The article presents new developments, in particular, is equipment for neutralization of acid condensates of gas combustion products in heating and industrial boiler houses and a new cavitation type extractor. The article described principle of work and the results of experimental studies are presented which confirm the effectiveness to application of equipment in various industries.
The problem of drop deformation and breakup in shear flow represents academic and practical interest and has attracted close attention over the intervening decades. Drop breakup is important for a wide range of engineering and biomedical applications including production and processing of emulsions, aerosols, etc. Although drop breakup operations are widely used in various industries, however, till quite presently there is no unequivocal treatment of the physical mechanism, which causes the fragmentation of dispersions in shear flows. In this paper the principles of constructing a mathematical model, which predicts the evolution of initially spherical droplet in shear flows of viscous liquid over a wide range of flow regimes as well physical parameters of both liquid phases, are considered. A mathematical model is presented that describes the deformation of a single drop suspended in another immiscible liquid under the combined action of three forces, namely, hydrodynamic force, capillary force and dissipative viscous force. The influence of each of these forces on the process of droplet deformation is discussed in the paper. The focus of the study is to more deeply analyze the dynamics of droplet deformation in shear flows and the transitional effects associated with current droplet shapes. Particular attention is paid to the analysis of critical conditions for the onset of irreversible deformation of droplets, which leads to their destruction. The deformed droplet is assumed to be in the form of prolate ellipsoid of revolution. The drop deformation is regarded as motion of the centers mass of the half-drops, symmetrical with respect to the drop center. The results of numerical calculations for droplet deformation in shear flows in comparison with experimental data of other authors are presented. A simple criterion for destruction of droplets in shear flows has been obtained. The results of the analysis confirm the reliability of the model and the competency of the assumption made. The model is able to predict the nature of droplet deformation and the conditions for their destruction in shear flows with known operating parameters with a greater degree of accuracy than the existing empirical relationships.
The main advantages and disadvantages of chemical and physical degassing of liquids are considered. It was found that hydrodynamic cavitation should be considered as an important alternative to acoustic cavitation, both in terms of performance and, above all, in terms of energy saving. The processing of two liquids - acidic condensate and model solution (solution of carbon dioxide in distilled water) was performed. The dynamics of changes in the content of dissolved carbonic acid depending on the duration of hydrodynamic treatment in order to determine the optimal processing duration to achieve the required degree of degassing are studied. Liquids were treated on a l laboratory-scale plant developed as part of the implementation of the method of discrete-pulse energy input into heterogeneous media, which creates conditions for intensive growth of vapor bubbles and their removal. The pH values were obtained and the concentrations of carbonic acid in the acidic condensate and the model solution were calculated from the duration of their processing. It was found that the main change in the pH of the model solution and acidic condensate occurs approximately during the first two minutes of processing. The increase in pH and, consequently, the decrease in the dissolved carbonic acid content of both liquids for several days are explained by the relaxation process during which carbon dioxide microbubbles emerge from the liquid, which did not have time to leave the liquid. Data from experimental studies of the dynamics of dissolved carbonic acid content, together with theoretical studies of the growth of gaseous bubbles in liquid and the evolution of a set of vapor bubbles to a critical value of gas content can be used to optimize cavitation degassing processes and justify optimal parameters of these processes. The proposed method of degassing can be used for reagent-free neutralization of acid condensate, which will improve the environment by reducing wastewater (chemically contaminated neutralized condensate and waste water softeners) and rational use of water resources by reducing the need for natural water. Also, the proposed method of liquid degassing can be used in the food industry, in particular, in the production of juices, beverages, vegetable oils, etc.
Статтю присвячено застосуванню потужних кавітаційних механізмів, які на сьогодні є одним з найбільш діючих способів досягнення високих енергетичних показників у технологіях обробки рідинних дисперсних середовищ. На базі літературного огляду встановлено, що застосування кавітаційних пристроїв дозволяє радикально впливати на характер протікання тепломасообмінних, гідродинамічних, хімічних та біофізичних процесів на мікро- та нанорівнях. Описано принцип роботи розробленого в Інституті технічної теплофізики НАН України кавітаційного реактора пульсаційного типу для екстракції рослинної сировини. Проаналізовано основні динамічні ефекти, які інтенсифікують процеси гідродинаміки і тепломасообміну в пульсаційному апараті. Представлено результати експериментальних досліджень водної екстракції чистотілу при застосуванні кавітаційного механізму. Обґрунтовано та встановлено раціональний ступінь подрібнення трави чистотілу для подальшої обробки в апараті пульсаційного типу. Наведено фізико-хімічні параметри водного екстракту чистотілу залежно від температурних режимів обробки. Визначено залежності солевмісту, електропровідності, окисно-відновного потенціалу, водневого показника водної системи (рН), кількості сухих речовин в отриманому екстракті від тривалості кавітаційної обробки. Встановлено, що кавітаційний вплив на середовище приводить до зниження окисно-відновного потенціалу водної системи пропорційно зниженню імпульсів тиску. На основі отриманих результатів досліджень процесу кавітаційної екстракції чистотілу показано, що застосування кавітаційного реактора пульсаційного типу забезпечує максимальний вихід цільових компонентів за короткий час при порівняно низьких температурах. Надано рекомендації щодо температурних режимів процесу екстракції трави чистотілу за умови ініціювання кавітаційних механізмів при оптимальних технологічних параметрах процесу і режимах роботи пульсаційного апарата. Проведено оцінювання ефективності процесу екстракції в кавітаційному реакторі пульсаційного типу та доведено його енергоефективне застосування в різних галузях промисловості. Встановлено, що найбільш економічно доцільною сферою застосування дослідженого екстракту чистотілу, отриманого в кавітаційному реакторі пульсаційного типу, є косметична промисловість.
