автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.03, диссертация на тему:Разработка технологии и оборудования по пиролизной утилизации отходов переработки продуктов растениеводства

Херсонський державний технічний університет

, А Агєєв Максим Сергійович

° V

/

J

УДК 677.027.5.04

Розробка технології та обладнання з піролізної утилізації відходів переробки продуктів рослинництва.

і. 18.03. - первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Херсон - 2000 р.

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті. '

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Чурсіна Людмила Андріївна

Херсонський державний технічний університет, завідуюча кафедрою виробництва натуральних волокон

Офіційні опоненти - доктор біологічних наук, професор, академік УААН Патика Володимир Пилипович, Інститут сільськогосподарської мікробіології УААН, м. Чернігів

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Жуплатова Людмила Михайлівна - завідуюча лабораторією стандартизації, Інституту луб'яних культур УААН, м. Глухів

Провідна установа - Інститут землеробства УААН, с.м.т. Чабани, Київської області

Захист відбудеться 2 березня 2000 року о 10 год на засіданні спеціалізованої вченої ради Д67.052.02 у Херсонському державному технічному університеті за адресою: 32500Х, м. Херсон Бериславське шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою: 325008, м. Херсон Бериславське шосе, 24

Автореферат розісланий 20 січня 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор

Якимчук Р.П.

Загат.!і а характеристика роботи

Лж'уі.іиііс.гь , Проб/киь пі'і'і’.к'ЛІу.н підкопів агропромислового виробництва, кі!їк.;>. іілїіік г- н;іі:;:.ї! легкіші складає 100-120 мли. г. ка рік, вирішується ржкиїша »о»» тежипої іб імрстюЄян, стеорезімм исвітяього обладнання, ■.-і,» пятоі ефемюекх муіоаія і кюеобіа лраготукипм з я:« найрізноманітнішого ,,тіті'ь.’і-і-; шкроодга ачг^тк-* Согк» тисяч рпдаиані’лшх промислових, кормових од: и і?, »ідаог.«» респигкої пролукікї. Сярзд них вирішальну роль

(‘••••«єй' я^гаджі, іиг ¡її.; з ::ч-і миле, .уг/.-Ю' їнз £иро»еі»а, нехгии, фруктовий порошок,

!~Н . І гііЛ.ОГН. Л< 'ОС .

Оіі,;і тгхож гідовачити, ідо синодні чксгиьні переробні галузі АПК України «щск'яують відходи ч'к етори.’піу окрі'їідау для виготовлення різноманітної продукції.

а тцгої плпуїлі7 у оуфшьі .«рмиглгчост: мокяг наділити сухий жом і добріша, •=.! і • луну та :іг<уьаши мочоний - замінники незбі*раного молока та

• и;л :>р. -:шірто;.ій - вугге'гксвоїу, кормові дрй'сд'Ж?. у кртматьно-патоковій -сухі і:оріг*! :л іілгн.

:-гл .дачі! -зае тп^аіізгі переробки АПК ке в змозі виріїситя

V: ¡.;гісі:;,ііїг;«ії упіРІ?їн:ї кс'г. чадів лтор'-інкої скровлян. Найбільш гостро ця ; £>{гї»е прл п<»рвкшзй ¡ч-р-гр-'-С-пі продукт р.ктгаикцтза, ІЗ ВИСОКИМ ВМІСТОМ ■ •Г.-.. -15 СчОШНІі'ЗСТІ ЇЧ Х>!ГЧНОЇ Г»,М8И і акпіфічяі фізичні влаетирості відходів і продуктів і: пегоебуготг, вирімекня н.зл! зкчтгіа істікої кілмсосіі ічтпімЬадійяих завданнь,

ну*» с лс-г-зткі терміни. Виріши» ці зав лан« я тряднціГиіЮ'Ш технологічними заходами . тгоЗлйь'К ,і;.с> }и::;Г«гувапі ішпхоч їх утилізації методом вакуумної

1‘ 'і '.С". .V..;:?і о,Виуоіжгїістїч зпч|«мгекаюш<'Т г«<ігол:)гії дпє можливість отримати

• і арозухш пірішзу. Лл ми.< віачосяпм фурфурол, метанол, левоглюкозан, ■от.іп, оізю вуглецю, пцепнек, гцгтоії, оцтова, пропіонова та мурашина кислоти. Але

цінним продуктом г.іролізу цечгеиоздмісшіх підходів переробки різноманітішх <: 4і.аюгі*«ас чягте активепа^е вугілля.

