close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

18736

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 66.092-977
А.Н. Грачев
ИССЛЕДОВАНИЕ БЫСТРОГО ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ РАСТИТЕЛЬНОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ
(Казанский государственный технологический университет)
E-mail: andri@hitv.ru
Представлены результаты исследований процесса быстрого пиролиза древесины.
Определены зависимости скорости абляционного пиролиза древесины от силы и скорости механического воздействия на образец.
Технология быстрого пиролиза позволяет
обеспечить термохимическую переработку биомассы растительного происхождения до 80 % от
исходной массы сырья в жидкие продукты [1, 2],
которые вызывают большой интерес вследствие
высокой энергетической плотности и возможности их использования в качестве альтернативного
жидкого топлива [3]. Процесс быстрого пиролиза
заключается в термическом разложении органических соединений биомассы в отсутствие окислителя , при относительно низких температурах 450550°С, высокой скорости нагрева 500-1000 °С/с и
незначительном времени пребывания продуктов в
реакционном пространстве (до 2-3 с) [3]. В большинстве случаев для обеспечения требуемых режимных параметров процесса и высокого выхода
жидких продуктов необходимо измельчение исходного сырья до минимальных размеров 1-2 мм,
что сопряжено с дополнительными затратами.
Высокий выход жидких продуктов пиролиза при
большем размере исходного сырья (более 10 мм)
можно получить при пиролизе древесины в абляционном режиме [5]. В случае абляционного быстрого пиролиза происходит механическое удаление зоны прореагировавшего продукта, что приводит к интенсификации процесса за счет снижения термического и диффузионного сопротивления [6]. В статье представлены результаты экспериментальных исследований процесса быстрого
абляционного пиролиза древесины.
Эксперименты осуществляли на экспериментальном стенде, схема которого представлена
на рис. 1.
Стенд включает в себя реакционную камеру 1, систему пневматической подачи образца,
систему управления и регистрации данных, конденсатор 2, газгольдер 3 и баллон с инертным газом 4. Реакционная камера содержит вращающийся в вертикальной плоскости на валу 5 диск 6. Вал
5 связан с электродвигателем 7 клиноременной
передачей. Параллельно поверхности диска 6 в
реакционной камере установлен трубчатый элек110
тронагреватель 8. В нижней части камеры расположены патрубки отвода парогазовой смеси 9 и
твердой фазы. Cбоку реакционной камеры установлен патрубок подвода инертного газа 10, который сообщается с баллоном 4. Герметизация реакционной камеры осуществляется крышкой 11,
которая включает в себя держатель образца 12,
выводы для проводов измерительных устройств,
потенциометр 13 и пневмоцилиндр 14. Держатель
образца закреплен на двух направляющих с возможностью перемещения в перпендикулярном
направлении к плоской поверхности диска 6, соединен жесткой связью со штоком пневмоцилиндра 14 и ползунком потенциометра 13. Испытуемый образец 15 закрепляется в держателе образца
12. Перемещение держателя образца и создание
заданного контактного усилия на поверхности образца осуществляется с помощью системы пневматической подачи образца, которая включает в
себя последовательно соединенные: компрессор
16, ресивер 17, регулятор давления 18, манометр
19, пневмораспределитель 20 и пневмоцилиндр
14. Патрубок отвода парогазовой смеси 9 реакционной камеры сообщается трубопроводом с входным патрубком конденсатора 2, который соединен
гибким трубопроводом с газгольдером 3. Система
управления и регистрации данных включает в себя частотный преобразователь 29, регулятор мощности 30, терморегулятор 31, блок питания 32,
аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 33,
компьютер 34, термоэлектрические преобразователи (термопары) 35 и 36, потенциометр 13, фотодиод 37 и светодиод 38. Фиксация экспериментальных данных осуществляется в дискретном
режиме с помощью АЦП 33, который работает
под управлением программного обеспечения компьютера 34. Полученные цифровые значения передаются в память компьютера и затем сохраняются в базу данных. Дальнейшая обработка сохраненных экспериментальных данных позволяет
сделать заключение об изменении режимных параметров процесса во времени. Фиксация темпе-
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2008 том 51 вып. 12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ратуры внутри испытуемого образца 15 осуществляется термопарами 35, которые устанавливаются
в подготовленные отверстия образца на заданном
по длине расстоянии. Измерение температуры
диска 6 осуществляется с помощью термопары 36,
которая имеет параллельное подключение к аналоговому входу АЦП 33 и терморегулятору 31.
