No abstract

Авторское резюмеСостояние вопроса: Интенсификация тепловой обработки влажных капиллярно-пористых тел и их качество во многом определяются внутренним переносом тепла и вещества в материале. Исследованию массопроводных свойств различных тел посвящены работы А.В. Лыкова, С.П. Рудобашты, Э.Н. Очнева, Н.В. Чураева, которые подтверждают важность определения характеристик внутреннего переноса влаги для расчета динамики полей концентраций по толщине материала и массообменных критериев, устанавливающих соотношение потоков влаги и тепла. Для изделий из глинозольной керамики, различных по составу и пористой структуре, определение динамики изменения коэффициентов массопроводности в ходе тепловой обработки является актуальным направлением исследований. Материалы и методы: Для определения коэффициентов массопроводности высушиваемого материала использован кинетический метод, основанный на уравнении массопроводности и экспериментальных кривых сушки влажного материала различных толщин, составов и степени уплотнения (прессования) при конвективном подводе теплоты. Для обобщения и оптимизации экспериментальных данных использован достаточно известный в технологии сушки метод В.В. Красникова, на основании которого получены расчетные кривые сушки для глинозольных изделийсырцов различных толщин. Результаты: Получены обобщенные и расчетные кривые сушки для различных толщин исследуемого материала и зависимости коэффициентов массопроводности от влагосодержания глинозольных изделий-сырцов различных составов и удельных давлений прессования при изотермических условиях теплоподвода в целях анализа влияния состава и степени уплотнения на интенсивность перемещения влаги внутри высушиваемого тела. Выводы: Полученные данные о кинетике сушки и коэффициентах массопроводности позволили установить виды связи влаги с материалом и механизмы ее переноса в изделиях-сырцах из глинозольной керамики, а также выявить пути к снижению энергозатрат для сушилок с конвективным подводом теплоты за счет регулирования составов, структур и толщин материала, что в конечном итоге оказывает значительное влияние на энергоэффективность процесса сушки.Ключевые слова: массопроводность, глинозольная керамика, конвективная сушка, влагосодержание, капиллярнопористое тело, давление прессования, интенсификация тепловой обработки, энергоэффективность. AbstractBackground: Intensification of heat treatment of wet capillary-porous bodies and their quality are largely determined by the internal transfer of heat and matter in the material. The problems of mass transfer properties in different bodies are considered in the works by A.V. Lykov, S.P. Rudobashta, E.N. Ochnev, N.V. Churayev that confirm the importance of obtaining the characteristics of internal moisture transfer for calculating the dynamics of concentration fields by the material thickness and mass transfer criteria determining the relation between the flows of moisture and heat. For products made of clay ceramics of different compositions and porous structures, a relevant research direction is determining the dynamics of t...

Авторское резюме Состояние вопроса: Недостатком пиролизных процессов переработки твердых коммунальных отходов, реализуемых в шахтных печах, является неравномерное прохождение газов через отходы и плохая газопроницаемость слоя, снижающие эффективность процесса переработки. Для выбора рациональных режимов работы таких установок необходимо исследование фильтрации газов с корректным учетом гидравлических сопротивлений многокомпонентного полидисперсного слоя твердых коммунальных отходов. Изучению гидродинамики плотного зернистого слоя посвящен ряд работ, авторы которых рассматривали слой как однородную изотропную среду. Известны, в частности, капиллярная и классическая фрактальная модели для описания зернистого слоя. Однако фильтрация газов в слое твердых коммунальных отходов с помощью данных моделей не исследована. В связи с этим актуальной является разработка модели слоя твердых коммунальных отходов, позволяющей унифицировать его сложную структуру таким образом, чтобы гидравлические характеристики образца и модели отличались не более чем на 10 %. Материалы и методы: Использованы результаты экспериментальных исследований фильтрации в слое твердых коммунальных отходов. Для математического моделирования процесса фильтрации применены методы вычислительной гидродинамики (CFD). Результаты: Получены опытные данные по перепадам давления в процессе фильтрации в слое твердых коммунальных отходов среднего морфологического состава. Произведены расчеты гидродинамики слоя твердых коммунальных отходов с помощью капиллярной и классической моделей, расхождение которых с опытными данными превысило 36 %. Предложена геометрическая модель слоя твердых коммунальных отходов в виде модифицированного фрактала «губка Менгера» без первого ранга разбиения, позволяющая с погрешностью менее 10 % учитывать гидравлическое сопротивление при решении задач гидродинамики в слое твердых коммунальных отходов в процессе его переработки. Выводы: Разработанная фрактальная модель позволяет выполнять гидродинамические расчеты в слое твердых коммунальных отходов с точностью до 8,6 %. Модель применяется в расчетах при проектировании шахтных печей для переработки твердых коммунальных отходов и представляет практический интерес при моделировании различных многокомпонентных полидисперсных структур. Ключевые слова: твердые коммунальные отходы, модель структуры слоя, гидродинамика, фрактал «губка Менгера», процесс фильтрации, перепад давления.

