WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

, – скорость пучков до столкновения и после, м/с;

- звуковое давление, Па;

- радиус ротора, м;

- давление на поверхности твёрдого тела, обусловленное захлопыванием пузырьков при кавитации, МПа;

- начальный размер пузырька при кавитации, м;

- количество пузырьков в единице объёма, шт.;

- толщина кольца статора, м;

- толщина кольца ротора, м;

- число циклов пульсации пузырька за время прохождения им кавитационной области;

- средняя скорость в зазоре между кольцами, м/с;

- касательное напряжение в зазоре между кольцами, Па;

- градиент скорости в зазоре, с-1;

- длина выступов ротора и статора в радиальном зазоре, м;

- ширина зазора между ротором и статором в радиальном зазоре, м;

- ускорение свободного падения, м/с.

Напор и объёмный расход роторно-пульсационного аппарата, созданного на базе центробежного насоса, определялись из следующих формул:

, (2)

, (3)

где, - ширина прорезей ротора и статора, м;

, - количество прорезей ротора и статора, шт.;

D – диаметр ротора, м;

, - коэффициенты, зависящие от технологических свойств бумажной массы, которые определяются опытным путём;

,,,,,,,, - коэффициенты, зависящие от конструктивных параметров элементов ротора и статора, находятся экспериментально.

Условием для диспергирования бумажной массы и разрушения нераспущенных пучков волокон является неравенство (4):

, (4)

где - мощность, затрачиваемая РПА на диспергирование, Вт;

- напряжение необходимое для разрушения пучка волокна, Па;

- степень измельчения;

- модуль упругости пучка нераспущенного волокна, Па/м;

, - коэффициент полезного действия РПА.

Исходя из реологических свойств бумажной массы, следует, что создание диспергированного потока на выходе из аппарата возможно при выполнении условия:

, (5)

где U – скорость потока в выходном патрубке аппарата, м/с;

Dу – диаметр выходного патрубка аппарата, м;

- критическое значение градиента скорости, которое определяется исходя из реологической кривой,.

Нераспущенный пучок волокон бумажной массы обладает значительной прочностью в отличие от прочности капель в эмульсии и сгустков в мелкодисперсной суспензии. Поэтому для его деформации необходимо приложить усилия сдвига, которые обусловлены механическим воздействием на нераспущенный пучок волокна. В отличие от диспергирования эмульсий и мелкодисперсных суспензий пульсационного, кавитационного, жидкостного и ударного воздействий может быть не достаточно для диспергирования бумажной массы. Этим обусловлена необходимость учёта влияния механического фактора в теории процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате, созданном на базе центробежного насоса. Уравнения (1), (2), (3) устанавливают связь полезной мощности с конструктивными параметрами РПА, предназначенного для диспергирования и транспортировки бумажной массы. Условия (4) и (5) определяются технологическими характеристиками бумажной массы.

Таким образом, полученные теоретические зависимости позволяют рассчитать мощность, которую необходимо затратить для диспергирования бумажной массы, являющейся реологически сложной системой, с учётом комплекса гидромеханических факторов, воздействующих на волокно при различных конструктивных параметрах РПА.

Третий раздел посвящён экспериментальным исследованиям процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате и включает в себя описание установки. Представлена методика измерения насосного эффекта аппарата, определено влияние обработки бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате на укорачивание волокна и степень помола, проведены исследования степени диспергирования бумажной массы.

На основании разработанной теории процесса диспергирования бумажной массы, с учетом зонной модели было принято решение усилить влияние механического фактора воздействия на волокно в роторно-пульсационном аппарате, созданном на базе центробежного насоса. Конструкция аппарата, с дополнительной зоной рифления представлена на рис.1.

Рис 1. Схема роторно-пульсационного аппарата:

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – кольцо ротора; 4 – кольцо статора; 5 – рифления на роторе и статоре; 6 – резьбовое соединение для регулировки зазора между рифлёной частью ротора и статора; 7 – входной патрубок; 8 – выходной патрубок; А – зона рифления в горловинообразной части ротора и статора; В – зона радиального зазора между кольцами; С – зона отвода

Для исследования процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате использовалась экспериментальная установка (рис. 2). Исследования проводились с использованием суспензий на основе сульфатной белёной целлюлозы хвойных и лиственных пород, а также макулатуры.

