Based on the mechanism and kinetic regularities of granule formation from bulk materials, a mathematical model of the process occurring in ring matrix granulators has been developed. The studies have shown that the process of granulation of bulk materials is stochastic, as the resulting granulometric composition is polydisperse, and this is explained by the uneven granulation process, which depends on the physico-mechanical properties of the binding material, directly from the particles of bulk material, as well as phenomena such as coagulation and destruction, wear, and deformation. During the study of the mechanism of granule formation from bulk material, it was established that the layering of layers on the surface of a cylindrical granule occurs along a spiral curve. In all cases of the influence of the geometry and dynamics of the rotary motion of the ring matrix, the shape of the granule approximates a cylinder, except for strongly deformed granules. A mathematical model was developed that generally reflects the dynamics of asymmetric granule growth due to its compaction and deformation. The obtained equations describe the process of forming granules from bulk materials in ring matrix granulators.

granulation, mechanism of granule formation, physico-mechanical properties, kinetic regularities, mathematical model

Full Text:

PDF

1. Korchemnyi, M., Fedoreiko, V., & Shcherban, V. (2001). Enerhozberezhennia v ahropromyslovomu kompleksi [Energy conservation in the agro-industrial complex]. Ternopil [in Ukranian].

2. Bratishko, V.V. (2017). Mekhaniko-tekhnolohichni osnovy pryhotuvannia povnoratsionnykh kombikormiv hvyntovymy hranuliatoramy [Mechanical and technological basics of preparation of complete ration compound feed with screw granulators] . Extended abstract of doctor's thesis. Glevakha [in Ukranian].

3. Bratishko, V. V. (2014). Uzghodzhennia konstruktsiinykh parametriv matryts hvyntovykh hranuliatoriv kormiv za tyskom ta propusknoiu zdatnistiu [Coordination of the design parameters of the matrices of screw feed granulators by pressure and throughput]. Tekhnika v silskohospodarskomu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia  Machinery in agricultural production, industrial engineering, automation, Issue 27, 187–191 [in Ukranian].

4. Boltyanska, N. (2018). Ways to Improve Structures Gear Pelleting Presses. TEKA. An International Quarterly Journal on Motorization, Vehicle Operation, Energy Efficiency and Mechanical Engineering, 18(2), 23–29 [in English].

5. Boltianska, N.I. (2019). Shliakhy vdoskonalennia konstruktsii shesterennykh pres-hranuliatoriv [Ways of improving the designs of gear press granulators]. Mekhanizatsiia ta elektryfikatsiia silskoho hospodarstva  Mechanization and electrification of agriculture, 10(109), 104–110 [in Ukranian].

6. Boltianska, N.I., & Komar, A.S. (2019). Obgruntuvannia shliakhiv vdoskonalennia protsesu hranuliuvannia u pres-hranuliatorakh z kiltsevoiu matrytseiu [Justification of ways to improve the granulation process in press granulators with a ring matrix]. Mekhanizatsiia silskohospodarskoho vyrobnytstva  Mechanization of agricultural production, 199, 176–186 [in Ukranian].

7. Payne, J., Rattink, W., Smith, T., & Winowiski, T. (2001). Pelleting Handbook. Sarpsborg, Borregaard Lignotech [in English].

8. Boltianska, N. I. (2019). Vzaiemodiia presuiuchoho rolyka i materialu v preshranuliatori [Boltyanska N. I. Interaction of the pressing roller and material in the press granulator]. Pratsi TDATU  Proceedings of TDATU, 4(19), 260–269 [in Ukranian].

9. Komar, A. S. (2020). Metodyka eksperymentalnykh doslidzhen ustanovky dlia vyhotovlennia pelet z perepelynoho poslidu [Methodology of experimental studies of the installation for the production of pellets from quail droppings]. Naukovyi visnyk TDATU  Scientific Bulletin of TDATU, 2(10) [in Ukranian].

10. Trymbach, S. P., & Stepanenko, S. P. (2022). Doslidzhennia tekhnolohichnoho protsesu hranuliuvannia kormiv [Study of the technological process of fodder granulation]. U Zbirnyk tez dopovidei VIII Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii «Kramarovski chytannia» z nahody 115-yi richnytsi vid dnia narodzhennia Kramarova Volodymyra Savovycha (1906-1987) (s. 261–266). Vydavnychyi tsentr NUBiP Ukrainy [in Ukranian].

11. Trymbach, S. P., & Stepanenko, S. P. (2023). Doslidzhennia protsesu mekhanichnoi vzaiemodii presuiuchoho mekhanizmu hranuliatora z materialom [Studies of the technological process of fodder granulation]. U Problemy ta perspektyvy rozvytku silskohospodarskoho mashynobuduvannia (s. 173–177). PDAU [in Ukranian].

12. Sevostyanov, M., & Osokin, A. (2022). Methodological Principles and Algorithm for Forming Technogenic Fibrous Materials with Low Bulk Density in a Flat-Matrix Extruder.

13. Komar, A. S., & Boltianska, N. I. (2020). Hranuliuvannia orhanichnykh vidkhodiv roslynnoho pokhodzhennia na prykladi ocheretu [Granulation of organic waste of plant origin on the example of reed]. Naukovyi visnyk TDATU  Scientific Bulletin of TDATU. 2020, 1(10) [in Ukranian].

14. Boltianska, N. I., & Manita, I. Y. (2021). Justification of the energy saving mechanism in the agricultural sector. Engineering of nature management, 1(19), 7–12.

