DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2022.6(37).2.108-120

Theoretical Studies of the Process of Movement of Bulk Building Materials During Drying in the Fluidized Bed of a Cascade Dryer in Construction

Ivan Skrynnik, Marianna Fedotova, Viktor Darienko

About the Authors

Ivan Skrynnik, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Dnipro State Agrarian and Economic University, Dnipro, Ukraine, e-mail: Skrynnik_2002@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-1949-3197

Marianna Fedotova, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Dnipro State Agrarian and Economic University, Dnipro, Ukraine, ORCID ID: 0000-0002-5827-1685

Viktor Darienko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Dnipro State Agrarian and Economic University, Dnipro, Ukraine, e-mail: vvdarienko@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-9023-6030

Abstract

The paper considers the system of equations of movement of the material flow, which allows to determine the speed, trajectory of movement of particles, as well as the time of stay of particles in the free working space of the apparatus. Not only the hydrodynamics of flows, but also the kinetics of the drying process in fluidized bed devices (the particle changes its mass during drying, which is reflected in the mode of its movement) has a significant influence on the determination of the required residence time of the particles in the apparatus, which has contact actions with the cascade. A promising way to reduce material and energy costs during heat and mass exchange processes in a fluidized bed is the use of multi-stage countercurrent contact of the liquefying agent and the dispersed phase. Such processes are implemented in cascade-type devices. It should be noted that the analytical dependences presented do not yet allow a reliable description of the hydrodynamics of the movement of solid particles in a device with contact devices. This is due to the fact that the proposed analytical regularities do not take into account the influence of the main design parameters of the cascade contacts on the time the particles stay in the working space of the device. The efficiency of drying devices for drying materials in a fluidized bed largely depends on the flow field of the gas flow, the distribution of which in the working space of the device affects the profile of temperatures and concentrations of the dispersed (solid) phase in the gas flow. Determination of gas flow velocity fields in the working space of the fluidized bed apparatus in combination with calculations of the rate of transition of a dense layer of material into a fluidized state, conditions of expansion of the material layer, operating parameters of fluidization, and conditions of removal of material from the apparatus allows for optimal selection of the design characteristics of this type of apparatus. Consideration of the nature of the movement of the gas flow is important for establishing the regularities of its interaction with the solid phase. Determining the hydrodynamic conditions of flow movement makes it possible to mathematically describe the speed and residence time of solid particles in the apparatus.

Keywords

cascade dryer, fluidized bed, solid phase, material drying, moisture reservoir, drying time, fluidization, contact time

Full Text:

PDF

References

1. Khanyk, Ya.M., Maziar, H.O., Huzova, I.O. & Yarosh, Ya.D. (2008). Hidrodynamika pry sushinni nerivnomirnoho nerukhomoho sharu dycpersnoho materialu [Hydrodynamics during drying of a non-uniform stationary layer of dispersed material]. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy – Scientific bulletin of NLTU of Ukraine., Issue 18.3, 104–107 [in Ukrainian].

2. Shandyba, N. & Yukhymenko, M. (2011). Metodyka rekurentnoho rozrakhunku polychnoi hravitatsiinoi susharky sypkykh materialiv [The method of recurrent calculation of the shelf gravity dryer of loose materials]. Lviv chemical readings: Trynadtsiata naukova konferentsiia (2011 r.) – Thirteenth scientific conference (p.39), Lviv [in Ukrainian].

3. Fediaev Aleksandr A., Valentyna N. Fediaeva, Yuryi V. Vydyn (2008). Matematycheskoe modelyrovanye dynamyky protsessov teplovlazhnostnoi obrabotky kapylliarno-porystуkh kolloydnыkh dyskretnыkh materyalov [Mathematical modeling of the dynamics of the processes of heat and moisture treatment of capillary-porous colloidal discrete materials] . Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, Part. 1, 68–75.

4. Shraiber, A.A., Myliutyn, V.N. & Yatsenko, V.P. (1980). Hydromekhanyka dvukhkomponentnыkh potokov s tvёrdыm poly- dyspersnыm veshchestvom [Hydromechanics of two-component flows with a solid polydisperse substance] . Kiev: Naukova dumka [in Russian].

5. Shandyba O.B. & Artiukhova N. O. (2012). Optymizatsiia tekhnolohichnykh kharakterystyk bahatostupenevoi hravitatsiinoi susharky [Optimization of the technological characteristics of a multi-stage gravity dryer]. Environmental safety: problems and solutions: VIII Mizhnarodna naukovo-praktychna konferentsiia (Alushta) – VIII International Scientific and Practical Conference (Vol. 2. pp. 282–285) [in Ukrainian].

6. Osadchyi, S.I., Skrynnik, M.O. & Skrynnik, I.O. 2006. Zernosushylna ustanovka z kypliachym sharom dlia sushinnia zernovykh yak obiekt avtomatyzatsii [A fluidized bed grain drying unit for grain drying as an object of automation]. Tekhnika v silskohospodarskomu mashynobuduvanni, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia ; zb. nauk. prats Kirovohradskoho nats. tekhn. un-tu – Techniques in agricultural engineering, industrial engineering, automation: coll. of science works of the KNTU, Issue 17, 61 – 66. [in Ukrainian].

7. Osadchyi, S.I., Kalyta, M.O. & Skrynnik, I.O. (2008). Vyznachennia struktury i parametriv [Determination of the structure and parameters of the mathematical model of the grain drying unit with a fluidized bed in real operating conditions] . Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu: Naukovyi zhurnal – Bulletin of the Kharkiv National Technical University: Science. magazine, Issu 73, Vol. 2, 43 – 45 [in Ukrainian].

8. Osadchyi, S.I., Skrynnik, M.O. & Skrynnik, I.O. (2007). Identyfikatsiia syhnaliv zernosushylnoi ustanovky z kypliachym sharom v realnykh ekspluatatsiinykh umovakh [Identification of fluidized bed grain dryer signals in real operating conditions]. Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu: Naukovyi zhurnal – Bulletin of the Khmelnytskyi National Technical University: Sci. magazine, Issue 3, Vol. 1, 38 – 41 [in Ukrainian].

9. Panasiuk, S.H., Didukh, V.F. & Holiachuk, S.Ie. (2002). Enerhozberihaiucha tekhnolohiia sushinnia kukurudzy v kachanakh [Energy-saving technology of drying corn in cobs]. Visnyk ahrarnoi nauky Prychornomoria – Herald of Agrarian Science of the Black Sea Region, Isuue 4, Vol.1, 165 – 168 [in Ukrainian].

10. Pat. UA 10346 U Ukraina. Zernosushylna ustanovka kasetnoho typu [Cassette-type grain dryer] . No. u200503610; stated. April 18, 2005; has been published November 15, 2005, Bul. No. 11. 4 s.

11. Petrenko, M.M. & Skrynnik, I.O. (2004). Zernosushylna ustanovka kasetnoho typu dlia sushinnia zernovykh kultur [Cassette-type grain dryer for drying grain crops] . Tekhnika v silskohospodarskomu mashynobuduvanni, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia ; zb. nauk. prats Kirovohradskoho nats. tekhn. un-tu – Techniques in agricultural engineering, industrial engineering, automation: coll. of science works of the KNTU, Issue 15, 318 – 323 [in Ukrainian].

12. Petrenko, M.M., Skrynnik, I.O., Bohatyrov, D.V. et al. (2006). Eksperymentalni doslidzhennia vplyvu parametriv zernosusharky kaskadnoho typu na pokaznyky yii roboty [Experimental studies of the influence of the parameters of the cascade type grain dryer on its performance] . Konstrujuvannja, vyrobnyctvo ta ekspluatacija silʹsʹkohospodarsʹkyx mashyn – Design, manufacture and operation of agricultural machinery, Issue 36, 29 – 34 [in Ukrainian].

13. Petrenko, M.M., Skrynnik, I.O., Bohatyrov, D.V. et al. (2007). Determinovana matematychna model rukhu nasinnia po kaskadakh zernosusharky kaskadnoho typu [A deterministic mathematical model of seed movement along the cascades of a cascade-type grain dryer] . Konstrujuvannja, vyrobnyctvo ta ekspluatacija silʹsʹkohospodarsʹkyx mashyn – Design, manufacture and operation of agricultural machinery, Issue 37, 299 – 304 [in Ukrainian].

14. Petrenko M.M., Skrynnik I.O., Bohatyrov D.V. et al. (2007). Rezultaty eksperymentalnykh doslidzhen vplyvu osnovnykh parametriv na protses sushinnia zernovykh kultur u zernosushartsi kaskadnoho typu [The results of experimental studies of the influence of the main parameters on the drying process of grain crops in a cascade type grain dryer]. Visnyk Ternopilskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu – Bulletin of the Ternopil State Technical University, Issue. 3, Vol. 12, 53 – 59 [in Ukrainian].

15. Petrenko, M.M., Skrynnik, I.O. & Bohatyrov, D.V. (2005). Vyznachennia shvydkosti filtratsii ta hidravlichnoho oporu na kaskadakh sitok zernosusharky kasetnoho typu [Determination of filtration speed and hydraulic resistance on cascades of grain dryer nets of the cassette type]. Pratsi. Tavriiska derzhavna ahrotekhnichna akademiia – Works Tavri State Agricultural Technical Academy, Issue 34, 160 – 165 [in Ukrainian].

16. Petrenko, M.M., Sabirzianov, T.H., Skrynnik, I.O. et al. (2008). Model perenosu tepla v zernosushartsi kaskadnoho typu vid kaskadu do sharu nasinnia [A model of heat transfer in a cascade-type grain dryer from the cascade to the seed layer]. Tekhnika v silskohospodarskomu mashynobuduvanni, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia ; zb. nauk. prats Kirovohradskoho nats. tekhn. un-tu – Techniques in agricultural engineering, industrial engineering, automation: coll. of science works of the KNTU, Issue 20, 293 – 298 [in Ukrainian].

17. Petrenko M.M., Skrynnik I.O., Skrynnik M.O. et al. (2008). Model zminy shparuvatosti psevdo rozridzhennia sharu nasinnia na kaskadakh zernosusharky [A model of the change in the porosity of the pseudo rarefaction of the seed layer on the cascades of the grain dryer] . Konstrujuvannja, vyrobnyctvo ta ekspluatacija silʹsʹkohospodarsʹkyx mashyn – Design, manufacture and operation of agricultural machinery, Issue 38, 258 – 264 [in Ukrainian].

18. Perspektyvy komertsializatsii naukovykh rozrobok u silskomu hospodarstvi [Prospects of commercialization of scientific developments in agriculture]. (2002). Tezy dopovidei NPS Volynskoi oblderzhadministratsii. Lutsk [in Ukrainian].

