Характеристика роторно-пульсационных аппаратов (РПА). Технологические параметры РПА. Диаметр аппарата, его тепловые и конструктивные параметры, производительность. Ремонт и монтаж установки. Особенности применения РПА в фармацевтической промышленности.
При низкой оригинальности работы "Роторно–пульсационные аппараты, их характеристика, параметры и применение", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Проблемой, сдерживающей разработку аппаратов для интенсификации ХТП и методов их расчета, является недостаточность систематизации и комплексности в подходе к интенсификации химико-технологических процессов при импульсных энергетических воздействиях, в исследовании комплекса физических, физико-химических и химических явлений, возникающих в обрабатываемых веществах [1]. Анализ физико-химических эффектов, возникающих при акустическом, механическом, электрическом, магнитном, тепловом, радиационном и химическом воздействиях на вещества показал, что эти воздействия вызывают изменение агрегатного состояния (полное или частичное), изменение физико-химических свойств сплошной фазы, дробление или коагуляцию дисперсных частиц, гомогенизацию среды. В настоящее время одним из перспективных методов интенсификации химико-технологических процессов и повышения эффективности технологического оборудования (ТО) признаются методы, основанные на импульсных энергетических воздействиях с применением различных физико-химических эффектов, использующих внутренние и внешние источники энергии [9]. роторный пульсационный аппарат фармацевтический В период времени, когда каналы ротора перекрыты стенкой статора, в полости ротора давление возрастает, а при совмещении канала ротора с каналом статора давление за короткий промежуток времени сбрасывается и в результате этого в канал статора распространяется импульс давления [18]. При распространении в канале статора импульса избыточного давления, вслед за ним возникает кратковременный импульс пониженного ("отрицательного") давления, так как совмещение каналов ротора и статора завершилось, и подача жидкости в канал статора происходит только за счет транзитного течения из радиального зазора между ротором и статором.IMG_b94add77-3607-47b1-be41-c7397b7d6161В зависимости от производимого продукта загружают различное количество компонентов. Учитывая их массовое содержание и плотность определяют рабочий объем Vp, м3, компонентов по формуле Учитывая, что необходим запас объема, вычисляют объем аппарата V, м3 конструктивно. Учитывая необходимый объем, принимают конструктивно внутренний диаметр аппарата. Подача воды в теплообменную рубашку осуществляется от внутреннего горячего трубопровода с давлением не более 0,3 МПА и температурой 50-80 0С.IMG_311e79a0-9c07-4035-921e-a151ed0f6ee5
IMG_9e0b3545-6384-4976-9525-b0f1f16ca878
IMG_8e861433-06f2-4ff3-95a9-2db07f784314
IMG_7fa42c30-1bcc-4d9b-b011-4f311e038f32
IMG_5615b63e-797a-44e0-b58e-0032bd320c42
IMG_b6d3d8a5-b6ca-4e88-9d9d-b78b306a1ff7В связи с тем, что рабочая среда в аппарате химическая, то корпус емкости, а так же все детали, соприкасающиеся с продуктом изготавливаем из легированной стали 08Х18Н10Т. А так как в качестве теплоносителя в рубашке используется вода, то материалом для нее, для конического сопряжения корпуса аппарата и рубашки выбираем Сталь 20. Емкость изготавливается с коническим днищем и плоской крышкой (рис. Допускаемое напряжение [s], МПА: [s] = HЧS, (3.1.1) s* - нормативное допускаемое напряжение при данной температуре (табличная величина) гдеh - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки. Высота L, м, цилиндрической обечайки: IMG_ee21ae54-006a-472b-9ff4-eb3a0347e90d , (3.1.3) где V - объем аппарата, D - внутренний диаметр аппарата, Высота столба жидкости в цилиндрической части аппарата с коническим днищем lж, м, определяется по формулеТолщина цилиндрической обечайки Sp, м: а) при действии внутреннего давления. D - диаметр цилиндрической обечайки, по заданию j - коэффициент прочности сварного шва, j = 0,95 б) при действии наружного давления , (3.2.2) где К2 - коэффициент, определяемый по номограмме с учетом значений коэффициентов К1 и К3; Рн. р - расчетное наружное давление, IMG_cbb3393f-788d-469f-b726-46cd9be75621 , (3.2.3) где ny - коэффициент запаса устойчивости, для рабочих условий; Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки, м, определяется из