МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ КАПСУЛИРОВАНИИ ГРАНУЛ В ФОНТАНИРУЮЩЕМ СЛОЕ
Аннотация
Капсулирование гранул в полимерные оболочки проводится с целью изолирования поверхности частиц от негативного воздействия факторов окружающей среды и регулирования скорости выделения активного компонента. В данной работе капсулирование осуществляется путем распыливания водной дисперсии полимера на частицы псевдоожиженного слоя с помощью пневматических форсунок. Капли капсулянта, столкнувшись с частицами слоя, растекаются по их поверхности, образуя жидкостную плёнку. Удаление растворителя путем сушки приводит к отверждению плёнки. Существующие методы расчета процесса капсулирования в аппаратах с псевдоожиженным слоем частиц не учитывают влияния закономерностей формирования капсулы на протекание тепло-массообменного процесса удаления растворителя из пленки капсулообразующего вещества. Совместное рассмотрение этих процессов позволяет более достоверно прогнозировать требуемое время пребывания капсулируемого материала в аппарате. Разработана математическая модель, позволяющая прогнозировать изменение степени покрытия, влагосодержания капсулируемых частиц, изменения их температуры во времени и требуемое время пребывания в аппарате. Для проверки адекватности разработанной математической модели выполнен физический эксперимент на установке лабораторного масштаба. В ходе эксперимента измерялась температура в псевдоожиженном слое частиц и температура воздуха в сепарационном пространстве над слоем. Измерения проводились во времени процесса прогрева как орошаемого, так и не орошаемого псевдоожиженного слоя частиц. Экспериментально подтверждено, что температура слоя частиц напрямую зависит от соотношения интенсивностей подвода теплоты конвекцией от псевдоожижающего агента и отвода теплоты с испаренной влагой. Выполнено сопоставление расчетных и экспериментальных данных, показавшее их хорошее соответствие. Таким образом, показано, что учёт изменения поверхности испарения из-за увеличения степени покрытия частиц в процессе капсулирования позволяет более достоверно прогнозировать изменение параметров частиц и выбирать рациональные параметры процесса.
Для цитирования:
Липин А.А., Небукин В.О., Липин А.Г. Моделирование процессов тепломассопереноса при капсулировании гранул в фонтанирующем слое. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 4-5. С. 98-104
Литература
Ovchinnikov L.N., Lipin A.G. Encapsulation of fertilizer in fluidized bed. Ivanovo: ISUCT. 2011. 140 p. (in Russian).
Xiang Y., Ru X., Shi J., Song J., Zhao H., Liu Y., Guo D., Lu X. Preparation and Properties of a Novel Semi-IPN Slow-Release Fertilizer with the Function of Water Retention. J. Agric. Food Chem. 2017. 65 (50). P. 10851–10858. DOI: 10.1021/acs.jafc.7b03827.
Chenab L., Xiea Z., Zhuanga X., Chena X., Jinga X. Controlled release of urea encapsulated by starch-g-poly(L-lactide). Car-bohydrate Polymers. 2008. V. 72. N 2. P. 342-348. DOI: 10.1016/j.carbpol.2007.09.003.
Timilsena Y.P., Adhikari R., Casey P., Muster T., Gill H., Adhikari B. Enhanced efficiency fertilisers: a review of formulation and nutrient release patterns. J. Sci. Food Agricult. 2015. V. 95. N 6. P. 1131–1142. DOI: 10.1002/jsfa.6812.
Ostroga R.A., Yukhimenko N.P., Mikhailovskiy Ya.E., Litvinenko A.V. Technology of obtaining granulated fertilizers on organic base. Vostochno-Evrop. Zhurn. Pered. Tekhnol. 2015. V. 1. N 6(79). P. 19-26 (in Russina). DOI: 10.15587/1729-4061.2016.60314.
Schoebitz M., Lopez M.D., Roldan A. Bioencapsulation of microbial inoculants for better soil-plant fertilization. A review. Agronomy for sustainable development. 2013. V. 33. N 4. P. 751-765. DOI: 10.1007/s13593-013-0142-0.
Devassine M., Henry F., Guerin P., Briand X. Coating of fertilizers by degradable polymers. Internat. J. Pharmaceut. 2002. V. 242. N 1-2. P. 399-404. DOI: 10.1016/S0378-5173(02)00225-9.
Jarosiewicz A., Tomaszewska M. Controlled-Release NPK Fertilizer Encapsulated by Polymeric Membranes. J. Agric. Food Chem. 2003. 51 (2). P. 413–417. DOI: 10.1021/jf020800o.
Boyandin A.N., Kazantseva E.A., Varygina D.E., Volova T.G. Slow-Release Formulations of Ammonium Nitrate Fertilizer Based Constructing on Degradable Poly(3-hydroxybutyrate). J. Agric. Food Chem. 2017. 65 (32). P. 6745–6752. DOI: 10.1021/acs.jafc.7b0121.
Tomaszewska M., Jarosiewicz A. Encapsulation of mineral fertilizer by polysulfone using a spraying method. Desalination. 2006. V. 198. P. 346-352. DOI: 10.1016/j.desal.2006.01.032.
Messa L.L., Froes J.D ., Souza C.F., Faez R. Chitosan-clay hybrid for encapsulation of fertilizers and release sustained of potas-sium nitrate fertilizer. Quimica Nova. 2016. V. 39. N 10. P. 1215-1220. DOI: 10.21577/0100-4042.20160133.
Munmaya Mishra. Handbook of Encapsulation and Controlled Release. CRC Press. 2015. P. 1512.
Azeem B., KuShaari K., Man Z.B., Basit A., Thanh T.H. Review on materials & methods to produce controlled release coated urea fertilizer. J. Controlled Release. 2014. V. 181. N 10. P. 11-21. DOI: 10.1016/j.jconrel.2014.02.020.
Chaiyasat P., Pholsrimuang P., Boontung W., Chaiyasat A. Influence of Poly(L-lactic acid) Molecular Weight on the Encap-sulation Efficiency of Urea in Microcapsule Using a Simple Solvent Evaporation Technique. Polymer-plastics technology and en-gineering. 2016. V. 55. N 11. P. 1131-1136. DOI: 10.1080/03602559.2015.1132447.
Gumnitsky Y.M., Nagursky O.А., Nagursky А.О. Dynamics of heat mass exchange is in a layer of dispersed material during capsulation in a state of fluidizing. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2013. V. 2. N 8(62). P. 42-44 (in Ukrainian).
Yukhimenko M., Ostroga R., Artyukhov A. Hydrodynamic and kinetic of processes of the mineral fertilizer granules encapsu-lating in the multistage device with suspended layer. Vostochno-Evrop. Zhurn. Pered. Tekhnol. 2016. V. 6. N 6(84). P. 22-28 (in Russian). DOI: 10.15587/1729-4061.2016.84179.
Danilaev D.P., Danilaev M.P., Dorogov N.V. The capsulation process effectiveness in multiphase gas flows. Nauchno-tekhnicheskiy Vestnik Povolzh'ya. 2015. N 3. P. 34-37 (in Russian).
Buevich Yu.A., Minaev G.A. Jet fluidization. M.: Khimiya. 1984. 136 p. (in Russian).
Gel'perin N.I., Aiynshteiyn V.G., Kvasha V.B. Basics of fluidization techniques. M.: Khimiya. 1967. 664 p. (in Russian).
