MAVHUM QAYNASH QATLAMIDA KARBAMITNI QURITISH JARAYONINI MODELLASHTIRISH

ISSN: 2181-3906 2025 International scientific journal «MODERN SCIENCE АND RESEARCH» VOLUME 4 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ 970 MAVHUM QAYNASH QATLAMIDA KARBAMITNI QURITISH JARAYONINI MODELLASHTIRISH Boyeva O.H Navoiy davlat konchilik va texnologiyalar universiteti, “Avtomatlashtirish va boshqaruv” kafedrasi dotsenti. Xoliqulova S.R. Navoiy davlat konchilik va texnologiyalar universiteti, “Avtomatlashtirish va boshqaruv” kafedrasi magistri. https://doi.org/10.5281/zenodo.17775444 Annotatsiya. Ushbu maqolada mavhum qaynash qatlamida karbamitni quritish jarayonining texnologik tuzilishi, matematik modeli va dinamik xususiyatlari kompleks o‘rganildi. Jarayonning texnologik sxemasi asosida issiqlik va massa almashinuvi jarayonlari tahlil qilinib, quritgichning ikki inertsiya bo‘g‘iniga ega nochiziqli dinamik tizim ekanligi aniqlandi. Massa va issiqlik balansi tenglamalariga tayangan holda quritish jarayonining matematik modeli ishlab chiqildi va uzatish funksiyasi identifikatsiyalandi. Boshqaruv tizimlarining samaradorligi MATLAB, Fuzzy Logic va MPC algoritmlari yordamida solishtirilib, MPC regulyatori eng yuqori aniqlik va energiya tejamkorlikni ta’minlashi isbotlandi. Modelning real texnologik ma’lumotlarga mosligi baholandi. Tadqiqot natijalari mavhum qaynash quritgichlarida karbamitni quritish jarayonini avtomatlashtirish va optimallashtirish uchun ishonchli ilmiy asos yaratadi. Kalit so’zlar: Karbamitni quritish, mavhum qaynash qatlamı, issiqlik-massa almashinuvi, matematik model, o‘tish xarakteristikasi, identifikatsiya, PID boshqaruv, Fuzzy Logic, MPC, avtomatlashtirish. I. Kirish Karbamitni yuqori sifatli quritish kimyo sanoati uchun muhim jarayon hisoblanadi. Mavhum qaynash qatlamli quritgichlar energiya samaradorligi va issiqlik-massa almashinuvi yuqoriligi sababli keng qo'llaniladi. Bugungi kunga qadar mavhum qaynash qatlamida quritish jarayoni, uning matematik modellini qurish, issiqlik va massa almashinuvi qonuniyatlari hamda boshqaruv tizimlari bo‘yicha xalqaro ilmiy adabiyotlarda keng ko‘lamli tadqiqotlar olib borilgan. Har bir manba jarayonning ma’lum jihatini asoslashda muhim nazariy va amaliy asos bo‘lib xizmat qiladi. Fluidizatsiya jarayonining fundamental fizik qonuniyatlari Kunii va Levenspiel tomonidan chuqur o‘rganilgan [1]. Ushbu tadqiqot ishida mavhum qaynashning gidrodinamik xususiyatlari, zarrachalar harakati, bosim yo‘qotishlari, o‘rtacha tezlik, qatlam zichligi kabi ko‘rsatkichlar batafsil bayon etilgan. Bu ma’lumotlar quritgich kamerasi ichidagi zarrachalar holatini matematik modelga kiritishda asosiy poydevor bo‘lib xizmat qiladi. Rhodes [2] esa donador materiallarning o‘lchamlari, ularning sirt maydoni va diffuziya tezligi kabi parametrlarni tajribaviy asosda baholagan. Karbamit kabi granulalarning diametri va sirt xususiyatlari quritish tezligiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri ta’sir qilgani sababli, ushbu manba qurilitayotgan material xossalarini modellashtirishda muhim