Влияние влажности стебли хлопчатника (гуза-паи) и интенсивности теплового потока на скорость пиролиза | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 23 ноября, печатный экземпляр отправим 27 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (88) апрель-2 2015 г.

Дата публикации: 06.04.2015

Статья просмотрена: 86 раз

Библиографическое описание:

Халикова, Х. А. Влияние влажности стебли хлопчатника (гуза-паи) и интенсивности теплового потока на скорость пиролиза / Х. А. Халикова, М. А. Нурова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 8 (88). — С. 328-332. — URL: https://moluch.ru/archive/88/17076/ (дата обращения: 13.11.2024).

В данной статье показаны результаты исследований влажности гуза-паи на важные показатели, в частности, на производительность греющей стенки реактора, а также влияние интенсивности теплового потока на показатели пиролиза. Также нами были изучены причины, обусловливающие неоднородность поля температур при слоевом пиролизе гуза-паи.

Термовлагопроводность гуза-паи, зависящая от его влажности, влияет на продолжительность пиролиза гуза-паи, удельный расход энергии (тепла) и иные важнейшие характеристики процесса. В случае, если внутри гуза-паи существуют градиенты влажности и температуры, то влага при сушке перемещается: а) в результате наличия градиента влажности (влагопроводность), б) в результате наличия градиента температуры (термовлагопроводность).

В гуза-паи, как в коллоидно-капиллярно-пористом теле, термовлагопроводность слагается из термодиффузии жидкости пара, т. е. из капиллярной термовлагопроводности и относительной термодиффузии пара в воздух.

При наличии температурного градиента, вследствие термодиффузии, обусловленной молекулярным движением, газ перемещается по направлению потока тепла, в результате чего возникает градиент плотности газа. Градиент плотности стремится вызвать обычную диффузию в противоположном направлении. Противоположное движение будет продолжаться до тех пор, пока обычная диффузия не уравновесит термодиффузию, после чего наступает стационарное состояние. В случае неоднородности газа в смеси возникает относительная термодиффузия. Более тяжелый газ движется по направлению потока тепла, а более легкий - в обратном направлении.

А. В. Линовым впервые экспериментально подтверждено, что влага при небольших температурных градиентах перемещается в виде жидкости, и ее перемещение обусловлено молекулярным движением. Такое перемещение была названо термодиффузией влаги. Капиллярная влага, находясь в гуза-паи, перемещается по направлению потока тепла (от горячих мест к холодным), не только в силу термодиффузии, но и вследствие уменьшения капиллярного потенциала на горячем конце.

С повышением температуры, поверхностное натяжение уменьшается, следовательно, создается разность в капиллярном давлении.

Между горячим и холодным концами капилляра p2 ³ p1, так как капиллярное давление .

Это разница создаёт эффект стремления жидкости по направлению потока тепла, что и называется термовлагопроводностью капиллярно-пористого тела.

В полостях клеток гуза-паи, как известно, находится не только пар, но и воздух, следовательно, в частично заполненных сосудах имеется влажный воздух, т. е. смесь двух газов.

Последнее обстоятельство ведет к относительной термодиффузии. Воздух, приведенный вес которого , будет диффузировать по направлению потока тепла, а пар молекулярный, вес которого m=18, будет перемещаться против потока тепла, т. е. будет диффундировать из гуза-паи.

Таким образом, термовлагопроводность в гуза-пае слагается из термодиффузии жидкости и пара, капиллярной термовлагопроводности и относительной термодиффузии пара и воздуха.

Влияние это недостаточно изучено, в связи с чем, нами были проведены специальные исследования пиролиза гуза-паи с влажностью 110, 15 и 25 %. При объеме 103 м, крупность гуза-паи составила: (0–2; 2–5; 5–10; 10–25; 25–40; 40–80) и целики. Результаты опытов приведены в табл. 1. В таблице можно увидеть, что влажность существенно влияет на длительность пиролиза и удельный расход энергии (тепла). Характерно также и то, что независимо от влажности, наибольшую скорость пиролиза имеет гуза-пая с оптимальной крупностью (32–63) × 10–3. Это легко получить при обработке кривых зависимости продолжительности пиролиза от крупности. Из вышеприведенного материала также следует, что наблюдается конвективный теплоперенос [1,2].

