Дослідження потужності у роторному плівковому апараті

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження потужності у роторному плівковому апараті

Исследование мощности в роторном плёночном аппарате

Research work of power in rotary film apparatus

роторний установка потужність

Бишко Микита Андрійович

студент

Національного технічного університету України

«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Зубрій Олег Григорович

кандидат технічних наук,

доцент кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв

Зубрий Олег Григорьевич

кандидат технических наук,

Анотація

Розглянуто вплив зміни фізичних властивостей речовин на потужність, що витрачається на перемішування та розподіл рідини. У роботі представлено результати експериментальних досліджень, що проводились у роторному плівковому апараті з шарнірним кріпленням лопатей. У якості оброблюваних речовин використовувались вода та розчини 20%, 30%, 40%, 50% гліцерину у воді. На основі експериментальних даних отримано узагальнену розрахункову залежністьа коефіцієнта потужності KN в залежності від відцентрового критерія Рейнольдса Re.f та плівкового критерію Рейнольдса Ren.

Ключові слова: роторний плівковий апарат, гідродинаміка, гліцерин, вода, потужність, коефіцієнт потужності.

Аннотация

Рассмотрено влияние изменение физических свойств жидкостей на мощность, которая тратится на перемешивание и распределение жидкости. В работе представлено результаты экспериментальных исследований, которые проводились в роторном пленочном аппарате с шарнирным креплением лопастей. В качестве обрабатываемых жидкостей использовались вода и растворы 20%, 30%, 40%, 50% глицерина в воде. На основании экспериментальных данных получено обобщенную расчетную зависимость коэффициента мощности KN в зависимости от центробежного критерия Рейнольдса Re4 и пленочного критерия Рейнольдса Re4 .

Ключевые слова: роторный пленочный аппарат, гидродинамика, глицерин, вода, мощность, коэффициент мощности.

Summary

The influence of fluid physical properties on the power that is spent on mixing and distribution of liquid is considered. The paper presents the results of experimental studies, which were carried out in a rotary film apparatus with hinged blades. As the treated liquids, water and solutions of 20%, 30%, 40%, 50% glycerol in water were used. On the basis of the obtained experimental data, the power factor was calculated depending on the centrifugal and film Reynolds criterias.

Key words: rotary film apparatus, hydrodynamics, glycerin, water, power, power factor.

Постановка проблеми

Через складність течії рідини в роторному плівковому апараті складно створити теоретичну модель яка б адекватно описувала гідродинаміку, тепло та масообмін та інші процеси, що не дозволяє провести достатньо точний розрахунок роторного апарата. Використовуються спрощені моделі [7], значним досягненням є розгляд явищ переносу в уявленнях напівемпіричної теорії турбулентного переносу [5], але в більшості випадків пропонується експериментально визначати окремі величини, наприклад коефіцієнт тепловіддачі [6]. Однією з гідродинамічних величин РПА є потужність, яка витрачається на розподілення, перемішування рідини лопатями ротора, подолання сил тертя в ущільненнях, опорах на ін. [1]. Потужність є важливою характеристикою роторного плівкового апарата для вибору приводу і крім того може бути використана для опису процесів переносу в плівці рідини [2].

Мета статті. Головною метою цієї роботи є експериментальне дослідження витрат потужності із врахуванням впливу швидкості обертання, витрат рідини та її фізичних властивостей в роторному плівковому апараті з шарнірним кріпленням лопатей та узагальнення результатів дослідів.

Виклад основного матеріалу.

Дослідження потужності проводилися на експериментальній скляній установці роторного плівкового апарата з шарнірним кріпленням фторопластових лопатей (рис. 1).

Установка складається з наступних основних вузлів: скляного роторного плівкового апарата 1 з оболонню 2, ротора 3 з приводом 4 і торцевим ущільненням 5. На роторі 3 шарнірно прикріплені фторопластові лопаті.

Початковий розчин подається в ємність 6 і далі в роторний плівковий апарат 1, де лопатями ротора 3 розподіляється по внутрішній поверхні та перемішується в тонкому шарі. Температурний режим регулюється за допомогою термостата. Оброблений розчин стікає в приймальну і зливну ємності 7 і 8.

