система перемешивание

Математическое моделирование процесса водной дегазации синтетического каучука. Вестник КГТУ. № 1,1998.ВЕСТНИК КАЗАНСКОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГОУНИВЕРСИТЕТА                                           1998, № 1, 43-48ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИУДК 66.021.4:678.6МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССАВОДНОЙ ДЕГАЗАЦИИСИНТЕТИЧЕСКОГО КАУЧУКА © Г. А. Аминова - к.т.н., ст. науч.сотр. Инженерно-учебного центра КГТУ;Г. В. Мануйко - к.ф.- м.н., доцент каф. высшей математикиКГТУ;Г. С. Дьяконов- д.х.н., профессор, зав. каф. процессов система перемешивание аппаратов хим. технологииКГТУ;В. Ф. Сопин- д.х.н., профессор, зав. каф. аналитич. химии, проректор по науч.работе КГТУСтатья поступила 30.10.97На основе совокупного описания макро- система перемешивание микрокинетикипроцесса разработана математическая модель система перемешивание программный комплекс расчетаосновных параметров процесса водной дегазации синтетического каучука сучетом изменения структуры система перемешивание объемов взаимодействующих фаз.В производстве стереорегулярных каучуков, получаемых методомрастворной полимеризации, стадия дегазации является одной из наиболее важныхи сложных. Она определяет не только конечное качество продукта, но система перемешивание существенновлияет на технико-экономические показатели всего производства. Эластомернаяприрода полимера затрудняет полное удаление летучих веществ. Если последниеудалены из полимера в недостаточной степени, то на последующих стадияхобработки возникает опасность взрыва или возгорания вследствие образованиявзрывоопасных система перемешивание горючих смесей этих веществ с воздухом. Выбор система перемешивание применениеспособа водной дегазации не случайны, во первых, потому, что проведениепроцесса в водной фазе полностью обеспечивает безопасность производства;во-вторых, каучук из раствора выделяется в виде гранул (крошки), которыелегко поддаются транспортировке, система перемешивание также достигается практически полноеудаление растворителя [1].Анализ литературных источников показал, что в существующихна настоящий момент математических моделях исследуемого процесса недостаточнопроработан вопрос о подвижности границ раздела фаз, что вносит в описаниесущественные погрешности. Предлагаемые модели построены без учета измененияструктуры система перемешивание объемов взаимодействующих фаз. В настоящей работе предлагаетсямодель процесса дегазации синтетического каучука с учетом усадки частиц.По кинетическим закономерностям процесс отгонки растворителяиз каучука можно разделить на две стадии. На первой стадии, начинающейсяпри крошкообразовании, отгонка растворителя идет без заметных диффузионныхсопротивлений, система перемешивание в течение нескольких секунд его концентрация уменьшаетсяво много раз. Достигаемая при этом концентрация является исходной для второймедленной стадии отгонки, протекающей в условиях значительного диффузионноготорможения, система перемешивание длительность этой стадии определяет общую продолжительностьдегазации. Извлечение растворителя из пористых частиц каучука происходитпо диффузионному механизму, система перемешивание также в виде паров [2]. Так как перваястадия значительно короче второй система перемешивание в это время удаляется большая частьрастворителя из каучука, большинство исследователей пришли к выводу о решающемзначении для всего процесса дегазации второй стадии [3,4]. Кроме того,в настоящее время все промышленные установки по производству каучука переведенына новый способ крошкообразования при водной дегазации полимера, поэтомупрактически нет необходимости проведения расчета первой стадии, когда вкачестве крошкообразователей используются “фильера” или паровой инжектор[5].Механизм тепломассообменного процесса на стадии отгонкиможно рассматривать как сложный совмещенный процесс, когда одновременнов гетерогенной трехфазной системе происходит изменение состава система перемешивание структурыполимерных частиц (микрокинетика), система перемешивание также балансовое изменение массы исостава взаимодействующих фаз за счет потоков межфазного переноса (макрокинетика).Макрокинетика процесса описывается уравнениями (1) система перемешивание (2) баланса веществав сплошной фазе.(1) (2)гдеV1- объем сплошной фазы, -среднеобъемная концентрация растворителя в сплошной фазе, кг/м3;Mp2,Mp3 - массы растворителя в дисперсной система перемешивание паровой фазах соответственно, кг; y1,y2- равновесные концентрации растворителя в потоке, отгоняемом из сплошнойфазы система перемешивание экстрагируемом из частиц, кг/м3,t- время, с.Массу растворителя в частицах Mp2(t)находим по формуле (3).,(3)где -среднеобъемнаяконцентрация в полимерной частице, R - текущий радиус частицы,- числочастиц,(4)здесь Мп - масса полимера, Rк - конечныйсредний радиус частиц стадии дегазации, rп- истинная плотность полимера.Величину Mр3 определяем по уравнению тепловогобаланса (5).(5)где - тепловой поток,Дж/с; ср, св, сп -теплоемкости растворителя,воды система перемешивание полимера, Дж/(кг К); Мр, Мв, Мп- массы растворителя, воды система перемешивание полимера в системе, кг; t - температура сплошнойсреды в аппарате, К; Мв3 -масса воды в паровой фазе,кг; ; rt- удельная теплота парообразования отгоняемой жидкости, Дж/кг.Количество подводимого в систему тепла находится из уравнениятеплопередачи (6).(6)где Кт - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); - средняя разность температуртеплоносителя система перемешивание среды в аппарате; F(t)- поверхность теплообмена. Начальная поверхность теплообмена задается формулой(7).,(7)здесь Dап - диаметр аппарата, м; Н - высота аппарата,м 4; Кз - коэффициент заполнения.Изменение поверхности теплообмена в каждый момент времениопределяем по соотношению (8).  (8)Уравнения (1)-(8) описывают макрокинетику процесса. Массарастворителя в частицах Мр2 (t) и равновесная концентрация его в потоке с поверхности частиц y2(С2пов ) определяются в результате решения системуравнений внешней система перемешивание внутренней задач. В процессе дегазации в трехфазнойсистеме жидкость-пар-твердое тело устанавливается равновесие. Если приэтом в системе жидкость-пар достигается равновесие, то безразлично, какоценивать остаточное содержание растворителя в каучуке - по равновесиюв системе твердое тело-пар или в системе твердое тело-жидкость. Равновесноераспределение растворителя между крошкой каучука, взвешенной в воде, ипаровой фазой рассчитывается по известной методике [16]. Внутренняя задачаопределена уравнением диффузии растворителя из частиц сферического полимерногопродукта. Специфика извлечения растворителя в том, что процесс сопровождаетсяодновременным изменением составов система перемешивание объемов взаимодействующих фаз. Кинетикаего определяется диффузией распределяемого вещества в полимере, котораясопровождается релаксацией макромолекул, изменением структуры система перемешивание плотностиполимера ,что вызывает изменение диффузионных характеристик - иногда на3-5 порядков [6].Сложность массообменного процесса затрудняет разработкуматематического описания переноса распределяемого низкомолекулярного компонентавнутри полимера с учетом изменения его объема. Чтобы получить результаты,применимые для практических расчетов система перемешивание управления процессом, математическаямодель должна отражать только наиболее важные его стороны. Предварительныйанализ характерных особенностей процесса экстрактивного извлечения растворителяиз полимерных частиц позволяет сделать допущения, положенные в основу математическоймодели:1) полимерные частицы изотропны;2) частицы близки к шарообразной форме система перемешивание их смесь монодисперсна;3) перемешивание двухфазной системы (полимерные частицы- жидкость) происходит интенсивно.С учетом этих допущений перенос растворителя внутри сферическойчастицы предлагается описать системой уравнений:(9)(10)(11) (12)где С2 - концентрация растворителя на расстоянииr от центра частицы в момент времени t; -коэффициент массоотдачи ;  - концентрациянасыщения система перемешивание текущая концентрация растворителя в сплошной фазе, D - эффективныйкоэффициент диффузии.При записи граничного условия считаем, что коэффициентмассоотдачи одинаков для всех частиц. Это согласуется с утверждением [7],что коэффициент массоотдачи для частиц, размер которых удовлетворяет условиюd 0,06 0,1 мм (для аппаратов с мешалками), не зависит от размеров частиц.Следует отметить, что в процессе усадки (набухания) изменениеструктуры полимера может оказывать влияние на диффузию молекул растворителя[8, 9]. При этом коэффициент диффузии зависит не только от концентрацииизвлекаемого вещества, но система перемешивание от других переменных. Например, от изменяющихсяво времени структурных характеристик или от внутренних напряжений - этоаномальная диффузия [8,10,11]. Согласно данным [12,13], при набухании процессдиффузии низкомолекулярных жидкостей или их паров в полимеры определяетсяне только проникновением молекул сорбата в поры полимера, но также связанс конформационными перестройками макромолекул, т.е. релаксационными процессами,сопровождающими процесс диффузии. В случае полимера, находящегося в напряженномсостоянии, проникновение растворителя, приводя к разрушению локальных (межмолекулярных)связей, способствует конформационной перестройке макромолекул в сторонуупорядочения. Релаксационные свойства полимеров учитываются в формуле длякоэффициента диффузии растворителя в полимере [12]. Анализ функциональнойсвязи коэффициента диффузии система перемешивание концентрации низкомолекулярного компонентав полимерных системах показывает, что она не однозначна, система перемешивание во многом определяетсяпоказателями взаимодействия молекул высокомолекулярного соединения система перемешивание растворителя.Особенно сложно оценить состояние в многокомпонентной системе, когда длярастворения используется смесь низкомолекулярных веществ или из раствораизвлекаются сложные смеси.Система уравнений (9)-(12) описывает извлечение растворителяиз полимерной частицы с учетом ее усадки. Граничное условие на поверхностичастицы связывает математическую модель процесса на уровне одной частицыдисперсной фазы с описанием процесса извлечения растворителя в дисперснойсистеме в целом. Анализ литературы система перемешивание идентификация модели показали, чтодля коэффициента диффузии растворителя внутри частицы в первом приближенииможно использовать формулу D=Do C2k ,где Do система перемешивание k - константы. Преобразование x = r / R(t)позволяет перейти в математической модели (9)-(12) от изменяющейся области[0;R(t)] к фиксированной области [0;1].Задача решается численно с использованием разностной схемы специальноговида, разработанной для уравнения конвективной диффузии, в котором конвективныйи диффузионный члены с течением времени обращаются в ноль [14,15].Система уравнений (1)-(12) может быть использована в качествематематической модели дегазации синтетического каучука. Задача аппроксимируетсянеявной разностной схемой на равномерной по пространственной координатеи неравномерной по времени сетке. Линейный анализ схемы показывает, чтоона абсолютно устойчива. Но так как система уравнений нелинейна, при выборешага по времени на него налагаются дополнительные условия. В процессе работыпрограммы чертятся график изменения суммарного потока растворителя из твердойфазы от времени система перемешивание график распределения концентрации растворителя внутричастиц на каждом шаге во времени. Машинные эксперименты позволили установитьвлияние основных параметров на кинетику процесса.В результате реализации предложенной модели возможно отслеживаниекачества получаемого продукта в ходе машинного эксперимента при изменениивходных характеристик, система перемешивание также в ходе оптимизации модели. Можно дать анализкинетики процесса система перемешивание выработать принципы управления, обеспечивающие заданныекачественные характеристики.Литература1. Шеин В.С., Ермаков В.И. Выделение СК. М.: Химия, 1977.182 с.2. Баженов В.Д., Белоусов Н.С., Шеин В.С.// Промышленностьсинтетического каучука. 1969. №11-12. С.12.3. Пожидаев В.А./ В сб.: Промышленность СК. М.: ЦНИИТЭнефтехим,1973 № 11. С.12.4. Ермаков В.И., Мамедов У.А., Добужский Б.Е.// Теорет.основы хим. технологии. 1976. № 1. С.137.5. Шеин В.С., Баженов В.Д., Рейхсфельд В.О., СотниковИ.Ф. Процессы, технология система перемешивание аппаратурное оформление дегазации стереорегулярныхкаучуков. М.-ЦНИИТЭнефтехим, 1977. 64 с.6. Рудобашта С.П. //В сб.: Гидродинамика, тепло- система перемешивание массообменв зернистых средах. Иваново, 1983. С. 3.7. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешиваниев жидких средах: физические основы система перемешивание методы расчета. Л.: Химия, 1984. С.336.8. Беккер Б.И., Бочавер К.З.// Теорет. основы хим. технологии.1978. N 1. С.137.9. Бреслер С.Е., Ерусалимский Б.Д. Физика система перемешивание химия макромолекул.М.- Л.: Наука, 1965. 545 с.10. Алексашенко А.А.// Теорет. основы хим. технологии.1981. N 4. С.494.11. Алексашенко А.А.// Теорет. основы хим. технологии.1982. N 4. С.451.12. Плановский А.Н., Михайлов Г.Г., Карасев И.Н. Исследованиеструктуры потоков перемешиваемой жидкости радиально-лопастными мешалками.Труды МИХМ. Вып.61. 1976. С.90.13. Елкин Г.Э., Самсонов Г.В., Яскович Г.А.// Теорет.основы хим. технологии. 1978. N 5. С.751.14. Ефремова И.С., Смирнов М.С.// ИФЖ, Т.31. N 5. 1976.15. Штойан Г. // Диф. уравнения. 1982. Т.18. № 7. С.615.16. Аминова Г.А., Мануйко Г.В., СопинВ.Ф.// В сб.: Массообменные процессы система перемешивание аппараты химической технологии.1995. С.54.разделы электрокардиограф нард скачать электроинструмент метабо застежка zip-lock гравировальный бур многотарифные электросчетчик озеленение беседка protherm силикон лучший ковры купить архиватор 1с бюджетирование банковский ячейка схема зал вахтангова светоотражающий краска клеить 88 люкс купить 6131 k610 купить прерывание беременность государственный герб затенение витрина трубогиб дорном профессиональный психолог 5003.17 (крышка) прогрессирующий близорукость штангенциркуль 5440.14 (крышка) измеритель освещенность лад аденома предстательный железа dunlup 205 55 r16 электропечь dimplex model lee rc жаростойкий краска vps vds консультирование организация компания макса линдера бензопила импортный omega rittal схема зал вахтангова перевод денег гостинницы спб георешетка зеркало вагинальный тонировка стекол вспучивающийся краска ножной пластырь холодильник бош врач акушер гинеколог отбеливание белье заказ обед время владимир антигололедные реагент измеритель температры доставка datamax система дымоудаления укв радиосвязь помещение шиномонтаж мытье потолок сборщик долг купить минимойку подгонный компенсатор danfoss дэнас изолента хб огнезащитный состав снегоуборочный машина измеритель освещенность встраиваемый вытяжка пескоструйка банковский ячейка защитный краска изделие слойка кайт kiev apartaments service облицовка bella italia доставка хим. реагент фарфор слимент лифт hi-fi вилатерм тонирование стекла asus p505 головка винторезный телефонный обзвон 5440.15 (крышка) красный площадь сегодня билет задорнов кулер сдать анализ кровь электро лаборатория вакансия красноярск прогрессирующий близорукость вал редуктор поворот применение доломита распыление ароматизатор система перемешивание