ahamiyatga ega. ISSN: 2181-3906 2025 International scientific journal «MODERN SCIENCE АND RESEARCH» VOLUME 4 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ 971 Mujumdar [3] tomonidan tayyorlangan “Handbook of Industrial Drying” sanoat quritkichlarining turli konstruktiv turlari, jarayon rejimlari, issiqlik-massa almashinuvi tenglamalari va quritish kinetikasi bo‘yicha eng nufuzli manbalardan biridir. Mavhum qaynashli quritgichlar boshqa quritgichlarga nisbatan yuqori samaradorlik ko‘rsatishi, ayniqsa donador materiallar uchun juda qulay ekanligi ilmiy asoslar bilan ko‘rsatilgan. Lecompte [4] mavhum qaynash qatlamli quritgichlarning dinamik modeli hamda boshqaruv algoritmlarini ishlab chiqqan. Ular o‘tish xarakteristikasi, kechikishlar, inertsiya bo‘g‘inlari va tizimning nolinearligining boshqaruv jarayoniga ta’sirini chuqur tahlil qilgan. Ushbu tadqiqot mazkur maqoladagi matematik modelni tuzishda muhim nazariy va tajribaviy asos bo‘ldi. Arastoopour [5] esa mavhum qaynashli quritgichlarda zarrachalar harakati, havo-zarracha o‘zaro ta’siri va bug‘lanish jarayonlarining modellashtirilishini batafsil yoritgan. Ushbu tadqiqotdan quritish jarayonining ikki inertsiya bo‘g‘iniga ega ekanligi va namlik chiqishining nochiziqli xarakterga egaligi tasdiqlandi. Quritish jarayonlarini boshqarish uchun PID regulyatorlar eng keng tarqalgan bo‘lib, ularning matematik asoslari Ziegler va Nichols tomonidan ishlab chiqilgan [6]. Ularning klassik usuli quritgich kabi sekin o‘tuvchi tizimlar uchun boshqaruv sozlamalarini aniqlashda samarali bo‘lsa-da, jarayonning nochiziqliligi va o‘zgaruvchan yuklamalarda unchalik optimal natija bermasligi ko‘plab adabiyotlarda qayd etilgan. Model asosida bashoratlovchi boshqaruv bo‘yicha Camacho va Bordons [7] tomonidan keltirilgan nazariy yondashuvlar, ayniqsa, mavhum qaynash jarayonining inertsiya va kechikishlarga ega bo‘lgan ob’yektlar uchun juda mos keladi. Model asosida bashoratlovchi boshqaruv algoritmining energiya tejovchanligi va tebranishlarni minimallashtirish borasida ustunligi adabiyotlarda aniq ko‘rsatilgan. Seborg [8] jarayonlar dinamikasini identifikatsiya qilish, statistik filtrlash va real vaqt rejimida nazorat qilish metodlarini taqdim etgan bo‘lib, bu tadqiqot quritish jarayonining uzatish funksiyasini aniqlashda qo‘llanildi. Karimov va Abdug‘aniyev [9] tomonidan O‘zbekiston kimyo sanoatida quritish jarayonlarini avtomatlashtirish bo‘yicha zamonaviy yechimlar o‘rganilgan. Ular energiya tejamkorlik hamda yakuniy mahsulot sifatini oshirishda intellektual boshqaruv algoritmlarining afzalliklarini ko‘rsatgan. ISO 21898:2020 standartida [10] quritish uskunalarining terminologiyasi, texnologik talablari va xavfsizlik me’yorlari belgilangan bo‘lib, mazkur tadqiqotda ishlatilgan texnologik sxema mazkur standart talablariga mos ravishda ishlab chiqilgan. Adabiyotlar tahlili shuni ko‘rsatadiki, mavhum qaynash qatlamida quritish jarayoni bo‘yicha ko‘plab ilmiy ishlanmalar mavjud bo‘lsa-da, quyidagi muammolar hali ham to‘liq yechimini topmagan: karbamitga oid maxsus quritish modellari yetarli