Степень диспергирования бумажной массы определялась процентным содержанием нераспущенных пучков волокон. Обработка проб производилась на специальном оборудовании, которое позволяло разделить пучки от общей массы. В процессе проведения экспериментов контролировались длина волокна и степень помола.

Рис. 2. Экспериментальная установка для диспергирования бумажной массы:

1 – роторно-пульсационный аппарат; 2 – электродвигатель постоянного тока; 3 - блок тиристорного преобразователя; 4 - оптический датчик, 5 – тахометр; 6 – ваттметр; 7 - манометр; 8 – вакуумметр; 9 – расходомер; 10 – подвижное соединение; 11, 14 – система стеклянных трубопроводов; 12 – бак для ввода наполнителя или красителя; 13 – дозирующий насос; 15 – ёмкость для обрабатываемой среды; 16 – мешалка; 17 – резервная ёмкость; 18 – сканирующее устройство; 19 – компьютер; X – отбор проб для измерения степени диспергирования; Y – отбор проб для измерения степени помола; Z – отбор проб для измерения длины волокна

Четвёртый раздел посвящен анализу и обобщению экспериментальных результатов, подтверждающих разработанную теорию диспергирования бумажной массы в РПА. Проведён анализ зависимости процентного содержания нераспущенных пучков волокон от мощности диспергирования в роторно-пульсационном аппарате, созданном на базе центробежного насоса:

, (6)

где, - коэффициенты, зависящие от вида используемого волокнистого сырья и определяющиеся экспериментальным путём.

Зависимость была получена с помощью компьютерной программы МathCAD путём проведения процедуры экспоненциальной регрессии.

Результаты расчётов, выполненные по формуле (6), и сопоставление их с экспериментальными данными позволили подтвердить правильность предложенной зависимости, так как относительная погрешность между теоретическими и экспериментальными результатами не превышала 15 %. Также не превысила допустимых для инженерных расчётов значений погрешность между теоретическими и экспериментальными результатами зависимости процентного содержания нераспущенных пучков волокон от полезной мощности аппарата.

Таким образом, подтверждена адекватность предложенной теоретической модели процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате.

Результаты экспериментальных исследований, полученные при работе аппарата с различными геометрическими параметрами ротора и статора, представлены на рис.3.

Рис. 3. Зависимость процентного содержания нераспущенных пучков волокон от полезной мощности:

1 - расчётные значения функции при =30, =0,01 м, D=0,125 м; - данные, полученные опытным путём при =30, =0,01 м, D=0,125 м; 2 - расчётные значения функции при =40, =0,02 м, D=0,125 м; - данные, полученные опытным путём при =40, =0,02 м, D=0,125 м; 3 - расчётные значения функции при =50, =0,03 м, D=0,125 м; - данные полученные опытным путём при =50, =0,03 м, D=0,125 м

Из рисунка видно, что с увеличением полезной мощности РПА процентное содержание нераспущенных пучков волокон снижается. Проведённые экспериментальные исследования в РПА с различными геометрическими параметрами ротора и статора позволяют утверждать об их влиянии на степень диспергирования бумажной массы. График также показывает резкое увеличение полезной мощности на конечной стадии диспергирования, когда требуется уменьшить содержание нераспущенных пучков ниже 1 %.

При проведении экспериментальных исследований в РПА контролировались длина волокна и степень помола бумажной массы. Установлено, что при кратковременном воздействии на бумажную массу в РПА не происходит укорачивание волокна и изменение степени помола.

Определено влияние конструктивных параметров рабочих элементов РПА на степень диспергирования бумажной массы. На рис. 4 и 5 представлены зависимости процентного содержания нераспущенных пучков волокон от основных геометрических параметров ротора и статора аппарата, влияющих на диспергирование бумажной массы.

Рис. 4. Влияние количества выступов ротора и статора на процентное содержание нераспущенных пучков волокон (D=0,125 м, = 0,020 м):

1 – при частоте вращения ротора n=25 ; 2 – n=30 ; 3 - n=35 ; 4 - n=40 ; 5 - n=45 ; 6 – n=50 ; 7 - допустимое значение содержания нераспущенных пучков

Длина зоны рифления, х10 м

Рис. 5. Влияние длины зоны рифления на процентное содержание нераспущенных пучков волокон (D=0,125 м, ):

1 – при частоте вращения ротора n=25 ; 2 – n=30 ; 3 - n=35 ; 4 - n=40 ; 5 - n=45 ; 6 - n=50 ; 7 - – допустимое значение содержания нераспущенных пучков

Из рисунков видно, что при увеличении числа выступов ротора и статора (рис. 4), а также длины зоны рифления (рис. 5) происходит снижение процентного содержания нераспущенных волокон. Степень диспергирования также зависит от частоты вращения ротора.

Установлено, что увеличение угловой скорости вращения ротора более 50 нецелесообразно, так как это связано с большими затратами энергии. При частоте вращения ниже 30 для обеспечения диспергированного режима необходимо либо увеличить число выступов ротора и статора, количество которых ограниченно по аналогии с дисковыми мельницами, либо увеличить длину зоны рифления, которая определяется разницей между диаметром ротора и входным патрубком насоса, на базе которого изготовлен РПА.

По проведённым теоретическим и экспериментальным исследованиям с учётом рекомендаций по совершенствованию конструкции РПА, заключающейся в усилении механического фактора для диспергирования бумажной массы, разработан инженерный метод по определению основных геометрических размеров РПА, который включает в себя 3 основных этапа:

  1. Ввод параметров в систему уравнений и неравенств (1), (2), (3), (4), (5).
  2. Расчёт основных конструктивных параметров РПА, влияющих на диспергирование бумажной массы: D,,,, n.
  3. Выбор стандартного базового центробежного насоса.

На основании проведённого теоретического анализа по вышеуказанной методике был проведён расчёт основных геометрических параметров РПА и предложена технологическая схема для модернизации массопо-дготовительного отдела производства бугорчатых прокладок для яиц в условиях предприятия ЗАО «ГОТЭК-ЛИТАР» (рис. 6).

Рис. 6. Технологическая схема массоподготовительного отдела производства бугорчатых прокладок для яиц:

1 – гидроразбиватель; 2 – бассейн № 1; 3 – вихревой очиститель высокой концентрации; 4 – турбосепаратор; 5 – вибросито; 6 – сортировочная плита; 7 – бак для лурезина; 8 – бак для базопласта; 9 – РПА для подготовки химикатов; 9а – насос для подачи химиката; 10 – бассейн № 3; 11 – РПА для диспергирования массы; 11а – насос для подачи массы; 12 – бассейн № 4; 13 – напорный бак; 14, 15, 16, 17, 18, 21 – массные насосы; 19,20, 22, 23 – насосы дозаторы

Были определены основные параметры роторно-пульсационного аппарата, предназначенного для диспергирования бумажной массы с предельно-допустимым процентным содержанием нераспущенных пучков волокон при промышленном производстве прокладок для яиц на ЗАО «ГОТЭК-ЛИТАР». Эти характеристики имели следующие значения: n=25, D=0,223 м, м, ==60.

В результате было достигнуто уменьшение процентного содержания нераспущенных пучков волокон с 10 % до 1 %. Это позволило улучшить качество готовой продукции и сократить расходы по волокну. Ожидаемый годовой экономический эффект от усовершенствования массо-подготовительного отдела производства бугорчатых прокладок для яиц составил 388000 руб.

Основные выводы

  1. Разработана теоретическая модель процесса диспергирования бумажной массы в роторно-пульсационном аппарате.
  2. Определено влияние конструктивных параметров РПА и технологических характеристик бумажной массы на повышение эффективности процесса диспергирования.
  3. Предложена методика расчета геометрических параметров роторно-пульсационного аппарата для диспергирования бумажной массы.
  4. Разработана конструкция роторно-пульсационного аппарата для диспергирования бумажной массы.
  5. Методика расчета геометрических параметров роторно-пульсационного аппарата передана для проведения проектных работ в ЦНИИБуммаш. Для ЗАО «ГОТЭК-ЛИТАР» предложена схема модернизации технологического потока производства с использованием разработанной конструкции роторно-пульсационного аппарата.

Список публикаций по теме диссертации по перечню ВАК:

  1. Мидуков, Н. П. Повышение эффективности процесса диспергирования волокнистой суспензии в роторно-пульсационном аппарате [Текст] / Н. П. Мидуков, В. С. Куров, А. О. Никифоров // Изв. ВУЗов. Лесной журнал. – 2008. - № 4. – С. 116 – 119.

В прочих изданиях:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»