КОРНІЄНКО Я. М.

Сортировать по умолчанию названию
  • ОБГРУНТУВАННЯ УМОВ ПРОЦЕСІВ КРИСТАЛІЗАЦІЇ ТА ГРАНУЛЮВАННЯ РІДКИХ ГЕТЕРОГЕННИХ СИСТЕМ В ПСЕВДОРОЗРІДЖЕНОМУ ШАРІ

    Застосування техніки псевдозрідження для одержання твердих композитів з рідких систем дозволяє сумістити в одному апараті процеси масової кристалізації та грануляції з тепловим ККД > 65%. В апараті з активним гідродинамічним режимом необхідно забезпечити рух зернистого матеріалу через такі основні зони [1]. І зона розташована безпосередньо біля газорозподільного пристрою, в якій струменем нагрітого теплоносія частинка набуває максимальної швидкості на висоті 30-50 мм і переміщується до зони ІІ. В зоні ІІ здійснюється диспергування рідкої фази і утворення тонкої плівки рідини, за рахунок адгезійно-сорбційних сил на поверхні частинок. Температура гранули знижується до температури мокрого термометра. В ІІІ зоні, розташованій над диспергатором, відбувається змішування з частиною сухого зернистого матеріалу з вологою і проведення випаровування розчинника. Зернистий матеріал, суміш зволожених та сухих гранул, надходить в зону IV в якій завершується процес масової кристалізації та формування шару мікрокристалів на поверхні гранул, а також сорбція частини парів вологи сухими гранулами. Решта вологи переноситься до газового теплоносія, який рухається в режимі фільтрації через шар зернистого матеріалу. Із зони IV зернистий матеріал надходить до зони І. Цикл повторюється багатократно. Внаслідок цього структура гранул являє собою просторовий каркас з мікрокристалів мінеральної речовини, між якими розташовуються мікрочастинки органічних домішок. Тоді для визначення умов створення вертикальної струменевої циркуляції в апараті з високим шаром зернистого матеріалу необхідно комплекс експериментальних досліджень для оцінки впливу конструкції газорозподільного пристрою та камери гранулятора на інтенсивність процесу циркуляції в двохфазній системі газ – тверде тіло та при реалізації процесу утворення твердих композитів з рідких систем з пошаровою структурою.

    Переглянути
  • ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРОДИНАМІКИ АПАРАТУ З ПСЕВДОЗРІДЖЕНИМ ШАРОМ ТА ЦИРКУЛЯЦІЙНИМИ ВСТАВКАМИ

    Процес утворення гранул пошарової структури з рідких гетерогенних систем є утворення мікрокристалічних шарів з мінеральних речовин, на поверхні яких осаджуються колоїдні частинки органічних речовин. Експериментально встановлено, що найбільш доцільно проводити процес шляхом ізотермічної масової кристалізації, при якій інтенсивність підведення теплоти визначає розмір мікрокристалів. При цьому реалізується двостороннє підведення теплоти до надтонкої плівки від нагрітих гранул та від теплоносія. Окрім того газовий теплоносій одночасно виконує роль зріджуючого агенту та суцільного середовища для процесів переносу. В цих умовах коли необхідна поверхня масообміну в 4 – 5 разів перевищує поверхню теплообміну, процес має реалізовуватися в апараті при підтриманні співвідношень Н/Dап > 3, [1]. Тому для забезпечення пошарового механізму гранулоутворення необхідне регулярне надходження частинок через основні технологічні зони: зрошення, інтенсивного тепло- та масообміну, зону релаксації. Для перевірки фізичної моделі [2] рисунок 1, були проведені експериментальні дослідження гідродинаміки псевдозрідженного шару та досягнуто значень кратності циркуляції Кц = 0,06…0,14 (1/с) при числі псевдозрідження Кw від 2,0 до 3,5 [3]. При цьому лише частина зернистого матеріалу переходила в бічні зони I та III, що в результаті призводило до пульсацій в центральному висхідному каналі. Цього можна уникнути застосувавши розподільний пристрій у верхній частині апарата над вставками [4] рисунок 2. А кластер зернистих частинок який сформувався на вершині фонтану після досягнення нульової швидкості рухається вниз. Проаналізувавши жорсткі аеродинамічні умови, рух частинок, що знаходяться на різних відстанях від осі, видно, що частинки максимально наближені до осі апарата знаходяться в найгірших умовах, бо висота над вставками мінімальна (ΔHmin), а відстань до бічної зони – максимальна (Bвст/2+ΔB)max. Частинка, що максимально віддалена від осі знаходиться в найкращих умовах, бо висота над вставками максимальна (ΔHmax), а відстань до бічної зони – мінімальна (Bвст/2+ΔB)min. Тобто така відмінність умов руху частинок вимагає криволінійний профіль відбійника з кутом α → 0° в центральній частині та α → 90° над вставкою. Потік гранул при виході не повинен пережиматися, тому враховуючи рух зернистого матеріалу вертикального каналу в т. С швидкість частинки є мінімальна, тому канал має бути криволінійної форми із змінним радіусом, які визначатимуться експериментально (рис.3).

    Переглянути
  • ОСОБЛИВОСТІ ДИСПЕРГУВАННЯ КОМПОЗИТНИХ РОЗЧИНІВ МЕХАНІЧНИМ ДИСПЕРГАТОРОМ

    Утворення органо-мінеральних твердих композитів з пошаровою структурою передбачає ефективне диспергування композитного розчину безпосередньо у псевдо зрідженому шарі. Для запобігання утворення зон перезволоження доцільно збільшити об’єм зони диспергування. Тому визначення умов диспергування гетерогенних рідких систем є актуальним. Особливість диспергації гетерогенних систем полягає у тому, що всю суспензію треба розподілити по поверхні диспергатора.[1] На це суттєво впливає сила тертя, яка залежить від відцентрової сили. Схема дії сил на рідку фазу на поверхні диспергатора наведена на рисунку 1. У верхній точці за рахунок протидії сил тяжіння і тертя сила тертя має мінімальне значення. В нижній точці за рахунок однонаправленої дії сили тяжіння і відцентрової сили сила тертя досягає свого максимального значення. З цього видно, що потрібно створити відповідне значення відцентрової сили для запобігання стікання плівки рідини в нижню частину диспергатора. Дослідження проводилось на механічному диспергаторі конічного типу.Дослідження проводилися при частоті обертання ротора 4800 об/хв. та 6000 об/хв, що відповідним чином було зафіксовано з допомогою фотокамери Canon 400D і показано на рисунку 1. В якості модельної рідини використовувалась вода з додаванням пилу, утвореного при одержанні азотно-кальцієвих гумінових композитів та карбонату кальцію з розмірами частинок 100мкм. Масова концентрація домішок у рідкій фазі становить 50%. Метою експерименту було визначення умов, при яких за рахунок відцентрової сили досягається рівномірність розподілу композитного розчину по поверхні диспергатора. Таким чином экпериментально визначено, що при частоті обертання диспергатора в 6000 об/хв досягається рівномірне розподілення робочого розчину по поверхні диспергатора. Визначивши критичне значення фактору розділення при заданому числі обертів та витратах можна визначити радіус диспергатора при якому не відбувається утворення надлишку в нижній частині диспергатора.