emas; O‘zbekistondagi tabiiy sharoit va sanoat parametrlari uchun mos lokal modellarning yo‘qligi; o‘tish xarakteristikasini tajribaviy tasdiqlash bo‘yicha ma’lumotlar yetishmaydi; energiya tejamkor boshqaruv algoritmlari bo‘yicha tadqiqotlar cheklangan; texnologik sxema va matematik modelni yagona tizim sifatida integratsiya qilish yetarli darajada emas. Ushbu tadqiqotning maqsadi jarayonning matematik modelini yaratish, o'tish xarakteristikasini aniqlash va boshqaruv tizimini takomillashtirishdir. ISSN: 2181-3906 2025 International scientific journal «MODERN SCIENCE АND RESEARCH» VOLUME 4 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ 972 II. Metodlar Ushbu tadqiqot mavhum qaynash qatlamida karbamitni quritish jarayonini matematik modellashtirish, texnologik sxema asosida jarayonning fizik xossalarini aniqlash, o‘tish xarakteristikasini olish va boshqaruv tizimining samaradorligini baholash metodlariga asoslanadi. Tadqiqot quyidagi ketma-ket metodlar yordamida amalga oshirildi. 1-rasm. Mavhum qaynash qatlamida karbamitni quritish jarayonining texnologik sxemasi Mavhum qaynash qatlamida karbamitni quritish jarayoni donador karbamitni issiq havo oqimi yordamida yuqori tezlikda quritish va namligini belgilangan texnik talablarga mos darajagacha kamaytirish maqsadida amalga oshiriladi. Jarayon uzluksiz, avtomatlashtirilgan va yuqori issiqlik-massa almashinuvi samaradorligiga ega. Quyida texnologik jarayonning asosiy bosqichlari keltirilgan: Karbamit granulalari dastlab bunkerga yig‘iladi. Bunker jarayonning barqarorligini ta’minlash uchun zaxira ombori vazifasini bajaradi. Undan granulalar ta’minlovchi vintli uzatkich orqali dozalanib, quritish kamerasiga beriladi. Bunda vintli uzatkichning vazifasi granula sarfini me’yorlash, qatlam zichligini stabillash, quritish kamerasiga uzluksiz xom ashyo berilishini ta’minlashdir. Shundan so’ng granulalar maxsus geometrik shakldagi mavhum qaynash kamerasiga tushadi. Kamera pastida joylashgan distributiv panjara orqali yuqoriga qarab berilgan issiq havo oqimi granulalarni ko‘taradi vas hu orqali zarrachalar havoda "suzuvchi" holatga keladi va qatlam bo‘ylab bir xil aralashish hosil bo‘ladi hamda issiqlik berish jarayoni keskin tezlashadi. Bu jarayon fluidizatsiya deb ataladi. Distributiv panjaraga beriladigan havo issiq havo generatorida isitiladi. Havo harorati quritish tezligiga, mahsulotning sifatiga va energiya sarfiga bevosita ta’sir etadi. Bunda issiq havo agenti harorati 120–160 °C harorat oralig‘ida, yetarli bosimda, belgilangan sarf bilan quritish zonasiga beriladi. Kamera ichida mavhum qaynash holatiga kelgan granulalarning tashqi sirtida namlik avval bug‘lanadi, keyin ichki tuzilmadagi namlik diffuziya hisobiga sirtga chiqadi va to‘liq quriguncha jarayon davom etadi. ISSN: 2181-3906 2025 International scientific journal «MODERN SCIENCE АND RESEARCH» VOLUME 4 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ 973 Quritish davomida zarrachalar o‘zaro urilib, sirtlar yangilanadi, issiqlik-massa almashinuvi maksimal darajada amalga oshadi va granulalar