинів і розплавів, використовують для цього грануляційні вежі [1]. Цей тип обладнання характеризується значними капітальними витратами на виготовлення, технічне обслуговування і ремонт, пов'язаними з тим, що грануляційні вежі мають великий діаметр і досить велику висоту. Значні габаритні розміри грануляційного обладнання баштового типу обумовлюють також складність виготовлення та експлуатації. Крім того, грануляційні вежі мають порівняно низьку питому продуктивність [2]. Будівництво принципово нових малотоннажних підприємств, що ґрунтуються на виробництві гранульованих продуктів за допомогою грануляторів псевдозрідженого шару, - один зі способів зниження витрат на виробництво гранульованих пористих продуктів і збільшення їх якісних характеристик.

Актуальною проблемою сьогодення є перехід до високоефективних технологій з мінімальним використанням вичерпних енергоносіїв. Використання сучасних досягнень науки і техніки повинно збільшити кількість нових та модернізованих виробництв, що діють за принципом енергоощадності та раціонального використання природних ресурсів.

На сьогодні проблемам підвищення ефективності технологічних процесів, обладнання та якості продукції приділяється велика увага. Стосовно галузей виробництва, що пов’язані з отриманням гранульованих продуктів, ці вимоги відображаються в можливості здійснення процесів в універсальних багатофункціональних апаратах великої питомої потужності.

Будівництво нових хімічних підприємств повинне відповідати світовим стандартам, а також враховувати сучасні запити і вимоги замовників до якості продукції, що випускається. Перехід до нової організації процесу грануляції з використанням малогабаритного обладнання, яке дозволить скоротити витрати енергії, природних ресурсів та трудомісткість, зменшити матеріаломісткість і капітальні витрати на будівництво і забезпечить сприятливу екологічну обстановку в навколишньому середовищі, – перспективний напрям розвитку хімічної промисловості в даній галузі.

Враховуючи значний вплив технологічних параметрів роботи грануляційного обладнання та його конструктивного оформлення на його габарити, останнім часом ведуться пошуки нових високоефективних способів отримання гранульованої продукції. Практична реалізація перелічених заходів пов’язана з розробленням універсальної апаратури, що відповідає вищезазначеним вимогам.

Питання переходу галузі одержання гранульованих продуктів на принципово новий виток розвитку повинно бути всебічно розглянуте. Сучасне грануляційне обладнання (особливо баштове) застаріло. Воно не відповідає сучасним вимогам щодо економічних показників, витратам на будівництво і обслуговування.

Дослідження, спрямовані на опрацювання високоефективного апаратурного оформлення обладнання для гранулювання, визначення найбільш сприятливої конфігурації та конструктивного оформлення окремих елементів апарата та їх комбінації, комплексне теоретичне й експериментальне вивчення гідродинаміки потоків повинні вирішувати проблему, яка стоїть перед хімічною промисловістю України на сучасному етапі.

Одним із найбільш ефективних методів здійснення процесів тепломасообміну, як відомо, є псевдозрідження. Переваги такої гідродинамічної системи відмічені в монографіях вітчизняних та зарубіжних науковців [3-6]. Тому невипадково цей підхід отримав широкий розвиток у багатьох галузях промисловості.

^ 1 ЗАГАЛЬНА МЕТОДИКА ТА ОСНОВНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

1.1 Загальна методика проведення досліджень


Основна мета досліджень - створення науково обґрунтованої методики розрахунку гідродинамічних чинників течій фаз у робочому просторі грануляційного пристрою, що має удосконалену конструкцію для забезпечення зниження висоти грануляційного пристрою, підвищення інтенсивності його функціонування, створення таких умов, щоб під час руху крапель розплаву відбувся процес гранулоутворення без з’єднання гранул чи їх подрібнення.

Для досягнення поставленої мети проведено математичне моделювання гідродинаміки потоків у вихрових апаратах зі зниженою висотою польоту гранул, експериментально досліджено гідродинаміку потоків у робочому просторі вихрового гранулятора, проаналізовано результати та розроблено методику гідродинамічного розрахунку малогабаритних вихрових апаратів змінного перерізу робочого простору зі зниженою висотою польоту гранул.

На етапі зіставлення результатів теоретичних та експериментальних досліджень з результатами комп’ютерного моделювання застосовано системи тривимірного твердотільного моделювання КОМПАС-3D (http://www.ascon.ru/), програмний комплекс FlowVision (http://www.flowvision.ru) та COSMOS FlowWorks 2006 Pre-Release. Побудову теоретичних залежностей виконано диференціальними методами математичного аналізу та інтегрального обчислення.

Натурні експерименти підпорядковано меті зіставлення їх результатів та теоретичних досліджень.


