Автоматизированный расчет трехлопастной пропеллерной мешалки для производства серосодержащего сорбента на основе хлорлигнина, селективного к ионам тяжелых металлов
Ключевые слова:
автоматизация расчета, пропеллерная мешалка, технологическая схема, серосодержащий сорбент, хлорлигнинАннотация
В работе выполнена автоматизация расчета физических свойств ингредиентов двухфазной (жидкость – твердое) рабочей среды и гидродинамики перемешивающего устройства для реактора периодического действия, используемого при производстве серосодержащего сорбента на основе хлорлигнина. Сорбент селективен к целому ряду ионов тяжелых металлов. Исходя из результатов расчета физических свойств ингредиентов и обзора конструкций перемешивающих устройств в опытном реакторе использована пропеллерная трехлопастная мешалка для перемешивания рабочей среды с коэффициентом динамической вязкости 6,01 сП и содержанием твердой фазы 31,8 %. Так как в 70-х гг. XX в. было установлено, что из-за несовместимости критериев подобия химических и массообменных процессов масштабный переход в реакторе на основе физического подобия осуществить практически невозможно, то при масштабном переходе от лабораторной установки к малой производственной установке производительностью 200 кг серосодержащего сорбента на один цикл вместо физического подобия были использованы расчетные методы. Следует отметить, что увеличение масштаба установки до М = 104 не скажется на соотношении ингредиентов, используемых для получения нового сорбента (по аналогии с приготовлением блюда в большем количестве и в большей посуде: рецептура приготовления не изменится, масса ингредиентов увеличится в соответствии с масштабом), может измениться лишь время перемешивания, нагрева до 40–45°С и последующего охлаждения смеси до 20°С. Физические свойства твердых ингредиентов определялись по справочникам (для хлорлигнина – экспериментально). Для расчета физических свойств жидких ингредиентов и их смеси использованы известные аддитивные модели. Разработана технологическая схема производства новых серосодержащих сорбентов. Рассчитан профиль окружной скорости, которая квадратично возрастает до максимального значения на окружности, совпадающей по диаметру с мешалкой. В периферийной зоне окружная скорость гиперболически убывает вплоть до стенки реактора. Найдены параметры мешалки, средняя скорость рабочей среды в объеме реактора, мощность перемешивания, глубина образующейся воронки и затраты мощности на перемешивание среды.
Библиографические ссылки
Малявко О.И., Елагин М.С., Орешкин А.С. Автоматизация механических расчетов валов технологического оборудования // В.И. Вернадский: устойчивое развитие регионов: материалы Международной научно-практической конференции. В 5 т. Т. 1 / под научн. ред. В.А. Грачева и др. Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2016. С. 142–144.
Борисенко А.Б., Антоненко А.В., Осовский А.В., Филимонова О.А. Система автоматизированного выбора вспомогательного оборудования многоассортиментных химических производств // Вестник Тамбовского ГТУ. 2012. Т. 18. № 3. С. 569–572.
Малявко О.И., Мокрозуб В.Г. Автоматизированный расчет валов в среде Internet // Техника и технологии машиностроения: материалы IV международной студенческой научно-практической конференции. Омск: Изд-во ОМГУ, 2015. С. 154–157.
Немтинов В.А., Мокрозуб А.В., Ерохина И.Н. Автоматизированный расчет заготовок днищ емкостных аппаратов // В.И. Вернадский: устойчивое развитие регионов: материалы Международной научно-практической конференции. В 5 т. Т. 1 / под научн. ред. В.А. Грачева и др. Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2016. С. 151–154.
Домрачева В.А., Вещева Е.Н. Модифицирование углеродных сорбентов для повышения эффективности извлечения тяжелых металлов из сточных вод и техногенных образований // Вестник ИрГТУ. 2010. № 4 (44). С. 134–138.
Шалунц Л.В., Асламова В.С. Экспериментальные данные извлечения ионов меди, никеля и цинка из водных растворов реальных сточных вод модифицированным цеолитом // Научное и образовательное пространство: перспективы развития: материалы XVI Междунар. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 28 февраля 2020 г.) / редкол.: О.Н. Широков [и др.]. Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2020. С. 86–91. URL: https://interactive-plus.ru/ru/action/686/imprint (дата обращения 14.03.2020).
Пат. № 2558896. Российская Федерация. Способ получения сорбента для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов / Е.А. Чернышева, В.А. Грабельных, Е.П. Леванова, О.Н. Игнатова, И.Б. Розенцвейг, Н.В. Руссавская [и др.]; заявл. 06.06.2014, опубл. 10.08.2015 г. Бюл. № 22.
Aslamova V.S., Chernysheva E.A., Grabelnykh V.A., Levanova E.P., Russavskaya N.V. Regression analysis of zinc and cadmium ion extraction from aqueous solutions using a lignin-based sulphur-containing sorbent. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2018. Vol. 8, No. 4. Pp. 174–183.
Чернышева Е.А., Асламова В.С., Грабельных В.А., Леванова Е.П. Регрессионные зависимости адсорбции ионов ртути из водных растворов серосодержащим сорбентом на основе лигнина // Транспортная инфраструктура Сибирского региона: Материалы Девятой международной научно-практической конференции, г. Иркутска.: в 2 т. Т. 1. Иркутск: ИрГУПС, 2018. С. 286–291.
Чернышева Е.А., Асламова В.С. Регрессионные модели извлечения ионов кадмия из водных растворов серосодержащим сорбентом на основе лигнина // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. междунар. науч. конф.: в 12 т. Т. 2 / под общ. ред. А.А. Большакова. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2018. С. 21–24.
Боресков Г.К. Моделирование химических процессов // Вестник Академии наук СССР. 1964. № 5. С. 47–56.
Розен А.М., Мартюшин Е.И., Олевский В.М. и др. Масшабный переход в химической технологии: разработка промышленных аппаратов методом гидродинамического моделирования. М.: Химия, 1980. 320 с.
Рид Р., Праусниц ДЖ., Шервуд Т. Свойства жидкостей и газов: справочное пособие. Л.: Химия, 1982. 592 с.
Расчет физико-химических свойств реакционной смеси. URL: http://www.fptl.ru/files/oborudovanie/ras4et_fizikohimi4eskih-svojstv.pdf (дата обращения 20.12.2019).
Справочник химика 21. Химия и химическая технология. URL: https://chem21.info/info/1754159/ (дата обращения 16.01.2020).
Барабаш В.М., Абиев Р.Ш., Кулов Н.Н. Обзор работ по теории и практике перемешивания // Теоретические основы химической технологии. 2018. Т. 52. № 4. С. 367–383.
Cudak M., Domanski M., Szoplik J., Karcz J. An effect of the impeller eccentricity on the process characteristics in an agitate of vessel // Proceedings of 15th European Conference on Mixing. St. Petersburg: Saint-Petersburg State Institute of Technology (Technical University), 2015. P. 75.
Доманский И.В., Исаков В.П., Островский Г.М. и др. Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи: учебное пособие. Под общ. ред. В.Н. Соколова. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1982. 384 с.
Карпушкин С.В., Краснянский М.Н., Борисенко А.Б. Расчеты и выбор механических перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппаратов. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. 168 с.
Асламова В.С., Шнейгельбергер Е.А., Асламов А.А. Технология и оборудование производства серосодержащих сорбентов для извлечения тяжелых металлов из сточных вод // Сб. статей междун. науч.-практ. конф. «Проблемы технико-технологических систем и физико-математических моделей» (1 марта 2020, г. Самара). Уфа: Аэтерна, 2020. С. 18–22.
Альбом типовых конструкций. Мешалки. Типы, параметры, конструкция, основные размеры и технические требования. АТК 24.201.17-90.
Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1968. 848 с.
Беляев В.М., Миронов В.М. Расчет и конструирование основного оборудования отрасли: учебное пособие. Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2009. 288 с.
