Моделювання гідродинаміки в газорозподільних пристроях для неоднорідного псевдозрідження

Автор(и)

  • Ярослав Микитович Корнієнко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Сергій Сергійович Гайдай Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Павло Юрійович Євзютін Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна
  • Олександр Віталійович Самелюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2022.265358

Ключові слова:

псевдозрідження, грануляція, гідродинаміка, газорозподільний пристрій, теплообмін, масообмін, об’ємне перемішування, струменево-пульсаційне псевдозрідження

Анотація

Для реалізації механізму грануляції органо-мінеральних добрив із пошаровою структурою необхідно забезпечити інтенсивну циркуляцію зернистого матеріалу з поступовим проходженням через відповідні технологічні зони апарата: зону інтенсивного теплообміну, зону висхідного потоку, зону зрошення, та зону низхідного руху – релаксації, при ефективність процесу визначається топло- і масообмінних процесів. Підвищення інтенсивності дифузійно-контрольованих процесів при грануляції забезпечується  апаратах із неоднорідним псевдозрідженням, гідродинаміка якого суттєво залежить від конструктивних особливостей елементів гранулятора: камери гранулятора та газорозподільного пристрою (ГРП). Невирішеною науковою проблемою є утворення застійних зон на робочій поверхні ГРП, що при підведенні теплоносія, температура якого перевищує температуру плавлення гранул призводить до оплавлення матеріалу та припинення процесу, тому дослідження впливу конструкції ГРП на забезпечення умов якісного неоднорідного псевдозрідження є надзвичайно актуальним.

Метою роботи є аналіз та систематизація даних щодо впливу конструкції газорозподільних пристроїв (ГРП) на процес грануляції в умовах струменево-пульсаційного режиму псевдозрідження для забезпечення якісного гідродинамічного режиму.

Для досягнення поставленої мети у даній роботі проведено моделювання гідродинаміки у камері гранулятора за допомогою Solid SolidWorks 2022 SP2 для 4 типів газорозподільних пристроїв різної конфігурації із різними значеннями коефіцієнта живого перерізу.

Аналіз результатів моделювання показує, що найбільш суттєвий вплив на індекс гідродинамічної активності біля робочої поверхні ГРП iha має коефіцієнт живого перерізу ГРП φ, оскільки навіть незначене збільшення значення φ від 3.0 до 3.5% призводить до значного зниження індексу гідродинамічної активності iha мінімум в 1.4 рази для всіх конструкцій ГРП. Однак зменшення коефіцієнта живого перерізу призводить до підвищення гідравлічного опору ГРП, і відповідно енерговитрат тому необхідно також враховувати, що моделювання гідродинаміки проводилось без врахування наявності твердого зернистого матеріалу в камері гранулятора і, відповідно, біля поверхні робочої пластини ГРП. Одержані результати можуть бути використані при проектуванні ГРП щілинного типу для промислового апарата.

Біографії авторів

Ярослав Микитович Корнієнко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Сергій Сергійович Гайдай, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, старший викладач машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Павло Юрійович Євзютін, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Олександр Віталійович Самелюк, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Студент кафедри машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Посилання

“Bottom Nozzle Type Continuous Fluid Bed Spray Dryer and Granulator”. (2022). URL: http://www.okawara-mfg.com/eng/mfg/product/sprude.html.

“Development of Glatt Fluidized Bed Technology”. (2022). URL: http://www.pharmtech-expo.ru/www_pharmtech/files/ff/fff21ad1-8aaf-420b-9be2-cdcd090964f1.pdf.

Wurster Technology. (2022). URL: http://www.freund-vector.com/technology/wurster.asp.

Flo-Coater Fluid Bed Production Systems. (2022). URL: http://www.freund-vector.com/products/fluidbed_prod.asp.

Sposib hranuliuvannia ridkoho materialu ta prystrii dlia yoho zdiisnennia: pat. 82754 Ukraina. № 200608137 MPK 7V01 J2/16; zaiavl. 20.07.2006; opubl. 12.05.2008, Biul № 9.