shikastlanmasdan quriydi. Bu usul an’anaviy barabanli quritgichlarga nisbatan tezroq va samaraliroq usul hisoblanadi. Quritish jarayonida hosil bo‘lgan nam, bug‘, chang aralashmasi quritgichning yuqori qismidan chiqarilib, siklon yoki filtrga yo‘naltiriladi. Siklonning vazifasi havo ichidagi chang zarrachalarini ajratish, yaxshi tozalangan havo chiqarish, mahsulotning behuda yo‘qotilishini kamaytirish hisoblanadi. Chang esa to‘planib maxsus kollektorga tushadi, tozalangan havo esa atmosfera yoki qayta ishlash konturiga yuboriladi. Quritish jarayonining samaradorligi quyidagi asosiy parametrlarni nazorat qilishga bog‘liq: havo sarfi va harorati, chiqishdagi namlik, quritish kamerasidagi harorat. Ushbu parametrlar namlik, harorat va sarf datchiklari tomonidan real vaqt rejimida o‘lchanadi. O‘lchangan parametrlar PID rostlagich yoki intellektual boshqaruv moduliga uzatiladi. U tizimni optimal holatda ushlab turadi. Boshqaruv tizimi issiq havo harorati, havo sarfi, granula oqimini avtomatik rostlaydi. Natijada yuqori barqarorlik va mahsulot sifatining bir tekisligi ta’minlanadi. Quritilgan karbamit zarrachalari quritgichdan pastki qism orqali chiqariladi va keyingi bosqichga sovutish, fraksiyalash yoki qadoqlash bo‘limiga yuboriladi. Quritish jarayonining matematik modeli issiqlik va massa almashinuvining asosiy differensial tenglamalari asosida qurildi:   m eq dW k A W W dt      m p in m dT dW mc hA T T r dt dt    bu yerda dW dt – massa almashinuvi modeli; m p dT mc dt – issiqlik balansi modeli Ushbu holat uchun havo-namliki dinamikasini quyidagicha ifodalaymiz:   in in out dk W W dt          Modelda granulalarning fizik xossalari, fluidizatsiya tezligi, diffuziya koeffitsientlari, issiqlik almashinuvi koeffitsientlari va bug‘lanish issiqligi hisobga olindi. Jarayonning kirish–chiqish bog‘lanishlari to‘liq nochiziqli bo‘lgani uchun u ishchi nuqta atrofida chiziqlantirildi. Natijada uzatish funksiyasi quyidagi ko‘rinishda hosil qilindi:          12 11 out in Ws K Gs T s Ts T s   Parametrlar identifikatsiyasi orqali aniqlangan: 0.45K , 135Ts , 278Ts Massa almashinuvi koeffitsienti km Higbie modeli asosida aniqlash: ISSN: 2181-3906 2025 International scientific journal «MODERN SCIENCE АND RESEARCH» VOLUME 4 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ 974 2 m p D kd   bu yerda D — diffuziya koeffitsienti. Ranz–Marshall korrelyatsiyasi asosida issiqlik berish koeffitsienti h aniqlash: 1/2 1/3 2 0.6Re PrNu  Muvozanat namligi eq W adsorbsion izotermik jarayon modeli orqali aniqlandi. Tizimning kechikishi quyidagi tenglama orqali hisoblanadi: 1 2 ln ss ss t yy yy        Tadqiqot modeli sanoat qurilmasining dinamikasini aniq aks ettirishi isbotlandi. Bunda texnologik jarayon o‘tish xarakteristikasini baholash uchun quritgich modeli kirishiga 10°C bosqichli harorat signali berildi va quyidagi natijalar olindi: 2-rasm. Mavhum qaynash qatlamli quritgichning o’tish xarakteristikasi Tizimning dinamik parametrlarini aniqlash uchun o‘tish xarakteristikasidan parametr olish algoritmi, Least squares regressiyasi, Ziegler–Nichols yaqinlashuvi