Анотація до роботи:

Атаманюк В.М. Гідродинаміка і тепломасообмін під час фільтраційного сушіння дисперсних матеріалів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.08 - процеси й обладнання хімічної технології. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2007.

Дисертація присвячена теоретичним та експериментальним дослідженням гідродинаміки, динаміки і кінетики фільтраційного сушіння дисперсних матеріалів. Отримані критеріальні рівняння для опису гідродинаміки фільтраційного сушіння на основі внутрішньої задачі гідродинаміки, доповненої геометричним симплексом, що характеризує зовнішню задачу. На основі експериментальних досліджень отримані критеріальні залежності для визначення коефіцієнтів тепло- і масовіддачі і встановлена аналогія між зовнішнім теплообміном і масообміном.

Розроблені математичні моделі, які описують процес фільтраційного сушіння дисперсних матеріалів і дають змогу прогнозувати енергетичні затрати під час проектних розрахунків нового сушильного обладнання. Запропоновано чотири типи сушильних установок, які враховують кінетичні і фізико-механічні властивості дисперсних матеріалів. Основні результати передані для впровадження у виробництво мінеральних добрив, збагачення кам’яного вугілля та у навчальний процес.

На основі основних законів теорії тепломасообміну, гідродинаміки стаціонарного шару дисперсних матеріалів у дисертації розроблено та обґрунтовано наукові положення, висновки та рекомендації, сукупність яких представляє нові науковообґрунтовані результати у галузі процесів та обладнання хімічної технології, які розв’язують науково-прикладну проблему гідродинамічних, теплових та масообмінних процесів під час фільтраційного сушіння дисперсних матеріалів. Вирішена науково-технічна проблема дає змогу моделювати процеси фільтраційного сушіння, вдосконалювати технологію сушіння, вирішувати теплотехнічні аспекти при розробленні нових енергозберігаючих технологій та високоефективного обладнання для їх реалізації.

1. Процеси фільтраційного сушіння недостатньо досліджені в аспекті гідродинаміки, тепло- і масообміну, відсутнє їх математичне моделювання, взаємозв’язок між тепловими і дифузійними явищами.

2. Розроблена і запропонована класифікація дисперсних матеріалів враховує форму, будову, механічні властивості окремих частинок і шару, дає змогу цілеспрямовано проводити теоретичні та експериментальні дослідження гідродинаміки, кінетики та динаміки тепломасообмінного процесу сушіння.

3. Запропоновані рівняння для опису гідродинаміки вологого та сухого шарів дисперсних матеріалів в достатній мірі корелюються з теоретичними положеннями і дають змогу прогнозувати втрати тиску процесу фільтраційного сушіння, прогнозувати енергетичні затрати. Встановлено, що еквівалентний діаметр каналів має вирішальний вплив на втрати тиску. Загальні втрати тиску в шарі вологого матеріалу є адитивними до втрат у зонах вологого і сухого матеріалу.

4. Встановлені п‘ять етапів фільтраційного сушіння відрізняються між собою інтенсивністю видалення вологи: І етап – механічне витіснення; ІІ – сушіння лише у першому періоді; ІІІ – сушіння в першому і другому періодах одночасно; ІV – скорочення висоти фронту першого періоду до нуля; V – сушіння лише в другому періоді.

5. Визначена теоретично мінімальна висота шару, на якій формується фронт сушіння у першому періоді, залежить від інтенсивності теплообміну між тепловим агентом та поверхнею дисперсного матеріалу.

6. Розроблені методики та експериментально визначені коефіцієнти тепловіддачі та масовіддачі залежно від швидкості руху теплового агента і гранулометричного складу різних матеріалів представлені у формі критеріальних рівнянь, дають змогу розраховувати процес сушіння у першому періоді.

7. Встановлена аналогія між зовнішнім теплообміном і масообміном у стаціонарному шарі під час фільтраційного сушіння дає змогу визначити коефіцієнт масовіддачі через коефіцієнт тепловіддачі.

8. Різниця між теплоперенесенням та масоперенесенням у другому періоді сушіння, полягає у тому, що у теплоперенесенні бере участь вся частинка, а масоперенесення водяної пари відбувається в зоні між рухомою поверхнею вологи у порах і капілярах та зовнішньою поверхнею твердої частинки.

9. Математична модель масоперенесення для одинарної частинки кулястої форми дає змогу на основі експериментальних даних визначати коефіцієнт внутрішньої дифузії водяної пари у порах і капілярах частинки. Формальний вплив зовнішньої гідродинаміки на коефіцієнт внутрішньої дифузії, вперше виявлений нами, пояснюється зростанням інтенсивності нагрівання частинки зі збільшенням швидкості руху теплового агенту.

10. Розроблена математична модель динаміки першого періоду сушіння дає змогу визначити поля вологовмісту та температури, швидкості переміщення фронту концентрацій вологи у дисперсному матеріалі та тепловому агенті. Залежність між концентраціями, температурою та висотою матеріалу носить експоненціальний характер.

11. Сформульована задача для визначення поля температур під час другого періоду сушіння та одержані наближені розв’язки цієї задачі дають змогу визначати час сушіння у другому періоді та тривалість руху зони масообміну в напрямку перфорованої перегородки.

12. Математично сформульована задача для поля вологостей у другому періоді сушіння та її розв’язки дають змогу визначати основні параметри сушіння у другому періоді.

13. Розроблені принципові схеми чотирьох типів сушильних установок, які реалізують фільтраційний метод і враховують гідродинамічні особливості фільтраційного сушіння різних дисперсних матеріалів і які захищені деклараційними патентами України і характеризуються низькими питомими енергозатратами та високою інтенсивністю. Створені методики розрахунку основних конструктивних розмірів сушильних установок.

14. Впровадження у виробництво результатів дисертаційної роботи дасть змогу зменшити енергетичні затрати на процес сушіння у порівнянні з традиційними методами. Із розрахунку на 1000 кг сухого матеріалу це складає для: технічного вуглецю 4735 , кам’яного вугілля 915 , амофосу 230 , суперфосфату, 410 , кавового шламу 7130 ; торфу 4740 ; піску середньозернистого 2170 , піску грубозернистого 1250 відповідно.

Основні умовні позначення

- коефіцієнт температуропровідності, ; - теплоємність, ; - еквівалентний діаметр каналів між частинками, м; - діаметр частинки, ; , - відповідно коефіцієнт вільної і внутрішньої дифузії, ; - діаметр апарату, ; - висота шару, ; - маса твердої частинки, ; - тиск, ; - біжучий радіус, ; - радіус частинки, ; - рухома границя розподілу фаз, ; - питома теплота випаровування, ; - температура теплового агента, ; - температура твердої фази, ; - маса вологи, ; - вологовміст матеріалу, ; - вологовміст теплового агента, ; - вертикальна координата, ; - питома поверхня твердих частинок, ; - коефіцієнт тепловіддачі, ; - коефіцієнт масовіддачі, ; - втрати тиску, Па; - пористість, ; - коефіцієнт теплопровідності, ; - динамічна в‘язкість теплового агента, ; - кінематична в‘язкість, ; - густина, ; - час, ; , - відповідно фіктивна і дійсна швидкість, . Безрозмірні комплекси: - теплове число Біо; - дифузійне число Біо; - число Ейлера; - теплове число Фур‘є; - дифузійне число Фур’є; - число Льюїса; - число Нуссельта; - число Прандтля; - число Рейнольдса; - число Шмідта; - число Шервуда; – відношення об’ємних теплот дисперсного матеріалу і теплового агенту; - безрозмірні симплекси; ; - безрозмірні довжини шару. Індекси: нижній: 0 – початковий стан; кр – критичний стан; р – рівноважний стан; нас – насичення; ч – у порах твердої частинки; 1 – у тепловому агенті.

