Organomineral gübre üretim işlemindeki krutma tamburuna yönelik işletme parametrelerin geliştirilmesi üzerine araştırmalar
Research on the development of operational parameters for rotary drying drum in organomineral fertilizer production process
Yazar: CEM KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. EMİN GÜZEL
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Aşınma = Wear ; Gübre üretimi = Fertilizer production ; Polihedral = Polyhedral ; Tambur makinesi = Tumbling machinery ; Tozlaşma = Pollination

Özet:
Ekonomik olması ve tarımın sürdürülebilirliği için baskın olarak kullanılan kimyasal gübrelerin yerine ticari organomineral gübrelerin kullanımı her geçen gün yaygınlaşmaktadır. Dünyada ve ülkemizde bu tip gübreler daha çok küçük ve orta ölçekli işletmelerde üretilmektedir. Organomineral gübrelerin tarımsal ihtiyacı karşılayabilecek kadar kullanılabilmesi için öncelikle üretimi esnasında karşılaşılan işletme güçlüklerinin giderilmesi gerekir. İşletme güçlükleri, enerji ve bakım maliyetleri bakımından gübre üretimin prosesinin en önemli kısmı döner gübre kurutma tamburlarıdır. Bu çalışmada tambura optimum yükleme kapasitesinin belirlenmesi, topaklaşma, tozlaşma, tanelerin kırılması, yapışma, korozif-aşınma sorunlarının anlaşılması, gübre tanelerinin tambur içerisinde ısıtılmış hava ve çevresi ile olan etkileşimi, anlık konum ve hareketlerinin belirlenmesi, deneyler ve Ansys Fluent programında yapılan birleştirilmiş 2B-3B HAD-AEM (CFD-DEM) analizleri ile anlaşılmaya çalışılmıştır. Tambur kurutma performansının başlıca optimum yükleme şartlarına, taşıyıcı kanat profiline bağlı olduğu anlaşılmıştır. Tozlaşma sorununun, granülleme diskinde gübre tipine göre kontrollü nem verilmemesinden kaynaklandığı ve sonrasında tamburda ısı etkisi, çevresi ve birbirleri ile çarpışma etkileşimleri sonucunda kırıldığı ve tozlaştığı anlaşılmaktadır. Üretimde gübre yapışmalarının, gübre granüllerinin iyi karıştırılmaması, iyi granüllenmemesi, yüksek yığın açılarına sahip olduklarından tambur girişinde oluşan yığın etkilerinden kaynaklandığı anlaşılmıştır. Korozif-aşınmanın; gübrenin asidik ve nemli yapısı, sürekli akışta aşındırıcı etkisi ve iç yüzeye yapışan tozlardan kaynaklandığı anlaşılmıştır. Bu yapışan tozun korozif etkisi ve sürekli akışta olan gübrelerin aşındırıcılığı; tambur iç yapısını ve performansında etkili olan taşıyıcı kanat yapılarını bozduğu, işletme güçlüğü ve bakım maliyetlerine sebep olduğu anlaşılmıştır. Kaliteli gübre üretimi için bu sorunların giderilmesinde; tambur iç yapı tasarımı olarak girişte eğimli helisel kanatlar, sonrasında kanatsız bölge ve kanatlı bölge olması, tamburun paslanmaz çelik, Inconel veya Hastelloy alaşımlı malzemeden yapılması veya çelik tamburun iç yüzeyine epoxy-grafit türü kaplama yapılması ve granülleme diski yerine yapışma ve tozlaşma sorununda daha iyi çözüm elde edilebileceği için granülleme tamburunun kullanılması önerilmiştir. Bu çalışma ile tüm işletme şartlarının ele alınabildiği 2B ve 3B simülasyonlar ile optimum tambur üretim ve işletilme şartlarının belirleme imkanı elde edilmiştir. Bu simülasyonlar tamburda karşılan sorunların anlaşılmasında da kolaylık sağlamışlardır.

Anahtar Kelimeler: Organomineral/Organomineral katkılı NPK Gübre, Ansys Fluent HAD-AEM analizi, Polyhedral ağ, Tozlaşma-Yapışma, Korozif-aşınma

Abstract:
The use of commercial organomineral fertilizers instead of chemical fertilizers, which are predominantly used for being economical and sustainable in agriculture, is becoming widespread day by day. These types of fertilizers are mostly produced in small and medium-sized enterprises in the world and in our country. In order to use organomineral fertilizers to meet the agricultural needs, first of all, the operational difficulties encountered during their production should be eliminated. In terms of operating difficulties, energy and maintenance costs, the most important part of the fertilizer production process is rotary fertilizer drying drums. In this study, determining the optimum loading capacity of the drum, agglomeration, dusting, breaking of the grains, adhesion, corrosive-wearing problems, the interaction of the fertilizer grains with the heated air in the drum and its surroundings, It was tried to be understood by experiments and combined 2D-3D HAD-AEM (CFD-DEM) analyzes made in the Ansys Fluent program. It has been understood that the drum drying performance mainly depends on the optimum loading conditions and the flights profile. It is understood that the pollination problem is caused by the lack of controlled moisture in the granulation disc according to the fertilizer type, and then it breaks and becomes dusty as a result of the heat effect in the drum, the interaction of its surroundings and collisions with each other. Corrosive-wear; It has been understood that the acidic and moist structure of the fertilizer, its abrasive effect in continuous flow and the dust adhering to the inner surface. The corrosive effect of this adhering dust and the corrosiveness of fertilizers in continuous flow; It has been understood that it disrupts the inner structure of the drum and the flighted structures that are effective in its performance, causing operating difficulties and maintenance costs. In order to eliminate these problems for the production of quality fertilizer; As the drum internal structure design, inclined helical flighted at the inlet, then the flightless region and the flighted region, the drum is made of stainless steel, inconel or hastelloy alloy material, or epoxy-graphite type coating is applied to the inner surface of the steel drum and instead of the granulating disc, a better solution for the adhesion and dusting problem It is suggested to use a granulating drum as it can be obtained. With this study, it has been possible to determine the optimum drum production and operating conditions with 2D and 3D simulations in which all operating conditions can be handled. These simulations also facilitated the understanding of the problems encountered in the drum.

Keywords: Organomineral/Organomineral additive NPK Fertilizer, Ansys Fluent CFD-DEM Analysis, Polyhedral meshing, Dusting, Adhesion, Erosion