Энерго- и ресурсосбережение при утилизации отработанных деревянных шпал методом пиролиза

• Автор: Исхаков, Тимур Дамирович
• Шифр специальности: 05.14.04, 05.21.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Глава I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ДЕРЕВЯННЫХ IIГАЛ

1.1. Характеристика объекта исследования

1.1.2. Технология изготовления деревянных шпал

1.1.3. Физические и химические свойства древесины, применяемой в производстве шпал

1.1.4. Свойства пропиточного состава

1.2. Возможные методы утилизации отработанных деревянных шпал

1.3. Теоретические основы процесса пирогенетической переработки древесины

1.3.1. Физикохимические основы процесса пиролиза древесины

1.3.2. Влияние различных факторов на процесс пиролиза

1.3.3. Теплофизические характеристики древесины и древесного

1.4. Современное состояние техники и технологии
пирогенетического разложения древесины
1.4.1. Классификация технологий пиролиза
1.4.2. Аппаратурное оформление процессов термического разложения древесины
Выводы
Постановка задачи
Глава И. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ДЕРЕВЯННЫХ ШПАЛ МЕТОДОМ ПИРОЛИЗА
2.1. Физическая картина пиролиза отработанных деревянных шпал
2.2. Формализация процесса
2.3. Математическое описание утилизации отработанных деревянных шпал методом пиролиза
2.3.. Математическое описание стадии пиролиза отработанных деревянных шпал
2.3.2. Математическое описание стадии конденсации
2.3.3. Математическое описание стадии сжигания неконденсирующихся газов
2.3.4. Математическое описание стадии сушки отработанных деревянных шпал
Глава III ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ДЕРЕВЯНЫХ ШПАЛ
МЕТОДОМ ПИРОЛИЗА
3.1. Описание экспериментальной установки для исследования процесса пиролиза отработанных деревянных шпал
3.2 Методика проведения экспериментов
3.3. Исследования кинетики процесса пиролиза отработанных деревянных шпал
3.4. Анализ продуктов пиролиза
3.4.1. Исследование химического состава жидких продуктов пиролиза отработанных деревянных шпал
3.4.2. Экспериментальные исследования адсорбционной
активност и угля из отработанных деревянных шпал
3.4.3. Исследование сжигания неконденсирующихся газов Выводы
Глава IV. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА ОТРАБОТАННЫХ ДЕРЕВЯНЫХ ШПАЛ
4.1. Определение влажности и зольности отработанных
деревянных шпал
4.2. Описание опытнопромышленной установки
4.3. Описание промышленной технологической схемы 7 утилизации отработанных деревянных шпал
4.4. Техникоэкономическое обоснование установки для утилизации отработанных деревянных шпал методом пиролиза
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ЛИТЕРАТУРА


В приложении приведены результаты анализов проб пиролизной жидкости, элементы программы расчета процесса термического разложения, а также данные по обработке результатов экспериментальных исследований. На всех этапах работы в качестве научного консультанта активное участие принимал кандидат технических наук, доцент Грачев А. Глава I. Деревянная шпала представляет собой деревянный брус, пропитанный специальным антисептическим составом, защищающим древесину от внешних биологических воздействий. Деревянные шпалы должны соответствовать требованиям ГОСТ - «Шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи»[]. Характеризуя отработанную деревянную шпалу, следует учесть то, что она значительно отличается от исходной структурно механическими характеристиками и может быть загрязнена в процессе эксплуатации различными минеральными включениями и нефтепродуктами. Также в отработанной деревянной шпале возможно присутствие металлических включений, не извлеченных при её демонтаже. Для получения более полного представления об объекте исследования необходимо рассмотреть технологию изготовления деревянных шпал, физикохимические свойства древесины и пропиточного состава. Технологию изготовления деревянных шпал можно разбить на два основных этапа: на первом осуществляют подготовку непропитанной шпалы по заданным размерам и требованиям на лесопильных предприятиях; на втором- пропитку полученных заготовок на шпалопропиточных заводах [1]. При пропитке шпал на шпалопропиточных заводах применяют метод автоклавной пропитки под давлением выше атмосферного []. Пропитка древесины под давлением обеспечивает наиболее глубокое проникновение защитного средства и применяется для пропитки шпал, эксплуатируемых в тяжелых условиях. Выделяют способ полного поглощения или вакуум-давление-вакуум (ВДВ) и способ ограниченного поглощения []. Способ ВДВ состоит из трёх основных операций: начальный вакуум, при котором в древесине создается разрежение; давление выше атмосферного, под действием которого в древесину вводят антисептик; вакуум, предназначенный при пропитке маслами для снижения начального поглощения, а при пропитке водорастворимыми антисептиками — для подсушки поверхности сортамента. Способ ограниченного поглощения применяют в тех случаях, когда необходимо получить более глубокое проникновение антисептика при относительно низком конечном его поглощении. Существуют две основные модификации этого способа: давление - давление - вакуум (ДДВ), известный как способ Рюпинга и давление - вакуум (ДВ). При пропитке шпал в основном применяется способ Рюпинга, при котором полости клеток не заполняются антисептиком, а только обмазываются стенки шпал. Пропитка по способу Рюпинга состоит из следующих четырех операций: выдерживание шпал под давлением в воздушной среде; наполнение автоклава антисептиком; выдержка под давлением в среде пропиточного состава: и извлечение излишка антисептика путем выдерживания шпал в вакууме. По техническим условиям шпалы, подвергаемые такой пропитке, должны иметь абсолютную влажность менее %. Давление, вакуум и продолжительность пропитки регулируются таким образом, чтобы в шпалах оставалось около кг пропиточного состава на 1м3 древесины (допускає гея отклонение ± %). Таким образом, принимая объем шпалы в размере 0,4 м3, масса пропиточного состава в одной шпале составит 8, кг или (, % мае. В целях получения максимально сквозной пропитки шпал проводят предварительную наколку шпал в соответствии требованиями нормативно-технической документации [5]. Таким образом, объемная доля пропитки в среднем в зависимости от вида шпал принимает значения ,9%-%. Рис. В соответствии с ГОСТ - шпалы должны изготовляться из древесины: сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра и березы. С физической точки зрения древесина представляет собой колоидное капиллярно-пористое тело со сложным анатомическим строением [8,]. Строение древесины различных пород неодинаково. Древесина хвойных пород отличается от лиственных простым и правильным строением анатомических элементов. Для лиственной древесины характерно присутствие сосудов-трубок, которые проводят воду, и механических элементов - древесных волокон.