Browsing by Author "Ляпощенко, Олександр Олександрович"

Now showing 1 - 3 of 3

Закономірності фільтраційного сушіння органічної сировини для виготовлення альтернативного палива
(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Госовський, Роман Романович; Атаманюк, Володимир Михайлович; Національний університет «Львівська політехніка»; Білей, Петро Васильович; Ляпощенко, Олександр Олександрович
Дисертаційна робота присвячена дослідженню основних закономірностей фільтраційного сушіння подрібнених стебел соняшника, зокрема, гідродинаміки, тепломасообміну, внутрішньодифузійних процесів перенесення вологи та кінетики зневоднення для подальшого брикетування та отриманням альтернативного палива. Визначено основні фізико-механічні характеристики шару подрібнених стебел соняшника, а саме: насипну, уявну, істинну густини; загальну пористість, внутрішню пористість частинок, порізність шару; питому поверхню; еквівалентний діаметр каналів, крізь які фільтрується тепловий агент. На основі узагальнення результатів досліджень, запропоновано рівняння в безрозмірній формі для опису гідродинаміки стаціонарного шару подрібнених стебел соняшника, а також визначений коефіцієнт гідравлічного опору цього шару, що дає змогу прогнозувати енергетичні затрати на процес фільтраційного сушіння використовуючи рівняння Дарсі-Вейсбаха. Отримано критеріальні рівняння, які дають змогу визначати коефіцієнти тепловіддачі від теплового агенту до стаціонарного шару сухих та вологих подрібнених стебел соняшника, а також коефіцієнти масовіддачі. Встановлено залежність коефіцієнта ефективної внутрішньої дифузії вологи в навколишнє середовище від температури для зовнішніх та внутрішніх тканин подрібнених стебел соняшника. На основі експериментального дослідження кінетики фільтраційного сушіння подрібнених стебел соняшника за різних висот шару, швидкості фільтрування та температури теплового агенту встановлено раціональні параметри процесу, за яких затрати на висушування будуть найменшими. Визначено оптимальний кінцевий вологовміст подрібнених стебел соняшника за якого корисна різниця між затратами на фільтраційне сушіння вологої сировини та калорійністю паливних брикетів становитиме приблизно 8,84 – 8,86 МДж/кг сух.м. Основні фізико-механічні характеристики експериментальної партії паливних брикетів з подрібнених стебел соняшника а саме: щільність, міцність на згинання, стирання та скидання відповідають вимогам ДСТУ EN 15234-2:2013 Порівняльний аналіз ефективностей висушування подрібнених стебел соняшника фільтраційним методом та сушінням в обертовому сушильному барабані показав, що використання установки фільтраційного сушіння дасть змогу зекономити 847,5 кВт год на 1000 кг паливних брикетів. Розроблена принципова схема установки фільтраційного сушіння подрібнених стебел соняшника, яка захищена патентом України №115284 на корисну модель та розроблено методику її розрахунку. The dissertation is devoted to the research of the filtration drying basic regularities of the crushed sunflower stems, in particular, hydrodynamics, heat transfer, internal diffusion processes of moisture transfer and kinetics of dehydration for further briquetting and obtaining alternative fuel. The analysis of available literature sources showed that the processes of heat and mass transfer during the filtration drying of organic raw materials were insufficiently studied, therefore, experimental and theoretical studies of organic materials drying are actual problems. The basic physical and mechanical characteristics of a layer of crushed sunflower stems are determined, such as: bulk, apparent, true densities; total porosity, internal porosity of particles, porosity of the layer; specific surface area; the equivalent diameter of the channels through which the thermal agent is filtered. On the basis of the generalization of the research results, the equation in the dimensionless form for the description of the hydrodynamics of the stationary layer of crushed sunflower stems has been proposed, as well as the hydraulic resistance coefficient of this layer has been determined, which allows to predict the energy costs for the filtration drying process using the Darcy-Weisbach equation. Criterion equations have been obtained to determine the coefficients of the heat transfer from the thermal agent to the stationary layer of dry and wet crushed sunflower stems, as well as the coefficients of the mass transfer. The process of diffusive mass transfer during crushed sunflower stems drying of prismatic and round shapes particles has been mathematically described. The temperature effect on effective internal diffusion coefficient has been examined for external and internal tissues of crushed sunflower stems. The deduced equations allow to calculate theoretically the effective diffusion coefficients for the crushed sunflower stems within temperature range of 293‒373 K. On the basis of the experimental study of the kinetics of the filtration drying of crushed sunflower stems at different heights of the layer, the filtration rate and the temperature of the heat agent, rational parameters of the process have been determined in view of reducing energy costs for drying and obtaining the high quality raw material for the alternative fuel production. The optimum final moisture content of crushed sunflower stems has been determined in view of the maximum difference between the costs of the filtration drying of raw materials and the caloricity of fuel briquettes. The basic physical and mechanical characteristics of the fuel briquettes experimental batch such as density and strength are complaing with the requirements of DSTU EN 15234-2:2013. A comparative analysis of drying effectiveness by filtration method and by drying in rotary drying drum has shown that the use of a filtration drying plant will save 847,5 kWh per 1000 kg of fuel briquettes. The recommendations and conclusions that allow to simulate the process of the filtration drying during to develop of the new high-efficiency energy saving equipment for the production of solid biofuels from sunflower waste have been developed and substantiated. The scheme of the filtration drying installation for crushed sunflower stems has been protected by the patent of Ukraine №115284.
