catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2026-2-94-104catal-1258Research ArticleИНЖЕНЕРНЫЕ ПРОБЛЕМЫ. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ПРОИЗВОДСТВОINDUSTRY ENGINEERING PROBLEMS. OPERATION AND PRODUCTIONКорреляция флуктуаций входного давления и структуры псевдоожиженного слояCorrelation of input pressure fluctuations and fluidized bed structureКленовО. П.KlenovO. P.ctls@kalvis.ruДубининЮ. В.DubininYu. V.ctls@kalvis.ruЯзыковН. А.YazykovN. A.ctls@kalvis.ruЯковлевВ. А.YakovlevV. A.ctls@kalvis.ruНосковА. С.NoskovA. S.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RASRussian Federation20263003202626294104Copyright © LLC "KALVIS", 20262026LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1258

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания Института катализа СО РАН (проекты FWUR-2024-0037 и FWUR-2024-0038). Цель настоящей работы – на примере реактора окисления иловых осадков сточных вод с производительностью 50000 т/год показать связь между флуктуациями давления на входе в реактор и пространственной структурой псевдоожиженного слоя. Для ожижения слоя в реакторе используется трубчатый коллектор, для которого в литературе нет аналогичных данных. Исследования выполнены с помощью численного 3D-моделирования. Данные мониторинга входного давления и видеосъемки слоя в реакторе были использованы для сравнения с расчетом. Показано, что флуктуации давления на входе в реактор и в разных точках по высоте слоя коррелируют между собой, причем степень корреляции уменьшается по мере удаления от входа в реактор. Спектральный анализ флуктуаций входного давления выявил совпадение основных частот флуктуаций в области 0,8–1,0 Гц для расчета и эксперимента. Сопоставление динамики изменения поверхности слоя в расчете и эксперименте показало, что процесс формирования крупных пузырей, который является «фундаментом» для гидродинамической картины в слое, аналогичен в расчетах и эксперименте. Информация о степени корреляции флуктуаций входного давления и структуры псевдоожиженного слоя полезна для определения текущего состояния слоя катализатора, что способствует надежному управлению реактором и процессом в целом.

The objective of this study is to demonstrate the relationship between reactor inlet pressure fluctuations and the spatial structure of a fluidized bed using a 50,000 t/year wastewater sludge oxidation reactor as an example. A tubular collector is used to fluidize the bed in the reactor, for which similar data are not available in the literature. The study was conducted using three-dimensional numerical modeling. Inlet pressure monitoring data and reactor bed video recordings were used for comparison with calculations. It is shown that pressure fluctuations at the reactor inlet and at various points along the bed height correlate, with the degree of correlation decreasing with distance from the reactor inlet. Spectral analysis of inlet pressure fluctuations revealed a coincidence of the main oscillation frequencies in the range of 0.8–1.0 Hz in both calculations and experiments. A comparison of the bed surface dynamics between calculations and experiments revealed that the process of large bubble formation, which underlies the hydrodynamic pattern in the bed, is similar in both calculations and experiments. Information on the degree of correlation between inlet pressure variations and the fluidized bed structure is useful for determining the current state of the catalyst bed, which contributes to reliable control of the reactor and the process as a whole.

