ДОСЛІДЖЕННЯ НАГРІВАННЯ РІДИНИ ПРИ ОБРОБЦІ В РОТОРНО-ПУЛЬСАЦІЙНОМУ АПАРАТІ

Анотація

Роторно-пульсаційні апарати (РПА) використовуються для обробки таких систем, як «рідина – рідина», «рідина – тверде тіло» та «газ – рідина», вони зарекомендували себе як продуктивне та економічне обладнання для гідромеханічних та масообмінних процесів в різних галузях промисловості: в хімічній вони використовуються для одержання дисперсій та емульсій, інтенсифікації масообмінних процесів; в фармацевтичній та косметичній – для екстрагування цінних речовин з рослинної сировини, приготування вітамінних препаратів, кремів, мазей, тощо; в харчовій – для змішування та гомогенізації молочних, соєвих та інших продуктів. В процесі обробки в роторно-пульсаційному апараті середовище піддається багатофакторному впливу. Пульсації тиску потоку рідини, інтенсивна кавітація і кумулятивні струмені від зхлопування кавітаційних бульбашок, розвинена турбулентність, ударні хвилі, високі зсувні та зрізуючі деформації – всі ці фактори викликають підвищення температури, розсіюючи підведену енергію і тим самим знижуючи гідравлічний ККД апарату. Враховуючи, що в РПА в дуже часто оброблюються термічно чутливі рідини та рідини, які в технологічних циклах проходять подальшу теплову обробку, визначення теплових характеристик РПА дозволяє коректно підібрати технологічні режими обробки, а також знизити виробничі за рахунок підвищення енергоефективності апарата шляхом більш правильного параметрів гарнітури. Відомі експериментальні дослідження нагрівання при циклічній обробці рідин в РПА циліндричного типу з зовнішньою циркуляцією [1, 2]. Співставлення наведних результатів свідчить, що відмінності конструкції суттєво впливають на закономірності роботи РПА. Авторами проведено експериментальні дослідження нагрівання модельної рідини в РПА з внутрішньою циркуляцією, що має циліндричну гарнітуру типу «ротор-статор» з крилаткою. В якості модельної рідини обрано воду. Експеримент проводився в діапазоні температур від 17,5 до 100 ºС. Отримана залежність має форму монотонно зростаючої кривої з незначним вигином в область підвищення температури. Математично ця залежність задовільно описується поліному другого порядку. Достовірність апроксимації визначено за допомогою коефіцієнту кореляції, який дорівнює 1. Під час проведення експерименту середня швидкість нагрівання рідини становила 0,123 градусу за секунду. Розраховано, що частка енергії, що пішла на нагрівання модельної рідини, складає 76 %. Такий потенціал нагрівання дає можливість знизити витратии енергії на термічну обробку рідини. Результати проведеного експерименту будуть взяті за основу при розробці методики і проведенні подальших досліджень з метою встановлення надійних розрахункових залежностей, що дозволять визначати кількость одержаної теплової енергії в залежності від геометрії гарнітури та надання практичних рекомендацій щодо вибору ефективного режиму роботи РПА.

Роторно-пульсаційні апарати (РПА) використовуються для обробки таких систем, як «рідина – рідина», «рідина – тверде тіло» та «газ – рідина», вони зарекомендували себе як продуктивне та економічне обладнання для гідромеханічних та масообмінних процесів в різних галузях промисловості: в хімічній вони використовуються для одержання дисперсій та емульсій, інтенсифікації масообмінних процесів; в фармацевтичній та косметичній – для екстрагування цінних речовин з рослинної сировини, приготування вітамінних препаратів, кремів, мазей, тощо; в харчовій – для змішування та гомогенізації молочних, соєвих та інших продуктів. В процесі обробки в роторно-пульсаційному апараті середовище піддається багатофакторному впливу. Пульсації тиску потоку рідини, інтенсивна кавітація і кумулятивні струмені від зхлопування кавітаційних бульбашок, розвинена турбулентність, ударні хвилі, високі зсувні та зрізуючі деформації – всі ці фактори викликають підвищення температури, розсіюючи підведену енергію і тим самим знижуючи гідравлічний ККД апарату. Враховуючи, що в РПА в дуже часто оброблюються термічно чутливі рідини та рідини, які в технологічних циклах проходять подальшу теплову обробку, визначення теплових характеристик РПА дозволяє коректно підібрати технологічні режими обробки, а також знизити виробничі за рахунок підвищення енергоефективності апарата шляхом більш правильного параметрів гарнітури. Відомі експериментальні дослідження нагрівання при циклічній обробці рідин в РПА циліндричного типу з зовнішньою циркуляцією [1, 2]. Співставлення наведних результатів свідчить, що відмінності конструкції суттєво впливають на закономірності роботи РПА. Авторами проведено експериментальні дослідження нагрівання модельної рідини в РПА з внутрішньою циркуляцією, що має циліндричну гарнітуру типу «ротор-статор» з крилаткою. В якості модельної рідини обрано воду. Експеримент проводився в діапазоні температур від 17,5 до 100 ºС. Отримана залежність має форму монотонно зростаючої кривої з незначним вигином в область підвищення температури. Математично ця залежність задовільно описується поліному другого порядку. Достовірність апроксимації визначено за допомогою коефіцієнту кореляції, який дорівнює 1. Під час проведення експерименту середня швидкість нагрівання рідини становила 0,123 градусу за секунду. Розраховано, що частка енергії, що пішла на нагрівання модельної рідини, складає 76 %. Такий потенціал нагрівання дає можливість знизити витратии енергії на термічну обробку рідини. Результати проведеного експерименту будуть взяті за основу при розробці методики і проведенні подальших досліджень з метою встановлення надійних розрахункових залежностей, що дозволять визначати кількость одержаної теплової енергії в залежності від геометрії гарнітури та надання практичних рекомендацій щодо вибору ефективного режиму роботи РПА.

Семінський О.О., Тимошенко В.С.