условияТолщина стенки рубашки аппарата зависит от объема емкости аппарата и соответственно от внутреннего давления на обечайку рубашки (рис.3.3). Исполнительная толщина обечайки Sp, м, рубашки определяется по формуле: IMG_23b5237b-1586-4124-803f-ff167f199f7a , (3.3.1) где D2 - диаметр рубашки аппарата; Допускаемое внутреннее [P] р. ц, МПА, давление на обечайку рубашки: IMG_bc5ca4db-a4be-4ac3-b635-2ca26be8b28f , (3.3.3)Внутренний диаметр цилиндрической рубашки: IMG_cb2acb71-5143-45fc-8eb8-128a07605a9d (3.4.1) IMG_762793be-5d5b-4ffa-9257-db7e65e7e5c5 расчетная толщина стенки рубашки, мм: IMG_f6072c57-3f90-4aff-b20a-d1bee6ac6571 (3.4.3) гдеВыбираем якорную мешалку (рис.3.5), так как якорные мешалки относят к тихоходным, частота их вращения составляет 20-90 мин-1, окружная скорость на конце лопасти для вязких жидкостей составляет 2-3м/с. Якорные мешалки, наружный контур которых соответствует очертаниям днища и корпуса аппарата, применяют для перемешивания вязких сред и в случае подогрева через рубашку, для предотвращения пригорания продукта на стен
5. Применение РПА в фармацевтической промышленности
5.1 Экстрагирование с помощью РПА
5.2 Диспергирование с помощью РПА
6. Изготовление линимента бальзамического по Вишневскому с использованием РПА
Список литературы
Введение
Интенсификация химико-технологических процессов (ХТП) является одной из важных задач науки и техники. Основой увеличения производительности оборудования и снижения энергозатрат на проведение ХТП может служить создание и внедрение эффективных технологических аппаратов с малой удельной энергоемкостью и материалоемкостью, высокой степенью воздействия на обрабатываемые вещества. Подобные разработки базируются на принципиально новых инженерных решениях, теоретических и экспериментальных исследованиях физико-химических процессов в обрабатываемых средах при интенсивных импульсных воздействиях [3].
Научной базой для разработки аппаратов с импульсными энергетическими воздействиями на обрабатываемые вещества должна стать новая методология, учитывающая взаимное влияние энергетических полей, физико-химических эффектов, трансформацию и инверсию видов энергетического воздействия. Учитывая многогранность этих задач, актуальным является анализ комбинаций воздействий и их влияния на интенсивность ХТП. Проблемой, сдерживающей разработку аппаратов для интенсификации ХТП и методов их расчета, является недостаточность систематизации и комплексности в подходе к интенсификации химико-технологических процессов при импульсных энергетических воздействиях, в исследовании комплекса физических, физико-химических и химических явлений, возникающих в обрабатываемых веществах [1].
Анализ физико-химических эффектов, возникающих при акустическом, механическом, электрическом, магнитном, тепловом, радиационном и химическом воздействиях на вещества показал, что эти воздействия вызывают изменение агрегатного состояния (полное или частичное), изменение физико-химических свойств сплошной фазы, дробление или коагуляцию дисперсных частиц, гомогенизацию среды. Правильно выбранное и управляемое воздействие способствует интенсификации ХТП [2].
Анализ физических воздействий и физико-химических эффектов, возникающих в результате этих воздействий, позволил выявить общие закономерности их проявления. Приведены описания принципа действия и конструкций машин и аппаратов с импульсными энергетическими воздействиями на обрабатываемые вещества [16].
Увеличение скорости технологического процесса и производительности технологического оборудования, снижение его энергоемкости и материалоемкости, улучшение качества продукта - это основные цели, которые ставят перед собой проектировщики и конструкторы при разработке новых или модернизации известных конструкций машин и аппаратов. Для достижения этих целей разрабатывается и изготавливается новое высокоэффективное оборудование, применяются различные физико-химические эффекты и явления на основе научно-технического прогресса и новых технологических подходов в производстве различных продуктов [4].
Одними из наиболее эффективных способов и методов при решении подобных задач являются импульсные энергетические воздействия на обрабатываемые вещества. Технологическое оборудование, использующее эти эффекты, активно применяется в различных отраслях промышленности, особенно в химической и смежных с ней технологиях.
