Производство гранул из соломы

2.Обгрунтування технологічної схеми, підбір обладнання для виробництва гранул.

При виробництві пеллет або брикетів на вартість та якість отримання кінцевої продукції впливає вологість  сировини. На рис. 2 наведено структуру собівартості виробництва пеллет із сировини вологістю 40% .

Таблиця 4. Середня теплотворна здатність енергетичної сировини Г11

 

Назва енергетичної сировини	Теплотворна здатність, МДж/кг
Солома зернових культур	10,5
Стебла кукурудзи	12,5
Гілки плодових дерев	10,5
Стебла соняшника	12,5
Виноградна лоза	14,2

 

 

Аналіз витрат (рис. 1.) показує, що сушка сировини займає значну частку: 34,2 % в загальних витратах. Крім того, як показує аналіз закордонних публікацій, сушка ефективна для подрібненої сировини. Водночас, подрібнена суха сировина пожежонебезпечна [5].

Рис. 2.1 Структура собівартості виробництва пеллет

 

Рис. 2.2 - Типовий технологічний процес виробництва пеллет аба брикетів

 

 

Рис. 2.3 - Типова схема заводу по виробництву пеллет

1. - склад сировини;
2. - сепаратор;
3. - соломорізка;
4. - пневмотранспорт;
5. - бункер-накопичувач прес-гранулятору;
6. - прес-гранулятор;
7. - транспортер;
8. - колона-охолоджувач;
9. - вібросито;
10. - л1н1я пакування;

Типовий технологічний процес виробництва пеллет або брикетів можн

представити універсальною блок-схемою, рис. 2.

Типова схема заводу для виробництва  пеллет наведена на рис. 3.

 

Процес виробництва пеллет складається  з чотирьох етапів:

1. Подрібнення
2. Сушіння
3. Гранулювання
4. Охолодження та упаковка

Пресування соломи найбільш ефективно  проводити на шнекових пресДосвід наукових досліджень показує, що на енергоємність пресування впливає ступінь подрібнення. Чим менше розмір часток соломи після подрібнення, тим менші затрати енергії на пресуванні. Аналіз наукових публікацій дозволяє висунути робочу гіпотезу, що подрібнення соломи до нанорівня викликає зміну властивостей пеллет або брикетів після пресування.

Подрібнення до нанорівня передбачає руйнування клітин. Після досягнення такого рівня подрібнення процес пресування соломи буде проходити з  мінімальними енерговитратами, при  цьому кінцевий продукт

- пеллет або брикет - буде мати інші фізико-механічні властивості. Наприклад:

- щільність на рівні 1100.. .1200 кг/м³;

- тимчасова межа міцності 12..14 МПа.

Значно змінюється теплотворна  спроможність пеллет і брикетів і  збільшується до рівня деревного  вугілля.

Потужність пресового обладнання при використанні рівня подрібнення соломи 0,5 мм (молоткова дробарка) складає 500 кВт. Потужність шнекового пресу при використанні нанорівня подрібнення 5.10 мкм (дезінтегратор) складає 20 кВт.

Одним із шляхів зниження енерговитрат при виробництві пеллет є перерозподіл потужностей: зниження потужності пресового  обладнання в 25 разів при збільшенні потужності ланки подрібнення (заміна молоткової дробарки на дезінтегратор) до 2 разів.

Використання дезінтеграторів  дозволяє подрібнювати сировину з вологістю  до 40%. Наступний процес пресування на шнекових пресах потребує зволоження. Тобто, волога подрібнена солома найбільш ефективно проходить процес пресування.

Таким чином, виключення з типового технологічного процесу (рис. 2.2) ділянки  сушки подрібненої сировини перед  пресуванням дозволяє значно скоротити  енерговитрати на виробництво пеллет (рис. 2.1) та поліпшити пожежонебезпечність.

Застосування нанотехнологій при  виготовленні твердого палива з біомаси. При вивченні даного питання ми стикаємося з безліччю інших питань, які необхідно вирішувати в першу чергу. Постараємося їх систематизувати і дати поради та технічні рішення. При розгляді питань

про вибір технології і обладнання необхідно відповісти на наступні чотири питання.

1. Тип сировини, яке буде перероблятися.
2. Технологія й устаткування для переробки.
3. Зберігання готової продукції.
4. Шляхи реалізації готової продукції.

З усіх цих питань необхідно мати чітке уявлення, що необхідно робити і які проблеми можуть виникнути на шляху реалізації проекту. Тільки послідовно вирішуючи поставлені питання, можна досягти позитивних результатів.

1. Найголовніше питання - це вибір сировини, яку необхідно переробляти. Існують три основних джерела органіки, з яких можливе отримання твердого палива:

• деревина;

• відходи сільського господарства;
• торфовища.

