WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 22 |

Разработка и исследование установки приготовления композитного котельного биотоплива из отходов животноводческих ферм и нефтехозяйств

-- [ Страница 4 ] --

Принцип действия установки заключается в том, что поток среды сначала гомогенизируется, а затем подвергается воздействию экстремальных обеспечивается диспергирование крупных образований, а в зонах коллапса кавитационных пузырьков до микроскопического уровня [35-37,62-63,197].

последовательного воздействия на среду пульсаций давления, микровихрей и кумулятивных струй, сначала в модернизированных (в соответствии с оригинальной методологией авторов) прецизионных РПА, а затем в уникальном гидродинамическом преобразователе с тороидальной камерой расширения [176Схематично последовательность кавитационного воздействия на среду представлена на рисунке 1 в виде кавитационного диспергатора. Физикохимические преобразования с наибольшей эффективностью происходят в зонах коллапса кавитационных пузырьков. Поэтому в первую очередь в гидропотоке необходимо организовать развитую пузырьковую кавитацию, причем желательно, чтобы векторы скоростей движения кумулятивных микроструек, образующихся при схлопывании пузырьков, располагались в плоскости, параллельной граням рабочих органов кавитатора [182-184].

В данном случае значительная часть энергии, выделяющейся при схлопывании пузырьков, расходуется не на эрозионное разрушение поверхностей устройств, а на целевое воздействие, т.е. на диспергирование потока. При этом увеличивается время схлопывания кавитационного пузырька и возрастает вероятность захвата пузырька в микровихревое образование и его удерживания в зоне реакции [185,187,188].

Поддержание концентрации воды в органической среде осуществляется порционным увеличением доли воды по мере образования более легких фракций и увеличения характерной для нефти мольной концентрации Н/С 2,5. На этой стадии взаимодействие рабочих органов РПА приводит к увеличению диссипативной энергии системы с интенсивным смешиванием, эффективным диспергированием и гомогенизацией смеси, однако завершения процесса обработки и расслоения фракций не происходит, т.к. не удается эффективно диссоциировать всю для осуществления полной переработки мазутной смеси [189].

Для получения тонкодисперсной фракции сырье проходит следующий этап обработки в ультразвуковом проточном реакторе, что принципиально важно для процессов гомогенизации органических веществ.[189,191,192,196].

1.1.2. Сравнительная характеристика существующего комплекса диспергирования обводненной биомассы.

Дробилки предназначены для измельчения пищевого растительного сырья до малого размера частиц, обычно не более 12-20 мкм.

Молотковые мельницы служат для измельчения различных продуктов в порошок и при этом фракционный состав пудры составит: доля частиц размером до 100мкм составляет 80%, размером от 100 до 200мкм - 16%, крупнее 200 и менее 300мкм - 4% от общего количества частиц.

Плющильные машины предназначены для плющения круп и зернобобовых после варки и сушки, при этом толщина хлопьев составляет 0,3-1,5мм.

Резательные машины предназначены для измельчения различных видов корнеплодов на куски, столбики и кружки и размеры нарезаемых пищевых продуктов составляют от 5мм и больше.

Измельчители мяса предназначены для его тонкого измельчения с диаметрами отверстий на выходной решетке от 3 до 5 мм.

Гомогенизаторы предназначены для получения тонкоизмельченного однородного продукта и проходное рабочее отверстие имеет высоту от 0,05 до 2,5мм в зависимости от конструкции гомогенизатора [2,3,5,9].

предусматривают получение многокомпонентных сред с размером частиц, до нанометров.

Наиболее подходящими методами переработки пищевого сырья по нанотехнологиям являются [2,4,15,16,19,24,25,30-32]:

гидродинамическая кавитация;

электрогидравлический эффект.

1.1.3. Гидродинамические системы гомогенизации и диспергирования водных растворов Процессы переработки биомассы гомогенизаторами – роторнопульсационными аппаратами (далее РПА), базируются на использовании гидродинамической кавитации, связанной с физико-механическими эффектами (вибротурбулизацией, ударными волнами, кумуляцией и др.), возникающими при коллапсе кавитационных пузырьков. Образуется мощный гидравлический удар, за которым следует удар кавитационный, возникающий из-за понижения давления за фронтом ударной волны сжатия [35-38].

Рисунок 2 - Роторно-пульсационный аппарат (РПА) В результате удельная мощность, подводимая локально, на несколько порядков выше удельной мощности, выделяемой при обработке технологических сред в гидродинамических аппаратах, вибромельницах, аппаратах вихревого слоя.

Такое воздействие создает условия для протекания гидромеханических, физических и химических процессов, которые в обычных условиях затруднены или невозможны, и приводит к многократному снижению продолжительности тепло-массообмена и энергозатрат, резко увеличивается производительность технологического оборудования.

Использованиие низкочастотной гидродинамической кавитации при переработке обводненной биомассы способствует механотермолизу биомассы с появлением свободных водородных связей, диспергации и гомогенизации с образованием устойчивых эмульсий, суспензий и смесей, что в конечном итоге придает продукту новые качественные показатели по параметрам и срокам хранения [41,45-46,51,60,70].

1.1.4. Ультразвуковые системы гомогенизации обводненной биомассы гидродинамической кавитации, по признаку измельчения сырья разделяется на следующие группы сверхтонкое измельчение [84-86,90,118,120,123,125,128];

ультразвуковое измельчение.