Practical implementation of the process of thermal utilization of waste, including municipal waste, and processing efficiency largely depend on the plant design and operation modes. In their works, P. Basu, Safin R.G., Shantarin V.D. and others propose designs of plants for processing carbon-containing waste. The main disadvantage of such plants is the use of only one waste type (wood, biomass or plastic). Such plants operate at low humidity of the raw material, which lowers the quality of the produced gas. All this makes it an urgent task to develop a new plant design for disposing of waste of various compositions in a wide humidity range and to evaluate its performance efficiency. To evaluate the efficiency of the furnace for thermal waste utilization, we used the material and heat balance method that allows determining the plant efficiency and selecting the operation mode with the maximum efficiency value. This paper proposes a design of a two-chamber thermal reactor for waste utilization based on the combined method of drying and oxidative pyrolysis. The plant design allows you to organize the process of oxidative pyrolysis of raw materials in the reactor and to separate the flow of pyrolysis gas to the consumer from that for their own needs. The paper describes the algorithm of material and thermal calculation for drying and pyrolysis zones. It also presents an analysis of the thermal reactor with a capacity of 500 kg/h in different modes of oxidative pyrolysis depending on the moisture content of the feedstock. The developed plant design allows utilizing solid waste at its relative humidity from 4 to 50 % and reaching efficiency from 0,6 to 0,9 by changing the amount of oxygen fed inton the system from 1 to 10 %.

Vortex and cyclone apparatuses are increasingly used for intensive flow of combined technological processes of pro-cessing (fine grinding, classification, drying, mixing, hydrophobization, etc.) dispersed materials. One of the types of equipment of this class with an active hydrodynamic regime is an apparatus with an upward (or downward) spiral-swirling gas-dispersed flow. The studies conducted by A.F. Frolov, V.I. Mushtaev, V.M., Ulyanov and B.S. Sazhin con-firm the high drying efficiency of highly moist dispersed materials. One of the tasks of a large-scale transition from laboratory facilities to industrial designs is the development of design features that determine the similarity of the hy-drodynamic regimes of heat and mass transfer processes. To determine the hydrodynamic characteristics of the gas-dispersed flow, methods based on the measurement of flow rates, velocities and hydraulic resistances were used. To establish the drying curves and the temperature curves of the polydisperse material (TPP hydraulic ash removal) of different fractions under various conditions of convective heat input, the kinetic method was applied. This method was based on measuring the moisture (mass) and temperature of the dried particles by selecting along their movement. The developed conditions and design measures allow for a large-scale transition from laboratory facilities to industrial de-signs without intermediate costly research on pilot plants. The generalized analytical and experimental data on the de-termination of the external heat and mass transfer characteristics of the drying process of dispersed material (hydraulic ash removal) in a vortex dryer depending on the hydrodynamic and structural parameters of the gas-dispersed flow have been presented. The presented experimental data allow suggesting the limiting effect of hydrodynamic phenomena that determine the efficiency of the drying process of dispersed materials in a gas stream.