Багатокритеріальна оптимізація процесу дегідратації заліза(II) сульфат гептагідрату в багатосекційному апараті киплячого шару.

Вячеслав   Кірний; Микола  Юхименко

doi:10.25140/2411-5363-2026-2(44)-366-388

Автор(и)

Вячеслав Кірний Сумський державний університет, Україна http://orcid.org/0000-0003-1490-0600
Микола Юхименко Сумський державний університет, Україна http://orcid.org/0000-0002-1405-1269

DOI:

https://doi.org/10.25140/2411-5363-2026-2(44)-366-388

Ключові слова:

дегідратація; залізний купорос; киплячий шар; секціонований апарат; математичне моделювання; багатокритеріальна оптимізація

Анотація

Розроблено математичну модель процесу термічної дегідратації кристалогідратів на прикладі заліза(II) сульфат гептагідрату в горизонтальному багатосекційному апараті киплячого шару. Запропонована модель враховує кінетику реакції, термічну усадку частинок та їх винесення газовим потоком. Досліджено вплив теплових і гідродинамічних параметрів на ефективність процесу. За допомогою розробленого алгоритму визначено оптимальні режими подачі теплоносія по секціях. Доведено, що керування швидкістю та температурою газу по довжині апарата дозволяє мінімізувати енерговитрати та запобігти термічній деструкції цільового продукту.

Посилання

Gázquez, M. J., Bolívar, J. P., Garcia-Ten, J., & Vaca, F. (2021). A review of the commercial uses of sulphate minerals from the titanium dioxide pigment industry: The case of Huelva (Spain). Minerals, 11(6), Article 575.

Lide, D. R. (Ed.). (2004). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85th ed.). CRC Press.

Green, D. W., & Perry, R. H. (Eds.). (2008). Perry's chemical engineers' handbook (8th ed.). McGraw-Hill.

Gálwey, A. K., & Brown, M. E. (1999). Thermal decomposition of ionic solids. Elsevier.

Mujumdar, A. S. (Ed.). (2014). Handbook of industrial drying (4th ed.). CRC Press.

Атаманюк, В. М., & Гумницький, Я. М. (2013). Наукові основи фільтраційного сушіння дисперсних матеріалів. Видавництво Львівської політехніки.

Tsiura, N., Kindzera, D., Huzova, I., & Atamanyuk, V. (2021). Study of the kinetics of drying iron (II) sulfate heptahydrate by filtration method. ScienceRise, (1), 11–21.

Kunii, D., & Levenspiel, O. (1991). Fluidization engineering (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.

Bachmann, P., & Tsotsas, E. (2015). Analysis of residence time distribution data in horizontal fluidized beds. Procedia Engineering, 102, 790–798.

Gidaspow, D. (1994). Multiphase flow and fluidization: Continuum and kinetic theory descriptions. Academic Press.

Rego, A. S. C. (2022). Kinetic study on thermal decomposition of sulfates: TGA experiments and modelling [Doctoral dissertation, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro]. PUC-Rio Digital Repository.

Levenspiel, O. (1998). Chemical reaction engineering (3rd ed.). John Wiley & Sons.

Burgschweiger, J., & Tsotsas, E. (2002). Experimental investigation and modelling of continuous fluidized bed drying under steady-state and dynamic conditions. Chemical Engineering Science, 57(24), 5021–5038.

Nilsson, L., & Wimmerstedt, R. (1988). Residence time distribution and particle dispersion in a longitudinal-flow fluidized bed. Chemical Engineering Science, 43(5), 1153–1160.

Alonso, J., & Picado, A. (2021). Simulation of a continuous fluidised bed dryer for shelled corn. Nexo Revista Científica, 34(03), 58–70.

de Munck, M. J. A., Dullemond, M., Peters, E. A. J. F., & Kuipers, J. A. M. (2023). Experimental gas-fluidized bed drying study on the segregation and mixing dynamics for binary and ternary solids. Chemical Engineering Journal, 465, Article 142756.

Chen, K., Bachmann, P., Bück, A., Jacob, M., & Tsotsas, E. (2017). Experimental study and modeling of particle drying in a continuously-operated horizontal fluidized bed. Particuology, 34, 14–26.

Dincer, I., & Sahin, A. Z. (2004). A new model for thermodynamic analysis of a drying process. International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(4), 645–652.

Friso, D. (2021). Mathematical modelling of conveyor-belt dryers with tangential flow for food drying up to final moisture content below the critical value. Inventions, 6(2), 43.

Wang, T., Debelak, K. A., & Roth, J. A. (2007). Dehydration of iron(II) sulfate heptahydrate. Thermochimica Acta, 462(1-2), 89–93.

Kirnyi, V., & Yukhymenko, M. (2025). Physical and chemical properties of iron(II) sulfate heptahydrate as factors for selecting the drying process mode in a fluidized bed apparatus. Technology Audit and Production Reserves, 4(3(84)), 18–25.

Neugebauer, C., Bück, A., Palis, S., Mielke, L., Tsotsas, E., & Kienle, A. (2018). Influence of thermal conditions on particle properties in fluidized bed layering granulation. Processes, 6(12), 233.

Allen, T. (2003). Powder sampling and particle size determination (1st ed.). Elsevier Science.

Geldart, D. (Ed.). (1986). Gas fluidization technology. John Wiley & Sons.

Meyer, K., Bück, A., & Tsotsas, E. (2015). Dynamic multi-zone population balance model of particle formulation in fluidized beds. Procedia Engineering, 102, 1456–1465.

Bergman, T. L., Lavine, A. S., Incropera, F. P., & DeWitt, D. P. (2011). Fundamentals of heat and mass transfer (7th ed.). John Wiley & Sons.

Rangaiah, G. P., & Bonilla-Petriciolet, A. (Eds.). (2013). Multi-objective optimization in chemical engineering: developments and applications. John Wiley & Sons.

Bhaskar, V., Gupta, S. K., & Ray, A. K. (2000). Applications of multiobjective optimization in chemical engineering. Reviews in Chemical Engineering, 16(1), 1–54.

Nazghelichi, T., Jafari, A., Kianmehr, M. H., & Aghbashlo, M. (2013). CFD simulation and optimization of factors affecting the performance of a fluidized bed dryer. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 32(4), 115–129.

Deb, K., Pratap, A., Agarwal, S., & Meyarivan, T. (2002). A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 6(2), 182–197.

Zalba, B., Marín, J. M., Cabeza, L. F., & Mehling, H. (2003). Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications. Applied Thermal Engineering, 23(3), 251–283.