    Переглянути
  • Гідродинаміка псевдозрідженого шару з вертикальною стінкою

    Стійкість кінетики гранулоутворення при зневодненні рідких систем в апаратах з псевдозрідженим шаром визначається вертикальною циркуляцією твердих частинок в апараті. Реалізація таких процесів пов’язана із забезпеченням відповідної поверхні твердих частинок у псевдозрідженому шарі достатньої для проведення ефективного тепломасообміну. Ця умова виконується при відношенні висоти нерухомого шару Н0 до приведеного діаметру апарату Н0/Dа > 2,5: режим псевдозрідження є бульбашковий. Як наслідок до 30% за об’ємом твердих частинок знаходяться в застійних зонах і не приймають участі в процесах переносу. Для компенсації цього недоліку збільшують загальний об’єм твердих частинок і відповідну висоту шару. Це супроводжується невиправданим збільшенням гідравлічного опору та погіршенням умов барботування з метою забезпечення вертикально направленої циркуляції та підвищення коефіцієнту використання загальної поверхні твердих частинок в псевдозрідженому шарі запропоновано вставити вертикальні пластини (рисунок 1). В результаті експериментальних досліджень встановлено, що в зоні розташування вертикальних пластин, де частинки рухаються вертикально вгору з’являються два низхідні потоки зернистого матеріалу, які під дією сил тяжіння направлено опускаються вниз (рисунки 2 і 3). За допомогою відео зйомки встановлено, що швидкість частинки в зоні фонтану становить Wф=1,4 – 2 м/с, що перевищує швидкість руху в 4 – 5 раз зернистого матеріалу в низхідному потоці Wо=0,3 – 0,4 м/с. Пульсаційний режим фонтанування зменшується при числах псевдозрідження більших 1,4. Остаточна оцінка даного способу активації поверхні псевдозрідженого шару буде проведена при реалізації реального процесу грануляції рідких систем.

    Переглянути
  • Дослідження гідродинаміки псевдозрідженого шару

    Застосування техніки псевдозрідження для проведення інтенсифікації тепло-масообміну при зневодненні гетерогенних розчинів дозволяє отримати гуміно-мінеральні багатошарові тверді композити з рівномірним розподіленням компонентів по всьому об’єму. Ефективність тепло-масообміну при проведенні зневоднення і грануляції рідких розчинів визначається ефективною поверхнею частинок у псевдозрідженому шарі. Це досягається шляхом усунення застійних зон. Для досягнення поставленої мети було запропоновано зробити вставки з центральним каналом рисунок 1. Досліди проводились на лабораторній установці псевдозрідженого шару з розмірами АхВхН=0,28х0,11х0,72м, яка має вертикальний канал. Перепад тиску визначався на дифманометрах з точність ± 10Па. Графічна інтерпретація результатів експериментів наведена на рисунок 2 а, б. Крива псевдозрідження представлена у вигляді залежності ΔРш=f(KW) (рисунок 2а) для різних значень еквівалентного діаметра показує, що суттєвих відмінностей від звичайних умов немає. Збільшення загальної поверхні шару Σfш від 10,51 до 16,41м2 супроводжується адекватним збільшенням висоти шару, що зумовлює збільшення ΔРш від 1450Па до 2400Па. Залежність відношення гідравлічного опору шару ΔРш до гідравлічного опору газорозподільної решітки ΔРр від числа псевдозрідження KW наведена на рисунку 2б. Наявність локального мінімуму в діапазоні 1,0<КW<2,5 свідчить про суттєве збільшення гідравлічного опору газорозподільного пристрою, що пояснюється наявністю матеріалу в його щілинах. При значеннях КW≥2,5 спостерігається майже двократне зменшення гідравлічного опору газорозподільного пристрою. Таким чином для зменшення енергозатрат на створення псевдозрідженого шару і запобігання оплавлення твердих частинок, які утримуються в елементах конструкції газорозподільної решітки, проведення процесу грануляції доцільно при пуску досягати значень КW>3,5 з наступним зменшенням та роботі при значеннях КW=1,5. Отже в подальшому необхідно перевірити умови протікання процесу при значенні КW>3,25, та визначити втрати в апараті за умови забезпечення стабільного інтенсивного протікання процесів зневоднення та грануляції гетерогенних розчинів.

    Переглянути
  • 8.5.66 Математичне моделювання процесу гранулоутворення багатошарових гуміново-мінеральних композитів

    Загострення екологічних проблем зумовлює розробку нового покоління комплексних гуміново-мінеральних добрив застосування яких, сприятиме запобігання виснаження родючих ґрунтів України. Тому, дослідження процесів гранулоутворення гуміново-мінеральних композитів з рідких систем є актуальним. Функція потужності джерела нових центрів грануляції має форму синусоїди, в якій область, де ϕ ( D) > 0 свідчить про необхідну наявність в одиницю часу масового розподілення центрів грануляції, які реалізують за рахунок зовнішньго та внутрішньго джерела. Відповідно, область ϕ ( D) <0 – вилучення великих частинок за рахунок подрібнення великих частинок та вивантаження їх з апарата.Загальний вигляд сумарної функції потужності нових центрів грануляції на Рис. 1 Дослідами встановлено, що при локальному введенні рідкої фази коефіцієнт η<60 %, але потужність внутрішньго джерела є достатньою і процес здійснюється за безрецикловою схемою.При роздільному введенні η>95 %, але потужність внутрішньго джерела є недостатньою і процес здійснюється за рецикловою схемою. Наведена модель дозволить визначити частину та масовий розподіл рециклу, який забезпечує стійку кінетику гранулоутворення.

    Переглянути
  • ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ МЕХАНІЧНОГО ДИСПЕРГАТОРА РІДКИХ ГЕТЕРОГЕННИХ СИСТЕМ

    В комплексній системі утворення органо-мінеральних добрив введення і розподілення висококонцентрованих розчинів являється важливою складовою. Щоб отримати задану пошарову структуру продукції потрібно рівномірно нанести на центри гранулоутворення відповідну кількість колоїдних частинок, які подаються з рідкою фазою. Спосіб введення гетерогенних систем в апараті псевдозрідженого шару має відповідати таким вимогам: ♦ рівномірне розподілення рідкої системи в об’ємі псевдозрідженого шару, результатом чого стане рівномірне розподілення твердої фази на поверхні центра гранулоутворення; ♦ усунення зон перезволоження в апараті під час проведення процесу, що забезпечить контрольований процес гранулоутворення; ♦ забезпечення мінімальної дисперсії факела розподілення крапель. Для вирішення поставленої задачі необхідно провести експериментальні дослідження, метою яких є: • визначення геометричних розмірів факелу розпилу крапель гетерогенного середовища при використанні механічних диспергаторів різних типів; • визначення розмірів крапель; • визначення впливу змочуваності диспергатора на факел розпилювання; • сформулювати фізичну і математичну модель процесу диспергування. Для проведення досліджень створено пілотну установку, зображену на рисунку 1. Сутність методики полягає в тому, що при різних лінійних швидкостях крайки диспергатора визначається масове розподілення рідкої фази вздовж осі обертання. Витрати рідкої фази контролюється і вимірюються об’ємним методом. Модельною рідиною служить водяна суспензія з різним вмістом карбонату кальцію. Кількість обертів фіксується стробоскопом СШ-2 з точністю ±2 с -1. Визначення розподілення у факелі розпилу проводилось вловлюванням крапель в робочу касету 7, яка встановлюється на відстані l від крайки диспергатора, що обертається. Фотофіксація та спостереження процесу диспергування здійснюється у світлі стробоскопу СШ-2 та цифрового фотоапарата Результатом дослідження буде розроблення конструкції диспергатора для забезпечення заданих умов розподілення гетерогенних систем та буде визначено вплив змочуваності робочої поверхні диспергатора на характеристики факелу розпилення. З урахуванням досліджень буде скореговано фізичну і математичну моделі процесу диспергування гетерогенних систем.

