Министерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» Н.С. Гришин, И.И. Поникаров, С.И. Поникаров, Д.Н. Гришин ЭКСТРАКЦИЯ В ПОЛЕ ПЕРЕМЕННЫХ СИЛ. <...> Рассмотрены их основные конструкции, приведены основные закономерности движения радиальных потоков, капель, а также описание массообменных процессов в центробежных экстракторах с различными насадочными устройствами. <...> Предложен методологический подход к интенсификации процессов экстракции в центробежных аппаратах и изложена методика расчета центробежных экстракторов на основе полученных авторами расчетных зависимостей. <...> 1) © Гришин Н.С., Поникаров И.И., ISBN 978-5-7882-1332-3 2 Поникаров С.И., Гришин Д.Н., 2012 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2012 ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ . <...> Вывод функциональной зависимости для определения коэффициента расхода для центробежных аппаратов . <...> Истечение жидкости в среду близкой плотности из вращающихся насадок . <...> ДИСПЕРГИРОВАНИЕ И ДРОБЛЕНИЕ КАПЕЛЬ, ДВИЖУЩИХСЯ В РАВНОМЕРНО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ СРЕДЕ . <...> Процесс диспергирования в контактных зонах центробежных экстракторов. <...> Размер капель при дроблении струй в центробежном экстракторе . <...> Уравнения движения капли во вращающейся жидкости . <...> Экспериментальное исследование по определению скорости капель во вращающейся среде . <...> Стесненное движение капель во вращающейся жидкой среде . <...> ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ОДНО- И ДВУХФАЗНЫХ ВНУТРИРОТОРНЫХ РАДИАЛЬНЫХ ПОТОКОВ…………………. <...> Теоретический анализ гидродинамического состояния двухфазного потока при противоточном движении жидкостей через отверстия в момент инверсии фаз . <...> Производительность центробежных аппаратов при одно- и двухфазном истечении через круговые щели насадочных устройств . <...> Массоперенос в каплях, движущихся по конусу в равномерно вращающейся <...>
Экстракция_в_поле_переменных_сил._Гидродинамика,_массопередача,_аппараты_(теория,_конструкции_и_расчеты)._Ч.1..pdf
УДК 06.061;621.928;66.067.5
ББК 35.113
Гришин Н.С.
Экстракция в поле переменных сил. Гидродинамика, массопередача, аппараты:
монография: в 2 ч. Ч. 1 / Н.С.Гришин [и др.]; М-во образ. и науки России,
Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2012. – 468 с.
ISBN 978-5-7882-1332-3
ISBN 978-5-7882-1333-0 (ч. 1)
Обобщены результаты исследований и разработки центробежных экстракторов.
Рассмотрены их основные конструкции, приведены основные закономерности
движения радиальных потоков, капель, а также описание массообменных
процессов в центробежных экстракторах с различными насадочными
устройствами. Предложен методологический подход к интенсификации
процессов экстракции в центробежных аппаратах и изложена методика расчета
центробежных экстракторов на основе полученных авторами расчетных
зависимостей. Описаны наиболее перспективные конструкции исследуемых
аппаратов.
Рассчитана на инженерно-технических работников различных отраслей
промышленности, разработчиков массообменной аппаратуры, а также может
быть полезна студентам технических высших учебных заведений.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского
научно-исследовательского технологического университета.
Под редакцией профессора И.И. Поникарова
Р е це н з е нт ы:
зав кафедрой, заслуженный деятель науки и техники России,
доктор технических наук Г.И. Ильин
доктор технических наук, профессор Ю.И. Азимов
ISBN 978-5-7882-1333-0 (ч.1) © Гришин Н.С., Поникаров И.И.,
ISBN 978-5-7882-1332-3
2
Поникаров С.И., Гришин Д.Н., 2012
© Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2012
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................ 8
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ .............................................................. 10
Глава 1. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ПРИ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ
ЭКСТРАКТОРАХ ..................................................................... 13
1.1. Основные характеристики центробежного поля. Общие
положения .................................................................................... 13
1.2. Уравнение неразрывности (сплошности) в цилиндрических
координатах ................................................................................. 18
1.3. Дифференциальные уравнения равновесия и движения
во вращающемся роторе (уравнение Л.Эйлера) ...................... 24
1.4. Истечение жидкостей из затопленных насадок (диспергаторов)
........................................................................................... 31
1.5. Вывод функциональной зависимости для определения
коэффициента расхода для центробежных аппаратов ............ 36
1.6. Уравнение движения струи при истечении жидкостей
из отверстий насадок в поле действия центробежных сил ..... 43
1.7. Истечение жидкости в среду близкой плотности
из вращающихся насадок .......................................................... 53
1.8. Экспериментальное исследование истечения жидкостей
из затопленных насадок и диспергаторов ................................ 59
1.9. Метод определения параметров движущихся частиц
в прозрачных роторах с помощью фотосъемки ....................... 75
3
Стр.3
Глава 2. ДИСПЕРГИРОВАНИЕ И ДРОБЛЕНИЕ КАПЕЛЬ,
ДВИЖУЩИХСЯ В РАВНОМЕРНО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ
СРЕДЕ ......................................................................................... 84
2.1. Процесс диспергирования в контактных зонах центробежных
экстракторов. ............................................................................... 84
2.2. Дробление капли в центробежном поле ................................... 86
2.3. Процессы каплеобразования жидкостей из отверстий и
сопел насадок центробежных экстракторов ........................... 102
2.3.1. Вывод функциональной зависимости для среднего
размера капель при двухфазном движении жидкостей
