Исследование и выбор оптимальных технологических процессов сушки, измельчения и гранулирования соломы для получения твердого топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья

Исследование и выбор оптимальных технологических процессов сушки, измельчения и гранулирования соломы для получения твердого топлива

Aлтынова Aсем Ериковна, бакалавр "Материаловедение

и технологии новых материалов",

Карагандинский Государственный технический университет.

Саркенов Берик Бейсенович, кандидат технических наук,

заведующий кафедры "Металлургии, материаловедения и нанотехнологии"

(КарГТУ, г. Караганда, Казахстан)

Аннотации

Данная статья посвящена исследованию в лабораторных условиях технологии получения пеллет. Проведенное исследование позволяет утверждать, что в технологических процессах как сушка, измельчение и гранулирование должны соблюдаться требования к производству в виде численных, температурных и временных параметрах которые напрямую влияют на качество получаемого продукта.

Ключевые слова: сушка; измельчения; гранулирование; прессование; вибрационный истиратель 75Т-ДРМ; Гидропресс 50.

This article is devoted to research in the laboratory technology for production of pellets. The study suggests that in processes as drying, crushing and granulation must be observed production requirements in the form of numerical, temperature and time parameters that directly affect the quality of the product.

Keywords: drying; grinding; granulation; compression; vibration eraser 75T-FMT; Hydraulic 50.

УДК 662.8

Содержание

Прежде чем начать эксперимент обозначали цели и задачи осуществления работ связанные с сушкой соломы и провели литературный обзор. Работы велись по подбору оборудований и дополнительных средств. Изучались принципы работы барабанных сушек что является основным оборудованием в технологической линий.

Для сушки соломы подобрали из возможных ШСУ, сушильный шкаф ГОСТ 2823-59. А также дополнительно термометр МЕСТ 2823-59 для измерения температуры сушки в сушильной камере, тара, электронные весы и образцы соломы (Рисунок 1).

Рисунок 1. Экспериментальный комплекс для сушки соломы

В технологической линий получения пеллет основной стадией является отчистка от мусора и ненужных включений. Прежде чем начать сушить отчистили образцы. В литературном обзоре указано что влажность соломы не должна превышать 10-12 %, что является основным критерием качества прессования в нашем случае гранулирования. Эксперимент проводился следующим образом, дадим описание сушильному шкафу ШСУ:

Рабочий диапазон - 50…350 С

Отклонение температуры- 4 С

Количество стадий в одной программе -16

Объем рабочей камеры - 28х350х350

Размер печи - 450х310х510

Масса, кг - 30.

Сушильный шкаф СШУ позволяет термическую обработку в широком диапазоне при низких температурах в среде 350С.

Образец 1

Температура сушки - 105-120 С

Время сушки - 16:50-17:45

В данном опыте не получили нужных результатов увеличиваем время сушки и температуру сушки.

Температура сушки - 120-150 С

Время сушки - 17:45-18:45

Получен оптимальный результат, влажность соломы - 10,08 %

Образец 2

Температура сушки - 130…160 С

Время сушки - 17:58-18:33

В данном опыте не получили нужных результатов увеличиваем время сушки и температуру сушки.

Температура сушки - 130…160 С

Время сушки - 18:58-19:30

Температура сушки - 130-160 С

Время сушки - 18:58-19:30

Образцы просушены до нужной влажности, по технологии дальше образцы отправляются для измельчения.

Измельчение соломы. Измельчение соломы проводилось на вибрационном истирателе 75Т-ДРМ (Рисунок 2).

Рисунок 2. Вибрационный истиратель 75Т-ДРМ

Брались образцы соломы и общим методом наблюдения и принципу работы вибрационного истирателя находилась оптимальное время измельчения.

После 20 минут измельчения соломы под нагревом сгорали и время сократили до 7-и минут.

Получили солому в измельченном порошкообразном виде с размером 0,44 мкм, а также в зависимости от изначального вида соломы получили неоднородные образцы измельченной соломы. Процесс засыпки в контейнер вибрационного истирателя осуществлялась следующим образом: (Рисунок 3)

Рисунок 3. Процесс засыпки в контейнер вибрационного истирателя

Отметим что перед измельчением соломы оно было просушено в СШУ до нужной влажности, что дает практически осуществить теоретический разработанную технологию получения пеллет.

Измельчение образцов проводились в исследовательской лаборатории инженерного профиля.

В данном случае вибрационный истиратель очень эффективен, но в производственных масштабах он не сможет использоваться. В литературных данных указано что молотковая дробилка является самым оптимальным оборудованием для измельчения соломы. Молотковые дробилки, так широко используемые в производстве топливных пеллет - машины ударного действия, и предназначены они для измельчения материалов твердых и хрупких материалов. Ни древесные, ни сельскохозяйственные отходы к таким материалам не относятся, напротив, все они мягкие, упругие и при ударе так просто не разрушаются. При измельчении не учитывается, что межклеточная связь соломы равняется по прочности межмолекулярной связи низкосортных сортов стали. Получается, что необходимо перерабатывать тонкие стальные проволочки. Получение тонкодисперсных порошков с использованием молотковых дробилок связано с большим расходом энергии 1000 кВт*ч на тонну порошка. В результате затраты на переработку соломы на 1 тонну продукции колеблется от 120 до 420 кВт, что сводит рентабельность производства к нулю [1].