    Переглянути
  • АЕРОДИНАМІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПРОЦЕСІВ ПЕРЕНОСУ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

    Зневоднення рідких композитних систем із застосування техніки псевдозрідження дозволяє реалізувати цей процесз мінімальними енергетичними витратами з термічним ККД більше 60%. Головним завданням процесу є створення мікрокристалічного шару з мінеральних речовин, на поверхні яких осаджуються колоїдні частинки органічних речовин. Експериментально встановлено, що найбільш доцільно проводити процес шляхом ізотермічної масової кристалізації, при якій інтенсивність підведення теплоти визначає розмір мікрокристалів. При цьому здійснюється двостороннього підведення теплоти до надтонкої плівки від нагрітих гранул та теплоносія. Окрім того газовий теплоносій одночасно виконує роль зріджуючого агенту та суцільного середовища для переміщення зернистого матеріалу в апараті. Для створення умов стійкої кінетики процесу гранулоутворення необхідно забезпечити відповідний час перебування гранул в зонах зрошення, тепло-масообміну та релаксації. Тому дослідження гідродинаміки псевдозрідженого шару направленою циркуляцію та розроблення газорозподільчого пристрою є актуальним. Для перевірки технічної ідеї в камеру гранулятора встановлено дві вертикальні вставки (рис.1), що утворюють канал для висхідного руху матеріалу в режимі фонтанування та двох бічних каналів для нисхідного руху. Інтенсивність циркуляції матеріалу визначалось коефіцієнтом циркуляції зернистого матеріалу KЦ. При загальній масі завантаженого шару H0 = 0,3 м і кратність циркуляції KЦ = 0,06. При збільшенні загальної маси шару в 1,5 рази висота H0=0,42 м збільшується, а кратність циркуляції зростає від 0,06 до 0,14 1/с, тобто більше ніж в 2 рази. Таким чином даний спосіб організації гідродинамічного процесу дозволяє визначити кратність циркуляції та час перебування в зоні релаксації.

    Переглянути
  • ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРОДИНАМІКИ В ПСЕВДОЗРІДЖЕНОМУ ШАРІ З НАПРАВЛЕНОЮ ЦИРКУЛЯЦІЄЮ

    Для підтвердження запропонованої раніше математичної та фізичної моделей циркуляції зернистого матеріалу в шарі [1] необхідно провести експериментальні дослідження гідродинаміки в псевдозрідженому шарі з направленою циркуляцією при створенні направленої циркуляції в центральній частині, обмеженій направляючими вставками. 1. Перед початком процесу дисперсний матеріал знаходиться в стані спокою (рис. 1а) і розташовується рівномірно на висоті H0 по всьому перерізу апарата. За таких умов порозність шару є рівною для всіх трьох зон 123 00 0 eee = = @ – 0,4 і визначає умови початку процесу. 2. Під час проведення процесу (рис. 1б) спостерігається чітко виражений фонтануючий направлений потік дисперсного матеріалу. За таких умов порозність шару змінюється, оскільки в бічних зонах спостерігається рівномірний поступовий низхідний рух дисперсного матеріалу, а в центральній фонтануючій зоні – пневмотранспорт. В подальшому, за отриманими відеоматеріалами, необхідно встановити швидкості твердих частинок в центральній висхідній Wф та бокових низхідних зонах Wб при різних масах шару М Ш ў та значеннях коефіцієнта гранулоутворення KW , і уточними коефіцієнти математичної моделі.

    Переглянути
  • ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ КАВІТАЦІЇ ДЛЯ ВІДНОВЛЕННЯ ВІДПРАЦЬОВАНИХ МЕМБРАН

    Питна вода є необхідною для існування людини. Забруднення річок, озер та підземних вод промисловими та побутовими відходами, кліматичні зміни та інші фактори призвели різко зменшення кількість джерел якісної питної води. Для вирішення проблеми забезпечення людства питною водою в останні десятиліття широкого поширення набули баромембранні процеси, зокрема зворотній осмос [1]. Основним обмеженням розвитку таких процесів є забрудненням мембран. Для зменшення такого негативного впливу застосовують попередню очистку води перед подачею води в мембранні модулі, додавання до початкового розчину речовин, що зменшують інтенсивність осадоутворення (атискейлантів) або руйнують шар осаду, періодичне промивання мембран тощо [2]. З метою перевірки можливості використання гідродинамічної кавітації для очищення поверхні мембран та інтенсифікації хімічної обробки промивними розчинами було проведено ряд експериментів з відпрацьованим мембранним модулем марки AquafilterTFC-75 після 18 місяців роботи на водопровідній воді. Враховуючи фізико-хімічні властивості мембран, з метою уникнення їх термічного руйнування обробка проводилася при пониженій температурі (до 35 °С) і, відповідно, при розрідженні (тиск розрідження 0,08 МПа). В якості промивної рідини використовувався 5% розчин лимонної кислоти. Якість роботи модуля оцінювалося за величиною коефіцієнта розділення. Залежність коефіцієнта розділення від відносної тривалості роботи модуля представлена на рисунку 1. Результати попередніх досліджень покують зростання після обробки коефіцієнта розділення в середньому на 3%, а також зростання питомої продуктивності на 11%, що свідчать про задовільне відновлення селективності та продуктивності мембранного модуля. Відповідно до цього формулюється задачі подальших досліджень, які включають встановлення впливу величини розрідження, складу промивного розчину, температури середовищ та тривалості обробки на якість відновлення властивостей, а також визначення тривалості стабільної роботи мембранного модуля після обробки.

    Переглянути
  • ГІДРОДИНАМІКА У АПАРАТАХ З ВИСОКИМ ШАРОМ ЗЕРНИСТОГО МАТЕРІАЛУ ПРИ ОДЕРЖАННІ ГУМІНОВО- МІНЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ

    Основною вимогою для утворення гуміново-мінеральних добрив нового покоління є рівномірне розподілення мінеральних речовин та гумінових композитів по всьому об’єму гранули. Згідно проведених досліджень вміст гумінових речовин не може перевищувати 1% від маси сухих речовин у твердому композитів. Тому найбільш доцільним є використання псевдозрідження для одержання композитів з пошаровою структурою з товщиною шару 10-6…10-7 м. Така структура досягається за рахунок багатократного, регулярного проходження через зони зрошення, релаксації та зони інтенсивного тепло- масообміну. Враховуючи, що важливим фактором при реалізації процесу шляхом масової кристалізації є висота зернистого шару, що в 5-6 разів перевищує висоту шару теплообміну. Тому є визначальним реалізація режиму з направленою циркуляцією визначає стійкість кінетики гранули утворення гуміново-мінеральних твердих композитів. Для реалізації цього процесу, на підставі попередньо проведених дослідів, запропоновано газорозподільний пристрій (ГРП) згідно рисунку 1. В нижній частині встановлюємо ГРП жалюзійного типу, які спрямовують газовий потік в праву сторону камери гранулятора і спричинюють висхідний потік. Для забезпечення струменевого висхідного руху в камері гранулятора встановлюємо спеціальну перегородку на відстані 0,25А і висотою Н (параметри будуть встановлюватись експериментально). Це дозволить забезпечити вертикальний рух зернистого матеріалу по всій висоті шару Н=360…400 мм. Напрям руху диспергатора - проти годинникової стрілки. В цьому випадку вектор руху крапель рідини - Wp, що диспергується, співпадає з основним вектором руху зернистого матеріалу в шарі - Wm. Це дозволить забезпечити направлену циркуляцію зернистого матеріалу в шарі з послідовним його переміщенням через зони: інтенсивного тепло- масообміну - I, зону зрошення - II та релаксації - III. Також забезпечується повна циркуляція зернистого матеріалу в усьому об’ємі зернистого матеріалу без пульсаційного режиму. Запропонована камера гранулятора потребує експериментальних гідродинамічних досліджень та оцінки впливу на кінетику процесу грануло утворення при зневодненні рідких систем.