Под интенсификацией производственных (технологических) процессов в широком смысле понимают получение прямого или косвенного экономического эффекта за счет увеличения производительности, КПД, уменьшения энергоемкости и материалоемкости оборудования, длительности лимитирующих стадий, повышения качества продукта, эргономических и социальных показателей. Все перечисленные параметры являются технико-экономическими и социальными характеристиками (целевыми функциями) интенсификации [6]. При интенсификации ХТП предпринимают целенаправленное изменение какой-либо группы факторов, которые оказывают влияние на целевые функции. Все эти технико-экономические показатели во многом взаимосвязаны друг с другом. Так уменьшение длительности лимитирующих стадий технологического процесса обычно приводит к увеличению производительности, уменьшению энергоемкости и материалоемкости, способствует росту КПД [7].
В настоящее время одним из перспективных методов интенсификации химико-технологических процессов и повышения эффективности технологического оборудования (ТО) признаются методы, основанные на импульсных энергетических воздействиях с применением различных физико-химических эффектов, использующих внутренние и внешние источники энергии [9]. роторный пульсационный аппарат фармацевтический
В последнее время появилось много зарубежных и отечественных конструкций РПА различных типов - погружного, встроенного и проходного (проточного) типов.
РПА погружного типа обычно выполняются в виде мешалок, помещаемых в емкость с обрабатываемой средой. Для повышения эффективности перемешивания погружных РПА иногда устанавливают дополнительно к имеющимся мешалкам других типов (например, якорный).
Погружные РПА серийно выпускаются отечественной промышленностью под названием гидродинамических аппаратов роторного типа, а также рядом зарубежных фирм. Несмотря на конструктивную простоту погружных РПА, они не обеспечивают достаточно однородной обработки всей массы продукта.
Наибольшее распространение получили РПА проточного типа, рабочие органы которых смонтированы в небольшом корпусе, имеющем патрубки для входа и выхода обрабатываемой среды. При этом в большинстве конструкций обрабатываемая среда поступает по осевому патрубку во внутреннюю зону устройства и движется в нем от центра к периферии. Известны конструкции РПА, в которых обрабатываемая среда движется в обратном направлении, перемещаясь от периферии к центру. При таком движении степень турбулизации потока возрастает, одновременно с этим повышаются гидравлическое сопротивление аппарата, затраты электроэнергии и разогрев обрабатываемой среды. Отдельные модификации РПА могут иметь рабочие камеры с различным направлением движения потока [15].
РПА различных типов могут быть выполнены с вертикальным или горизонтальным приводным валом. Вертикальный вал имеет большинство погружных РПА, а также некоторые проточные РПА. Большинство проточных РПА выполняются с горизонтальным валом.
По количеству рабочих камер РПА могут быть однокамерными и многокамерными. Однокамерные аппараты имеют два диска с концентрическими рядами зубьев или цилиндрами с прорезями. Один или оба диска вращаются. В многокамерных аппаратах имеется более двух дисков с зубьями или перфорированными цилиндрами, в результате чего образуется две или более зоны активной обработки среды.
Кроме основных рабочих органов (цилиндров с прорезями, дисков), РПА могут иметь дополнительные рабочие органы, предназначенные для повышения эффективности их работы. Часто в качестве дополнительных элементов используют лопасти-ножи, устанавливаемые на роторе, статоре или корпусе. Лопасти на роторе позволяют значительно улучшить напорно-расходные характеристики РПА, повысить эффективность обработки потока во внутренней зоне и создать дополнительные ступени обработки [14]. Повышение эффективности РПА может быть достигнуто за счет установки в рабочем пространстве дополнительных рабочих органов, не связанных жестко с основными органами. В этом случае используют диспергирующие и другие дополнительные тела, обеспечивающие повышение эффективности диспергирования и степени турбулизации потока. Наличие инертных тел - шаров, бисера, колец и др., приводит к дополнительной интенсификации проводимых процессов измельчения [20].
Роторно-пульсационный аппарат (РПА) (рис.1.1) сочетает в себе принципы работы диспергатора, гомогенизатора и центробежного насоса. Путем пульсационных, ударных и других гидродинамических воздействий происходящих в РПА, изменяются физико-механические свойства производимых продуктов, снижается энергопотребление за счет интенсификации технологических процессов.
