неділя, 30 жовтня 2016 р.

unsteady heat transfer, kinetics, quasi-liquefaction, dispersed material


Chemistry & Chemical Technology, Vol.9, No.4,  Lviv Polytechnic National University, 2015, P.497-501.
unsteady heat transfer during encapsulation of dispersed materials in quasi-liquefied state
Oleg Nagursky, Yaroslav Gumnitsky and Victoria Vaschuk
Lviv National Polytechnic University
12, Bandera str., 79013 Lviv, Ukraine; nahurskyy@mail.ru

Received: July 04, 2014 / Revised: August 28, 2014 / Accepted: December 18, 2014

ã Nagursky O., Gumnitsky Ya., 2015

Abstract. Experimental and analytical investigations of the heat transfer process during encapsulation of dispersed materials in quasi-liquefied state are presented. The heat-transfer coefficients for different types of materials have been determined during their heating depending on air rate.

Keywords: unsteady heat transfer, kinetics, quasi-liquefaction, dispersed material.

1. Introduction
During encapsulation of dispersed materials in quasi-liquefied state using film-forming solutions it is necessary to heat the particles till operating temperature. In the batch apparatus such heating is a separate technological stage [1]. In the continuous apparatus the heating may proceed in the separate area or directly in the area of coating growing in parallel with film-forming agent plating depending on design [2]. 
Irrespective of apparatus type in the certain periods of time the dispersed material is in the state of unsteady heat transfer. The intensity of this stage depends on heat carrier rate and temperature, as well as on material physical properties [3, 4]. Therefore to produce and use the encapsulated materials the investigations of heat transfer kinetics during encapsulation of dispersed materials in pseudo-liquefied state are urgent. It is the possibility to take a scientific approach to the choice of encapsulation technological parameters, provide the high productivity of the equipment and obtain the materials with predicted properties.

2. Experimental
The heat transfer between the air and material layer during heating occurs at the moment of dispersed material loading into an apparatus and ends as particles are heated till the operating temperature. The experiments were carried out in the batch cylindrical apparatus of quasi-liquefied state. During the experiments the working part of the apparatus was insulated to avoid heat losses throughout the walls. Before the material loading the apparatus was heated to the operating temperature, hence there was no heat exchange between the air and apparatus walls. At the beginning the dispersed material temperature was 293 K. The temperature of heat carrier was 348 K and it was measured using chromel-copel thermocouple and 7-channels smart convertor PVI-0298 with computer recording. The change of heat carrier temperature was fixed from the moment of loading and till approaching of the air temperature at the apparatus outlet to the initial values.
The used solid materials were: polydispersed layer – granulated mineral fertilizers (ammonium nitrate, calcium nitrate, carbamide and nitroamophose) and layer of particles with irregular geometry – seeds which may undergo the presowing encapsulation by chemical protectants for plants and chemical elements of additional fertilizing (fodder beet, spinach).

3. Results and Discussion
The dependencies of heat carrier temperature on time at different values of liquefying air rates within the range between first and second critical values are represented in Fig. 1.



quasi-liquefied state

The analysis of the experimental results shows that the increase in air rate decreases the time necessary for the layer to be in temperature equilibrium with the heat carrier. The reason is that the higher air rate decreases the layer thickness at the boundary air–particle surface and increases the amount of heat transferred from the particle at the same space of time. These observations are in an agreement with the results of heat-and-mass transfer in the quasi-liquefied state obtained by other authors [3, 7, 8].
The heat-transfer coefficient a which determines the amount of heat donated or accepted by the surface unit for time unit is an important thermal characteristic of the heat transfer processes. The coefficient is determined experimentally and the theory of generalized variables is used for its generalization. According to the theory the criterial dependencies between dimensionless numbers are obtained.
The coefficient a is determined on the basis of heat transfer equation [3] which includes the surface temperature of the solid matter. To measure the surface temperature of the particle in quasi-liquefied state is problematic, therefore to determine the coefficient a we used the method based on the theory of unsteady heat conductivity.
where λthe heat conductivity factor of the liquefying air, W/mK; cheat capacity of the liquefying air, J/kgK; ρ – density of the liquefying air, kg/m3.
Using the value of Bi number, calculated according to Eq. (4) we calculate the values of the coefficient a. The obtained results are averaged relative to the layer height and represented in Fig. 2.
Fig. 2. Dependence of the heat-transfer coefficients on dummy rate of the liquefying air for the dispersed materials heating