Ил&фвСТиви НІ РОДІВ рЬ-КОМД!.'!«»«.' рослинного походження для виділення . о гущлі до цього часу иккш.-.тс* мало рнглгєпим. Існуючі на цей час технології

^ лг.ше ияад -зугіллл сярию. Не вивчена роль сировинних

ошкзйо ксїкьі-іч уікчічаиії, а параметри та характеристики «и-! і'-я оті' г!>юг;аст г.ри і-гр’£м.:н:і< ріїїп.'х ввдів ¡іктив^заяого вугілля, потребують

і::.!-.'!-! О ЩКІІЛ’ЛКЯ.

ІГ.'.’П’.’Гі. Дисертаційна робота

у вия«-аід!іості з ¿аьдашші Державної науково-технічної програми . . • (лс-. у.!.:. Лі< .¿!срА.«-омітгту Уьрвімч з питань науки та техніки від

). плаа'лс кутово •досяіаі»..,< Р£-5;т Міністерства освіга України та рішенням :; ;л н;-ї рядії. (гіро’о:-ріі ?&?. від 2?,і2.5'6і:.), яорікавіїої програми Міністерства науки України л .’ГЛО.; гід 23 *?-ТЛ*7 :'■•) і игчаті-'-ліі-;' іг.і.пнів кафеври внребндадтеа нптура/гьних волокон хакько'.о »ержавг.оіі'» техяі'иого уіп;!'.‘рг.-с:'ггу. аГегз та заад»я<и». . діісл^джяіч» Мжяо цієї роботи с розробки технологічних режимів і трух>98ИЯіс честатзрій!їп> сбяздклгшг дл* вакуумаої термічної перегонки відходів

переробки продуктів рослинництва з метою одержання екологічно чистого активованого вугілля.

Для досягнення поставленої мети передбачалось:

- виявити та обгрунтувати основні чинники, які впливають на процес піролізу та активації різноманітних продуктів рослинництва;

- теоретично обгрунтувати та дослідити рух матеріалів у робочих зонах шнекової машини

- на основі регресивного аналізу визначити вплив типу сировини та режимних чинників на

вихід вугілля із рослинних відходів; '

- розробити проект експериментальної установки для піролізної утилізації продуктів рослинництва здійснити її монтаж та узагальнити досвід її використання;

- перевірити технологічні параметри піролізної утилізації рослинних відходів у виробничих умовах.

Наукова новизна одержаних результатів Вперше одержано високоякісне актвоване вугілля за рахунок використання відходів переробки продукції рослинництва певного фізико-хімічного складу. Проведена порівняльна оцінка відповідності сорбційної активності вуглів одержаних з різних типів рослинної сировини існуючим Державним стандартам. Розроблено та захищено патентом України спосіб отримання активованого вугілля з рослинних відходів і пристрій для його здійснення.

Розроблена математична модель, яка дозволила визначити кінцевий вихід вугілля в залежності від типу рослинної сировині, температури обробки та тривалості процесу піролізної утилізації.

Практична цінність та реалізація отриманих результатів Рекомендовано принципово новий підхід і технологію переробки відходів АПК методом піролізної утилізації на основі екологічно чистих безвідходних технологій, широкомасштабне використання якої забезпечує збереження деревини і дає можливість отримати значну кількість активованого вугілля з високими показниками якості.

Результати проведених досліджень перевірені на виробничій базі Херсонського обласного управління “Садвинпром”, держгосп завод ім. Мічуріна Цюрупинського району (акти виробничих випробувань №1 від 29.05.98 p., №2 від 25.12.98 р. та акт впровадження від 28.12.98р.). Тут застосовано спосіб отримання активованого вугілля з відходів переробки продукції рослинництва та обладнання для його здійснення, шо дозволило утилізувати ка 80% виноградну лозу після весняного обрізування.

Економічний ефект від впровадження запропонованої технології складав 133602 грн щорічно.

Особистий внесок здобувана в розробку отриманих наукових результатів складається з теоретичного вивченая існуючого рівня розвитку методів та форм утилізації відходів АПК. На підставі проведених лабораторних досліджень здійснено математичне обгрунтування технологічних характеристик дослідно-промислової установки. Розроблена регресійна модель процесу піролізу відходів рослинництва та їх активації. Проведені виробничі випробування надані практичні рекомендації щодо відповідності отриманих сорбентів вимогам Державним

з

аідартаи. За результатами досліджень зроблені висновки та рекомендації, щодо гропоисЕаної технології та обладнання.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи та окремі

розділи роботи розглядались і схвалені на: міжнародній конференції “Науково-технічний прогрес у перехідний період розвитку України”, (Херсон, 1995 р);

розширеному засіданні кафедри виробництва натуральних волокон Херсонського державного технічного університету, (Херсон, 15.02.1999 р);

науково-виробничому засідання відділу льону Інституту землеробства УААН, (Київ, 01.12.1999 р.)

