Mô phỏng quá trình tạo hạt urea bằng phần mềm matlab

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ KIM THANH VY MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TẠO HẠT UREA BẰNG PHẦN MỀM MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học Mã số: 8520301 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2023 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Tuấn Anh Chữ ký: Cán chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Thành Duy Quang Chữ ký: Cán chấm nhận xét 2: TS Lý Cẩm Hùng Chữ ký: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 20 tháng 07 năm 2023 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: PGS.TS Nguyễn Đình Thành Ủy biên phản biện 1: TS Nguyễn Thành Duy Quang Ủy viên phản biện 2: TS Lý Cẩm Hùng Ủy viên: TS Phạm Hoàng Huy Phước Lợi Thư ký: TS Đặng Văn Hân Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hà Kim Thanh Vy MSHV: 2070497 Ngày, tháng, năm sinh: 02/10/1997 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học Mã số: 8520301 I TÊN ĐỀ TÀI: - Bằng tiếng Việt: Mô trình tạo hạt Urea phần mềm Matlab - Bằng tiếng Anh: Simulation of urea granulation process using Matlab II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu urea công nghệ sản xuất urea công nghiệp Xây dựng mơ hình thủy động lực học, q trình truyền nhiệt, truyền ẩm giai đoạn hạt urea chuyển từ pha lỏng sang rắn hồn tồn Giải tốn truyền nhiệt, truyền ẩm phương trình Stefan pha Mơ q trình tạo hạt urea tháp tạo hạt Phân tích, đánh giá kết III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/06/2023 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Tuấn Anh TP HCM, ngày … tháng … năm 2023 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC i LỜI CÁM ƠN Xin trân trọng cảm ơn Khoa kỹ thuật hóa học, Thầy Cơ Bộ mơn Cơng nghệ Hóa vơ cung cấp cho kiến thức vô quan trọng khoảng thời gian vừa qua Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh tận hình hướng dẫn tơi thực hồn thành nghiên cứu Tôi xin cảm ơn tất Anh/Chị nghiên cứu viên, Anh/chị làm việc phịng thí nghiệm hỗ trợ tơi hồn thành kết báo cáo Một lần em xin chân thành cảm ơn kính chúc Q thầy đồng hành theo dõi em suốt thời gian qua thật nhiều sức khoẻ ngày thăng tiến công việc TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 06 năm 2023 Học viên Hà Kim Thanh Vy ii TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày vấn đề liên quan đến hình thành hạt urea trình sản xuất urea Cơng nghệ sản suất urea ln nhà nghiên cứu, hãng tập trung nghiên cứu nhằm tìm giải pháp cơng nghệ tiên tiến đảm bảo chất lượng sản phẩm ngày tăng, tối ưu hóa chi phí sản xuất, nâng cao hiệu suất sản xuất Quá trình sản xuất urea tổng kết giai đoạn cuối tạo hạt, trình hình thành kết tinh sản phẩm, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng khả bảo quản sản phẩm sau Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích q trình động lực học, trình cân độ ẩm, trình trao đổi nhiệt hạt urea giai đoạn chuyển từ thể lỏng khỏi đỉnh tháp đến thể rắn đến đáy tháp, kết có cách triển khai giải toán Stefan pha Kết luận văn đề mơ hình hồn thiện, xác cho q trình đóng rắn hạt urea tháp tạo hạt cơng nghiệp Một mơ hình hồn thiện cho phép ta thiết kế xác tháp tạo hạt đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm Mơ hình tốt giúp cho việc dự đốn tính chất sản phẩm có vài thông số hoạt động bị thay đổi lưu lượng, tính chất dịng khơng khí làm mát Từ đưa cách vận hành phù hợp, hạn chế thành phẩm không đạt chất lượng Các kết phân tích mơ hình đề xuất kiểm chứng thơng qua kết mô phần mềm Matlab Nội dung cụ thể luận văn sau: Chương 1, Tổng quan Chương 2, Mơ q trình tạo hạt urea Chương 3, Kết mô matlab Chương 4, Kết luận Trong giới hạn nội dung luận văn trình bày, có điều thắc mắc yêu cầu nội dung thực chưa rõ, xin vui lòng liên hệ: Hà Kim Thanh Vy, Khoa Kỹ thuật hóa học, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM 268 Lý Thường Kiệt, Q.10, TP.HCM ĐT: 0966572797; Email: hktvy.sdh20@hcmut.edu.vn iii ABSTRACT This thesis presents issues related to urea granulation process in urea production process Urea production technology is always focused on research by researchers and firms in order to find advanced solutions and technologies to ensure increasing product quality, optimize production costs, and improve efficiency production capacity The urea production process is summarized in the final stage of granulation, which forms the crystallization of the product, which directly affects the quality and ability of the product to be preserved later This study focuses on analyzing the dynamical processes, the process of moisture balance, the heat exchange process of urea particles in the process from the liquid state when leaving the top of the tower to the solid state when reaching the bottom of the tower The results are obtained by solving the 2-phase stefan problem The results of this thesis propose a more complete and accurate model for the curing process of urea granules in the industrial granulation tower A more complete model will allow us to precisely design the granulation tower to meet product quality requirements A good model also helps to predict product properties when one or several operational parameters are changed such as flow rate, cooling air flow properties From there, it is possible to devise a suitable way of operation, to limit the quality of finished products The analysis results and proposed model are verified through simulation results on Matlab The specific content of the thesis is as follows: Chapter 1, Overview Chapter 2, Simulation of urea granulation process Chapter 3, Simulation results on Matlab software Chapter 4, Conclude Within the limits of the content of this thesis, if you have any questions or requirements about the implementation content, please contact: Ha Kim Thanh Vy, Department of Chemical Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology 268 Ly Thuong Kiet, District 10, Ho Chi Minh City Tel: 0966572797; Email: hktvy.sdh20@hcmut.edu.vn iv LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, Luận văn thạc sỹ sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung Luận văn thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 06 năm 2023 Tác giả luận văn Chữ ký Hà Kim Thanh Vy v MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii CHƯƠNG 1.1 1.2 1.3 TỔNG QUAN Tổng quan urea 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Các tính chất urea .2 1.1.3 Ứng dụng urea Tình hình thị trường phân bón urea 1.2.1 Phân urea thị trường giới 1.2.2 Phân urea thị trường Việt Nam Tổng quan quy trình sản xuất urea 1.3.1 Quy trình sản xuất phân urea 10 1.3.2 Quy trình tạo hạt urea 14 1.3.3 Công nghệ tạo hạt tháp 18 1.4 Vai trị mơ quy trình sản xuất 23 1.5 Một số vấn đề phần mềm Matlab 25 1.6 Mục tiêu luận văn 26 1.7 Nội dung phạm vi nghiên cứu 26 1.8 Phương pháp nghiên cứu 27 1.9 Đóng góp khoa học luận văn 27 1.10 Ý nghĩa thực tiễn 27 1.11 Bố cục luận văn 27 CHƯƠNG 2.1 2.2 MƠ PHỎNG Q TRÌNH TẠO HẠT UREA .28 Thiết lập vấn đề 28 2.1.1 Tính cấp thiết 29 2.1.2 Đề xuất vấn đề trình tạo hạt urea 32 Cơ sở lý thuyết 32 2.2.1 Phương pháp Runge-Kutta 32 2.2.2 Phương pháp đường (MOL) 33 vi 2.2.3 2.3 2.4 Phương pháp Enthapy giải toán Stefan 33 Mơ tả phương trình tốn học 34 2.3.1 Thủy động lực học 34 2.3.2 Quá trình truyền ẩm 36 2.3.3 Quá trình truyền nhiệt 37 Thực mô 38 2.4.1 Thủy động lực học 38 2.4.2 Cân độ ẩm 39 2.4.3 Cân nhiệt 40 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB 44 3.1 Kết mô thủy động lực học 44 3.2 Kết mô cân độ ẩm 45 3.3 Kết mô cân nhiệt 48 CHƯƠNG KẾT LUẬN 57 4.1 Các kết đạt 57 4.2 Định hướng nội dung nghiên cứu 58 Danh mục cơng trình khoa học 59 Tài liệu tham khảo 60 Phụ lục 63 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình ảnh tinh thể urea Hình 1.2 Cơng thức phân tử urea Hình 1.3 Các trường hợp phân hủy urea Hình 1.4 Cơng nghệ khơng thu hồi Hình 1.5 Cơng nghệ thu hồi phần Hình 1.6 Sơ đồ quy trình sản xuất urea 11 Hình 1.7 Thu hồi CO2 áp suất cao 11 Hình 1.8 Phân hủy cacbanmate thu hồi NH3 - CO2 trung áp 12 Hình 1.9 Phân hủy cacbanmate thu hồi NH3 - CO2 thấp áp .12 Hình 1.10 Cơ đặc dịch urea 13 Hình 1.11 Tháp tạo hạt 14 Hình 1.12 Sự hình thành hạt theo phương pháp tạo ẩm 14 Hình 1.13 Sự hình thành hạt theo phương pháp nén ép 15 Hình 1.14 Sự hình thành hạt theo phương pháp phủ lấp 15 Hình 1.15 Màu sắc hạt urea; a) Hạt urea trong; b) Hạt urea đục 18 Hình 1.16 Cấu tạo tháp tạo hạt 19 Hình 1.17 Dây chuyền tạo hạt sản phẩm .21 Hình 2.1 Sự rơi hạt .34 Hình 2.2 Bố trí lưới đồng dùng cho tốn đơng đặc hình cầu 41 Hình 3.1 Vận tốc rơi hạt urea (đường kính 0.4 đến 1.2mm) theo chiều cao tháp (Điều kiện vận tốc ban đầu 1m/s, độ ẩm khơng khí W= 0,02 (kg nước/ kg khơng khí khơ, nhiệt độ khơng khí 30oC) 44 Hình 3.2 Vận tốc rơi hạt urea (đường kính 0.4 đến 3.2mm) theo chiều cao tháp (Điều kiện vận tốc ban đầu 1m/s, độ ẩm không khí W= 0,02 (kg nước/ kg khơng khí khơ, nhiệt độ khơng khí 30oC) 45 Hình 3.3 Mối quan hệ độ ẩm dọc theo bán kính hạt (Độ ẩm khơng khí W= 0,01 (kg nước/ kg khơng khí khơ), điều kiện vận tốc ban đầu 1m/s, nhiệt độ khơng khí 30oC, bán kính hạt urea 0.8mm) 46 Hình 3.4 Mối quan hệ độ ẩm dọc theo bán kính hạt (Độ ẩm khơng khí W= 0,02 (kg nước/ kg khơng khí khơ), điều kiện vận tốc ban đầu 1m/s, nhiệt độ khơng khí 30oC, bán kính hạt urea 0.8mm) 46 Hình 3.5 Mối quan hệ độ ẩm dọc theo bán kính hạt (Độ ẩm khơng khí W= 0,03 (kg nước/ kg khơng khí khơ), điều kiện vận tốc ban đầu 1m/s, nhiệt độ khơng khí 30oC, bán kính hạt urea 0.8mm) 47 55 Người ta hy vọng hệ số truyền nhiệt cho tất kích thước hạt tăng số Nusselt tăng hạt thô có số Nusselt cao hạt mịn Vì hệ số truyền nhiệt tỷ lệ thuận với số Nusselt, độ dẫn nhiệt khơng khí đường kính hạt, nên việc tăng số Nusselt đường kính hạt làm tăng hệ số truyền nhiệt hạt có kích thước nhỏ từ 0,4 đến 1,2mm Tuy nhiên, tăng trưởng ròng hệ số truyền nhiệt dọc theo tháp giảm tăng kích thước hạt (0,4, 0.6 0.8mm) mối quan hệ truyền nhiệt dẫn đối lưu Nói cách khác, hệ số truyền nhiệt hạt mịn thấp hạt thô ảnh hưởng đáng kể kích thước hạt Khi q trình co rút hạt bước ban đầu đến bước đông đặc hoàn toàn ẩm dọc theo tháp tạo hạt, đường cong hệ số truyền nhiệt có xu hướng tăng và/hoặc giảm dần tùy thuộc vào tốc độ co ngót độ cao khác tháp tạo hạt Với liệu mô phỏng, đường cong hạt mịn (0,6mm) tắt dần chế co ngót dừng dọc theo tháp tạo hạt (h = 35 m) Người ta hy vọng thất thoát độ ẩm chuyển giao giảm đáng kể tháp tạo hạt hạt mịn Quan sát Hình 3.5, hạt thơ (0.8mm) chứa lượng ẩm cao hơn, trải qua q trình giảm kích thước thấp dọc theo tháp tạo hạt Điều liên quan đến chuyển dịch ẩm thấp từ tâm bề mặt hạt so với hạt mịn (0,6mm) Như hiển thị, đường cong hệ số truyền nhiệt dọc theo tháp tăng đặn sau chững lại độ co rút nhỏ Hơn nữa, số Nusselt tính tốn chế truyền đối lưu tự thay đổi đáng kể hạt thô lực phụ thuộc vào kích thước hạt lực nhớt thay đổi theo độ nhớt không khí Hình 3.16 trình bày mối quan hệ bán kính lỏng hạt theo chiều cao đỉnh tháp Kết cho thấy hạt bán kính 1.0mm q trình đơng đặc xảy hồn tồn, hạt bán kính lớn 1.0mm q trình đơng đặc xảy gần nửa hạt Do hạt kích thước trung bình, lớn rơi nhanh hạt kích thước nhỏ nên có thời gian trao đổi nhiệt với khơng khí làm mát dọc theo chiều cao tháp tạo hạt thấp Do đó, chiều cao tháp,bán kính hạt lớn nhiệt độ bên ngồi hạt thu đáy tháp lớn Giảm nhiệt độ đầu vào khơng khí làm mát nâng cao nhiệt độ hạt thô Cần lưu ý nhiệt độ lõi cuối 56 hạt thơ cao nhiệt độ đông đặc (132,7°C) Kết là, hạt có nhiệt độ cao đáy tháp sơ làm phát sinh số vấn đề vận hành cho phận đóng gói Trong số trường hợp, cần yêu cầu lắp đặt thiết bị làm mát để kiểm soát giảm nhiệt độ sản phẩm cuối Hình 3.17 trình bày ảnh hưởng vận tốc gió đến nhiệt độ hạt urea Kết khảo sát tiến hành cách giả lập vận tốc gió thay đổi phạm vi 1m/s đến 6m/s Mơ hình kết mơ cho thấy, vận tốc gió ảnh hưởng không đáng kể đến nhiệt độ hạt 57 CHƯƠNG 4.1 KẾT LUẬN Các kết đạt Đã nêu phương trình thủy động lực học, truyền khối, truyền nhiệt sử dụng phần mềm MATLAB để thực mô Sử dụng phương pháp Stefan hai pha để giải toán truyền nhiệt có chuyển pha đưa nhận xét kết mô Các thông số kết mô phù hợp với thông số nhà máy Đạm Phú Mỹ Việt Nam [27], phù hợp tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2619:2014 [28] Sự hóa rắn hạt urea coi vấn đề Stefan hai pha với điều kiện biên thông lượng đối lưu Vấn đề giải số phương pháp entanpy Sự phân bố nhiệt độ phù hợp hạt có đường kính khác Từ kết tính tốn mơ phỏng, ước tính gần chiều cao tối thiểu tháp để kiên cố hóa hồn tồn Đối với độ cao thông thường 50 m, giọt nhỏ 1,0 mm đơng đặc hồn tồn Một mơ hình số phát triển dựa tác động phương trình thủy động lực học, nhiệt truyền khối lượng tham số vận hành lên hiệu suất sấy Để xác thực, kết mơ hình so sánh với liệu nhà máy urea hoạt động điều kiện ổn định Hiệu suất mơ hình phù hợp với nhiều loại kích thước hạt nhỏ khác Các hạt mịn có nhiệt độ độ ẩm trung bình thấp hơn, độ ẩm hạt thô không thay đổi nhiều sau giai đoạn hóa rắn Kết cho thấy việc giảm nhiệt độ khơng khí có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ hạt Tuy nhiên, phương án khơng áp dụng q trình làm mát khơng khí làm tăng mức tiêu thụ lượng giá thành sản phẩm Sự thay đổi kích thước hạt dọc theo chiều cao tháp mơ hình hóa dựa hệ số co ngót ẩm Kết cho thấy kích thước hạt liên tục thay đổi tùy thuộc vào vùng sấy truyền ẩm sang khơng khí làm mát Cuối cùng, mơ hình sử dụng để tối ưu hóa lượng chi phí sấy khơ, đồng thời ngăn chặn hình thành cục vón cục bên tháp q trình sấy khơ hồn tồn có thu nhập 58 4.2 Định hướng nội dung nghiên cứu tiếp theo Năng lượng trao đổi q trình đơng đặc urea điều kiện độ ẩm nhiệt độ khơng khí thay đổi theo chiều cao tháp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc thiết bị Các thơng số làm việc q trình chuyển từ thể lỏng sang đóng rắn hồn tồn urea cần tiến hành xem xét, mô thực nghiệm nhằm xác định thông số vận hành tối ưu Sử dụng thêm số phương pháp khác nhằm đối sánh chi tiết kết thu nhằm đánh giá toàn diện phương pháp đề xuất báo cáo Cần số nghiên cứu để kiểm chứng kết mô điều kiện sản xuất thực tế Dựa kết khảo sát thực nghiệm tạo thơng số tối ưu để tối ưu hóa chiều cao tháp sau q trình hiệu chỉnh Hình 4.1 mơ tả thực tế cụm thiết bị phân xưởng urea nhà máy Đạm Phú Mỹ Việt Nam Hình 4.1 Cụm thiết bị phân xưởng Urea nhà máy Đạm Phú Mỹ [27] 59 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Hội nghị quốc tế H K T Vy, N T Anh, N Q Lan, D V Vinh, D V Han, P T L Na, “Twophase Stefan problem for the modeling of urea prilling tower,” ECP 2023: The 2nd International Electronic Conference on Processes, online, 2023 N T Anh, N Q Lan, D V Vinh, H K T Vy, “An expansion of initial domain to start and backward to boundary for front tracking of moving boundary stefan problem,” ISAS 2022: International Symposium on Applied Science 2022, Viet Nam, 2022 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A O Adekiya, C M Aboyeji, O Dunsin, O V Adebiyi, and O T Oyinlola, “Effect of urea fertilizer and maize cob ash on soil chemical properties, growth, yield, and