NAU Harvester System
THREE-PHASE MATHEMATICAL MODEL OF THE PROCESS OF DEHYDRATION AND GRANULATION IN THE FLUIDIZED BED
Наукові журнали Національного Авіаційного Університету
View Archive Info| Field | Value | |
| Title |
THREE-PHASE MATHEMATICAL MODEL OF THE PROCESS OF DEHYDRATION AND GRANULATION IN THE FLUIDIZED BED
ТРЕХФАЗНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И ГРАНУЛИРОВАНИЯ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ Трьохфазна математична модель процесу зневоднення та гранулювання у псевдозрідженому шарі |
|
| Creator |
Ладієва, Леся Ростиславівна; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені І.Сікорського»
Борзенкова, Світлана Володимирівна; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені І.Сікорського» |
|
| Subject |
Ecology
three-phase mathematical model; fluidized bed; dehydration; granulation 66.011 (045) Экология трехфазная математическая модель; псевдоожиженный слой; обезвоживание; гранулирование 66.011 (045) Екологія трьохфазна математична модель; псевдозріджений шар; зневоднення; гранулювання 66.011 (045) |
|
| Description |
A mathematical model is developed which takes into account the hydrodynamics of a fluidized bed, the contact of droplets with particles and their adhesion to the surface, as well as the kinetics of drying the solution on the surface of the particles. In developing the model, the following assumptions were made: the change in the parameters of the fluidized bed occurs in time, without taking into account the radial component and changes in height; heat exchange between air, particles and droplets is convective; particles are monodispersed, non-porous, agglomeration is absent. The intensity of the mixing of particles between the layers is described by the coefficient of the axial dispersion r, which depends on the velocity of the gas phase, as well as the properties of the particles. The droplets obtained with the pneumatic nozzle have a narrow size distribution, which allows them to be considered as a mono-dispersed phase. Between the drops there are no collisions and sticking, no sticking on the walls of the device. The droplets move through the fluidized bed, aligned with the air flow. When creating the model, the process of dehydration and granulation in the fluidized bed is considered as a heterogeneous three-phase process, during which they interact with three separate phases: the particles are the centers of granulation, the source material is ammonium sulfate in the form of droplets and the carrier - air. The system of equations is designed taking into account the empirical correlations for calculating the specific drying rate, the specific speed of droplet settling on the particles as a result of adhesion, the coefficient of the axial dispersion of the particles, the coefficients of heat transfer, the ratios for calculating the material losses and the thickness of the coating layer, as well as the initial conditions. To get the dynamic characteristics of the developed system, the Simulink library of the Matlab software package is used. Using the built-in library elements, we obtain a scheme of differential equations describing the model of the control object. In order to maintain the stable operation of devices with a fluidized bed and the necessary hydrodynamic regime inside the apparatus, it is necessary to develop an efficient system for controlling dewatering and granulation processes. The quality of management of the developed system directly depends on the accuracy of the object model. The results of the research allow to specify the model of the control object and become a reliable ground for developing an effective control system.