Роторно-пульсационные аппараты могут поставляться в виде автономных роторно-пульсационных установок. Роторно-пульсационные установки предназначены для тонкого измельчения, многократного перемешивания многокомпонентных (жидких и сухих) сред с целью получения высокодиспергированных эмульсий и суспензий, мазей, линиментов, а так же для интенсификации процессов экстрагирования [15].
Рис. 1.1 Роторно-пульсационный аппарат (внешний вид).
Принцип работы ротора заключается в следующем. Обрабатываемая жидкость подается под давлением или самотеком через входной патрубок 1 (рис.1.2), в полость 2, проходит через каналы ротора 3, каналы статора 4, рабочую камеру 5 и выходит из аппарата через выходной патрубок 6.
При вращении ротора его каналы периодически совпадают с каналами статора. Выходя из канала статора, жидкость собирается в рабочей камере и продвигается к выходному патрубку. В период времени, когда каналы ротора перекрыты стенкой статора, в полости ротора давление возрастает, а при совмещении канала ротора с каналом статора давление за короткий промежуток времени сбрасывается и в результате этого в канал статора распространяется импульс давления [18]. Скорость жидкости в канале статора является переменной величиной. При распространении в канале статора импульса избыточного давления, вслед за ним возникает кратковременный импульс пониженного ("отрицательного") давления, так как совмещение каналов ротора и статора завершилось, и подача жидкости в канал статора происходит только за счет транзитного течения из радиального зазора между ротором и статором. Объем жидкости, вошедший в канал статора, стремится к выходу из канала, и инерционные силы создают растягивающие напряжения в жидкости, что вызывает кавитацию. Кавитационные пузырьки растут при воздействии импульса пониженного давления и схлопываются или пульсируют при увеличении давления в канале статора. Часть кавитационных пузырьков выносится в рабочую камеру [19].
В связи с тем, что скорость потока жидкости в канале статора велика и имеет флуктуации, поток является турбулентным. При вращении ротора в зазоре между ротором и статором возникают большие сдвиговые напряжения. Рабочие поверхности ротора и статора воздействуют на жидкую гетерогенную среду за счет механического контакта, создавая высокие срезывающие и сдвиговые усилия [11].
Рис. 1.2 - Схема пульсационного аппарата роторного типа (диспергатора).
Пульсационные аппараты роторного типа (ПАРТ) (или диспергаторы) различных видов и модификаций нашли применение в гидромеханических и тепломассообменных процессах за счет широкого спектра факторов воздействия: механическое воздействие на частицы гетерогенной среды, заключающееся в ударных, срезывающих и истирающих нагрузках и контактах с рабочими частями ПАРТ;
гидродинамическое воздействие, выражающееся в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности пульсациях давления и скорости потока жидкости;
гидроакустическое воздействие на жидкость осуществляется за счет мелкомасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и вторичных нелинейных акустических эффектов [15].
Пульсационные аппараты роторного типа используются для обработки таких систем, как "жидкость - жидкость", "жидкость - твердое тело" и "газ - жидкость". Для каждого конкретного технологического процесса существуют определенные предпочтения в типе конструктивного и технологического оформления ПАРТ.
Общим недостатком ПАРТ является наличие "холостого хода", времени работы, когда каналы статора перекрыты промежутками между каналами ротора.
В этот момент возникают транзитные течения через радиальный зазор между ротором и статором, уменьшающие гидравлическое сопротивление аппарата и, в конечном счете, уменьшающие интенсивность акустических колебаний.
Чтобы избавиться от этого недостатка, в ПАРТ, обеспечивающих самостоятельный напор, предлагается конструкция статора, в котором чередуются глухие и сквозные каналы. Глухие каналы снабжены дополнительными каналами, соединяющими их с патрубками входа среды и расположенными в крышке аппарата. Таким образом, в аппарате имеется основной источник колебаний - прерыватель со сквозными каналами в статоре и дополнительный - с глухими дополнительными каналами [5].