Таблица 1

Влияние влажности гуза-паи на показателя пиролиза

Наименование показателей пиролиза

Влажность гуза-паи %

Размер частиц гуза-паи, 10–3м

0–2

2–5

5–10

10–25

25–40

40–80

целик

Расход энергии, кВт×ч Загрузка, кг Удельный расход энергии,

Продолжительность пиролиза, сек

25

11,0

1,90

5,78

 

13320

10,1

1,89

5,34

 

12060

9,2

1,83

5,03

 

11220

7,9

1,80

4,39

 

9720

6,85

1,79

3,83

 

8400

8,15

1,96

4,15

 

9840

13,8

3,05

4,53

 

10800

Расход энергии, кВт×ч

Загрузка, кг

Удельный расход энергии,

Продолжительность пиролиза, сек

15

9,86

1,72

5,55

 

11640

8,67

1,70

5,10

 

10560

8,24

1,70 4,85

 

10020

7,4

1,60

4,35

 

900

5,85

1,57

3,73

 

7140

7,05

1,72

4,10

 

8580

11,9

2,70

4,42

 

14400

Расход энергии, кВт×ч.

Загрузка, кг

Удельный расход энергии,

Продолжительность пиролиза, сек

10

8,83

1,66

5,31

 

10740

8,40

1,66

5,05

 

10260

7,42

1,59

4,66

 

9060

6,70

1,50

4,30

 

8160

5,50

1,50

3,68

 

6720

6,63

1,63

4,07

 

8100

10,80

2,52

4,20

 

13200

 

При исследовании влияния влажности гуза-паи на скорость ее пиролиза, интересным представляется установление производительности греющей стенки реактора (q кг/м2×ч), связь которой с характеристиками и продолжительностью процесса определяется следующей зависимостью:

                                                                                                                         (1)

где G- масса загрузки гуза-паи, кг; F — греющая поверхность реактора м2; t — продолжительность пиролиза, сек.

Опытным путем было установлено, что для мелких фракций значение q заметно возрастает при снижении исходной влажности гуза-паи, тогда как для крупных фракций это различие весьма мало (табл. 2.). Дело здесь видимо в том, что в случае мелких фракций испаряющаяся влага не имеет возможности быстро эвакуироваться из слоя, что способствует появлению изотермического периода сушки. При этом не наблюдается и сближения температур в точках замера для пиролиза сырья неодинаковой влажности. Использование крупного сырья, слой которого содержит большие пустоты, снижает указанные затруднения.

Таблица 2

Влияние влажности гуза-паи на удельную производительность греющей поверхности реактора

Наименования показателей пиролиза

Влажность гуза-паи %

Размер частиц гуза-паи, 10–3м

0–2

2–5

5–10

10–25

25–40

40–80

целик

Загрузка, кг

Продолжительность пиролиза, сек

Удельная производительность греющей стенки кг/м2×t

25

1,90

13320

 

 

0,258

1,89

12060

 

 

0,283

1,83

11220

 

 

0,300

1,80

6170

 

 

0,340

1,79

8400

 

 

0,392

1,96

9840

 

 

0,362

3,05

16800

 

 

0,334

Загрузка, кг

Продолжительность пиролиза, сек

Удельная производительность греющей стенки кг/м2×t

15

1,72

11640

 

 

0,270

1,70

10560

 

 

0,296

1,70

10020

 

 

0,310

1,68

9000

 

 

0,342

1,57

7140

 

 

0,403

1,72

8580

 

 

0,368

2,70

14400

 

 

0,344

Загрузка, кг

Продолжительность пиролиза, сек

Удельная производительность греющей стенки кг/м2×t

10

1,06

10740

 

 

0,284

1,66

10260

 

 

0,297

1,59

9060

 

 

0,320

1,56

8160

 

 

0,351

1,50

6720

 

 

0,410

1,63

8100

 

 

0,369

2,52

13200

 

 

0,350

 

Зависимость удельной производительности греющей поверхности реактора от одновременного изменения крупности и влажности исходного материала может быть выражена в общем виде многочленом.

                                                                                              (2)

где L — крупность гуза-паи, 10–3 м; w — начальная влажность %. Из табл. 2 видно, что зависимость от каждого из этих параметров не линейна. В этом случае значения коэффициентов вi могут быть найдены из системы уравнений, составленной по методу Гаусса:

                                                                    (3)

 

Вычисление значений сумм в этой системе и последующие ее решения с помощью ЭВМ позволило установить окончательный вид уравнения (2)

                                          (4)

Статистический анализ уравнения (4) показал, что оно адекватно отражает результаты опытов.

Влияние интенсивности теплового потока на производительность греющей стенки при одновременном изменении и влажности гуза-паи можно установить одномерным сечением уравнения (4). Интенсивность теплового потока также влияет на протекание пиролиза при постоянной влажности (табл. 3). Эти зависимости в конечном итоге одинаковы.

Таблица 3

Влияние интенсивности теплового патока на показателей пиролиза гуза-паи.