Публікації за теч що дисертації. Основні положення дисертації викладено у шести г'кових працях, серед яких один патент на винахід та рішення на видачу патенту на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертація викладена на 112 сторінках машинописного :сту, схладається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, містить 21 таблицю, 16 ;ункіз, включає перелік літератури з 149 найменувань в тому числі іноземними мовами 14. У т.атках представлені акта виробничих випробувань, акт впровадження, таблиці допоміжних Ярових дані« та результати статистичної обробки даннх експерементів.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність теми, сформульовано мету, та завдання досліджень, іначені наукова новизна та практичне значення роботи.

Розділ 1. Огляд літератури за темою дисертації та визначення напрямків нових досліджень

У розділі подано огляд сучасного стану проблеми комплексної утилізації відходів юбництва АПК. Розглянуто наявні методи утилізації та переробки відходів виробництва, їначена динаміка кількості валового збору зернових та технічних культур, заготовленої евини, згідно з прийнятим коефіцієнтом відходів, доступності їх використання для дальшої піролізної утилізації.

З огляду робіт Штарке Л., Циганкова А.П., Бернадинера В.О., Храмцова В.Н. та ін., ісяячети дослідженням процесів утилізації відходів виробництва, встановлено, що для лізації значної групи рідкі«, твердих, пастоподібних і газоподібних відходів з великим стом і концентрацією органічні« і мінеральних речовин використовують термічні методи. ъ цих методів полягає у тепловій обробці відходів, що супроводжується окисленням чи іфїкацією горючих компонентів, їх термічним розпадом і виділенням з них нешкідливих

ОВІШ.

Аналіз цих робіт дозволив дійти до висновку, ідо загальних та універсальних методів з утилізації відходів переробки продуктів рослинництва не існує.

Виходячи з цього, було сформульовано мету роботи і визначено напрямки досліджень.

Розділ 2. Об’єкти і методи досліджень

Другий розділ присвячено добору методичних ПІДХОДІВ ЩОДО ОПТИМІ.ЗЇЦІЇ параметрі! піролізу вуглецемістких матеріалів. У зв’язку з цим розглянуто різні способи визначеній хімічного складу рослинних відходів і продуктів їх піролізу. Було з’ясовано, що вихід продукті: піролізу залежить від багатьох чинників, які можна об’єднати у дві групи:

- чинники, які зв’язані з характеристикою сировини (сировинні чинники);

- чинники, що характеризують режим процесу піролізу (режимні чинники);

До перших відноситься хімічний склад, щільність, розміри окремих часток ліролізоааїш: відході*, вологість сировини. Аналіз сировинних чинників дозволяє зробити ВИСНОВОК, ІЦі специфічний хімічний склад відходів рослинництва у порівнянні з хімічним складо! різноманітних віщі в деревини, в зв’язку з великим вмістом лігніну та пентозанів, зумовлю високий вихід вугільного залишку, уксусної кислоти та метанолу.

До режимних чинників відносяться параметри процесу піролізу - спосіб підводу тепл; кінцева температура піролізу, швидкість підйому температури. Режимні чинники значн впливають на величину виходу продуктів піролізу.

Вивчено вплив хімічних препаратів на вихід вугілля. Після проведеного аналіз встановлено, що хімічні речовини можуть бути ефективним засобом спрямованого піролізу дл отримання вугілля з встановленою фізико-хімічш/о структурою й властивостями.

Чисельні дослідження оптимізації сировинних та режимних чинників обробю використання нових хімічних реагентів не дозволяють значно збільшити вихід ціши продуктів і послідовний розпад їх компонентів. Зміна параметрів процесу не впливає і первинний механізм процесу утворення цінних продуктів і не дозволяє розв’язати проблел спрямованого терморозпаду рослинної сировини.

Розв'язання цієї проблеми є одним з важливих завдань, вирішення якого здійснеї шляхом дослідження та вибору оптимальних технологічних режимів піролізу відход рослинництва та активації кінцевого продукту.

Розв'язання цієї проблеми здійснено на основі конструкторської розробки обладнання, я можливо використовувати в умовах переробних підприємств. В розробці враховано фізик хімічні особливості складу різноманітних видів рослинних відходів.

Відомо, що основними чинниками, що призводять до змін у структурі рослинної СКрОВИ є температура, тривалість обробки, вологість продукту та тиск.

Найбільш повно цим вимогам відповідає технологічна лінія, яка включає в себе, основну частину, шнекову машину. Основними позитивними якостями шнекових машин можливість здійснення на ній безперервного технологічного циклу, забезпечення достати високого рівня автоматизації та механізації, можливість виконувати декілька технологічи

;рацій - транспортування, змішування, сушіння, термообробку, дегазацію та гранулювання подрібнювання. •

Незважаючи на високі можливості шнекових машин, отримання активованого вугілля з ібхідними сорбційнимн можливостями без вдосконалення їх конструкції неможливе. У язку з цим необхідно вдосконалити процес активації вугілля отриманого на шнековій лині. Ці питання пов’язані з більш глибоким вивченням пористої структури сорбентів, яка юдиться в наступному розділі.