На рисунке 1.3 изображен ПАРТ, содержащий корпус 1 с патрубком выхода 2, крышку 3 с коаксиально расположенным патрубком входа 4, скрепленную с корпусом 1, статор 5 с глухими каналами 6 в боковой стенке, соединенными дополнительными каналами 7, расположенными в крышке 3, с патрубком входа 4, и сквозными каналами 8, ротор 9 с каналами 10 в боковой стенке, рабочую камеру 11, образованную корпусом 1, крышкой 3 и статором 5.
Рис. 1.3 - Схема пульсационного аппарата роторного типа с дополнительными каналами.
Обрабатываемая среда поступает через патрубок 4 самотеком в полость ротора 9. Затем возможны два пути следования обрабатываемой среды. В первом случае, когда каналы ротора 10 совпадают со сквозными каналами статора 8, среда проходит через каналы 10 и 8 в рабочую камеру 11 и выводится из аппарата через патрубок 2.
Во втором случае, когда каналы ротора 10 совпадают с глухими каналами статора 6, среда через каналы 10, 6, 7, поступает в патрубок входа 4. Глухие каналы 6 расположены равномерно между сквозными каналами 8, поэтому при вращении ротора 9 происходит поочередная реализация двух случаев движения обрабатываемой среды [8].
С целью интенсификации процессов эмульгирования была разработана конструкция роторного аппарата, в которой в качестве дополнительного источника колебаний использовали пластину, обтекаемую потоком обрабатываемой среды. Наиболее рациональным, если говорить об уменьшении потерь акустической энергии и увеличении интенсивности обработки, местом расположения пластины является канал статора. В канале статора обрабатываемая среда имеет высокую скорость течения, и поток среды сформирован. Настройку пластинчатого излучателя в канале статора можно осуществить подбором геометрических и физических параметров пластины и перемещением пластины вдоль радиальной оси канала статора. Схема такой конструкции ПАРТ показана на рисунке 1.4.
Рис. 1.4 - Схема пульсационного аппарат роторного типа с упругими пластинами.
Преимущества расположения пластины в канале статора следующие: канал статора является наиболее близкой к прерывателю, а поэтому и более активной частью аппарата; вся обрабатываемая среда проходит через каналы статора и подвергается воздействию колебаний, генерируемых, упругой пластиной, в небольшом объеме, ограниченном стенками канала статора, что приводит к увеличению плотности акустической энергии. Таким образом, среда в рассматриваемой конструкции аппарата обрабатывается: в малом объеме канала статора, что приводит к увеличению плотности акустической энергии, и двумя источниками акустических колебаний: прерывателем аппарата и упругой пластиной, обтекаемой потоком [13].
Увеличение турбулизации обрабатываемой жидкости за счет выполнения каналов статора в виде последовательных сужений и расширений. Такая форма каналов статора обеспечивает изменение скорости жидкости: в сужении она больше, а в расширении - меньше. При этом возникают турбулентные пульсации с произвольно направленными векторами скоростей. Это вызывает увеличение относительной скорой и обтекания частиц гетерогенной среды. Увеличение относительной скорости обтекания уменьшает диффузионный слой и увеличивает касательные напряжения на частице, что приводит к интенсификации процессов эмульгирования, диспергирования и массообмена. Кроме того, при срыве потока при резком расширении канала развивается гидродинамическая кавитация, интенсифицирующая гидромеханические и массообменные процессы [10].
Форма расширения канала статора в виде кольцевой проточки и смещение сужений относительно друг друга (рис. 1.5) обеспечивают резкое изменение направления потока среды, исключают образование застойных зон и способствуют интенсивному смешению потоков в каналах статора.
Рис. 1.5 - Схема пульсационного аппарат роторного типа с сужениями и расширениями.
Логическим развитием повышения эффективности работы ПАРТ за счет использования дополнительных акустических излучателей является конструкция канала статора в виде сопла с цилиндрическими резонаторами.
Рис. 1.6 - Схема пульсационного аппарата роторного типа с вихревыми каналами статора в виде сопла и резонаторами.
Канал статора выполнен в виде сопла и имеет в ссуженной части два цилиндрических резонатора, соединенных с ним (рис.1.6). Работа канала статора в качестве генератора акустических колебаний основана на высокой чувствительности плоских течений к боковому давлению. То есть при небольшом изменении давления у корня струи, поток заметно меняет свое направление. Тангенциально расположенный цилиндрический резонатор с продольной прорезью можно рассматривать как объемный, частота которого зависит от его диаметра [12].
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
