Automated calculation of a three-vane propeller mixer for production of the sulfur-containing sorbent based on chlorolignin selective to heavy metal ions
Keywords:
automation of calculation, propeller stirrer, technological scheme, sulfur-containing sorbent, chloroligninAbstract
Automation of the calculation of the physical properties of the ingredients of a two-phase (liquid-solid) working medium and the hydrodynamics of a mixing device for a batch reactor used in the production of a sulfur-containing sorbent based on chlorolignin has been performed. The sorbent is selective for a number of heavy metal ions. Based on the results of calculating the physical properties of the ingredients, a review of the design of mixing devices, a three-blade propeller mixer was used in the experimental reactor for mixing the working medium with a dynamic viscosity coefficient of 6.01 centipoise and a solid phase content of 31.8%. Since it was found in the 70s of the 20th century that, due to the incompatibility of the criteria for the similarity of chemical and mass transfer processes, a large-scale transition in a reactor based on physical similarity is practically impossible, then with a large-scale transition from a laboratory facility to a small production facility with a capacity of 200 kg of sulfur of the sorbent per cycle, instead of physical similarity, computational methods were used. It should be noted that an increase in the scale of the installation to M = 104 will not affect the ratio of ingredients used to obtain a new sorbent (by analogy with cooking a dish in larger quantities and in a larger container: the cooking recipe will not change, the mass of ingredients will increase in accordance with the scale), only the times of mixing, heating to 40-45 ° C and subsequent cooling of the mixture to 20 ° C can change. The physical properties of solid ingredients were determined by reference books (for chlorolignin - experimentally). Known additive models were used to calculate the physical properties of liquid ingredients and their mixtures. A technological scheme for the production of new sulfur-containing sorbents has been developed. The profile of the peripheral speed is calculated, which quadratically increases to the maximum value on the circle, which coincides in diameter with the mixer. In the peripheral zone, the peripheral velocity hyperbolically decreases down to the reactor wall. Found: the parameters of the mixer, the average speed of the working medium in the volume of the reactor, the mixing power, the depth of the formed funnel and the power consumption for mixing the medium.
References
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.