Наименование показателей пиролиза

Тепловой поток Вт

Размер частиц гуза-паи, 10–3м

0–2

2–5

5–10

10–25

25–40

40–80

целик

Расход энергии, кВт×ч

Загрузка, кг

Удельный расход энергии, кВт×ч/кг

Продолжительность пиролиза, сек

2,02×103

10,10

1,85

5,47

 

 

18000

9,80

1,80

5,25

 

 

16680

8,38

1,84

4,55

 

 

14880

8,08

1,85

4,37

 

 

14280

6,46

1,70

3,80

 

 

11700

7,9

1,92

4,12

 

 

13920

13,80

3,08

4,32

 

 

23640

Расход энергии, кВт×ч

Загрузка, кг

Удельный расход энергии, кВт×ч/кг

Продолжительность пиролиза, сек

2,96×103

 

 

 

13320

11,00

1,90

5,78

 

 

12240

0,10

1,89

5,34

 

 

11220

9,20

1,83 5,03

 

 

9720

7,90

1,80

4,39

 

 

8400

6,85

1,79

3,83

 

 

9840

8,15

1,96

4,15

 

 

16800

13,80

3,05

4,35

 

 

16800

Расход энергии, кВт×ч.

Загрузка, кг

Удельный расход энергии,

кВт×ч/кг

Продолжительность пиролиза, сек

3,40×103

11,00

1,87

5,92

 

 

11220

9,90

1,82

5,43

 

 

10380

9,75

1,90

5,13

 

 

9660

8,38

1,90

4,42

 

 

9000

6,70

1,74

3,85

 

 

6960

7,91

1,90

4,17

 

 

9000

14,20

3,10

4,58

 

 

14700

 

Продолжительность работы греющей стенки реактора растет с увеличением интенсивности теплового потока. Эти явления тем заметнее, чем мельче фракции гуза-паи. Причины их лежат в затруднениях конвективного теплопереноса.

Выводы.

1.         Термовлагопроводность гуза-паи, в зависимости от ее влажности влияет на продолжительность пиролиза, удельный расход энергии (тепла) и иные важнейшие характеристики процесса. Влияние это недостаточно изучено, поэтому нами были проведены специальные исследования пиролиза гуза-паи с влажностью 10, 15 и 25 %.

2.         Опытным путем было установлено, что для мелких фракций значение производительности греющей стенки реактора (кг/м2×τ), заметно возрастает при снижении исходной влажности, тогда как для крупных фракций это различие весьма мало.

3.         Продолжительность пиролиза гуза-паи сокращается и производительность греющей стенки реактора с увеличением интенсивности теплового потока.

 

Литература:

 

1.         Петров В. С., Левин Э. Д. Графо-аналитической метод расчета продолжительности пиролиза древесных материалов. Межвузовский сборник трудов «Химия и химическая технология древесины». Красноярск. 1973, вып.1. с. 79–80.

2.         Chirkov V. G. Heat and Power on the Basis of Fluid Fuels Produced by Thermolysis of Plant Biomass. // Proc. of the 9ch Int. Conf. Ecological Energy Resources in Agriculture. Sept. 17–18, 2004. Rowland diaries (Lithuania). P. 101–105.

 

Основные термины (генерируются автоматически): Продолжительность пиролиза, удельный расход энергии, расход энергии, греющая стенка реактора, направление потока тепла, тепловой поток, удельная производительность, влажность, Влияние влажности, Влияние интенсивности.


Похожие статьи

Перспективы использования бурого угля Ангренского месторождения в качестве сырья для получения синтез-газа

В статье приводятся данные экспериментального исследования теплофизических характеристик бурого угля Ангренского месторождения, используя предложенный метод на основе квазистационарного теплового режима, сущность которого состоит в измерении температ...

Влияние температуры, фотопериода и концентрации микросолей в питательной среде на продуктивность картофеля в культуре in vitro

Приведены результаты исследований по изучению комплексного влияния температурного режима, фотопериода и концентрации натрия молибденовокислого в питательной среде на индукцию образования микроклубней картофеля в культуре in vitro.

Исследование двухфазного фонтанирующего слоя в коническом аппарате

В статье исследуются разработанные аналитические зависимости по определению значения сопротивления слоя, критической скорости и скорости витания в зависимости от толщины слоя и влажности для модельных материалов.

Радиолюминесценция в кристаллах PbWO4

В работе представлены результаты исследования влияния дефектов структуры на радиолюминесценции в кристаллах PbWO4. Показано что снижение выхода радиолюминесценции с ростом концентрации структурных дефектов обусловлено не только реабсорбцией свечения ...

Влияние предпосевной обработки семян нанобиосеребром на ростовые процессы и водный обмен озимой пшеницы в условиях моделируемой засухи

Исследовано влияние предпосевной обработки семян нанобиосеребром на устойчивость растений пшеницы к условиям моделируемой засухи на ранних этапах развития. Установлено, что под влиянием нанобиосеребра наблюдалось увеличение высоты и площади листовой ...