1.2 Методи і засоби математичного моделювання


Математичне моделювання здійснювалося на базі класичних положень механіки рідини та газу і технічної гідромеханіки. Розв’язання рівнянь математичної молелі здійснено за допомогою системи комп’ютерної математики Maple 9 [7]. На базі математичного моделювання створено програму розрахунку основних гідродинамічних показників потоків у робочому просторі вихрового гранулятора, яка виконана у середовищі Delphi [8]. Вхідними даними для цієї програми є витрати матеріальних потоків, геометричні параметри робочого простору апарата, фізико-хімічні та термодинамічні властивості потоків, початкові умови здійснення процесу. Вихідними даними розрахунку є гідродинамічні характеристики потоків у кожній з точок розрахункової області робочого простору вихрового гранулятора та траєкторія руху гранул.

Моделювання руху потоків за допомогою програмних продуктів COSMOS FlowWorks 2006 Pre-Release [9] та FlowVision 2003 demo [10] грунтується на кінцево-об'ємному методі розв’язування рівнянь гідродинаміки й використання прямокутної адаптивної сітки з локальним подрібненням. Для апроксимації криволінійної геометрії з підвищеною точністю використовується технологія підсіткової щільності геометрії. Ця технологія дозволяє імпортувати геометрію із систем САПР і обмінюватися інформацією із системами кінцево-елементного аналізу. Використання цієї технології дозволило вирішити проблему автоматичної генерації сітки — щоб згенерувати сітку, досить задати всього лише кілька параметрів, після чого сітка автоматично генерується для розрахункової області, що має геометрію будь-якого ступеня складності.


    1. Будова експериментальної установки


Для проведення експериментів з дослідження гідродинамічних параметрів вихрового псевдозрідженого шару було спроектовано та виготовлено експериментальну установку вихрового гранулятора, що передбачає у своїй конструкції окремі змінні елементи, комбінація яких відповідає конкретній серії дослідів, що проводяться. Схему установки наведено на рис. 1.1.

Принцип дії установки такий.

Повітря з навколишнього середовища через забірник засмоктується за рахунок створюваного зрідження радіальним вентилятором високого тиску 4 та подається до електрокалорифера 2, де відбувається його нагрівання до температури, передбаченої технологічним процесом гранулоутворення. За рахунок енергії, що отримана при проходженні радіального вентилятора, нагріте повітря по трубопроводу надходить до робочого простору вихрового гранулятора 1 і бере участь у створенні киплячого шару гранул.



а)



б)

Рисунок 1.1 – Експериментальний стенд вихрового псевдозрідженого шару для отримання гранульованих продуктів: а) 3D модель установки; б) принципова схема: 1 – вихровий гранулятор; 2 - електрокалорифер; 3 - парогенератор; 4 - газодувка; 5 – ємність із заглибленим насосом; 6 – розпилювач; 7 – електромагнітний вібра­тор; 8 – електронний регулятор; 9 - частотомір; 10 – компресор; 11 – бункер; 12 - сегментний дозатор.
  1   2   3   4

Схожі:

В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconВ.І. Склабінський (Вступ, висновки)
Завідувач кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв», д т н., професор (керівник)
В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconМетодичні вказівки до вивчення дисципліни "Обладнання нафтопереробних виробництв"
Обладнання нафтогазопереробних виробництв" зі спеціальності 090220 "Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів"...
В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconОсновними навчальними дисциплінами кафедри є: Процеси та апарати хімічних І нафтопереробних виробництв
Розрахунок І конструювання машин та апаратів хімічних І нафтопереробних виробництв
В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconРозрахунок та проектування багатофункціональних теплогенеруючих агрегатів-гідромлинів
В. І. Склабінський – доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри процесів та обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв...
В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconМетодичні вказівки І контрольні завдання
Монтаж, діагностика та ремонт обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв" за спеціальністю 090220 "Обладнання хімічних виробництв...
В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconМетодичні вказівки до вивчення дисципліни "технологічні лінії та комплекси нафто- І газопереробних виробництв"
Технологічні лінії та комплекси нафто- і газопереробних виробництв" зі спеціальності 090220 "Обладнання хімічних виробництв і підприємств...
В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconМетодичні вказівки до практичних занять та виконання контрольних робіт, одз з теми «Пилогазоочищення»
«Обладнання установок регенерації і утилізації відходів хімічних виробництв» для студентів спеціальності 090220 «Обладнання хімічних...
В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconМетодичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Проектування хімічних підприємств та основи сапр» для студентів спеціальностей 090220, 090220 Обладнання хімічних виробництв
«Проектування хімічних підприємств та основи сапр» для студентів спеціальностей 090220, 090220 "Обладнання хімічних виробництв І...
В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconЗі спеціальності Процеси і обладнання хімічних виробництв
Перелік дисциплін, з яких проводяться вступні випробування для вступу на навчання за опп підготовки спеціалістів, магістрів
В.І. Склабінський (Вступ, розіл 4, висновки) доцент кафедри «Процеси та обладнання хімічних І нафтопереробних виробництв» iconМетодичні вказівки до розрахункової роботи з дисципліни „Технологічні основи хімічних виробництв
Методичні вказівки до розрахункової роботи з дисципліни "Технологічні основи хімічних виробництв" за спеціальністю 090220 "Обладнання...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи