авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессио-

нального образования

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

ИВАНОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО

ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ САНИТАРНО-

ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

05.21.03 – Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева;

химия древесины Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., проф. Руденко А.П.

Красноярск – СОДЕРЖАНИЕ Введение............................................................................................................... Глава 1 Современное состояние производства санитарно-гигиенических ви дов бумаги................................................................................................................ 1.1 Тенденции развития рынка санитарно-гигиенических видов бумаги..... 1.2 Технология производства бумаги санитарно-гигиенического назначения.......................................................................................................... 1.3 Перемешивающее оборудование для приготовления композиции бу мажной массы.................................................................................................... 1.4 Основные теоретические и экспериментальные представления процесса перемешивания.................................................................................................. 1.5 Особенности перемешивания целлюлозы................................................ 1.6 Постановка задач исследования................................................................ Глава 2 Теоретические исследования гидродинамики движения потоков жид кости в перемешивающих аппаратах.................................................................. 2.1 Исследование гидродинамики процесса перемешивания в аппарате цилиндрической конструкции посредством компьютерного моделирования................................................................................................... 2.2 Построение физической модели движения жидкости в проточной поло сти аппарата профилированной формы.......................................................... Глава 3 Методическая часть проведения экспериментальных исследований.... 3.1 Методика исследования гидродинамики в проточной полости переме шивающих аппаратов различной конструкции............................................. 3.2 Методика исследования физико-механических и гидрофильных свойств санитарно-гигиенической бумаги.





.................................................................. 3.3 Планирование экспериментальных исследований и математическая об работка полученных результатов.................................................................... Глава 4 Экспериментальные исследования и анализ результатов................... 4.1 Экспериментальные исследования гидродинамики в проточной поло сти перемешивающих аппаратов посредством ИВК..................................... 4.2 Экспериментальные исследования физико-механических и гидрофиль ных свойств санитарно-гигиенической бумаги............................................. 4.3 Определение критерия мощности при работе аппарата профилирован ной формы.......................................................................................................... 4.4 Сопоставление теоретических и экспериментальных исследований...... Глава 5 Практическое применение результатов исследований....................... 5.1 Определение диспергированного режима течения волокнистой массы в перемешивающем аппарате различной конструкции................................... 5.2 Определение оптимальных технологических режимов работы переме шивающего аппарата с профилированными элементами корпуса............ 5.3 Методика инженерного расчета профилированного корпуса емкостного аппарата............................................................................................................ 5.4 Условно – экономический эффект работы аппарата профилированной формы с ротором геликоидального типа...................................................... Выводы по работе........................................................................................... Библиографический список........................................................................... Приложение А................................................................................................. Приложение Б.................................................................................................. Приложение В........................................................................................................ Приложение Г......................................................................................................... Приложение Д........................................................................................................ Приложение Е......................................................................................................... Приложение Ж....................................................................................................... Приложение И........................................................................................................ Приложение К........................................................................................................ Приложение Л........................................................................................................ Приложение М....................................................................................................... Приложение Н........................................................................................................ Введение Производство санитарно-гигиенических изделий – одна из наиболее успешных отраслей мировой целлюлозно-бумажной промышленности, отли чающаяся стабильной динамикой развития и высокими показателями произ водственной рентабельности. Более того, эта отрасль всегда была очень при влекательна для крупных международных инвесторов.





Общий выпуск санитарно-гигиенических изделий в мире в 2011 году со ставил около 32,7 миллионов тонн. По прогнозам отраслевых экспертов, этот показатель – по итогам 2013 года – составит порядка от 32,9 до 33,5 миллио нов тонн [1].

Одновременно с ростом объемов производства санитарно-гигиенических изделий стремительно увеличивается конкуренция на международных и ре гиональных рынках, что, в свою очередь, заставляет производителей СГИ все больше внимания уделять вопросам качества выпускаемой продукции, а так же сокращения производственных и иных издержек (в настоящее время удельные затраты электроэнергии составляют до 0,8 кВт/м3).

Неотъемлемым этапом производства СГИ является перемешивание, включающее несколько отдельных процессов. На каждом этапе необходимо получить требуемые технологические результаты, расходуя как можно меньше электроэнергии. На первый взгляд, эта задача не выглядит сложной.

Однако при более пристальном рассмотрении обнаруживается, что эффек тивное перемешивание требует сложных технологий и высокого уровня ре шения инженерных задач.

На целлюлозном предприятии существует множество процессов, кото рые требуют применения специальных аппаратов с мешалками. Самые рас пространенные из этих процессов – растворение химических ингредиентов, хранение массы с высокой и низкой концентрацией, перемешивание и гомо генизация. Для того чтобы гарантировать оптимальные технологические ре зультаты при минимально затрачиваемой электроэнергии, важно:

а) Выбрать правильную интенсивность перемешивания. Очень слабое перемешивание приводит к неравномерной концентрации целлюлозной во локнистой суспензии, что может вызвать проблемы с качеством и привести к производственным потерям. Чрезмерно сильное перемешивание увеличивает расход электроэнергии без видимого улучшения результатов процесса.

б) Достаточно квалифицировано использовать предварительно собран ную точную и полную информацию о параметрах целлюлозы и конструк ции емкостного оборудования, так как именно они будут косвенно значи тельно влиять на потенциальный расход электроэнергии.

В настоящий момент применяемые в целлюлозно-бумажной промыш ленности перемешивающие аппараты характеризуются несоответствием кон структивного исполнения аппарата и выполняемого процесса перемешива ния, что приводит к появлению слабо перемешиваемых застойных зон в про точной полости аппарата и неустойчивости протекания самого процесса. По этой причине такие аппараты характеризуются относительно невысокой удельной производительностью процессов перемешивания и низким каче ством получаемого целевого продукта. В них не удается достичь равномер ного распределения подводимой энергии, что приводит к повышенным энер гозатратам при работе, а, следовательно, и к повышенной себестоимости продукции [2].

Поэтому актуальным направлением научно-технических исследований является разработка принципиально новых конструкций перемешивающих аппаратов и методов их инженерного расчета, позволяющих существенно снизить энергозатраты при получении СГИ. При этом возникает необходи мость именно в таком оборудовании, которое легко бы встраивалась в авто матизированные линии, и обеспечивало бы при этом автоматизированный контроль качества готовой продукции.

Наличие данного обстоятельства порождает возможность использования корпусного аппарата с профилированными элементами корпуса в целлюлоз но-бумажной промышленности для конструктивного исполнения перемеши вающих аппаратов и емкостей различного функционального назначения (мешальные бассейны, смесители, хлораторы и т.д.). Это обеспечит как срав нительно умеренное перемешивание (характеризующееся минимизацией, как количества, так и объема застойных зон) бумажной массы, химических ком понентов путем поддержания волокон и ингредиентов во взвешенном состо янии для обеспечения выравнивания концентрации массы и придания одно родной композиции во всем объеме перемешивающего аппарата, так и воз можность более интенсивного смешивания волокнистых компонентов и не обходимых химических ингредиентов.

Оригинальное профилирование корпусных элементов перемешивающих аппаратов, как в целлюлозно-бумажной, так и в других отраслях промыш ленности (химической, пищевой, фармацевтической, парфюмерной и др.) позволит снизить образование застойных зон не только статического, но и динамического характера, и как закономерный результат в итоге получение высококачественной продукции с минимальными энергозатратами.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИХ ВИДОВ БУМАГИ 1.1 Тенденции развития рынка санитарно-гигиенических видов бумаги На ведущих мировых рынках санитарно-гигиенических изделий выделяют следующие основные сегменты и разделы:

1 Ролевые СГИ:

- бумага туалетная;

- ролевые и бумажные полотенца;

- ролевые СГИ медицинского назначения.

2 Неролевые СГИ:

- складные бумажные полотенца;

- бумажные салфетки общего назначения;

- бумажные салфетки специального назначения (для нужд протирания зер кал, мониторов компьютеров, для нужд «автокосметики», гигиенические, со специальным запахом и т.д.);

- бумажные скатерти;

- одноразовые носовые платки;

- неролевые СГИ медицинского назначения [1].

Как видно из показателей, представленных в таблице 1.1, в 2011-2012 гг.

рост потребления СГИ (по сравнению с 2010 г.), замедлился практически во всех регионах мира. Данная ситуация указывает на то, что конкуренция на ре гиональных рынках стремительно растет, заставляя производителей СГИ все больше внимания уделять вопросам качества выпускаемой продукции, поиска путей сокращения производственных и иных издержек, а также подталкивает производителей к дальнейшему расширению ассортимента. По мнению специ алистов, именно широкомасштабное предложение новинок на рынках позволит отрасли и в дальнейшем развиваться динамично и успешно [3, 4].

Таблица 1.1 – Рост потребления СГИ на региональных мировых рынках, % Показатели 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г.

Потребление, 2,5 1,5 1,0 1,5 0,9 0, США, Канада Потребление, Ю-В Азия и Ближ- 11,1 4,8 5,0 7,2 4,2 4, ний восток Потребление, Поль 4,4 0 0,5 1,0 1,0 1, ша Потребление, Фран 2,9 1,8 1,0 1,8 0,4 0, ция Потребление в сред 4,3 1,3 1,6 2,9 1,7 1, нем, Западная Европа Как следует из данных, представленных в таблице 1.2 в 2012 г. продол жились тенденции по изменению товарных рядов, свойственных последнему пятилетию. Устойчиво уменьшаются товарные доли туалетной бумаги и обыч ных салфеток, растут товарные доли одноразовых носовых платков и салфеток специального назначения.

Таблица 1.2 – Экспертная оценка распределения на мировом рынке долей по основным видам СГИ, % Виды СГИ 2007 г. 2008г. 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г.

Туалетная бумага 49,0 51,5 50,0 48,5 48,0 48, Ролевые и складные 12,0 10,0 11,0 11,5 11,5 10, бумажные полотенца Салфетки общего 14,0 14,5 14,0 14,0 13,9 14, назначения Салфетки специаль 10,5 9,5 10,5 11,0 11,5 12, ного назначения Бумажные скатерти 4,0 3,5 4,0 4,0 3,9 3, Одноразовые носо 5,0 5,5 5,5 6,0 6,1 6, вые платки Прочие СГИ меди 5,5 5,5 5,0 5,0 5,1 5, цинского назначения Всего 100 100 100 100 100 Предполагается, что эта тенденция – в самое ближайшее время - затронет и российский рынок санитарно-гигиенических изделий.

Лидеры на мировом рынке санитарно-гигиенических изделий: группа Georgia – Pacifik Tissue (США);

SCA Hygiene Products (Швеция);

Kimberly – Clark;

Procter & Gambl [3].

При этом происходит наращивание объемов производства СГИ. В частно сти, группа Heinzel устанавливает новую бумагоделательную машину мощно стью 80 тыс. т/год санитарно-гигиенической бумаги на фабрике Zellstof Polls в Австрии. Ввод в действие технологической линии хвойной беленной сульфат ной целлюлозы и бумагоделательной машины запланирован на IV кв. 2013 г.

Вместе с тем, продолжилось строительство новых фабрик по производству санитарно-гигиенических изделий и в странах Южной Америки и Юго Восточной Азии.

Корпорация Metso заключила контракт с компанией Forestal y Papelera Concepcion на изготовление и поставку БМ Advantage NT T-200 шириной 5, метров и мощностью 70 тыс. т/год для производства санитарно-гигиенической бумаги на фабрике в Чили. Ввод в действие технологической линии запланиро ван на IV кв. 2014 года.

Компания Mianyang Chaolan Paper планирует смонтировать две БМ произ водительностью по 10 тыс. т/год санитарно-гигиенической бумаги на фабрике в городе Mianyang (Sichuan, Китай). Основное оборудование технологических линий БМ шириной 2,82 м с расчетной скоростью 900 м/мин изготавливает и поставляет китайский завод Weifang Hicredit Machinery. Ввод в действие БМ- запланирован на ноябрь 2013 года, а БМ-2 на август 2014 года.

Компания Yunnan Yunjing Forestry & Paper выдала заказ корпорации Metso на поставку БМ производительностью 30 тыс/год санитарно-гигиенической бу маги для комбината в городе Puer (Yunnan, Китай). Для выработки бумаги вы сокого качества планируют использовать беленую целлюлозу. Ввод в действие БМ намечен на III кв. 2014 года [4].

В России из всех направлений целлюлозно-бумажной промышленности РФ, отрасль бумажных санитарно-гигиенических изделий (тиссью) до послед него момента росла наибольшими темпами, что связано с ее уникальным поло жением в российском целлюлозно-бумажном комплексе.

Устойчивость и высокие долговременные темпы роста, характеризовавшие российский рынок тиссью (около 9,2 % по итогам 2011 г. [3]), связаны, прежде всего, с относительно низким уровнем потребления СГИ в России. По данным организации Euromonitor International, Россия входит в число пяти са мых быстрорастущих европейских рынков в рассматриваемой сфере.

По данным на 2008 год, объем потребления тиссью в России составил око ло 320 тыс. тонн, что составляет около 2,3 кг/чел., уровень потребления в стра нах Западной Европы не менее 12 кг/чел., а в США – более 24 кг/чел. в год.

По самым пессимистическим оценкам (среднегодовой прирост от 5 до 6,5 %) к 2015 году объем потребления тиссью в России составит около 450 500 тыс. тонн (менее 4 кг/чел. в год). С учетом действующих производственных мощностей, а также реализации заявленных проектов по пуску новых БДМ и вполне ожидаемых оптимистичных сценариев развития экономики России, раз рыв между спросом и внутренним предложением может достичь 200 - 250 тыс.

тонн.

Основные причины роста производства:

- рост экономики страны (рост ВВП 6 - 8 %);

- урбанизация страны – это связано даже не столько с ростом городов и до ли городского населения, сколько с проникновением городского образа и стиля жизни в глубинку России;

- рост численности населения (в последние годы наметилась тенденция к улучшению демографической ситуации), что выражается в увеличении потреб ления СГИ медицинского назначения и средств ухода за детьми;

- появление на рынке западных ритейлеров;

- развитие ресторанного и гостиничного бизнеса, сетей быстрого питания (выражается в первую очередь в увеличении потребления салфеток) и рядом других факторов [5].

Подобная благоприятная ситуация подвигла многих игроков рынка к раз личным инвестиционным проектам, направленным на значительное увеличение производственных мощностей как в области производства бумаги-основы сани тарно-гигиенического назначения, так и готовых изделий.

В 2008 - 2014 гг. в отрасли были и будут реализованы следующие важные производственные проекты [5, 6].

2008 год:

- ОАО «Сясьский ЦБК», Ленинградская область – пуск БДМ - 2 компании OverMeccanica, производительностью до 30 тыс. тонн/год.

- ОАО «Сыктывкарский Тиссью Груп», республика Коми – пуск БДМ - компании Metso Paper, производительностью до 30 тыс. тонн/год.

- ООО «Мется Тиссью», Московская область – пуск завода по выпуску бу мажных СГИ (две линии конвертинга компании Fabio Perini и 1 линия по вы пуску промышленной продукции).

- ООО «Эс-Си-Эй Хайджин продактс Раша» (SCA), Тульская область – пуск конвертинга компании Fabio Perini.

- ЗАО «Алтайкровля», Алтайский край – пуск БДМ фирмы Copasa (Испа ния), производительностью до 570 тонн бумаги-основы в месяц.

2009 год:

- ОАО «Сясьский ЦБК», Ленинградская область – пуск линии конвертинга компании Gambini.

- ООО «Эс-Си-Эй Хайджин продактс Раша» (SCA), Тульская область – пуск новой БДМ, сырье – макулатура, производительность – 30 тыс. тонн/год.

- ООО «Эс-Си-Эй Хайджин продактс Раша» (SCA), Ленинградская область – пуск новой линии конвертинга.

- ООО «Бриз», Краснодарский край – пуск новой салфеточной линии.

2010 год:

- ООО «Кимберли-Кларк», Московская область – пуск новой линии кон вертинга.

2012 год:

- ОАО «Сясьский ЦБК», Ленинградская область – пуск в работу новой бу магоделательной машины № 2 и линии конвертинга Gambini № 4.

2014 год:

- ОАО «Сыктывкарский Тиссью Груп», Ярославская область – пуск в ра боту новой бумагоделательной машины по выпуску санитарно-гигиенической бумаги мощностью 30 тыс. тонн, шириной 2,7 м, рабочая скорость 2000 м/мин.

Поставщик – компания Metso.

Кратко обозначим основные особенности российского рынка тиссью:

- По рынку в целом: низкая и географически непропорциональная доля сегмента продукции премиального класса;

низкая доля бумажной санитарно гигиенической продукции промышленного назначения;

неустойчивое и часто ограниченное предложение продукции в розничной сети в отношении видового и марочного ассортимента;

существенная региональная дифференциация пред ложения в розничной сети за счет высокой доли продукции (туалетная бумага в бумажной бандероли и салфетки) локальных мелких производителей;

суще ственно более низкий, по сравнению с западноевропейским, уровень частных торговых марок в розничной торговле.

- По туалетной бумаге: непропорционально высокая доля туалетной бу маги (выпуск в 2008 году – 1774,19 млн. усл. рулончиков или около 80-85 % против 60 % в Западной Европе);

очень высокая доля низкокачественной одно слойной бумаги (не менее 70 %) и крайне низкая доля высококачественной многослойной продукции (не более 3 %) при высоких темпах роста потребле ния двухслойной бумаги.

- По бумажным полотенцам: очень сильная ценовая дифференциация продукции (дешевые однослойные салфетки и дорогие трехслойные с рисун ком) с очень малым предложением среднего ценового предложения (двухслой ные салфетки);

высокая доля низкокачественной однослойной продукции;

пе ренос потребителями функциональных свойств бумажных полотенец на сал фетки;

высокая доля салфеток (относительно бумажных полотенец) в структуре СГИ.

- По бумажным носовым платкам: дефицит предложения на рынке высо кокачественной продукции российского производства;

по-прежнему низкий уровень потребления при темпах роста выше среднего.

Ориентировочная структура рынка тиссью в 2009 году (весь внутренний рынок: 350 тыс. тонн) следующая: туалетная бумага - 285 тыс. тонн или 81 %;

бумажные полотенца - 15 тыс. тонн или 4 %;

бумажные салфетки – 30 тыс. тонн или 10 %;

прочие тиссью - 20 тыс. тонн или 5 % [6].

Как видно из представленных данных, основным видом санитарно гигиенических изделий, выпускаемых в России, по-прежнему остается – по ем костным и финансовым показателям – туалетная бумага.

Если структура рынка СГИ по видам продукции относительно проста и стабильна, то распределение основных компаний-игроков на рынке отличается мозаичностью и участием множества игроков. В России присутствуют как ве дущие международные компании со своими мировыми брендами, так и доволь но мощные российские компании, продвигающие собственные торговые марки.

Лидирующие позиции и по потребительской, и по профессиональной про дукции принадлежат компании SCA (19 % в материальном выражении, около 30 % в стоимостном выражении). Другие международные компании не открыли собственного производства для СГИ в России, и их инвестиции в производство в стране были ограничены. Экономический кризис только подчеркнул эту тен денцию – он мог стать причиной приостановки ряда инвестиционных проектов.

В итоге на рынке потребительской продукции вторую - четвертую позиции с долями около 10 % занимают ведущие российские компании-производители СГИ: Набережночелнинский КБК, АО «Сыктывкар Тиссью Груп» и Сясьский ЦБК. Им немного уступают компании Georgia Pacific, Kimberly-Clark и Metsa Tissue, имеющие в России только конвертинговые производства [7].

На российских региональных рынках продолжается устойчивый рост по требления туалетной бумаги. Более того, по итогам 2012 года рост потребления (по сравнению с 2011 годом), составил 12,58 %.

Темпы роста потребления в России изделий сегмента неролевых СГИ на протяжении многих лет значительно отставали от аналогичных среднестати стических показателей роста, свойственных рынкам большинства развитых и развивающихся стран. Это обуславливалось следующими факторами: во первых, низкой платежеспособностью населения России;

во-вторых, консерва тивным подходам российских потребителей к выбору ассортимента товаров бытового назначения.

Но, начиная с 2004 г., российское потребление неролевых СГИ растет до статочно планомерно и уверенно, особенно на территории Федеральных Окру гов, расположенных в европейской части России. Естественно, что в 2008 - годах этот рост под влиянием последствий мирового финансового кризиса рез ко замедлился, но сейчас ситуация нормализовалась.

Как видно из показателей, представленных в таблицах 1.3 и 1.4, основны ми потребителями неролевых СГИ на сегодняшний день является Центральный и Северо-Западный Федеральные Округа [7, 8].

Таблица 1.3 – Региональная долевая сегментация по производству в Рос сии белых и цветных обычных бумажных салфеток, 2003 - 2012 годы, % Регионы 2003 г. 2005 г. 2008 г. 2010 г. 2012 г.

Центральный 51,7 47,3 42,8 44,2 43, Ф.О.

Северо-Западный 36,5 38,3 38,2 39,1 38, Ф.О.

Южный Ф.О. 7,6 8,1 10,0 9,5 9, Приволжский 0,7 1,6 3,1 2,9 3, Ф.О.

Уральский Ф.О. 0 1,0 1,5 1,3 1, Сибирский Ф.О. 0 0 2,0 1,7 2, Дальневосточный 3,5 3,7 2,5 1,3 1, Ф.О.

Всего 100 100 100 100 Таблица 1.4 – Региональная долевая сегментация потребления неролевых СГИ в России (экспертная оценка), 2003 - 2012 годы, % Регионы 2003 г. 2005 г. 2008 г. 2010 г. 2012 г.

Центральный 38,9 36,4 37,5 36,9 36, Ф.О.

Северо-Западный 18,0 19,2 19,6 19,4 19, Ф.О.

Южный Ф.О. 17,5 18,0 17,6 18,1 18, Приволжский 8,4 8,6 8,5 8,5 8, Ф.О.

Уральский Ф.О. 7,0 7,6 7,3 7,4 7, Сибирский Ф.О. 6,2 6,5 5,9 6,0 6, Дальневосточный 4,0 3,7 3,4 3,7 3, Ф.О.

Всего 100 100 100 100 Как видно из представленных материалов, за последние несколько лет во многих регионах России, которые раньше 100 % неролевой санитарно гигиенической продукции завозили «из вне», введены в действие новые произ водственные мощности по выпуску бытовых салфеток и бумажных носовых платков. Заработали небольшие профильные фабрики в Новосибирске, Алтай ском крае, Республике Татарстан, в Московской области. В то же время основ ными потребителями данной продукции остались Центральный и Северо Западный Федеральные округа. Это, в свою очередь, свидетельствует о том, что, во-первых, российский рынок реализации неролевых СГИ на сегодняш ний день полноценно не сформирован, и большинство продаж, по прежнему – как и в предыдущие годы, (мнение руководителей розничных торговых сетей) носят хаотический характер, причем, как в емкостном, так и в ассортиментом понимании. Во-вторых, на других региональных рынках существуют значи тельные резервы торгового потенциала, поэтому необходимо открывать новые предприятия и развивать существующие производственные мощности по вы пуску недорогой и качественной продукции в данных регионах [9].

1.2 Технология производства бумаги санитарно-гигиенического назначения Санитарно-бытовые изделия на основе целлюлозы и древесной массы предназначены для частичной или полной замены текстильных материалов и хлопка в аналогичных условиях при ограниченном сроке их эксплуатации (из делия разового или кратковременного пользования). При этом изделия должны быть дешевыми, по физико-механическим, эстетическим и гигиеническим свойствам соответствовать целевому назначению. Более низкая стоимость са нитарно-бытовых изделий на основе древесных волокон по сравнению с анало гичными изделиями из текстильных материалов и хлопка, применяемых для этих целей, достигается благодаря применению более дешевого сырья.

Изделия санитарно-гигиенического и бытового назначения изготавливают из бумаги, состав по волокну который содержит: целлюлозу;

отборы сортиро вания целлюлозы;

механическую, термомеханическую или химико термомеханическую древесную массу;

химические волокна и макулатуру бу мажную и картонную по ГОСТ 10700 - 97 [10], кроме марок МС-4А, МС-9В, МС-11В, МС-12В, МС-13В с показателями качества и в соотношениях, обеспе чивающих изготовление изделий в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52354-2005 [11].

В зависимости от вида изделия, области его использования, технических характеристик перерабатывающего оборудования используют бумагу-основу с соответствующими физико-механическими свойствами. При этом не существу ет каких-либо единых норм этих показателей, как и единых рекомендаций по выбору волокнистого сырья. Бумага-основа должна обеспечивать получение изделий с необходимым комплексом свойств – иметь достаточную прочность в сухом и влажном состояниях, хорошую впитываемость и т.п.

Общим требованием, предъявляемым к санитарно-бытовым изделиям на основе растительных древесных волокон, является их не токсичность. Выпол нение этого требования ставит некоторые ограничения на выбор волокнистого сырья и химических вспомогательных веществ (влагопрочные добавки, поверх ностно-активные вещества, химикаты для повышения впитывающей способно сти и мягкости, уменьшения пылимости и т.п.), используемых для придания специальных свойств бумаге и устранения технологических затруднений на различных стадиях технологического процесса получения волокнистых полу фабрикатов, бумаги и изделий.

Большое влияние на качество санитарно-бытовых видов бумаги помимо свойств исходных волокнистых полуфабрикатов оказывают также режимы их подготовки. Бумага санитарно-бытового назначения имеет низкую массу 1 м (от 10 до 50 г), что в совокупности с условиями ведения процессов отлива, обезвоживания, прессования и сушки при высоких скоростях (до 2500 м/мин) требует применения специальных бумагоделательных машин.

Для достижения необходимой прочности, обеспечивающей прохождение бумажного полотна через бумагоделательную машину и перерабатывающие устройства без обрывов, а также достижения требуемых эксплуатационных свойств бумаги массу из целлюлозных волокон хвойной и лиственной древеси ны подвергают незначительному размолу до степени помола от 23 до 25° ШР [12]. С повышением степени помола увеличивается поверхность волокон, глав ным образом за счет их фибриллирования и, как следствие, возрастает проч ность бумаги, образуется более сомкнутая структура бумажного полотна, ха рактеризующаяся меньшей пухлостью, впитываемостью и мягкостью.

В то же время технология выработки мягких, пухлых, впитывающих видов бумаги накладывает определенные ограничения на процессы отлива бумажного полотна, его обезвоживания, прессования и сушки. Так, например, при произ водстве санитарно-бытовых видов бумаги на бумагоделательном оборудовании особое значение имеет выбор концентрации суспензии волокон при напуске на сетку, от чего в значительной степени зависит однородность бумажного полот на, а, следовательно, и его физико-механические свойства. Важную роль играет при этом и степень помола. Садкая бумажная масса, легко отдающая воду, при выработке тонких видов бумаги с равномерной структурой требует большего разбавления, чем при производстве более толстых бумаг. При получении сани тарно-бытовых видов бумаги, в зависимости от массы 1 м2, применяемых во локнистых полуфабрикатов и конструкции формующих устройств, концентра ция волокнистой суспензии при напуске на формующий элемент составляет от 0,1 до 0,4 % [13].

Другой отличительной особенностью производства многих санитарно бытовых видов бумаги является наличие операции крепирования, способству ющей увеличению ее мягкости, пухлости, растяжимости.

Волокнистое сырье. Бумагу санитарно-бытового назначения вырабаты вают из одного, двух, трех, а иногда и более волокнистых полуфабрикатов рас тительного происхождения, подготовленных соответствующим образом. Физи ко-механические и эксплуатационные (потребительские) свойства бумаги зави сят в первую очередь от морфологического и химического состава волокнистых полуфабрикатов, используемых при ее изготовлении [13 - 17]. Режимы размола, отлива бумажного полотна и сушка дополняют переменные свойства сырья, но в тоже время до определенной степени зависят от него. Последнее очень важно, если учесть, что санитарно-бытовые виды бумаги должны обладать комплексом свойств, отличным от других видов бумаги, а именно высокой мягкостью, впи тываемостью и т. п. Размол массы, отрегулированный на получение макси мальной прочности на разрыв, приводит к уменьшению мягкости, затруднени ям при обезвоживании бумажного полотна на сетке бумагоделательной маши ны и, как следствие, к снижению ее производительности.

При выборе волокнистых полуфабрикатов следует, в первую очередь, ис ходить из требований (хорошая впитываемость, мягкость, достаточная проч ность, белизна (для неокрашенных изделий)), предъявляемых к конечному про дукту. В совокупности эти требования часто не могут быть достигнуты приме нением какого-либо одного вида волокнистых полуфабрикатов или изменением технологии производства бумаги, улучшение одного показателя бумаги влечет обычно к ухудшению других. Например, рассматривая бумагообразующие свойства сульфитной и сульфатной хвойной и лиственной целлюлоз, можно отметить, что ни один из этих полуфабрикатов не обеспечивает получения са нитарно-бытовых видов бумаги с требуемым оптимальным комплексом физи ко-механических свойств. Лиственная целлюлоза способствует получению бу маги с хорошей впитываемостью и мягкостью, но меньшей механической прочностью. В то же время бумага из сульфатной лиственной целлюлозы имеет наибольшую пылимость, что затрудняет как ее выработку, так и использование по назначению изделий на ее основе. При получении бумаги из 100 %-ной сульфатной хвойной целлюлозы, содержащей большее количество гемицеллю лоз, бумага приобретает повышенную механическую прочность, наименьшую пылимость, но соответственно более низкую мягкость. Бумага из 100 %-ной сульфитной целлюлозы характеризуется промежуточными значениями прочно сти и мягкости по сравнению с сульфатной хвойной и сульфатной лиственной целлюлозой. При этом благодаря большей средней длине волокон у бумаги из 100 %-ной сульфатной хвойной целлюлозы она имеет большую пухлость и впи тывающую способность, чем бумага из 100 %-ной сульфитной целлюлозы. В этом случае, для получения бумаги, отвечающей всем предъявляемым к ней требованиям, используют в определенном соотношении несколько волокни стых полуфабрикатов. Санитарно-бытовые виды бумаги вырабатывают обычно из двух-трех волокнистых полуфабрикатов. Варьируя композиционным соста вом и изменяя технологические режимы подготовки бумажной массы, отлива и сушки можно достичь требуемого комплекса физико-механических свойств бумаги [13].

Механической прочности, которую необходимо обеспечить большинству санитарно-бытовых видов бумаги, можно достичь практически при использо вании всех видов целлюлозы. Поэтому при выборе волокнистых полуфабрика тов в первую очередь уделяется внимание степени их пригодности для получе ния мягких, впитывающих видов бумаги, а в некоторых случаях и белизне, например при изготовлении косметических салфеток, носовых платков, не окрашенных (белых) салфеток. В то же время, учитывая, что санитарно бытовые виды бумаги получают на бумагоделательном оборудовании при очень высоких скоростях (до 2500 м/мин), волокнистый полуфабрикат должен обеспечивать быстрое обезвоживание и сушку бумажного полотна, необходи мую степень прилипания к сушильному цилиндру в случае получения крепиро ванной бумаги.

Верхний предел механической прочности, который может быть достигнут при использовании того или иного вида целлюлозы, следует ограничивать, так как высокая прочность влечет за собой снижение мягкости и впитывающей способности. Механическая прочность санитарно-бытовых видов бумаги долж на в первую очередь обеспечивать бесперебойную работу бумагоделательного и перерабатывающего оборудования с минимальным количеством брака, а так же соответствовать условиям эксплуатации изделий из этой бумаги.

Для получения мягких видов бумаги санитарно-бытового назначения в большинстве случаев в композицию вводится определенный процент сульфит ной беленой целлюлозы из хвойных пород древесины. Эта целлюлоза характери зуется более высокой белизной, чем сульфатная, и меньшей длиной и шириной волокон. Меньшее содержание гемицеллюлоз в сульфитной целлюлозе из хвойных пород древесины, чем в сульфатной, приводит к уменьшению прочно сти и увеличению мягкости и впитывающей способности бумаги. Также для этих целей рекомендуется применять бисульфитную целлюлозу. Бумагу, к кото рой предъявляются меньшие требования по мягкости (основа для салфеток, полотенец и т.п.), можно изготовлять из сульфатной хвойной целлюлозы сред ней жесткости. Подкладочные и влагопрочные бумаги санитарно-бытового назначения, к которым предъявляются высокие требования по механической прочности, но меньшие по мягкости могут изготовляться из сульфитной жест кой целлюлозы, бисульфитной среднежесткой и из сульфатной мягкой и среднежесткой целлюлоз. Сохранение достаточной мягкости и впитывающей способности при использовании жесткой сульфитной целлюлозы из хвойных пород древесины достигается путем умеренной гидратации волокон, определя емой невысокой степенью помола (от 16 до 22° ШР) [13].

Введение в бумажную массу, состоящую из хвойной целлюлозы, беленой лиственной целлюлозы, особенно сульфатной целлюлозе (обычно не более 30 %) позволяет повысить впитываемость бумаги, пухлость, равномерность структуры. Поэтому целлюлоза из лиственных пород древесины находит все более широкое применение при выработке санитарно-бытовых видов бумаги. В то же время целлюлоза из лиственной древесины расширяет сырьевую базу, служит одним из средств удешевления этой продукции. Тонкостенные корот кие волокна лиственной целлюлозы добавляются в композицию бумаги сани тарно-бытового назначения в слабо размолотом или не размолотом виде. При этом достигается хороший просвет бумаги, хорошее формирование бумажного полотна без высокого сопротивления обезвоживанию и быстрая сушка.

Для улучшения впитывающей способности, мягкости и белизны бумаги санитарно-бытового назначения в ее композицию иногда вводят хлопковую целлюлозу, характеризующуюся большим содержанием -целлюлозы (96 98 %), очень малым содержанием гемицеллюлоз (менее 1 %) и высокой степе нью белизны (90 - 95% белого). При добавке облагороженной целлюлозы (от браковки от кондиционной) с содержанием а-целлюлозы 90 - 93 % и вязкостью 0,06 Па·с улучшается мягкость и впитывающая способность бумаги санитарно бытового назначения. Хлопковая и облагороженная целлюлоза добавляются в композицию при изготовлении лишь высокосортных видов бумаги (косметиче ских, многослойных салфеток и т. п.). Добавка их не превышает обычно 20 %.

В последнее время наблюдается рост использования в композиции сани тарно-бытовых видов бумаги различных видов древесной массы (дефибрерной, рафинерной, химико-механической, термомеханической и др.) и макулатуры.

Содержание древесной массы в композиции этих видов бумаги зависит как от ее качества, так и требований к бумаге в процессе ее эксплуатации. Из опыта зарубежных фирм известно, что в белых видах бумаги (салфетки, гигиениче ские пакеты, детские пеленки и подгузники и т. п.) содержание белой древесной массы может составлять 20 - 30 %, а в окрашенных (туалетная бумага, полотен ца, салфетки) – 40 – 60 %. Применение древесной массы в композиции бумаги позволяет повысить ее пухлость, придать некоторую шероховатость поверхно сти. Одним из препятствий увеличения использования древесной массы при выработке впитывающих видов бумаги является ее старение при хранении, вы ражающееся в снижении впитывающей способности и пожелтении. Последнее не имеет особого значения при выработке окрашенных видов бумаги. Умень шение впитывающей способности древесной массы связано с миграцией смолы на поверхность волокон.

Одним из наиболее перспективных направлений расширения сырьевой ба зы производства массовых видов бумаги санитарно-бытового назначения (туа летной бумаги, основы для хозяйственных полотенец) является использование макулатуры. Все возрастающий интерес к использованию макулатуры связан не только с нехваткой волокнистого сырья, ростом цен, но и удешевлением за счет снижения энерго- и трудозатрат, когда не требуются повышенные гигиениче ские свойства.

Характеристики основных санитарно-гигиенических изделий по предъяв ляемым физико-механическим свойствам и применяемому сырью представле ны в таблице А.1 приложения А.

1.3 Перемешивающее оборудование для приготовления композиции бумажной массы Для получения бумаги одного и того же качества необходимо поддержи вать постоянными факторы, влияющие на их свойства (композицию и концен трацию массы, степень помола, проклейку, окраску, количество наполнителя и т.п.).

С целью уменьшения влияния от изменения свойств исходных полуфабри катов на качество бумаги перед бумагоделательной машиной устанавливают машинные бассейны. В машинных бассейнах составляется композиция бумаги концентрацией от 1 до 2,5 %.

В машинных бассейнах волокна, красящие вещества и наполнители под держиваются во взвешенном состоянии;

в них поступающая из отдельных мельниц масса выравнивается по композиции, концентрации, степени помола, окраске и т.п. или обеспечивается равномерное смешение массы с вводимыми красителями, клеем и наполнителем. В бассейнах при помощи механизма для непрерывного перемешивания водной суспензии поддерживается равномерная концентрация массы, подаваемой на бумагоделательную машину, не допуская осаждения волокон, выделения проклеивающих, красящих и наполняющих ве ществ [18].

По типу и конструкции перемешивающего устройства мешальные бассей ны можно разделить на горизонтальные и вертикальные, с лопастными и тур бинными перемешивающими устройствами [14, 15, 19].

Наиболее важное значение в работе бассейна имеет тип и конструкция пе ремешивающего устройства, работа которого заключается в перемещении упо рядоченной механической энергии вращающихся элементов в неупорядочен ную тепловую энергию за счет сопротивления, создаваемого корпусом аппара та. В результате этого перемешивающее устройство осуществляет диссипацию энергии в объеме аппарата, величина которой зависит как от конструкции ме шалки и характеристик привода, так и от конструкции аппарата и его внутрен них устройств [20 – 27].

Общим недостатком всех типовых перемешивающих устройств, применя емых при перемешивании, является образование застойных зон в проточной полости аппарата при их работе. Наличие застойных зон отрицательно сказыва ется на эффективности и интенсивности перемешивания, а также приводит к повышению потребления электроэнергии при работе перешивающих бассей нов.

Важную роль играет выбор размера мешалки, гарантирующий технологи ческий результат при наименьшем потреблении электроэнергии и требующий много времени и наличия серьезных технологий. Однако экономический ре зультат может быть значительным. Предположим, что завод имеет одну мешал ку, которая экономит 20 кВт. При стоимости электроэнергии 0,05 евро/кВт·ч, это позволяет экономить 8000 Евро ежегодно. Окупаемость такой инвестиции составляет около двух-трех лет в зависимости от ситуации. С точки зрения хо рошо продуманное перемешивание может быть очень разумной инвестицией [28].

Особое внимание для перемешивания композиции различной вязкости следует уделить роторам геликоидального типа (рисунок 1.1). Применение ро тора геликоидального типа в отличие от всех существующих до настоящего времени конструкций перемешивающих органов, как утверждают [2, 29 – 38], позволяет создавать и прогнозировать в рабочей полости емкостного аппарата такой характер гидродинамического движения потоков жидкости, который спо собствует исключению вероятности появления застойных зон статического ха рактера. Выполнение данного условия осуществляется за счет оригинальной конструкции и формы роторов геликоидального типа, благодаря чему в проточ ной полости аппарата образуются радиально-осевые потоки при перемешива нии жидкости, способствующие максимальному увеличению степени циркуля ции, интенсификации процесса перемешивания и снижению удельных затрат электроэнергии.

1 – тело ротора;

2 – лопасть ротора Рисунок 1.1 – Ротор геликоидального типа Наряду с соосным расположением вала с перемешивающим устройством в корпусе аппарата, используют также эксцентричное его расположение. При эксцентричном расположении мешалки с вертикальным валом обе оси остают ся параллельными. Образование воронки в этом случае затрудняется из-за того, что скорость, с какой жидкость ударяется о стенки, в разных точках по пери метру сосуда будет различной, так как разными оказываются пути пробега жидкости от оси вращения мешалки до стенки аппарата. Неравномерное рас пределение скорости поддерживает турбулентность, возникающую при работе мешалки.

Для организации необходимого потока и интенсификации процесса пере мешивания наиболее часто используют отражательные перегородки (рисунок 1.2). Целью установки отражательных перегородок служит изменение структу ры поля скоростей – уменьшение окружной составляющей скорости при соот ветствующем увеличении осевой и радиальной составляющих. Преимуще ственно окружной характер движения перемешиваемой среды в аппаратах без внутренних устройств в ряде случаев ограничивает возможности интенсифика ции перемешивания вследствие образования воронки, застойных или «мерт вых» зон и движения слоев перемешиваемой среды параллельно друг другу.

При перемешивании в системах жидкость – твердое тело окружное движение приводит к сепарации тяжелых твердых частиц, которые скапливаются у стенки аппарата.

Рисунок 1.2 – Схема размещения отражательных перегородок в аппарате 1 – корпус;

2 – отражательная перегородка.

Отражательные перегородки закрепляют у стенок аппарата или устанавли вают в потоке перемешиваемой жидкости. При наличии перегородок, установ ленных в потоке, значительно улучшаются условия течения жидкости. В центре потока за перегородкой образуется местный вихрь, вследствие чего общее вих ревое движение за отражательной перегородкой способствует образованию эф фективной турбулентности. Схема линий тока в этом случае подобна так назы ваемой вихревой дорожке Кармана (рисунок 1.3). Однако на практике по кон структивным соображениям применяют преимущественно перегородки у сте нок, так как их легче закрепить, и они лучше сопротивляются ударам твердого кускового материала, загружаемого в аппарат.

а) б) Рисунок 1.3 – Образование вихревых дорожек Кармана за перегородкой, установленной у стенки (а) и в жидкости (б) При проектировании необходимо правильно определить размер перегоро док так, чтобы местные вихри, возникающие за ними, поддерживали турбу лентность потока, т. е. чтобы перегородки вызывали, возможно, большее подса сывание. При неправильно выбранных размерах перегородок могут возникать застойные зоны, местные завихрения, совершенно не влияющие на перемеши вание всего объема и повышенное гидравлическое сопротивление, оказываю щее отрицательное влияние на потреблении электроэнергии. Обычно отража тельные перегородки представляют собой плоские пластины шириной около 0,1 диаметра аппарата, установленные симметрично на некотором расстоянии от стенки корпуса (0,2 ширины перегородки) (рисунок 1.4) [39].

Другими мерами, препятствующими образованию воронки, являются экс центрическая установка мешалки или наклон вала мешалки к оси сосуда, а так же применение направляющей трубы.

Направляющие трубы (диффузоры) служат для создания в аппарате пре имущественной меридиональной циркуляции. Однако, в аппаратах обычной конструкции применение направляющих труб, как правило, не целесообразно, поскольку оно приводит к существенному усложнению конструкции без повы шения интенсивности перемешивания.

а, б – с прямыми лопатками;

в – с изогнутыми лопатками;

г – веслообраз ный отражатель.

Рисунок 1.4 – Схема отражателей Значительное разнообразие конструкций корпусов и перемешивающих устройств говорит о том, что до сих пор осуществляется поиск наиболее опти мального оборудования для интенсификации процессов перемешивания и го могенизации вязких пластичных масс, так как это может привести к увеличе нию производительности и повышению качества конечного продукта при сни жении удельного энергопотребления на его изготовление.

Поэтому стремление повысить качество процесса перемешивания за счет снижения или исключения образования мертвых зон и повышения числа мест ных завихрений при снижении потребляемой электроэнергии является на сего дняшний день наиболее актуальным. Этого можно достичь путем изменения формы корпусной части перемешивающих аппаратов и его внутренних непо движных устройств.

Далее рассмотрим основные теоретические представления процесса пере мешивания в емкостных аппаратах, с целью определения влияния различной конструкции аппаратов на гидродинамику при перемешивании.

1.4 Основные теоретические и экспериментальные представления процесса перемешивания Исследованию распределения скорости жидкости в аппаратах с мешалка ми посвящено много теоретических и экспериментальных работ [39 – 52]. Вви ду сложного характера течения жидкости в таких аппаратах авторам удалось получить математическое описание распределение скорости только для некото рых простых случаев. В большинстве же случаев приходилось ограничиваться графическим изображением экспериментальных данных. Такие исследования относятся главным образом к вертикальным цилиндрическим аппаратам с ме шалками, расположенными на оси аппарата. Поэтому для математического описания перемешивания чаще всего используется цилиндрическая система ко ординат (r,, z).

Результирующую скорость W жидкости в любой точке аппарата можно разложить в такой системе координат на три составляющие – радиальную со ставляющую Wr, осевую составляющую Wz и тангенциальную составляющую Wt (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Схема разложения суммарной скорости жидкости в аппарате с мешалкой на составляющие скорости По многочисленным экспериментальным данным [44 – 47] следует, что в цилиндрических аппаратах без неподвижных внутренних устройств поле ско ростей в гладкостенных аппаратах характеризуется тем, что Wt Wr и Wt Wz (рисунок 1.6) [41]. Поэтому в рабочем пространстве преимущественно имеет место окружной поток, в результате которого плоская поверхность жидкости, обозначенная при n = 0 буквой П, при n 0 изменяется из-за образования во ронки с профилем поверхности П1. Максимальное повышение уровня у стенки аппарата обозначено через h2;

понижение уровня жидкости в центре воронки – через h1 [53]. Сплошными линиями показаны траектории частиц жидкости, имеющих равные скорости.

Изменение окружной скорости по радиусу r чаще всего описывают на основе модели «комбинированного вихря» (рисунок 1.7) [39, 44 – 47]. Объем жидкости при использовании этой модели представляет совокупность объема вихревой зоны I, в котором угловая скорость жидкости постоянна и не изменя ется по радиусу, и объема зоны постоянного течения II, для которой характерно изменение скорости обратно пропорционально радиусу. Для устранения разры ва непрерывности профиля модель дополняют третьей зоной – промежуточной, которая расположена в области максимума скорости. Качественно эта модель вполне согласуется с экспериментальными данными.

Рисунок 1.6 – Схема движения потоков жидкости в гладкостенном аппара те с быстроходной мешалкой (правая часть рисунка) и расчетный характер из менения окружной и радиальной скоростей жидкости (левая часть рисунка) 1 – вихревая зона;

2 – зона потенциального течения.

Рисунок 1.7 – Схема модели «комбинированного вихря»

При преобладании окружной составляющей скорости жидкости в аппара тах с мешалками наблюдается образование центральной воронки, сопровожда ющееся подъемом жидкости у стенки аппарата (рисунок 1.8). Если угловая ско рость перемешиваемой среды высока, глубина воронки становится сопостави мой с глубиной установки мешалки или даже превышать ее. Движение жидко сти при наличии воронки характеризуется особой сложностью, а процесс пере мешивания имеет ряд недостатков:

1) Данные, полученные в этих условиях трудно перенести на другие си стемы.

2) Эффективная емкость аппарата уменьшается соответственно увеличе нию глубины воронки.

3) Скорость жидкости определяется скоростью кругового движения всего содержимого и поэтому градиент скорости будет минимальным.

4) Неравномерное распределение относительных скоростей, необходимое для получения турбулентности, будет минимальным.

5) Коэффициент полезного действия мешалки при суспендировании, дис пергировании и гомогенизации значительно уменьшается.

H – высота заполнения аппарата, м;

HR – высота уровня жидкости у стенки аппарата, м;

HВ – глубина воронки, м;

hм – высота размещения мешалки над днищем аппарат, м;

h (r) – вертикальная координата поверхности воронки на радиусе r, отсчитываемая от нижней точки воронки, м;

r – радиус воронки, м.

Рисунок 1.8 – Центральная воронка в аппарате с турбинной мешалкой Как следует из этих заключений, по величине объемного коэффициента полезного действия наиболее выгодны цилиндрические сосуды, с установлен ными в них неподвижными внутренними устройствами (отражательные пере городки, трубы переваливания, отражатели и т.д.), в которых при перемешива нии не образуется воронка [42]. Одновременно с этим происходит увеличение радиальной и осевой составляющей скорости.

В аппаратах с отражательными перегородками, обладающими весьма вы соким сопротивлением, все пространственные составляющие скорости оказы ваются близкими по величине, а меридиональная циркуляция становится важ нейшим элементом гидродинамической обстановки. Одной из наиболее суще ственных особенностей потока в этих условиях является визуально наблюдае мая нестационарность поля скоростей, периодическое возникновение и затуха ние крупных вихрей [40].

Измерения отдельных составляющих скорости потока в аппаратах с пере городками осуществлялись в ряде работ, приведенных в [40]. Известны также попытки теоретического исследования этого случая течения. Однако достаточ но полное описание поля скоростей, даже в форме эмпирических зависимостей, пока не получено из-за большой сложности картины течения, и единственно ре альным в настоящее время представляется качественное описание характера распределения скоростей на основе упрощенных моделей. В частности, оценка характера распределения осевой составляющей скорости по радиусу аппарата при размещении мешалки вблизи днища может быть сделана на основе следу ющих допущений: 1) влияние окружного потока на профиль скорости осевого течения пренебрежимо мало;

2) поворот осевого потока в радиальном направ лении от центра к периферии происходит в основном вблизи плоскости мешал ки, обратный поворот (от периферии к центру) – в непосредственной близости от поверхности жидкости и, следовательно, осевая составляющая скорости со храняется постоянной по высоте (рисунок 1.9).

На рисунке 1.9 показано поле меридиональных скоростей полученной [50], представляющее собой линии E=const, при этом E~Wz/(ndм).

На этом рисунке показано изменение профиля радиальных скоростей Wr, а также идеализированный профиль меридиональных скоростей Wz=f(r). Поле скоростей такого типа имеет место в аппаратах, оборудованных отражательны ми перегородками, геометрические размеры которых выбраны в пределах, определенным неравенством где bвн – суммарная ширина всех внутренних устройств, установленных в корпусе аппарата с внутренним диаметром D.

Рисунок 1.9 – Схема циркуляции потока жидкости в емкостной полости перемешивающего аппарата Неравенство (1.4) для случая четырех отражательных перегородок шири ной bп идентично равенству (bп/D) 0,1, которое обычно используется при кон струировании корпусов аппаратов с четырьмя отражательными перегородками.

Из рисунка 1.10 видно, что с увеличением значений меридиональной со ставляющей скорости увеличивается циркуляция потока жидкости, а значит и интенсивность ее перемешивания.

Также проводились исследования по увеличению радиально – осевой со ставляющей абсолютной скорости за счет изменения самой конструкции корпу са перемешивающего аппарата путем выполнения его из двух разъемных про филированных частей (верхняя часть представляет тело вращения с образую щей в виде дуги, и сопрягаемая с ней симметрично нижняя часть - в виде пара болоида вращения) [29 - 32, 54, 55]. Как заявляют авторы, основываясь на полу ченных результатах экспериментальных исследований [2, 29, 33], данная кон струкция аппарата благодаря уменьшению сил трения за счет исключения или существенного снижения эффекта отрывности потока от корпуса аппарата поз воляет значительно повысить степень циркуляции потока рабочей жидкости и интенсифицировать технологический процесс получения готового продукта.

Рисунок 1.10 – Структура потоков в аппарате с отражательными перего родками (правая часть рисунка) и модель этой структуры Wz=f(r) (левая часть рисунка) Для проведения гидродинамических расчетов при решении инженерных и технологических задач проектирования в настоящее время все чаще использу ются специально разработанные программы для персональных компьютеров.

Такими программами являются: AcuSolve, ADINA, ANSYS Flotran, Comsol Multiphysics (FEMlab), Phoenix, Solid Works с приложением Flow Simulation, XFlow и др. Базой исследования потоков гидродинамики в таких программах служат уравнения неразрывности;

уравнения сохранения импульса;

уравнение сохранения энергии;

уравнение состояния (для газов). Применение данных про грамм позволяет существенно снизить затраты на ресурсы (время, средства, финансы) при проведении экспериментов, при этом, получая достаточно надежные результаты.

1.5 Особенности перемешивания целлюлозы Целлюлоза чрезвычайно псевдопластична. Псевдопластичная жидкость плохо перемешивается, так как ее вязкость меняется в зависимости от скорости перемещения. Это означает, что когда целлюлоза проходит через рабочее коле со мешалки, ее вязкость относительно низка. Когда целлюлоза выходит из ко леса, и скорость, и турбулентность снижаются. Это увеличивает вязкость, кото рая, в свою очередь, еще больше уменьшает скорость жидкости.

В целлюлозе растяжение волокон столь значительно, что внутреннее тре ние велико уже при 2 – 3 %-ом содержании волокна в растворе. При увеличе нии концентрации вязкость значительно возрастает, и уже при 8 % концентра ции редко удается использовать стандартную мешалку. Более высокое внутрен нее трение также вызывает затруднение в передвижении целлюлозы в зонах наибольшего удаления от рабочего колеса мешалки.

Когда концентрация превышает 4 %, масса часто переходит в вязкопла стичное состояние. Это означает, что к бумажной массе необходимо прило жить определенное значение касательных напряжений, прежде чем она начнет двигаться. Поэтому в массном бассейне происходят выпадения осадка и появ ление застойных зон при слабой степени перемешивания.

При рассмотрении вопроса перемешивания целлюлозы важны точные ис ходные данные. Внутреннее трение между волокнами целлюлозы определяет вязкость. Это объясняет, почему вязкость варьируется в разных видах целлюло зы. Вязкость также зависит от этапов обработки целлюлозы, например, после сортировки, размола и отбелки. Поэтому целлюлоза должна рассматриваться не как единая жидкость с одним требованием к перемешиванию, а как набор жид костей с различными потребностями.

Точные данные о типе целлюлозы, обработке и концентрации необходимы для того, чтобы гарантировать производительность процесса с наименьшими энергетическими затратами. Разница в затрачиваемой электроэнергии может достигать 800 %. [28].

Следует обратить внимание, что для перемешивания различных типов целлюлозы одной концентрации, требуется разное количество электроэнергии (рисунок 1.11). Например, разница в потребляемой мощности между листвен ной и хвойной небеленой сульфатной целлюлозой при 4 %-й концентрации со ставляет 400 %. [28].

1 – лиственная;

2 – небеленая сульфитная;

3 – ТМР;

4-беленая сульфатная хвойная;

5-небеленая сульфатная хвойная.

Рисунок 1.11 – Требуемые мощности для различных типов целлюлозы при разной концентрации Поэтому самыми важными факторами в снижении потребления электро энергии являются точные данные о типе и концентрации целлюлозы. Но суще ствует ряд других факторов, которые также определяют расход электроэнергии:

форма конструкция резервуара, температура и «время оборота» массы в баке.

Для псевдопластичных жидкостей, подобных целлюлозе, уменьшение мощности, затрачиваемой на единицу объема, достигается при движении жид кости в резервуарах больших размеров. Поэтому экономически выгоднее пе ремешивать один большой бак, чем несколько маленьких. Для очень хорошего перемешивания в резервуаре, высота жидкости должна составлять 0,7 – 0, диаметра резервуара при постоянном объеме. Поэтому обычно используют ре зервуары с равными величинами высоты и диаметра и заполненные на 80 %.

Влияние температуры на вязкость массы. Чем выше температура, тем ниже вязкость, и тем легче перемешивать массу. Если масса содержится при температуре 90° С вместо 20° С, расход энергии снижается на 30 % (рисунок 1.12). Поэтому важно владеть точной информацией о температурах при выборе размера мешалки.

0, Относительная мощность 0, Nполез/Nполн, · 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 20 40 60 80 t, °С Рисунок 1.12 – Влияние температуры бумажной массы на потребление электроэнергии «Время оборота» массы в баке также влияет на потребление энергии, если равномерность концентрации массы на выходе имеет большое значение. Очень малое время оборота требует достаточно интенсивного перемешивания и боль шого расхода энергии. Слишком продолжительное время оборота означает, что энергия затрачивается на перемешивание без должного конечного эффекта.

Оптимальное время оборота составляет около 15 минут (рисунок 1.13) [28].

Относительная мощность Nполез/Nполн, · 0 5 10, мин Рисунок 1.13 – Влияние времени оборота массы в баке на потребление электроэнергии Все эти данные очень важны для правильного выбора параметров мешал ки. Очень маленькая мешалка ведет к технологическим проблемам. Слишком большая мешалка неэкономно расходует электроэнергию.

Движение целлюлозной массы в резервуаре различно в разных частях его объема. Существует пять различных понятий: активный объем, низкоактив ный объем, не перемешиваемый объем, каналообразование и застойная масса (рисунок 1.14).

Рисунок 1.14 – Схема движения целлюлозной массы в резервуаре Перед рабочим колесом мешалки и рядом с ним находится турбулентное, неорганизованное движение жидкости. Здесь происходит фактическое переме шивание массы.

Эта зона называется активным объемом. Точность концентрации составля ет ± 0,1 %.

Вне зоны активного объема находится область ламинарного движения массы. Она называется низкоактивным объемом. Перемешивание здесь слиш ком слабо, чтобы смешать массу и воду до требуемой концентрации. Если низ коактивный объем находится рядом с дном резервуара, то высока вероятность выпадения осадка.

Каналообразование происходит, когда входной поток целлюлозы проходит по «каналу» напрямую к выходу из резервуара без смешивания с остальной массой. Это может привести к снижению качества и нарушению технологиче ского процесса впоследствии.

На поверхности резервуара иногда происходит разделение целлюлозы и воды. Эта зона называется не перемешиваемым объемом. При этом увеличива ется риск каналообразования и застоя массы на дне резервуара, так как актив ный объем очень мал.

Степень перемешивания. Для бумажной массы, степень перемешивания может быть разделена на 4 типа: очень хорошее перемешивание, хорошее пе ремешивание, с чистым дном и низкоактивное равномерное перемешивание.

При очень хорошем перемешивании активный объем составляет около 90% (рисунок 1.15). Используется для смесительных и машинных бассейнов, в башнях высокой концентрации (донная зона), отбельных башнях (донная зона), выдувных резервуарах (донная зона). Риск застоя массы не существует. 15-и минут «время оборота» достаточно для получения точности выходной концен трации ± 0,1 % [28]. Поэтому нецелесообразно использовать большее время оборота массы в баке.

Рисунок 1.15 – Схема очень хорошего перемешивания целлюлозной массы Хорошее перемешивание означает, что около 60 % перемешиваемого объ ема является активным (рисунок 1.16). Обычно это баки хранения массы, мас сные бассейны и бассейны с большим «временем оборота» (15 минут). Риск застоя массы не существует. Лучшие результаты достигаются, когда объем ре зервуара спроектирован таким образом, чтобы высота жидкости составляла 1, – 1,3 от его диаметра. Снижение уровня жидкости ведет к тому, что весь объем будет активен. Снижение требований к перемешиванию жидкости в верхней части объема, уменьшит потребление электроэнергии.

Рисунок 1.16 – Схема хорошего перемешивания целлюлозной массы Для режима «чистого дна» величина активного объема рассчитана, чтобы не допускать отложения осадка на дне бака и масса могла легко откачиваться (рисунок 1.17). В отличие от хорошего перемешивания, в этом случае отсут ствуют ограничения по высоте уровня жидкости, потому что перешивание в верхней части резервуара не происходит. Такая низкая интенсивность переме шивания приемлема, если изменение однородности массы во время хранения в не перемешиваемом объеме допустимо на следующем этапе процесса.

Рисунок 1.17 – Схема режима «чистого» дна Для низкоактивного равномерного перемешивания необходимы мешалки с большим диаметром работы колеса, чтобы приложенная мощность распределя лась на большую часть объема (рисунок 1.18).

Рисунок 1.18 – Схема низкоактивного равномерного перемешивания Цель этого процесса - сохранение однородности бумажной массы и под держание определенной смеси жидкого объема в не турбулентном состоянии.

Лучшие результаты достигаются, когда объем резервуара спроектирован таким образом, чтобы высота жидкости составляла от 1,5 до 3,0 от его диаметра, при использовании трех-четырех рабочих колес. Затрачиваемая мощность при этом может составлять всего около 0,02 кВт/м2 [28].

При анализе вышесказанного следует, что для интенсификации степени перемешивания и повышения гомогенизации многофазных систем необходимо вести исследования по разработке аппаратов с профилированными элементами корпуса с установленными во внутренней полости вертикальными отражатель ными планками. В качестве перемешивающего органа использовать ротор ге ликоидального типа.

Выводы по первой главе:

Анализ существующих конструкций аппаратов с мешалками для подго товки бумажной массы различного композиционного состава, их гидродинами ческих характеристик и экспериментальных методов исследования показывает что:

1 Наблюдаемая на сегодняшний день тенденция развития рынка СГИ вы зывает необходимость производителей все большее внимание уделять вопросам качества выпускаемой продукции, поиска путей сокращения производственных и иных издержек.

2 Требуемые физико-механические свойства санитарно-гигиенических и бытовых видов изделий определяются различным сочетанием волокнистого сырья при составлении композиции бумажной массы.

3 Увеличение степени интенсификации процесса перемешивания достига ется в основном за счет изменения конструкции мешалки, характеристик при вода, а также изменения конструкции аппарата и его внутренних устройств.

4 Существующие конструкции перемешивающих аппаратов не обеспечи вают достижение необходимой степени перемешивания при получении каче ственного продукта из-за преобладания окружной составляющей скорости по тока жидкости в аппаратах.

5 Из всего многообразия перемешивающего оборудования наиболее пред почтительным для перемешивания жидких сред различной вязкости являются вертикальные аппараты с роторами геликоидального типа.

1.6 Постановка задач исследования В соответствии с выше изложенным целью работы является разработка перемешивающего оборудования с профилированными элементами корпуса, обеспечивающего снижение энергопотребления при получении санитарно гигиенических изделий.

Отсюда, задачами исследования являются:

1 Выполнить теоретические исследования посредством численного моде лирования движения потоков жидкости в проточной полости цилиндрических корпусных перемешивающих аппаратов с использованием роторов геликои дального типа.

2 Разработать методику построения профилей корпусных элементов аппа ратов с роторами геликоидального типа, обеспечивающих минимизацию энер гопотребления при проведении процессов перемешивания.

3 Выполнить экспериментальные исследования по определению гидроди намических характеристик аппарата профилированной формы.

4 Оценить степень снижения потребления электроэнергии при работе ап парата профилированной формы.

5 Определить оптимальные режимы работы аппарата профилированной формы в условиях подготовки композиции бумажной массы для получения са нитарно-гигиенических изделий.

6 Выполнить оценку экономической эффективности использования аппаратов профилированной формы с ротором геликоидального типа.

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОФИЛИРОВАНИЯ КОР ПУСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО АППАРАТА Для теоретического изучения гидродинамической картины в перемеши вающем аппарате использованы современные методы исследования, осно ванные на компьютерном моделировании. Такие исследования позволяют совершить полный кинетический анализ движения рассматриваемого объекта – рабочей жидкости с определением значений не только абсолютной скоро сти, но и всех ее составляющих – окружной, радиальной и вертикальной, а также графически показать траектории движения потоков жидкости в про точной полости аппарата.

2.1 Исследование гидродинамики процесса перемешивания в аппарате цилиндрической конструкции посредством компьютерного моделирования Интенсификация тепло - и массообменных процессов на стадии перемеши вания является одной из наиболее масштабных, энергоемких и дорогостоящих операций. В этой связи, актуальным и важным направлением в научном поиске, позволяющим существенно снизить энергозатраты на перемешивание, является как модернизация существующих, так и разработка принципиально новых кон струкций аппаратов и методов их инженерного расчета [56].

В данный момент достижение этих целей является достаточно трудно осуществимой задачей из-за недостаточных теоретических и практических знаний о процессе перемешивания. Для выполнения этой трудно разрешимой задачи в настоящий момент делаются попытки применения различных мето дов исследования, один из них, является компьютерное моделирование.

