Визначення впливу параметрів реактора на рівномірність змішування компонентів субстрату

Автор(и)

  • Gennadii Golub Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041, Україна https://orcid.org/0000-0002-2388-0405
  • Mykola Trehub Білоцерківський національний аграрний університет пл. Соборна, 8/1, м. Біла Церква, Україна, 09117, Україна https://orcid.org/0000-0001-6558-0040
  • Anna Holubenko Поліський національний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008, Україна https://orcid.org/0000-0001-5018-5312
  • Nataliya Tsyvenkova Поліський національний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008 Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041, Україна https://orcid.org/0000-0003-1703-4306
  • Viacheslav Chuba Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041, Україна https://orcid.org/0000-0002-4119-0520
  • Marina Tereshchuk Поліський національний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008, Україна https://orcid.org/0000-0002-3020-4528

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217159

Ключові слова:

лінійна швидкість, рівномірність змішування, лопать, коефіцієнт тертя, вологість субстрату, зброджування

Анотація

Однією з проблем зброджування субстратів з біосировини в реакторах барабанного типу є складність забезпечення рівномірності змішування їх компонентів, що негативно впливає на якість виробленого компосту.

Рівномірне змішування досягається за умови повного розосередження компонентів матеріалу по вільній поверхні сегменту субстрату. Встановлено, що для повного розосередження частинок субстрату спадаючим потоком потрібно щоб частинки, які в останню чергу спадають з лопаті, досягали точки сполучення обичайки барабана та вільної поверхні субстрату. Для опису встановлених умов створено математичну модель, яка поєднує рівняння межі завалу частинок субстрату у барабані та їх падіння за параболічною траєкторією. Представлено рівняння для визначення кінематичних параметрів процесу змішування за умови розсіювання частинок субстрату в поперечному та повздовжньому перерізах барабану.

В результаті розв’язку диференційних рівнянь отримано рівняння лінійної швидкості руху частинок по криволінійній поверхні лопаті барабану, при якій матиме місце їх повне розосередження по вільній поверхні сегменту субстрату.

З метою проведення досліджень сконструйовано та виготовлено експериментальний реактор барабанного типу. Експериментально визначено, при яких значеннях вологості субстрату та кутовій швидкості барабана реактора рівномірність розподілу компонентів в субстраті досягає максимальних значень, а отримані компости відповідають існуючим вимогам щодо мікробіологічних показників. Підтверджено адекватність математичної моделі експериментальним даним.

Представлені результати є важливими, оскільки, знаючи фізико-хімічні властивості субстрату, можна задати такі параметри процесу і обладнання, при яких забезпечується висока рівномірність змішування компонентів субстрату, від чого залежить якість компосту

Біографії авторів

Gennadii Golub, Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041

Доктор технічних наук, професор

Кафедра тракторів, автомобілів та біоенергосистем

Mykola Trehub, Білоцерківський національний аграрний університет пл. Соборна, 8/1, м. Біла Церква, Україна, 09117

Доктор технічних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра механізації та електрифікації сільськогосподарського виробництва

Anna Holubenko, Поліський національний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008

Асистент

Кафедра електрифікації, автоматизації виробництва та інженерної екології

Nataliya Tsyvenkova, Поліський національний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008 Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра механіки та інженерії агроекосистем

Кафедра тракторів, автомобілів та біоенергосистем

Viacheslav Chuba, Національний університет біоресурсів і природокористування України вул. Героїв Оборони, 15, м. Київ, Україна, 03041

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра тракторів, автомобілів та біоенергосистем

Marina Tereshchuk, Поліський національний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008