В якості робочої рідини для проведення дослідження на лабораторній установці використовувалась вода та розчини 20%, 30%, 40% та 50% гліцерину у воді.

У попередніх роботах були визначені витрати енергії на подолання тертя в ущільненнях та опорах валу.

В наступному викладенні аналізується потужність, яка витрачається лише на розподілення та перемішування рідини.

Результати дослідження показано у вигляді залежності потужності від кутової швидкості на рис. 2.

Як видно з рис. 2 кутова швидкість показує значний вплив на величину потужності. Також був оцінений вплив витрат рідини на потужність.

Рис. 1. Схема дослідної установки:

1 -- роторний плівковий апарат; 2 -- теплообмінна оболонь; 3 -- шарнірний ротор; 4 -- привід;

5 -- ущільнення; 6 -- напірний бак; 7 -- приймальна ємність; 8 -- зливна ємність

Рис. 2. Залежність потужності N від кутової швидкості го для 50% гліцерину (1), 40% гліцерину (2), 30% гліцерину (3), 20% гліцерину (4) та води (5)

За результатами проведених досліджень та за літературними даними [3]. запропоновано узагальнююче рівняння у вигляді:

Використовуючи логарифмічну систему координат, рис. 3, було знайдено область зміни виду залежності величини Kn від критерію Re^ = 8000. В літературі ця область зазвичай оцінюється як критична і характеризує зміну режиму течії рідини (перехід до турбулентного режиму течії). За [8] Иец = 4000 - 5000 для апарата з жорстким кріпленням лопатей).

Рис. 3. Залежність коефіцієнта потужності KN від відцентрового критерію Нєц в логарифмічній системі координат

Рис. 4. Залежність коефіцієнта потужності KN від відцентрового критерію Re^

На основі отриманих результатів експерименту була встановлена залежність коефіцієнта потужності від відцентрового критерію Рейнольдса при постійних величинах Rera^ (рис. 4).

Висновки і пропозиції

Проведені експериментальні дослідження витрат потужності в роторному плівковому апараті з шарнірним кріпленням лопатей. За результатами досліджень встановлена залежність коефіцієнта потужності від критерію Рейнольдса відцентрового. Отримані результати можуть бути використанні для подальшого дослідження роторно-плівкових апаратів з шарнірним кріпленням лопатей.

Література

Антипов С. Т. Машины и аппараты пищевых производств, учеб. для вузов. В 2 кн. / С. Т. Антипов, И. Т. Кретов, А. Н. Остриков др.; под ред. акад. РАСХН В. А. Панфилова. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: КолосС, 2009. -- Кн. 1610 с.

Василинец И. М., Сабуров А. Г. Роторные пленочные аппараты в пищевой промышленности. -- М.: Агропро- миздат, 1989. -- 136 с.

Олевский, В. М. Роторные пленочные тепло-и массообменные аппараты/ В. М. Олевский, В. Р. Ручинский. -- М.: Химия, 1977.

Воронцов Е. Г. Теплообмен в жидкостных пленках / Е. Г. Воронцов, Ю. М. Тананайко. -- К.: Техника, 1972. -- 196 с.

Соколов В. Н. Аппаратура микробиологической промышленности / В. Н. Соколов, М. А. Яблокова. -- Л.: Машиностроение, 1988. -- 278 с.

Рябовол Е. Н., Юдина А. А., Зинченко М. Г., Анохин Г. А. Исследование процесса теплопередачи в роторно-пленочном аппарате при концентрировании томатного сока. ХФ ПАТ «Укрнефтехимпроект», Харьков ISSN2079-0821. Вісник НТУ «ХПІ». -- 2014. -- № 27.

Ащеулов А. С., Исследование кинетики потоков в роторно-пленочном выпарном аппарате. ФГБОУ ВО, ISSN2074-9414. Техника и технология пищевых производств. -- 2016. -- Т. 42. -- № 3.

Марченко А. Н., Соляник О. Н. Расход мощности на привод ротора тонкопленочного роторного аппарата / Химическая промышленность Украины № 6, 1967. -- С. 26.

Размещено на Allbest.ru