    Переглянути
  • СПОСІБ ВВЕДЕННЯ РІДКОЇ ФАЗИ ДО ПСЕВДОЗРІДЖЕНОГО ШАРУ

    Для створення твердих гуміново-мінеральних композитів з пошаровою структурою необхідно збільшити концентрацію твердих частинок в зоні зрошування до 60%. Для цього був використаний призматичний апарат розмірами AxBxH = 0,3x0,1x0,8 м. В якості центрів грануляції були вибрані гранули з de=2,41 мм. Досліди проводились на робочому розчині: 40% сульфату амонію з додатком 1% гумату. Температура: Твх= 80 , Тш=61 , що визначалася стійкістю матеріалу камери гранулятора, яка зроблена з органічного скла. Для подачі суспензії застосовувався диспергатор конічного типу з фторопласту. В результаті було отримано такі дані: - еквівалентний діаметр частинки de=2,5 мм; - при ступені навантаження по волозі коефіцієнт гранулоутворення =80%. При збільшенні щільності зрошення внаслідок недостатнього руху зернистого матеріалу в зоні зрошування і використання конічного диспергатора з одною робочою поверхнею спостерігалася агломерація частинок. Щоб цьому запобігти, необхідно збільшити інтенсивність циркуляції в області з більшою концентрацією зернистого матеріалу, а також застосувати диспергатор з більшою кількістю робочих поверхонь.

    Переглянути
  • ОСОБЛИВОСТІ ГІДРОДИНАМІКИ ПСЕВДОЗРІДЖЕНОГО ШАРУ ПРИ ЗНЕВОДНЕННІ РІДКИХ СИСТЕМ

    Здійснення процесу утворення твердих гуміново-мінеральних композитів з пошаровою структурою з рідких систем у псевдозрідженому шарі можливо при забезпеченні відповідного гідродинамічного режиму. У цьому випадку зріджений агент забезпечує спрямоване переміщення центрів грануляції через зони теплообміну, зрошення та релаксації при висоті шару зернистого матеріалу H, яка значно перевищує приведений діаметр апарата D. Тому для створення направленої циркуляції в апараті запропоновано нову конструкцію камери гранулятора та газорозподільного пристрою щілинного типу. Завдяки встановленню на відстані 0,25А спеціальної перегородки 2 утворюється вертикальний канал з інтенсивним висхідним рухом зернистого матеріалу, який спрямовується розподільником 3 у зону низхідного потоку ущільненого матеріалу. Досліди проводились на кімнатній установці в камері з прозорого матеріалу розмірами AxBxH = 0,3x0,1x0,8 м. Дослідним шляхом встановлено наявність пульсацій у висхідній (А) та низхідній (В) зонах руху матеріалу рис. 3. Відповідно у висхідній – 124 Гц і низхідній – 96 Гц. Спостереженнями установлено, що ближче до перегородки швидкість руху зернистого матеріалу зменшується, а також із наближенням до щілин уведення теплоносія його рух сповільнюється за рахунок дії зріджуючого агенту. Епюри залежності швидкості руху матеріалу від висоти( Н, ) та ширини(L, ) низхідної зони (В) при проведенні процесу зневоднення реальних розчинів наведені на рис. 4. У подальшому необхідно провести дослідження щодо стійкості гідродинамічного режиму при збільшенні навантаження за вологою.

    Переглянути
  • МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ПЕРЕНЕСЕННЯ ПРИ ЗНЕВОДНЕННІ КОМПОЗИТНИХ СИСТЕМ

    Застосування техніки псевдозрідження для одержання твердих мінерально- гумінових композитів з рідких систем із заданими властивостями дозволяє сумістити в одному апараті процеси масової кристалізації та грануляції з тепловим ККД > 65%. Схема апарату та руху зернистого матеріалу наведена на рисунку 1. Організація гідродинаміки полягає у забезпеченні руху зернистого матеріалу через такі основні зони: І зона розташована безпосередньо біля газорозподільного пристрою, в якій струменем нагрітого теплоносія частинка набуває максимальної швидкості на висоті 30- 50 мм і переміщується до зони ІІ. В зоні ІІ здійснюється диспергування рідкої фази і утворення тонкої плівки рідини, за рахунок адгезійно-сорбційних сил на поверхні частинок. Температура гранули знижується до температури мокрого термометра. В ІІІ зоні, розташованій над диспергатором, відбувається змішування зволожених гранул з частиною сухих і відбувається часткове випаровування розчинника. Зернистий матеріал, суміш зволожених та сухих гранул, надходить в зону IV в якій завершується процес масової кристалізації та формування шару мікрокристалів на поверхні гранул, а також сорбція частини парів вологи сухими гранулами. Решта вологи переноситься до газового теплоносія, який рухається в режимі фільтрації через шар зернистого матеріалу. Із зони IV зернистий матеріал надходить до зони І. Багатошарова структура досягається за рахунок багатократного, регулярного проходження через зони зрошення, релаксації та зони інтенсивного тепло-масообміну. Враховуючи, що важливим фактором при реалізації процесу шляхом масової кристалізації є висота зернистого шару, що в 5-6 разів перевищує висоту шару теплообміну. Тому є визначальним реалізація режиму з направленою циркуляцією визначає стійкість кінетики гранули утворення гуміново-мінеральних твердих композитів. Схема дій сил у зонах з висхідним та низхідним потоками показано на рисунку 2. Для реалізації цього процесу, на підставі попередньо проведених дослідів, запропоновано газорозподільний пристрій (ГРП) згідно рисунку 1, позиція 2 і вертикальні вставки, позиція 4. Для розв’язку моделі необхідно експериментально визначити базові характеристики гідродинаміки та кінетики процесу.

    Переглянути
  • МОДЕЛЮВАННЯ РУХУ ГАЗУ В КАМЕРІ ГРАНУЛЯТОРА

    Впровадження енергоощадних технологій потребує вдосконалення техніки псевдозрідження при проведенні таких процесів як сушіння, гранулювання, агломерація та нанесення покриттів. Проте встановлення закономірності взаємодії в системі газ-частинка та частинка-частинка є недостатнім. Так авторами [1] було застосовано модель нерозривності, а також дискретні моделювання елементів щоб дослідити гідродинаміку процесу псевдозрідження. Ця робота спрямована на моделювання гідродинаміки апарату з фонтануючим шаром, що ґрунтується на моделі суцільного середовища Ейлера / Ейлера із застосуванням програмного пакету SolidWorks flow simulation. Дослідження гідродинаміки руху газового середовища проводилися на пілотній установці з розмірами камери гранулятора в робочій зоні AхBхH=0,3х0,1х0,8м. Основна ідея аеродинамічного руху полягає у створені направленого циркуляційного руху в робочій зоні гранулятора з використанням газорозподільчого пристрою щілинного типу та направляючою вставкою в камері гранулятора. Моделювання руху газового середовища в апараті гранулятора з ГРП щілинного типу в середовищі SolidWorks приведено на рис.1. Розрахунок гідравлічного опору при проходженні газу через камеру гранулятора підтверджено експериментально рисунок 2. Характер зміни швидкостей по модулю від газорозподільчого пристрою в межах експериментально вираженої висоти шару Hш проведено на рис.3, рис.4, рис.5, рис.6. В апараті чітко формується висхідний потік та наявність мінімальних екстремумів на епюрах швидкостей так, при y=0.5Нш швидкості по осі апарата прямують до нуля при різних об’ємних витратах газу. В подальшому необхідно провести дослідження щодо визначення теорії гідродинаміки на процес перенесення при зневодненні і гранулоутворенні рідких гетерогенних систем.