Теоретичні основи процесів інерційно-фільтруючої сепарації
(Національний університет "Львівська політехніка", 2016) Ляпощенко, Олександр Олександрович
Дисертація являє собою теоретичне узагальнення результатів досліджень автора і присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми, сутність якої полягає в створенні теоретичних основ процесів інерційно-фільтруючої сепарації і науково обґрунтованих методів розрахунку основних технологічних параметрів та характеристик інерційно-фільтруючих сепараційних пристроїв, в яких поєднані принципи одночасної взаємодії інерційних та фільтруючих сепараційних елементів, чим досягається зниження гідравлічного опору та підвищення ефективності сепарації у широких діапазонах навантажень та співвідношення фаз. Аналітично та чисельно розв’язано системи рівнянь руху і нерозривності газового потоку для окремого випадку плоского плину в криволінійному каналі, рівнянь руху дисперсних часток (краплин) в турбулентному газодисперсному потоці, ламінарного руху вловленої рідини в плівці, що стікає по стінках каналу та в шарі волокнистого фільтру, виходячи з умов усталеного руху та рівноваги (балансу сил) на міжфазній поверхні, що визначають особливості взаємодії плівки сепарованої рідини з газовим потоком в криволінійних інерційно-фільтруючих сепараційних каналах, чим закладено теоретичні основи теорії інерційно-фільтруючої сепарації. Розвинута континуальна модель криволінійної течії газодисперсного потоку дозволяє розрахунковим методом визначити траєкторії руху дисперсних часток, розподіл їх по розмірах і відповідно здійснити оптимізаційне геометричне профілювання криволінійних каналів, визначити зони доцільного розташування, форму та розміри фільтруючих елементів, оцінити ефективність сепарації після кожної послідовної криволінійної ділянки (ступеня сепарації) інерційно-фільтруючого сепараційного каналу. Диссертация представляет собой теоретическое обобщение результатов исследований автора и посвящена решению актуальной научно-прикладной проблемы, суть которой заключается в создании теоретических основ процессов инерционно-фильтрующей сепарации и научно обоснованных методов расчета основных технологических параметров и характеристик инерционно-фильтрующих сепарационных устройств, в которых объединены принципы одновременного взаимодействия инерционных и фильтрующих сепарационных элементов, чем достигается снижение гидравлического сопротивления и повышение эффективности сепарации в широких диапазонах нагрузок и соотношения фаз. Аналитически и численно решены системы уравнений движения и неразрывности газового потока для отдельного случая плоского течения в криволинейном канале, уравнений движения дисперсных частиц (капель) в турбулентном газодисперсном потоке, ламинарного движения уловленной жидкости в стекающей пленке по стенкам канала и в слое волокнистого фильтра, исходя из условий установившегося (стационарного) движения и равновесия (баланса сил) на межфазной поверхности, которые определяют особенности взаимодействия пленки сепарированной жидкости с газовым потоком в криволинейных инерционно-фильтрующих сепарационных каналах, чем заложены теоретические основы теории инерционно-фильтрующей сепарации. Получившая развитие континуальна модель криволинейного течения газодисперсного потока позволяет расчетным методом определить траектории движения дисперсных частиц, распределение их по размерам и соответственно осуществить оптимизационное геометрическое профилирование криволинейных каналов, определить зоны рационального расположения, форму и размеры фильтрующих элементов, прогнозировать эффективность сепарации после каждого последовательного криволинейного участка (ступени сепарации) инерционно-фильтрующего сепарационного канала. The thesis represents a theoretical generalization of author’s results of research and is devoted to solving an urgent scientific and applied problem that concerns the creation of theoretical foundations of processes of the inertial-filtering separation, as well as science-based methods of calculating the basic technological parameters and characteristics of the inertial-filtering separation devices, which combine the principles of simultaneous interaction of inertial and filtering separation elements. Thus, the reduction of hydraulic resistance and rising the separation efficiency in a wide range of loads and phases relation are achieved. The perspective directions of the organization of motion and interaction of two-phase flows are defined. It has led to the invention of new ways of the inertial-filtering separation and development of a new separate class of the inertial-filtering separation devices, for which the basic laws of processes of gravitational and inertial settling, as well as trapping the dispersed particles are determined by filtration mechanisms on filter fibers and trapped liquids in the curvilinear inertial-filtering separation channels. The task of the analytical and numerical solution of mathematical models from the system of motion equations has been solved, as well as the equation of continuity of a gas stream for a special case of the flat flow in the curvilinear channel, equations of motion of dispersible particles (droplets) in the turbulent gas-dispersion flow, laminar motion of trapped liquids in the film that flows on the wall of the channel and in the layer of fibrous filter, based on the conditions of steady motion and equilibrium (force balance) on the boundary surface, define features of the interaction of film separated liquids film with a gas stream in the curvilinear inertial-filtering separation channels, than the theoretical foundation of the theory of the inertial-filtering separation. The developed continual model of curved gas-dispersion flow allows using a calculation method to determine the motion trajectory of dispersible particles, their distribution by the sizes and therefore to carry out an optimization geometric profiling of curvilinear channel, as well as to determine the efficient location zones, form and sizes of filtering elements and to estimate the effectiveness of separation after each serial curvilinear areas (degree of separation) of inertial-filtering separation channel. The problem of the analysis of coupled interphase heat and mass transfer influence on the processes of the inertial-filtering separation of multicomponent gas-condensate mixtures are considered and obtained the further development of the physical model of formation and phase equilibrium of the highly refined gas and condensate system in the turbulent gas flow that includes the effect of phase transformation and drop coalescence of condensed fluid on the efficiency of processes of inertial-filtration separation with condensation. The scientifically based practical recommendations for the design and engineering methods for calculating the gas-dynamic separators for the purpose to enhance separation efficiency and reduce the hydraulic resistance with determination of the optimal design parameters of inertial-filtering separation elements are developed. The program and technique of experimental-industrial testing new inertial-filtering separators and separation unit blocks are developed. According to the results of research and proofing of exposed and experimental-industrial testing the inertial-filtering separators, their main hydraulic and separation indicators are determined that confirmed the high technical characteristics of the proposed equipment. The received scientific results in dissertation work and practical recommendations are implemented in production at the engineering plants, chemical industry enterprises, as well as oil and gas industry.
Теоретичні основи сорбційних процесів на природних та синтетичних сорбентах
(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Сабадаш, Віра Василівна; Гумницький, Ярослав Михайлович; Національний університет «Львівська політехніка»; Ведь, Валерій Євгенович; Вітенько, Тетяна Миколаївна; Ляпощенко, Олександр Олександрович
Дисертаційна робота присвячена розробленню теоретичних основ адсорбційних процесів у системі тверде тіло-рідина. Дисертаційна робота присвячена вивченню механізмів та закономірностей процесів адсорбції за участю синтетичних та природних сорбентів з метою оптимізації хіміко-технологічних процесів та ресурсозбереження. Адсорбційні процеси є основою багатьох хіміко-технологічних та біологічних процесів на поверхні розділу фаз тверде тіло-рідина. Наведено характеристику природного цеоліту, подано його фізико-хімічні властивості, структуру кристалів цеоліту, сорбційні та іонообмінні властивості. Досліджено вплив гранулометричного складу сорбентів на їх статичну ємність. Встановлено вплив фізико-хімічних властивостей компонентів адсорбційної системи на пріоритетність вилучення її складових. Приведено результати дослідження сорбційної здатності природних та синтезованих сорбентів щодо органічних та неорганічних сполук у молекулярному та дисоційованому вигляді, розроблено методики аналітичного визначення складових багатокомпонентних сумішей. Подано результати експериментальних досліджень та теоретичних розрахунків кінетичних досліджень з метою визначення коефіцієнтів масовіддачі та ефективних коефіцієнтів внутрішньої дифузії. Розроблено математичні моделі для опису процесів адсорбції та іонного обміну в апараті колонного типу. Представлено порівняння експериментальних та обчислюваних даних для процесів сорбції одно та багатокомпонентних розчинів у апараті колонного типу. Представлено результати прикладного застосування адсорбційних процесів у хімічній промисловості. The dissertation is devoted to the development of theoretical foundations of adsorption processes in the system of ―solid-liquid‖. The dissertation is devoted to the study of mechanisms and patterns of adsorption processes involving synthetic and natural sorbents in order to optimize chemical and technological processes and resource conservation. Adsorption processes are the basis of many chemical-technological and biological processes on phase interface of ―solid-liquid‖. The characteristic of natural zeolite and its physical and chemical properties, structure of zeolite crystals, sorption and ion-exchange properties were given. The fractional distribution of natural zeolite has been fulfilled and a distribution function was presented, on the basis of which the average diameter of zeolite grains was determined. The physical-chemical characteristics of two types of heavy metals ions: copper and chromium were given. Their toxicological characteristics, which determine the need for sewage treatment from these components, were described. The maximum permissible concentrations of cuprum and chromium in purified water were given. The static activity of natural zeolite with respect to components of inorganic and organic composition was determined. The statics of adsorption processes were mathematically described by the equations of the Langmuir, Freundlich, and BET isotherms. The kinetic dependences and coefficients of mass deducing and effective coefficients of internal diffusion, which allow determining the time of the adsorption process, were obtained. The methods of determining the sorption ability of natural and synthesized sorbents for organic and inorganic compounds in molecular and dissociation form, methods of analytical determination of components of multi-component mixtures were given. Methods of conducting kinetic researches are presented in order to determine the coefficients of mass return and effective coefficients of internal diffusion. The mathematical models for describing adsorption and ion exchange processes in a column type apparatus are developed. Technological solutions for separating of bicomponent solutions containing of cuprum and chromium ions were presented. The variants of solution the problems of proteins macromolecules extraction from the aqueous medium that interfere with the adsorption of proteins by creating a diffusion resistance on the surface of the sorbent grain were solved. The methods of ultrahigh-frequency radiation application for denaturising of proteins were presented. These methods allow them to be removed from the water dispersion. The mathematical model of the process was developed and a mathematical solution was obtained for calculating the time and temperature of heating the dispersion of the protein. The temperature of the heating of a body of arbitrary shape at the time τ after the influence of microwave radiation was calculated. Диссертация посвящена разработке теоретических основ адсорбционных процессов в системе твердое тело-жидкость. Диссертационная работа посвящена изучению механизмов и закономерностей процессов адсорбции с участием синтетических и природных сорбентов с целью оптимизации химико-технологических процессов и ресурсосбережения. Адсорбционные процессы являются основой многих химико-технологических и биологических процессов на поверхности раздела фаз твердое тело-жидкость. Приведена характеристика природного цеолита, представлены его физико-химические свойства, структуру кристаллов цеолита, сорбционные и ионообменные свойства. Исследовано влияние гранулометрического состава сорбентов на их статическую емкость. Установлено влияние физико-химических свойств компонентов адсорбционной системы приоритетность изъятия ее составляющих. Приведены результаты исследования сорбционной способности природных и синтезированных сорбентов относительно органических и неорганических соединениях в молекулярном и диссоциированном виде. Разработаны методики аналитического определения составляющих многокомпонентных смесей. Представлены результаты экспериментальных исследований и теоретических расчетов кинетических исследований с целью определения коэффициентов массоотдачи и эффективных коэффициентов внутренней диффузии. Разработаны математические модели для описания процессов ионного и обмена адсорбции в аппарате колонного типа. Представлены сравнения экспериментальных и вычислительных данных для процессов сорбции одно и многокомпонентных растворов в аппарате колонного типа. Представлены результаты прикладного применения адсорбционных процессов в химической промышленности.