К.т.н. Салмин С.М., к.т.н. Титов Е.А., к.т.н. Сафронов М.А.,

студент Самсонова А.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Обоснование применения поверхностей из стеклоэмали в вихревых смесительных устройствах

С целью интенсификации работы флотаторов локальных канализационных очистных сооружений предприятий машиностроительного профиля используется технология диспергирования водовоздушной смеси с использованием вихревых смесительных устройств (ВСУ) [1-11]. В работах [1, 3, 4, 5] дано описание конструкций и принципа действия ВСУ.

С целью интенсификации процесса диспергирования воздушных пузырьков поверхность вихревого смесительного устройства предложено покрывать силикатной стеклоэмалью МК-5, позволяющей создавать специфические условия на границе раздела фаз «поток жидкости-твердая стенка трубы».

При турбулентном режиме движение жидкости в стальных трубах вблизи шероховатой стенки образуется вязкий подслой с ламинарным движением. Толщина вязкого подслоя δ_л превышает величину шероховатости стенок трубы (рис. 1, а).

Рис. 1. Структура турбулентного потока вблизи стенки трубы при гладкостенном течении: а) для шероховатой стальной трубы; б) для стальной трубы, покрытой стеклоэмалью:

1 – стенка трубы; 2 – вязкий подслой; 3 – турбулентное ядро; 4 – слой стеклоэмали;
5 – адгезионный слой жидкости.

Толщина вязкого подслоя определяется из соотношения [12]

δ_л= , (1)

где	-градиент скорости в пристеночной области потока, с^-1;
	- динамическая скорость потока, м/с.

Величина динамической скорости потока определяется по формуле

(2)

где	- средняя скорость потока, м/с;
	- коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси).

Величина градиента скорости в пристеночной области потока определяется из соотношения

(3)

где R

- гидравлический радиус подслоя, м;

Степень диспергирования воздушных пузырьков в двухфазном потоке определяется прежде всего величиной удельно-массовой диссипации энергии ε₀, связанной с величиной динамической скорости выражением (ε₀≈ U_*²) и имеющей максимальное значение в пристеночной области потока, там, где наблюдается наибольший градиент скорости для данного поперечного сечения смесителя G_max=G_*. В случае использования трубчатого смесителя с внутренней поверхностью, покрытой стеклоэмалью, структура потока в пристеночной области меняется (см. рис. 1, б). Так как эмалевая поверхность в силу своих физико-химических свойств обеспечивает очень незначительный краевой угол смачивания капель воды (Ө=6-7⁰), то в процессе движения водовоздушной смеси можно предположить образование непосредственно на поверхности стеклоэмали 4 очень тонкого адгезионного слоя воды 5 толщиной δ_а, по которому вязкий подслой движется со скоростью .

Таким образом, смесители с внутренней поверхностью из стеклоэмали будут обеспечивать более высокий эффект диспергирования пузырьков воздуха в пристеночных областях потока.

Как показали эксперименты, обработка водовоздушной смеси в ВСУ второй ступени с эмалевым покрытием позволила получить пузырьки воздуха со средним диаметром d_п<0,1 мм и коэффициентом газосодержания φ=0,08-0,12 что более, чем в 5 раз превысило расчетное значение φ для напорной флотации.

Литература:

1.Гришин, Б.М. Применение вихревых смесительных устройств в технологиях механической и физико-химической очистки сточных вод [Текст] / Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Н.Н. Ласьков, Н.Г. Вилкова, Ю.П. Перелыгин // Региональная архитектура и строительство. – 2016. - № 2(27). – С. 112-117.

2. Гришин, Б.М. Флотационная очистка нефтесодержащих сточных вод с применением вихревых смесительных устройств [Текст] / Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, К.С. Храмов // Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья: сб. трудов IV Всеросс. научн.-практ. конф. – Тольятти: ТГУ, 2015. – С. 117-121.

3. Гришин, Б.М. Технология подготовки водовоздушной смеси для флотационной очистки нефтесодержащих сточных вод [Текст] / Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, А.В. Демков // Новый университет. Серия: Технические науки. – 2015. - № 1-2 (35-36). – С. 98-103.

4. Гришин, Б.М. Использование вихревых смесительных устройств в технологии очистки сточных вод [Текст] / Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Р.В. Вельдин // Современный научный вестник. – 2013. – Т.9. -№1. – С. 119-122.

5. Гришин, Б.М. Флотационная очистка нефтесодержащих производственных сточных вод [Текст]: монография / Б.М. Гришин [и др.]. – Пенза, ПГУАС. - 2012. – 132 с.

6.Гришин, Б.М. Теоретические и экспериментальные исследования флотационной очистки нефтесодержащих сточных вод с применением вихревых смесительных устройств [Текст] / Б.М. Гришин, С.Ю. Андреев, Н.Н. Ласьков, В.Г. Камбург, В.В. Демидочкин // Региональная архитектура и строительство. – 2012. - № 1. – С. 99-106.

7. Андреев, С.Ю. Новая технология реагентной очистки сточных вод машиностроительного предприятия [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин, В.В. Демидолчкин, А.С. Кочергин, И.Б. Ширшин // Водоочистка. – 2011. - № 5. – С. 54-58.

8. Андреев, С.Ю. Новая технология безреагентной флотационной очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин, Т.В. Алексеева, И.Б. Ширшин // Региональная архитектура и строительство. – 2011. - № 1. – С. 148-152.

9.Адельшин, А.Б. Технология очистки нефтесодержащих промышленных сточных вод [Текст] / А.Б. Адельшин, А.А. Адельшин, Б.М. Гришин, С.Ю. Андреев, М.В. Бикунова, Л.Б. Гришин// Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2009. - № 9. – С. 64-69.

10. Андреев, С.Ю. Флотационная очистка нефтесодержащих сточных вод с применением вихревых смесительных устройств [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Л.Б. Гришин, Е.А. Савицкий // Региональная архитектура и строительство. – 2009. - № 1. – С. 92 -97 .

11. Андреев, С.Ю. Исследование вихревых смесительных устройств с эмалевыми покрытиями для интенсификации работы флотационных установок [Текст] / С.Ю. Андреев, Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Л.Б. Гришин // Известия вузов. Строительство. – 2008. - № 11-12.

12. Андреев С.Ю. Теоретические основы процессов генерации динамических двухфазных систем «вода-воздух» их использование в технологиях очистки сточных вод [Текст] /С.Ю. Андреев. – Пенза: ПГУАС, 2005.