Дослідження швидкості потоку емульсії в циркуляційних реакторах

Abstract

В циркуляційних реакторах за допомогою дискової форсунки у процесі виробництва дизельного біопалива забезпечується перемішування емульсії. При проходженні емульсії через дискову форсунку створюється турбулентний потік, що забезпечує необхідну ефективність перемішування емульсії у прошарку фіксованої висоти. Проте для встановлення раціональних значень геометричних та технологічних параметрів циркуляційних реакторів необхідне експериментальне дослідження зміни швидкості потоку емульсії. Тому метою дослідження є встановлення швидкості потоку емульсії в залежності від подачі насоса гідростанції та зазору між дисками форсунки. Для проведення досліджень швидкості потоку емульсії в циркуляційних реакторах, що оснащені дисковою форсункою, було розроблено експериментальну установку. Експериментальна установка складалася із дискової форсунки, робочої ємності, гідростанції для перекачування емульсії, частотного перетворювача для зміни частоти обертання гідронасоса, цифрового аналізатора параметрів споживання енергії, тахометра для вимірювання частоти обертання валу насоса. Під час проведення експериментів змінювалися зазор між дисками форсунки та частота обертів гідронасоса та вимірювались швидкість потоку емульсії. Аналіз результатів експериментальних досліджень дискової форсунки дозволив встановити залежність зміни швидкості у потоці емульсії за довжиною потоку в залежності від зазору між дисками форсунки при різних значення подачі насоса гідростанції. В результаті проведених експериментальних досліджень знайдено сімейство рівнянь, що описують динаміку швидкості у потоці емульсії. Знаючи швидкість потоку емульсії, можна встановити характер руху рідини та раціональну довжину потоку емульсії. Знаючи раціональну довжини потоку емульсії, можна підібрати ефективні діаметри дискової форсунки та циркуляційного реактора.

In a circulating reactor the emulsion traversing is provided by means of a disk injection nozzle in the process of diesel biofuel generation. In the process of emulsion floating through the disk injection nozzle is formed a turbulent stream which provides a necessary efficiency of emulsion traversing within the fixed height. But to determine the rational values of geometric and technical parameters of the circulating reactors it is necessary to conduct an experimental investigation of changes of the emulsion flow speed. That is why the goal of the research is to determine the speed of the emulsion flow depending on the discharge of the hydro-station pump and the gap clearance between the disks of the injection nozzle. To determine the speed of the emulsion flow in the circulating reactors, which are fitted with a disk injection nozzle, an experimental machine was developed. The experimental machine consisted of a disk injection nozzle, service capacity, hydro-station for emulsion pumping, frequency converter for changing the rotation frequency of a hydro-pump, digital analyzer of the parameters of energy consumption, tachometer for measuring the rotation frequency of the pump shaft. During the experiment, the gap clearance between the disks of the injection nozzle and the rotation frequency of the pump were changed, the speed of the emulsion flow was measured. The analysis of the experimental data of a disk injection nozzle made it possible to determine the dependence of speed changes in the emulsion flow on the flow length depending on the gap clearance between the disks of the injection nozzle under various values of discharge of the hydro-station pump. As follows from the experiment, a set of equations which describe the speed dynamic in the emulsion flow has been found. Knowing the speed of the emulsion flow, both the character of the liquid traversing and the rational length of the emulsion flow can be determined. Knowing the rational length of the emulsion flow, the efficient diameters of a disk injection nozzle and of circulating reactor can be chosen.

В циркуляционных реакторах с помощью дисковой форсунки в процессе производства дизельного биотоплива обеспечивается перемешивание эмульсии. При прохождении эмульсии через дисковую форсунку создается турбулентный поток, обеспечивающий необходимую эффективность перемешивания эмульсии в прослойках фиксированной высоты. Однако для установления рациональных значений геометрических и технологических параметров циркуляционных реакторов необходимо экспериментальное исследование изменения скорости потока эмульсии. Поэтому целью исследования является установление скорости потока эмульсии в зависимости от подачи насоса гидростанции и зазора между дисками форсунки. Для проведения исследований скорости потока эмульсии в циркуляционных реакторах, оснащенных дисковой форсункой, была разработана экспериментальная установка. Экспериментальная установка состояла из дисковой форсунки, рабочей емкости, гидростанции для перекачки эмульсии, частотного преобразователя для изменения частоты вращения гидронасоса, цифрового анализатора параметров потребления энергии, тахометра для измерения частоты вращения вала насоса. При проведении экспериментов менялись зазор между дисками форсунки и частота вращения гидронасоса, а также измерялась скорость потока эмульсии. Анализ результатов экспериментальных исследований дисковой форсунки позволил установить зависимость изменения скорости в потоке эмульсии по длине потока в зависимости от зазора между дисками форсунки при различных значения подачи насоса гидростанции. В результате проведенных экспериментальных исследований найдено семейство уравнений, описывающих динамику скорости в потоке эмульсии. Зная скорость потока эмульсии, можно установить характер движения жидкости и рациональную длину потока эмульсии. Зная рациональную длины потока эмульсии, можно подобрать эффективные диаметры дисковой форсунки и циркуляционного реактора.