Публікації автора:

1. Ханик Я.М., Дулеба В.П., Атаманюк В.М. Гідродинаміка під час руху повітря через шар сухого зернистого поліакриламіду // Хімічна промисловість України. –К.: –1997. –№2, –С.16-19. (участь в проведені та математична обробка результатів експериментальних досліджень).

2. Ханик Я.М., Дулеба В.П., Атаманюк В.М. Кінетика сушіння поліакриламіду // Науковий вісник УкрДЛТУ: Збірник наук.-техн.праць. –Львів: –1997. –Вип.7. –С.110-113. (участь в проведені та узагальнені результатів експериментальних досліджень).

3. Ханик Я.М., Гузьова І.О., Атаманюк В.М. Особливості гідродинаміки та кінетики фільтраційного сушіння дисперсної кавової сировини // Науковий вісник УкрДЛТУ: Збірник наук.-техн.праць. –Львів: –2000. -Вип.10.2. –С.159-161. (участь в проведені експериментальних досліджень, аналіз отриманих результатів).

4. Ханик Я.М., Гузьова І.О., Атаманюк В.М. Інтенсифікація фільтраційного сушіння сипких зернистих матеріалів // Хімічна промисловість України. –К.: –2001. –№4, –С.17-19. (участь в проведені експериментальних досліджень та аналіз отриманих результатів).

5. Кіндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Гідродинаміка фільтраційного сушіння торфу // Вісник ДУ ”Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування. –Львів: –2001. –№426. –С.204-208. (участь в проведені експериментальних досліджень, математична обробка та аналіз отриманих результатів).

6. Ханик Я.М., Гузьова І.О., Атаманюк В.М. Математична модель процесу сушіння дисперсного матеріалу у щільному шарі // Науковий вісник УкрДЛТУ: Збірник наук.-техн.праць. –Львів: –2001. –Вип. 11.1. –С.104-110. (обговорення та узагальнення результатів експериментальних досліджень).

7. Ханик Я.М., Гузьова І.О., Атаманюк В.М. Гідродинаміка фільтраційного сушіння кавової сировини для екстрагування жиру // Хімічна промисловість України. –К.: –2001. –№5. –С.44-46. (участь в проведені експериментальних досліджень, аналіз отриманих результатів).

8. Атаманюк В.М. Вплив структури і фізико-хімічних властивостей зернистого матеріалу на процес сушіння у щільному шарі // Науковий вісник УкрДЛТУ: Збірник наук.-техн.праць. –Львів: –2001, –Вип.11.2. –С.86-89.

9. Кіндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Зернистий матеріал. Гідродинаміка полідисперсного шару // Хімічна промисловість України. –К.: –2002. –№6. –С.38-42. (вибір методики експериментальних досліджень, обговорення та аналіз отриманих результатів).

10. Кіндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М., Дулеба В.П. Кінетика фільтраційного сушіння торфу // Вісник ДУ ”Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування. –Львів: –2002. –№447. –С.179-182. (розробка програми і методики досліджень).

11. Кіндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Вплив дисперсного складу вугілля на кінетику сушіння у щільному шарі // Науковий вісник УкрДЛТУ: Збірник наук.-техн.праць.–Львів: –2002. –Вип.12.5. –С.111-115. (участь в проведені експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації).

12. Кіндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Вплив фракційного складу вугілля на гідродинаміку і кінетику сушіння у щільному шарі // Вісник ДУ ”Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. –Львів: –2002. –№461. –С.245-252. (участь в проведені експериментальних досліджень, математична обробка отриманих результатів).

13. Кіндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Гідродинамічні особливості при сушінні дисперсних матеріалів у щільному шарі // Науковий вісник УкрДЛТУ: Збірник наук.-техн. праць. –Львів: –2003. –Вип.13.1. –С.126-133. (планування експериментальних досліджень, аналіз отриманих результатів).

14. Атаманюк В.М., Ханик Я.М., Гузьова І.О. Розрахунок обладнання для фільтраційного сушіння зернистих матеріалів // Вісник НУ ” Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. –Львів: –2003. –№488. –С.187-192. (розробка методики розрахунку сушильної установки).

15. Кіндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Сушіння полідисперсної суміші вугілля після флотації // Науковий вісник УкрДЛТУ: Збірник наук.-техн. праць. –Львів: –2004. –Вип.14.1. –С.43-48. (розробка програми та участь в проведені експериментальних досліджень, аналіз отриманих результатів).

16. Атаманюк В.М. Фільтраційне сушіння. Гідродинамічний опір полідисперсного шару зернистого матеріалу // Хімічна промисловість України. –К.: –2004. –№6, – С. 47-51.

17. Атаманюк В.М., Ханик Я.М., Дулеба В.П. Комбіноване сушіння дрібнодисперсних матеріалів // Науковий вісник НЛТУ: Збірник наук.-техн. праць. –Львів: –2005. –Вип.15.5. –С.173-179. (планування та проведення експериментальних досліджень, аналіз отриманих результатів).

18. Атаманюк В.М. Гідродинаміка фільтраційного сушіння гранульованого поліакриламіду // Вісник НУ ”Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування. –Львів: –2005, –№536, – С. 139-146.

19. Атаманюк В.М., Ханик Я.М. Розрахунок установки фільтраційного сушіння дрібнодисперсного вугілля після флотації // Український міжвідомчий наук.-техн. збірник “Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні”. –Львів: –2005, –№39, –С.5-11. (розробка методики розрахунку сушильної установки).

20. Атаманюк В.М. Аналогія між зовнішнім теплообміном та масообміном у стаціонарному шарі // Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій. –Одеса: –2006. –№28. Т.2. –С.193-194.

21. Атаманюк В.М. Гідродинаміка фільтраційного сушіння дисперсного матеріалу // Всеукраїнський наук.-техн. журнал. Промислова гідравліка і пневматика. –Вінниця: –2006. –№1 (11), –С. 12-17.

22. Атаманюк В.М. Зовнішній тепломасообмін підчас фільтраційного сушіння // Промышленная теплотехника. –К.: –2006, Т. 28, –№5, –С.47-54.

23. Атаманюк В.М., Ханик Я.М. Класифікація дисперсних матеріалів, як об’єктів сушіння фільтраційним методом // Хімічна промисловість України. –К.: –2007. –№3. –С.37-45. (ідея створення класифікації дисперсних матеріалів, підготовка матеріалів до публікації).

24. Атаманюк В.М. Кінетика внутрішньодифузійного процесу сушіння кам’яного вугілля фільтраційним методом // Вопросы химии и химической технологии. –Дніпропетровськ: –2007. –№3. –С.139-142.

25. Атаманюк В.М. Дисперсні матеріали Механізм і кінетика фільтраційного сушіння // Хімічна промисловість України. К.: –2007. –№4, –С.24-29.

26. Ханик Я.М,. Аль-Ашкар Ясер, Атаманюк В.М. Гідродинаміка і кінетика фільтраційного сушіння гранульованого суперфосфату // Хімічна промисловість України. –К.: –1997. –№2. –С.20-22. (участь в проведені експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації).

27. Ханик Я.М,. Аль-Ашкар Ясер, Атаманюк В.М. Кінетика процесу фільтраційного сушіння піску в щільному шарі при ІЧ-нагріванні // Хімічна промисловість України. –К.: –1997. –№2. –С.22-25. (участь в проведені експериментальних досліджень, обговорення та аналіз результатів).

28. Кіндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Особливості сушіння вугілля у щільному шарі // Вісник НУ ”Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування. –Львів: –2003. –№488. –С.195-200. ( проведення експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації).

29. Деклараційний патент на винахід 44604А Україна, МПК F26В3/06 Установка фільтраційного сушіння сипких матеріалів. / Атаманюк В.М., Ханик Я.М., Гузьова І.О., Кіндзера Д.П. (UA). –№2001063986; Заяв. 12.06.01; Опубл. 15.02.02 –Бюл. №2. –2с. (розробка принципової схеми сушильної установки).

30. Деклараційний патент на винахід 60587А Україна, МПК F26В3/06 Установка фільтраційного сушіння сипких матеріалів. / Атаманюк В.М., Ханик Я.М., Кіндзера Д.П, Дулеба В.П. (UA). –№2003010161 Заяв. 04.01.03; Опубл. 15.10.03 –Бюл. №10. –3с. (розробка принципової схеми сушильної установки).

31. Деклараційний патент на корисну модель 10197 Україна, МПК F26B3/06, 3/092 Спосіб фільтраційного сушіння сипких матеріалів. / Атаманюк В.М., Ханик Я.М., Дулеба В.П. (UA). –№200502010; Заяв. 0.4.03.05; Опубл. 15.11.05, –Бюл. №11. –3с. (обґрунтування використання нового способу для сушіння дисперсних матеріалів).

32. Патент на корисну модель 18113 Україна, МПК F26B3/06 Установка фільтраційного сушіння сипких матеріалів. / Атаманюк В.М., Ханик Я.М., Дулеба В.П., Люта О.В. (UA). –№200605865; Заяв. 29.05.06; Опубл. 16.10.06, –Бюл. №10. –2с. (ідея винаходу).

33. Кіндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Фільтраційне сушіння – як метод захисту навколишнього середовища // Сб. науч. трудов межд. научно-техн. конф. «Современные проблемы химической технологии неорганических веществ», –Одесса: –2001. Т.2. –С.57-61. (підбір методик експериментальних досліджень, участь в проведенні експериментів).

34. Атаманюк В.М., Ханик Я.Н. Гидродинамика фильтрационной сушки зернистых материаллов // Труды 1-ой межд. научно-практ. конф. “Современные энергосберегающие тепловые технологии”, –М.: –2002. Т.4. С. 148-152. (планування та проведення експериментальних досліджень, аналіз та узагальнення отриманих результатів).

35. Атаманюк В.М., Ханик Я.Н. Гидродинамика и кинетика фильтрационной сушки дисперсных материалов // Труды 2-ой межд. научно-практ. конф. “Современные энергосберегающие тепловые технологии”, –М.: –2005. Т.2. С.208-211. (проведення експериментальних досліджень, аналіз та узагальнення отриманих результатів).

36. Atamanyuk V. Heat-and-mass exchange during filtration drying of dispersion materials // Materialy XIX Ogulnopolskej konferencji inzynierii chemicznej i procesowej. –Rzeszow: –2007. Т1. –S.23-26.

37. Атаманюк В.М. Енергозбереження при фільтраційному сушінні зернистих матеріалів // Тези доповіді на IV міжнародній наук.-практ. конференції Проблеми економії енергії. –Львів: –2003. –С 45.

38. Атаманюк В.М. Кинетика фильтрационной сушки дисперсных материалов // Тезисы IV международной конференции. Проблемы промышленной теплотехники. –К.: –2005. –С.204-205.

39. Атаманюк В.М. Інтенсифікація процесу сушіння підчас виробництва мінеральних добрив // Тези доповідей ІІІ Української наук.-техн. конференції з технології неорганічних речовин. УДХТУ –Дніпропетровськ: –2006. –С. 295-296.

40. Атаманюк В.М. Гидродинамика и кинетика фильтрационной сушки мелкодисперсного угля после обогащения // Материалы конференции Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых. СПГТИ (ТУ) – Санк-Петербург: –2006. Химиздат. –С.217.

41. Atamanyuk V.M. Mass-Transfer at the Filtration Drying of Dispersible Materials // Abstracts V-th International Conference. Problems of Industrial Heat Engineering. –Kyiv: –2007. –P.324 – 325.

42. Атаманюк В.М. Динаміка тепломасообміну підчас першого та другого періодів фільтраційного сушіння дисперсних матеріалів // Збірка доповідей конференції Екологічна безпека: моніторинг, оцінка ризику, перспективні природоохоронні технології. НУЛП – Львів: –2007 – С.20-21.