Разработка пиролитической установки непрерывного действия Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

UDC 62

Yemelyanov A.B., Baturin E.V., Rudyka E.A., Myagkov A.A. Development of a pyrolytic continuous installation.

Разработка пиролитической установки непрерывного действия.

Yemelyanov A.B.

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technology of Organic Compounds, Polymer Processing and Technosphere Safety. Voronezh State University of Engineering Technologies

Baturin E.V.

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technology of Organic Compounds, Polymer

Processing and Technosphere Safety. Voronezh State University of Engineering Technologie

Rudyka E.A.

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technology of Organic Compounds, Polymer Processing and Technosphere Safety.Voronezh State University of Engineering Technologies

Myagkov A.A.

Master of the Department of Technology of Organic Compounds, Polymer Processing and Technosphere Safety.

Voronezh State University of Engineering Technologies

А.Б. Емельянов

Кандидат технических наук, доцент кафедры технологии органических соединений, переработки полимеров и

техносферной безопасности. Воронежского государственного университета инженерных технологий

Е.В. Батурина

Кандидат технических наук, доцент кафедры технологии органических соединений, переработки полимеров и

техносферной безопасности. Воронежского государственного университета инженерных технологий

Е.А. Рудыка

Кандидат технических наук, доцент кафедры технологии органических соединений, переработки полимеров и

техносферной безопасности. Воронежского государственного университета инженерных технологий

А.А. Мягков

Магистр кафедры технологии органических соединений, переработки полимеров и техносферной безопасности.

Воронежского государственного университета инженерных технологий

Abstract. In the article, the authors consider the development of a pyrolytic installation of continuous action. Keywords: pyrolytic installation, continuous action, furnace, pyrolysis process.

Аннотация. В статье авторы рассматривают вопрос разработки пиролитической установки непрерывного действия.

Ключевые слова: пиролитическая установка, непрерывное действие, печь, процесс пиролиза.

Рецензент: Сагитов Рамиль Фаргатович, кандидат технических наук, доцент, заместитель директора по научной работе в ООО «Научно-исследовательский и проектный институт экологических проблем», г.

Оренбург

На сегодняшний день в России 97 % твердых коммунальных отходов подлежат захоронению на многочисленных свалках, расположенных вблизи крупных городов. Уже через десять лет площадь этих скоплений мусора рискует достигнуть 8 мил. га. Такая перспектива грозит нанести значительно больший урон экологии, чем тот, что уже нанесен ранее погребенными отходами. Проблему экологической угрозы со стороны твердых коммунальных отходов (ТКО), в некоторой степени можно решить, применяя процесс пиролиза для их утилизации. К сожалению, данная методика уничтожения мусора не находит широкого применения на территории РФ, однако, в России имеется обширная научно-техническая база по этому вопросу, включающая в себя ряд новейших изобретений, описывающих конструкции новых пиролитических установок. Среди них особое внимание заслуживает установка для тепло- массообменной обработки многокомпонентных продуктов [1].

Данное устройство предназначается для переработки отходов пищевых и химических производств. Предложенная установка состоит из ряда элементов, осуществляющих механическое отделение влаги от продукта, его предварительную подсушку, тепловое воздействие на продукт, а так же отделение фракций готового продукта от общей массы газовзвеси.

Сердцем данного устройства является массообменный аппарат, а все остальные его составляющие можно считать вспомогательным оборудованием, необходимым для проведения процесса переработки отходов. Конструкция и принцип действия массообменного аппарата были описаны ранее в установке, носящем название «Печь для термической регенерации адсорбента» [2]. Предлагаемый аппарат, так же может быть использован для переработки отходов пищевого и химического производства. Его схема представленная на рисунке 1.

Рисунок 1. Печь для термической регенерации адсорбента 1 - цилиндрическая камера, 2 - тангенсальный патрубок, 3 - камера выгрузки сухого продукта, 4 - верхняя часть камеры, 5 - конфузор, 6 - полая вставка, 7 - каналы, 8 - форсунка, 9 - патрубок для удаления теплоносителя, 10 - рецеркулирующий контур, 11 - отражатель

Представленная на рисунке печь работает следующим образом.

Предварительно подсушенный твердый компонент поступает в цилиндрическую камеру 1 через тангенсальный патрубок 2 в виде газовзвеси. Находясь в закрученном потоке частицы опускаются в нижнюю часть камеры к комфузору 5, где их подхватывает рецеркулирующий поток теплоносителя, движущийся через контур 10. Смесь теплоносителя и частиц фонтанирует в расширенной части полой вставки 6, при этом продукт

подсушивается. Газовзвесь, находясь в ядре фонтана, вращается вокруг вертикальной оси. Высохшие частицы продукта, достаточно легкие, чтобы струя теплоносителя подбросила их к основанию верхнего сужения вставки 6, подхватываются новыми струями газа и завлекаются в верхнюю область вставки, имея при этом большую скорость за счет сужения ее сечения. Не досушенные частицы, в свою очередь, достаточно тяжелые, чтобы подняться на нужную высоту, спускаются вниз по периферии расширенной области вставки, чтобы повторить свой путь. В верхней части вставки отражатель 11 отклоняет частицы смеси в радиальном направлении, в результате чего они попадают в камеру выгрузки 3.

Предлагаемая конструкция печи для термической регенерации адсорбента позволяет эффективно высушивать влажный материал в гидродинамическом режиме чередуя процессы его сушки и досушки. Рециркуляция теплоносителя в аппарате позволяет снизить энергозатраты за счет полной выработки его энергетического потенциала. Данная установка может быть использована, при соответствующей модернизации, не только в пищевой, но и в химической промышленности, как для сушки влажным материалов так и для пиролиза твердых отходов различного происхождения. При проведении процесса пиролиза важно ограничить доступ кислорода в пиролитическую камеру, этого можно добиться рециркулируя пиролитический газ внутри установки, по примеру того, как это было сделано в циклической распылительной сушилке непрерывного действия [3, 4]. При этом, для удаления образующейся золы важно иметь устройство, отбирающее зольные частицы из потока циркулирующей газовзвеси [3]. Учитывая все перечисленные параметры была разработана пиролитическая установка для регенерации измельчённых твердых бытовых отходов, представленная на рисунке 2.

Пиролитический газ ß

Л ________________-—

Рисунок 2. Зацикленная пиролитическая установка 1 - загрузочное устройство, 2 - рециркуляционный трубопровод, 3 - лопастной насос, 4 - пиролитическая камера, 5 - пеплоуловитель, 6 - клапан для откачки пиролитического газа, 7 - трубопровод забора

пиролитического газа для котла, 8 - котел.

Представленная зацикленная пиролитическая установка предназначена для переработки измельченний бытовых отходов. Она состоит из загрузочного устройства 1, в которое засыпается материал и транспортируется к рециркуляционному трубопроводом 2, при этом захватывая незначительное количество

кислорода из атмосферы. Измельченные отходы, попав в трубопровод 2, подхватываются циркулирующем в нем пиролитическим газом. Для поддержания необходимого напора в нижней секции трубопровода 2 установлен лопастной насос 3. Поток газа подает материал в пиролитическую камеру 4, которая представляет из себя полый шар с двумя входными отверстиями. Верхнее входное отверстие имеет большую площадь поперечного сечения чем нижнее, это вызвано необходимостью сознать в нем меньший напор газа, что необходимо для всасывания в него только легкой переработанной фракции - пепла. На следующем этапе, смесь газа и регенерата попадает в пеплоуловитель 5, где твердая фракция отбирается из потока и удаляется из установки [3]. Очищенный пиролитический газ продолжает свое движение по рециркуляционному трубопроводу 2, при этом в верхней части установки через клапан 6, часть его удаляется из обращения. Оставшийся газ частично используется как топливо для подогревающего котла 8 и отбирается из потока через трубопровод 7. Газ, прошедший все этапы отбора становиться теплоносителем и подогревается до необходимой температуры, проходя через котел 8. На этом завершается цикл обращения пиролитического газа и начинается новый.

Наиболее важным элементом в данной установке является пиролитическая камера. Ее, условно, можно разделить на зону входа частиц материала, зону свободного витания и регенерации частиц и на зону забора переработанных частиц материала. Так как скорость движения смеси газа и твердого компонента при постоянном напоре зависит от площади поперечного сечения трубопровода, то резко попадая в расширенную область пиролитической камеры, частицы материала резко замедляются и под действием своего веса по периферии спадают в зону входа частиц, где их снова подбрасывает вверх поток, еще не потерявшего свою скорость теплоносителя. Таким образом частицы материала витают в рабочей камере аппарата, до тех пор пока их вес не станет достаточно малым, чтобы потоки газа смогли затянуть их в заборный трубопровод. Так как площадь поперечного сечения заборного трубопровода больше, чем у подающего, то и скорость движения смеси газа и частиц в нем будет меньше, так же меньше будет его всасывающая сила.

В результате пиролиза частицы материала превращаются в еще более мелкие частицы пепла. Дабы предотвратить попадание не переработанных частиц материала в заборный трубопровод их масса должна быть больше предельной допустимой массы частиц, который способен затянуть заборный трубопровод. Соответственно, в заборном трубопроводе должен быть напор, способный затянуть частицы пепла, масса которых должна быть равной или меньше массы частицы пепла, образованной в результате переработки частицы материала имевшей минимальную предельную массу. Более крупные частицы в процессе разложения должны расщепляться на более мелкие и так же втягиваться в заборный трубопровод.

Предложенная конструкция позволит проводить процесс пиролиза измельчённых твердых коммунальных и химических отходах непрерывно. Так же, за счет ввода в рабочую камеру аппарата мелких частиц материала, их переработка будет происходить в кратчайшие сроки, что значительно повысит

производительность. Правильно подобранный режим работы установки позволит организовать надежный, качественный и быстрый процесс регенерации твердых коммунальных и химических отходов. Перечисленные преимущества, делают данный аппарат конкурентоспособным, относительно прочих конструкций пиролитических установок.

References

1. Патент РФ №2613232

2. Патент РФ №2459165

3. Кононов Н.Р. Создание циклической распылительной сушилки непрерывного действия / Н.Р. Кононов, А.Б. Емельянов, Ю.М. Нечёсова, А.А. Мягков // Актуальные направления научных исследований: перспективы развития: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 10 дек. 2017 г.) / Редкол.: О.Н. Широков [и др.]. - Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2017 - С. 190 - 192.

4. Шахов С.В. Разработка подхода рационального использования теплоносителя в распылительных сушилках / С.В. Шахов, Н.Р. Кононов, В.В. Шаршов // Актуальные направления научных исследований: перспективы развития : материалы VII Междунар. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 21 нояб. 2018 г.) / редкол.: О. Н. Широков [и др.]. - Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2018 - С. 98 - 100.