Изменение теплофизических и теплотехнических характеристик отходов мукомольного производства в процессе медленного пиролиза

Вестник ТюмГУ. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика.


Выпуск:

2022. Том 8. № 3 (31)

Название: 
Изменение теплофизических и теплотехнических характеристик отходов мукомольного производства в процессе медленного пиролиза


Для цитирования: Шаненков И. И. Изменение теплофизических и теплотехнических характеристик отходов мукомольного производства в процессе медленного пиролиза / И. И. Шаненков, А. А. Астафьев, М. А. Гайдабрус, Р. Б. Табакаев // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2022. Том 8. № 3 (31). С. 23-43. DOI: 10.21684/2411-7978-2022-8-3-23-43

Об авторах:

Шаненков Иван Игоревич, кандидат технических наук, заведующий лабораторией ресурсоэффективных технологий термической переработки биомассы, Институт экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO), Тюменский государственный университет; i.i.shanenkov@utmn.ru; ORCID 0000-0001-7499-5846
Астафьев Александр Владимирович, кандидат технических наук, младший научный сотрудник лаборатории ресурсоэффективных технологий термической переработки биомассы, Институт экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO), Тюменский государственный университет; a.v.astafev@utmn.ru
Гайдабрус Мария Андреевна, лаборант-исследователь лаборатории ресурсоэффективных технологий термической переработки биомассы, Институт экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO), Тюменский государственный университет; m.a.gajdabrus@utmn.ru
Табакаев Роман Борисович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории ресурсоэффективных технологий термической переработки биомассы, Институт экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO), Тюменский государственный университет; r.b.tabakaev@utmn.ru; ORCID 0000-0003-3879-7353
Полный текст публикации скачать файл

Аннотация:

При пиролизе биомассы происходит постоянное изменение ее состава и структуры в течение всего процесса, в результате чего изменяются теплофизические характеристики углеродного остатка. Оптимизация технологических параметров процесса термопереработки различных видов биомассы требует наличия сведений о ее элементном составе и характеристиках, которые зачастую кардинальным образом изменяются с увеличением температуры. Целью настоящей работы является определение теплофизических характеристик отходов мукомольного производства в процессе медленного пиролиза. Определение теплофизических характеристик осуществлено методом лазерной вспышки на анализаторе температуропроводности. В процессе исследования использованы эксперимент, дифференциальный термический анализ и сканирующая электронная микроскопия. Установлено, что углеродистые остатки, полученные при температурах не выше 300 ⁰С, имеют более высокую теплоемкость, чем исходные отруби. Дальнейшее повышение температуры приводит к резкому снижению теплоемкости, что обусловлено разложением части основополагающих компонентов (гемицеллюлоза, целлюлоза, лигнин). Теплопроводность углеродистых остатков (0.146-0.173 Вт/(м·К)) увеличивается с повышением температуры их получения. Установлены значения теплофизических характеристик исходных отрубей и твердых продуктов пиролиза, которые после определения насыпной плотности могут быть использованы для оценки их эффективных значений применительно к любой фракции пшеничных отрубей. Кроме того, пиролитическая переработка повышает теплотворную способность отрубей, как энергетического топлива, что в перспективе снизит удельные транспортные затраты в случае их энергетического использования. Полученные в работе результаты способствуют развитию технологий по термической переработке возобновляемых и СО2-нейтральных ресурсов биомассы, обеспечивая необходимые при проектировании технологического оборудования теплофизические характеристики сырья и продуктов его переработки.

Ключевые слова:

Список литературы:

  1. Берестнев Е. В. Рекомендации по организации и ведению технологического процесса на мукомольных предприятиях. 2-е изд., доп. / Е. В. Берестнев, В. Е. Петриченко, В. В. Петриченко. Москва: ТД ДеЛи, 2020. 368 с.
  2. Гуляева А. А. Существенные недостатки ветроэнергетики / А. А. Гуляева // Актуальные проблемы энергетики: материалы 75-й научно-технической конференции студентов и аспирантов: секция «Экономика и организация энергетики» / сост. Т. Е. Жуковская. Минск: БНТУ, 2019. С. 20-22.
  3. Кузнецов Б. Н. Каталитическая химия растительной биомассы / Б. Н. Кузнецов // Химия. 1996. С. 47-55.
  4. Свалова В. Б. Геотермальная энергетика в России и мире и гидрогеотермальные системы Кавказа / В. Б. Свалова // Мониторинг. Наука и технологии. 2022. № 2 (52). С. 6-16. DOI: 10.25714/MNT.2022.52.001
  5. Справочник по возобновляемой энергетике европейского союза / под ред. Г. В. Ермоленко, И. С. Толмачевой. Москва: НИУ ВШЭ, 2016. 96 с.
  6. Тимофеев М. Н. Анализ вариантов системы нечеткого выбора для прогнозирования производительности гибридной электростанции / М. Н. Тимофеев // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2020. Т. 9. № 4 (52). С. 73-77. DOI: 10.46548/21vek-2020-0951-0013.
  7. Chapela S. Numerical transient modelling of the fouling phenomena and its influence on thermal performance in a low-scale biomass shell boiler / S. Chapela, N. Cid, J. Porteiro, J. L. Míguez // Renewable Energy. 2020. Vol. 161. Pp. 309-318. DOI: j.renene.2020.07.068
  8. Dupont C. Heat capacity measurements of various biomass types and pyrolysis residues / C. Dupont, R. Chiriac, G. Gauthier, F. Toche // Fuel. 2014. Vol. 115. Pp. 644-651. DOI: 10.1016/j.fuel.2013.07.086 
  9. Gielen D. The role of renewable energy in the global energy transformation / D. Gielen, F. Boshell, D. Saygin, M. D. Bazilian, N. Wagner, R. Gorini // Energy Strategy Reviews. 2019. Vol. 24. Pp. 38-50. DOI: 10.1016/j.esr.2019.01.006
  10. Glushkov D. O. Experimental and numerical study of coal dust ignition by a hot particle / D. O. Glushkov, G. V. Kuznetsov, P. A. Strizhak // Applied Thermal Engineering. 2018. Vol. 133. Pp. 774–784. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.01.049
  11. Ibraeva K. Flour-milling waste as a potential energy source. The study of the mineral part / K. Ibraeva, R. Tabakaev, N. Yazykov, M. Rudmin, Y. Dubinin, A. Zavorin // Fuel. 2021. Vol. 285. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.119240
  12. Jian J. Effects of thermal conditions on char yield and char reactivity of woody biomass in stepwise pyrolysis / J. Jian, Zh. Lu, Sh. Yao, Yu. Li, Z. Liu, B. Lang, Z. Chen // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2019. Vol. 138. Pp. 211-217. DOI: 10.1016/j.jaap.2018.12.026.
  13. Kantorovich I. I. Heat transfer within highly porous chars: A review / I. I. Kantorovich, E. Bar-Ziv // Fuel. 1999. № 78 (3). Pp. 279–299. DOI: 10.1016/S0016-2361(97)00258-5.
  14. Key world energy statistics. Paris: International Energy Agency, 2019.
  15. Liuzzi S. Characterization of biomass-based materials for building applications: The case of straw and olive tree waste / S. Liuzzi, C. Rubino, F. Martellotta, P. Stefanizzi, C. Casavola, G. Pappalettera // Industrial Crops and Products. 2020. Vol. 147. Pp. 112-229. DOI: 10.1016/j.indcrop.2020.112229.
  16. Simpson W. Physical properties and moisture relations of wood. In: Wood handbook — wood as an engineering material / W. Simpson, A. TenWolde // Gen Technol Rep. FPL-GTR-113. Madison, 1999. Pp. 3-21.
  17. Sokolov V. N. Domestic and foreign experience in the field of heat production from biomass / V. N. Sokolov, N. N. Zhuravleva // European Journal of Natural History. 2020. № 3. Pp. 100-104.
  18. Tabakaev R. Thermal enrichment of different types of biomass by low-temperature pyrolysis / R. Tabakaev, I. Kanipa, A. Astafiev, Y. Dubinin, N. Yazykov, A. Zavorin, V. Yakovlev // Fuel. 2019. Vol. 245. Pp. 29-38. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.02.049.
  19. Tsilingiris P. T. Thermophysical and transport properties of humid air at temperature range between 0 and 100 °C / P. T. Tsilingiris // Energy Conversion and Management. 2008. № 49 (5). Pp. 1098–1110. DOI: j.enconman.2007.09.015.
  20. Wang H. Effects of increasing levels of defatted rice bran on intestinal physical barrier and bacteria in finishing pigs / H. Wang, P. Li, T. Du, G. Pu, L. Fan, C. Gao, P. Niu, C. Wu, W. Zhou, R. Huang // Animals (Basel). 2019. № 9 (12). Pp. 10-39. DOI: 10.3390/ani9121039


Институты

Филиалы

Структурные подразделения

Нашли опечатку?
Нажмите: Ctrl + Enter
ФГАОУ ВО «Тюменский государственный университет»
Юридический адрес:
625003 г.Тюмень, ул. Володарского, 6
Факс: 8 (34 52) 46-81-69; 46-25-81;
Тел.: 8 (34 52) 45-61-82; 45-56-65.
ТюмГУ 2003-2024 ©

Техподдержка

Сделано в Паравеб