ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
УДК 67.05: 66.040.287
ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АКТИВИРОВАНННОГО УГЛЯ
Сотников Виктор Георгиевич
ассистент
Хабибуллина Альмира Режеповна
к.т.н., доцент
Рябушкин Дмитрий Георгиевич Ланкин Кирилл Александрович
аспиранты ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет»
Аннотация: В работе описан процесс производства активированного угля методом пирогенетического разложения, рассмотрены и описаны тепломассобеменные процессы: конвективной сушки, кондуктивного пиролиза, паровой активации и сушки активированного угля. Представлена математическая модель процесса производства активированного угля.
Ключевые слова: органические отходы, активированный уголь, кондуктивный пиролиз, тепломассоперенос, конвективная сушка, ресурсосбережение
HEAT AND MASS TRANSFER IN THE PRODUCTION
OF ACTIVATED COAL
Sotnikov Viktor Georgievich
Khabibullina Almira Rezhepovna
Ryabushkin Dmitry Georgievich
Lankin Kirill Alexandrovich
24
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Abstract: The paper describes the process of producing activated carbon by the method of pyrogenetic decomposition, considers and describes the heat and mass transfer processes: drying, pyrolysis, activation of cooling, drying of the adsorbent.
Key words: organic waste, activated carbon, conductive pyrolysis, heat and mass transfer, convective drying, resource conservation
Встатье поставлена задача, определения рациональных температурных режимов процессов переработки органических отходов в активированный уголь с получением сведений об изменении массы и температуры фракций в ходе термохимических процессов.
На рис. 1 представлена схема установки переработки отходов в активированный уголь [1].
Конструктивно установка производства активированного угля представляет собой вертикальную реторту, где измельченные в зоне 1 отходы непрерывно движутся сверху вниз и по мере прохождения зон сушки 2, пиролиза 3, активации 4, охлаждения 5, укупорки 6 превращаются в готовый продукт[2÷7].
Взонах установки 2-5, происходят эндотермические процессы сушки, пиролиза, активации поддерживаемые экзотермическими процессами горения
иохлаждения в результате которых образуются пар необходимый для активации угля и топочные газывыгоревшие горючие газы с температурой около 1000 °С.
Установка работает по принципу кондуктивного пиролиза. Топливом для работы установки служат горючие газы, получаемые при разложении отходов.
25
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Рис. 1. Установка переработки отходов в активированный уголь
Теплообменные процессы, протекающие при производстве активированного угля, описываются уравнениями теплопереноса Фурье [10]:
W |
|
|
|
c |
|
T |
= |
T |
|
|
|
T |
|
+ q |
|
|
|
|
сл |
сл |
|
|
сл |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
М |
|
сл |
|
М |
h |
|
l |
|
|
сл |
l |
|
|
xp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Массообменные процессы в зонах сушки и охлаждении описываются уравнениями Лыкова А.В. [8÷11]:
U |
|
|
U |
|
|
|
2 |
Ty |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= a |
m |
x |
2 |
+ a |
m |
|
x |
2 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
При пиролизе происходят более сложные массообменные процессы, чем при сушке, поскольку происходит разложение отходов на уголь и парогазовую смесь. Этот процесс описывается дифференциальными уравнениями химической кинетики [3,7]:
26
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
|
др |
= −k |
|
|
|
; |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
др |
|
др |
||
|
|
|
|
|||
Изменение плотности записывается соотношениями:
|
y |
|
|
|
|
угля
= k
и
|
|
|
; |
m |
y |
= |
|
|
|
|
|
||
др |
|
др |
|
|
||
|
|
|
|
перегретого
(1 − )k |
др |
|
др |
|
|
пара в зоне активации
w |
|
y |
= −k |
|
|
; wП |
П |
= −k |
|
|
П ; wГА |
ГА |
= k |
|
|
|
y |
h |
а |
h |
а |
h |
а |
П |
|||||||||
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
Разработанная математическая модель позволяет отследить динамику массы, температуры всех компонентов образующихся при производстве активированного угля и определить конструктивные размеры узлов установки.
Список литературы
1.Патент РФ № 2694347, 11.07.201МПК С 10 B 53/00. Способ получения активированного угля.
2.Установка переработки древесных отходов в активированный уголь. Сафин Р.Г., Зиатдинова Д.Ф., Сотников В.Г., Рябушкин Д.Г., Гумеров Д.Р.
Всборнике: Современные машины, оборудование и IT-решения лесопромышленного комплекса: теория и практика. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Воронеж, 2021. С. 324328.
3.Методика расчета пиролизной зоны в установке производства активированного угля. Сафин Р.Г., Зиатдинов Р.Р., Сотников В.Г., Рябушкин Д.Г., Тимербаева А.Л. Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2021. Т. 24. № 3. С. 26-35.
4.Моделирование процесса измельчения и транспортирования органических отходов в установке производства активированного угля. Сафин Р.Г., Зиатдинов Р.Р., Сотников В.Г., Рябушкин Д.Г., Гумеров Д.Р., Чжан С.В. Системы. Методы. Технологии. 2021. № 2 (50). С. 152-157.
5.Моделирование процесса измельчения и транспортировки органических отходов для установки по производству активированного угля. Сотников В.Г. Системы. Методы. Технологии. 2021. № 3 (51). С. 92-97.
6.Моделирование процесса охлаждения в установке производства активированного угля. Сафин Р.Г., Зиатдинов Р.Р., Степанова Т.О., Рябушкин Д.Г., Гумеров Д.Р., Сотников В.Г. Деревообрабатывающая промышленность. 2021. № 3. С. 78-86.
27
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
7.Конструктивный расчет пиролизной зоны установки производства активированного угля. Сафин Р.Г., Степанова Т.О., Зиатдинов Р.Р., Рябушкин Д.Г., Петров В.И., Сотников В.Г. Деревообрабатывающая промышленность. 2020. № 3. С. 45-55.
8.Сафин Р.Г., Зиатдинов Р.Р., Сотников В.Г., Рябушкин Д.Г. Методика расчета зоны активации в установке производства активированного угля // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2021. №4. С. 43 – 50.
9.Р.Г. Сафин, Р.Р. Зиатдинов, В.Г. Сотников, Д.Г. Рябушкин, Д.А. Ахметова/ Моделирование процесса сушки древесных отходовв установке производства активированного угля/ Системы. Методы. Технологии. -2021.- №4.- С.79-86.
10.Моделирование зоны вакуумного охлаждения активированного угля. Абдуллина Д.Р., Фахрутдинов Р.Р., Сотников В.Г. В сборнике: Вакуумная техника и технология. Десятая Российская студенческая научно-техническая конференция: материалы конференции. Казань, 2021. С. 107.
11. Узел вакуумного охлаждения активированного угля. Абдуллина Д.Р., Фахрутдинов Р.Р., Сотников В.Г. В сборнике: Вакуумная техника и технология. Десятая Российская студенческая научно-техническая конференция: материалы конференции. Казань, 2021. С. 161-162.
© В.Г. Сотников, А.Р. Хабибуллина, Д.Г. Рябушкин, К.А. Ланкин, 2021
28
МЦНП «Новая наука»