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

Abstract

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.

In the process of biomass pyrolysis, its composition and structure changes significantly that results in changing the thermophysical characteristics of the carbon residue. Information about the elemental composition of raw materials and their characteristics in the process of thermal processing is necessary for optimizing technological parameters and understanding the flowing processes. The work purpose is to determine the thermophysical characteristics of flour-milling wastes during slow pyrolysis process. The thermophysical characteristics were determined by the flash laser method. In the course of the study, such methods as an experiment, differential thermal analysis and scanning electron microscopy were used. It has been established that carbon residues obtained at temperatures not exceeding 300 ⁰С have a higher heat capacity than the original bran. A further increase in temperature leads to a sharp decrease in heat capacity, which is due to the decomposition of some fundamental components (hemicellulose, cellulose, lignin). The thermal conductivity of carbon residues (0.146-0.173 W/(m·K)) enhances with an increase in their production temperature. The values of the thermophysical characteristics for the initial bran and solid pyrolysis products were established that can be used to assess their effective values in relation to any fraction of wheat bran after determining the bulk density.