О сепарации тонкоизмельчённых частиц при центрифугировании в жидких средах

Авторы

  • A. B. Kydyrbekuly Казахский национальный университет имени аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан
  • A. Sh. Rahmetolla Научно-исследовательский институт математики и механики, Алматы, Республика Казахстан
  • G. E. Ibraev Казахский национальный университет имени аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан
  • А. Zh. Rakhimzhanova Казахский национальный университет имени аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.26577/jmmcs-2018-2-397

Ключевые слова:

сепарация, оседание, центрифуга, многофазная жидкость, роторная система, деметаллизация нефти

Аннотация

Данная работа посвящена исследованию процессов центрифугирования, являющихся одними
из наиболее сложных процессов технологии. Использование действия поля центробежных
сил для разделения неоднородных жидких систем в роторной системе (центрифуге)
весьма эффективно. Разделяемость центрифугируемых материалов, многофазность
дисперсной системы, соотношение между фазами обуславливают неоднозначность процессов
центрифугирования, и поэтому не всегда существует возможность точного прогноза и
оценки основных характеристик разделения гетерогенных систем в центробежном поле
сил. Для качественной оценки основных характеристик сепарации, такие как угловая
скорость вращения, зависимость углов наклона стаканов от угловой скорости, время
оседания частиц и т.д., построена математическая модель вертикальной роторной системы.
Ротор представляет собой круглый диск, на котором симметрично подвешены стаканчики
(пробирки) с многофазной жидкостью. Рассматривается частный случай фиксированного
ротора. Получены нелинейные дифференциальные уравнения движения частицы суспензии,
которые точного решения не имеют. Исследование проводится аналитическими и численными
методами. Получены зависимости углов наклона пробирок от угловой скорости вращения ротора,
кривые седиментации, позволяющие оценить время осаждения частиц, а также влияние
гранулометрического состава на процесс сепарации в целом. Результаты исследования данной
работы позволяют с достаточной точностью определить все необходимые характеристики
рабочего процесса седиментации, а также позволяют в определенных случаях исключить
проведение экспериментальных работ. Результаты работы подтверждают физический смысл
процесса, рассматриваемого в задаче, что может служит обоснованием использования и
внедрения данной математической модели в промышленном производстве.

Библиографические ссылки

1. Canter N., “Separation of oil from emulsions,” Tribology & Lubrication Technology 73-2(2017):14-15.
2. Burrows A., “Oil and Gas High performance separation,” FILTRATION & SEPARATION 52-2 (2015):1.
3. Sokolov V.I., Centrifugirovanie [Centrifugation]. Moscow: Chemistry, (1976):407.
4. Shkoropad D.E, Novikov O.P., Centrifugi i separatory dlja himicheskih proizvodstv [Centrifuges and separators for chemical industries]. Moscow: Chemistry, (1987):256.
5. Krzysztof Ligier, “Methods of diagnosing an acww 1000 sugar centrifuge with the use of vibration processes,” Technical sciences 11(2008):289-300.
6. Janusz Zachwieja, Krzysztof Ligier, “Numerical analysis of vertical rotor dynamics of ACWW 1000 centrifuge,” (paper presented at a Journal of theoretical and applied mechanics, 257-275, 2005).
7. Fischer J., Strackeljan J., “Stability Analyses of High Speed lab centrifuges considering internal damping in rotor shafts,” Technische Mechanik 26-2 (2006):131–147.
8. Babenko A.E., “Dynamics of a centrifuge on a nonlinearly elastic base,” Vestnik NTUU "KPI". Mechanical engineering 61 (2011):91-94.
9. The patent 3729128 USA, B1;233/1R,1B/ High Pressure Centrifuge Lubrication System/Reed, Karl Gardner; 24.04.1973.
10. The patent 6530871, USA, B1;256/1R,1B/ Methods for separating constituents of biologic liquid mixtures/ Nash; John E.;11.03.2003.
11. The patent 67478, RU U1;415,1A,5B/ Inverting filter centrifuges/Alekseyev A.V.;04.05.2007.
12. The patent 2622946, RU C2;13,3A,6C/ Extractor-Type Centrifuge/Aslanov G.G.;22.03.2013.
13. The patent 03258359, JPH А;104,2C,7D/ High Performance Fixed Angle Rotor/Yamanaka S.;18.11.1991.
14. The patent 03/086571,WO A1;405,4D,5D/Sliding discharge centrifuges/Miln K.;23.10.2003.
15. The patent 19922237, DE A1;603, Z,7,1AA/ High Capacity Swinging Bucket /Damgard A; 07.12.2000.
16. Proshin, I.A., Burkov V.V., “Mathematical modeling of centrifugation processes,” Bulletin of VSTU Т.11.
17. Please C.P., Fowkes N.D., Mason D.P., Khalique C.M., Hutchinson A., Rademeyer M.C., Loubser R., and Davis S., “Extraction of Molasses from Sugar Crystals in a Centrifuge,” Mathematical Modelling and Analysis 19-3 (2014):347-358.
18. Childs D., Turbomachinery rotordynamics phenomena: Modeling and Analysis. (Wiley-Interscience, 1993).
19. Kydyrbekuly A.B., Khajieva L.A., Ybraev G.E., “Researching of the Method of Separation of Fine-Grain Particles by Centrifugation in a Liquid Medium ” (paper presented at Proc.12th International Conference on the Theory of Machines and Mechanisms, ADVANCES IN MECHANISM DESIGN II, Mechanisms and Machine Science, 105-116, 2017).
20. Sokolov V.I., Sovremennie promishlennie centrifugi [Modern industrial centrifuges]. Moscow: Mashinostroenie, (1967):524.

Загрузки

Опубликован

2018-08-29