Виявлення основних закономірностей процесу капсулювання гранул мінеральних добрив в апараті псевдозрідженого шару

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239122

Ключові слова:

гранулювання, псевдозріджений шар, капсулювання, органічна суспензія, товщина оболонки, кінетика зростання

Анотація

Обґрунтовано доцільність і перспективність отримання органо-мінеральних добрив шляхом капсулювання мінеральних гранул органічною суспензією в апаратах псевдозрідженого шару. Представлений огляд існуючих підходів до математичного опису кінетики росту гранул в процесах грануляції в апаратах псевдозрідженого шару. Розроблено математичну модель кінетики формування твердої оболонки навколо гранул в псевдозрідженому шарі. Вона показує, що динаміка залежить від розміру часток ретури, питомої витрати суспензії, щільності суспензії та гранул, часу процесу. Отримано рівняння для визначення товщини твердої оболонки та питомої витрати суспензії за окремими ступенями грануляції в багатоступеневому грануляторі псевдозрідженого шару. Аналітично отримані графічні залежності, які показали зростання товщини твердої оболонки від збільшення питомої витрати суспензії, діаметра часток ретури та часу процесу капсулювання. Отримані рівняння дозволяють визначити раціональні режимно-технологічні параметри процесу капсулювання з метою отримання на поверхні гранул покриття заданої товщини. Це забезпечує отримання якісного продукту з гранулометричним складом в більш вузькому діапазоні за розміром часток. Для отримання гранул розміром 2,5–4 мм необхідно здійснювати процес в трьох- або чотириступінчастих грануляторах псевдозрідженого шару при питомих витратах суспензії (10–20)·10–4 кг/(кг·с). Показано, що при рівномірному дорощуванні гранул з постійним приростом товщини оболонки в багатоступеневих грануляторах витрата суспензії знижується в 2–3 рази від першої сходинки до наступної. Такий підхід знижує експлуатаційні та енергетичні витрати на процес

Біографії авторів

Руслан Олексійович Острога, Сумський державний університет

Кандидат технічних наук

Кафедра хімічної інженерії

Микола Петрович Юхименко, Сумський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімічної інженерії

Jozef Bocko, Technical University of Kosice

PhD, Professor

Department of Applied Mechanics and Mechanical Engineering

Артем Євгенович Артюхов, Сумський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра маркетингу

