Разработка перемешивающего устройства для эффективного суспендирования в аппаратах большого объема на примере очистки сточных вод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Григорьева Анастасия Николаевна

• Григорьева Анастасия Николаевна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Григорьева Анастасия Николаевна

Введение

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

1.1 Современное состояние теории и выбор направления исследования

1.2 Основные конструкции перемешивающих устройств и методика их выбора

1.2 Ключевые факторы, определяющие качество перемешивания

1.3 Особенности использования перемешивающих устройств в очистке сточных вод. Основные

требования, предъявляемые к процессу перемешивания

Выводы к главе

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В СИСТЕМЕ ЖИДКОСТЬ-ТВЕРДОЕ, ЖИДКОСТЬ-ГАЗ

2.1 Описание конструкции разработанного перемешивающего устройства

2.2 Основы гидродинамики в процессах перемешивания

2.2.1 Расчет поля скоростей в аппаратах цилиндрической и прямоугольной формы

2.2.2 Насосный эффект мешалки

2.2.3 Определение условий, обеспечивающих отсутствие осадка на днище аппарата

2.2.4 Затраты мощности на перемешивание систем жидкость-твердое и жидкость-газ

2.2.5 Критериальное уравнение для расчета коэффициента мощности км мешалки

2.2.6 Влияние газосодержания жидкости на расходуемую на перемешивание мощность

2.1.7 Влияние геометрической формы мешалки на диаметр пузырьков воздуха при перемешивании в системе жидкость-газ

2.3 Теоретический анализ массообмена в системе жидкость-газ

2.4 Критерии, характеризующие эффективность систем аэрации при очистке сточных вод

2.5 Массообмен в системе жидкость-твердое на примере растворения флокулянтов в очистке сточных вод

2.6 Масштабный переход от лабораторного аппарата к аппаратам больших объемов

Выводы к Главе

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ В АППАРАТЕ С КОНИЧЕСКОЙ МЕШАЛКОЙ

3.1 Исследование поля скоростей потока

3.2 Определение критерия мощности в зависимости от числа Рейнольдса

3.3 Определение коэффициента Айранчи-Креста и минимально необходимой скорости вращения мешалки

3.4 Зависимость интенсивности перемешивания и расходуемой на перемешивание мощности от геометрических параметров мешалки и реактора

3.4.1 Влияние высоты и угла наклона лопастей на расходуемую на перемешивание мощность и эффективность суспендирования осадка на дне

3.4.2 Влияние размера центрального отверстия на мощность, расходуемую на перемешивание и эффективность суспендирования

3.4.3 Влияние высоты установки мешалки на интенсивность перемешивания

3.5 Влияние геометрической формы мешалки на диаметр пузырьков при диспергировании воздуха

3.6 Сравнительный анализ влияния геометрической формы перемешивающих устройств на

эффективность суспендирования в системе жидкость - твердое

Выводы к главе

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАССООБМЕНА В АППАРАТЕ С КОНИЧЕСКОЙ МЕШАЛКОЙ В СИСТЕМАХ ЖИДКОСТЬ-ГАЗ И ЖИДКОСТЬ-ТВЕРДОЕ

4.1 Сравнительный анализ скорости насыщения воды кислородом в аппарате с турбинной и конической мешалками

4.2 Исследование массообмена в системе жидкость-твердое на примере приготовления раствора

флокулянта в процессе очистки воды

Выводы к главе

ГЛАВА 5 АЛГОРИТМ РАСЧЕТА АППАРАТА С КОНИЧЕСКОЙ МЕШАЛКОЙ

5.1 Методика выбора конических мешалок для аппаратов большого объема

5.2 Оценка применимости предложенных методик на примере расчета мешалки для системы жидкость-твердое в АО «Святогор»

5.3 Экономическое обоснование целесообразности внедрения аппаратов с коническими

мешалками

Выводы к главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А. Акт о внедрении конических мешалок в АО «Святогор»

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка перемешивающего устройства для эффективного суспендирования в аппаратах большого объема на примере очистки сточных вод»

Актуальность темы исследования

Перемешивание - один из наиболее распространённых процессов химической технологии. Аппараты с перемешивающими устройствами используются для проведения разнородных технологических процессов, таких как кристаллизация, абсорбция, экстрагирование, гомогенные и гетерогенные химические реакции и т.д. Исходя из физико-химической природы этих процессов, можно выделить несколько групп явлений, которые непосредственно связаны с условиями перемешивания [1]:

1) распределение взвешенных частиц в объёме жидкости или предотвращение их оседания (перемешивание суспензий);

2) диспергирование капель жидкости или пузырьков газа (перемешивание несмешиваемых жидкостей, жидкости и газа);

3) смешение взаимно растворимых сред.

Таким образом, перемешивание можно рассматривать как способ интенсификации процессов распределения взвешенных или растворённых частиц, а также диспергирования капель и пузырьков в жидкости путём приведения её в вынужденное движение.

Добиться оптимальной мощности, потребляемой мешалками при интенсификации химических и биологических процессов, использовать передовые и эффективные системы смешивания становится в условиях рыночной экономики для российских предприятий не просто желанием, а суровой необходимостью. Аппараты с механическими мешалками применяются в различных отраслях: химической, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, пищевой промышленностях и др. Большинство процессов реализуется в гетерогенных системах.

Важным направлением, позволяющим существенно снизить энергозатраты на перемешивание, является разработка новых конструкций мешалок и методов их инженерного расчета.

Сфера применения аппаратов с перемешивающими устройствами достаточно широка. Экспериментальная часть настоящей работы выполнена на примере перемешивания при аппаратурном оформлении процесса очистки сточных вод. Одной из актуальных задач данной отрасли является снижение затрат на перемешивание иловой смеси, а также аэрацию сточных вод, так как 80% потребляемой предприятиями электроэнергии приходится именно на эти процессы. Наиболее эффективными способами интенсификации массообменных процессов, наряду с поиском методов эффективного повышения коэффициентов массоотдачи, является создание развитой межфазной поверхности. На сегодняшний день данная задача решается

путем использования аэраторов (барботеров) с малым диаметром отверстий, что сопряжено с высокими эксплуатационными затратами, так как мелкие поры подвержены чрезмерному забиванию. Таким образом, совершенствование данного способа является одной из важнейших задач отрасли.

Степень разработанности темы

В настоящий момент существуют методы расчета перемешивающих устройств, описанные в [2], [3], [4], [5], [6]. Все способы основаны на использовании эмпирических коэффициентов, выведенных на основе экспериментальных данных. Данный факт затрудняет расчеты для высокоэффективных геометрических форм мешалок, предприятия вынуждены применять стандартные хорошо изученные аппараты, что приводит в неоправданным затратам и снижению эффективности. В России действует межгосударственный стандарт [7], разработанный АООТ «ВНИИнефтемаш», в котором достаточно подробно описаны требования к материалам, конструкции и комплектующим для изготовления аппаратов. Однако выбор мешалок конкретного типа, их параметров и размеров в зависимости от технологического процесса не регламентирован. Большой вклад в изучение гидродинамики перемешивания и разработку алгоритма расчета при проектировании аппаратов с мешалками внесла группа авторов из ЛенНИИХиммаша: В. М. Барабаш, В. И. Бегачев, Л. Н. Брагинский, Э. А. Васильцов, О. Е. Вишневецкая, Г. В. Горбачева, Г. Г. Егорова, Е. Г. Козлова, Л. Л. Лалакина, С. С. Максимова, В. Л. Садовский, В. Г. Ушаков, А. В. Черников, В. В. Ярошенко, разработавших руководящий документ 26-01-90-85 «Механические перемешивающие устройства. Метод расчета». К сожалению, данный документ не корректировался с 80-х годов прошлого столетия. Данный факт затрудняет расчеты для новых геометрических форм мешалок, предприятия вынуждены применять стандартные, хорошо изученные аппараты, что приводит в неоправданным затратам и снижению эффективности. Новый подход к проектированию мешалок для аппаратов больших объёмов предложили И. В. Доманский, А. И. Мильченко и др. [8]. Следует отметить, что данные о внедрении подобных мешалок в технологию очистки сточных вод, где аппараты имеют преимущественно прямоугольную форму, на сегодняшний день в литературе отсутствуют.

Цель и задачи работы

Целью данной диссертационной работы является разработка механического перемешивающего устройства, обладающего высокой эффективностью, малой энергоемкостью, а также создание методов расчета основных параметров аппарата с мешалкой.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. разработка устройства с улучшенной геометрией для перемешивания в системе жидкость-твердое и жидкость - газ;

2. разработка методики расчета аппарата с конической мешалкой;

3. экспериментальное исследование поля скоростей в аппарате с конической мешалкой, определение критерия мощности;

4. выявление механизма диспергирования газа в аппарате с мешалками улучшенной геометрии. Изучение эффективности диспергирования в аппарате с конической мешалкой в сопоставлении со стандартными аппаратами;

5. получение критериальных уравнений для расчета предельной частоты вращения мешалки для суспензий, твердые включения которых подвержены быстрому разрушению из-за чрезмерных касательных напряжений;

6. экспериментальное исследование процесса насыщения жидкости кислородом с использованием конической мешалки и оценка эффективности ее применения.

Научная новизна

Установлены закономерности движения жидкости в аппарате с конической мешалкой при различных скоростях ее вращения; исследовано поле скоростей; предложено выражение для расчета критерия (коэффициента) мощности; разработана методика расчета основных параметров перемешивающего устройства, позволяющая определить оптимальные технологические и энергетические характеристики процесса; найдена константа Айранчи-Креста для конической мешалки, позволяющая прогнозировать необходимую и достаточную частоту вращения перемешивающего устройства для обеспечения отсутствия отложений на дне аппарата в процессе суспендирования твердых частиц; новизна технических решений подтверждена патентами РФ на изобретения.

Теоретическая и практическая значимость

Проведенные экспериментальные исследования показали более эффективное осуществление процесса суспендирования при помощи аппарата с вновь разработанной конической мешалкой по сравнению с традиционными типами мешалок. На основе полуэмпирической модели турбулентности Прандтля разработана методика расчета допустимой частоты вращения перемешивающего устройства для частиц, склонных к разрыву (на примере флокулянта). Использование разработанных мешалок позволяет уменьшить затраты электроэнергии и, тем самым, снизить себестоимость готового продукта. Конструкция мешалки внедрена на предприятии ФГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» для перемешивания избыточного активного ила, АО «Полиметалл» для растворения медного купороса, ФПУП «Тепло Коломны» для перемешивания иловой смеси, АО «Святогор», г. Красноуральск Свердловской области. Например, в результате внедрения конических мешалок предприятие АО «Святогор» смогло увеличить скорость реакции нейтрализации серной кислоты

известняковым молоком в 1,6 раза, при одновременном снижении энергозатрат на 40% по сравнению с традиционной лопастной мешалкой.

Методология и методы исследования

Методологическую основу исследования составили методы физического и математического моделирования, а также элементы статистики. Теоретической базой послужили работы отечественных и зарубежных исследователей в области химической технологии.

Методами исследования являлись физические эксперименты и численное моделирование при помощи CFD модуля в программном пакете FlowVision. В работе применялась программа Microsoft Excel и многофункциональная программа научных расчетов MathCad.

Положения, выносимые на защиту:

- новая конструкция устройства для перемешивания в жидких средах;

- методика выбора перемешивающего устройства для аппаратов больших объёмов;

- результаты экспериментальных исследований процессов перемешивания систем жидкость-твердое и жидкость-газ;

- результаты экспериментальных исследований процесса массопереноса в аппарате с мешалкой конического типа в системах жидкость-твердое, жидкость-газ.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность полученных результатов обеспечивается значительным объемом экспериментальных данных и подтверждается сходимостью полученных зависимостей с результатами численных и теоретических расчетов, а также с данными других исследователей. Основные положения и результаты диссертационной работы представлены на международных и всероссийских конференциях: Неделя науки - 2019: IX научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых в рамках мероприятий, посвященных 150-летию открытия Периодического закона химических элементов Д.И. Менделеевым (Санкт-Петербург, 01-03 апреля 2019 года), Яковлевские чтения: XIV Международная научно-техническая конференция, посвященной памяти академика РАН С.В. Яковлева (Москва, 24-25 октября 2019 года), Технологии очистки воды "ТЕХН0В0Д-2019": XII Международная научно-практическая конференция (Москва, 22-23 октября 2019 года), The 12th European Congress of Chemical Engineering (Флоренция, Италия, 15-19 Сентября 2019), Передовые технологии в системах водоотведения населенных мест : международная научно-практическая конференция (Минск, Белоруссия, 12-13 февраля 2020 года).

Научные публикации

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК; 1 статья в журнале, индексируемом в базах Web of Science и Scopus, 9 - в других журналах и материалах конференций. По теме исследования получено 4 патента Российской Федерации на изобретения.

Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 20 таблиц и 55 формул. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Список использованных источников включает 93 наименования.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В ЖИДКИХ СРЕДАХ

1.1 Современное состояние теории и выбор направления исследования

Аппараты с мешалками широко используются в различных отраслях промышленности. В том числе в очистке сточных вод на канализационных очистных сооружениях для перемешивания активного ила, реагентов, диспергирования газа в жидкости. Для создания оптимальной конструкции мешалок требуется детальное понимание типа технологического процесса, требований, предъявляемых к процессу перемешивания, условий эксплуатации аппарата с мешалкой, гидродинамики потока в аппарате, а также реологических особенностей самой перемешиваемой жидкости/суспензии/эмульсии. Под оптимальной конструкцией мешалок здесь понимается оптимальное соотношение геометрических размеров мешалки и геометрических размеров аппарата, оптимальный тип и размеры мешалок, их количество и расположение в аппарате, при которых для заданной формы аппарата обеспечивается максимальный положительный эффект при минимальных затратах (в общем случае -приведенных, при сопоставимых капитальных затратах можно сравнивать эксплуатационные затраты, которые в основном состоят из затрат на потребляемую мешалкой электроэнергию).

Создаваемые мешалками потоки на протяжении долгого времени изучаются различными авторами, такими как Нагата [9], Скелланд [10], Йоостен [11] и др. Наиболее изучены потоки, создаваемые турбинными мешалками Раштона, которые в свое время являлись эталоном при создании новых форм и конструкций. Примером такого усовершенствование стало изобретение Йоостеном в 1977 г. лопастной мешалки, называемой в зарубежной литературе «Hydrofoils» [11]. Детальные исследования этой мешалки были проведены Ридом (1977 г.) [12] и Попиолеком (1987 г.) [13] при помощи лазерного доплеровского анемометра. Немного позже Резерфорд (1996 г.) сконцентрировал внимание на изучении влияния толщины лопаток на характеристики потока [14]. В 1991 году Хёфкен [15] разработал рабочее колесо гиперболического типа исходя из расчета оптимальной гидродинамики для эффективного суспендирования твердых частиц и хорошего диспергирования воздуха без разрушения образования флоккул в процессе биологической очистки сточных вод. Внешний вид гиперболической мешалки представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Внешний вид гиперболической мешалки [16]

Нури и Вайтлав (1994 г) [17] показали, что гиперболические мешалки эффективнее с точки зрения энергопотребления по сравнению с турбинными мешалками Раштона. Изучаемые ими мешалки имели не только лопасти на поверхности рабочего колеса, но и также внутренние лопасти. Мешалка располагалась у самого дна. Однако измеренный параметр - время суспендирования - составляло величину, превышающую аналогичный показатель у турбинных мешалок Раштона (но при 20-кратном снижении энергозатрат).

Исследованию зависимости величины расстояния установки мешалки от дна на качество перемешивания посвящена работа [18]. Исследовались потоки, производимые мешалками. Соотношение расходуемой на перемешивание мощности к насосной производительности, по мнению автора [18], является показателем эффективности перемешивающего устройства. У лопастной и гиперболической мешалок это соотношение лучше, чем у турбинных. В целом основные выводы работы [18] сводятся к следующим положениям:

1) в аппарате с одинарной конической мешалкой поток является трехмерным с преобладающей скоростью в непосредственной близости от лопастей. Поток опускался вдоль вала, достигал внешней поверхности рабочего колеса и направлялся радиально;

2) увеличение диаметра мешалки приводит к снижению числа Ньютона (критерия мощности) несмотря на то, что лопасти также увеличены в размерах. Числа Ньютона составляют 0,5, 0,9 и 0,95 для диаметров 170, 100 и 70 мм соответственно;

3) при использовании двухъярусной мешалки поток верхнего рабочего колеса не оказывает влияния на поток нижнего рабочего колеса. Число Ньютона увеличивается в два раза при тех же числах Рейнольдса. Расстояние между колесами влияет на потребление мощности незначительно;

4) для отношения Hж/D = 1/2, где Иж - высота столба жидкости, D - диаметр емкости, высота столба жидкости не влияет на число Ньютона вне зависимости от размера и количества мешалок.

Однако, в работе Пинто [18] не были выполнены измерения скоростей потока, и соответственно не построены поля скоростей и направления движения жидкости. Не учитывались параметры самого технологического процесса: количество и размер твердых включений. Данные величины необходимы для определения времени смешивания и равномерности распределения частиц в объеме всей емкости.

Недостаток работы [18] был частично устранен в работе [19]. Hoefken, Steidl и Huber [19] рассмотрели гиперболические мешалки применительно к процессу перемешивания активного ила в процессе биологической очистки сточных вод. Они отметили, что важную роль играет перемешивание в процессе аэрации, и данный факт недооценен во многих проектах. В анаэробных процессах (удаление азота, фосфора) применение мешалок обязательно. При перемешивании активного ила следует избегать турбулентности, т.к. это отрицательно сказывается на образование флокул. В работе [19] выполнено моделирование потока при помощи численных методов. Рекомендованный размер частиц dч - 100 мкм, реальный же размер dч = 60 мкм (как показало их собственное исследование образцов с многих предприятий водоочистки). При всем вышеперечисленном в работе [19] не исследован насосный эффект мешалки, не определено оптимальное расстояние установки мешалки до дна, не изучен вопрос о методах выбора мешалок под определенные размеры емкости.

Анализ конструкций перемешивающих устройств, доступных на рынке, показал, что предлагаются многочисленные системы, которые можно классифицировать и сравнивать на основании критериев, диктуемых в первую очередь особенностями технологического процесса. Одним из перспективных направлений является разработка перемешивающих устройств обтекаемой формы.

1.2 Основные конструкции перемешивающих устройств и методика их выбора

Мешалки можно разделить на быстроходные и тихоходные. Быстроходные мешалки имеют скорость концов лопастей до 10 м/с и более, тихоходные - порядка от 1 до 3 м/с.

Выбор того или иного перемешивающего устройства зависит прежде всего от целей, которые необходимо достичь в ходе проведения технологического процесса [20]:

1) распределение взвешенных частиц в объёме жидкости или предотвращение их оседания (перемешивание суспензий);

2) диспергирование капель жидкости или пузырьков газа (перемешивание несмешиваемых жидкостей, жидкости и газа);

3) смешение взаимно растворимых сред.

Согласно руководящему документу, регламентирующему методику расчета аппаратов с мешалками [21], по геометрической форме рабочего органа перемешивающие устройства подразделяются на следующие типы:

1) трехлопастная;

2) турбинная открытая;

3) шестилопастная;

4) клетьевая;

5) лопастная;

6) рамная;

7) лопастная эмалированная;

8) трехлопастная эмалированная;

9) лопастная с наклонными лопастями эмалированная;

10) якорная эмалированная;

11) трехлопастная гуммированная;

12) фрезерная;

13) скребковая;

14) пропеллерная.

Все приведенные выше типы мешалок достаточно хорошо изучены. Подробное их описание с чертежами, коэффициентами сопротивлениями лопастей, соотношениями диаметров мешалки с диаметрами аппаратов, а также критерии выбора типа мешалок изложены

в [21].

Холланд и Чапман [22] построили зависимость (рисунок 2), по которой можно выбрать тип мешалки для жидкостей различной вязкости.

Тип мешалки

Рисунок 2 - Выбор типа мешалок в зависимости от вязкости обрабатываемой жидкости [22]

Анализируя эту зависимость следует заметить, что широкую область заннимают турбинные и пропеллерные мешалки, которые пригодны для перемешивания жидкостей в большом диапазоне вязкости. Сфера применения других типов мешалок ограничена. Для перемешивания жидкостей с очень высокой вязкостью наиболее пригодны шнековые и ленточные мешалки. Для перемешивания жидкостей со средней вязкостью можно использовать несколько типов мешалок.

Стренк приводит следующую таблицу для выбора типа перемешивающего устройства

[6].

Таблица 1 - Рекомендации по выбору перемешивающего устройства [7]

Процесс

Тип мешалки

Область перемешивания

Величина или

явление, лимитирующее процесс

Геометрические параметры аппарата с

мешалкой

D/dм

НЮ

Число мешалок на одном валу, расположение

Перемешивание

Турбинные Пропеллерные Лопастные

Объем

Циркуляция в объеме

3-6

Лю бое

Одна или несколько

Диспергирование не

перемешивающихся жидкостей

Турбинные Пропеллерные Лопастные

Расход

Диаметр капель Рециркуляция

3-3,5

10,5

Ш<1/2

Продолжение таблицы 1

Процесс

Тип мешалки

Область перемешивания

Величина или

явление, лимитирующее процесс

Геометрические параметры аппарата с

мешалкой

D/dм

Н/О

Число мешалок на одном валу, расположение

Химические реакции в растворах

Турбинные Пропеллерные Лопастные

Объем

Интенсивность перемешивания Циркуляция в объеме

2,53,5

1-3

Одна или несколько

Растворение

частиц твердого тела

Турбинные Пропеллерные Лопастные

Объем

Напряжение сдвига

Циркуляция в объеме

1,63,2

0,52

ЬН<1/2

Суспендирова-

Турбинные Пропеллерные Лопастные

ние

Концентрация частиц

Циркуляция Скорость

2-3,5

10,5

В зависимости от диаметра частиц: 1. И - dч 2. в непосредственной близости от днища

Перемешивание систем жидкость-газ

Турбинные Пропеллерные Лопастные

Расход газа

Напряжения сдвига Циркуляция Большие скорости

2,5-4

4-1

Несколько, наиболее низкое на высоте И - dм Самовсасывающая, непосредственно под поверхностью жидкости

Перемешивание жидкости с большой вязкостью

Турбинные Пропеллерные Лопастные

Вязкость

Циркуляция скорости Небольшие скорости

1,52,5

0,52

Одна или несколько

Турбинные Пропеллерные Лопастные

Теплообмен

Объем

Циркуляции в

объеме

Большие

скорости в

поверхности

теплообмена

Одна или несколько

Кристаллизация

Турбинные Пропеллерные Лопастные

Объем

Циркуляция

Малые

скорости

Напряжения

сдвига

2-3,2

2-1

Одна, Ь/Н<1/2

Согласно [21], конструкция перемешивающего устройства должна отвечать следующим требованиям:

1) установка на вал нескольких мешалок допускается при невозможности обеспечить требуемый режим перемешивания одной мешалкой и если отношение высоты заполнения аппарата перемешиваемой средой Нж к его диаметру Б превышает 1,3;

2) при размещении на валу нескольких мешалок их конструкция и размеры должны быть одинаковыми, расстояние между соседними мешалками не должно быть меньше их диаметра

ём;

3) высота установки нижней мешалки над днищем аппарата при Б/ём > 1,5 должна быть в пределах (0,4.. .1) ём, но не выше Нж/2, а при Б/ём < 1,5 - в пределах (0,5.. .5) (Б - ём), но не выше Б/4.

1.2 Ключевые факторы, определяющие качество перемешивания

Перемешивание может быть самопроизвольным или достигаться за счет вынужденной конвекции. В первом случае перемешивание обусловлено молекулярной диффузией или массопередачей в условиях свободной конвекции, возникающей вследствие разности температур или плотностей контактирующих жидкостей. Длительность таких процессов очень велика, в промышленности самопроизвольное перемешивание почти не применяется. Поэтому широкое распространение получило перемешивание за счет переноса частиц одной жидкости в другую путем турбулентной диффузии [23].

Таким образом, задача эффективного перемешивания состоит в создании таких условий, которые благоприятствовали бы взаимному проникновению перемешиваемых реагентов. Эти условия могут быть созданы благодаря принудительной конвекции. В этом случае жидкость приводится в турбулентное движение, вследствие которого и происходит турбулентный массообмен. Следует заметить, что величина турбулентности во всем объеме аппарата неодинакова. Например, у стенок она будет меньше и, следовательно, необходимо стремиться к тому, чтобы весь объем жидкости прошел через зоны максимальной турбулентности.

При перемешивании особое значение представляют два фактора [3]:

1) степень турбулентности;

2) величина циркуляции, интенсивность которой определяется временем, необходимым для прохождения всего объема жидкости через определенное сечение.

Механическое перемешивание в системах жидкость-газ обычно осуществляется в процессах, скорость которых лимитирована массообменом в сплошной фазе, т.е. при абсорбции труднорастворимых газов. В этом случае основное сопротивление массопередаче оказывается в сплошной фазе. Типичные случаи перемешивания систем жидкость-газ - это процессы гидрирования, хлорирования, ферментации, биологической очистки воды и т.п. Необходимо отметить, что для многих химических реакций с малыми скоростями требуется большое время

контакта (пребывания), что легко может быть осуществлено в аппарате с мешалкой. Перемешивание способствует созданию большой межфазной поверхности. Тем самым значительно возрастают коэффициенты массопередачи, рассчитанные на единицу объема, наблюдается также незначительный рост коэффициентов массопередачи, отнесенных к единице межфазной поверхности.

С точки зрения масштабов смешения различают три уровня перемешивания, обусловленные создаваемыми вихрями в аппарате (рисунок 3): макро- (а), мезо- (б) и микроперемешивание (в).

/V

ш

щ

а б в

Рисунок 3 - Уровни перемешивания: а - макроперемешивание, б - мезоперемешивание, в -

микроперемешивание [24] Время макроперемешивания определяется как время однократной циркуляции содержимого аппарата, оно зависит от объема резервуара, геометрии мешалки и ее скорости вращения. Мезомасштабное перемешивание обычно происходит в окрестности подачи реагента, его временной масштаб зависит от скорости подачи, средней скорости вблизи подающей трубы и турбулентной диссипации энергии. В небольших масштабах длины (когда масштаб длины меньше, чем минимальный масштаб длины Колмогорова) перемешивание осуществляется за счет механизма вязко-конвективной диффузии жидких элементов с последующей молекулярной диффузией. Его временной масштаб зависит от вязкости жидкости и скорости диссипации энергии.

Перемешивание в аппаратах большого объёма характеризуется преимущественно крупномасштабными вихрями. В настоящем исследовании рассматривается макроперемешивание и, отчасти, мезоперемешивание.

1.3 Особенности использования перемешивающих устройств в очистке сточных вод. Основные требования, предъявляемые к процессу перемешивания

Биологическая очистка сточных вод представляет собой технологический процесс, основанный на способности биологических организмов разлагать загрязняющие вещества на безопасные для природы продукты [25]. При реализации биологических процессов очистки сточных вод в аэротенках, биологические организмы, участвующие в разложении загрязнений, которые поступают со сточными водами, пребывают во взвешенном состоянии и представляют собой «флоки» (хлопья) - зооглейные скопления микроорганизмов, простейших червей, водных грибов и дрожжей. Ил, содержащий микроорганизмы, которые сорбируют и разлагают загрязняющие вещества в сточных водах, называется активным илом [26]. Одним из условий жизнедеятельности микроорганизмов является эффективное перемешивание иловой смеси, в противном случае происходит загнивание. Таким образом, в технологическом процессе биологической очистки сточных вод ключевую роль играет перемешивание и аэрация (насыщение кислородом) активного ила [27]. В свою очередь, повышение эффективности перемешивания иловой смеси в аэротенках позволяет повысить эффективность процессов нитрификации без увеличения эксплуатационных затрат на аэрацию [25].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Григорьева Анастасия Николаевна, 2021 год

Список литературы

1. Карпушкин, С. В. Расчет и выбор перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппаратов / С. В. Карпушкин. — Тамбов. : ТГТУ, 2009. — 168 с.

2. Брагинский, Л. Н. Перемешивание в жидких средах / Л. Н. Брагинский, В. И. Бегачев, В. М. Барабаш. — Л. : Химия, 1984. — 336 с.

3. Штербачек, З. Перемешивание в химической промышленности / З. Штербачек, П. Тауск ; пер. с чешского под ред. И. С. Павлушенко. — Л. : ГХИ, 1963. — 416 с.

4. Кафаров, В. В. Процессы перемешивания в жидких средах / В. В. Кафаров. — М. : Госхимиздат, 1949. — 88 с.

5. Николаишвили, Б. К. Скорость растворения твердых частиц в аппаратах с мешалкой/ Б. К. Николаишвили, В. М. Барабаш, Л. Н. Брагинский, Н. Н. Кулов // Теоретические основы химической технологии. - 1980. - Т. 14. - № 3. - С. 349-357.

6. Стренк, Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / Ф. Стренк ; пер. с польск. под ред. Щупляка И. А. — Л. : Химия, 1975. — 384 с.

7. ГОСТ 20680-2002. Аппараты с перемешивающими устройствами. Общие технические условия. Введ. 2003-07-01. М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 2003. - 20 с.

8. Опыт проектирования и надежной эксплуатации прецессионных мешалок рудных пульп для аппаратов большого объема / И. В. Доманский, А. И. Мильченко, Ю. В. Саргаева [и др.] // Теоретические основы химической технологии. - 2017. - Т. 51. - № 6. - С. 687-699. - DOI 10.7868/S0040357117060021.

9. Nagata, S. Mixing: Principles and Applications / S. Nagata. — Tokyo.: Kodansha Scientific Books, 1975. — 458 p.

10. Skelland, H. P. Suspended solids distribution in agitated, baffled vessels containing three concentric cooling coils / H. P. Skelland, N. M. Hassan // Chemical Engineering Science. — 1999. — N. 19. — P. 4273-4284.

11. Joosten, E. H. The Suspension of Floating Solids in Stirred Vessels / E. H. Joosten // Chemical Engineering Research and Design. — 1977. — N. 55. — P. 220-222.

12. Reed, X. B. Laser-Doppler Measurement of Turbulence in а Standard Stirred Tank / X. B. Reed, M. Princz, S. Hartland // Proc. 2nd Euro. Conf. Mixing / UK. — Paper В1 Cambridge, 1977.

— P.1-26.

13. Popiolek, Z. An Experimental Study of Steady and Unsteady Flow Characteristics of Stirred Reactors / Z. Popiolek, M. Yianneskis, J. H. Whitelaw // Journal of Fluid Mechanics. — 1987.

— N. 175. — C. 537-555.

14. Rutherford, K. The influence of Rushton impeller blade and disc thickness on the mixing characteristics of stirred vessels / K. Rutherford // Chemical engineering research & design. — 1996.

— N. 74 (3). — P. 369-378.

15. Hofken, M. Novel hyperboloid stirring and aeration system for biological and chemical reactors / M. Hofken, F. Bischof, F. Durst // Industrial Applications of Fluid Mechanics. — 1991. — N. 132 (47). — P. 47-56.

16. Yaziciolu, O. Experimental investigation of the agitation of complex fluids / O. Yaziciolu. — Turkey. : Middle east technical university, 2006. — 159 p.

17. Nouri, J. M. Flow characteristics of hyperboloid stirrers / J. M. Nouri, J. Whitelaw // Canadian Journal of Chemical Engineering. — 1994. — N. 10 (72). — P. 782-791.

18. Pinho, F. T. Power consumption and suspension criteria for two-phase flow in a stirred vessel powered by a hyperboloid impeller [Электронный ресурс] / F. T. Pinho, A. S. Cavadas. -Режим доступа: https://paginas.fe.up.pt/~fpinho/pdfs/C0BEM01sus.pdf, свободный. - Загл. с экрана.

19. Hofken, M. About the Design of Mixing Systems for Anaerobic and Anoxic Basins for Large Wastewater Treatment Plants [Электронный ресурс] / M. Hofken, W. Steidl, P. Huber; innovation for nature. - Poster. - Germany: INVENT: Umwelt- und Verfahrenstechnik GmbH & Co. KG, 2002. - Режим доступа: http://www.invent-uv.de/assets/Dokumente/Veroeffentlichungen/Poster/Hfken-M.-Steidl-W2.-Huber-P-2002-About-the-Design-of-Mixing-Systems-for-Anaerobic-and-Anoxic-Basins-for-Large-Wastewater-Treatment-Plants.pdf - Загл. с экрана.

20. Виноградов, С. Н. Конструирование и расчет элементов аппаратов с перемешивающими устройствами: Учеб. пособие / С.Н. Виноградов, К.В. Таранцев, Г.Н. Мальцева. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004.-128 с

21. РД 26-01-90-85. Механические перемешивающие устройства. Метод расчета. -Взамен РТМ 26-01-90-76; введ. 1986-01-01. - М.: СОЮЗХИММАШ, 1985. - 136 с.

22. Холланд, Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов / Ф. Холланд, Ф. Чапман. — М.: Химия, 1974. — 208 с.

23. Иванец, В. Н. Методы интенсификации гидромеханических процессов: учебное пособие / В. Н. Иванец, Б. А. Лобасенко. — Кемерово.: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2003. — 84 с.

24. Teychene, S. Reactive crystallization: from mixing to control of kinetics by additives / S. Teychene, I. Rodriguez-Ruiz, R. K. Ramamoorthy // Current Opinion in Colloid & Interface Science.

— 2020. — N. 46. — P. 1-19.

25. Харькина, О. В. Эффективная эксплуатация и расчет сооружений биологической очистки сточных вод / О. В. Харькина. — Волгоград.: Панорама, 2015. — 433 с.

26. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. - Введ. 1986—0101. М. : Союзводоканалпроект Госстроя СССР, 1985. - 91 с.

27. ГОСТ 25150-82. Канализация. Термины и определения. - Введ. 1983-07-07. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1982. - 11 с.

28. Абиев, Р. Ш. Применение перемешивающих устройств для очистки сточных вод: сравнение гиперболических мешалок с ближайшими аналогами / Р. Ш. Абиев, А. Н. Григорьева // Безопасность жизнедеятельности. - 2018. - № 9(213). - С. 25-31.

29. Баженов, В. И. Погружные мешалки, как перспективное направление научно-исследовательских работ / В. И. Баженов, С. М. Божьева // Инженерный вестник. — 2015. — № 7. — C. 19-28.

30. Systeme zur Belüftung und Durchmischung von Belebungsanlagen - Teil 1: Planung, Ausschreibung und Ausführung / Merkblatt DWA-M 229-1. - 2017.

31. Патент № 2683078 C1 Российская Федерация, МПК B01F 7/18, B01F 7/26. Перемешивающее устройство: № 2018120860: заявл. 06.06.2018: опубл. 26.03.2019 / Р. Ш. Абиев, А. Н. Григорьева; заявитель Непубличное акционерное общество "Астерион".

32. Paul, E. L. Handbook of industrial mixing: science and practice / E. L. Paul, V. A. Atiemo-Obeng, S. M. Kresta. — New Jersey. : Jhon Wiley & Sons. Inc., 2004. — 1359 p.

33. Костин, Н. М. Изучение процесса перемешивания. Определение скорости движения жидкости в аппаратах с пропеллерной мешалкой / Н. М. Костин, И. С. Павлушенко // Труды ЛТИ им. Ленсовета. Госхимиздат. — 1957. — № 5. — C. 131-144.

34. Jirout, T. Electrochemical Measurement of the Impeller Speed for Off-Bottom Suspension in Dish-Bottomed Vessel / T. Jirout, J. Moravec, F. Rieger // Chemical and process engineering. — 2006. — N. 27 (4). — P. 1507-1516.

35. Павлова, Э. А. Теоретико-экспериментальная трехзонная модель циркуляции жидкости в аппаратах с мешалками / Э. А. Павлова, А. Н. Луцко // Теоретические основы химической технологии. - 2016. - Т. 50. - № 6. - С. 709-713. - DOI 10.7868/S0040357116060130.

36. Минибаева, Л. Р. Тестирование k-s моделей турбулентности для расчета поля скорости в аппаратах с шестилопастными мешалками с наклонными под углом 45° лопатками / Л. Р. Минибаева, А. Г. Мухаметзянова, А. В. Клинов // Вестник казанского технологического университета. — 2011. — № 14. — C. 223-229.

37. Минибаева, Л. Р. О влиянии конструкции перемешивающего устройства на характеристики потока в аппаратах с многоярусными мешалками / Л. Р. Минибаева, А. Г.

Мухаметзянова, А. В. Клинов // Вестник Казанского технологического университета. — 2010.

— № 11. — C. 201-210.

38. Васильцов, Э. А. Аппараты для перемешивания жидких сред : справочное пособие / Э. А. Васильцов. — Л.: Машиностроение, 1979. — 272 с.

39. Расчет полей скоростей и давления в аппарате с лопастной мешалкой / Р. Р. Дмитричева, В. В. Бронская, Г. В. Мануйко [и др.] // Вестник Технологического университета.

— 2016. - Т. 19. - № 21. - С. 124-126.

40. Ranade, V. V. Flow generated by a disc turbine. I: Experimental / V. V. Ranade, J. B. Joshi // Chemical Engineering Research and Design. — 1990. — N. 68 (1). — P. 19-33.

41. Войтович, Р. О возможности использования различных моделей турбулентности для расчета гидродинамических и энергетических характеристик аппаратов с турбинными мешалками / Р. Войтович, A. A. Липин, Я. Талага // Теоретические основы химической технологии. - 2014. - Т. 48. - № 4. - С. 386. - DOI 10.7868/S0040357114020146.

42. Карпачева, С. М. Основы теории и расчета горизонтальных пульсационных аппаратов и пульсаторов / С. М. Карпачева, Л. С. Рагинский, В. М. Муратов. — Л.: Атомиздат, 1981. — 192 с.

43. Брагинский, В. И. Моделирование аэрационных сооружений для очистки сточных вод / В. И. Брагинский, Л. Н. Евилевич, М. А. Бегачев. — Л.: Химия, 1980. — 143 с.

44. Rieger, D. Suspension of solid particles / D. Rieger // Chemical Engineering Science.

— 1994. — N. 49. — P. 2219-2227

45. Lin, F. Y. EKATO Handbook of Mixing Technology / F. Y. Lin, S. Shao. — Schopfheim: Wear, 1991. — 143 p.

46. Плановский, А. Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии / А. Н. Плановский, П. И. Николаев. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1987.

— 496 с.

47. Идельчик, И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И. Е. Идельчик ; под ред. М. О. Штейнберга. - М. : Машиностроение, 1992. - 672 с.

48. Дытнерский, Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: учеб. для студентов хим.-технол. специальностей вузов / Ю. И. Дытнерский. — 3-е изд. — М.: Химия, 2002. — 399 с.

49. Estimating Just Suspension Speed for Stirred Reactors Using Power Measurement / R. Shazrin, R. Shah, B. Sajjadi etc. // Research Communication in Engineering Science & Technology.

— 2019. — N. 1. — P. 1-5.

50. Zwietering, T. N. Suspending of solid partiicles in liquid by agitators / T. N. Zwietering // Chemical Engineering Science. — 1958. — N 28. — P. 244-253.

51. Suspension Characteristics of Fine Particles at High Loadings in Flat and Dished Base Tanks / N.S. Janurin, C.E. Choong, Z. Zamzam, S. Ibrahim // 16th European Conference on Mixing -Mixing 16. — Toulouse, 2016. — P.1-4.

52. Baldi, G. Complete suspension of particles in mechanically agitated vessels / G. Baldi, R. Conti, E. Alaria // Chem. Eng. Sci. — 1978. — № 33. — P.21-25.

53. Ayranci, I. Critical analysis of Zwietering correlation for solids suspension in stirred tanks / I. Ayranci, S. M. Kresta // Chemical engineering research and design. — 2014. — № 92. — P.413-422.

54. Bart, C. H. Venneker Population Balance Modeling of Aerated Stirred Vessels Based on CFD / C. H. Bart Venneker, J. Jos Derksen, E. A. Harrie Van den Akker // AIChE Journal. - 2002.

- вып. 4, № 48. - P. 673-685.

55. Дихтярь, Т. В. Исследование зависимости эффекта очистки сточных вод в аэротенке от диаметров пузырьков воздуха / Т. В. Дихтярь, Д. И. Бобровский // Учебные запискиг крымского инженерно-педагогического университета. - 2006. - С. 65-67.

56. Григорьева, А. Н. Влияние геометрии перемешивающего устройства на диаметр пузырьков воздуха при перемешивании в системе газ-жидкость / А. Н. Григорьева, Р. Ш. Абиев // Химическая промышленность сегодня. - 2019. - № 5. - С. 18-22.

57. Соколов, В. Н. Газожидкостные реакторы / В. Н. Соколов, И. В. Доманский. - Л.: Машиностроение, 1976.

58. Барабаш, В. М. Обзор работ по теории и практике перемешивания / В. М. Барабаш, Р. Ш. Абиев, Н. Н. Кулов // Теоретические основы химической технологии. - 2018. - Т. 52. - № 4. - С. 367-383. - DOI 10.1134/S0040357118040024.

59. Гудков, А. Г. Биологическая очистка городских сточных вод: учебное пособие / А. Г. Гудков. - Вологда. : ВоГТУ, 2002. - 127 с.

60. Мешенгиссер, Ю. М. Теоретическое обоснование и разработка новых полимерных аэраторов для биологической очистки сточных вод: дис. д-ра техн. наук: 05.23.04 / Мешенгиссер Юрий Михайлович. - М., 2005. - 308 c.

61. Интенсификация работы мелкопузырчатых систем аэрации аэротенков за счет использования перемешивающих эрлифтных устройств / С. Ю. Андреев, А. М. Исаева, Т. В. Малютина, И. В. Пантюшов // Региональная архитектура и строительство. - 2008. - № 2. - С. 63-69.

62. Sauter, J. Die Grössenbestimmung der in Gemischnebeln von Verbrennungskraftmaschinen vorhandenen Brennstoffteilchen / J. Sauter // VDI-Forschung-sheft. - 1926.

- № 279; 1928. - № 312.

63. Stenstrom, M. Measurement of oxygen transfer in clean water / М. Stenstrom // American Society of Civil Engineers. - 2007. - С. 3-6.

64. Данилович, Д. Практика сравнения современных аэрационных систем / Д. Данилович // Наилучшие доступные технологии. - 2015. - №2.

65. Федорова, А. В. Критерии выбора аэрационной системы для биологических очистных сооружений / А. В. Федорова // Экология производства. - 2014. - Т. 8. - С. 41-45.

66. Титков, А. А. Компоративный анализ современных систем аэрации природных и сточных вод: Материалы Международной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Наука, технология, техника: перспективные исследования и разработки». -Воронеж, 2014. - С. 414-423.

67. Zhen, H. Oxygen-transfer measurement in clean water / H. Zhen, P. Anurak, M. Warawitya // The journal of KMITNB. - 2003. - VII. - № 1. - p. 14-19.

68. Рамм, В. М. Абсорбция газов / В. М. Рамм. - Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Химия, 1976. - 656 с.

69. Гетманцев, С. В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами / С. В. Гетманцев, И. А. Нечаев, Л. В. Гандурина ; С. В. Гетманцев, И. А. Нечаев, Л. В. Гандурина. - Москва : Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2008. - 271 с. - ISBN 9785930935738.

70. Тагер, А. А. Физикохимия полимеров / А. А. Тагер. - Изд. 3-е перераб. - М.: Химия, 1978. - 545 с.

71. Фролов, В. С. Приготовление порошкообразных флокулянтов на углеобогатительных предприятиях Кузбасса / В. С. Фролов, В. И. Удовицкий // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - № S7. - С. 240-243.

72. Вейцер, Ю. И. Высокомолекулярные флокулянты в очистке сточных вод / Ю. И. Вейцер, Д. М. Минц - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1984. - 200 с.

73. Ульрих, Е. В. Изучение реологических свойств флокулянтов / Е. В. Ульрих, Т. В. Шевченко, А. Н. Пирогов, Ю. С. Мидуцина // Химическая промышленность сегодня. - 2011. -№ 5. - С. 25-28.

74. Хенце, М. Очистка сточных вод / М. Хенце: пер. с англ. Мосоловой Т. П. - М.: Мир, 2006. - 480 с.

75. Запольский, А. К. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение / А. К. Запольский, А. А. Баран. - Л.: Химия, 1987.

76. Аксенова, В. И. Применение флокулянтов в системах водного хозяйства: учебное пособие / В. И. Аксенова, Ю. В. Аникин. - Екатеринбург.: УГТУ-УПИ, 98 с.

77. Бай, Ши-И. Турбулентное течение жидкостей и газов / Ши-И Бай: пер. с англ. Морозовой М. Г. - М.: Издательство иностранной литературы, 1962. - 235 с.

78. МП 2550-0094-2008 Микровертушки гидрометрические ГМЦМ-1: методика поверки. - введ. 2008-05-11. - СПб.: ГЦИ СИ «ВНИИМ им.Д.И.Менделеева , 2008.

79. Морданов, С. В. Методика определения полезной мощности привода механического перемешивающего устройства / С. В. Морданов, С. Н. Сыромятников // ЦНБ УрО РАН : сборник научных трудов. / под ред. П. П. Трескова; сост. О. А. Оганова, Т. В. Пирожок - Екатеринбург, 2011. - С. 254-264.

80. Патент № 2738083 C1 Российская Федерация, МПК B01F 3/08. Перемешивающее устройство: № 2020121166: заявл. 26.06.2020: опубл. 07.12.2020 / А. Н. Григорьева, Р. Ш. Абиев; заявитель Непубличное акционерное общество "Астерион".

81. Григорьева, А. Н. Сравнительный анализ влияния геометрической формы рабочих колес перемешивающих устройств на эффективность суспендирования в системе жидкость - твердое / А. Н. Григорьева, Р. Ш. Абиев // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). - 2018. - № 45(71). - С. 94-97.

82. Nauman, Е. В. Мixing is а progmatic, hightechnology discipline that impacts а 11 areas of processing / E. B. Nauman, A. W. Etchells, G. B. Tatterson // Chem. Eng. Progress. - 1998. - вып. 84. - № 5. - P. 58-69.

83. Oldshue, J. Y. Fluid Mixing Technology / J. Y. Oldshue. - New York.: McGraw-Hill Co, 1983. - 574 p.

84. Chapman, C. M. Particle-Gas-Liquid Mixing In Stirred Vessels. Part II: Gas-liquid mixing / C. M. Chapman, A. W. Nienow, M. Cooke, J. C. Middeton // Chem. Eng. Progress. - 1983. -V. 61. - № 2. - P. 82-95.

85. On bubble size distribution in aerated stirred gas liquid dispersions / V. Kudrna, V. Machon, A.W. Pacek, A.W. Nienow // In.: Proc. 12th Int. Congress of Chem. and Process Eng. / Czech Republic. — Praha, 1996. — C.72-113.

86. Аткинсон, Б. Биохимические реакторы / Б. Аткинсон. - М.: Пищевая промышленность, 1979. - 280 p.

87. Calderbank, P. H. Physical Rate Processes In Industrial Fermentation. Part I: Тhеintefacial area in gas -liquid contacting with mechanical agitation / P. H. Calderbank // Trans. Inst. Chem. Engrs. - 1958. - V. 36. - № 5. - P. 443-448.

88. Барабаш, В. М. Теория и практика перемешивания в жидких средах: Тезисы докл. VI Всесоюзн. конф. по теории и практике перемешивания в жидких средах / В. М. Барабаш, Л. Л. Лалакина, В. С. Васильева. — Л.: МГО "Технохим". НПО "ЛенНИИхиммаш", 1990. — 206 с.

89. Ostergaard, K. Gas - liquid - particle operations in chemical reaction engineering / K. Ostergaard // Advances in chemical engineering. — 1968. — № 7. — C. 71-138.

90. Stenstrom, M. Measurement of oxygen transfer in clean water: ASCE standard / M. Stenstrom. — Virginia.: American Society of Civil Engineers, 2007. — 48 p.

91. Евменова, Г. Л. Гомогенизация растворов высокомолекулярных полимеров при флокуляции угольных дисперсий / Г. Л. Евменова, А. А. Байченко // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 1999. — № 3. — C.128-129.

92. Гандурина, Л. В. Очистка сточных вод с применением синтетических флокулянтов. Монография / Л. В. Гандурина. — М.: ЗАО "ДАР/ВОДГЕО", 2007. — 198 с.

93. Фисенко, В. Н. Жизненный цикл погружных центробежных насосов в водозаборных скважинах / В. Н. Фисенко // Водоснабжение и санитарная техника. - 2017. - № 7. - С. 54-63.

Приложение А. Акт о внедрении конических мешалок в АО «Святогор»

Нажищий itr СИЩЖйьСтвует о том, чю научная группа и .икце Аинена P.IEI. н Григорьевой А.Н. представила, a OAU «Срятотор» внедрил;

— предложения по модерпизаиии аппарата с мешдлкой, предназначенной для н^С1грали;*и.сииин серной кислоты известковым молоком,

- проект замены логасшой мешалки на разработанное авторами перемсишжици устройство (пат-РФ № 2 6S3 ft7S}.

Результаты внедрения научных исследований излучены аспирантом [ ригорьевой АЛ. под руководством л.г.:;., проф. Абнсва Р.Ш.

!- Краткое описание и осповные технические характеристики внедренной продукции, отличительные черты, положительные качества и телишко-задаемнадвОй преимущества.

С не пользованием методнки разрабол;и аппаратурного оформлезгия аппарата нейтрализации серной кислоты создан проект модерниюци и с ЗМКнсй лопастной мешалки на коническую: мешалка была расположена непосредственно у дна на рассндяннн 500 мм. Изменена технологическая рахисы меи галки с непрерывной работы на переменный режим: аппарат наполняется известковым маликам ;(о «тмегки 13(10 мм от дна, включаете л мешалка и начинав ся иоайНй верной кислоты параллельно с эиюдшешкн аппарата свежим известковым мотоком. Поступлеинл киелчтгы организовано в soné рабО[ы jjojjíhticíí. чти позволяет про&одаш. редкцяю быстро, г.к. кис лога попддает в sohv максимальных турбулентных пульсаций. Благодаря особой геометрии перемешивающего устройства (и находящий лоток, силы действутощие на подшёпннен направлены не вверх, как у лопастной мешалки, а к:ни;+. Тащим образом, подшипники мотор-редуктора разгружаются) удалось избежать установки довошщ 1С ДШИ подшипниковых опор, что несомненно идет к удешевлению мешалка к упрощению конструкция, л следовательно и к более легкому технического регламентного обслуживании агрегата. Лопасти мешалки и moot обтекаемую форму, чл] позволяет счнчепъ энергетические зазрагы. Благодаря модернизации аппарата время реакции снизилось с мннут jo 38, что позволило увелич(пъ производительность реактора в I раза.

1. Уровень н масштаоы ьнедрсния^ кинкретньк показатели, xapaKeipnitvifiiniie результаты внедрения,

GAO аСнчтогор» производит 3Ü0 тыс. т в гол контактной серной кнеттти, наличие сбыта которой носит, кал правил^ сезонный характер, а та* же зависит от ежегодно повышающихся фе*юванин потребителей к качесгиу кислоты. Решение о возведении совершенно нового промышленное «бьсеггя на ОАО «Ссдтоюрм было обусловлено нестабильностью рынка сбыта серной кислоты и принято штрскторятом ООО «У ГМК-Холдинг» в марте 1013 г. Суммарные вложения ОАО ^кСвятогорм лрш реализации дйегного

Киров* vít, д.. i, Г. KpauMuypiLTLLK, {^сц.у1пьгкая PpccpilcKM &2433Q

фзи^- (3¿343) 2- L9-64, е-ллай' ^anoeorg^m

_Ni_

от

проекта «ставили порядка м,тн руб (в пенах 2013 года). Чадим образом, увеличение производительности веек реакторов в 1,6 раза позволит получить предприятию ^койомягаескую выгоду б размере затрат на капитальное строительство дополнительны?! реахторов. Снижение потре*>.1кемой №ищостн иерсмещнваюпшк устройств позволяет экономить ([7,5-5,5] Кет* 3,1 руб/час*7920 часов рйбты мешалки в галу с уэ&гом коэффициента использования оборудования 0,85*6 мешалок) 294 624 руб а год на 6 реакторах. Экономия при замене лопастной цшипен ка конит-сскую составит 1350 ООО руб (стоимость чешйлкн из нержзвейшей стали примерно 3900 тыс р^й).

3. Выводы: Разработанное гтеремейентеанддее устройство могут эффективно использоваться па ОАО Святогор, ачахже других предприятиях горпометалтурпЕческой промышленности.

СОГЛАСОВАНО АО «Святогор»: Главны]! ннжепер Начальник челки чесну ту отл-сла Глйвпьгй химик