qo‘llanildi. Natijada K , 1 T va 2 T tizim parametrlari aniqlangan. Quritish jarayonining boshqaruv sifatini baholash uchun an’anaviy PID, Fuzzy Logic Controller, Model Predictive Control (MPC) algoritmlari MATLAB/Simulink muhitida sinovdan o‘tkazildi. Bu orqali har bir regulyator quyidagi kriteriylar bo‘yicha baholandi:  barqarorlashish vaqti  namlik tebranishi  energiya sarfi  yuklama o‘zgarishlariga barqarorlik Natijalar shuni ko‘rsatdiki, MPC eng samarali yordamchi algoritm hisoblanadi. Model quyidagi usullar bilan tekshirildi:  real quritgichning texnologik parametrlari bilan taqqoslash;  eksperimental o‘tish xarakteristikasiga mos kelish darajasini aniqlash;  R² koeffitsienti bo‘yicha moslik baholash: 20.93 0.96R ISSN: 2181-3906 2025 International scientific journal «MODERN SCIENCE АND RESEARCH» VOLUME 4 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ 975 Ushbu tadqiqotda mavhum qaynash qatlamli quritish jarayonini modellashtirish va sinovdan o‘tkazish uchun tipik sanoat quritgichining strukturaviy modeli asos qilib olindi. Model parametrlardan foydalanish jarayonni modellashtirishda real sanoat sharoitlariga maksimal yaqinlikni ta’minladi. Natijalar ushbu modelning amaliy sanoat sharoitida qo‘llashga yaroqliligini tasdiqlaydi. III. Natijalar va muhokama Ushbu bo‘limda mavhum qaynash qatlamida karbamitni quritish jarayonining matematik modeli, boshqarish ob’yektining dinamik tavsifi, simulyatsiya natijalari hamda boshqaruv strategiyalarining samaradorligi batafsil tahlil qilinadi. Mavhum qaynash qatlamida quritish jarayoni issiqlik va massa almashinuvi jarayonlariga asoslanadi. Granulalarning namlik tarkibi va harorati vaqt bo‘yicha o‘zgarishini quyidagi asosiy tenglamalar tavsiflaydi. Granulalardan havo oqimiga namlikning o‘tishi:       m eq dW t k A W t W dt    bu yerda:   Wt – vaqt bo‘yicha granulaning namlik ulushi, eq W – muvozanat namligi, m k – massa almashinuvi koeffitsienti, A – granulaning umumiy sirt maydoni. Granulalar haroratining o‘zgarishi issiqlik balansi orqali ifodalanadi:           min m dT t sW t mc hA T t T t r dt dt     bu yerda: Tm(t)– granulaning o‘rtacha harorati, Tin(t)– distributiv panjaraga berilayotgan issiq havo harorati, cp– issiqlik sig‘imi, h – issiqlik berish koeffitsienti, r– parchalanish (bug‘lanish) issiqligi. Chiqayotgan nam havoning dinamikasi quyidagicha belgilab olamiz:       in out in dt t k W W dt          Bu tenglama siklon yoki filtr orqali chiqayotgan havodagi namlik o‘zgarishini tavsiflaydi. Uzatish funksiyasi chiziqlantirishdan so‘ng quyidagicha ko’rinishga ega bo’ladi:          12 11 out in Ws K Gs T s T s T s   Bu ifoda quritgichning ikki inertsiya bo‘g‘iniga ega murakkab dinamik tizim ekanini ko‘rsatadi. Identifikatsiya natijasida quyidagilarni olamiz: 0.45K , 135Ts , 278Ts Natijalar shuni ko‘rsatdiki, quritish tizimi ikki inertsiya bo‘g‘inidan iborat bo‘lgan murakkab dinamik ob’yekt. Matematik model jarayonni aniq tavsiflab, boshqaruv loyihasi uchun yetarli. Texnologik sxemadagi elementlar ya’ni distributiv panjara, issiq havo generatori, siklon umumiy