mineral composition of okra, abelmoschus esculentus (L.) moench,” J Hortic Res., vol 26, no 1, pp 67–76, 2018, doi: 10.2478/johr-2018-0008 [2] N Manikyam, P K Guru, R Naik, and P Diwan, “Physical and engineering properties of urea briquettes relevant to design of ICAR-NRRI urea briquette applicator,” Int J Chem Stud., vol 8, no 1, pp 1891–1893, 2020 [3] Britannica, The Editors of Encyclopaedia "Urea" Internet: https://www.britannica.com/science/urea Aug 16, 2023 [4] M Brouwer, “The Comparison of Stamicarbon and Saipem Urea Technology,” Urea Know How, vol 1, no December, pp 1–9, 2016, [Online] Available: https://www.researchgate.net/profile/Prem_Baboo/publication/309385422_Th e_Comparison_of_Stamicarbon_and_Saipem_Urea_Technology/links/580ce5 1b08ae2cb3a5e3c195.pdf [5] S Buckingham “Manufacture of urea (Stamicarbon Technology),” M dissertation, Bright Star University, El -Brega, 2017 [6] A Alamdari, A Jahanmiri, and N Rahmaniyan, “Mathematical modelling of Urea prilling process,” Chem Eng Commun., vol 178, no October 2014, pp 185–198, 2000, doi: 10.1080/00986440008912182 [7] N Rahmanian, M Homayoonfard, and A Alamdari, “Simulation of urea prilling process: An industrial case study,” Chem Eng Commun., vol 200, no 6, pp 764–782, 2013, doi: 10.1080/00986445.2012.722147 [8] Muhammad et al, “Analysis of fluid flow of urea in a perforated rotating bucket.”, J.Applied Sci., vol 14, no 12, pp 1251-1258, 2014 [9] “Characterization of strength and structure of Universiti Teknologi Petronas Bandar Seri Iskandar 31750 Tronoh Perak Darul Ridzuan,” no September, 2012 [10] S Nakamura, “The TOYO Urea Granulation Technology - The Challenges and 61 Achievements in Producing Urea Granules -,” 20th AFA Int Annu Tech Conf., no June, pp 1–14, 2007 [11] G Nishikawa T Yanagawa, H Morikawa, E Sakata and Y Kojima, “Large Scale Urea Granulation Plants based on TEC Technology”, Nitrogen 2001, Tampa, USA [12] A Mehrez, A H H Ali, W K Zahra, S Ookawara, and M Suzuki, “Study on Heat and Mass Transfer During Urea Prilling Process,” Int J Chem Eng Appl., no February 2015, pp 347–353, 2012, doi: 10.7763/ijcea.2012.v3.216 [13] R F Baddour, P L T Brian, B A Logeais, and J P Eymery, “Steady-state simulation of an ammonia synthesis converter,” Chem Eng Sci., vol 20, no 4, pp 281–292, 1965, doi: 10.1016/0009-2509(65)85017-5 [14] X D Nie, R W Evitts, and R W Besant, “Simulation of moisture uptake and transport in a bed of urea particles,” Industrial and Engineering Chemistry Research, vol 47, no 20 pp 7888–7896, 2008, doi: 10.1021/ie701744g [15] M J Azarhoosh, F Farivar, and H Ale Ebrahim, “Simulation and optimization of a horizontal ammonia synthesis reactor using genetic algorithm,” RSC Adv., vol 4, no 26, pp 13419–13429, 2014, doi: 10.1039/c3ra45410j [16] M Ceccarelli, G Figliolini, C Lanni, and A Altrui, “Simulation and optimization of an industrial automatic packing,” IECON Proc (Industrial Electron Conf., vol 1, pp 1292–1297, 2000, doi: 10.1109/IECON.2000.972308 [17] C Rämsch, LB Kleinelanghorst, EA Knieps, J Thömmes, MR Kula "Aqueous two-phase systems containing urea: influence on phase separation and stabilization of protein conformation by phase components" Biotechnol Prog., vol 15, no 3, pp 493-502, 1999 doi: 10.1021/bp990030+ PMID: 10356268 [18] S Akhtar, M Xu, and A P Sasmito, “Development and validation of an asymptotic solution for a two-phase Stefan problem in a droplet subjected to convective boundary condition,” Int J Therm Sci., vol 164, no February, p 106923, 2021, doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2021.106923 62 [19] P DeVries and J E Hasbun A first course in computational physics Oxford Ohio: Jones & Bartlett Learning, 2010 [20] V R Voller, M Cross, and N C Markatos, “An enthalpy method for convection/diffusion phase change,” Int J Numer Methods Eng., vol 24, no 1, pp 271–284, 1987, doi: 10.1002/nme.1620240119 [21] M Skydanenko, V Sklabinskyi, S Saleh, and S Barghi, “Reduction of dust emission by monodisperse system technology for ammonium nitrate manufacturing,” Processes, vol 5, no 3, 2017, doi: 10.3390/pr5030037 [22] A Mehrez, A H H Ali, W K Zahra, S Ookawara, and M Suzuki, “Study on Heat and Mass Transfer During Urea Prilling Process,” International Journal of Chemical Engineering and Applications pp 347–353, 2012, doi: 10.7763/ijcea.2012.v3.216 [23] F A Morrison, “Data correlation for drag coefficient for sphere,” Department of Chemical Engineering, Ph.D dissertation, Michigan Technological University, Houghton, MI 2013 [24] A R Dehghani-Sanij, S MacLachlan, G F Naterer, Y S Muzychka, R D Haynes, and V Enjilela, “Multistage cooling and freezing of a saline spherical water droplet,” Int J Therm Sci., vol 147, no April 2019, p 106095, 2020, doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2019.106095 [25] Pangestu, MR Galih "Heat Equation Application for Modelling Temperature." Internet: http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4467235, Aug 16, 2023 [26] T Generation, “Sudeep Verma & Anupam Dewan,” Metallurgical and Materials Transactions B, no January 2014, 2016, doi: 10.1007/s11663-0140039-6 [27] Petro Viêt Nam “245794223-Tổng-quan-về-nha-may-đạm-Phu-Mỹ-pdf.”, Internet: https://www.scribd.com/doc/245794223/T%E1%BB%95ng-quan- v%E1%BB%81-nha-may-%C4%91%E1%BA%A1m-Phu-M%E1%BB%B9pdf, Aug 16, 2023 [28] Bộ Công Thương, “Phân Urê - Yêu Cầu Kỹ Thuật.”, Việt Nam, TCVN 2619:2014, 2014 63 PHỤ LỤC Chương trình mơ phần mềm Matlab function urea_cooling_212_VY() close all %truyen am LR=0.8E-3; D=2.74E-9; %he so dan am NR=100; dr=LR/NR; M0=0.5*ones(NR+1,1); %do am ban dau cua hat r=linspace(0,LR,NR+1); Wa=0.02; %do am khong %truyen nhiet Lambda=224E3; %latent heat of melting of urea rho_s=1335; %density of solid urea ks=2.65E-2; cp_s=1.57E3; alpha_s=ks/rho_s/cp_s; rho_l=1220; %density of liquid urea kl=ks/2; cp_l=2.25E3; alpha_l=kl/rho_l/cp_l; Tf=132.7+273.15; Ta=30+273.15; T0=140+273.15; distance_end=50; dim=NR+3; v_index=NR+2; s_index=NR+3; dz=min(0.5*dr*dr/D,0.01); NZ=ceil(distance_end/dz); 