One can see from Fig. 2 that the coefficient a increases with the increase in air rate according to the linear law. It is explained by greater heat application with the increase of liquefying air amount and decrease of boundary heat layer around the particle due to the gas flow turbulization. The obtained results (Fig. 2) are in the agreement with the data of other authors [6].
The experimental results are generalized in accordance with Eq. (7) [5]:
Fig. 3. Generalization of the experimental results concerning the heat-transfer coefficients during the dispersed material heating by liquefying air

One can see from Fig. 3 that the experimental points for all materials are approximated by practically parallel lines. Thus, the exponents near Reynolds number are equal for different materials. The difference in vertical placement of the lines is explained by the influence of particles size on the heat-transfer coefficient. The same as for the heat-transfer coefficient, the dependence of Nusselt number on the rate of heat agent flowed around the particles is correlated with the data from Ref. [8, 9] for different by size balls made from glass and plastics.
The determined coefficients A and n are given in the Table. The value of the coefficient A is a function of particle size and exponent n is the same for all materials and equals approximately to 0.9.
Table
The experimental data are approximated in the best way by two curves (Fig. 4). The first curve is drawn through the points that correspond to the coefficient A obtained for the seeds and model particles, the second – for granulated fertilizers. The points on the graph are situated from the left to the right in ascending order of particles size. The exponent in Eq. (8) is the same for both curves and equals to 0.67. A’ for the first curve is 0.418; for the second – 0.253.

4. Conclusions
The obtained generalized dependencies allow to determine the heat-transfer coefficients of the dispersed materials heating till the operating temperature. The difference between different dispersed materials may be explained by the different form of particles. Thus, the seeds are characterized by complex geometry having the essential influence on the streamline conditions of heat agent. Thus, for the seeds the difference between theoretically calculated Nusselt number and experimental data is approximately 26 %.

References
[1] Demchuk I.: PhD thesis, Lviv Polytechnic Nats. Univ., Lviv 1991.
[2] Ovchinnikov L. and Lipin A.: Kapsulirovanie Mineralnykh Udobrenij vo Vzveshenom Sloe. Ivan. GKhTU, Ivanovo 2011.
[3] Tovazhnyansky L., Hotlinska A. and Leschenko V.: Procesy i Aparaty Khimichnoi Technologii. Nats. Univ. “KhPI”, Kharkiv 2007.
[4] Lipin A.: Intensyfikatsia Teplowykh i Massoobmennykh Procesov v Heterohennykh Sredakh. Ivan.GKhTU, Ivanovo 2009.
[5] Lykov A.: Teoria Teploprovodnosti. Vysh.shkola, Moskwa 1967.
[6] Gelperin N.: Osnovy Techniki Psevdoozyzeniya. Khimiya, Moskwa 1964.
[7] Atamanyuk V. and Gumnitskyy Ya.: Naukovi Osnovy Filtraciynogo Sushinnya Dispersnykh Materialiv. Vyd-vo Lviv. Politechn., Lviv 2013.
[8] Kunii D.: Promyshlennoe Psevdoozyzenie. Khimiya, Moskwa 1976.
[9] Flisjuk E.: (автореф док. дис) thesis,   СПГХФА (Санкт-Петербурская государственная химфарм академия). – Санк-Петербург, 2006

понеділок, 23 травня 2016 р.

твердопаливний котел, правило вибору

Як правильно вибрати твердопаливний котел для індивідуального житлового будинку

Перше ніж приступити до вибору твердопаливного котла розглянемо які їх типи пропонують для споживачів.
Представляем вам краткий обзор твердотопливного оборудования для отопления. Надеемся, что эта статья поможет вам сделать правильный выбор отопительного котла.