С точки зрения получения мелкодисперсного лигноцеллюлозного топлива, необходимо использовать аппараты, которые, работая в проточном режиме при производительности минимум 50-150 кг/час способны измельчать растительное сырьё до размеров меньше 150-200 мкм. Часть из них обладает высокой энергонапряжённостью и непериодического действия. По результатам исследований физико-механических свойств соломы известно, что из всех процессов (изгиб, растяжение, перетирание, срез), используемых в машинах для измельчения, наименее энергоемкий - процесс резания. Так, например, если максимальное сопротивление разрыву стебля риса достигает 76 Н, то максимальное сопротивление среза не превышает 37 Н [2]. технология пеллета солома качество

Соответственно меньше затрачивается работы на разрушение стеблей резанием, чем на разрыв. Поэтому обычные прямоугольные молотковые дробилки, применяемые для измельчения влажной соломы, надо заменит дробилкой снабженными режущими и истирающими элементами. Для решения проблемы были обоснованы задачи исследования, намечены пути и методы их решения. При этом проанализированы современное состояние и перспективы.

В рамках существующей технологии растительное сырье измельчается не до оптимальной дисперсности, а всего лишь до предельно достижимой с использованием оборудования определенного типа, то есть вибрационного истирателя [3].

Прессование (гранулирование) соломы. Прессование соломы осуществляли на гидропрессе 50, производство Турция. (Рисунок 4)

Рисунок 4. Гидропресс 50, METCON

Заранее заготовленные измельченные образцы прессовались под разными условиями для того что бы можно было сравнительно посмотреть свойства полученной пеллеты.

Гидропресс 50 предназначен для прессования металлических и неметаллических порошкобразных материалов. В нашем случае они был подобран максимально приближенно по технологии получения пеллета. В теории сказано, что для гранулирования используется прессгранулятор который прессует измельченную солому при нагреве (при гранулировании повышается температура) и указана температура как 100-150 градусов.

Приближенно к этому подбираем температуру массу образцов и прессуем 6 мин, а также устанавливаем разные время для держания после прессование что дает нам сведения о выделении лигнина в зависимости от повышения или же понижении температуры [4].

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Усилие можно регулировать до 330 Бар.

Температуру до 240 С.

Время работы до 59 мин.

Работая на Гидропрессе 50, мы можем получить образцы с размером от 25мм до 55мм, в нашем случае 50 мм.

Технические характеристики:

Напряжение - 220В;

Частота сети - 50В;

Мощность - 1,4 Квт;

Максимальная температура нагрева - 240 С;

Максимальное усилие - 210 Бар для 50 мм диаметра;

240 Бар для 40 мм диаметра;

270 Бар для 30 мм диаметра.

Образец 1

Т=154-194 С.

Р=280 Бар.

Образец 2

Т=154-164 С.

Р=280 Бар.

Полученные пеллеты отвечают условиям технологии получения пеллет.

Рисунок 5. Пеллеты под разным режимом прессования

Полученные методом прессования, пеллеты в дальнейшем будут исследоваться на механические свойства и будут построены графики зависимостей.

Структура образцов. После прессования образци исследуются на сканирующем микроскопе и в ходе работы получили следующий фотографии структуры пеллет (Рисунок 6).

Рисунок 6. Микроструктура образца 1 (время держания 6 мин)

В следующем рисунке даны микроструктура образцов 2 (Рисунок 7).

Рисунок 7. Микроструктура образцов 2

Отметим, что однородность пеллет имела зависимость от гранулометрического состава измельченного сырья, чем однороднее измельченная солома, тем лучше однородность образцов [5].

Предпочтительнее считать, что и это зависит от выделения лигнина при измельчении соломы. Факт в том, что чем мельче, тем больше лигнина, одним из факторов качества пеллет зависит и от гранулометрического состава. Однородность и мелкодисперстность напрямую увеличивают качество прессования измельченной соломы. Наличие неоднородности и крупности предвещает поры и низкое качество пеллет.

В температурных диапазонах оптимальная влажность сырья рассчитывается как 12-18 %. Соблюдение температурных режимов напрямую зависит на выделение лигнина, что в своих свойствах лигнин играет роль связующего.

В дальнейших исследованиях будут направлены на испытания теплотворности и механических свойств, полученных пеллет.

Библиографический список

1. Авштолис В.И. Брикеты и пеллеты с точки зрения бизнеса / Что выгоднее производить. ООО "ПИНИБРИКЕТ", 2010г., г. Санкт-Петербург.

2. Биоэнергия: технология, термодинамика. Д. Бойлз, М., Агропромиздат, 1987 г., 187 с.

3. Технологическая платформа "биоэнергетика", Москва, 2012.

4. Биотопливо и энергия для развития страны// Наука в России. 2012. № 4. С. 28-32.

5. Sims R.E.H., Mabee W., Saddler J.N., Taylor M. An overview of second generation biofuel technologies// Bioresource Technology. 2010. V. 101. P.1570-1580.

Размещено на Allbest.ru