На  права)^рукописи 

К И Р И Л Л О В  Д А Н И Л  А Л Е К С Е Е В И Ч 

О П Т И М И З А Ц И Я  П Р О Ц Е С С А  Д Е Г А З А Ц И И  Б У Т И Л О В О Г О 

К А У Ч У К А  В  А П П А Р А Т А Х  С  П Е Р Е М Е Ш И В А Ю Щ И М И 

У С Т Р О Й С Т В А М И 

Специальность  05.17.08  ­  Процессы  и  аппараты  химических  технологий 

Автореферат 

диссертации  на  соискание  ученой  степени 

кандидата  технических  наук 

1  О н о я  2011 

К а з а н ь ­ 2 0 1 1 

Работа  выполнена  на  кафедре  процессов  и  аппаратов  химической 

технологии  Казанского  национального  исследовательского  технологического 

университета 

Научный  руководитель:  доктор  технических  наук,  доцент 

Елизаров  Виталий  Викторович 

Официальные  оппоненты:  доктор  технических  наук,  профессор 

Барабаш  Вадим  Маркусович 

кандидат  технических  наук,  доцент 

Дмитриев  А в д р е й  Владимирович 

Ведущая  организация:  О А О  "Нижнекамскнефтехим' ' 

Защита  состоится  9  декабря  2011  года  в  J ± ,  часов  на  заседании 

диссертационного  совета  Д  212.080.06  в  Казанском  национальном 

исследовательском  технологическом  ушшерситете  по  адресу:  420111,  г. 

Казань,  ул.  К.  Маркса,  68,  зал  заседаний  Ученого  совета  (А­330). 

Отзыв  на  автореферат  в  двух  экземплярах,  заверенных  гербовой  печатью, 

просим  направлять  по  адресу:  420015,  г.  Казань,  ул.  К .  Маркса ,  68,  Казанский, 

национальный  исследовательский  технологический  университет ,  ученому 

секретарю  диссертационного  совета  Д  212.080.06. 

С  диссертацией  можно  ознакомиться  в  фундаментальной  библиотеке 

Казанского  национального  исследовательского  технологического 

университета. 

Электронный  вариает  автореферата  размещен  на  официальном  сайте 

Казанского  национального  исследовательского  технологического 

университета  (\улу\у.к5ш.ги). 

Автореферат  разослан  Л  2011  г. 

Ученый  секретарь 

диссертационного  совета  Д  212.080.06 

доктор  технических  наук,  профессор  С.И.  Поникаро 

ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА  РАБОТЫ 

Актуальность  темы.  Перемешивание  в  жидких  средах  широко  применяется  в 

промышленности  для  интенсификации  массообмеьшых  процессов.  Это  связано  с 

простотой  реализации  процессов  кристаллизации,  растворения  твердых  веществ, 

выщелачивания,  экстракции,  абсорбции,  химических  реакций  в  аппаратах  с 

мешалками.  В  большинстве  технологаческих  процессов  применяются  аппараты  для 

перемешивания  жидких  сред,  содержащих  твердые  частицы,  особое  место  здесь 

занимают  аппараты  дегазации.  Основная  задача  дегазаторов  в  производствах 

каучукоп  состоит  в  максимальном  извлечении  углеводородов,  не  вступивших  в 

реакцию,  растворителя  из пор и поверхности  частиц ­  крошки  каучука. 

Для  увеличения  интенсивности  перемешивания  и  массообмена  широко 

распространена  установка  отражательных  перегородок  по  периметру  аппарата. 

Данный  способ  не  всегда  положительно  сказывается  на  процессах,  протекающих  с 

твердыми  частицами,  плотность  которых  меньше  плотности  сплошной  среды, 

склонных  к  налипанию  и  коагуляции,  особенно  в  аппаратах  дегазации  крошки 

каучука.  С  увеличением  числа  оборотов  перемешивающего  устройства  действие 

центробежньк  сил  вызьшает  скапливание  таких  частиц  на  валу  аппарата.  Наличие 

внутренних  конструкций  кольцевых  камер  суспендирования,  отражательных 

перегородок,  расположенных  по  периметру  устройства,  подавляет  кинетическую 

энергию  частиц,  и  в  результате  разности  плот1Юстей  сплошной  фазы  и легких  частиц 

меняется  траектория  их  движения,  они  постоянно  стремятся  вспльггь  на  поверхность. 

При  высоких  температурах  крошка  каучука  слипается  в  крупные  комки,  в  безводной 

части  прилипает  к  стенке  и  на  вал  аппарата,  увеличивая  нагрузку  на  валу,  возникает 

угроза  выхода  из  строя  двигателя.  При  этом  сокращается  поверхность  контакта  фаз, 

снижается  производительность  установки.  Для  повышения  производительности 

аппарата  актуальной  задачей  является  оптимизация  процесса  дегазации  способом 

реконструкции  перемешивающих  и  внутренних  устройств  дегазатора, 

обеспечивающих  однород1юе  распределение  крошки  каучука  в  объеме  сплошной 

фазы  и выбор  оптимальных  технологических  и  конструктивных  параметров  апп^ата . 

Работа  вьшолнена  в  рамках  использования  гранта  Президента  РФ  для 

государствешюй  поддержки  молодых  российских  ученых  МД­552.211.8  (договор 

№16.120.11.552­МД  от  18.02.2011). 

Цель  работы:  Разработка  перемешивающих  и  внутренних  устройств  аппарата, 

обеспечивающих  однородное  распределение  крошки  каучука  в  объеме  водной  среды. 

Разработка  методов  оптимизации  технологических  параметров  процесса  дегазации  с 

целью повышения  производительности  аппарата. 

Задачи  исследования. 

1.  Разработка  и  экспериметальное  исследование  оптимальньк  конструкций 

перемешивающих  устройств  аппарата  для  достижения  однородного  распределения 

крошки  каучука  в объеме  сплошной  фазы. 

2.  Разработка  математической  модели  растворе1Шя  хлористого  метила  с 

поверхности  крошки  в  процессе  дегазации  бутилового  каучука  в  зависимости  от 

концешрации  и  размеров  крошки,  гидродинамических,  технологических  и 

конструктивных  параметров  аппарата. 

3.  Разработка  метода  и  алгоритма  оптимизации  конструктивных  и 

технологических  параметров  промышленных  аппаратов  с  мешалкой, 

обеспечивающих  их  максимальную  производительность  в  процессах  растворения 

мелкой дисперсной  фазы. 

Методы  исследования.  Создана  экспериментальная  установка  для 

исследования  конструкций  перемешивающих  устройств  и  гидродинамических 

характеристик  процесса  перемешивания;  методы  математического  моделирования  и 

оптимизации  процесса  массопереноса  в  пограничном  слое  на  элеметах  дисперсной 

фазы  и сплошной  среды. 

Научная  новизна  работы. 

1.  Разработаны  новые  конструкции  перемешивающих  устройств  и  способ 

размещения  перегородок  внутри  аппарата,  создающие  равномерное  распределение 

крошки  каучука  в  водной  среде. 

2.  На  основе  концепции  псевдоламинарного  пофаничного  слоя  на  поверхности 

частицы  предлагается  математическая  модель  кинетики  растворения  по 

диффузионному  механизму  в аппаратах  с перемешиванием  жидкой  фазы. 

3.  Разработан  метод  и  алгоритм  оптимизации  технологических  и 

конструктивных  параметров  промышленных  аппаратов  дегазации. 

Достоверность  результатов  работы. 

Достоверность  полученных  результатов  подтверждается  данными 

экспериментальных  лабораторных  исследовшмй  и  промышленного  эксперимента, 

применением  законов  сохранения  импульса и  массы. 

Практическая  ценность.  Предложены  новые  конструкции  аппаратов  для 

перемешивания  дисперсной  фазы,  плотность  которой  ниже сплошной.  Разработанный 

метод  оптимизации  позволяет  определить  оптимальные  конструктивные  и 

технологические  параметры  промышленных  аппаратов  с  мешалкой,  обеспечивающие 

их  максимальную  производительность  и  предлагается  при  оптимизации  широкого 

класса  процессов  массопереноса  при  перемешивании  дисперсной  фазы,  плот1ЮСть 

которой  меньше  плотности  сплошной. 

Апробация  работы.  Основные  результаты  работы  обсуждались  на 

международных  конференциях:  "Математические  методы  в  химии  и  химической 

технологии  XXI"  (май 2008  г.,  г. Саратов,  Саратовский  государственный  технический 

университет  (СГТУ)),  в материалах  всероссийской  научно­практической  конференции 

«Инновации  и  высокие  технологии  XXI  века»  (апрель  2009  г.,  г.  Нижнекамск, 

Нижнекамский  химико­технологический  институт  (филиал)  КГТУ),  на  научной 

сессии  Казанского  государственного технологического  университета  2011  г. 

Публикация  результатов  работы.  По  теме  диссертации  опубликовано  6 

печатных  работ.  Среди  них  4  статьи  в  журналах  из  перечня  ВАК,  2  ­  в  материапах 

конференций,  защищены  патентами  РФ три  новых  конструкции  дегазаторов. 

Структура  и  объем  работы.  Работа  состоит  из  введения,  четырех  глав, 

заключения,  списка  литературы  и  приложений.  Основной  текст  работы  изложен  на 

171  страницах  машинописного  текста,  содержит  95  рисунков,  3  таблицы,  количество 

страниц  фотоматериала  экспериментального  исследования  изложено  на  45  страницах 

приложения.  Список  использованных  источников  включает  155  наименований. 

СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ 

В  первой  главе  приводится  анализ  технологических  способов  дегазации 

крошки  каучука,  способов  и  конструкций  крошкообразователей,  рассматривается 

аппаратурное  оформление  и  характерные  проблемы  для  данного  процесса.  Крошка 

каучука  обладает  меньшей  плотностью  в  сравнении  с  сплошной  средой,  водой,  по 

этой  причине  ойа  неравномерно  распределена  в  объеме  аппарата,  всплывает  на 

поверхность  воды.  Максимальное  извлечение  углеводородов  с  поверхности  крошки 

каучука  составляет  главную  задачу  процесса  дегазации.  Приводится  принципиальная 

схема,  материальные  потоки,  характеристика  и  описание  оборудования  процесса 

дегазации  бутилового  каучука  на  ОАО  «Нижнекамскнефтехим».  Формулируется 

задача  исследования. 

Во  второй  главе  представлена  экспериметальная  установка  для  исследования 

гидродинамики  в  аппарате  с  перемешиванием  геометрически  подобного 

промышленному.  Определены  условия  и методика  проведения  эксперимента. 

Эксперимент  проводился  в  два  этапа.  На  первом  этапе  па  установке  с 

трехфазным  двигателем,  подключенным  к  частотному  преобразователю,  изучалась 

гидродинамика  процесса  перемешивания  в системе  вода ­  крошка  каучука  в  аппарате 

с различными  стандартными  двух  и трехъярусными  конструкциями  перемешивающих 

устройств  (более  12  типов),  концентрация  крошки  3%,  5%,  7%,  9%  мае.,  при 

различньк  частотах  вращения  мешалки.  Результаты  эксперимеотального 

исследования  моделей  мешалок,  геометрически  подобных  стандартным  конструкциям 

(рис.2  2),  и  с  отражательными  перегородками,  расположенными  по  периметру 

аппарата,  показали  неудовлетворительное  распределение  крошки  каучука  в  рабочем 

объеме,  жидкой  фазе.  Основная  масса  крошки  вовлечена  в первичную  циркуляцию,  на 

уровне  верхнего  яруса.  С  увеличением  числа  оборотов  мешалки  наблюдается  осевое 

скапливание  крошки  каучука  на  валу  (рис.2  верхний  ряд  20  об/мин,  нижний  60 

об/мин).  Для  досгижения  однородного  распределения  крошки  каучука  в  объеме 

жидкости  предложено  три  варианта  конструкции  перемешивающих  устройств, 

представленные  на  рисунке  1:  У­  двухъярусная  кольцевая  модель  1009­3014,  3­двухъярусная  широколопастная  модель  1009­3012,  4­  двухъярусная  кольцевая  с 

разрезами  модель  1009­3020,  с  установленными  отражательньп»1и  перегородками  на 

дне  аппарата. 

В  общем  виде  устройство  дегазатора  (рис.  1  2)  представляет  собой 

цилиндрический  аппарат,  который  включает  (5)  двигатель,  (6)  редуктор,  (7) 

уплотнение  торцевое,  (8)  выход  паров  углеводорода,  (9)  крышка,  (3)  вал,  (10) 

крошкообразователь,  (11)  вход  воды,  (12)  отражательные  перегородки,  (13)  днище, 

(14)  подпятЕ1ик  вала,  (15)  выход  продукта  Полимер  из  полимеризатора  подается  в 

крошкообразователь  (10),  где  под  воздействием  острого  пара диспергирует  на  мелкие 

частицы  крошки  каучука  размером  3 ­ 5  мм.  Из­за  конструктивных  особенностей, 

диаметр  первой  мешалки  значительно  меньше  диаметра  аппарата,  жидкость, 

отбрасываемая  центробежной  силой,  создает  незначительное  давление  в  зоне  Б.  В 

этой  области  с учетом того,  что число  оборотов  мешалки  поддерживается  в  диапазоне 

от  50­90  об/мин,  крошка  свободно  перемешивается.  Дальнейшее  увеличение  числа 

оборотов  вызывает  скапливание  крошки  на  валу.  Лопасти  нижней  мешалки  своей 

передней  кромкой  врезаются  в  толщу  перемешиваемой  жидкой  среды  и,  за  счет 

рабочей  поверхности  каждой  лопасти,  жидкость  начинает  смещаться  от  верхней  к 

нижней  кромке.  Это  смещение  жидкости  от  всех  лопастей  суммируется  и 

направляется  вдоль  оси  вращения  (3).  В  зоне  В  наблюдается  интенсивное  осевое 

движение  направленное  ко дну  аппарата.  Постоянно  нагоняемый  поток воды  в дан1гой 

зоне,  увлекает  за  собой  крошку.  На  дне  аппарата  установлены  отражательные 

перегородки  (11),  чтобы  уменьшить  первичную  и увеличить  вторичную  циркуляцию. 

Предлагаемые  устройства  двухъярусных  механических  мешалок  позволяют 

увеличить  объем  перемещаемой  вдоль оси  вращения  твердой  фазы  за счет  увеличения 

скорости осевого  потока  Крошка  каучука  перемешивается  во  всем объеме  аппарата. 

На  втором  этапе  установка  снабжалась  однофазным  электродвигателем, 

основными  задачами  исследования  является  регистрация  вольтамперной 

харакгеристики,  потребляемой  мощности  различными  конструкциями 

3 

перемешивающих  устройств,  при  различных  оборотах  в  аппарате  с  переменной 

концентрацией  мелкодисперсньк  частиц,  взвешенных  в  турбулентном  потоке 

жидкости,  воды. 

Рис.  1.  Предлагаемые  конструкции  дегазаторов  с  отражательными  перегородками  на  дне аппарата,  верхний ярус стандартная  модель  1009 0/(/=2.4,  а=45, Ь=0.2с1и, 2г=4,  нижний  ярус: а~ кольцевая  модель 3014 D/d=lЯ,  а=60,  Ь=0.2с1м,  2)^4;  б­  широколопастная  модель  3012 0=60. Ь=аЗ(1и. 7п=4, в­  кппьпевяя г рячречами  мтсгтр  /)/•/=!  Ц п=ЛП  А=0  .  7­=4 

Рис.  2.  Распределение  кроииси  в двухъярусных  моделях  с  отражательными  перегородками дне:  верхний  ярус  стандартная  модель  1009  0/сИ1А,  а=45,  А=0.2(4(,  2^=4,  нижний  ярус  сл 

на ярус  слева 

направо:  кольцевая  модель  3014  £>/(/=1.8, а=60,  Ώ=0.2(4/,  2>=4,  Ыс1=\­,  стандартная  модель  1009 0/г^=2.4,  0=45,  Ь=0.2с1и  ,  7л=4  без  перегородок;  широколопастная  модель  3012  а=60, 

2л=4,  /΅/Ώ=0.75; кольцевая с разрезами 3020 0/^=1.8, «=60, 6=0.2^«, 2л=4,  И/с{=0Л5. 

4 

Для  двухъярусной  стандартной  мешанки  (модель  1009­1009)  при  60  оборотов  в 

минуту  в  1  кг.  перемешиваемой  пульпы  с  концентрацией  крошки  каучука  5% 

диссипирует  0.5  Ватт,  а  для  трехъярусной  при  заданном  расстоянии  между  ярусами 

0.65  Ватт  энергии.  Для  модели  1009­3014  переходит  в  тепловую  энергию  0.8  Ватт, 

наличие  на  дне  аппарата  дополнительных  отражательных  перегородок  увеличивает 

эту  величину  до  0.9  Ватт.  Приблизительно  одинаковые  значения  показали 

конструкции  с  широколопастной  мешалкой  (модель  1009­3012)  и  кольцевая  с 

разрезами  по  периметру  (модель  1009­3020)  0.95  Ватт  в установке  с  отражательными 

перегородками  на дне. 

Суммарная  погрешность  измерений  различных  участков  измерительной  схемы 

не  превышает  5%,  среднеквадратичное  отклонение  результирующей  погрешности 

=1.5%. 

В третьей  главе  рассматриваются  гидродинамические  характеристики  процесса 

перемешивания  мелкодисперсной  твердой  фазы. 

Концентрация  крошки  каучука  в  промышленных  аппаратах  мала  (<10%мас.), 

поэтому  для  определения  скорости  растворения  частиц,  их  размеров  достаточно 

рассмотреть перенос  вещества  через  пограничный  слой  на  поверх1юсти. 

Приводятся  уравнения  переноса  импульса  и  массы  в  псевдоламинарном 

пограничном  слое  в стационарном  режиме: 

ди  ди  \  ^и  ди  ди  ^  дс  дс  \  д^с и — —  =  — + —  = 0 ,  « — — =  — ,  (1) 

дх  ду  Яесу^  &  ф  дх  ду  Ре^^ 

где:  „ Д  ­ 5 = ­ .  = — •  (2) 

и^  и^  I  I  I  V  D  {Crp­Cj 

,  ­  концентрация  хлористого  метила  па  поверхности  крошки  каучука  и  в  ядре 

потока,  Uoo­ скорость обтекания  частицы;  / ­  линейный  размер  крошки  каучука. 

Граничные  условия  к  уравнениям  (1):  при  ><=0,  м = и = 0 ,  с = 0 ;  при  y  =  S, 

=  а с / ф  =  0 ; п р и  д: =  0 ,  с =  м =  (3) 

Аг  \ 

Ртв  и»  Ч d ' ­ 15 ^  (4) 

где  Kf/  ,  п,  ­критерий  мощности,  число  оборотов,  диаметр  перемешивающего 

устройства;  Ти  ­  интенсивность  турбулентных  пульсаций;  е  ­  скорость  диссипации 

кинетической  энергии;  и'  ­  пульсационная  составляющая  скорости. 

Решение  уравнений  (1)  с  граничными  условиями  (2)  методом  последовательных 

приближений  во втором  приближении дает  значения: 

35  З^"  3  Red'  3  \ 5 R e ^  15  5 

1 2  S '  N S  Ю 0 8 ­P. 

^  Ш "  5 2 5 . 5 '  2 1 0 

5 д = 5  5с­' ' ' ,  р  = 0 1 5 д  ,  (5) 

где  С | , С г ­  константы  интегрирования  найдем  из  граничных  условий  (3),  Зд­

толщина  диффузионного  пограничного  слоя,  ГУ­  коэффициент  молекулярной 

диффузии.  Используя  второе  приближение  пофапичного  слоя  найдем 

5 

коэффициент  массоотдачи: AlTdSC'"  ^  ' 

(6). 

На  рис.  3  приведены  графики  зависимости  толщины  3  в  первых  трех 

приближениях  при  различных  значениях  Ее  и  Ти  = 0 .2 .  Максимальное  отклонение 

(5"̂  от  составляет  70%,  а  от  8%.  Толщина  пограничного  слоя, 

формируемая  на  мелкодисперсной  фазе,  в  турбулентном  потоке  соизмерима  с 

размерами  частицы  в  аппарате  при  / ? е < 1 0 .  Коэффициент  массоотдачи  имеет 

переменную  величину  по  длине  частицы,  максимальное  значение  принимает  в  зоне 

лобовой  части  обтекания  частицы  (рис.  4),  где  х  = х  Ў1. 

5  I  2  /? .10 ' ,м/с :;з.о­

3 

,2 .0 

О  0.1  0.2  0.3  0.4  0.5  0.6  0.7  0.8  0.9  1  О  0.1  0.2  0.3  0.4  0.5  0.6  0.7  0.8  0.9  vi 

Рис.  4.  Распределение  коэффициента Рис.  3.  Распределение  толщины  пограничного 

слоя  по  длине  частиць,  при  Tu  = 0.2  и  массоотдачи  по  длине  частицы  при 

различных  числах  Re­  Äe=10  2­  Tu  = 0.05  и  различных  Re:  / ­Ле=90 ;  2­5­ ,5®;Ле=25;  б­  Re=70­,3­Re=50;  4^Re=30;5­Re=\0. 

; Äe= 130: 7­<5'" ;  ;  . Вычислительный  эксперимент  по  гидродинамике  твердой  фазы  в  объеме 

сплошной  фазы  проводился  с  помощью  пакета  FLUENT  6.2.  Использовалась 

многофазная  модель  Eulerian  и  решались  уравнения  непрерывности  и  уравнения 

переноса  импульса  Навье­Стокса  для  каждой  фазы.  Определены  трехмерные  поля 

скоростей  для  различньпс  конструкций  дегазаторов.  Для  получения  достоверных 

данных  по  распределению  частиц  в  объеме  аппарата  необходимо  учитывать  влияние 

турбулентных  пульсаций  на  перенос  частиц.  Для  разности  потенциалов  dp  Гк  <0.2, 

корреляция  Shiller  и Naumann  является  достаточной,  в остальных  случаях  необходимо 

применять  измененный  закон,  предложенный  итальянскими  учеными  Mageiii  F., 

Brucato  А.,  PinelH  D.: .sW 

и. tanl 

d. 0 . 4  tani  + 0.6 

0.44 

где  (У^, [/, ­  скорость  обтекания  частицы  в  турбулентном  и  ламинарном  режимах; 

­ОЛ'  коэффициент  сопротивления  частицы  обтекаемой  в  ламинарном  и 

турбулентном  режимах; Я ­коэффициент  Колмогорова,  в определяли  из  эксперимента. 

Результаты  численного  моделирования  по  распределению  крошки  в  объеме 

аппарата  удовлетворительно  согласуются  с  экспериментальными  данными  для 

различных  перемешивающих  устройств,  полученных  фотовидеосъемкой. 

в  четвертой  главе  получены  уравнения  нестационарного  псевдолампиарного пограничного  слоя,  предложены  методы  их  решения,  формулируется  и рассматривается  задача оптимизации  процесса дегазации  крошки  каучука. 

Уравнения  движения  и  переноса  массы  в  нестационарном  пофаничном  слое, толщина  которого  соизмерима  с  размерами  частицы  (<5«/) ,  на  элементах мелкодисперсной  твердой  фазы,  когда  инерционные  силы  малы,  имеют  вид: 

дт 

(д'и + 

дт 

^д'с  д'с 

дх'  ду') (7) 

В  процессе  растворения  размер  частицы уменьшается  со  скоростью:  =С0. 

Введя  подвижную  систему  координат  Т[,  ^  :  г)  = у  + ш  ,  ^  = х  ,  и  используя 

безразмерные  переменные:  и  =  й/и^  ,  г]=г[/6,  ^  =  ,  где 

толщина  динамического  пофаничного  слоя,  перейдем  к  двухмерной  стационарной 

задаче с  параметром  со  в  виде: д'и  S'  д'и  „  ди 

I  /̂ g  , дп'  I'  д^'  "  drj'  дп'  д^ 

где  Ке^=а>3/у;  Ре^=соЗд10;  5 ,  5.д  ­  толщины  динамического  и  диффузионного 

слоев.  Поток  импульса  на  внешней  фанице  пофаничного  слоя: 

ди 

drj 

u j ^Tu'Re,. 

77 = 1 

Граничные  условия  для  уравнений  (8):  при  // = 0 :  м =  0 ,  с = 0 ;  при  =  О: 

«=«(0,77),  с = ф , ; 7 ) ; п р и  ^ = \ :  =  ,1  •. ^  = й ,  ^  =  (9) 

Решение  уравнения  переноса  импульса  в пограничном  слое  на  поверхности частицы, удовлетворяя  фаничным  условиям  (9),  представляется  в  виде: 

2.Я  Í.I  Í (10) 

где  /: = 1,3,5,...,2л+ 1,...,­  л = 0,1,2,...,­  неизвестные  функции  от  Подставляя 

решение  (10)  в  уравнение  (8),  умножая  его  на  где  т  = 1,3,5  2/1 + 1,...,­  и 

интефируя  по  т)  от  О до  1,  придем  к  системе  обыкновенных  дифференциальных уравнений  относительно  ż =  1,3,5,...,2л+ 1,...;  при  этом  имея  ввиду: 

•  ,  .  тл  ,  1  т 

•.  „  .  тл , 2 .  тл 51п2л­;ьт—  дап=—5ш  ;  ^ 

2  л­  2  A­[mlÍf 

•  .  кл  .  тл  , s m — п  sin  т п  = 

2  2 

О  щ п т ^ к 

1/2  прнт=к, 

1  \  кл  .  тл  ,  2  1 ,  I cos—;7sm—7^7  = ­ ­ р 

7  9  тг  I  ,  Í т+кх{­1) 

(И) 

s'  тг 

o­  X  г  ЎUKe,Kejn  r  y  Ц(^) (12) 

и  5' здесь  и'=—р,  Не',=——,  5'=—При  ^  = 0 ,  где  величина  й е ^ я О , 

V уравнение  движения  удовлетворяет  условиям  решения  Кармана—Польгаузена 

и = \.5г1­0.5г]^.  Используя  это  выражение  в  (10)  и  выполняя  преобразования аналогичные  приведенным  выше,  получим  граничные  условия  для  уравнения  (12): 

^  = '  .  = 13.5,...2.­Ы,...,­  (13) 

Систему  уравнений  (12)  с  граничными  условиями  (13)  решаем  методом последовательных  приближений. 

Зависимость  толщины  пограничного  слоя  от  ^  принимается  в  виде  степенной 

функции  =  Записывая  решение  (10)  при  77 = 1,  /п = 1,3,5  2и + 1,...,­

.  пт  ,  „  'Ў,  1с\ •  л,  • сЩ­^тт, — м и н и м и з а ц и я  интефальной  невязки 

»и  2 позволяет  найти  параметры  а  ,  Ь . 

о| 

Решение уравнений  переноса  массы  (8)  представим  в виде:  с — / 7 , ( 1 4 ) м  2 

где  ż = 1,3,5  2« + 1,...;  ­  неизвестные  функции  от  удовлетворяющие 

гршгичным  условиям  (9).  Подставляя  разложение  (14)  в  (8),  умножая  его  на  ^ т ^ ^ т ] 

и иетегрируя  по  от О до  I,  с учетом  (11),  получим: 

^д  м  т+кх{­\У1Г  ^ 

с1с  {\  96  / Граничные  условия: при  ^ = 1 : — = ­  = 0 ; п р и  ^  = 0 :  с„(0)=  •  (­1)  2  .  (16) 

й^  тс т 

Система  уравнений  (15)  с  граничными  условиями  (16)  решается  методом последовательных  приближений.  Толщина  диффузионного  слоя  определяется  по 

толщине динамического:  ­число  Шмидта. 

Проведенные  расчеты  скорости  и  концентрации  в  области  пограничного  слоя 

показали,  что  решение  уравнений  (12),  (15)  в  виде суммы  трех  членов  ряда  [к =  1,3,5) 

в  разложениях  (10)  и  (14)  с  точностью  до  1%  повторяет  решение  представленное 

суммой  двух  членов  ряда  {к = 1,з).  Для  практических  расчетов  предлагается  реше1ше 

уравнений  (8)  в  виде: 

= ^ Т и ' ­ Я е ^ ^ х х й щ + и , 7 + =  с , ) 8 т у  7 + С 3 ) 5 1 П у  т?, 

функции  находятся  из уравнений  (12)  и  (15). 

Коэффициент  массоотдачи  Р  находится  по  формуле 

дс 

2л­неизвестные 

А  = О­

ду  у  = 0 /(с"гр  ­  ) ,  С учетом  разложения  с{^,т]): 

.у=0 =  к = \.ЪХ...2п+1..,  (17) 

л 

где В  ­  коэффициент  молекулярной  диффузии. 

Среднее  значение  коэффициента  массоотдачи  р  определяется  как 1 

среднсинтегралыюе  по  поверхности  частицы:  р  =  .  (18) о 

Размер  частицы  в момент  времени  г  :  1 =  — Р ^ п  V '  •  С 9) 

где  (р̂   »  сру  ­  поверхностный  и  объемный  коэффициенты  формы  сферической 

частицы  (рр=п­,  (рр=л1(}\  р д  ­  плотность  дисперсной  системы  каучука  с 

хлористым  метилом  СН}С1  в  порах;  /и. ,  /  ­  линейный  размер  в  начальный  и  в 

момент  времени  т̂   с^р  ,  с^  ­  концентрация  вещества  на  поверхности  частицы  и  в 

растворе. 

Среднюю  плотность  Рд  определяем  как:  Рд  =  Х / р г с н , а + { ^ ­ ^ ) / Р к р  ^ 

где Р г  си  ~  плотность  газообразного  хлористого  метила  СН3СЦ  р ^  ­  плотность 

крошки; Х­  концентрация  хлористого  метила. 

Концентрация  раствора  в  аппарате  с  мешалкой  с^  в  условиях  полного 

перемешивания,  определяется  по модели  идеального  смешения  с источником  массы: =  (20) 

їх  х„  V 

где  Г  ­  время;  V  ­  объем  жидкой  фазы  в  аппарате;  Р  ­  среднее  значение 

коэффициента  массоотдачи;  Р  ­  поверхность  твердьсх  частиц  в  растворе;  г „  = 

­  время  пребывания  вещества  в  аппарате;  9­  расход  жидкости;  с^  ­  концентрация 

раствора  на  входе  в  аппарат;  ­  концентрация  на  поверхности  частицы.  Решение 

принимает  вид: 

"  , 1 у  ^^ 

с  =  Сг, + 

V 

у  Г„ ­ /  "  ,  (21) 

где  с„  ­  начальная  коцце1Гграция  раствора  при  г = О. 

Для  промышленной  установки  из  уравнений  материального  баланса 

определяется  количество  образовавшихся  в  крошкообразователе  частиц  т =  М/т^, 

где  М  ­  масса  крошки,  поступающей  из крошкообразователя  (или  полимеризат);  т^ 

­  средняя  масса  частицы  (находится­  путем  взвешивания).  Поверхность  твердых 

частиц  Р  в  растворе  определяется  при  известных  значениях  среднего  размера  I 

частицы  и  их  количества  т  в  растворе  Е  = /„­т,  где  /„  ­  площадь  поверхности 

одной  частицы,  определяется  как  поверхность  условного  шара  ,  где  ­

эквивалентный  диаметр  частицы  произвольной  формы:  = 1.24уто  / р  . 

На рис.5,  приведены зависимости  толщины  пограничного  слоя  6  от  продольной 

координаты  ^  для  различных  значений  скорости  и^.  Толщина  слоя  значительно 

возрастает  с  уменьшением  и^.  На  рис.  6.  даны  аналогичные  зависимости  при 

различных  значениях  параметра  Ти.  Параметр  Ти  сильнее  влияет  на  толщину 

чем  скорость  и^,.  С  уменьшением  Ти  толщина  слоя  <У(|)  увеличивается.  На  рис.  7. 

приведены  зависимости  толщины  пограничного  слоя  от  диаметра  частицы  и 

1 параметра  Ги  . Среднее  значение  толщины  слоя  определяли  как:  3  =  . 

Согласно  результатам  расчета  при  увеличении  диаметра  частицы  толщина пограничного  слоя  увеличивается. 

О  0.1  0.2  0.3  0.4  0.5  0.6  0.7  0.8  0.9  1  О  0.1  0.2  0.3  0.4  0.5  0.6  0.7  0.8  0.9  1 Рис.  5.  Зависимость  толщины  динамического  Рис. 6.  Зависимость  толщины  динамического пограничного  слоя  от  скорости  обтекания  и^  пограничного  слоя  от  интенсивности м/с,  Ги=0.05,/=0.003м,:  /­Ў{„=0.005;  2­14,=0.01;  турбулентных  пульсаций  Ти,  )4=0.005м/с. 

3­14,=Ю.02;  5­:4,=0.04;  (Ь:4=0.05.  /=0.003м:  Гм=0.04;2­ Гы=0.06;5­ Ти=0 08' 4­Ти=0Л­,5~Ти=0Л2­  6­Ти=0Л4. 

О  0.02  0.04  0.06  0.08  0.1  0.12  0.14  0.16  О  0.1  0.2  0.3  0.4  0.5  0.6  0.7  0.8  0.9 Рис.  7.  Зависимость  толщины  динамического  Рис.  8.  Распределение  р  по  длине  частицы  в пограничного  слоя  от^  рммеров  крошки:  зависимости от скорости обтекания  «Ги =0.05, 1­1=  0.005м;  2­/=0.004м;  3­/=О.ООЗм;  ,  „ 

^­/=0.002м­5­/=0.001м  /=0.003м:  /­г4,=Ю.05м/с;  2­ц=0Мик­, 

3­г^,=0.03м/с;  ^­г^=0.02м/с; 5­1<„=0.01м/с; 

Полученные  выражения  локальных  характеристик  гидродинамики  и 

массопереноса  используются  для  расчета  количества  отведенного  хлористого  метила 

из аппарата.  Сначала  решались  уравнения  переноса  импульса  и определялась  , 

далее  принимая  5 =  5 ,  решались  уравнения  переноса  массы  в 

пофаничном  слое  и определялись  функции  с^С,^),  которые  входят  в  уравнение  (17). 

10 

Результаты  расчетов  коэффициентов  массоотдачи  приведены  на  рисунках  8  ­10 .  На 

рис.  8. показана  связь  Р  со  скоростью  и^  обтекания. 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

О  0.1  0.2  0.3  0.4  0.5  0.6  0.7  0.8  0.9  1  О  0.02  0.04  0.06  0.08  0.1  0.12  0.14  0.16 Рис.  9.  Рас[1рсделение  коэффивдента  Рис.  10.  Зависимость  коэффициента массоотдачи по длине частицы в зависимости  от  массоотдачи  от  интенсивонсти  турбулентных размеров  крошки  каучука  0.005  м/с,  пульсаций  при  различном  диаметре  крошки 

Ги=0.06:/­/=Ю.005м;  2­/=0.004м;  3­/=0.003м;  каучука:  /­/=0.001м;  2­/=0.002м; 4­/=Ю.002м; 5­/=0.001 м.  3­/=0.003м;  '/­/=0.004м;  5­/=0,005м. 

На  рис.  9  показана  зависимость  Д(^)  для  различных  диаметров  частиц  при 

V =  0.413­10''  м^с,  Ти  = 0.06  и  = 0.005  м/с.  Коэффициент  массоотдачи  имеет 

по  длине  частицы  переменные  значения,  наибольшее  значение  которое  принимает 

при  малых  в  лобовой  области  обтекания.  Cpaв^швaя  влияние  интенсивности 

турбулентных  пульсаций  и  размеров  крошки  каучука  на  толщину  пограничного  слоя, 

на  коэффициент  массоотдачи,  наибольшее  влияние  оказывает  размер  крошки  каучука. 

Из  рисунка  10  следует,  что  коэффициеет  массоотдачи  возрастает  при  увеличении 

параметра  Ти,  с увеличением  диаметра  частиц  наоборот  уменьшается. 

Постановка  задачи  оптимизации.  В  качестве  проектируемых  параметров 

аппаратов  с  перемешивающими  устройствами  в  процессах  растворения  обыч1Ю 

принимают  диаметр  и  высоту  аппарата,  определяющие  объем  жидкости  V ,  диаметр 

и  тип  мешалки  К ^ ,  число  оборотов  п ,  начальный  размер  с/,  частиц  и  их 

концентрация  (Ў̂   в  объеме  жидкости,  время  пребывания  в  аппарате  г „  ,  расход 

растворителя  и ,  количество  получаемого  продукта  М  :  Производительность 

аппарата  определяется  потоком  вещества  через  пограничный  слой  на  поверхности 

частиц  в ядро турбулеетной  жидкости: I ЎО 

дс 

дп (22) 

, = 0 

где  ­  концентрация  вещества  в  области  пограничного  слоя;  О  ­  коэффициент 

молекулярной  диффузии;  ­  продольная  и  поперечная  координаты  пограничного 

слоя,  77 =  О ­  значение  ц  на  поверхности  частицы. 

Мощность  на  валу  двигателя  мешалки,  затрачиваемая  на  перемешивание, 

расходуется,  пренебрегая  межмолекулярным  трением  в  жидкости,  на  сопротивление 

ди трения  на  поверхности  частиц: 

дг, (23) 

»7=0 

11 

где  т  ­  количество  частиц  в  объеме  жидкой  фазы  V  ;  fo  ­  поверхность  частицы; 

v,p  ­  коэффициент  кинематической  вязкости  и  плотность  жидкости;  u{^,rj)  ­

распределение  скорости  жидкости  в области  пофаничного  слоя. 

Требуется  найти  значение  вектора  проектируемых  параметров 

e  =  при  котором  поток  вещества  через  пофаничный  слой 

максимален  при  заданной  мощности  N  =  на  валу  двигателя  мещалки. 

Математическая  формулировка  задачи  записывается  следующим  образом:  для 

процесса,  описываемого  уравнениями  (8),  (9),  (12),  (13),  (15),  (16)  необходимо 

определить  значение  вектора  в е в ^ ,  обеспечивающего  максимум  функционалу  (22) 

при  изопериметрической  связи  (23). Вывод  основных  соотношений.  Для  решения  вариационной  задачи  на 

условный  экстремум  функционала  применяется  метод  множителей  Лафанжа. 

Вводятся  множители  Лафанжа  я Д ^ , ; / )  / =  1 , 2  6 ,  Л„= const  и  дополнительные 

^  г,  8с  „  ди  ^  Sc  ^ соотношения:  г  ­  —  = 0 ;  ^  ­ — =  0 ;  г ^ ­  — = 0 ;  ^  ­ — =  0 .  (24) 

ОТ]  drj  д^  S^ На  основе  уравнений  переноса  импульса  и  массы  (8),  функционала  (22), 

изопериметрической  связи  (23)  и  соотношений  (24)  составляется  вспомогательный функционал: 

дг„  б'дт, 

ди 

drj) Ih'Jn­

дг]  С  д^ 

дс' 

'дп  \дт]  I 

дт, 

дп 

drjd^  .(25) 

Первая  вариация  функционала  и необходимое  условие  его экстремума  51* = О  : 

7  дЗт^  .^дт  ­  ди^  ,  о 

15. —2 5 

дт, 

дди 

hS+X^^Sc 

дц) 

I' 

85с 

ди +  (26) 

дч) 

­  Я; д5и  д5с 

д^) 

дп 

dnd^  =  0. 

здесь  А5  ­  вариация  толщины динамического  слоя. 

Выполняя  интефирование  по  частям  в  вариации  &/ * , подбираются  множители 

Лафанжа  так,  чтобы  коэффициенты  при  вариациях  5и,  5с,  М,  5Ке^  в 

подинтефальном  выражении  по  области  пофаничного  слоя  обратились  в  нуль,  в 

итоге  находится  сисгема уравнений для  определения  множителей  Лафанжа: 

дп' 

дп'  де 

­ 2 

Л / . 

дп 

дп (27) 

(28) 

12 

Л ди 

7  =  0 .  (29) 

(30) дт]  дг] 

На  линиях  7 = 0 ,  ^  = О  функции  т,  д  ,  и  при  7 = 1,  ^  = 1  функции  «  ,  с  не 

заданы,  их  вариации  Зт,  ,  8и,  5с  ­  произвольны.  Приравнивая  нулю 

коэффициенты  при  вариациях  этих  функций  получаются  граничные  условия  для 

множителей  Лагранжа: 

при  7  =  0 ,  Я,  ^ 2 =  О ,  (31) 

при  7  =  1,  аЛ,/Э7  = О, дХ^дц  = О  (32) 

при  ^  = 0 ,  Я;  = 0 ,  2 ^ = 0 ,  .  (33) 

при  ^  =  =  =  (34) 

Решение уравнения  Эйлера­Лагранжа  (27),  (28)  будем  искать  в  виде  разложения 

по ортогональным  функциям,  удовлетворяя  граничным  условиям  (31) ­  (34): 

Определение  функций  ż = 1,3,5,...: подставляя  разложение  (35)  в уравнение  (27), 

умножая  полученное  уравнение  на  5ш(шл77/2)  т  = 1,3,5,...  и интегрируя  его по  7  от О 

до  1,  учитывая  (11),  в  результате  проведенных  преобразований  перейдем  к  системе 

обыкновенных дифференциальных  уравнений  относительно  гает=\Л5,...к=т  : 

de' 

11'  V 

­ 4 

2лт­Sm­z  .  nvr  2/^.  ,л,п?7г 

8  /• ^3­mRe^ 

1 

m+H­l)  ' 

С  граничными  условиями:  при  i = 0 , / i ^ = — — ^ — ; п р и  ^=1  ­ ^ ^ = 0 7t  (mil)  ­ 4  d^ 

)(36) 

(37) 

Интеграл  уравнений  (36)  содержит  постоянные  интегрирования  С,„  и  С^^,  которые 

находятся  из граничных  условий  (37): 

л  > т 

­ 4 

\  У 

8 

9,2  ­  переменные  интегрирования. 

Удовлетворяя  изопериметрическому  условию,  находится  .  Записывая 

уравнение  (35)  на  границе  пограничного  слоя  при  7=1,  получим  уравнение  для 

определения  вектора проектируемых  параметров: 

2  N (38) 

о  t ­ 1  о  »=1 

13  . 

Порядок  расчета  оптимальных  параметров  аппарата.  Оптимальные 

значения  вектора  проектируемых  параметров  N =  ,  /и  ,  /„  =  ж / / , 

концентрация  твердой  фазы  у / в  объеме  жидкости  удовлетворяют 

уравнению  (38),  изопериметрическому  условию  (23)  и  доставляют  экстремум 

функционалу  (22).  Для  расчета  оптимальных  параметров  выбирается  из  допустимой 

области  любая  совокупность  параметров,  например,  для  заданного  типа  мешалки; 

число  оборотов  п  ,  начальный  размер  частиц  (1^=1,  их  концентрация  щ  и  время 

пребывания  в  объеме  жидкости  К .  По  заданным  значениям  выбранных  параметров 

аппарата  в  конкретный  момент  времени  т е т п  проводится  решение  уравнений 

переноса  импульса  и массы  (8),  находится  решение  сопряженных  уравнений  (12),  (15) 

в  виде разложений  (10),  (14). Значения  функций  т  =  1,3,5,...  и  заданные 

величины  параметров  аппарата  необходимо  подставить  в  уравнение  (38).  Если  это 

равенство  выполняется  в  каждый  момент  времени  т ет^,  то  заданные  параметры 

аппарата  оптимальны.  Их  значения  обеспечивают  максимум  функционалу  (22)  и 

удовлетворяют  изопериметрическому  условию  (23).  В  противном  случае  необходимо 

выбрать  следующее  приближение  проектируемых  параметров  путем  минимизации 

левой  части  уравнения  (38)  и  повторить  расчет  по  изложенному  алгоритму.  Если  в 

некоторый  момент  времени  г.  равенство  (38)  не  выполняется,  то  процесс  расчета 

начинается  с  начала  при  г = О .  Описанная  процедура  расчета  повторяется  до 

выполнения  равенства  (38).  По  предложенному  выше  алгоритму  проведено 

моделирование  процесса дегазации  при  однород1Юм распределении  крошки  каучука. 

На  рис.  12  приведена  зависимость  коэффициета  массоотдачи  от  времени 

дегазации  при  оптимальных  значениях  мощности,  концентрации  и  размеров  крошки. 

С  увеличением  мощности  на  валу  мешалки,  при  заданной  концентрации  и  размерах 

крошки,  коэффициент  массоотдачи  возрастает,  так  как  уменьшается  толщина 

пограничного  слоя.  На  рис.  14  показана  зависимость  толщины  пограничного  слоя  от 

времени  дегазации  при  оптимальных  величинах  мощности  на  валу  мешалки, 

концентрации  и размеров  крошки.  Толщина  пофаничного  слоя  при  оптимальных 

параметрах  (рис.  14  кривая  3)  с  течением  времени  уменьшается  быстрее  за  счет 

эффективного  растворения  хлористого  метила  при  меньшем  диаметре  крошки 

каучука.  Увеличение  мощности  приводит  к  возрастанию  диссипации  энергии  и 

интенсивности  турбулентности  на  фанице  слоя,  что,  естественно,  приводит  к 

уменьшению  его  толщины.  На  рис.  11  показана  зависимость  времени  дегазации  от 

мощности  и  концентрации  крошки  каучука,  а  на  рис.  13  зависимость  количества 

растворенного  хлористого  метила  от  времени  дегазации  при  оптимальных  значениях 

мощности  и  концентрации  крошки.  По  рис.  13  легко  определить  количество 

растворенного  хлористого  метила  при  оптимальных  параметрах  аппарата.  Для  этого 

достаточно  задать  мощность  и  копцигграцию  крошки,  но  рис.11  определить  время 

дегазации  г ,  а  по  рис.  13  при  г  количество  растворенного  хлористого  метила. 

Сравнивая  экспериментальные  значения  растворенного  хлористого  метила, 

полученных  в заводских  условиях  (рис.13  кривая  5),  с  расчетными,  при  оптимальных 

параметрах  аппарата  (рис. 13 кривая  4)  после  второй  ступени  дегазации  при  мощности 

= 28  кВт,  у/  =  4%  мае.,  время  дегазации  составляет  55  мин,  производительность 

установки  по хлористому  метилу  увеличивается  на 8%. 

14 

/?х10', м/с 

20  24  28  32  36  40  44 Рис.  11.  Зависимость  оптимального  времеии дегазации  от  мощности  на  валу  двигателя  и концентрации крошки  каучукас^=Змм:У­1//=5.4 

%мас;2­((/=5%мас.;3­ ((ż=4.6%мас.;4­ у^=4%мас. 

М/Мо  кг/кг 

1 

2 

3 

J 

5 

г,  мин 

20  30  40  50  60 Зависимость  коэффициента 

от  времеии  дегазации  при мощности  на  валу  двигателя 

О  10 Рис.  12. массоотдачи оптимальной 

= 40  м \  о  =  110  м'/ч,  Рж  = 977кг/м':  / ­Л^=44кВт,  %=5А%чло.\  2­1^=}6к.Вт, 

(^=5%мас.;  мас.;.^­^=28кВт,(;/=4%мас.; 5­;^=24кВт,  ^Ў/=3%мac. 

1 

т, мин 

о  10  20  30  40  50  60  О  10  20  30  40  50  60 Рис.  13.  Зависимость  количества  растворенного  Рис.  14. Зависимость толщины  диффузионного хлористого  метила  от  времени  дегазации  и  слоя  от  времени  дегазации  при  оптимальной мощности  па  валу  двигателя  для  2­х  мощности  на вату  двигателя последовательно  установленных  дегазаторов:  '̂рос = 40м'  ,  и=110м^ч,  =  977кг/м', 

;^=44кВт,  45=Змм.  щ=5Л%»ж­  2­/^=36кВт,  ^­действующий аппарат  Лг=28кВт, с^=3мм,  %=5%мас;  3­/^=32кВт,  с^=3мм,  ^^=4„м,((/=4%мас.;5­;^„=28кВт,4=Змм,(/^=4% (^=4.6%мас; ^­/ż=28кВт,  4=3мм,  ((ż=4%мас;5­  мас.;'^/^=32кВт,<^=Змм,  ^1Х=4.6%мас.;  5­^=36 /ż=28кВт,  ż,=4  мм,  ;(/=4%мас  эксперимент;  ^вт,  4з=3мм,  у/=5%тс­  б­/^М4кВт,4,=Змм, лабораторные:  6­  начало  процесса;  7­  после  I  4%мас. ступени; 8 ­  после II ступени дегазации. 

В  приложении  к  диссертации  приведены  конструкции  перемешивающих устройств,  а  также  подробный  фотоальбом,  результатов  эксперимеетального исследования  при  перемешивании  крошки  бутилового  каучука 

ОСНОВНЫЕ  РЕЗУЛЬТАТЫ  РАБОТЫ 

1.  Для  проведения  экспериментальных  исследований  гидродинамики  крошки 

каучука  в  воде  создана  экспериментальная  установка,  разработаны  модели  12  типов 

перемешивающих  устройств  различной  конструкции  и  внутренних  устройств 

аппарата 

15 

2.  Методом  фотовидеосъемки  проведено  исследование  гидродинамики движения  каучука  в  аппаратах  с  перемешивающими  устройствами  различных стандартньк  конструкций,  определены  зависимости  потребляемой  мощности  на перемешивание  от  концентрации  крошки  каз^ука  в  объеме  жидкости.  Показа1Ю,  что ни  одна  из  стандартных  конструкций  мешалок  и  аппаратов  не  дает  однородного распределения  крошки  в  объеме  водной  среды,  отражательные  перегородки, установленные  по  периметру  не  позволяют  крошке  погружаться  на дно  аппарата. 

3.  Предложены  три  вариаьгга  дегазаторов  с  перемешивающими  устройствами новой  конструкции  и  отражательной  перегородкой,  установленной  на  сферическом днище  аппарата,  защищенные  патентами  РФ.  Экспериментальные  испытания, разработанных  конструкций  дегазаторов  показали  однородное  распределение  крошки каучука  в  рабочем  объеме  аппарата,  обеспечивая  высокую  поверхность массопереноса  хлористого  метила  с  поверх1ГОсти  крошки  и  сокращая  возможность  ее налипания  на валу,  лопатках  мешалки  и скопление  в верхних слоях  жидкости. 

4.  Методом  вычислительной  гидродинамики  произведено  моделирование полей  скоростей  жидкой  фазы  и  крошки  каучука,  в  аппаратах  разработанной  и действующей  конструкции.  Данные  математического  моделирования 

удовлетворительно  согласуются  с  результатами  фотовидеосъемки  распределения 

крошки  каучука  в водной  среде. 

5.  На  основе  концепции  псевдоламинарного  пофаничного  слоя  проведена 

оценка  гидродинамических  и  массообменных  характеристик  пограничного  слоя. 

Получены  уравнения  и  их  аналитическое  решение  гидродинамики  и  массопереноса 

нестационарного  псевдоламинарного  пофаничного  слоя. 

6.  Сформулирована  задача  оптимизации  процесса  дегазации  крошки  каучука  с 

целью  максимизации  производительности  аппарата.  На  основе  предложенного 

алгоритма  проектирования  определены  оптимальные  технологические  параметры 

действующей  системы  двухступенчатой  дегазации,  их  реализация  приводит  к 

повышению  производительности  процесса  на  8%. 

7.  Предложенный  метод  оптимизации  позволяет  определить  оптимальные 

конструктивные  и  технологические  параметры  промышленных  аппаратов  с 

мешалкой,  обеспечивающие  их  максимальную  производительность  и  предлагается 

при  оптимизации  широкого  класса  процессов  массопереноса  при  перемешивании 

дисперсной  фазы,  плотность  которой  меньше  плотности  сплошной. 

Основные  результаты  диссертационной  работы  представлены  в 

публикациях. В  изданиях  из перечня  ВАК: 

1. Кириллов,  Д. А. Гидродинамика  и массоперенос  в процессе дегазации  крошки 

каучука  /  Д.  А.  Кириллов,  В.  И.  Елизаров,  Д.  В.  Елизаров  //  Вестник  КГТУ  ­  2009.  ­

№3  Ч . 1 , ­ С .  84­91. 

2.  Кириллов,  Д.  А.  Оптимизация  процесса  дегазации  крошки  каучука  способом 

реконструкции  внутренних  устройств  аппарата/  Д.  А. Кириллов,  В.  В. Елизаров,  Д.  В. 

Елизаров  // Изв.  вузов. Химия  и хим. технология.  ­  2011. ­  Т. 54. ­ № .  4. С.  104­109. 

3.  Дьяконов,  С.  Г.  Кинетика  растворения  и  роста  элемеетов  мелкодисперсной 

твердой  фазы  в  аппаратах  с  перемешиванием  /  С.  Г.  Дьяконов,  В.  В.  Елизаров,  Д.  В. 

Елизаров, Д. А.  Кириллов // Теор.  основы  хим. технологии.  ­  2011. ­  Т. 45.  ­  №  4. ­  С. 

400­408. 

4.  Дьяконов,  С.  Г.  Оптимизация  процессов  растворения  и  кристаллизации 

мелкодисперсной  твердой  фазы  в аппаратах  с  перемешиванием  / С.  Г. Дьяконов,  В.  В. 

Елизаров,  Д.  В.  Елизаров,  Д.  А.  Кириллов  //  Теор.  основы  хим.  технологии.  ­  2011.  ­

Т. 4 5 . ­ № 5 ­ С .  529­540. 

16 

Прочие  публикации: 

5.  Кириллов,  Д.  А.  Моделирование  массоотдачи  в  процессе  дегазации  крошки 

каучука /  Д.  А.  Кириллов,  Д.  В. Елизаров,  В. И.  Елизаров  //  Математические  методы  в 

технике  и технологиях  ­  ММТТ­21.  Сб. трудов  XXI  Международ,  науч.  конф.  : в  10 т. 

ШМУ­13­1  Секция  1;  под  общ.  ред.  B.C.  Бапакирева.  ­  Саратов  :  Изд­во  Сарат.  гос. 

технол.  ун­та,  2008. ­  Т. 3. ~ С.  5­7. 

6.  Кириллов,  Д.  А.  Исследование  гидродинамики  в  процессе  дегазации  крошки 

каучука  /  Д.  А.  Кириллов,  В.  И.  Елизаров,  Д.  В.  Елизаров  //  Инновации  и  высокие 

технологии  XXI  века.  Материалы  всеросс.  научно­практ.  конф.  : в  2 т.  Секция  3;  под 

общ.  ред.  В.  И.  Елизарова,  М.  А.  Закирова.  ­  Нижнекамск  :  Нижн.  химико­технол. 

институга  (филиал)  КГТУ, 2009. ­  Т.  1. ­  С.  231­234. 

Патенты: 

1  Пат.  85894  RU,  2009105046/22  Устройство  аппарата  для  дегазации  крошки 

каучука  /  В.И.  Елизаров,  Д.А.  Кириллов,  Д.В.  Елизаров.  ­  заявлено  13.02.2009;  опубл. 

20.08.2009,  Бюл.№  23. 

8  Пат.  85895  RU,  2009105049/22  Устройство  аппарата  для  дегазации  крошки 

каучука  /  В.И.  Елизаров,  Д.А.  Кириллов,  Д.В.  Елизаров.  ­  заявлено  13.02.2009;  опубл. 

20.08.2009,  Бюл. №  23. 

9  Пат.  85896  RU,  2009105050/22  Устройство  аппарата  для  дегазации  крошки 

каучука  /  В.И.  Елизаров,  Д.А.  Кириллов,  Д.В.  Елизаров.  ­  заявлено  13.02.2009;  опубл. 

20.08.2009,  Бюл.  №  23. 

Подписано  в печать  1 ноября  2011  г. 

Форм. бум.  60X84  1/16 Печ. л.  1,12. Тираж  100. Заказ  Х»44. 

Отпечатано  в редакционно­издательском  отделе НХТИ  (филиале) 

ФГБОУ  ВПО  «КНИТУ» 

Республика Татарстан,  г. Нижнекамск,  423570, ул. 30 лет Победы, д.  5а. 

17