Citations

  1. Гідродинаміка при сушінні нерівномірного нерухомого шару диcперсного матеріалу / Я. М. Ханик, Г. О. Мазяр, І. О. Гузьова, Я. Д. Ярош . Науковий вісник НЛТУ України. 2008. Вип. 18.3. С. 104–107.
  2. Шандиба Н., Юхименко М. Методика рекурентного розрахунку поличної гравітаційної сушарки сипких матеріалів . Тринадцята наукова конференція «Львівські хімічні читання – 2011». Львів, 2011. С. У39.
  3. Федяев А.А. Федяева В.Н., Видин Ю.В. Математическое моделирование динамики процессов тепловлажностной обработки капиллярно-пористых коллоидных дискретных материалов . Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2008. Ч. 1. С. 68–75.
  4. Шрайбер А.А., Милютин В.Н., Яценко В.П. Гидромеханика двухкомпонентных потоков с твёрдым поли- дисперсным веществом . К.: Наукова думка, 1980. 252 с.
  5. Шандиба О.Б., Артюхова Н.О. Оптимізація технологічних характеристик багатоступеневої гравітаційної сушарки . VIII Міжнародна науково-практична конференція «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення». Алушта, 2012. Т. 2. С. 282–285.
  6. Осадчий С.І., Скриннік М.О., Скриннік І.О. Зерносушильна установка з киплячим шаром для сушіння зернових як об’єкт автоматизації . Техніка в сільськогосподарському машинобудуванні, галузеве машинобудування, автоматизація : зб. наук. праць Кіровоградського нац. техн. ун-ту., 2006. Вип. 17. С. 61 – 66.
  7. Осадчий С.І., Калита М.О., Скриннік І.О. Визначення структури і параметрів математичної моделі зерносушильної установки з киплячим шаром у реальних експлуатаційних умовах . Вісник Харківського національного технічного університету: наук. журнал. 2008. Вип. 73, т. 2. С. 43 – 45.
  8. Осадчий С.І., Скриннік М.О., Скриннік І.О. Ідентифікація сигналів зерносушильної установки з киплячим шаром в реальних експлуатаційних умовах . Вісник Хмельницького національного технічного університету: наук. журнал. 2007. Вип. 3, т. 1. С. 38 – 41.
  9. Панасюк С.Г., Дідух В.Ф., Голячук С.Є. Енергозберігаюча технологія сушіння кукурудзи в качанах . Вісник аграрної науки Причорномор’я. 2002. Вип. 4, т.1. С. 165 – 168.
  10. Зерносушильна установка касетного типу: пат. UA 10346 U Україна: №u 200503610; заяв. 18.04.2005; опубл. 15.11.2005, Бюл. № 11. 4 с.
  11. Петренко М.М., Скриннік І.О. Зерносушильна установка касетного типу для сушіння зернових культур . Техніка в сільськогосподарському машинобудуванні, галузеве машинобудування, автоматизація : зб. наук. праць Кіровоградського нац. техн. ун-ту. 2004. Вип. 15. С. 318 – 323.
  12. Експериментальні дослідження впливу параметрів зерносушарки каскадного типу на показники її роботи / М.М. Петренко та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: загальнодерж.міжвід.наук.-техн. зб. 2006. Вип. 36. С. 29 – 34.
  13. Детермінована математична модель руху насіння по каскадах зерносушарки каскадного типу / М.М. Петренко та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. загальнодерж.міжвід.наук.-техн. зб. 2007. Вип. 37. С. 299 – 304.
  14. Результати експериментальних досліджень впливу основних параметрів на процес сушіння зернових культур у зерносушарці каскадного типу / М.М. Петренко та ін. Вісник Тернопільського державного технічного університету. 2007. Вип. 3, том 12. С. 53 – 59.
  15. Петренко М.М., Скриннік І.О., Богатирьов Д.В. Визначення швидкості фільтрації та гідравлічного опору на каскадах сіток зерносушарки касетного типу . Праці. Таврійська державна агротехнічна академія. 2005. Вип. 34. С. 160 – 165.
  16. Модель переносу тепла в зерносушарці каскадного типу від каскаду до шару насіння / М.М. Петренко та ін. Техніка в сільськогосподарському машинобудуванні, галузеве машинобудування, автоматизація : зб. наук. праць Кіровоградського нац. техн. ун-ту. 2008. Вип. 20. С. 293 – 298.
  17. Модель зміни шпаруватості псевдо розрідження шару насіння на каскадах зерносушарки / М.М. Петренко та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. загальнодерж.міжвід.наук.-техн. зб. 2008. Вип. 38. С. 258 – 264.
  18. Перспективи комерціалізації наукових розробок у сільському господарстві. Тези доповідей НПС Волинської облдержадміністрації. Луцьк, 2002. 43 с.
Copyright (c) 2022 Ivan Skrynnik, Marianna Fedotova, Viktor Darienko