samaradorlikka katta ta’sir qiladi. Intellektual boshqaruv usullari quritish jarayonini barqaror va energiya samaradorlik asosida boshqaradi. ISSN: 2181-3906 2025 International scientific journal «MODERN SCIENCE АND RESEARCH» VOLUME 4 / ISSUE 11 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ 976 IV. Xulosa Ushbu tadqiqotda mavhum qaynash qatlamida karbamitni quritish jarayonining texnologik sxemasi, matematik modeli va dinamika xususiyatlari kompleks o‘rganildi. Quritish tizimi issiqlik va massa almashinuvi jarayonlari bilan bog‘liq bo‘lgan murakkab, nochiziqli hamda ikki inertsiya bo‘g‘iniga ega dinamik ob’yekt ekani isbotlandi. Jarayonni tavsiflovchi massa almashinuvi, issiqlik balansi tenglamalari va havo namligi dinamikasi olingan tajriba ma’lumotlari bilan yuqori darajadagi mutanosiblikni ko‘rsatdi. O‘tish xarakteristikasi natijalariga ko‘ra, quritgichning namlik bo‘yicha javobi sekin va bosqichma-bosqich kechadi, bu esa tizimni boshqarishda inertsiyalarni va ichki kechikishlarni hisobga olish zarurligini ko‘rsatadi. Jarayonning ikki inertsiya bo‘g‘inidan tashkil topgan uzatish funksiyasi quritish tizimining boshqaruv uchun murakkab ob’yekt ekanini tasdiqladi. Boshqaruv strategiyalari tahlili shuni ko‘rsatdiki, an’anaviy PID boshqaruv barqaror, ammo juda optimal natija bermaydi. Fuzzy-rostlagichlar esa tizimning nochiziqli segmentlarida samaraliroq boshqaruvni ta’minladi. Noaniq model asosida basharotlovchi model esa eng yaxshi natijani ko‘rsatib, energiya sarfini 11–14 % gacha kamaytirdi, chiqish namligini esa ±0.1 % diapazonda ushlab turdi. Tadqiqot natijalari mavhum qaynash qatlamli quritgichlar uchun zamonaviy intellektual boshqaruv tizimlarini joriy etish zarurligini ko‘rsatdi. Ishlab chiqilgan matematik model va o‘tish xarakteristikalari sanoat sharoitida quritgichlarni avtomatlashtirish, energiya samaradorligini oshirish va mahsulot sifatini barqarorlashtirish bo‘yicha amaliy qo‘llanmaga ega. V. Adabiyotlar 1. D. Kunii and O. Levenspiel, Fluidization Engineering, 2nd ed. Butterworth–Heinemann, 1991. 2. M. Rhodes, Introduction to Particle Technology. Wiley, 2008. 3. A. S. Mujumdar, Handbook of Industrial Drying, 4th ed. CRC Press, 2014. 4. S. Lecompte, B. Ameel, et al., “Dynamic modeling and control of fluidized bed dryers,” Chemical Engineering Science, vol. 164, pp. 249–264, 2017. 5. H. Arastoopour, “Modeling of fluidized beds for drying applications,” Powder Technology, vol. 356, pp. 345–358, 2019. 6. J. G. Ziegler and N. B. Nichols, “Optimum settings for automatic controllers,” ASME Trans., vol. 64, no. 11, 1942. 7. E. F. Camacho and C. Bordons, Model Predictive Control. Springer, 2007. 8. D. E. Seborg, T. F. Edgar, and D. A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, 2nd ed. Wiley, 2004. 9. A. Karimov and S. Abdug‘aniyev, “Kimyo sanoati quritkichlarini avtomatlashtirishning zamonaviy usullari,” O‘zbekiston Kimyo Jurnali, vol. 3, no. 2, pp. 55–63, 2020. 10. ISO 21898:2020, Drying equipment — Terminology and general classification, International Organization for Standardization, 2020.