15. Chłopek, M., Dzik, T., & Hryniewicz, M. (2014). Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix. Eksploatacja i Niezawodnosc, 16, 337–340 [in English].

16. Hejft, R. (2019). Selected problems in construction of granulators for plant materials. Part 2. – granulating and briquetting matrix. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 64, 30–35 [in English].

17. Shkarpetkin, E., & Osokin, A. (2019). Features of fibrous materials agglomeration in flat-matrix granulators. U Conference Series: Materials Science and Engineering [in English].

18. Trymbach, S. P., & Stepanenko, S. P. (2023). Teoretychni doslidzhennia shvydkosti peremishchennia chastynok sypkoho materialu v protsesi hranuliuvannia [Theoretical studies of the speed of movement of particles of loose material in the granulation process]. Pratsi TDATU  Proceedings of TDATU, 2(23), 54–66 [in Ukranian].

19. Milko, M. O., Rohach, Yu. P., & Komar, A. S. (2018). Obgruntuvannia konstruktyvno-tekhnolohichnykh parametriv hranuliatora z nerukhomoiu matrytseiu [Justification of the structural and technological parameters of the granulator with a fixed matrix]. Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu silskoho hospodarstva im. P. Vasylenka  Bulletin of Kharkiv National Technical University of Agriculture named after P. Vasylenko, 192, 202–209 [in Ukranian].

20. Döring, S. (2013). Power from Pellets: Technology and Applications. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

1. Корчемний М., Федорейко В., Щербань В. Енергозбереження в агропромисловому комплексі. Тернопіль, 2001. 975 с.

2. Братішко В. В. Механіко-технологічні основи приготування повнораціонних комбікормів гвинтовими грануляторами : автореф. дис. … д-ра техн. наук : 05.05.11. Глеваха, 2017. 43 с.

3. Братішко В. В. Узгодження конструкційних параметрів матриць гвинтових грануляторів кормів за тиском та пропускною здатністю. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2014. № 27. С. 187–191.

4. Boltyanska N. Ways to Improve Structures Gear Pelleting Presses. TEKA. An International Quarterly Journal on Motorization, Vehicle Operation, Energy Efficiency and Mechanical Engineering. 2018. Vol. 18, no. 2. P. 23–29.

5. Болтянська Н. І. Шляхи вдосконалення конструкцій шестеренних прес-грануляторів. Механізація та електрифікація сільського господарства. 2019. № 10(109). С. 104–110.

6. Болтянська Н. І., Комар А. С. Обґрунтування шляхів вдосконалення процесу гранулювання у прес-грануляторах з кільцевою матрицею. Механізація сільськогосподарського виробництва. 2019. № 199. С. 176–186.

7. Pelleting Handbook. Sarpsborg, Borregaard Lignotech / J. Payne et al. 2001. 73 p.

8. Болтянська Н. І. Взаємодія пресуючого ролика і матеріалу в пресгрануляторі. Праці ТДАТУ. 2019. Т. 4, № 19. С. 260–269.

9. Комар А. С. Методика експериментальних досліджень установки для виготовлення пелет з перепелиного посліду. Науковий вісник ТДАТУ. 2020. Т. 2, № 10.

10. Тримбач С. П., Степаненко С. П. Дослідження технологічного процесу гранулювання кормів. Збірник тез доповідей VIІІ Міжнародної науково-технічної конференції «Крамаровські читання» з нагоди 115-ї річниці від дня народження Крамарова Володимира Савовича (1906-1987), м. Київ. 2022. С. 261–266.

11. Тримбач С. П., Степаненко С. П. Дослідження процесу механічної взаємодії пресуючого механізму гранулятора з матеріалом. Проблеми та перспективи розвитку сільськогосподарського машинобудування : матеріали V Всеукр. наук.-практ. Інтернет-конф., м. Полтава. 2023. С. 173–177.

12. Sevostyanov M., Osokin A. Methodological Principles and Algorithm for Forming Technogenic Fibrous Materials with Low Bulk Density in a Flat-Matrix Extruder. 2022.

13. Комар А. С., Болтянська Н. І. Гранулювання органічних відходів рослинного походження на прикладі очерету. Науковий вісник ТДАТУ. 2020. Т. 1, № 10.

14. Boltianska N. I., Manita I. Y. Justification of the energy saving mechanism in the agricultural sector. Engineering of nature management. 2021. No. 1(19). P. 7–12.

15. Chłopek M., Dzik T., Hryniewicz M. Determining the grip angle in a granulator with a flat matrix. Eksploatacja i Niezawodnosc. 2014. No. 16. P. 337–340.

16. Hejft R. Selected problems in construction of granulators for plant materials. Part 2. – granulating and briquetting matrix. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. 2019. Vol. 64. P. 30–35.

17. Shkarpetkin E., Osokin A. Features of fibrous materials agglomeration in flat-matrix granulators. Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019.

18. Тримбач С. П., Степаненко С. П. Теоретичні дослідження швидкості переміщення частинок сипкого матеріалу в процесі гранулювання. Праці ТДАТУ. 2023. Т. 2, № 23. С. 54–66

19. Мілько М. О., Рогач Ю. П., Комар А. С. Обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів гранулятора з нерухомою матрицею. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка. 2018. № 192. С. 202–209.

20. Döring S. Power from Pellets: Technology and Applications. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2013. 226 p.

Copyright (c) 2023 Serhii Stepanenko, Serhii Trimbach