Теоретичні та експериментальні дослідження теплообмінних процесів термічного розкладу вуглецевмісної сировини в удосконаленому піролітичному апараті

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2017 р. Дисертацію присвячено вивченню теплових процесів, які відбуваються у апаратах піролізу вуглецевмісної сировини, задля вдосконалення конструкції основного та допоміжного обладнання установок для вуглевипалювання. Розглянуто існуючий попит на деревне вугілля як один з альтернативних енергетичних ресурсів сучасності. Досліджено актуальність тематики для розвинених країн світу та України зокрема. Проведено мікроскопічне дослідження структурної будови деревини п'яти порід. Досліджено кінетику сушки сировини із різним рівнем початкової вологості. Побудовано енергетичні криві сушки і аналітично оцінено можливу економію первинного палива на цій стадії виробничого циклу. Розроблено експериментальну установку для визначення коефіцієнту тепло-провідності деревини, яка враховує не тільки нелінійність зміни коефіцієнта теплопровідності деревини з підвищенням температури до 600°С, а й анізотропію теплопровідних властивостей матеріалу. Запропоновано спосіб ідентифікації коефіцієнта теплопровідності деревини, який базується на розробленій експериментальній установці. Для визначення коефіцієнту теплопровідності деревини за результатами теплофізичного експерименту вирішено зворотну задачу теплопровідності. Виявлено неефективність теплової ізоляції на зовнішніх поверхнях елементів конструкції існуючої установки. Запропоновано нові заходи ізолювання для зменшення теплових втрат до навколишнього середовища. Запропоновано новий принцип закладання дерев'яних полін з урахуваннях геометрії сировини та вагонетки. Вдосконалено конструкцію вагонетки таким чином, що максимізувати корисний вплив усіх теплових потоків, які циркулюють у апараті.Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in specialty 05.17.08 – processes and equipment of chemical technology. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" of Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2017. The thesis is dedicated to the study of thermal processes taking place in pyrolysis apparatus of carbon-containing materials, to improve the design of the main and auxiliary equipment for charcoal burning installations. The existing demand for charcoal as one of the alternative energy resources of the present days is considered. The urgency of the subject for the developed countries of the world and Ukraine, in particular, has been explored. A microscopic study of the structure for five woods breeds is conducted. The kinetics of the raw materials drying process with a different level of initial moisture is studied. The energy curves of the drying process are constructed and the possible saving of primary fuel for this stage of production cycle is analytically estimated. An experimental installation for determining the thermal conductivity coefficient of wood, which takes into account not only the nonlinearity of the wood thermal conductivity change with temperature increasing up to 600°C, but also the anisotropy of material thermal conductive properties is developed. The method of wood thermal conductivity coefficient identifying, based on the developed experimental installation, is proposed. For the identification of the wood thermal conductivity coefficient, the inverse heat conduction problem is solved by the results of the thermophysical experiment. The inefficiency of the existing pyrolysis unit thermal insulation is identified. New measures of isolation that helps to reduce heat losses into the environment are proposed. A new methodology for wooden logs loading, taking into account the geometry of raw materials and trolleys, is proposed. The construction of the trolley is modernized in a way to maximize the effect of all heat flows that circulate in the apparatus.