Разработана математическая модель, учитывающая гидродинамику псевдоожиженного слоя, контакт капель с частицами и их адгезию к поверхности, а также кинетика сушки раствора на поверхности частиц. При разработке модели были сделаны следующие допущения: изменение параметров псевдоожиженного слоя происходит во времени, без учета радиальной составляющей и изменения по высоте; теплообмен между воздухом, частицами и каплями является конвективным; частицы монодисперсные, непористые, агломерация отсутствует. Интенсивность перемешивания частиц между слоями описывается коэффициентом осевой дисперсии r, который зависит от скорости движения газовой фазы, а также свойств частиц. Капли, получаемые с помощью пневматической форсунки, имеют узкое распределение по размеру, что позволяет рассматривать их как монодисперсных фазу. Между каплями отсутствуют столкновения и слипания, нет налипания на стенках аппарата. Капли движутся сквозь псевдоожиженный слой сонаправлено с потоком воздуха. При создании модели процесс обезвоживания и гранулирования в псевдоожиженном слое рассматривается как гетерогенный трехфазный процесс, во время которого взаимодействуют с тремя отдельными фазами: частицы - центры грануляции, исходный материал - сульфат аммония в виде капель и теплоноситель - воздух. Система уравнений разработана с учетом эмпирических соотношений для расчета удельной скорости сушки, удельной скорости оседания капель на частицах в результате адгезии, коэффициента аксиальной дисперсии частиц, коэффициентов теплопередачи, соотношений для расчета потерь материала и толщины слоя покрытия, а также начальных условий. Для получения динамических характеристик разработанной системы используется библиотека Simulink пакета программ Matlab. С помощью встроенных элементов библиотеки получено схему дифференциальных уравнений, описывающих модель объекта управления. Для поддержания стабильной работы аппаратов с псевдоожиженным слоем и необходимого гидродинамического режима внутри аппаратов необходимо разработать эффективную систему управления процессами обезвоживания и гранулирования. Качество управления разработанной системы напрямую зависит от точности модели объекта. Результаты исследований позволяют уточнить модель объекта управления и стать надежной основой для разработки эффективной системы управления. Розроблена математична модель, що враховує гідродинаміку псевдозрідженого шару, контакт крапель з частинками та їх адгезію до поверхні, а також кінетику сушіння розчину на поверхні частинок. При розробці моделі були зроблені наступні припущення: зміна параметрів псевдозрідженого шару відбувається в часі, без урахування радіальної складової та зміни по висоті; теплообмін між повітрям, частинками та краплями є конвективним; частинки монодисперсні, непористі, агломерація відсутня. Інтенсивність перемішування частинок між шарами описується коефіцієнтом осьової дисперсії r, який залежить від швидкості руху газової фази, а також властивостей частинок. Краплі, одержувані за допомогою пневматичної форсунки, мають вузький розподіл за розміром, що дозволяє розглядати їх як монодисперсну фазу. Між краплями відсутні зіткнення і злипання, немає налипання на стінках апарату. Краплі рухаються крізь псевдозріджений шар співспрямовані з потоком повітря. При створенні моделі процес зневоднення і гранулювання в псевдозрідженому шарі розглядається як гетерогенний трьохфазний процес, під час якого взаємодіють з трьома окремими фазами: частинки - центри грануляції, вихідний матеріал - сульфат амонію у вигляді крапель і теплоносій - повітря. Система рівнянь розроблена з урахуванням емпіричних співвідношень для розрахунку питомої швидкості сушки, питомої швидкості осідання крапель на частинках в результаті адгезії, коефіцієнта аксіальної дисперсії частинок, коефіцієнтів теплопередачі, співвідношень для розрахунку втрат матеріалу і товщини шару покриття, а також початкових умов. Для отримання динамічних характеристик розробленої системи використовується бібліотека Simulink пакету програм Matlab. За допомогою вбудованих елементів бібліотеки отримано схему диференціальних рівнянь, що описують модель об'єкта керування. Для підтримання стабільної роботи апаратів із псевдозрідженим шаром та необхідного гідродинамічного режиму всередині апаратів необхідно розробити ефективну систему керування процесами зневоднення та гранулювання. Якість керування розробленої системи напряму залежить від точності моделі об’єкту. Результати досліджень дозволяють уточнити модель об’єкту керування та стати надійним підґрунтям для розробки ефективної системи керування. |
|
| Publisher |
National Aviation University
|
|
| Contributor |
—
— — |
|
| Date |
2019-07-29
|
|
| Type |
—
— — |
|
| Format |
application/pdf
|
|
| Identifier |
http://jrnl.nau.edu.ua/index.php/SBT/article/view/13757
10.18372/2310-5461.42.13757 |
|
| Source |
Наукоємні технології; Том 42, № 2 (2019); 239-245
Science-based technologies; Том 42, № 2 (2019); 239-245 Наукоемкие технологии; Том 42, № 2 (2019); 239-245 |
|
| Language |
uk
|
|