О трехчленном законе фильтрации газа с учетом влияния начального градиента и инерционных сил

Приведенные исследования показывают, что наличие начального градиента имеет место не только на нефтяных, но и на газовых месторождениях. Кроме того, начальный градиент в основном не остается неизменным в процессе разработки, а часто меняется. Существ...

Исследования влияния температурно-влажностных режимов на структуру ткани

В статье приведены результаты экспериментальных исследований влияния температуры и влажности среды для транспортирующих лент. Также освещены исследование этих свойств и изучение их закономерностей на основе разработки математических моделей. Получены...

Математическая модель синтеза газогидрата в пористой среде при инжекции газа

Решена задача об образовании газогидрата в природном пласте, насыщенном газом и водой, в результате нагнетания газа. Получены численные решения плоскоодномерной задачи, описывающие распределения основных параметров в пласте. Исследовано влияние прони...

Изменения в минералогическом составе диабазовых пород месторождения Узунбулак II в результате термической обработки

Учитывая то, что диабазы являются нетрадиционным сырьевым материалом силикатной промышленности, их свойства сильно зависят от термической обработки. В статье рассмотрено влияние нагрева на их химико-минералогический состав.

Воздействие усадочных явлений на защитно-отделочное покрытие стен из пенобетона

Показана кинетика усадочных деформаций в полимерцементных составах с учетом количественных величин полимерных добавок поливинилацетатной дисперсии или каучукового латекса. Представлена информация о влиянии изменяющихся температур и количества добавок...

Похожие статьи

Перспективы использования бурого угля Ангренского месторождения в качестве сырья для получения синтез-газа

В статье приводятся данные экспериментального исследования теплофизических характеристик бурого угля Ангренского месторождения, используя предложенный метод на основе квазистационарного теплового режима, сущность которого состоит в измерении температ...

Влияние температуры, фотопериода и концентрации микросолей в питательной среде на продуктивность картофеля в культуре in vitro

Приведены результаты исследований по изучению комплексного влияния температурного режима, фотопериода и концентрации натрия молибденовокислого в питательной среде на индукцию образования микроклубней картофеля в культуре in vitro.

Исследование двухфазного фонтанирующего слоя в коническом аппарате

В статье исследуются разработанные аналитические зависимости по определению значения сопротивления слоя, критической скорости и скорости витания в зависимости от толщины слоя и влажности для модельных материалов.

Радиолюминесценция в кристаллах PbWO4

В работе представлены результаты исследования влияния дефектов структуры на радиолюминесценции в кристаллах PbWO4. Показано что снижение выхода радиолюминесценции с ростом концентрации структурных дефектов обусловлено не только реабсорбцией свечения ...

Влияние предпосевной обработки семян нанобиосеребром на ростовые процессы и водный обмен озимой пшеницы в условиях моделируемой засухи

Исследовано влияние предпосевной обработки семян нанобиосеребром на устойчивость растений пшеницы к условиям моделируемой засухи на ранних этапах развития. Установлено, что под влиянием нанобиосеребра наблюдалось увеличение высоты и площади листовой ...

О трехчленном законе фильтрации газа с учетом влияния начального градиента и инерционных сил

Приведенные исследования показывают, что наличие начального градиента имеет место не только на нефтяных, но и на газовых месторождениях. Кроме того, начальный градиент в основном не остается неизменным в процессе разработки, а часто меняется. Существ...

Исследования влияния температурно-влажностных режимов на структуру ткани

В статье приведены результаты экспериментальных исследований влияния температуры и влажности среды для транспортирующих лент. Также освещены исследование этих свойств и изучение их закономерностей на основе разработки математических моделей. Получены...

Математическая модель синтеза газогидрата в пористой среде при инжекции газа

Решена задача об образовании газогидрата в природном пласте, насыщенном газом и водой, в результате нагнетания газа. Получены численные решения плоскоодномерной задачи, описывающие распределения основных параметров в пласте. Исследовано влияние прони...

Изменения в минералогическом составе диабазовых пород месторождения Узунбулак II в результате термической обработки

Учитывая то, что диабазы являются нетрадиционным сырьевым материалом силикатной промышленности, их свойства сильно зависят от термической обработки. В статье рассмотрено влияние нагрева на их химико-минералогический состав.

Воздействие усадочных явлений на защитно-отделочное покрытие стен из пенобетона

Показана кинетика усадочных деформаций в полимерцементных составах с учетом количественных величин полимерных добавок поливинилацетатной дисперсии или каучукового латекса. Представлена информация о влиянии изменяющихся температур и количества добавок...

Задать вопрос