Розділ 3. Теоретичні дослідження.

Теоретичні та експериментальні дослідженням присвячені розробці процесу активації лецемістких матеріалів і встановленню пористої структури отриманих вугільних сорбентів.

В основі процесу активації лежить термічна переробка вуглецеміских матеріалів у повідних умовах, результатом якої є утворення чисельних йор, щілин та тріщин і іьшеїшя площі поверхні пор на одиницю маси. Відомо, що сорбційні якості отриманого ивованого вугілля можна регулювати добором відповідної сировини, зміною тривалості та їв активації. Крім цього виявлено, шо кількість розподілешія розмірів пор залежить від іроди сировини, виду та умов процесу активації. У процесі хімічної активації арбонізованого матеріалу отримують вугілля високої адсорбційної активності, з відносно зокими мікропорами. Однак це вугілля забруднено органічними сполуками, які не даються відокремленню. Тому вихідний матеріал піддають піролізу, а потім активації яною парою, після чого отримують продукт який містить тонкодисперсні пори та не має ічних домішок.

Для прогнозування процесу виділення активованого вугілля з рослинних відходів роблена регресивна модель, яка встановлює залежність виходу сорбентів від різноманітних ників.

Згідно проведеного регресивного аналізу встановили, що на якість деревного вугілля ивають: тип сировини Хі, температура обробки Х2 та тривалість процесу піролізу Хз.

Вихідним параметром є кількість масової частки нелеткого вуглецю У.

Розрахунок коефіцієнтів рівняння регресії проводили на ЕОМ з використання пакета кладних програм “МАТЬАВ”, У результаті одержано рівняти регресії

У=44,146+115,512 Х3-Н3,271 Х2+ 5,695 X, - 74,853 X,2- 12,970 ХГХ2- 16,464 Х,Х3--5,604 Х22 +1,855 Х2Х3- 1,922 X,2

Аналіз одержаної регресії показує, що всі вхідні фактори суттєво впливають на процес лізу відходів. Можна зробити висновок, що максимальна масова частка нелеткого вуглецю в бути отримана для різних видів сировини при температурі Х2 від 300 до 400°С та іалості процесу Хз від 16 до 20 хвилин.

На підставі виконаних розрахунків одержана математична залежність, яка дозволяє з високою точністю прогнозувати величину вихідного параметру У.

Для визначення оптимальних робочих параемтрів шнекової машини зроблено спробу створити математичну модель. Застосовуючи метод Гіббса - Аппеля рівняння руху маси в екструдері можно значно спростити, якщо ввести нову дінамічну функцію енергії прискорень, які в цілому мають вигляд

28 = т№2 + £ Ієг + т<а41

Оскілки переміщувана маса, геомегрнчні парамери і швидкість обертання шнека ї загальному випадку є змінними величинами, то рівняння кінематичного зв'язку, що описує швидкість руху частинок у різних зонах шнекової машини запишеться у вигляді:

у2-ср2(р2 + р2)=<2

Рівняння енергії прискорень без урахування складного руху частинок у розглянутій зон запишеться: _

2Б = І + тф2 +р2)(ф2 + 2ішрф)(рр + рр)

Рівняння динаміки у загальному вигляді має вигляд:

= (£і(і = 1,2...п)

ар,

Узагальнені сили визначено з урахування рівняння кінематики

<3=М-Рл/р24р2

Підставляючи значення О далі у рівняння Гіббса- Аппеля отримали

^3 = т(р2 +р2)ср + тф(рр+ рр) = М-Р-^/р1 +р2

Із загального рівняння можна визначити ступінь стиснення переміщуваної маси в різних ах шнекової машини, швидкість переміщення маси залежно вія технологічних режимів юбки.

Для розвязання оігпшізаційних завданнь і добору оптимальної конструкції шнекової пини дане рівняння може бути записано для різних геометричних пареметрів шнека:

у випадку змінного кроку по умовній спіралі Архімеда:

У = ифл/і + Ф2

у випадку змінного кроку по гіперболічній спиралі:

V, ^

у випадку змінного кроку по логаріфмічкій спиралі:

ф - кут нахилу шнека.

Отриманні рівняння можуть бути викоростані для розробки проекту експериментальної ановки і дозволяють дібрати оптимальну конструкцію геометричних параметрів шнека в ежноосгі від технологічних режимів обробки.

Розділ 4. Експериментальна частина та методи дослідженнь.