Виды твердотопливных котловПринцип работы пиролизных котлов, основан на сжигании древесного газа выделяемого в процессе тления дров.
Пиролизный котел КОТэко Unika состоит из двух камер: камеры загрузки – в которой происходит розжиг и тление топлива и камеры горения. Камеры соединены между собой керамической форсункой, через которую из верхней камеры, в камеру сжигания (под давлением), подается пиролизный газ. В то же время, в форсунку нагнетается воздух. При смешении газа с кислородом, наличии искр и высокой температуры происходит возгорание. Работа пиролизного котла отличается характерным пламенем, схожим с пламенем газовой горелки или паяльной лампы. Температура горения в нижней камере может достигать 1000-1200°C
За счет того что горение идет с верху в низ и основной теплообменник находится в нижней части котла (а тепло поднимается в верх), происходит максимальная теплопередача и нагрев теплоносителя. Поэтому эффективность газогенераторного котла КОТэко в несколько раз выше, чем у обычных твердотопливных котлов.
Вид топливаДроваБрикеты.

Как работает котел на пеллетах?
Пеллетный Котел КОТэко Geyzer состоит из 2 частей: самого котла и загрузочного бункера. Топливо из бункера подается в котел при помощи шнекового механизма. Во время работы котла пеллеты из бункера подаются на горелку ретортного типа, где и происходит сжигание пеллет при помощи наддува воздуха. Для дожигания газов, в камеру горения подается вторичный воздух, который способствует максимально полному сгоранию топлива и увеличению эффективности котла.
Время горения котла ограничено лишь размерами топливного бункера. Штатный бункер котлов КОТэко рассчитан на работу на протяжении 3-5 суток. Блок управления фирмы Tech позволяет программировать недельный цикл работы котла.
Вид топливаПеллетыУголь (Основное)
                         ДроваБрикеты (Резервное)

Принцип работы универсального твердотопливного котла КОТэко Watra основан на использовании прямого горения.
Т.е снизу подается воздух, который обеспечивает горение, а в верхней части котла устроен дымоход, в котором образуется естественная тяга, за счет этого и происходит горение. Огонь и прогретые дымовые газы проходя через эффективный теплообменник пластинчатого типа, передают тепловую энергию теплоносителю (воде).
Вид топливаДроваУгольБрикеты

вівторок, 3 травня 2016 р.

Нові оклади бюджетників з 01 травня 2016 р.
В штатном расписании должностные оклады работников учреждений, заведений и организаций отдельных отраслей бюджетной сферы устанавливаются в следующих размерах:1 тарифного разряда — 1 516 грн;2 тарифного разряда — 1 521 грн;3 тарифного разряда — 1 532 грн;4 тарифного разряда — 1 543 грн;5 тарифного разряда — 1 612 грн;6 тарифного разряда — 1 718 грн;7 тарифного разряда — 1 825 грн;8 тарифного разряда — 1 943 грн;9 тарифного разряда — 2 050 грн;10 тарифного разряда — 2 157 грн;11 тарифного разряда — 2 334 грн;12 тарифного разряда — 2 512 грн;13 тарифного разряда — 2 690 грн;14 тарифного разряда — 2 868 грн;15 тарифного разряда — 3 057 грн;16 тарифного разряда — 3 306 грн;17 тарифного разряда — 3 555 грн;18 тарифного разряда — 3 804 грн;19 тарифного разряда — 4 053 грн;20 тарифного разряда — 4 313 грн;21 тарифного разряда — 4 562 грн;22 тарифного разряда — 4 811 грн;23 тарифного разряда — 5 060 грн;24 тарифного разряда — 5 167 грн;25 тарифного разряда — 5 344 грн.Следующее повышение правительство анонсировало с 1 декабря 2016 года – на 10%.
release of capsulated mineral fertilizers components. process simulation






четвер, 28 квітня 2016 р.

середа, 20 квітня 2016 р.

ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ КАПСУЛЮВАННЯ НІТРОАМОФОСКИ В АПАРАТІ КИПЛЯЧОГО ШАРУ

TECHNOLOGICAL FEATURES OF NITROAMOFOS CAPSULATION IN THE VEHICLE OF BOILING LAYER



The basic technological parameters of capsulation of nitroammofos tapes are defined on the basis of polymeric materials in the vehicle of pseudofluidized type of  periodic action. The kinetics of freeing of mineral fertilizers from the encapsulated particle is investigated.
Key words: polymeric wastes, encapsulated mineral fertilizers, nitroamofos, a pseudofluidized layer .