    Переглянути
  • ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ МЕМБРАННИХ МОДУЛІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ЛОКАЛЬНОГО ЗАКИПАННЯ

    Під час роботи мембранного модуля виникають поляризаційні явища, внаслідок яких можливе утворення забруднень на поверхні мембрани[1], речовинами, що не пройшли крізь неї. Це створює додатковий гідравлічний опір та знижує продуктивність процесу мембранного розділення. Для продовження строку експлуатації мембран виконують їх очистку. До способів очистки мембран можна віднести гідравлічну, механічну та хімічну очистку. Тому питання розробки очисного обладнання для регенерації мембранних модулів є актуальним. Для проведення експериментальних досліджень була створена дослідна установка, схема якої зображена на рисунок 1. Установка працює наступним чином: вакуум-насос 8 створює розрідження до 0,04-0,08МПа в проміжній ємності 10, куди за рахунок перепаду тиску починає поступати промивна рідина з ємності з промивним розчином 2, проходячи через буферну ємність 4 та, пульсуючи, через робочий блок 6 з встановленим в ньому мембранним модулем 7. Пульсація промивної рідини, що виникає за рахунок розрідження, створює сприятливі умови для локальної гідродинамічної кавітації промивної рідини. Робочі параметри процесу контролюються манометрами на термо- електричним термометром: манометр Р1 показує тиск промивної рідини перед робочим блоком з мембранним модулем, манометр Р2 показує тиск промивної рідини після проходження робочого блоку з мембранним модулем, манометр Р3 показує тиск в проміжній ємності 10. Термо- електричний термометр показує температуру в ємності з промивною рідиною 2, температуру та температуру промивної рідини після проходження робочого апарату з мембранним модулем. Оскільки мембранні модулі можна очищати лише методом промивання, тому дослідження цього методу регенерації мембранних модулів є актуальним. Метою роботи є дослідження процесу очищення мембранних модулів та виведення критеріального рівняння для визначення коефіцієнту масовіддачі від шару забруднень до промивної рідини. Проведено експерименти, результат яких представлений на рисунок 2. Подальша обробка експериментальних даних буде полягати в знаходженні констант С, n, m методом найменших квадратів.

    Переглянути
  • ЯВИЩА ОСАДЖЕННЯ НА ПОВЕРХНІ МЕМБРАН ТА ЇХ ВПЛИВ НА БАРОМЕМБРАННІ ПРОЦЕСИ

    Експлуатаційна ефективність мембранних систем очищення обмежується, в основному, забрудненням мембран. Зниження продуктивності мембранних установок на 95–97% визначається поверхневим забрудненням мембран та на 3–5% ущільненням капілярно- пористої структури [1]. Однією з головних причин забруднення є формування осаду різного типу. Найбільш поширені типи забруднень – мінеральний осад, гідроксид металів, колоїдні плівки органічного і біологічного походження. Причини забруднення мембран визначаються фізико-хімічними та поверхневими властивостями самої мембрани. Також властивостями частинок забруднюючої фази, які знаходяться в вихідній речовині. Ці особливості впливають на величину потоку крізь мембрану, що продемонстровано на рисунку 1. Основним типом осаду, що впливає на роботу мембранної системи є карбонатний осад. При підвищенні температури і pH вихідної води рівноважне співвідношення між бікарбонатами і карбонатами зсувається в бік карбонатів, які разом з сульфатами ( CaSO , BaSO , SrSO 4 4 4 ), фосфатами Ca (PO ) 3 4 2 і фторидами CaF2 , а також боратами, силікатами, гідроксидами заліза, марганцю та алюмінію, відрізняються низькою розчинністю, утворюють мінеральний осад. Існує багато способів для зменшення швидкості утворення осаду: підготовка вихідного розчину, зміна властивостей мембрани, вибір оптимальних режимів роботи установки [2]. Усі ці методи спрямовані на зменшення швидкості утворення осаду. Вони потребують ретельного вивчення вихідної сировини та самого баромембранного процесу. Для кожного типу сировини та установки треба обирати індивідуальний та унікальний спосіб. Незважаючи на їх ефективність на певному етапі свого функціонування будь-яка установка потребуватиме очищення. З цих причин дослідження та вдосконалення способів відновлення очисних властивостей мембран є перспективним, та доцільним методом підвищення продуктивності установки, економії ресурсів та коштів на придбання нового обладнання. Найбільш поширеними методами відновлення мембран є гідравлічна механічна та хімічна очистка. Вище зазначені методи мають як недоліки так і переваги, але найперспективнішим методом є гідравлічний метод який не потребує ні хімічних компонентів які в подальшому повинні бути утилізовані, ні механічного втручання яке може зруйнувати поверхню мембрани. Але цей метод має невелику інтенсивність, що і є основним недоліком, покращити ефективність цього способу очищення можна використавши вакуумування та явище гідродинамічної кавітації [3].

    Переглянути
  • АКТУАЛЬНІСТЬ ВИРОБНИЦТВА ОРГАНО-МІНЕРАЛЬНО- ГУМІНОВИХ ДОБРИВ

    Майже всі ресурси, які людина зараз інтенсивно використовує, є не відновлюваними, або такими, що в процесі свого використання безповоротно або частково втрачають свої властивості. До таких ресурсів належать грунти. Об’єм урожаю залежить від їх родючості, яка в загальному, визначається вмістом гумусу в ньому. На сьогоднішній день спостерігається тенденція різкого збільшення кількості населення в основному в тих регіонах планети, що не можуть себе забезпечити продовольством. А на території України зосереджено близько 28% сприятливих грунтових площ всієї планети. Аналізуючи вміст гумусу в українських грунтах, приходимо до висновку, що його вміст із 13% у 1881 році зменшився до 3,2% у 1991 році. На сьогоднішній рік він складає лише 3,1 %. Враховуючи різку динаміку збільшення населення, технологічний прогрес та концепції сталого розвитку, потрібно раціонально і ефективно використовувати грунтові ресурси для забезпечення потреб сьогодні, не ставлячи під загрозу здатність наступних поколінь задовольняти свої власні потреби. Постає необхідність у знаходженні радикально-нових концепцій та підходів до складу і виробництва добрив. Потрібно вносити добрива не тільки для забезпечення поживними речовинами у вегетаційний період розвитку рослини, а і для стабілізації та відновлення мікробіологічного складу грунту, який в результаті дегуміфікації, надмірній кислотності, незбалансованим використанням мінеральних та органічних сполук уже не може самовідновлюватнся і уже не може забезпечити рослину необхідною кількістю поживних речовин. Із часом такий грунт втрачає свою цінність. Родючість грунтів, обумовлена вмістом в них органічних речовин, гумінових речовин і мінеральних поживних речовин (N, Р, К, Са). Новим підходом у виробництві добрив є використання органо-мінерально- гумінової сировини при грануляції останніх у апараті із псевдозрідженим шаром. В якості органічної сировини використовується кістяна мука, яка містить понад 30% фосфорних з’єднань та кальцій. Відомо, що при безперервному процесі гранулоутворення, на кінетику процесу та на якість і однорідність отриманого продукту суттєво впливають не тільки технологічні параметри самого процесу, але й дисперсний склад частинок в апараті при проведенні процесу, склад початкової суспензії, яка є гетерогенною системою і має неоднорідний склад за твердими частинками та спосіб її диспергування. Для підвищення ефективності процесу та якості гранульованого продукту постає потреба у визначенні закономірностей динамічної рівноваги дисперсного складу частинок в апараті, яка залежить не тільки від технологічних параметрів самого процесу, а головним чином від способу генерації нових центрів грануляції та від потужності джерел нових центрів грануляції. Задачею дослідження є встановлення закономірностей процесу гранулоутворення органо-мінерально-гумінових добрив в апараті із псевдозрідженим шаром. Визначення методів для підтримання динамічної рівноваги дисперсного складу частинок в апараті та досягнення однорідного хімічного складу готової продукції.

    Переглянути
  • ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПСЕВДОЗРІДЖЕННЯ ПРИ ЗАСТОСУВАННІ ГАЗОРОЗПОДІЛЬНОГО ПРИСТРОЮ ЩІЛИННОГО ТИПУ

    Метою експериментальних досліджень є визначення особливостей конструкції газорозподільного пристрою (ГРП) для підведення зріджуючого агента при реалізації струменево-пульсаційного режиму псевдозрідження в апаратах для зневоднення та грануляції. Підведення зріджувального агента із температурою tвх. 200 240 С до камери гранулятора дозволить підвищити ефективність процесу грануляції, проте може спричинити оплавлення зернистого матеріалу на елементах ГРП через наявність застійних зон. Для уникнення застійних зон розроблено ГРП щілинного типу [1] із коефіцієнтом живого перерізу φ 6% [2]. Моделювання гідродинамічного режиму в камері апарата із розмірами АхВхН 0,11×0,3×0,8м проводилося у програмному середовищі SolidWorks однофазної системи. За результатами моделювання процесу підведення зріджувального агента перпендикулярно (wг1) до вектора швидкості руху газу (wг2) у щілинах ГРП (тип 1) отримано епюру швидкостей газу, рисунок 1а. Це спричинило зменшення швидкості на верхній пластині ГРП від wг 15м/с до wг 11м/с на відстані від лівої щілини lmax1 54,9мм, зона А1. У випадку встановлення направляючих пластин 1, 2 (тип 2), рисунок 1б підведення зріджувального агента забезпечує однакове направлення векторів швидкостей руху газового потоку при підведенні (wг1) до щілин та у них (wг2). Епюра швидкостей характеризується більшою зоною розподілення швидкості wг 15м/с на верхній пластині, яка зменшується до wг 12м/с на відстані від лівої щілини lmax2 76,8мм, зона А2, що у 1,4 рази перевищує значення, отримані при моделюванні гідродинамічного режиму в камері з ГРП типу 1. Це унеможливлює появу великих застійних зон. Практична перевірка отриманих результатів моделювання гідродинамічного режиму в SolidWorks проводилася для двофазної системи газ-тверді частинки на пілотній установці з розмірами камери гранулятора АхВхН 0,11×0,3×0,8м [3]. Висота шару гранул із еквівалентним діаметром De 2,4 мм визначалась із умови ΔРш/(gDe) 80 100 [2]. Фотофіксації взаємодії зріджувального агента та зернистого матеріалу в апараті псевдозрідженого шару підтверджують результати, отримані при моделюванні процесу в SolidWorks, адже застійна зона В при застосуванні ГРП типу 2 значно менша, порівняно з ГРП типу 1, рисунок 2. Експериментально визначено значення коефіцієнтів гідравлічного опору ζ газорозподільних пристроїв із різними способами підведення зріджуючого агента, рисунок 3. Таким чином, застосування ГРП типу 2 при коефіцієнті гідравлічного опору ζ2≈2.15, що у 1,33 рази менший, ніж у ГРП типу 1, відповідно зменшує застійну зону на верхній пластині та витрати енергії на процес грануляції. У подальшому планується перевірка можливості застосування ГРП типу 2 при зневодненні рідких систем у псевдозрідженому шарі.

    Переглянути
  • ГРАНУЛЮВАННЯ СУЛЬФАТУ-НІТРАТУ АМОНІЮ

    Збільшення кількості населення на планеті суттєво загострює продовольчу проблему. Тому Україні, на території якої зосереджено чверть ґрунтових площ всієї планети, відводиться особливе місце у вирішенні цієї проблеми [1]. Однак сучасне інтенсивне землеробство вже не може існувати без додаткового внесення до ґрунту мінеральних добрив. Найважливішим видом мінеральних добрив є азотні, до яких відносяться: аміачна селітра, карбамід, сульфат амонію, водні розчини аміаку та інших. Азоту належить винятково важлива роль життєдіяльності рослин: він входить до складу хлорофілу, що є акцептором сонячної енергії, та білків, необхідних для побудови живих клітин [2]. Існуючі азотні добрива є фізіологічно кислими і, в основному, містять азот і, як виключення, сірка (сульфур) яка за фізіологічною дією в живленні рослин займає третє місце після азоту і фосфору. Сучасні технології виробництва аміачної селітри для потреб сільського господарства [3] є енергозатратними і дозволяють отримувати гранульований нітрат амонію із вмістом азоту до 30%. Разом із тим, для ефективного проведення біотехнологічних процесів, що протікають у ґрунтах, необхідна присутність сірки, тому дослідження процесу гранулоутворення сульфату- нітрату амонію дозволить отримати комплексні добрива нового покоління, які містять до 25% азоту та до 12% сірки. Виробництво азотних добрив є дуже актуальним так як, крім того, що колосальна кількість азоту виноситься з грунту сільськогосподарськими культурами (від 100 до 200 кг з кожного гектара), крім цього певну кількість азоту ми втрачаємо внаслідок вимивання та процесу денітрифікації –відновлення нітратів до нітритів і далі до молекулярного азоту, як результат азот повертається до атмосфери і стає недоступним для більшості організмів, тому виникає потреба в зменшенні виносу азоту. При внесенні в ґрунт, сульфат амонію швидко розчиняється. Амонійна група поглинається ґрунтовим вбирним комплексом, що утримує азот від вимивання. Завдяки добрій сорбції у ґрунті та малій рухомості, не вимивається і є єдиним джерелом азоту для рослин на тривалий термін. Сульфат амонію, завдяки амонійній формі азоту, сумісного з сіркою, запобігає накопиченню нітратів в 3 рази, зменшує вміст радіонуклідів в рослинах в 2 рази, тому може застосовуватись на забруднених територіях. Враховуючи фізіологічну кислотність сульфату амонію, з сiрчано-кислого амонію рослини швидше вбирають катіон, ніж аніон, адже потреба рослин в азоті більша, ніж в сiрцi [3]. В ґрунті накопичуються кислотні залишки i це призводить до підкислювання ґрунтів, чого можна уникнути вапнуванням. Основними задачами дослідження є: встановлення закономірностей ефективного процесу гранулоутворення сульфату-нітрату амонію в апараті псевдозрідженого шару з одержанням продукту із заданими властивостями;визначення способів стабілізації режиму роботи та підвищення коефіцієнта використання теплоти.

    Переглянути
  • ОБГРУНТУВАННЯ МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ДЛЯ ПРОЦЕСІВ МЕМБРАННОГО РОЗДІЛЕННЯ

    До основних факторів, які визначають безпеку життєдіяльності людини відноситься вода. Відповідне досягнення заданої якості води можливе при застосуванні мембранних технологій розділення. Розвиток сучасної технології дозволяє використовувати системи автоматизації для динамічної стабілізації, або контролю параметрів виробничихта технологічних процесів. Майже всі процеси намагаються утримувати у вузьких межах робочих показників, без використання складних систем. Мембранне розділенняхарактеризуються тим, що продуктивність мембрани з часом зменшується, що, відповідно, зменшує експлуатаційну ефективністьмембранного розділення в наслідок концентраційної поляризація та забруднення робочої поверхні мембрани. Оскільки, забруднення мембрани є подія неминуча, то очевидним є те, що при розробці будь яких методик очищення мембран, треба визначити залежності, які будуть характеризувати продуктивність робочого модуля після регенерації, відповідно, до параметрів очистки. Такі залежності дозволять оптимізувати процес очистки, також, це дозволить прогнозувати та планувати в часі майбутні стадії відновлення мембран. Остаточно, це дозволить підвищити економічну ефективність процесу[1]. В загальному випадку продуктивність, або потік крізь мембрану визначається за такою залежністю:На рушійну силу процесу впливає осмотичний тиск – , тому для усунення дії цього фактору як робочу рідину треба використовувати знесолену воду. Тоді осмотичним тиском, опором концентраційної поляризації, та іншими типами опору (опір адсорбції, гелевого шару) можна знехтувати. З урахуванням цього рівняння (1) приймає такий вигляд:Після проведення експериментальних досліджень було отримано результати, на рисунках 1 та 2 які повністю відповідають наведеним вище припущенням. Під час проведення дослідів використовувалася мембрана зворотного осмосу M-1261-75Gфірми «U.S.ATechnology». Початковий стан мембрани позначений лінією 1, 2 стан мембрани після забруднення, 35, стан мембрани після різних стадій регенерації. Експериментальні данні підтвердили вірність прийнятих допущень, то спрощене рівняння (2) в подальшому можливо використати як основу для створення розрахункових залежностей, що дозволить прогнозувати рівень відновлення мембран.

    Переглянути
  • РОЗРОБКА СПОСОБУ СТАБІЛІЗАЦІЇ ДИСПЕРСНОГО СКЛАДУ ПРИ ЗНЕВОДНЕННІ ВИСОКОКОНЦЕНТРОВАНИХ РІДКИ Х СИСТЕМ В ПСЕВДОЗРІДЖЕНОМУ ШАРІ

    Стабілізація дисперсного складу частинок в апараті при отриманні гранульованих композитів є необхідною умовою безперервного проведення процесу. Стійкість кінетики процесу гранулоутворення визначається процесами перенесення, що протікають в шарі, і тому повинна підтримуватися сталою. Для безперервного ведення процесу зневоднення та грануляції висококонцентрованх добрив у псевдозрідженому шарі потрібно в будь-який момент часу підтримувати постійнимимасу шару та його площу на деякому сталому рівні 1 M , кг та 1 f , м 2 . Тому практична реалізація процесу, враховуючи гідродинаміку, проводиться за умови: Складемо матеріальний баланс гранулятора у диференціальній формі, (рисунок 1).При зневодненні рідких систем із вмістом сухих речовин більше 50%, потужності утворення центрів грануляції за рахунок подрібнення частинок великого розміру є не достатніми. Тому стабілізація можлива за рахунок введення до апарату зовнішнього ре циклу, рисунок 1. В цьому випадку матеріальний баланс гранулятора в диференціальній формі запишеться: Максимальна допустима зміна маси шару (гідравлічного опору) складає 10%. Тому перед введенням рециклу для виконання умови (2) потрібно безперервно виводити гранули із апарату. При цьому падає значення залишкової площі поверхні шару на величинуУ випадку дискретного введення рециклу відбувається зменшення поверхні шару на 10% від початкової. Такий підхід потребує експериментальної перевірки в умовах реального експерименту.

    Переглянути
  • СТАБІЛІЗАЦІЯ ДИСПЕРСНОГО СКЛАДУ ПРИ РІЗНИХ МЕХАНІЗМАХ РОСТУ ГРАНУЛ ПРИ ЗНЕВОДНЕННІ РІДКИХ СИСТЕМ В ПСЕВДОЗРІДЖЕНОМУ ШАРІ

    До основних вимог гранульованих добрив відносяться рівномірне розподілення компонентів по всьому об’єму сферичних композитів та заданий дисперсний склад продукту. Виконання цих вимог можливе при пошаровому механізму росту гранул (рис. 1), який реалізується при зневодненні гетерогенної рідкої фази у псевдозрідженому шарі.Так, відомі роботи [1], які описують кінетику процесу гранулоутворення азотно-гумінових добрив при зневодненні гомогенної рідкої фази із вмістом сухих речовин до 40%. концентрацією твердої фази понад 40%. На рис. 2 наведена динаміка зміни еквівалентного діаметра, яка характеризується монотонним збільшенням еквівалентного діаметра при локальних швидкостях росту   е       dD d/ 0,121 0,636 мм/год і при середньому значенні с   0,339 мм/год. На рис. 3 наведена динаміка зміни масових відсотків окремих фракцій. Послідовний перехід частинок зернистого матеріалу від менших за розміром фракцій до більших підтверджує припущення щодо збільшення їх розмірів за рахунок саме пошарового механізму росту гранул.Так, при початковому значенні e D  2,2 мм , рис. 2, при   0 год дисперсний склад визначається фракціями: +1,0 мм – 18,65%, +2,0 мм – 80,42%, +3,0 мм – 2,73%, рис. 3. При  1 год +2,0 мм зменшується із 80,42% до 63,53% ( 2    X 16,84% ) а фракція +3 мм мм збільшилася із 2,73% до 24,60% ( 3   X 21,87% ). За цей період часу фракція +1,0 мм зменшилася з 16,85% до 11,71% ( 1    X 5,14% ). На інтервалі часу 1 2,0    год , рис. 3, відбувається зменшення вмісту фракції +2,0 мм на величину 2    X 27,51% та збільшення фракції +3,0 мм – 3   X 35,66%, фракція +1,0 мм зменшується на величину 1    X 8,79%. Тобто, зменшення мосових відсотків попередніх фракцій зумовлює адекватне збільшення масових відсотків більших фракцій:        X X X 1 2 3  . Тобто, фракція +1,0 мм переходить у фракцію +2,0 мм яка одночасно переходить у фракцію +3,0 мм. Одночасний перехід фракції +2,0 мм у +3,0 мм підтверджується швидкістю зміни масових відсотків окремих фракцій, рис. 4. Паралельність кривої зміни вмісту фракцій +2,0 мм і +3,0 мм в часі відносно осі oxсвідчить про поступовий, рівномірний перехід фракції +2,0 мм у фракцію +3,0 мм. Тобто, на інтервалі 0 2,66    год спостерігається рівномірне падіння вмісту фракції +2,0 мм, що супроводжується рівномірним майже симетричним зростанням фракції +3,0 мм. Цепідтверджує пошаровий механізм утворення гранул та незалежність швидкості росту гранул від діаметра, тобто нульовий порядок їх росту [2]: . 0. d dD   (1) А саме значення лінійної швидкості росту гранул для пошарового механізму визначається за виразом[2], мм/год: де g– функція масового розподілення за діаметром, мм-1 ; D – поточний діаметр гранул, мм;  – лінійна швидкість росту гранул, мм/год; ψ – коефіцієнт гранулоутворення; К– константа вивантаження, год-1 . На задоволення потреб сільського господарства та для підвищення енергоефективності процесу у випадку мінерально-гумінових композитів складу [P]:[Ca]:[N]:[K]:[Г.]=10:19:11:2:1 при зневодненні рідких гетерогенних систем із загальною концентрацією твердої фази на рівні 60% при наступних параметрах технологічного процесу: температура шару 100-103 С, гідравлічний опір шару 1962 Па. Динаміка зміни еквівалентного діаметра частинок в апараті наведена на рис. 5 та динаміка зміни масових відсотків окремих фракцій на рис. 6.Середнє значення лінійної швидкості росту гранул складає с  1,1 мм/год, що понад у три рази перевищує значення в [1]. На інтервалі 0 0,167    год вміст фракції +3,0 мм ммзбільшується на величину 3   X 22,137% . Цьому збільшенню відповідає адекватне зменшення вмісту фракціїй +1,0 мм та 2,0 мм, тобто, виконується рівність        X X X 1 2 3  . На інтервалі 0,1667 0,333    год вміст фракції +2,0 мм зменшуєтьсяна на величину 2   X 22,897% . Це супроводжується одночасним збільшенням вмісту фракції +3,0 мм на величину 3   X 14,022% та фракції +4 мм на 4   X 11,28% . Тобто,      X X X 2 3 4  . Одночасність збільшення вмісту масових відсотків фракцій +3 мм і +4 мм відбувається за рахунок агломерації фракцій +2 мм і +3 мм. На інтервалі часу 0,333 0,500    год, спостерігається зменшення масового відсотка фракції +2 мм – 2   X 16,46% при одночасному збіьшенню масового відсотка фракції +3 мм – 3   X 5,904% , фракції +4 мм – 4   X 2,103% , +5 мм – 5   X 7,502% , тобто,        X X X X 2 3 4 5  . Тобто, на останніх двох проміжках часу реалізується агломераційний механізм гранулоутворення (рис. 7).При підвищенні концентрації робочого розчину в 1,5 рази порівнюючи із [1], середнє значення лінійної швидкості росту гранул с  1,1 мм/год. , що понад утри рази перевищує значення в [1]. Стрімке збільшення с пояснюється переходом від пошарової структури росту до механізму за рахунок агломерації, тобто   f  . А розрахунок значення швидкості росту гранул за виразом (2) стає не можливим. За такого механізму росту гранул виникає необхідність у визначенні швидкості лінійного росту гранул окремих фракцій та знаходження потужності зовнішнього джерела центрів грануляції.