Jan Krmela, Alexander Dubcek University of Trencin

PhD, Associate Professor

Department of Numerical Methods and Computational Modeling

Посилання

  1. Saikh, M. A. (2013). A Technical Note on Granulation Technology: A Way to Optimise Granules. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, 4 (1), 55–67. doi: https://doi.org/10.13040/IJPSR.0975-8232.4(1).55-67
  2. Ostroha, R., Yukhymenko, M., Mikhajlovskiy, Y., Litvinenko, A. (2016). Technology of producing granular fertilizers on an organic basis. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (79)), 19–26. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.60314
  3. Kaur, G., Singh, M., Kumar, J., De Beer, T., Nopens, I. (2018). Mathematical Modelling and Simulation of a Spray Fluidized Bed Granulator. Processes, 6 (10), 195. doi: https://doi.org/10.3390/pr6100195
  4. Lipin, A. G., Nebukin, V. O., Lipin, A. A. (2019). Assessment of coverage degree during particulate material encapsulation in fluidized bed. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii Khimiya Khimicheskaya Tekhnologiya, 62 (5), –84–90. doi: https://doi.org/10.6060/ivkkt201962fp.5793
  5. Li, Z., Kind, M., Gruenewald, G. (2010). Modeling Fluid Dynamics and Growth Kinetics in Fluidized Bed Spray Granulation. The Journal of Computational Multiphase Flows, 2 (4), 235–248. doi: https://doi.org/10.1260/1757-482x.2.4.235
  6. Grimmett, E. S. (1964). Kinetics of particle growth in the fluidized bed calcination process. AIChE Journal, 10 (5), 717–722. doi: https://doi.org/10.1002/aic.690100527
  7. Yukhymenko, M., Ostroga, R., Artyukhov, A. (2016). Hydrodynamic and kinetic processes of the mineral fertilizer granules encapsulating in the multistage device with suspended layer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (84)), 22–28. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.84179
  8. Kaur, G., Singh, M., Matsoukas, T., Kumar, J., De Beer, T., Nopens, I. (2019). Two-compartment modeling and dynamics of top-sprayed fluidized bed granulator. Applied Mathematical Modelling, 68, 267–280. doi: https://doi.org/10.1016/j.apm.2018.11.028
  9. Hussain, M., Kumar, J., Tsotsas, E. (2015). Modeling aggregation kinetics of fluidized bed spray agglomeration for porous particles. Powder Technology, 270, 584–591. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.07.015
  10. Vesjolaja, L., Lie, B., Glemmestad, B. (2021). Solving the population balance equation for granulation processes: particle layering and agglomeration. Proceedings of The 61st SIMS Conference on Simulation and Modelling SIMS 2020, September 22-24, Virtual Conference, Finland. doi: https://doi.org/10.3384/ecp20176180
  11. Seyedin, S. H., Ardjmand, M., Safekordi, A. A., Raygan, S. (2017). Experimental Investigation and CFD Simulation of Top Spray Fluidized Bed Coating System. Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 61 (2), 117–127. doi: https://doi.org/10.3311/ppch.8611
  12. Neugebauer, C., Bück, A., Kienle, A. (2020). Control of Particle Size and Porosity in Continuous Fluidized‐Bed Layering Granulation Processes. Chemical Engineering & Technology, 43 (5), 813–818. doi: https://doi.org/10.1002/ceat.201900435
  13. Dürr, R., Neugebauer, C., Palis, S., Bück, A., Kienle, A. (2020). Inferential control of product properties for fluidized bed spray granulation layering. IFAC-PapersOnLine, 53 (2), 11410–11415. doi: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2020.12.576
  14. Dosta, M., Antonyuk, S., Heinrich, S. (2013). Detailed Macroscopic Flowsheet Simulation of Fluidized Bed Granulation Process Based on Microscale Models. The 14th International Conference on Fluidization – From Fundamentals to Products. Available at: https://dc.engconfintl.org/cgi/viewcontent.cgi?article=1087&context=fluidization_xiv
  15. Ming, L., Li, Z., Wu, F., Du, R., Feng, Y. (2017). A two-step approach for fluidized bed granulation in pharmaceutical processing: Assessing different models for design and control. PLOS ONE, 12 (6), e0180209. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0180209
  16. Bertín, D., Cotabarren, I. M., Veliz Moraga, S., Piña, J., Bucalá, V. (2018). The effect of binder concentration in fluidized-bed granulation: Transition between wet and melt granulation. Chemical Engineering Research and Design, 132, 162–169. doi: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.11.046
  17. Korniyenko, B. Y., Borzenkova, S. V., Ladieva, L. R. (2019). Research of Three-Phase Mathematical Model of Dehydration and Granulation Process in the Fluidized Bed. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 14 (12), 2329–2332. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2019/jeas_0619_7811.pdf
  18. Villa, M. P., Bertín, D. E., Cotabarren, I. M., Piña, J., Bucalá, V. (2016). Fluidized-bed melt granulation: Coating and agglomeration kinetics and growth regime prediction. Powder Technology, 300, 61–72. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.06.006
  19. Kazakova, E. A. (1980). Granulirovanie i ohlazhdenie azotsoderzhaschih udobreniy. Moscow: Himiya, 288.
  20. Ostroha, R., Yukhymenko, M., Yakushko, S., Artyukhov, A. (2017). Investigation of the kinetic laws affecting the organic suspension granulation in the fluidized bed. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (1 (88)), 4–10. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.107169
  21. Yukhymenko, M., Ostroha, R., Litvinenko, A., Bocko, J. (2017). Estimation of gas flow dustiness in the main pipelines of booster compressor stations. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 233, 012026. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/233/1/012026

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-08-31

Як цитувати

Острога, Р. О., Юхименко, М. П., Bocko, J., Артюхов, А. Є., & Krmela, J. (2021). Виявлення основних закономірностей процесу капсулювання гранул мінеральних добрив в апараті псевдозрідженого шару. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(6(112), 23–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239122

Номер

Том 4 № 6(112) (2021): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Ruslan Ostroha, Mykola Yukhymenko, Jozef Bocko, Artem Artyukhov, Jan Krmela

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.