У четвертому розділі наведено опис та основні технічні характеристики сконструйованої периментальної установки для виділення активованого вугілля з рослинної сировини.

Схема експериментальної установки для переробки продуктів рослинництва, яка адається з трьох основних частин: шнекової установки, камери парогазової активації та уумної камери наведена на рис.1.

У відповідності з основними завданнями роботи були вивчені якісні характеристики Ілля, виділеного з рослинних відходів за різних режимів піролізу.

Встановлені основні технологічні параметри, які впливають на якісні характеристики Ілля, а саме: температура піролізу та його тривалість.

s

Рис. 1 Схема експериментально — дослідної установки з утилізації відходів рослинництва.

1- Електродвигун головного привода, 2- черв'ячний редуктор; 3- робочий вал 4- бронзовий підшипник; 5-термопари; 6- ремінна передача; 7- завантажувальний люк; 8- камера зволожування; 9-камера дегазації; 10- асшраційна система; 1!- пароперегрівач; 12, 14- датчики теператури; 13, 15-датчики тиску; 16- резервуар з охолоджуючою рідиною; 17-відцентрові насоси; 18- клапан пішачки,19 - розвантажувальний люк; NL -форвакуумний насос; ND - дифузійний насос; РТ1 ,РТ2, РТЗ, РМ - вакуумметри; VE1. VE2iVE3 - вакуумні затвори, АС - камера активації;VC- камера вакуумащї.

Аналіз отриманих графічних залежностей (рис. 2) дозволяє зробити висновок, що вимогам Державного стандарту для деревного вугілля марки А вищого сорту ОКП 2455710120 відповідає вугілля, отримане з фруктових кісточок ( крива 1) у температурному інтервалі від 330 до 380°С.

Вугілля, отримане у температурному інтервалі від 340 до 370°С з низькосортних зернових та виноградної лози, відповідає деревному вугіллю марки Б першого сорту ОКП 245710230 (криві 2,3).

Криві 4,5 характеризують вугілля з лляної та конопляної костриці при температурній обробці у межах 300 - 350°С. Якісні показники його знаходяться в інтервалі значень на деревне вугілля марки Б другого сорту ОКП 2455710240.

У зв'язку з низькою щільністю кукурудзяних качанів отримане на їх основі вугілля (крива 6) при температурі у межах 350-400°С відповідає вимогам Державного стандарту для марки В ОКП 2455710300. Ця марка активованого вугілля не має практичного застосування в зв’язку з низькою якістю. Оскільки масова частка нелеткого вуглецю деревного вугілля, отриманого з корзинок соняшнику (крива 7), відносно мала, то подальша його активація недоцільна.

Зменшення тривалості обробки значною мірою впливає на вміст масової частки нелеткого углс-ціО. (Рнс.З) Відсотковий вміст масової частки нелеткого вуглецю зростає у часовому чгерзоп! від 12 до 20 хвилин.

Подальше збільшення тривалості процесу г.іролізу по ЗО хвилин спричиняє лише незначне ?.:еі!!лении гідссікозяп «місту місової частки нелегкого вуглецю, змінюючись віл 75,1 до \5%, «о цдповідгє вимогам ГОСТ 7657-34 ма ‘’Углль дрезесньга”.

Враховуючи різний фізико-хімічниіі склад оброблюваної сировини та техніко- економічні .І:-?ЛКІ!МЇ процесу ГіірОЛІЗу, ВОШГСВЛеИи ОІГПіМіЛї.на тривалість обробки для фруктових істо чек, т станом я;, 70 ксилілі (криві 1,2), г-нногралної лози - 13 хвилин (крива 3). У н'чжу з ¡-:і«м;ок> шіпьяіі/по к.осгрииі пьоиу п конопель оптимальна тривалість обробки нз .■:е;-.-;йіа,;уг.:Тїі 16 ¡свіпшн (квіті 4,5).

Вшіч» р-м-^із «арогкаж» «ігпі«-л;Й ¡.орОи і\гу агтлвність вугілля представлено на лс. 4 та 5. Алглпуюад стркмаві залежності можназроСлт вменоток, що вимогам ГОСТ 6217-п. •4.4. ■?.5;.Г>!і'.нніі; «кгаспдегі й-'.-ду иі.г,г.овідас шага погане вугілля, отримане на основі ¡г е г -; ¡¡‘сточок. чтоьгосорг.ікч с.ер«л>аж, виноградної лозк, костриці конопель (рис. 4) Т'чьі - в!дпо»ілко). Л5е-л.- перевірки сорбційної гкпючосгі отриманого активованого

вугілля по фенолу встановлено, що вимогам ГОСТ 17218-71, вілпевідзе активоване вугілля отримане на основі фруктових кісточок, низькосортних зернових та виноградної лози (рис, 5)

(криві 1,2,3-відповідно).

Для підвищення сорбцшшгс властивостей вугілля надалі було запропоновано обробку деревного вугілля тиском і вакуумом. Отримані результати показали, що сорбційна активність після цієї обробки вугілля по мелясі та метиленовому блакитному

підвищується (рис.6,7). Розроблені оптимальні режими обробки »угіпля тиском та вакуумом (рис.8.)

Температура іі;;;"“л?у. :.С

' 3. ■ ». асоьо; -й-х-:г ■■ ттлеїд: ул.и игчткраіуря.

фактом їсточки, 2 - шоі.косория зершйі, 3- внкярадка лаза, 4-і:.'.-' «ікспслі, 5- косіртк ігьоігу, 6- кукурудзяні качани,

Масова частка нелеткого вуглецю М.%

50 ———-1—1—------——-----——————---------

12 14 16 18 20 22 24 2$ 28 ЗО

Тривалість піролізу, хв.

Рис.З Зміна масової частки нелеткого вуглецю від тривалості піролізу.

Сорбційна активність, %

Тривалість активації, хв.

Рис.4 Зміна сорбційної активності вугілля по фенолу від тривалості активації.

Сорбційна активність, %

Тривалість активації, хв.

Рис. 5 Зміна сорбційної активопості активованого вугілля по йоду від тривалості активації.

Сорбційиа активність, %

Тиск парогазової суміші, М Па

Рис.б Зміна сорбційної активності активованого вугілля по мелясі від тиску парогазової суміші

п

У четвертому розділі наведена також технологічна схема виділенім активованого вугілля парогазовою активацією яка представлена на рис.9. _

Технологічний цикл утилізації рослинних відходів включає попередню їх підготовку, яка злягає в очищенні від механічних домішок, сортуванні, сушінні та подрібненні. Доведена до зрмованих значень сировина піддається термічному розкладу в процесі конвективного іштообміну. За рахунок підвищення температури і тиску оброблюваних відходів, здійснюється юцес піролізу. По закінченні пронесу піролізу за допомогою розпилювального пристрою тілля сирець зволожується з розрахунку 250мл води на 1000г вугілля. Гази, що утворюються «і цьому, уловлюються аспіраційною системою. Зволожена сировина надходить у камеру ірогазової активації. Отримані зразки активованого вугілля досліджувалися на сорбційну тивиість по фенолу, йоду, мелясі і метиленовому блакитному. Активоване вугілля з низькими ірбційшіми властивостями піддавалося подальшій парогазовій активації під тиском від 5х10б до 2,5х106 Па. Активоване вугілля, яке відповідає вимогам Державного стандарту ощаджується і надходить на розмелювання. Вугілля, що не відповідає вимогам Державного андарту, додатково проходить вакуумну обробку.

Рис.9 Технологічна схема отримання активованого вугілля

Розділ 5. Виробнича перевірка результатів досліджень з піролізу рослинних , . відходів та установки для його здійснення.

П'ятий розділ присвячено практичній реалізації результатів дослідження та аналізу якісних характеристик активованого вугілля.

У результаті проведених досліджень на базі експериментальної установки була створена виробнича установка для піролізу відходів переробки продуктів рослинництва. Виробничі дослідження проведені на ній, дозволяють провести перевірку теоретичних даних конструкції установки, виявити оптимальні технологічні параметри процесу, підтвердити експериментальні висновки вакуумної активації, уточнити оптимальні значеная тиску та тривалості процесу.

Виробничі випробування показали високу працездатність основних вузлів і механізмів, підтвердили основні технологічні параметри термічного розпаду та активації перероблюваної сировини.

У результаті проведених виробничих випробувань, розроблено комплект конструкторської документації, до якого входять наступні нормативно-технічні документи:

- технічні умови, ТУ Э4100-6;

- технічне завдання, ТЗ Э4100-6;

- паспорт, ПС Э4100-6.

Результати проведених випробувань наведено у таблиці 2. •

Таблиця 2.

Властивості одержаних сорбентів в залежності від режимів активації.

№ Сировина Режим обробки Номер ГОСТ Показники Марка Сорбенті в

темп., °С тиск., 106 Па трив., хайл. ‘Вакуум Па ГОСТ Екс-пер.