Аспірант

Кафедра механіки та інженерії агроекосистем

Посилання

  1. Ryabchenko, O., Golub, G., Turčeková, N., Adamičková, I., Zapototskyi, S. (2017). Sustainable business modeling of circular agriculture production: case study of circular bioeconomy. Journal of Security and Sustainability Issues, 7 (2), 301–309. doi: https://doi.org/10.9770/jssi.2017.7.2(10)
  2. Chia, W. Y., Chew, K. W., Le, C. F., Lam, S. S., Chee, C. S. C., Ooi, M. S. L., Show, P. L. (2020). Sustainable utilization of biowaste compost for renewable energy and soil amendments. Environmental Pollution, 267, 115662. doi: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115662
  3. Golub, G., Pavlenko, S., Kukharets, S. (2017). Analytical research into the motion of organic mixture components during formation of compost clamps. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (1 (87)), 30–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.101097
  4. Geethamani, R., Soundara, B., Kanmani, S., Jayanthi, V., Subaharini, T. R., Sowbiyalakshmi, V., Sowmini, C. (2020). Production of cost affordable organic manure using institutional waste by rapid composting method. Materials Today: Proceedings. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.803
  5. Kalamdhad, A. S., Pasha, M., Kazmi, A. A. (2008). Stability evaluation of compost by respiration techniques in a rotary drum composter. Resources, Conservation and Recycling, 52 (5), 829–834. doi: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2007.12.003
  6. Liu, Z., Wang, X., Wang, F., Bai, Z., Chadwick, D., Misselbrook, T., Ma, L. (2020). The progress of composting technologies from static heap to intelligent reactor: Benefits and limitations. Journal of Cleaner Production, 270, 122328. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122328
  7. Arora, S., Rani, R., Ghosh, S. (2018). Bioreactors in solid state fermentation technology: Design, applications and engineering aspects. Journal of Biotechnology, 269, 16–34. doi: https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2018.01.010
  8. Vechera, O., Tereshchuk, M., Chuba, V., Tsyvenkova, N. (2020). Investigation of aerobic solid fraction fermentation process parameters for organic material. 19th International Scientific Conference Engineering for Rural Development Proceedings, 1450–1455. doi: https://doi.org/10.22616/erdev.2020.19.tf363
  9. Zhi-Qiang, X., Guo-Xing, W., Zhao-Chen, H., Lei, Y., Ya-Mei, G., Yan-Jie, W. et. al. (2017). Effect of Aeration Rates on the Composting Process and Loss of Nitrogen during Composting. Applied Environmental Biotechnology, 2 (1), 1. doi: https://doi.org/10.26789/aeb.2015.01.003
  10. Kauser, H., Pal, S., Haq, I., Khwairakpam, M. (2020). Evaluation of rotary drum composting for the management of invasive weed Mikania micrantha Kunth and its toxicity assessment. Bioresource Technology, 313, 123678. doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123678
  11. Alkoaik, F., Abdel-Ghany, A., Rashwan, M., Fulleros, R., Ibrahim, M. (2018). Energy Analysis of a Rotary Drum Bioreactor for Composting Tomato Plant Residues. Energies, 11 (2), 449. doi: https://doi.org/10.3390/en11020449
  12. Golub, G., Myhailovych, Y., Achkevych, O., Chuba, V. (2019). Optimization of angular velocity of drum mixers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (99)), 64–72. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.166944
  13. Varma, V. S., Das, S., Sastri, C. V., Kalamdhad, A. S. (2017). Microbial degradation of lignocellulosic fractions during drum composting of mixed organic waste. Sustainable Environment Research, 27 (6), 265–272. doi: https://doi.org/10.1016/j.serj.2017.05.004
  14. Jain, M. S., Kalamdhad, A. S. (2019). Drum composting of nitrogen-rich Hydrilla Verticillata with carbon-rich agents: Effects on composting physics and kinetics. Journal of Environmental Management, 231, 770–779. doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.10.111
  15. Discrete numerical model for granular assemblies (1979). International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 16 (4), 77. doi: https://doi.org/10.1016/0148-9062(79)91211-7
  16. Rong, W., Li, B., Feng, Y., Schwarz, P., Witt, P., Qi, F. (2020). Numerical analysis of size-induced particle segregation in rotating drums based on Eulerian continuum approach. Powder Technology, 376, 80–92. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.07.101
  17. Zhang, Z., Gui, N., Ge, L., Li, Z. (2017). Numerical study of mixing of binary-sized particles in rotating tumblers on the effects of end-walls and size ratios. Powder Technology, 314, 164–174. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.09.072
  18. Ma, H., Zhao, Y. (2018). Investigating the flow of rod-like particles in a horizontal rotating drum using DEM simulation. Granular Matter, 20 (3). doi: https://doi.org/10.1007/s10035-018-0823-0
  19. Verigin, Yu. A. (1989). Termodinamicheskiy analiz protsessa smeseobrazovaniya betonov i drugih dispersnyh sistem. Tez. dokl. Vsesoyuzn. konf. «Fundamental'nye issledovaniya i novye tehnologii v stroitel'nom materialovedenii». Ch. 6. Belgorod: BTISM, 72–73.
  20. Hou, Z., Zhao, Y. (2020). Numerical and experimental study of radial segregation of bi-disperse particles in a quasi-two-dimensional horizontal rotating drum. Particuology, 51, 109–119. doi: https://doi.org/10.1016/j.partic.2019.09.006
  21. Brandao, R. J., Lima, R. M., Santos, R. L., Duarte, C. R., Barrozo, M. A. S. (2020). Experimental study and DEM analysis of granular segregation in a rotating drum. Powder Technology, 364, 1–12. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.01.036
  22. Li, S., Yao, Q., Chen, B., Zhang, X., Ding, Y. L. (2007). Molecular dynamics simulation and continuum modelling of granular surface flow in rotating drums. Chinese Science Bulletin, 52 (5), 692–700. doi: https://doi.org/10.1007/s11434-007-0069-4
  23. Santos, D. A., Dadalto, F. O., Scatena, R., Duarte, C. R., Barrozo, M. A. S. (2015). A hydrodynamic analysis of a rotating drum operating in the rolling regime. Chemical Engineering Research and Design, 94, 204–212. doi: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2014.07.028
  24. Yari, B., Beaulieu, C., Sauriol, P., Bertrand, F., Chaouki, J. (2020). Size segregation of bidisperse granular mixtures in rotating drum. Powder Technology, 374, 172–184. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.07.030
  25. Liu, Y., Gonzalez, M., Wassgren, C. (2019). Modeling granular material segregation using a combined finite element method and advection–diffusion–segregation equation model. Powder Technology, 346, 38–48. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.01.086
  26. Chou, S. H., Yang, F. C., Hsiau, S. S. (2019). Influence of interstitial fluid viscosity and particle size on creeping granular flow in a rotating drum. International Journal of Multiphase Flow, 113, 179–190. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.01.012
  27. Zhang, L., Jiang, Z., Weigler, F., Herz, F., Mellmann, J., Tsotsas, E. (2020). PTV measurement and DEM simulation of the particle motion in a flighted rotating drum. Powder Technology, 363, 23–37. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.12.035
  28. GOST 27640-88. Engineering materials and lubricants. Methods of experimental evaluation of friction coefficient. Moscow: Izdatel'stvo standartov na NPU, 22.
  29. Hrabar, I. H., Hrabar, O. I., Hutnichenko, O. A., Kubrak, Yu. O. (2007). Perkoliatsiyno-fraktalni materialy: vlastyvosti, tekhnolohiyi, zastosuvannia. Zhytomyr: ZhDTU, 354.
  30. Popov, V. L. (2013). Mehanika kontaktnogo vzaimodeystviya i fizika treniya. Ot nanotribologii do dinamiki zemletryaseniy. Moscow: Fizmalit, 352.
  31. Vasylkovskyi, O., Leshchenko, S., Vasylkovska, K., Petrenko, D. (2016). Pidruchnyk doslidnyka. Kirovohrad, 204.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-31

Як цитувати

Golub, G., Trehub, M., Holubenko, A., Tsyvenkova, N., Chuba, V., & Tereshchuk, M. (2020). Визначення впливу параметрів реактора на рівномірність змішування компонентів субстрату. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7 (108), 60–70. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217159

Номер

Том 6 № 7 (108) (2020): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Gennadii Golub, Mykola Trehub, Anna Holubenko, Nataliya Tsyvenkova, Viacheslav Chuba, Marina Tereshchuk

Creative Commons License

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

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.