вычислительная гидродинамикареактор с псевдоожиженным слоем частиц катализаторамониторинг давления на входе в реакторФурье преобразование спектра флуктуаций давленияпространственное распределение частиц в объеме псевдоожиженного слояcomputational fluid dynamics (CFD)fluidized bed reactorreactor inlet pressure monitoringFourier transform of pressure fluctuation spectrumspatial distribution of particles in the fluidized bed volumeReferenceshttps://geonovosti.terratech.ru/social/rekultivatsiya-ilovykh-poley-v-rossii/#article1 - дата обращения 06.10.2025.https://geonovosti.terratech.ru/social/rekultivatsiya-ilovykh-poley-v-rossii/#article1 - дата обращения 06.10.2025.Fedorov A.V., Dubinin Yu.V., Yeletsky P.M., Fedorov I.A., Shelest S.N., Yakovlev V.A. // Journal of Hazardous Materials. 2021. V.405. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124196Fedorov A.V., Dubinin Yu.V., Yeletsky P.M., Fedorov I.A., Shelest S.N., Yakovlev V.A. // Journal of Hazardous Materials. 2021. V.405. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124196Klenov O.P., Dubinin Y.V., Yazykov N.A., Yakovlev V.A.//Chemical Engineering Science. 2023. V. 270. 118535. https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118535.Klenov O.P., Dubinin Y.V., Yazykov N.A., Yakovlev V.A.//Chemical Engineering Science. 2023. V. 270. 118535. https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118535.Besagni G., Inzoli F., Ziegenhein T., Lucas D.//Chemical Engineering Science. 2017. V. 160. 144–160. https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.11.031.Besagni G., Inzoli F., Ziegenhein T., Lucas D.//Chemical Engineering Science. 2017. V. 160. 144–160. https://doi.org/10.1016/j.ces.2016.11.031.Esperança M. N., Mendes C. E., Rodriguez G. Y., Cerri M. O., Béttega R., Badino A. C.//Biochemical Engineering Journal. 2020. V.157. 107529. https://doi.org/10.1016/j.bej.2020.107529.Esperança M. N., Mendes C. E., Rodriguez G. Y., Cerri M. O., Béttega R., Badino A. C.//Biochemical Engineering Journal. 2020. V.157. 107529. https://doi.org/10.1016/j.bej.2020.107529.An M., Guan X., Yang N. // AIChE J. 2022. V. 68. 17462. https://doi.org/10.1002/aic.17462 .An M., Guan X., Yang N. // AIChE J. 2022. V. 68. 17462. https://doi.org/10.1002/aic.17462 .Handbook of fluidization and fluid-particle systems. 2003. Edited by Wen-Ching-Yang. Marcel Dekker Inc. NY-Basel. Chapte 6. ISBN 0-8247-0259-X.Handbook of fluidization and fluid-particle systems. 2003. Edited by Wen-Ching-Yang. Marcel Dekker Inc. NY-Basel. Chapte 6. ISBN 0-8247-0259-X.Baskakov A. P., Tuponogov V. G., Filippovsky N. F.//Powder Technology. 1986. V. 45. P.113 – 117. https://doi.org/10.1016/0032-5910(66)80003-7Baskakov A. P., Tuponogov V. G., Filippovsky N. F.//Powder Technology. 1986. V. 45. P.113 – 117. https://doi.org/10.1016/0032-5910(66)80003-7Bai D., Issangya A. S., Grace J. R.//Ind. Eng. Chem. Res. 1999. V.38. P.803-811. https://doi.org/10.1021/ie9803873Bai D., Issangya A. S., Grace J. R.//Ind. Eng. Chem. Res. 1999. V.38. P.803-811. https://doi.org/10.1021/ie9803873Kage H., Agari M., Ogura H., Matsuno Y. //Advanced Powder Technol. 2000. V.11. No 4. P.459–475.Kage H., Agari M., Ogura H., Matsuno Y. //Advanced Powder Technol. 2000. V.11. No 4. P.459–475.Alberto C., Felipe S., Rocha S. C. S.//Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2004. V.21 No 3. P, 497 – 507. https://doi.org/10.1590/S0104-66322004000300014Alberto C., Felipe S., Rocha S. C. S.//Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2004. V.21 No 3. P, 497 – 507. https://doi.org/10.1590/S0104-66322004000300014Hartman M., Trnka O.//AIChE Journal. 2008. V. 54, No. 7. P.1761-1769. https://doi.org/10.1002/aic.11518Hartman M., Trnka O.//AIChE Journal. 2008. V. 54, No. 7. P.1761-1769. https://doi.org/10.1002/aic.11518Johnsson F., Zijerveld R.C., Schouten J.C., van den Bleek C.M., Leckner B.// International Journal of Multiphase Flow. 2000. V.26. P.663-715. https://doi.org/10.1016/S0301-9322(99)00028-2Johnsson F., Zijerveld R.C., Schouten J.C., van den Bleek C.M., Leckner B.// International Journal of Multiphase Flow. 2000. V.26. P.663-715. https://doi.org/10.1016/S0301-9322(99)00028-2Cho H., Han G. Ahn G. //Korean J. Chem. Eng., 2002. V. 19. No.1. P.183-189.Cho H., Han G. Ahn G. //Korean J. Chem. Eng., 2002. V. 19. No.1. P.183-189.Nemati N., Zarghami R., Mostoufi N. // Chem. Eng. Technol. 2016, 39, No. 8, 1527–1536. DOI: 10.1002/ceat.201500443.Nemati N., Zarghami R., Mostoufi N. // Chem. Eng. Technol. 2016, 39, No. 8, 1527–1536. DOI: 10.1002/ceat.201500443.Fu L., Zhang Q., Xu G., Bai D. // Chemical Engineering Journal. 2023. V.468. 143806. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143806Fu L., Zhang Q., Xu G., Bai D. // Chemical Engineering Journal. 2023. V.468. 143806. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143806Bi, H.T., Grace, J.R. //Int. J. Multiphase Flow. 1995. V.21. No. 6. P. 1229–1236. https://doi.org/10.1016/0301-9322(95)00037-X.Bi, H.T., Grace, J.R. //Int. J. Multiphase Flow. 1995. V.21. No. 6. P. 1229–1236. https://doi.org/10.1016/0301-9322(95)00037-X.Fluent. Version 6.1. 2003. Fluent Inc., Lebanon, New Hampshire.Fluent. Version 6.1. 2003. Fluent Inc., Lebanon, New Hampshire.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.