Іndustrial challenges of hdpe fluid bed drying in different grades / S. Alavi, E. N. Lay // IUSH. ISSN: 1692-343X. 2022. Special Issue No.1 URL: https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/6131642.pdf.

Fluidization of nanoparticle agglomerates assisted by combining vibration and stirring methods / Zhiduan Zhao Daoyin Liu Jiliang Ma Xiaoping Chen // Chemical Engineering Journal. May 2020. Volume 388. DOI:10.1016/j.cej.2020.124213.

Gas distribution grid for organosilicon fluidized bed reactor: Pat. CN107126912A China. № 201710421137.8; submitted 06.06.2017; published 05.09.2017.

Experimental Study of Non-Uniform Bubble Growth in Deep Fluidized Beds / Zhang C., Li P., Lei C., Qian W., Wei F. // Chemical Engineering Science. 2017. Volume 178. DOI: 10.1016/j.ces.2017.10.006.

Zhiduan Zhao, Daoyin Liu, Jiliang Ma, Xiaoping Chen. (2020). “Fluidization of nanoparticle agglomerates assisted by combining vibration and stirring methods”. Chemical Engineering Journal. Volume 388. DOI: 10.1016/j.cej.2020.124213.

Kornienko Y., Raida V., Sachok R., Tsepkalo O. (2009). “Mathematical modelling of continuous formation of multilayer humic-mineral solid components”. Chemistry & Chemical Technology. Vol. 3, No. 4. PP. 335-338.

Kornienko Y., Raida V., Sachok R. (2008). “Complex assessment of the efficiency of granulation process in dispersed systems”. Chemistry & Chemical Technology. Vol. 2, No. 3. PP. 217-220.

Korniienko Ya. M. (1997). “Tekhnichni sposoby hranuliatsii: navch. Posib”. K.: IZMM. 128 s.

Korniienko Ya. M. (2009). “Doslidzhennia protsesiv utvorennia kompleksnykh krystalichno-amfornykh struktur z promyslovykh vidkhodiv dlia zakhystu ta ekobezpechnoho rozvytku dovkillia: navch. Posib”. Kyiv, NTUU «KPI». 221 s. URL: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/1609.

Korniienko Ya. M., Haidai S. S., Martyniuk O. V. (2014). “Pidvyshchennia efektyvnosti protsesu oderzhannia hranulovanykh huminovo-mineralnykh dobryv”. Kyiv: NTUU «KPI». 349 s. URL: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/11943.

Korniienko Ya. M., Liubeka A. M., Haidai S. S. (2017). “Protses oderzhannia modyfikovanykh hranulovanykh huminovo-mineralnykh dobryv”. Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho. 210 s. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/21268.

Korniienko Ya. M., Semenenko D. S., Martyniuk O. V., Haidai S. S. (2015). “Protses znevodnennia kompozytnykh ridkykh system v psevdozridzhenomu shari iz zastosuvanniam mekhanichnoho dysperhatora”. Kyiv: NTUU «KPI». 167 pp. URL: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/11944.

Korniienko Ya. M., Liubeka A. M., Haidai S. S. (2017). “Protses oderzhannia modyfikovanykh hranulovanykh huminovo-mineralnykh dobryv”. Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho. 210 pp. URL: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/21268.

Korniienko Ya. M., Haidai S. S., Martyniuk O. V., Kurinovskyi O. V., Liubeka A. M. (2015) “Kinetyka protsesu stvorennia orhano-mineralno-huminovykh dobryv”. Naukovi pratsi ONAKhT. Tekhnichni nauky. Vyp. 47, Tom 1. P. 167-170.

Kornienko Y., Hayday S., Liubeka A., Martynyuk O. (2016) “Kinetic laws of the process of obtaining complex humic-organic-mineral fertilizers in the fluidized bed granulator”. Ukrainian Food Journal. Vol. 5, Issue 1. PP. 144-154. WOS:000443646900015.

Korniienko Ya. M., Sachok R. V., Haidai S. S. (2019) “Modeliuvannia neodnoridnoho psevdozridzhennia v avtokolyvalnomu rezhymi”. Mizhnarodnyi naukovyi zhurnal «Internuka». №4 (66), Tom 1. P. 63-67.

