Исследование фильтрационных свойств керамических пеллет, изготовленных 3d-печатью, методами cfd и компьютерной томографии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Описывается использование методов компьютерного моделирования и аддитивных технологий для получения материалов защитного слоя с новым дизайном фильтрационных каналов. Компьютерное моделирование структур каналов различной геометрии методами вычислительной гидродинамики (Computational Fluid Dynamics, CFD) позволило определить возможные локации улавливания твердых пылевидных частиц в пеллетах керамических фильтров. Пеллеты фильтров были изготовлены по технологии лазерной стереолитографии из керамического материала. Проведены фильтрационные испытания напечатанных образцов. Исследование структур каналов пеллет методом CFD для определения потенциальных локаций фильтрации и последующее сопоставление полученных результатов моделирования с данными рентгеновской томографии напечатанных пеллет после их испытаний, позволило оценить эффективность компьютерного моделирования CFD для проектирования материалов фильтров. Полученные данные планируется использовать для разработки инновационных защитных материалов с фильтрующими свойствами для конкретных процессов нефтегазопереработки с учетом промышленных условий их реализации.

Об авторах

В. С. Дорохов

Акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти» (АО «ВНИИ НП»)

Email: dorokhovvs@vniinp.rosneft.ru
111116, Moscow, Russia

О. Л Овсиенко

Акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти» (АО «ВНИИ НП»)

Email: petrochem@ips.ac.ru
111116, Moscow, Russia

С. С Чугунов

Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий»

Email: petrochem@ips.ac.ru
143025, Moscow, Russia

М. В. Рогозина

Акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти» (АО «ВНИИ НП»)

Email: petrochem@ips.ac.ru
111116, Moscow, Russia

Н. А Аникеев

Акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти» (АО «ВНИИ НП»)

Email: petrochem@ips.ac.ru
111116, Moscow, Russia

П. А. Никульшин

Акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти» (АО «ВНИИ НП»)

Автор, ответственный за переписку.
Email: petrochem@ips.ac.ru
111116, Moscow, Russia

Список литературы

  1. Heidenreich S. Hot gas filtration. A review // Fuel. 2013. V. 104. P. 83-94. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.07.059
  2. Yu Y., Tao Y., Wang F.-L., Chen X., He Y.-L. Filtration performance of the granular bed filter used for industrial flue gas purification: A review of simulation and experiment // Separation and Purification Technology. 2020. V. 251. P. 117318. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117318
  3. Kang J.-L., Ciou Y.-C., Lin D.-Y., Shan-Hill Wong D., Jang S.-S. Investigation of hydrodynamic behavior in random packing using CFD simulation // Chemical Engineering Research and Design. 2019. V. 147. P. 43-54. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2019.04.037
  4. Afkhami M., Hassanpour A., Fairweather M. Effect of Reynolds number on particle interaction and agglomeration in turbulent channel flow // Powder Technology. 2019. V. 343. P. 908-920. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.11.041
  5. Овсиенко О.Л., Дорохов В.С., Гусева А.И., Криворученко Д.С., Пугачева Л.В., Сидельников И.В., Никульшин П.А. Физико-химические и функциональные характеристики материалов и катализаторов защитных слоев гетерогенных процессов гидроочистки. I. Материалы активной фильтрации (МАФ) // Катализ в промышленности. 2019. Т. 19. № 4. С. 316-328. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2019-4-316-328
  6. Ovsienko O.L., Dorokhov V.S., Guseva A.I., Krivoruchenko D.S., Pugacheva L.V., Sidel'nikov I.V., Nikul'shin P.A. Physicochemical and functional characteristics of materials and catalysts in protective layers of heterogeneous hydrotreatment processes. I. Materials of active filtering (MAF) // Kataliz v promyshlennosti. 2019. V. 19. № 4. P. 316-328.
  7. Лекош Ф., Анкетий Ж.. Элемент для разделения фильтрацией в поперечном потоке, содержащий изогнутые каналы // Патент РФ № 2744589C2. Заявлено 13.12.2017.
  8. Анкетий Ж. Новые геометрические формы многоканальных трубчатых элементов, предназначенных для тангенциальной сепарации, содержащих встроенные усилители турбулентности, и способ их изготовления // Патент РФ № 2692723 C2. Заявлено 21.07.2015.
  9. Анкетий Ж. Элемент для тангенциальной сепарации, содержащий встроенные препятствия для потока, и способ его изготовления // Патент РФ № 2693159 C2. Заявлено 21.07.2015.
  10. Raux S. Particulate filter with variable canal geometry and methods of manufacturing such a filter // Patent WO № 2017207226 A1. 09.05.2017.
  11. Dang B.V., Charlton A.J., Li Q., Kim Y.C., Taylor R.A., Le-Clech P., Barber T. Can 3D-printed spacers improve filtration at the microscale? // Separation and Purification Technology. 2021. V. 256. P. 117776. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117776
  12. Middelkoop V., Coenen K., Schalck J., Annaland M.V.S., Gallucci F. 3D printed versus spherical adsorbents for gas sweetening // Chemical Engineering J. 2019. V. 357. P. 309-319. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.09.130
  13. Овсиенко О.Л., Сидельников И.В., Рогозина М.В., Никульшин П.А.. Способ получения каталитических материалов методом 3D-печати // Патент РФ № 2734425 C2. Заявлено 21.03.2019.
  14. Никульшин П.А., Дорохов В.С., Овсиенко О.Л., Рогозина М.В., Аникеев Н.А., Сидельников И.В., Чугунов С.С. Разработка перспективных материалов защитного слоя для каталитических реакторов с применением компьютерного моделирования и аддитивных технологий // Нефтехимия. 2021. Т. 61. № 6. С. 796-807
  15. Nikulshin P.A., Dorokhov V.S., Ovsienko O.L., Rogozina M.V., Anikeev N.A., Sidel'nikov I.V., Chugunov S.S. Computer-aided modeling and additive manufacturing of promising protective layer materials for catalytic reactors // Petrol. Chemistry. 2021. V. 61. № 11. P. 1207-1216. https://doi.org/10.1134/S0965544121110098.
  16. FreeCAD: Your own 3D parametric modeler [Электронный ресурс]. URL: https://www.freecadweb.org/ (дата обращения: 01.10.2022).
  17. Weller H.G., Tabor G., Jasak H., Fureby C. A tensorial approach to computational continuum mechanics using object-oriented techniques // Computers in Physics. 1998. V. 12. № 6. P. 620. https://doi.org/10.1063/1.168744
  18. blueCFD-Core Project Enabling native use of OpenFOAM® on Windows [Электронный ресурс]. URL: http://bluecfd.github.io/Core/ (дата проверки: 01.10.2022).
  19. Geuzaine C., Remacle J.F. Gmsh: A 3-D finite element mesh generator with built-in pre- and post-processing facilities // Intern. J. for Numerical Methods in Engineering. 2009. V. 79. № 11. P. 1309-1331. https://doi.org/10.1002/nme.2579
  20. ParaView [Электронный ресурс]. URL: https://www.paraview.org/ (дата обращения: 01.10.2022).
  21. Ji X., Wang W., Lou X., Peng J., Li Z. A Centrifugation-Enhanced High-Efficiency Micro-Filter with Spiral Channel // TRANSDUCERS 2007 - International Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference. 2007. Lyon (France). P. 1865-1868. https://doi.org/10.1109/SENSOR.2007.4300520

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023