Зависимость линейного перемещения испытуемого образца во времени, а равно и изменение размера образца, фиксируется изменением разности
потенциалов на контактах потенциометра 13. Ре-
гистрация мгновенных значений частоты вращения диска 6 обеспечивается подключением к АЦП
33 фотодиода 37, который освещается светодиодом 38. Регулирование частоты вращения диска 6
осуществляется изменением частоты переменного
тока в диапазоне 0–50 Hz частотным преобразователем 29.
Экспериментальные исследования напредставленном стенде осуществлялись следующим
образом. В течение 30 мин осуществлялся прогрев реакционной камеры электронагревателем
Рис.1 Схема экспериментального стенда для исследования быстрого абляционного пиролиза
Fig.1 Scheme of experimental set up for fast ablative pyrolysis study
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2008 том 51 вып. 12
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
до достижения стационарного режима при заданной температуре диска. Тем временем, предварительно подготовленный образец размерами
25´25´40 мм и абсолютной влажностью 8% закреплялся в держателе образца с помощью затяжного винта. При достижении заданного значения
температуры диска 6 в реакционную камеру устанавливалась крышка 11, обеспечивая герметизацию камеры. После герметизации реакционной
камеры осуществлялась ее кратковременная продувка инертным газом из баллона 4, производилось включение электродвигателя 3 при заданной
частоте вращения диска 6, включение лини циркуляции хладагента конденсатора, включение
АЦП в режим сбора данных и установка требуемого давления на линии нагнетания пневмоцилиндра. Эксперимент начинался после включения
пневмораспределителя 20, при этом осуществлялась подача образца с заданным усилием на вращающийся диск 6. Образующаяся в реакционной
камере парогазовая смесь направлялась в конденсатор 2, где происходил процесс конденсации паров. Неконденсирующиеся газы из конденсатора 2
направлялись в газгольдер 3. Эксперимент заканчивался при достижении держателем образца 12
поверхности диска 6 путем прекращения подачи
сжатого воздуха в нагнетательную камеру пневмоцилиндра. В ходе эксперимента данные с термопар
35, 36, потенциометра 13 и фотодиода 38 фиксировались АЦП и сохранялись в виде файлов на компьютер. Дальнейшая программная обработка данных заключалась в селективном выделении из общего массива интересующей области параметров
эксперимента; фильтрации и сглаживании выделенных данных; дифференцировании функций и
определении линейной скорости абляционного пиролиза. Результаты представлены на рис. 2, 3.
На рис. 2 представлена экспериментальная
кривая скорости абляционного пиролиза Vабл в
зависимости от давления, полученная при пиролизе сосновых образцов при постоянной температуре (500°С) и частоте вращения диска 180 об/мин.
Как видно из данной зависимости, увеличение
давления оказывает значительное влияние на скорость процесса. Увеличение скорости при повышении контактного давления можно объяснить
уплотнением зоны термического разложения, что
приводит к увеличению коэффициента ее теплопроводности, улучшению условий эвакуации парогазовой смеси из зоны реакции путем выдавливания, более совершенному тепловому контакту
на границе раздела фаз и измельчению готового
продукта. Экспериментальная кривая скорости
абляции в исследуемом диапазоне давлений может быть описана степенной функцией.
112
Рис. 2 Экспериментальная кривая скорости абляционного
пиролиза в зависимости от давления
Fig. 2 Experimental curve of ablative pyrolysis rate vs pressure
На рис. 3 представлена экспериментальная
зависимость скорости абляционного пиролиза от
частоты вращения диска. Данная зависимость была получена при постоянном значении температуры диска (500°С) и давлении 2 атм.