1 2 3 4 6 7 3 9 10

1. Фруктові кісточш 330- 380 2,0 20 1>0 4453-74 п.4.4 по метиленовому блакитному 70 по метиленовому блакитному 85,7 ОУ-А ОКП21 6 2360100

2, Низькосортні зернові 340- 370 2,0 18 1,3 4453-74 п.4.4 По мелясі 100 по мелясі 106,7 ОУ-Б ОКП21 6 2360200

3. Виноград на лоза 340- 370 и 18 1,3 6217-74 п.4.4 По йоду 75 по йоду 98,1 ОУ-В ОКП21 62310300

4. Кострице льону 300- 350 1,5 16 1,0 17218-71 20464-75 п.4.4. по фенолу 55 по йоду 75 по фенолу 76,8 по йоду 96,4 АГ-2 ОКП2 16215 0100 АГ-3 ОКП21 6215 0200

5. Костриця Конопель 300- 350 1,5 16 и 17218-71 6217-74 п.4.4. по фенолу 55 по йоду 75 по фенолу 68.7 по Йоду 87.8 АГ-2 ОКП21 6215 0100 АГ-3 ОКП2 16215 0200

Загальні висновки -

1. В результаті здійсненнях теоретичних та експериментальних досліджень створена математична модель процесу піролізної утилізації рослинних відходів, яка дозволяє встановити кількісний вихід вугілля сирцю з рослиннігх відходів залежно від типу сировини, температури та тривалості обробки.

2. Доведена можливість і доцільність піролізної утилізації: фруктових кісточок, низькосортних зернових, виноградної лозн, костриці льону та конопель.

3. Розроблене нетрадиційне експериментальне обладнання з піролізної утилізації рослинних відходів має включати шнекову машину, камеру парогазової активації та вакуумну камеру. Воно дозволяє отримувати сорбенти стандартної якості.

4. Для розв'язання оптимізаційннх завданнь руху матеріалу і вибору оптимальної конструкції шнекової машини запропоновано рівііяння для різних геометричних параметрів шнека.

5. Різні типи рослині«« відходів вимагають неоднакового режиму піролізної утилізації для фруктових кісточок оптимальними параметрами піролізної утилізації є температура 330 - 380°С, тривалість обробки 20 хв., активація парогазовою сумішшю та тиском 2,0106 Па, вакуумна обробка при вакуумі 1,0 Па. Для низькосортних зернових, виноградної лози, костриці льну й конопель ці параметри мають бути відповідно: 340-370°С, 18хв., 2,0-10б Па, 1,ЗПа; 340-370°С, 18хвл., 1,540й Па, 1,ЗПа; 300-350°С, Ібхвл., 1,5-Ю6 Па, 1,0Па та 300 - 350°С, Ібхвл., 1,5-Ю6 Па, 1,ЗПа.

6. Річний економічний ефект від впровадженій розробленої технологічної лінії для піролізної утилізації відходів рослинництва становив на 1998 рік 133 602 грн.

Пропозиції виробництву

Для отримання якісного, екологічно чистого активованого вугілля з відходів переробки юдуктів рослинництва рекомендується застосовувати технологію та обладнання, розроблене і кафедрі “Виробництва натуральних волокон” Херсонського державного технічного [іверситету, що дасть можливість визначити оптимальні технологічні параметри піролізної илізації відходів переробки рослинних продуктів. -

Рекомендовано для інтеснфікації процессу активації застосувати ваукумну обробку тілля за виявлинкми технологічними режимами.

Представлену технологію та обладнання використовувати безпосередньо на містах ворення відходів переробки продуктів рослинництва.

Основні результати дисертаційної . роботи надруковані

1. Агеев С.М., Агеев М.С. Определение структуры математической модели шнехг переменной геометрии.// НАН Украины. Математическое моделирование. Сборша научных трудов. К.: Институт математики -1996, С. 115-119.

2. Чурсіна Л.А., Повстяной М.В., Агеєв С.М., Клевцов K.M., Агеев М.С., Савельева В.В. Спосіб отримання активованого вугілля та пристрій для його здійснення.-Патент на винахід 21185Авід 04.11.97р.

3. Бергер Е.Э. Решетей А.А., Клевцов К.Н., Агеев М.С. Устройство слабасьтучих

материалов //Проблемы легкой текстильной промышленности Украшш.-1998.-№1 - С. 183-184. .

4. Бергер Е.Э. Решетей A.A., Клевцов К.Н., Агеев М.С. Получение активных углей из нетрадиционных видов сырья .//Весник Херсонского государственного технического университета.- 1998. J&4. С. 329-331.

5. Агеев М.С., Агеев С.М. Высокотемпературный процесс вторичной переработки с/х продукции на основе новой технологии.// Ресурсосберегающие и энергосберегающие технологии. Сборник научных трудов ХИИ. - 1996. Херсон. С. 170-172.

6. Клевцов K.M., Чурсіна Л.А., Агеєв С.М., Решетей O.A., Агеєв М.С. Спосіб регенерації активованого вугілля Заявка №99021030 від 23.02.1999г.

Агеев М.С. Розробка технологій та обладнання з піролізної утилізації відходів переробки продуктів рослинництва. - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю

05.18.03 - первинна обробка та зберіганій продуктів рослинництва. Херсонський державний технічний університет, Херсон, 1999.

В дисертації наводяться результати теоретичних і експериментальних досліджень, пов'язаних з розробкою технології та обладнання з утилізації відходів рослинництва з метою отриманім активованого вугілля.

На основі експериментальних досліджень і розробленої математичної моделі запропонована технологія процесу утилізації відходів рослинництва.

Розроблено дослідно - промислову установку для отримання активованого вугілля з нетрадиційних видів сировини. Здійснено промислове впровадження запропонованої технології та обладнання, наводяться дані про його ефективність у процесі експлуатації.

Ключові слова: піроліз, активоване вугілля, камера активації, сорбенти.

Агеев М.С. Разработка технологии и оборудования по пиролизной утилизации отходов греработки продуктов растениеводства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности

5.18,03 - первичная обрзботка и хранение продуктов растениеводства."?Херсонский юударственный технический университет, г. Херсон, 1999.

Украина располагает большими ресурсами полисахаридосодержащих растительных атериалов в виде отходов, образующихся при лесозаготовках, лесопилке и деревообработке, а иоке растительных отходов сельскохозяйственного и промышленного производства укурузшле початш, подсолнечная лузга, хлопковая, рисовая, овсяная шелуха, солома ютовых культур, виноградная лоза, фруктоЕые косточки отходы переработки натуральных шокон и др.).

Однако основная масса этих отходов по-прежнему используется нерационально, а эстоянно накапливающаяся их масса значительно загрязняет окружающую среду. В связи с шоженными в диссертации проводятся комплексные исследования по разработке щиоиальной, экономически выгодной, экологически чистой технологии утилизации отходов греработки продуктов растениеводства.

В данной работе представлены теоретические и экспериментальные исследования по оработке технологии комплексного использования растительных отходов, выбору тотальных параметров утилизации и определению качественных характеристик полученных юдуктов.

Изучив фракционный и физико-химический состав образующихся при первичной ;реработке продуктов растениеводства отходов, можно сделать вывод, что наиболее эфекгивным методом является термическая переработка. Использование предлагаемых хнологий дает возможность получения различных продуктов пиролиза. К ним относятся урфурол, ароматические вещества, ацетон, уксусная кислота, пропионовая, муравьиная ¡слоты. Наиболее ценным продуктом является древесный уголь.

Для проведения экспериментальных исследований бьиа разработана шнековая установка 1я получения древесного угля-сырца из растительных отходов. Анализ полученного угля жазал пригодность его для последующей активации. Так, древесный уголь, полученный на :нове плодовых косточек, соответствует углю сырцу марки А высшего сорта КП 24557101 20 по ГОСТ 7657-84. Уголь - сырец, полученный на основе низкосортных аковых культур и виноградной лозы, соответствует древесному углю марки Б первого сорта КП245710230. Уголь сырец, полученный из костры льна и конопли находится в допустимом ггерзале значений угля древесного марки Б второго сорта ОКГО455710240. Древесные угли, щученные на основе кукурузных початков и корзинок подсолнечника, не соответствуют ЗСТ и последующей активации не подлежат.

Для активации отобранных образцов древесных углей была создана двухкамерная тановка, состоящая из камеры активации и вакуумной камеры. Полученный уголь сырец гружали в камеру активации и там он проходил парогазовую обработку под давлением. В «цессе эксперимента были определены оптимальные режимы процесса для каждого вида

сырь». Дополнительная вакуумная обработка использовалась для получения высиюхачественных углей с повышенной адсорбционной активностью.

Анализ полученных активированных углей позволяет заключить, что применение предложенной технологии позволило повысить адсорбционную активность активированных углей по следующим показателям:

- метиленовый голубой, ГОСТ 4453-74на 5%;

- меласса, ГОСТ 4453-74 на 30%;

- йод, ГОСТ 6217-74 на 23%;

- фенол, ГОСТ 17218-71 на 42%.

Ключевые слова: пиролиз, активированный уголь, камера активации, сорбенты.

M.S. Agueyev. Elaboration of technology and equipment for perolisis utilization vegetation waste.

Thesis for searching the scientific of technical sciences candidate on specialty 05/18/03 -primary processing and vegetation products storage. Kherson state technical University. Kherson, 1999.

Thesis present the results of theoretical and experimenta! researches of equipment anti technology elaboration for complex utilization of vegetation waste in order to receive activated coal.

Optimum parameters are determined for utilization process as well as qualitative characteristic o1 obtained products. Experimental - industry installation is elaborated for materials. Introduction o: suggested equipment and technology is realized. There are data of its effectiveness b process o: operation.

Key words: perolisis, char coal, adsorbite.