по наклонному каналу ..................................................... 102
2.3.2. Вывод функциональной зависимости среднего размера
капель при однофазном движении жидкостей через
отверстия насадок ......................................................... 108
2.3.3. Деформация капель, осаждающихся в центробежном
поле .................................................................................. 114
2.4. Размер капель при дроблении струй в центробежном
экстракторе ................................................................................ 125
Глава 3. ДВИЖЕНИЕ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ В ЖИДКОСТИ,
ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ
СИЛ ........................................................................................... 138
3.1. Уравнения движения капли во вращающейся жидкости ...... 138
3.2. Экспериментальное исследование по определению скорости
капель во вращающейся среде ................................................. 154
3.3. Режимы движения и коэффициенты сопротивления капель,
движущихся в поле действия центробежных сил .................. 173
3.4. Стесненное движение капель во вращающейся жидкой
среде ........................................................................................... 194
4
Стр.4
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ОДНО- И ДВУХФАЗНЫХ
ВНУТРИРОТОРНЫХ РАДИАЛЬНЫХ
ПОТОКОВ………………….. .................................................. 208
4.1. Теоретический анализ гидродинамического состояния двухфазного
потока при противоточном движении жидкостей
через отверстия в момент инверсии фаз ................................. 208
4.2. Производительность центробежных аппаратов при одно- и
двухфазном истечении через круговые щели насадочных
устройств ................................................................................... 215
Глава 5. МАССООТДАЧА В КАПЛЯХ, ДВИЖУЩИХСЯ
В СРЕДЕ ДРУГОЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ ... 222
5.1. Методы описания массопередачи в экстракционных
аппаратах ................................................................................... 222
5.2. Массопередача в центробежных экстракторах ...................... 229
5.3. Вывод функциональной зависимости по определению
массопередачи в каплях в среде другой вращающейся
жидкости .................................................................................... 232
5.4. Экспериментальное определение параметров, обусловливающих
массопередачу в каплях ................................................... 239
5.5. Массоперенос в каплях, движущихся по конусу в равномерно
вращающейся жидкости (диффузионное сопротивление
в дисперсной фазе).................................................................... 250
5.6. Массоперенос в одиночных каплях, движущихся в равномерно
вращающейся вязкой жидкости .............................................. 258
5.7. Массопередача в каплях при наличии «концевого
эффекта» .................................................................................... 266
5
Стр.5
Глава 6. ПРОДОЛЬНОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В КОНТАКТНОЙ
ЗОНЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЭКСТРАКТОРА ................... 275
6.1. Продольное перемешивание в экстракторе. Методика проведения
исследования ...................................................................... 275
6.2. Основные математические модели структуры потоков ........ 276
6.3. Основные методы определения структуры потоков
в аппаратах ................................................................................ 279
6.4. Продольное перемешивание в каналах центробежного
экстрактора при равномерном вращении ............................... 286
6.5. Продольное перемешивание в дисперсной фазе ................... 288
6.6. Продольное перемешивание в сплошной фазе ...................... 299
Глава 7. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ
ПОТОКОВ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЭКСТРАКЦИОННЫХ
АППАРАТАХ…...…. ............................................................... 310
7.1. Проблемы интенсификации массообмена в аппаратах ......... 310
7.2. Анализ гидродинамических параметров насадочных
устройств центробежных экстракторов .................................. 317
7.3. Поэлементный анализ радиального движения потоков
в центробежных экстракторах ................................................. 320
7.4. Определение зависимости для профилирования ротора
исходя из закономерностей массоотдачи ............................... 330
Глава 8. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ПОТОКОВ
В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЭКСТРАКТОРАХ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-КОНТАКТНОГО ТИПА .......... 361
8.1. Процесс разделения жидкостей в межтарельчатом
пространстве центробежных аппаратов ................................. 361
6
Стр.6
8.2. Распределение скоростей потоков в центробежных
аппаратах с профилированным ротором (в направлении
оси вращения) ........................................................................... 375
8.3. Окружная скорость радиальных потоков ............................... 393
8.4. Радиальная скорость дисперсной фазы в центробежном
экстракторе ................................................................................ 404
8.5. Расчетные зависимости по определению основных
параметров центробежных экстракторов с профилированным
ротором ...................................................................................... 409
8.5.1. Производительность центробежных экстракторов
дифференциально-контактного типа ......................... 409
8.5.2. Поверхность контакта фаз в аппарате
с профилированным ротором ....................................... 419
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ….. ............................................................... 426
7
Стр.7