Korniienko Ya. M., Haidai S. S., Denysenko V. R., Shevchenko Ya. M. (2019) “Hidrodynamika neodnoridnoho psevdozridzhennia”. Visnyk NTUU «KPI imeni Ihoria Sikorskoho». Seriia: Khimichna inzheneriia, ekolohiia ta resursozberezhennia. №1. P. 13-17.

Korniienko Ya. M., Haidai S. S., Liubeka A. M., Turko S. O. (2016). “Hidrodynamika strumenevo-pulsatsiinoho rezhymu psevdozridzhennia z napravlenoiu tsyrkuliatsiieiu”. Mizhnarodnyi naukovyi zhurnal. №5, Tom 2. P. 101-106.

Kornienko Y., Haidai S. (2017). “Non-uniform fluidization in auto-oscillating mode”. Ukrainian Food Journal. Vol. 6, Issue 3. P. 562-576. DOI: 10.24263/2304-974X-2017-6-3-16.

Korniyenko Y., Haidai S., Liubeka A., Turko S., Martynyuk O. (2016) “Modelling of pulsating mode of fluidization when obtaining organic-mineral fertilizers” Ukrainian Food Journal. Vol. 5, Issue 4. PP. 781-794. DOI: 10.24263/2304-974X-2016-5-4-16.

Kornienko Y. M., Haidai S. S., Sachok R. V., Liubeka A. M. and Kornienko B. Y. (2020). “Increasing of the Heat and Mass Transfer Processes Efficiency with the Application of Non-Uniform Fluidization”. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. APRIL. №7, Vol. 15. P. 890-900.

Haidai S. S. (2018). “Hidrodynamika u hranuliatorakh iz psevdozridzhenym sharom pry oderzhanni orhano-mineralnykh dobryv: avtoreferat dysertatsii na zdobuttia naukovoho stupenia kandydata tekhnichnykh nauk”. Kyiv, KPI im. Ihoria Sikorskoho. 24 s. URL: https://core.ac.uk/download/pdf/323528594.pdf.

Haidai S. S. (2018). “Hidrodynamika u hranuliatorakh iz psevdozridzhenym sharom pry oderzhanni orhano-mineralnykh dobryv: dysertatsiia na zdobuttia naukovoho stupenia kandydata tekhnichnykh nauk”. Kyiv, KPI im. Ihoria Sikorskoho. 253 s. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/25455.

Korniyenko B., Kornienko Y., Haidai S., Liubeka A., Huliienko S. (2022) “Conditions of Non-uniform Fluidization in an Auto-oscillating Mode”. In: Hu, Z., Petoukhov, S., Yanovsky, F., He, M. (eds) Advances in Computer Science for Engineering and Manufacturing. ISEM 2021. Lecture Notes in Networks and Systems, Vol. 463. Springer, Cham. Pp. 14-27. https://doi.org/10.1007/978-3-031-03877-8_2.

Korniyenko B., Kornienko Y., Haidai S., Liubeka A. (2022) “The Heat Exchange in the Process of Granulation with Non-uniform Fluidization”. In: Hu, Z., Petoukhov, S., Yanovsky, F., He, M. (eds) Advances in Computer Science for Engineering and Manufacturing. ISEM 2021. Lecture Notes in Networks and Systems, Vol. 463. Springer, Cham. Pp. 28-37. https://doi.org/10.1007/978-3-031-03877-8_3.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-09-30

Як цитувати

Корнієнко, Я. М., Гайдай, С. С., Євзютін, П. Ю., & Самелюк, О. В. (2022). Моделювання гідродинаміки в газорозподільних пристроях для неоднорідного псевдозрідження. Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження, (3), 9–22. https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2022.265358

Номер

№ 3 (2022)

Розділ

ХІМІЧНА ІНЖЕНЕРІЯ

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Ярослав Микитович Корнієнко, Сергій Сергійович Гайдай, Павло Юрійович Євзютін, Олександр Віталійович Самелюк

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).