1.Вступ
Високопродуктивне сільськогосподарське виробництво основане на інтенсивному використанні мінеральних добрив, що є необхідним для компенсації виносу разом із урожаєм біогенних елементів. В той же час відомо, що з добрив, внесених в ґрунт, тільки частина засвоюється рослинами. В середньому для усіх сільськогосподарських культур коефіцієнт використання добрив становить: азотних – 50-60%, фосфорних 10-25%, калійних – 50-60% [1-7]. З цим пов’язано ряд екологічних проблем, таких як: засолення ґрунтів, проникнення компонентів добрив у підземні водні горизонти, їх змив поверхневими водами, забруднення водойм, тощо. Одним із шляхів запобігання забруднення навколишнього середовища мінеральними добривами є використання добрив пролонгованої дії, зокрема капсульованих.
 Для нанесення покрить на синтетичні мінеральні добрива, які представляють собою гранульовані матеріали із розміром частинок 1÷5 мм найбільш доцільним є напилення у псевдозрідженому стані. Реалізація процесу в апратах псевдозрідженого стану дозволяє досягати його максимальної інтенсивності, що є особливо актуальним в умовах великотонажних виробництв, до яких належить і виробництво синтетичних гранульованих мінеральних добрив.
2.Аналіз попередніх досліджень. Проблемам капсулювання дисперсних матеріалів в стані псевдозрідження присвячено ряд праць [8-11]. Показано, що процес нанесення покрить є складним тепломасообміном між дисперсним матеріалом, псевдозріджуюючим повітрям та плівкоутворювачем, який залежить від фізико-хімічних властивостей цих матеріалів. Для успішного проведення капсулювання необхідним є вивчення закономірностей його проходження у кожному конкртному випадку.
3.Мета роботи. Метою роботи є визначення особливостей нанесення полімерного покриття на поверхню гранул нітроамофоски.
4.Матеріал і результати дослідження. Як обєкт досліджень використовували легкорозчинне синтетичне гранульоване висококонцентроване універсальне азотно-фосфорно-калійне добриво – нітроамофоску, що редставляє  полідисперсну суміш округлих гранул розміром 1÷4 мм.
Для отримання плівкоутворюючої композиції використовували відходи полістиролу (одноразова посуда, пакувальна тара). З метою запобігання вторинного забруднення грунтового середовища після розчинення добрив до плівкоутворювача додається природній полісахарид, який підвищує здатність полімеру до біодеструкції [12].  Для цього використовували відходи переробки деревини на паперово-целюлозному виробництві – гідролізний лігнін. Застосування цих речовин дає можливість вирішувати декілька задач – утилізації відходів та зниження вартості капсульованих добрив.
Нанесення функціональної оболонки на поверхню гранул мінеральних добрив передбачає використання плівкоутворюючої композиції в рідкому агрегатному стані. Полістирол не розчиняється у воді, а лише в ряді органічних речовин. Як розчинник вибрали чотирихлористий вуглець, оскільки він є найменш токсичною, негорючою і незаймистою речовиною.
Для проведення процесу капсулювання мінеральних добрив необхідно визначити:
-                       інтенсивність подачі плівкоутворюючого розчину в шар матеріалу;
-                       швидкість  псевдо зріджуючого повітря;
-                       час здійснення процесу капсулювання.
Всі ці параметри теоретично можна визначити за відомими залежностями [13]. Однак це будуть дані, що не враховують властивостей субстанції, з якої формується покриття. Найбільш негативний вплив на якість покриття має явище злипання частинок, спричинене наявністю на поверхні частинок вязкої полімерної композиції, з якої випаровується розчинник. Сили щеплення між часинками перевищують сили відштовхування і в результаті утворюється конгломерат. Уникнути цього можна надавши частинці матеріалу додаткової енергії. Реалізується це шляхом застосування спеціальних секціонованих апаратів, де частинки в зоні напилення рухаються з більшою швидкістю [8-10]. В апратах неперервної дії жолобчатого типу, які використовуються у великотонажних виробництвах і де неможливо механічно розділити функціональні зони, додаткову енергію частинкам можна надати збільшуючи швидкість псевдозріджуючого повітря. Найбільш простим методом встановлення основних технологічних параметрів капсулювання є теоретичні розрахунки, результати яких приймаються за основу, та корекція цих величин за допомогою експериментальних досліджень.
В результаті отримали наступні технологічні параметри, за якими здійснювали капсулювання:
-           витрата плівкоутворювача – 0,334 мл/(кг×с);
-           швидкість псевдозріджуючого повітря – 8,1 м/с;
-           тривалість процесу – 62 хв.
В роботі наненсення покриття проводили в циліндричному апараті псевдозрідженого типу періодичної дії. В робочу камеру завантажували 0,25 кг нітроамофоски. Маса покриття становила 10% від маси добрива. Плівкоутворююча композиція складалася із відходів полістиролу та  гідролізного лігніну у співвідношені 8:2. Концентрація розчину - 5 % мас. Температура повітря на вході в апарат - 65оС. Нагрівання нітроамофоски вище цієї температури не рекомендується для запобігання термічному розкладу [14].
В результаті капсулювання отримали частики, рівномірно покриті суцільною оболонкою. Для визначення їх властивостей проводили експериментальні дослідження процесу вивільнення активної фази через оболонку.  Для цього відбирали частинки діаметром 2,5 мм і поміщалі їх у ємність із дистильованою водою обємом 150 мл. Процес вивільнення твердої фази через полімерну оболонку контролювали кондуктометричним методом за допомогою електронного портативного кондуктометра Sension 5. Результати досліджень у графічному виді приведені на рис.1.


