Коэффициент теплоотдачи с помощью эмпирического выражения (7).
(7)
С целью оценки выхода продуктов термического разложения и протяженности зоны вторичного реагирования а (см. рис. 5) рассмотрим дальнейшее термическое разложение в тонком слое на удалении от образца (см. рис. 3). В результате химических реакций термического разложения на протяжении зоны 0<z<a с поверхности пленки возникнет поток парогазовой смеси. При z=a поток парогазовой смеси будет равен 0 а основным компонентом пленки будет древесный уголь.
Рис. 5 - Расчетная схема области термического разложения жидкого слоя
Согласно представленной на рис. 3 схеме процесса тепловой баланс для локального объема пленки в расчетной области запишется в виде выражения (8).
(8)
Левая часть уравнения (12) представляет собой удельный тепловой поток от нагретой поверхности к пленке, правая часть - расход теплоты, направленный на химические реакции в пленке, на испарение жидких продуктов термического разложения и на изменение температуры слоя соответственно. Концентрации продуктов термического разложения с учетом третичных превращений и испарения жидких продуктов пиролиза из зоны реакции опишутся с помощью дифференциальных выражений (9, 10, 11).
(9)
(10)
(11)
Изменение температуры слоя можно определить дифференциальным выражением (12).
Удельные затраты тепла на осуществление химических реакций термического разложения можно определить с помощью выражения 13.
(12)
(13)
Количество испаряемых жидких продуктов пиролиза (предполагается, что при испарении dT/dz=0) с помощью выражения (14).
Начальные условия для задачи (8)-(14) формулировались в виде среднеинтегральных значений температуры и концентраций компонентов в слое в зоне образца. Разработанная математическая модель решалась с помощью метода конечных разностей. При этом положение межфазной границы определялось с помощью метода ловли фронта в узел разностной сетки.
(14)
Рис. 6 - Расчетная зависимость скорости продвижения границы раздела фаз при различных толщинах интермедиата
На рис 6 приведена зависимость продвижения границы раздела фаз при различных толщинах слоя интермедиата δ при давлении 2 атм. Как показывают результаты математического моделирования с увеличением толщины слоя интермедиата скорость продвижения границы раздела фаз ξ снижается и, наоборот, с уменьшением толщины – увеличивается. Данное обстоятельство вызвано тем, что чем меньше толщина слоя интермедиата, тем меньше термическое сопротивление подвода тепла от поверхности контакта к древесине.
Заключение
В последние годы особенно динамично развивается рынок продуктов пирогенетической переработки древесины, таких как древесный уголь и древесно-угольные брикеты.
Ежегодно растет экспорт из России древесного угля и брикетов, имеющих низкую стоимость и высокое качество. В Западной Европе и США спрос на древесный уголь по статистическим данным, в среднем составляет примерно 1 кг в год на каждого жителя страны.
Однако существующие технологии по проведению процесса пиролиза не отвечают современным техническим требованиям по продолжительности процесса и улову газообразных продуктов.
Несмотря на сравнительную давность существования пирогенетической переработки древесины, развитие этого метода шло достаточно медленно. Поэтому в настоящее время в этой отрасли промышленности на заводах пирогенетической переработки существуют устарелые технология и оборудование.
Современные деревообрабатывающие предприятия, будучи энергоемкими и материалоемкими, нацелены на повышение коэффициента использования древесины местных и импортных пород и энергетической эффективности производственного процесса, что требует разработки энергосберегающих технологий переработки древесины, позволяющих пересмотреть вопросы использования древесины, в том числе и низкосортной. Такой инновационной энергосберегающей технологией на сегодняшний день может стать термомодифицирование, в результате которого древесина не только сохраняет ценные качества традиционного материала, но и приобретает новые свойства, расширяющие возможности ее применения.
Список использованных источников и литературы
Гелетуха, Г.Г. Обзор современных технологий получения жидкого топлива из биомассы путем быстрого пиролиза. Часть 1 /Г.Г. Гелетуха, Т.А. Железная// Экотехнологии и ресурсосбережение. Киев – 2000. №2. - С. 3-11.
Завьялов А.Н., Ефимов Л.М. / Новые разработки в области пиролиза древесины: Сб. тр. ЦНИЛ-ХИ, 1984. -190 с.
Калиткин, Н.Н. Численные методы /Н.Н. Калиткин// Москва -1978. - 512с.
Кислицин А.Н. Пиролиз древесины: химизм, кинетика, продукты, новые процессы. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 304 с.
Козлов В.Н., Нивицкий А.А. Технология пирогенетической переработки древесины. - М. – Л.: Гослесбумиздат, 1954. -510 с.
Корякин В.И. Термическое разложение древесины. - М. – Л.: Гослесбумиздат, 1962. - 305 с.
Тимербаев, Н.Ф. Современное состояние процесса пирогенетической переработки органических веществ / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, И.И. Хуснуллин // Вестник Казан. технол. ун-та. – 2011. – Т. 14, №3. – С. 169-173
Di Blasi, C. Heat transfer mechanisms and multi-step kinetics in the ablative pyrolysis of cellulose Chemical Engineering Science. -1996. -51(7). - P. 1121-1132.
Корякин В.И. Термическое разложение древесины. - М. – Л.: Гослесбумиздат, 1962. - 305 с.
Корякин В.И. Термическое разложение древесины. - М. – Л.: Гослесбумиздат, 1962. - 305 с.
Кислицин А.Н. Пиролиз древесины: химизм, кинетика, продукты, новые процессы. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 304 с.
Козлов В.Н., Нивицкий А.А. Технология пирогенетической переработки древесины. - М. – Л.: Гослесбумиздат, 1954. -510 с.
Завьялов А.Н., Ефимов Л.М. / Новые разработки в области пиролиза древесины: Сб. тр. ЦНИЛ-ХИ, 1984. -190 с.
Тимербаев, Н.Ф. Современное состояние процесса пирогенетической переработки органических веществ / Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, И.И. Хуснуллин // Вестник Казан. технол. ун-та. – 2011. – Т. 14, №3. – С. 169-173.
Di Blasi, C. Heat transfer mechanisms and multi-step kinetics in the ablative pyrolysis of cellulose Chemical Engineering Science. -1996. -51(7). - P. 1121-1132.
Калиткин, Н.Н. Численные методы /Н.Н. Калиткин// Москва -1978. - 512с.