    Переглянути
  • ЗАКОНОМІРНОСТІ УТВОРЕННЯ ОРГАНО-МІНЕРАЛЬНО- ГУМІНОВИХ ДОБРИВ

    Стан ґрунтів України потребує використання добрив нового покоління. В Україні відсутня достатня база для виробництва фосфатних та калійних добрив,тому в якості мінеральної сировини використовується сульфат амонію, органічної – кісткове борошно (містить макро-і мікроелементи, СаО природнього походження до 40% іР2О5 до 30%) та власне гумати із концентрацією 0,5-1%. Загальний вміст твердої фази у робочому розчині – 60%, що суттєво зменшує енерговитрати у порівнянні із [1], де вміст твердої фази 40 %. Основними вимогами до добрив є рівномірність розподілення компонентів по всьому об’єму гранули. Це досягається шляхом зневоднення рідких систем у псевдозрідженому щарі. Можливі два механізми утворення органо-мінерально-гумінових добрив, рисунок 1. Для виконання цих вимог доцільною є грануляція із пошаровим механізмом гранулоутворення, яка забезпечує рівномірність розподілення компонентів та задануміцність гранули. Це досягається відповідною організацією процесу у псевдозрідженому шарі із застосуванням теплоносія, температура якого в декілька разів перевищує температуру плавлення матеріалу. При отриманні органо-мінерально-гумінових композитів заданого складу[P]:[Ca]:[N]:[K]:[Г.]=10:19:11:2:1при наступних параметрах технологічного процесу: температура шару шT  96 °С, гідравлічний опір шару ш   P 1962 Па встановлено динаміку зміни еквівалентного діаметра зернистого матеріалу, рисунок 2, яка свідчить про стійку кінетику процесу та безперервність росту гранул. Проте спостерігається великі значення середньої лінійної швидкості росту гранул  1,659 мм/год. Динаміка зміни масових відсотків окремих фракцій, рисунок 3, характеризується послідовним переходом гранул із фракцій меншого розміру до фракцій більшого розміру, що свідчить про пошарову структуру гранул (див. рис 1). Так, після т.D(   0,66 год ) збільшується вміст фракції 5+ за рахунок зменшення 4+. Майже паралельність і рівномірний спад кривих 2 та 3 свідчить про поступовий, рівномірний перехід гранул із фракції 2+ у 3+із переходом у 4+. Для конкретно цих умов і цих композитів найбільш доцільно вести процес на ділянці O-D, де е d  4,5 мм при якому виконується вимога отримання готового продукту відповідного гранулометричного складу. Виникає потреба у стабілізації процесу на ділянці D-G, де різко збільшується е d за рахунок різкого збільшення вмісту фракції 5+, що не відповідає вимогам.Саме це і стане задачею досліджень а також дослідження ділянки C-F, де відбувається стрибкоподібне збільшення  Безперервне гранулоутворення із можливістю отримання заданого гранулометричного складу при пошаровому механізміможливе за наявності потужного джерела нових центрів грануляції, яке можна реалізувати завдяки внутрішньому й зовнішньому рециклу. В основу математичної моделі гранулоутворення авторами роботи [2] покладено рівняння нерозривності, записане у частинних похідних:де g – функція масового розподілення гранул за діаметром, мм-1 ;  – час, год; D – поточний діаметр гранул, мм;  – лінійна швидкість росту гранул, мм/год; S – функція сепарації; ψ – коефіцієнт гранулоутворення; К – константа вивантаження, год-1 ;  – функція потужності джерела та стоку, (ммгод)-1 . Для розв’язку рівняння (1) необхідно експериментально визначити коефіцієнт гранулоутворення, лінійну швидкість росту гранул, константу вивантаження та розрахункову функцію масового розподілення за діаметрами, що забезпечує заданий дисперсний склад та експериментальну, що визначена в даний конкретний момент часу. Для опису масового розподілення гранул застосовується γ-розподілення: На основі експериментальних даних знайдено і побудовано апроксимуючі криві, які описують масове розподілення. У таблиці 1 наведені результати апроксимації. Таблиця 1 – Результати апроксимації масового розподіленняДля точок O, A, B, D і G апроксимуюча крива описує масовий розподіл практично на всьому проміжку при коефіцієнті кореляції    0,85 0,93. Для точок С, Е,іF апроксимуюча крива не описує масовий розподіл, особливо на ділянках де d  4,5 мм. Функції масового розподілення у т.О(   0год ), рисунок 4, та в т.D(   0,66год ), рисунок 5.Експериментально визначено, що у точці D (   0,66год ) коефіцієнт гранулоутворення ψ=79,6 %. Як видно із рисунків 4 і 5, функція масового розподілення та її максимум плавно переміщуються в зону більших діаметрів, що підтверджує стійку кінетику процесу.Проте, в подальшому необхідно визначити вплив технологічних параметрів на динаміку зміни масового розподілення частинок в апараті.

    Переглянути