Компьютерное моделирование, в частности имитационное моделирова ние, позволяет решать задачи значительной сложности, обеспечивая имита цию любых многообразных процессов с большим количеством элементов. В таких процессах отдельные функциональные зависимости, как правило, мо гут описываться весьма громоздкими математическими выражениями, прак тическое использование которых предполагает обязательную необходимость упрощения, связанную с дополнительным использованием эмпирически по лученных зависимостей.

В то же время, имитационное моделирование эффективно может быть использовано в научных исследованиях именно систем со сложной структу рой с целью получения решения конкретно обозначенных проблем [57].

Имитационное моделирование в области гидродинамики позволяет выпол нять программа Solid Works с приложением Flow Simulation [58, 59].

В данном приложении движение текучей среды моделируется с помо щью уравнений Навье – Стокса (выражение (2.1)) [60 – 67], описывающих в стационарной постановке законы сохранения массы, импульса и энергии этой среды. Также используются уравнения состояния компонентов текучей среды (вязкость, теплопроводность). Кроме того, неньютоновские жидкости задаются зависимостью их коэффициента вязкости от скорости сдвиговых деформаций и температуры;

сжимаемые жидкости задаются зависимостью их плотности от давления. Этими уравнениями моделируются турбулентные, ламинарные и переходные течения (между ламинарными и турбулентными, переход определяется критическим значением числа Рейнольдса).

Данная программа была использована при теоретическом исследовании гидродинамической картины в аппарате цилиндрической конструкции с це лью определения его функциональной эффективности работы.

Условия проведения компьютерного моделирования следующие:

- длительность процесса - 60 секунд;

- проектная текучая среда – вода;

- характеристика внутреннего состояния жидкости – кавитация;

- шероховатость стенок корпуса аппарата - 0,63 мкм;

- термодинамические параметры: P=1013250 Pa, T=293,2 K;

- уровень решения расчетной ячейки – 2.

Уровень решения влияет на уровень начальной сетки и критерии схо димости задачи, а значит, и на точность решения задачи. Чем мельче расчет ная сетка, тем точнее моделируется задача, и тем ближе ее дискретное реше ние к реальному непрерывному распределению, но для этого требуется много оперативной памяти и процессорного времени. Поэтому задание параметров, влияющих на расчетную сетку и критерии сходимости, — это всегда ком промисс между желаемой точностью и имеющимися ресурсами компьютера.

- Исследуемые физические величины: максимальная, средняя и мини мальная (линейные) скорости.

Частота вращения перемешивающего органа задавалась последователь но в соответствии со следующим цифровым рядом: 100, 200, 300, 400, об/мин. В качестве перемешивающего органа использовался ротор геликои дального типа. Вертикальные отражательные планки устанавливались без за зора со стенкой корпуса аппарата (рисунок 2.1).

1 – цилиндрический корпус;

2 – отражательная планка;

3 – ротор гели коидального типа Рисунок 2.1 – Аппарат цилиндрической конструкции с ротором гелико идального типа и вертикальными отражательными планками При анализе полученных данных установлено, что цилиндрическая кон струкция корпуса аппарата, как и предполагалось, позволяет исключить эф фект образования центральной воронки благодаря вертикальным отража тельным планкам, но при этом они создают застойные («мертвые») зоны и большие гидравлические потери при движении жидкости, что отрицательно сказывается на качестве перемешивания и увеличении энергопотребления.

Кроме того, в рабочей полости аппарата были обнаружены застойные зоны динамического характера, в которых абсолютная скорость потока, как видно из рисунка 2.2, близка к нулевому значению. Динамические застой ные зоны в отличие от зон стационарного типа располагаются не в пристен ной зоне, а во внутренней полости, что усложняет возможность снижения их отрицательного эффекта и требует особого подхода в решении данной про блемы.

Наличие динамических застойных зон указывает на то, что ротор гели коидального типа при установке в аппарат цилиндрической конструкции не в полной мере справляется с задачей по управлению потоками рабочей жидко сти. Поэтому возникает необходимость коррекции при конструировании корпуса цилиндрического аппарата таким образом, чтобы поток, сходя с ро тора, двигался по замкнутому контуру снизу вверх и затем сверху вниз, по падая снова в ротор. При этом траектория движения потока все время должна быть ограничена корпусными элементами аппарата для предотвращения воз никновения свободного движения и, таким образом, изолирована от сопри косновения с внешней окружающей средой со всех сторон, т.е. поток во всех его составляющих элементах должен быть заключен во внутренней полости аппарата в полном объеме и находится постоянно под контролем, для того чтобы можно было бы прогнозировать и управлять его движением.

Для определения окружных и осевых скоростей полость аппарата была разбита по высоте на шесть сечений (рисунок 2.3).

а) n = 100 об/мин;

б) n = 200 об/мин;

в) n = 300 об/мин;

г) n = 400 об/мин;

д) n = 500 об/мин Рисунок 2.2 – Траектории движения жидкости в рабочей полости аппа рата цилиндрической конструкции 1 – 1;

2 – 2;

3 – 3;

4 – 4;

5 – 5;

6 – 6 – сечения по высоте аппарата Рисунок 2.3 - Схема расположения сечений по высоте аппарата цилин дрической конструкции Для каждого сечения было выполнено построение графических зависи мостей скоростей в полости аппарата. Ниже приведены графики окружных и осевых скоростей движения жидкости при частоте вращения перемешиваю щего органа 100 и 500 об/мин (рисунок 2.4). Остальные графики скоростей для аппарата стандартной конструкции приведены в приложении Б.

Анализ графиков показывает, что окружная скорость постепенно повы шается с увеличением частоты вращения ротора до 500 об/мин на всех сече ниях аппарата. Это связано с тем, что с увеличением частоты вращения уве личивается передача энергии потоку жидкости от ротора.

Значения осевых скоростей с увеличением частоты вращения ротора от 100 до 500 об/мин также растут по высоте аппарата. При этом с повышением частоты вращения ротора в 5 раз происходит увеличение осевой скорости примерно в 2 – 4 раза в зависимости от рассматриваемого сечения аппарата.

Это объясняется тем, что наличие вертикальных планок у стенок аппарата способствует преобразованию тангенциальных скоростей движущегося по тока жидкости в меридиональные скорости (преобразование окружных ско ростей в осевые скорости).

а) б) в) г) а) окружная составляющая скорости при 100 об/мин;

б) меридиональная составляющая скорости при 100 об/мин;

в) окружная составляющая скорости при 500 об/мин;

г) меридиональная составляющая скорости при 500 об/мин.

1 – 1;

2 – 2;

3 – 3;

4 – 4;

5 – 5;

6 – 6 – сечения по высоте аппарата Рисунок 2.4– График скорости движения жидкости в зависимости от ра диуса аппарата при частоте вращения перемешивающего органа n = 100 об/мин и n = 500 об/мин Полученная абсолютная скорость движения жидкости при разных часто тах вращения ротора представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Абсолютная скорость движения жидкости при разных частотах вращения ротора 100 200 400 Скорость 300 об/мин об/мин об/мин об/мин об/мин Мин. ско 0,001 0,001 0,001 0,001 0, рость, м/с Средняя ско 0,0159 0,0287 0,0372 0,0448 0, рость, м/с Мак. ско 0,485 0,944 1,335 1,6822 2, рость, м/с Кроме этого были построены графики зависимостей окружной и осевой составляющей скорости от рассматриваемого сечения аппарата (рисунок 2.5).

0, 0, uокр, м/с 0, 0, 1 2 3 4 5 6 Рассматриваемое сечение а) 0, 0,02 uосев, м/с 0, -0,01 -0, 1 2 3 4 5 6 Рассматриваемое сечение б) а) окружная составляющая абсолютной скорости;

б) осевая составляю щая абсолютной скорости.

а) n = 100 об/мин;

б) n = 200 об/мин;

в) n = 300 об/мин;

г) n = 400 об/мин;

д) n = 500 об/мин.

Рисунок 2.5 – Зависимость скорости движения жидкости от рассматри ваемого сечения аппарата Кривые на рисунке 2.5 наглядно показывают, каким образом происходит трансформация окружной составляющей абсолютной скорости в осевую ско рость по высоте аппарата. При этом максимальное значение окружной скоро сти, как и следовало ожидать, достигается в районе действия перемешиваю щего органа. Кроме того, в верхней части аппарата (сечения 5 и 6) наблюда ется возникновение засасывающей воронки, о чем свидетельствует увеличе ние окружной и снижение осевой скорости.

В результате математической обработки данных были получены анали тические зависимости абсолютной скорости движения жидкости и ее состав ляющих от частоты вращения перемешивающего органа и координат распо ложения рассматриваемой точки в рабочей полости аппарата.

Определение влияния основных факторов на выходной параметр и про верка значимости полученных коэффициентов осуществлялось в программе STATGRAPHICS Plus 5.1 с построением карты Парето. В качестве примера в приложении В приведены результаты дисперсионного анализа полученных аналитических выражений для абсолютной скорости vабс движения потоков жидкости в емкостной полости перемешивающего аппарата. Для остальных полученных аналитических выражений соответствующий анализ выполнялся аналогичным образом.

(2.2) (2.3) (2.4) (2.5) где n - частота вращения ротора, об/мин;

R - радиус рассматриваемого сечения в аппарате, м;

H - высота рассматриваемого сечения в аппарате, м.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.