производственных процессов (разрушения, растворения, экстрагирования, эмульгирования, гомогенизации, пенообразования, деструкции, пастеризации, дегазации) в жидких биологических средах является технологическое оборудование на основе кавитационных эффектов. Кавитация представляет собой объект концентрации энергии низкой плотности переходящей в высокую, вследствие процессов пульсации (ударные волны) и захлопывания (кумулятивный эффект) пузырьков пара и газа в жидких средах. Эти процессы возникают в ограниченном объеме жидкости. Кавитационные технологии переработки ряда материалов интенсивно внедряется и начинает применяться во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства [134-136,141].



В работе предлагается в качестве дополнительной технологии акустический способ энергетического воздействия на перерабатываемое сырье c применением кавитационных и кумулятивных эффектов. Для кавитационного воздействия на биомассу могут использоваться гидродинамические, электродинамические, пьезоэлектрические, магнитострикционные и механические генераторы кавитации [147,148,155]. При этом выбор в пользу гидродинамических кавитационных устройств обусловлен преимуществами по сравнению с другими видами акустических излучателей (пьезоэлектрических, магнитострикционных, электродинамических) следующими преимуществами: унифицированность, производительность оборудования и скорость технологического процесса энергоэффективность, экологическая безопасность [165,167,170,181,184].

кавитационной переработки жидких сред достигается в объеме, ограниченном поверхностями технологического оборудования, необходимо проводить оптимизацию конструктивных и технологических параметров этого оборудования [2]. За основу такой оптимизации нами приняты методы математического экспериментального (комплексные испытания, лабораторный эксперимент) моделирования.

Кавитационная технология переработки отходов растениеводства для сельскохозяйственного кормопроизводства, как известно, позволяет получать высокопитательные кормовые смеси из бросовых отходов растениеводства биологического сырья значительно увеличивается, а его частицы уменьшаются до 0,1-8 мкм. Высокая степень измельчения и гомогенизации повышает кормовую ценность биомассы на 20-30% [194,199,204-207].

животноводческих комплексов, навоза КРС, птичьего помета и свиного навоза позволяет получать белковые добавки для комбикормов, органические удобрения.

Кроме того кавитационная технология производства биогаза позволяет увеличить и интенсифицировать производство биогаза на 30-50% за счет измельчаемого до однородной и гомогенной консистенции органического сырья.

В процессе обработки рвутся связи длинных волокон (лигнин, целлюлоза).

Дисперсность увеличивается так, что частицы уменьшаются в размерах до 0, мкм. Поэтому штаммам бактерий, участвующих в процессах образования биогаза, легче разлагать биогенные материалы. В итоге содержание метана в биогазе увеличивается до 70-75%. [4,11,12,2325].

Приготовление водотопливных эмульсий (ВТЭ) на основе мазута, дизельного топлива, бензина и угольной пыли с помощью кавитационной технологии, как известно, позволяет добиться стабильного процесса горения в мобильных энергетических установках сельского хозяйства. Наибольший обеспечивает добавление в топливо 10-15% воды. При повышении содержания воды в эмульсии свыше 20% от объема, качественные показатели процесса горения снижаются по сравнению с горением чистого топлива.

При сжигании ВТЭ с применением биомассы открывается возможность уничтожения (огневого обезвреживания) жидких стоков сельхозпроизводства [213,214].

деструктурирования и эмульгирования (на макро и микро уровне) несмешивающихся жидкостей «масло в воде» и обратных эмульсий «вода в масле» [211,219,230].

1. Механическая диспергация (диспергаторы Хинта);

2. Кавитационные технологии: Гидродинамические активные (полные) предполагает наличие кавитационых и ультразвуковых процессов одновременно); струйные – вихревые; струйные - с кавитирующим элементом; роторные моно- (дисковые, роторные - однодисковые, однороторные); роторные поли- (более 1 диска или ротора);

гидродинамические пассивные (только кавитационные процессы);

струйные вихревые; струйные с кавитирующим элементом;

3. Гидродинамические "макси": (кавитационный + ультразвук + электростатическое поле);

4. Однопроцессные "моно": электромагнитные (внешние или погруженные);

электростатические; ультразвуковые (внешние или погруженные);

магнитные (внешние или погруженные); виброкавитаторы;

5. Комбинированные.

Анализ литературных материалов показал, что ультразвуковая активация один из современных наиболее эффективных способов ускорения протекания химических реакций в неоднородых средах. Следует отметить, что применение ультразвука позволяет не только увеличить скорость химической реакции, но и увеличивает процент прореагировавших веществ. Подвергая ультразвуковой кавитационной обработке жидкую среду можно получить химические реакции невозможные в других случаях [231,233,234,239-241].

Для исследования воздействия ультразвуковых колебаний на различные процессы, происходящие в жидкостях или с веществами и материалами, помещенными в жидкость, нами был разработан ряд ультразвуковых установок.

Мощность установок в зависимости от модификации составляла от 630 Вт до кВт на рабочей частоте 22 ± 10% кГц. Установки были названы лабораторными с целью подчеркнуть их применение на начальном этапе исследований для выявления необходимых амплитуд ультразвуковых колебаний и уровней удельной мощности ультразвука при реализации тех или иных технологических процессов.

Лабораторная ультразвуковая установка состоит из ультразвукового генератора, магнитострикционного ультразвукового преобразователя и штатива, [241,11,12].

ультразвуковых колебаний осуществляется сверху. Материал, из которого изготовлена емкость, определяется пользователем ультразвуковой установки. Это и то, что волноводы-излучатели выполнены из титана, позволяет подвергать ультразвуковому воздействию жидкости с различной степенью агрессивности. С целью повышения стойкости волноводов-излучателей на их поверхности может быть выращен слой нитрида титана.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 22 |
 




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.