The simulation of the particles movement during transport in the static mixer and modified screw conveyor using discrete element method

Kvalitetno mešanje praškastih materijala, čestica ili granula je od izuzetnog inženjerskog, energetskog, ekonomskog i ekološkog značaja u raznim granama industrije: prehrambenoj, procesnoj, hemijskoj, farmaceutskoj industriji. Efikasnost mešanja, dizajn opreme i parametri procesa mešanja imaju značajan uticaj na kvalitet i cenu poluproizvoda ili finalnog proizvoda. U ovoj tezi, prikazana je upotreba metode diskretnih elemenata (DEM) na modelovanje mešanja granula i/ili praškastih materijala (granulisani zeolit ili kukuruzna prekrupa) u različitim konfiguracijama statičkih mešača Komax i Ross, kao i za modifikovane pužne transportere / predmešalice. Primenjen je i metod računske dinamike fluida (CFD) za modelovanje protoka fluida u Ojlerovom višefaznom modelu, za predviđanje ponašanja čestica unutar različitih konfiguracija statičkih mešalica. Ispitivano je petnaest horizontalnih pužnih transportera sa nepromenljivog koraka, sa modifikovanom geometrijom, različitih dužina pužnice, sa dodatnim elementima na pužnoj spirali, radi istraživanja mogućnosti mešanja granulisanog materijala, tokom transporta materijala (granulisani zeolit). Rezultati matematičkog modeliranja i numeričke simulacije su upoređeni sa odgovarajućim eksperimentalnim rezultatima na osnovu stepena pomešanosti mešavine, primenom kriterijuma relativne standardne devijacije (RSD). Zahvaljujući ovde postavljenim modelima moguće je uraditi optimizaciju geometrije i parametara sistema mešanja uzimajući u obzir kvalitet procesa mešanja i cenu finalnog proizvoda.The quality mixing of powders, particles and/or granules obtain an engineering, energetic, economic and ecological importance of various technologies, food industry, pharmaceutical and chemical industry. The mixing efficiency, the design of equipment and mixing parameters exert a strong impact on quality and the price of intermediate or final product. In this thesis, the use of Discrete Element Method (DEM) is shown for modeling of granular and/or powder flow in various multiple Komax and Ross mixing applications, as well as for the modified screw conveyors premixers . Computational Fluid Dynamic (CFD) method was used for modeling of fluid flow through Eulerian multiphase model, for the prediction of particle displacement within the various static mixers configurations. Fifteen horizontal screw conveyors with invariant pitch, with modified geometry and different screw length , with some additional elements welded on the helix were tested for the possibility of granular material mixing during the material transport (granulated zeolite). The results of the numerical simulation are compared with appropriate experimental results, according to relative standard deviation criterion (RSD). Application of this model provide the optimization of the geometry and parameters of mixing systems taking into account the quality of the mixing process and the cost of the final product