Рис.1.Кінетика вивільнення нітроамофоски з капсульованої частинки

      Як видно із отриманих результатів кінетична крива процесу вивільнення проходить плавно без різких спадів чи підйомів. Це може бути доказом рівномірного якісного покриття, яке дає можливість отримувати мінеральні добрива пролонгованої дії із заданим часом вивільнення.
      Висновки. В результаті проведених  досліджень встановлено основні технологічні параметри капсулювання нітроамофоски із застосуванням відходів полістиролу та гідролізного лігніну в апараті киплячого шару. Результати роботи можуть використовуватись в технологіях створення капсульованих мінеральних добрив пролонгованої дії.

Література
1.                Білявський Г.О. Падун М.М. Фурдуй Р.С. Основи загальної екології:2-ге вид.-К.,1995.-368с.
2.                Кучерявий В.П. Екологія:Львів.-“Світ”.-2001.-500с.
3.                Назарук М.М. Основи екології та соціоекології: Львів. - “За вільну Україну”.-1997.-210с.
4.                Охорона навколишнього середовища та використання природних ресурсів. Статист. Довідник.-К.,1992.
5.                Теоретические и прикладные исследования в области технологии минеральных удобрений. Сборник статей, Л., Химия, 1984.
6.                Реймерс Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). М.-1994.
7.                Сільськогосподарська екологія (під редакцією В. К. М’якушенко), К., Урожай, 1992р., 264с.
8.                Рощин Н.И. Псевдоожижение в производстве лекарств. – М.:Медицина, 1981. - 288 с.
9.                Є.Устянич Теоретичні основи капсулювання дисперсних матеріалів. Навчальний посібник // Львів. Академія друкарства, 2008. – 400 с.
10.           Демчук И.А. Разработка технологии и моделирования процессов капсулирования твердых лекарственных форм в псевдоожиженном слое: дис. к. т. н. : 05.17.08 – Львов, 1991 – 203с.
11.           Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. - М.: Химия, 1980. – 216 с.
12.           Ващук В.В., Нагурський О.А. Утилізація відходів споживання виробів з полістиролу у виробництві капсульованих мінеральних добрив. Збірник матеріалів міжнародної наук-пр конф «1-й всеукр з’їзд екологів. Вінниця «УНІВЕРСУМ», 04-07.10.06, с.135-138.
13.           Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. – М.: Химия, 1981. – 812 с.
14.           Кононов А.В., Стерлин В.Н., Евдокимова Л.И. Основы технологии комплексных удобрений - М.: Химия, 1988. – 320 с.