64 distance=[0:NZ]*dz; FF=zeros(dim,NZ+1); FF(1:NR+1,1)=M0; %initial of moisture FF(v_index,1)=5; %initial of v FF(s_index,1)=0; %initial of s (distance traveled) R_liquid=distance; R_liquid(1)=LR; H=zeros(NR+1,NZ+1); eps=1E-5; H(:,1)=T0+Lambda/cp_l; H_prime=zeros(size(H))-Lambda/cp_l; pause fl=zeros(NR+1,1); %particle falling g=9.80655; va=0.63; %air velocity Dp=2*LR; %duong kinh hat urea rho=1.166; %density of air rho_p=1220; %density of urea muy=1.870264E-5; %viscousity of air Vp=1/6*pi*Dp^3; Cpg=1E3; %Specific heat of the air kg=0.025; for j=1:NZ FF_old=FF(:,j); [RK,hmass]=myODE(FF_old); FF_new=FF_old+RK/6;FF_new=boundary(FF_new,hmass); FF_tmp=FF_old+RK/2;FF_tmp=boundary(FF_tmp,hmass); [RK,hmass]=myODE(FF_tmp); FF_new=FF_new+RK/3;FF_new=boundary(FF_new,hmass); FF_tmp=FF_old+RK/2;FF_tmp=boundary(FF_tmp,hmass); [RK,hmass]=myODE(FF_tmp); FF_new=FF_new+RK/3;FF_new=boundary(FF_new,hmass); 65 FF_tmp=FF_old+RK;FF_tmp=boundary(FF_tmp,hmass); [RK,hmass]=myODE(FF_tmp); FF(:,j+1)=FF_new+RK/6;FF(:,j+1)=boundary(FF(:,j+1),hmass) v_p=FF(v_index,j+1); Re_p=rho*Dp*(v_p+va)/muy; Pr=muy*Cpg/kg; Nu=2+0.6*Re_p^0.5*Pr^0.333; h_heat=Nu*kg/Dp; H(:,j+1)=H(:,j);%pause%initial guess errorH_all=1+eps; while errorH_all>eps %set H_prime of time j+1 for i=1:NR+1 if H(i,j+1)>=Tf+Lambda/cp_l H_prime(i,j+1)=-Lambda/cp_l; fl(i)=1; elseif H(i,j+1)>Tf H_prime(i,j+1)=Tf-H(i,j+1); fl(i)=(H(i,j+1)-Tf)*cp_l/Lambda; else H_prime(i,j+1)=0; fl(i)=0; end end gamma=(fl*alpha_l+(1-fl)*alpha_s)*dz/dr/dr/v_p; k=fl*kl+(1-fl)*ks; %solve for new H H_tmp=H(:,j+1); %keep old value error=1+eps; while error>eps error=0; tmp=H(1,j+1); 66 H(1,j+1)=H(1,j)+6*gamma(1)*(H(2,j+1)+H_prime(2,j+1)-H_prime(1,j+1)); H(1,j+1)=H(1,j+1)/(1+6*gamma(1)); error=error+abs(H(1,j+1)-tmp); for i=2:NR tmp=H(i,j+1); RHS=(1-1/(i-1))*gamma(i)*H(i-1,j+1)+(1+1/(i1))*gamma(i)*H(i+1,j+1)+H(i,j); RHS=RHS+gamma(i)*((1-1/(i-1))*H_prime(i-1,j+1)2*H_prime(i,j+1)+(1+1/(i-1))*H_prime(i+1,j+1)); H(i,j+1)=RHS/(1+2*gamma(i)); error=error+abs(H(i,j+1)-tmp); end tmp=H(NR+1,j+1); coef=h_heat*dr/k(NR+1); H(NR+1,j+1)=(H(NR,j+1)+H_prime(NR,j+1)+coef*Ta)/(1+coef)H_prime(NR+1,j+1); error=error+abs(H(NR+1,j+1)-tmp); end %compare new H and old H errorH_all=norm(H_tmp-H(:,j+1)); end integral=0; for i=2:(NR-1) integral=integral+dr*(r(i)^2+dr^2/12)*(-H_prime(i,j+1)*cp_l/Lambda); end R_liquid(j+1)=integral+dr^3/24*(-H_prime(1,j+1)*cp_l/Lambda)+dr/6*(33*dr/2+dr*dr/4)*0; R_liquid(j+1)=(3*integral)^(1/3); end plot(r,FF(1:NR+1,NZ+1),'-o') figure size(FF) size(distance) %FF(v_index,:) plot(distance,FF(v_index,:)) 67 title('van toc roi cua hat duong kinh 1.6mm') figure plot(distance,R_liquid) figure T=(H+H_prime); plot(distance,T(1,:)) function [dFF,hmass]=myODE(myFF) dFF=zeros(dim,1); dMdz=zeros(NR+1,1); vp=myFF(v_index); sp=myFF(s_index); M=myFF(1:NR+1); %mass transfer for jj=2:NR dMdz(jj)=(D*(M(jj+1)-2*M(jj)+M(jj-1))/dr/dr+2*D/r(jj)*(M(jj+1)-M(jj1))/2/dr)/vp; end Rep=rho*Dp*(vp+va)/muy; if Rep