Представлено огляд традиційних і сучасних технологій екстрагування рослинної і тваринної сировини та інноваційних методів інтенсифікації процесів екстракції. Розглянуто три основні фактори які забезпечують інтенсифікацію процесів екстракції, а саме: збільшення питомої поверхні контакту фаз, підтримання високого потенціалу масопереносу, а також прискорення масопереносу через міжфазну поверхню. Серед них найбільш вагомим фактором інтенсифікації є прискорення внутрішнього масопереносу в структурі сировини. На цій лімітуючій стадії відбувається підведення розчинника до цільового компонента і подальша молекулярна дифузія розчиненої речовини через складну капілярно-пористу структуру до поверхні частинки. Показано, що сучасні інноваційні методи, спрямовані саме на заміну молекулярної дифузії в матриці сировини на конвективний масоперенос. Ефективність цих методів базується на ефектах кавітації, які розглядаються як основний фактор інтенсифікацій внутрішнього масопереносу в сировині. Обговорюються основні механізми кавітаційної дії, які сприяють прискорення внутрішнього масопереносу. В статті особливу увага приділено роботі пульсаційних екстракторів, котрі ефективно застосовуються при екстрагуванні з грубо дисперсної сировини. Розглянуто конструкцію і принцип работи пульсаційного диспергатора-екстрактора, в якому для посилення кавітаційної ефектів дії вперше застосовано сопло Вентурі. До найбільш вагомих переваг нової конструкції віднесено можливість скорочення часу екстракції, максимальне вилучення цільових речовин, зменшення питомих енерговитрат та збільшення продуктивності, а також можливість одночасного проведення процесів змішування, екстракції, диспергування, гомогенізації, що дозволить в подальшому його застосування в різних промислових технологіях.
Розглянуто механізм утворення кислого конденсату при спалюванні природного газу. Наведено основний склад димових газів і кислого конденсату. Встановлено, що кислий конденсат димових газів за своїм складом є знесоленою водою, що наближається до дистильованої води з присутніми в ньому діоксидом вуглецю в розчиненому стані і у вигляді стабільних нанорозмірних бульбашок (bubstones), вугільної кислоти і газової фази у вигляді мікробульбашок, що містять суміш діоксиду вуглецю з азотом. Розглянуто існуючі способи вилучення і нейтралізації вуглекислоти у воді. Розроблено дослідний зразок установки для нейтралізації кислого конденсату продуктів згоряння природного газу принцип роботи якої ґрунтується на сукупності механізмів способу дискретно-імпульсного введення енергії (ДІВЕ) в рідинні системи. Проведені в лабораторних умовах експериментальні дослідження обробки кислого конденсату запропонованим способом підтвердили можливість зниження його кислотності. Отримане після обробки кислого конденсату кінцеве значення водневого показника 6,5 вказує на те, що нейтралізований конденсат за своїми фізико-хімічними параметрами близький до дистильованої води з низьким вмістом розчиненого вуглекислого газу (при умові, що економайзер і трубопроводи з якими контактує кислий конденсат виготовлені з корозійностійкої сталі для уникнення його забруднення іонами заліза). Впровадження установок нейтралізації кислого конденсату дозволить поліпшити стан довкілля шляхом зменшення кількості стоків (хімічно забрудненого нейтралізованого конденсату і відходів установок пом’якшення води), раціонально використовувати водні ресурси за рахунок зниження потреби у природній воді (у випадку повторного використання нейтралізованого конденсату).
Гидродинамическая кавитация используется в технологиях дегазации как эффективный метод удаления растворенных газов и/или свободного газа в виде пузырьков из различных жидкостей, Математические модели кавитационной дегазации недостаточно представлены в литературе. Поэтому создание достоверной модели, описывающей дегазацию в кавитационных течениях, является важной фундаментальной и прикладной задачей. В статье рассматриваются основные проблемы, которые затрудняют создание надежной математической модели. С целью разработки такой модели нами был выполнен вычислительный эксперимент по деаэрации воды с использованием сопла Вентури в качестве гидродинамического кавитатора. Цель исследования заключается в установлении корреляции между гидродинамическими характеристиками течения и кинетикой кавитационного вскипания жидкости при сужении потока из-за присутствия в ней микро-пузырьков свободного газа. Установлено влияние геометрии сопла и режимных параметров на эволюцию кавитационного кластера и на уровень динамических эффектов в потоке жидкости в сопле. Описан метод удаления растворенных или свободных газов из жидкости, которая под действием высокого давления течет через сопло со скоростью достаточной для активации газовых зародышей и начала кавитационного вскипания. Кавитатор на выходе соединяется через короткую трубу с вакуумируемой емкостью. Показана необходимость при исследовании дегазации конкретной жидкости провести предварительный анализ содержания в ней свободного газа. Рассмотрено влияние начального размера зародышей газа и их концентрации в жидкости на интенсивность процесса кавитационной дегазации. Результаты данного исследования могут быть полезны при выборе и обосновании рациональной конструкции кавитационного дегазатора и оптимальных режимов его работы.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.