THREE-PHASE MATHEMATICAL MODEL OF THE PROCESS OF DEHYDRATION AND GRANULATION IN THE FLUIDIZED BED

Authors

  • Леся Ростиславівна Ладієва National Technical University of Ukraine "I.Sikorsky Kiev Polytechnic Institute"
  • Світлана Володимирівна Борзенкова National Technical University of Ukraine "I.Sikorsky Kiev Polytechnic Institute"

DOI:

https://doi.org/10.18372/2310-5461.42.13757

Keywords:

three-phase mathematical model, fluidized bed, dehydration, granulation

Abstract

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.

Author Biography

Леся Ростиславівна Ладієва, National Technical University of Ukraine "I.Sikorsky Kiev Polytechnic Institute"

candidate of Technical Sciences, associate professor

References

Ладієва Л. Р., Колесник М. В. Побудова оптимальної системи керування процесом гранулювання в псевдозрідженому шарі. Інтелектуальні системи прийняття рішень та проблеми обчислювального інтелекту : Праці міжнар. конф. ISDMCI 2015 (Залізний порт, 25-28 травня 2015 р.). Херсон, 2015. С. 78-80.

Ладієва Л. Р., Мироненко О. М. Стохастичне керування процесом гранулювання мінеральних добрив у псевдозрідженому шарі. Інтелектуальні системи прийняття рішень та проблеми обчислювального інтелекту : Праці міжнар. конф. ISDMCI 2014 (Залізний порт, 28-31 травня 2014 р.). Херсон, 2014. С. 121-123.

Корнієнко Б. Я. Інформаційні технології оптимального управління виробництвом мінеральних добрив : монографія. К.: Вид-во Аграр Медіа Груп, 2014. 288 с.

Корнієнко Б. Я. Двохфазна модель процесу зневоднення та гранулювання у псевдозрідженому шарі. Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут», Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». 2012. Т. 10. № 2. С. 31–35.

Корнієнко Б. Я. Математичне моделювання динаміки процесів переносу при зневодненні та гранулюванні у псевдозрідженому шарі. Науковий журнал «Вісник Національного авіаційного університету». 2012. Т. 53. № 4. С. 84 – 90.

Korniyenko B. Y. Modeling of transport processes in disperse systems. The Advanced Science Journal. 2013. Іssue 1. P. 7–10.

Корнієнко Б. Я. Мінеральні добрива. Двохфазна модель утворення в грануляторі із псевдозрідженим шаром. Хімічна промисловість України. 2013. № 1. С. 39 – 43.

Korniyenko B. Y. The two phase model of formation of mineral fertilizers in the fluidized–bed granulator. The Advanced Science Journal. 2013. Іssue 4. P. 41 – 44.

Корнієнко Б. Я., Ладієва Л. Р., Снігур О. В. Гранулювання у псевдозрідженому шарі. Дослідження детермінованого хаосу процесу. Хімічна промисловість України. 2013. № 2. С. 20 –23.

Korniyenko B. Y. Research modes of a fluidized bed granulator. The Advanced Science Journal. 2013. Іssue 5. P. 12 – 15.

Корнієнко Б. Я. Ідентифікація процесу гранулювання мінеральних добрив у апараті з псевдозрідженим шаром. Наукоємні технології. 2013. Т. 19. № 3. С. 280 – 284.

Korniyenko B. Y., Osipa L. Identification of the granulation process in the fluidized bed. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 13. Issue 14. P. 4365-4370.

Issue

Section

Ecology, chemical technology, biotechnology, bioengineering