Рис. 3. Экспериментальная зависимость скорости абляционного пиролиза от частоты вращения диска
Fig. 3. Experimental dependence of ablative pyrolysis rate on
frequency of disk rotation
Как видно из данной зависимости, скорость абляционного пиролиза значительно увеличивается с ростом частоты вращения диска до 220
об/мин, что соответствует средней линейной скорости смещения диска относительно образца 1,43
м/с. Дальнейшее увеличение частоты вращения
приводит к стабилизации скорости пиролиза на
уровне 0,35-0,37 мм/сек. Такой характер зависимости можно объяснить наличием двух принципиально различных режимов абляционного пиролиза: при низких частотах вращения диска, а равно и низких скоростях смещения диска относи-
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2008 том 51 вып. 12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельно образца, над зоной термического разложения образуется зона уплотненного готового продукта, которая приводит к значительному лимитированию скорости пиролиза. Поэтому, в этом
случае, незначительное увеличение скорости
смещения диска относительно образца приводит к
значительной интенсификации процесса вследствие механического сдвига и уноса зоны готового
продукта. Во втором случае, при скорости смещения диска относительно образца свыше 1,43 м/с,
толщина зоны термического разложения стремится к нулю, и процесс лимитируется кондуктивным
подводом теплоты к зоне реакции, теплопроводностью древесины, скоростями реакций разложения и отвода продуктов, при этом скорость пиролиза при дальнейшем увеличении частоты оборотов остается практически постоянной.
Таким образом, на основе экспериментальных исследований определены зависимости
скорости абляции при быстром механоактивированном пиролизе древесины сосны от скорости и
силы механического воздействия на зону термического разложения. Установлены два принципиально различных режима абляции: в первом случае, при низких скоростях и давлениях на образец,
в области контакта образуется зона уплотненного
готового продукта, которая приводит к уменьшению скорости пиролиза по мере увеличения ее
термического сопротивления, при этом кривая
абляции имеет вид степенной функции с показателем степени менее единицы; во втором случае,
при более высоких скоростях и давлениях на образец, толщина зоны термического разложения
минимальна и кривая абляции имеет линейный
характер (скорость процесса пиролиза практически остается постоянной). В связи с этим, при определенных значениях температуры и давления
существует оптимальное значение скорости механического воздействия, которое должно определяться путем минимизации удельных затрат энергии на процесс.
Исследования выполнены при содействии
гранта Президента Российской Федерации для
поддержки молодых российских ученых № МК5209.2007.8.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Грачев А.Н., Сафин Р.Г. Биомассу - в жидкое топливо
// Ресурсоэффективность в Республике Татарстан. 2007.
№ 1. С. 22-23.
Bridgwater A.V. // Chem Eng J. 2003. V. 91. P. 87-102.
Chiaramonti D. et al. // Renewable and Sustainable Energy
Reviews. 2007. V. 11. N 6. P. 1056-1086.
Czernik S, Bridgwater A. // Energy Fuels. 2004. V. 18.
P. 590-598.
Lédé J. et al. // Fuel. 1985. V. 64. P. 1514-1520.
Lédé J. et al. // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.
2003. V. 70. N 2. P. 601-618.
Кафедра переработки древесных материалов
УДК 621.355.8
С.В. Гуров, Ю.Л. Гунько, О.Л. Козина, М.Г. Михаленко
ВЛИЯНИЕ МЕДИ НА АНОДНОЕ ОКИСЛЕНИЕ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗНОГО ЭЛЕКТРОДА
В ЩЕЛОЧНЫХ РАСТВОРАХ
(Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева)
E-mail: ASP-GSV@yandex.ru
Комплексом исследований, включающим переменно-токовые и хроноамперометрические методы, установлено, что окисление железа протекает как по жидкофазному,
так и по твердофазному механизмам, и зависит от свойств образующегося барьерного
слоя оксидов. Показано, что присутствие меди на поверхности железного электрода
увеличивает проводимость поверхностных оксидных слоев.
Образование барьерных слоев в растворах
щелочей снижает электрохимическую активность
железа [1]. Одним из активаторов железа выступают соединения серы. Положительное влияние
меди на пористый железный электрод установле-
но в работе [1]. Однако механизм влияния меди до
настоящего времени остается неизученным.
Целью данной работы было изучение
влияния добавки меди на характеристики поверхностных пленок в растворах щелочей.
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2008 том 51 вып. 12
113
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
294 Кб
Теги
18736
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа