Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИЙ ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАССООТДАЧИ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

Авторы:
Город:
Ангарск
ВУЗ:
Дата:
31 июля 2016г.

При реализации любой химической технологии в промышленных масштабах акцент с вопроса о химическом взаимодействии реагентов переходит к решению проблем технического характера. На данном этапе крайне остро встают вопросы об эффективности таких физических процессов как тепло- и массообмен. Успешность их разрешения напрямую влияет на экономическую составляющую технологии и на возможность ее реализации в химической промышленности. В этой связи исследования, направленные на интенсификацию технологических процессов за счет повышения скорости тепло- и массопередачи, остаются актуальными.

Одним из способов эффективного ускорения процессов тепло- и массообмена в жидкостях и газах является воздействие на них механических вибраций [2]. Этому направлению в исследованиях посвящено большое количество научных трудов, причем интерес к рассматриваемой теме остается и по настоящий момент времени.

Механические колебания оказывают комплексное воздействие на жидкости и газы. Детальное изучение механизма такого воздействия возможно при помощи экспериментальных исследований элементарных актов массоотдачи от твердых вибрирующих поверхностей. В этой связи представляет интерес изучение влияния различных факторов на такой массообменный процесс как сублимация твердого вещества в поток газа.

В литературе [1] приводятся данные по исследованию сублимации льда в вакууме при воздействии механических колебаний. Результаты проведенных экспериментов показали, что при глубоком вакууме (0,1 мм рт. ст.), температуре среды 120°С, амплитудах колебаний порядка 0,1 – 0,4 мм и частотах в пределах до 200 Гц наблюдается существенное повышение интенсивности массоотдачи.

Нами проведено экспериментальное исследованиие влияния механических колебаний на процесс сублимации нафталина с твердых поверхностей различной геометрической формы. Для этого была собрана экспериментальная установка, схема которой представлена на рисунке 1.


Рисунок 1. Схема экспериментальной установки для исследования влияния механических колебаний на сублимацию нафталина:

(1 – стойки; 2 – горизонтальные площадки; 3 – электродинамический преобразователь; 4 – шток; 5 – датчик акселерометра; 6 – компьютер для обработки данных с акселерометра; 7– исследуемый элемент; 8 – труба; 9 – резиновая диафрагма; 10 – водяная рубашка; 11 – водяной термостат; 12 – термопара; 13 – цифровой термометр; 14 – воздушный компрессор; 15 – регулировочный вентиль; 16 – ротаметр; 17 – воздуховод; 18 – отводящий воздуховод; 19 – силовой кабель; 20 – усилитель мощности; 21 – компьютер- генератор сигнала звуковой частоты)

Основанием установки являлись четыре стойки 1. К ним прикреплялись две горизонтальные площадки 2. На верней площадке смонтирован источник механических колебаний 3, представляющий собой электродинамический преобразователь. Для передачи колебаний к исследуемому образцу использовался алюминиевый шток 4. К штоку в его верхней части крепился датчик акселерометра 5. Информация с датчика выводилась на компьютер 6, где обрабатывалась при помощи специализированного программного обеспечения. В нижней части штока 4 на резьбовом зажиме закреплялся исследуемый элемент 7 в форме сферы или диска  с нанесенным на поверхность слоем нафталина. Наращивание слоя проводилось путем многократного погружения элемента в предварительно расплавленный нафталин. Толщина образующегося слоя составляла ~1 мм. Диаметр сферы по внешнему слою нафталина составлял 37 мм, диаметр плоского диска – 60 мм.

Для термостатирования газовой среды, окружающей исследуемый элемент, последний был помещен в вертикальную трубу 8 со внутренним диаметром 74 мм и длиной 700 мм, выполненной из органического стекла. На наружной стороне трубы помещалась водяная рубашка 10, в которую из термостата 11 подавалась термостатирующая вода. Верхний конец трубы во время проведения экспериментов был герметично закрыт легкосъемной резиновой диафрагмой 9. Для контроля температуры в трубе 8 устанавливалась термопара 12. Измерение температуры проводилось цифровым термометром 13.

Для создания ламинарного тока воздуха в трубе 8 для отвода паров нафталина, образующихся при его сублимации, в нижнюю часть трубы подводился воздух, подаваемый компрессором 14 по воздуховоду 17. Для регулирования и контроля расхода воздуха были установлены регулирующий вентиль 15 и ротаметр 16. Отработанный воздух из трубы выходил по воздуховоду 18.

Преобразователь 3 посредством силового кабеля 19 подключался к усилителю мощности 20. Синусоидальное напряжение требуемой частоты поступало на вход усилителя от компьютера 21, на котором был установлен генератор звуковых колебаний.

Опыты проводились при температурах 43°С и 53°С, частотах колебаний экспериментальных элементов от 24 Гц до 200 Гц и различных амплитудах, контролируемых акселерометром. В ходе исследований по разнице масс до и после экспериментов оценивалось количество сублимированного нафталина и рассчитывался коэффициент массоотдачи процесса сублимации.

Первичная обработка полученных результатов показала, что на процесс сублимации нафталина наиболее существенным образом оказывает влияние форма исследуемого элемента. Наиболее ярко выраженный эффект наблюдался при расположении плоского диска перпендикулярно набегающему потоку воздуха при повышенных амплитудах колебаний. В количественном плане была отмечена прямопропорциональность зависимости коэффициента массоотдачи от колебательной скорости накладываемых вибраций. Полученные первичные качественные и количественные результаты согласуются с результатами ранее проведенных исследований по колебанию твердых поверхностей в жидкой среде [3, 4]. Для вывода более точных количественных зависимостей в настоящий момент времени проводятся дополнительные экспериментальные исследования процесса сублимации.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 16-38-00195).

 

 Список литературы

  

1.     Лебедев Д.П., Перельман Т.Л. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме. М.: Энергия, 1973.

2.     Новицкий Б.Г. Применение акустических колебаний в химико- технологических процессах. М.: Химия, 1983.

3. Семёнов И.А., Ульянов Б.А., Кулов Н.Н. Исследование течений жидкости, возникающих при вибрациях плоской поверхности // Теоретические основы химической технологии. 2013. Т. 47. № 4. С. 379-385.

4. Семёнов И.А., Ульянов Б.А., Кулов Н.Н. Экспериментальная оценка влияния колебаний на скорость массоотдачи от плоской поверхности // Теоретические основы химической технологии. 2016. Т. 50. № 3. С.239-244.