Введение к работе
Актуальность темы. Во всём мире признано, что одним из основных направлений повышения эффективности производства является совершенствование использования сырьевых ресурсов. Рациональное расходование сырья в современных условиях тесно переплетается с проблемой утилизации отходов, так как использование последних – не только резерв повышения эффективности производства, но и радикальный путь уменьшения загрязнения окружающей среды. Квалифицированное использование отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки является одной из наиболее серьёзных и пока нерешённых проблем лесного комплекса.
Одним из перспективных видов переработки древесных отходов является пиролиз, который позволяет получить из отходов продукт в виде древесного угля. Однако, в большинстве случаев, используемые на деревообрабатывающих предприятиях технологии пиролиза не способны отвечать современным требованиям по энергозатратам, экологичности и эффективности. Также в связи с развитием деревообрабатывающих предприятий малой и средней мощности, в последнее время увеличился спрос на эффективные малогабаритные передвижные камеры пиролиза, отсутствие которых сдерживает переработку отходов. Высокая продолжительность процесса пиролиза приводит к отказу от использования на малых предприятиях существующих технологий получения угля, а новые высокотехнологичные установки дороги и доступны только для крупных деревообрабатывающих предприятий.
Таким образом, исследование процесса пиролиза с целью выявления интенсифицирующих факторов, совершенствование и разработка методов расчёта и аппаратурного оформления процесса пиролиза, является актуальной задачей.
Научная новизна.
-
Впервые разработана математическая модель процесса термического разложения органического сырья растительного происхождения, учитывающая стадии прогрева, сушки, термического разложения, конденсации и охлаждения готового продукта.
-
Разработана конструкция экспериментального стенда для исследования кинетики процесса пиролиза органического сырья, а также методика и соответствующее программное обеспечение для проведения исследований и обработки экспериментальных данных.
-
В результате математического и физического моделирования процесса, количественно и качественно определен характер влияния давления и температуры среды, размера, плотности и влажности образца древесины на продолжительность процесса и выход конечного продукта.
-
Экспериментально получены зависимости коэффициента термохимической усадки древесины от температуры и давления среды.
-
Математическим моделированием выявлен характер эволюции зоны термического разложения в процессе пиролиза.
Целью работы являлась разработка методов расчёта и аппаратурного оформления процесса пиролиза древесных отходов.
В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи:
-
Разработка и экспериментальная проверка математической модели процесса пирогенетического разложения древесины.
-
Разработка алгоритма и математическое моделирование процесса пиролиза древесных отходов.
-
Совершенствование существующего и разработка нового эффективного аппаратурного оформления для пиролиза древесных отходов.
-
Промышленная реализация результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Практическая ценность. На базе полученных в результате работы решений, разработана и реализована методика расчёта процесса пирогенетического разложения, позволяющая выработать рекомендации по повышению качества, интенсификации и снижению себестоимости процесса. Разработаны базовые конструкции передвижной и стационарной установок для пиролиза древесных отходов, новизна которых подтверждена патентом РФ.
Разработанная методика может быть использована при выполнении проектировочных и технологических расчётов камер для пиролиза древесины. Разработанные на базе экспериментального стенда алгоритмы и программное обеспечение могут быть использованы для всестороннего автоматизированного контроля над процессом пиролиза в подобных устройствах.
Реализация работы. Результаты проведённых в работе исследований реализованы при создании методики расчёта процесса пиролиза древесины и проектировании передвижной и стационарной промышленных установок, а также в учебном процессе на базе экспериментального стенда для изучения процесса пиролиза. Передвижная и стационарная установки приняты к внедрению на ЗАО «Ласкрафт» (г. Казань).
Автор защищает:
-
Математическую модель процесса пиролиза древесины.
-
Результаты математического моделирования и экспериментального исследования процесса пирогенетического разложения древесины.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: Научных сессиях КГТУ, г. Казань, 2003-2005 г.; Научно-технической конференции «Вакуумная техника и технология», г. Казань, 2005 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Лесной и химический комплексы: проблемы и решения», г. Красноярск, 2003 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Лес-2004», г. Брянск, 2004 г.; международных научных конференциях «ММТТ» 2003-2005 г.; Международной научной конференции «Энерго-ресурсосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства», г. Иваново, 2004 г.; Международной научно-практической конференции «Технологии, машины и производство лесного комплекса будущего» г. Воронеж, 2004 г.; IV Международном симпозиуме «Строение, свойства и качество древесины», С.-Петербург, 2004 г.
Конструкция стационарной установки для пиролиза древесных отходов была удостоена бронзовой медали на V Московском международном салоне инноваций и инвестиций в 2005 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 24 работы, из них 3 статьи и 2 патента на изобретения.
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.
Работа содержит 160 страниц машинописного текста, 30 рисунков и 4 таблицы. Библиографический список включает 160 работ российских и зарубежных авторов.
В руководстве работы принимали участие к.т.н., доцент Грачёв А.Н. и к.т.н., доцент Сафин Р.Р.
