Карпушкин С. В., Мартьянов Е. И.
Рассмотрены две методики оптимизации параметров механических перемешивающих устройств (МПУ) вертикальных емкостных аппаратов: основанная на рекомендациях руководящего документа НИИХИММАШ; основанная на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье – Стокса с применением системы конечно-элементного анализа и технологии многофакторного вычислительного эксперимента. Приведены результаты проверки адекватности разработанной математической модели ПМП по результатам экспериментов на лабораторной установке и полупромышленном аппарате, исследования влияния параметров МПУ на эффективность перемешивания. Для персонала промышленных предприятий, технологии производства продукции которых включают применение МПУ для реализации ПМП, а также для обучающихся в магистратуре по направлению 15.04.01 «Машиностроение», в аспирантуре по специальности 2.6.13 «Процессы и аппараты химических технологий».
1. ВВЕДЕНИЕ 5
2. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ 9
2.1. Инженерные методы расчета механических перемешивающих устройств 9
2.1.1. Аппараты без внутренних устройств 9
2.1.2. Аппараты с дополнительными внутренними устройствами 13
2.2. Методы оценки эффективности механических перемешивающих устройств 16
2.2.1. Перемешивание взаимно растворимых жидкостей 16
2.2.2. Перемешивание суспензий 17
2.2.3. Перемешивание взаимно нерастворимых жидкостей 21
2.2.4. Перемешивание газожидкостных систем 23
2.2.5. Перемешивание при растворении в системе жидкость – твердая фаза 26
2.3. Методы математического моделирования процесса механического перемешивания 29
2.3.1. Существующие методы численного моделирования ПМП 29
2.3.2. Уравнения Навье – Стокса для моделирования процесса механического перемешивания 31
2.3.3. Применение осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье – Стокса для исследований ПМП в аппаратах с МПУ 37
2.3.4. Предложения по оценке эффективности механического перемешивания 43
2.4. Системы моделирования ПМП 45
3. ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ 48
3.1. Задача определения параметров МПУ, оснащаемых стандартными мешалками и мотор-редукторами 49
3.2. Задача определения параметров МПУ с применением системы конечно-элементного анализа 53
3.2.1. Математическая модель ПМП в вертикальном емкостном аппарате с МПУ 53
3.2.2. Проверка адекватности математической модели процесса механического перемешивания 56
3.2.3. Критерий эффективности процесса механического перемешивания 64
4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ 67
4.1. Алгоритмы решения задач 67
4.2. Примеры решения задач оптимизации параметров МПУ вертикальных емкостных аппаратов 72
4.2.1. Решение задачи определения параметров МПУ и мотор-редуктора для стандартного аппарата 72
4.2.2. Решение задачи оптимизации параметров МПУ лабораторного аппарата с применением системы конечно-элементного анализа 75
4.3. Программная реализация методики оптимизации конструкции и режима функционирования МПУ 82
4.4. Оптимизация МПУ в промышленном аппарате 85
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 91
