Корреляция флуктуаций входного давления и структуры псевдоожиженного слоя

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.

1. https://geonovosti.terratech.ru/social/rekultivatsiya-ilovykh-poley-v-rossii/#article1 - дата обращения 06.10.2025.

2. 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.2020.124196

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. An M., Guan X., Yang N. // AIChE J. 2022. V. 68. 17462. https://doi.org/10.1002/aic.17462 .

7. 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.

8. 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)80003-7

9. Bai D., Issangya A. S., Grace J. R.//Ind. Eng. Chem. Res. 1999. V.38. P.803-811. https://doi.org/10.1021/ie9803873

10. Kage H., Agari M., Ogura H., Matsuno Y. //Advanced Powder Technol. 2000. V.11. No 4. P.459–475.

11. 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/S0104-66322004000300014

12. Hartman M., Trnka O.//AIChE Journal. 2008. V. 54, No. 7. P.1761-1769. https://doi.org/10.1002/aic.11518

13. Johnsson 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)00028-2

14. Cho H., Han G. Ahn G. //Korean J. Chem. Eng., 2002. V. 19. No.1. P.183-189.

15. Nemati N., Zarghami R., Mostoufi N. // Chem. Eng. Technol. 2016, 39, No. 8, 1527–1536. DOI: 10.1002/ceat.201500443.

16. Fu L., Zhang Q., Xu G., Bai D. // Chemical Engineering Journal. 2023. V.468. 143806. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143806

17. 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.

18. Fluent. Version 6.1. 2003. Fluent Inc., Lebanon, New Hampshire.