Усі перелічені джерела сировини відносяться  до поновлюваних природних ресурсів. Переробка кожного виду має свої технологічні особливості.

1. Деревина. Переробка відходів деревообробної промисловості чи утилізація деревних матеріалів при санітарних та інших видах робіт можлива за наявності природних ресурсів у регіоні. Основними проблемами при переробці такої сировини будуть:

• подрібнення матеріалу;

• сушіння;
• пресування.

Важливим моментом є якість сировини. Фактор вологості сировини і присутність  смол буде впливати на процес горіння  палива. При використанні деревини в якості сировини дуже багато енергії у виробництві твердого палива буде забирати попереднє сушіння матеріалу, що знижує рентабельність виробництва.

2. Відходи сільського господарства. Переробка даного виду сировини вважається найбільш економічно перспективним. Сама природа дарує сухий матеріал. Питання в тому, як його правильно переробляти і ефективно використовувати. Розроблена нами технологія переробки із застосуванням нанотехнологій дозволяє збільшити прибутковість сільського господарства в 1,5-2 рази, при цьому необхідно дотримуватися рекомендацій агрономів і вчених, щоб не виснажувати землю в гонитві за економією.
3. Торфовища. При отриманні дешевих енергоносіїв даний вид ресурсів забутий. Зараз при зміні ситуації на ринку енергоносіїв очікується істотний інтерес до переробки даної сировини.

2. Технології та обладнання для  переробки. Вивчаючи ринок технологій і устаткування, ми стикаємося з великою проблемою відсутності якісного вітчизняного обладнання, а також відсутністю інформації про технології переробки.

Первинним у цьому виборі є вибір  технології переробки. Вторинним – вибір

 

 устаткування під вибрану  технологію.

Мало які фірми випускають обладнання під ключ і гарантують дотримання технологічних режимів. Термін окупності таких проектів 5 -10 років. Іноді такий підхід викликає безліч питань і розчарувань. Представники фірм розповідають про свої переваги і ретельно приховують недоліки. Як правило, люди намагаються пристосувати устаткування для конкретних цілей, не розуміючи фізики процесів. В основному реалізація устаткування йде за наступними напрямками:

1. Розробки, які використовуються при виробництві комбікормів.

2. Різні саморобні пристрої, на яких виходить абиякий результат. Основні недоліки, які виникають в процесі роботи:

• неможливість роботи з вологою сировиною,

• підвищений знос устаткування,
• підвищені енерговитрати,
• відсутність повного технологічного ланцюжка,
• роботи на одному типі сировини,
• дорожнеча обладнання.

Проаналізувавши недоліки існуючих технологій та обладнання для отримання твердого палива, нами запропоновано новий  підхід, що дозволяє одержати високу якість твердого палива при малих енерговитратах.

На основі наномеханіки ми робимо мікроподрібнення вхідної сировини. У результаті отримуємо різке зниження енерговитрат, можливість роботи з будь-якою сировиною, перехід на використання більш дешевого обладнання, відсутність хімічних наповнювачів-склеювачів, повна переробка в технологічній лінії, отримання твердого палива з підвищеними енергетичними показниками.

Особливістю нашої технології є  те, що велику увагу ми приділили  питанням мікроподрібнення та збору  мікропилу. Виходячи з наукових робіт  Акіма Едуарда Львовича про процеси  поведінки целюлози та лігніну і  впливу на них води, ми прийшли до висновку: пресування необхідно робити при обов'язковій присутності  води, тому що вода виступає в ролі каталізатора і модифікатора

 

 хімічних процесів, перетворень  целюлоз і лігніну. Для якісного  процесу склування найбільше  підходить шнековий

прес-гранулятор. Нами, експериментальним  шляхом було визначено час перебування  сировини під тиском, при якому  встигають відбутися процеси склографітування. Не зруйнувавши структуру матеріалу до нанорівні, неможливо досягти якісного пресування матеріалу.

Основні енергетичні витрати необхідно  направляти на мікроподрі- бнення матеріалу, а не на пресування.

Основною проблемою мікроподрібнення є відсутність на ринку якісних подрібнювачів, що враховують особливості подрібнення біомаси, яка має низьку щільність, високу пружність, інерційність і високі показники міжклітинного зв'язку. Виходячи з вищезгаданого, ми застосували принципово новий механізм мікроподрібнення і отримали якісні результати. Зараз проводимо випробування нових соломорізок, розрахованих на подрібнення біомаси. Використовуючи нові методики розрахунків, ми можемо оптимізувати процеси подрібнення для кожного матеріалу окремо.

Дані види досліджень виробляються спільно з Харківським національним технічним університетом сільського господарства ім. Василенка. У складі університету є науково-дослідний технологічний інститут, де на базі дослідного виробництва відпрацьовуються дослідні зразки і технології.

Вивчаючи склад різних біомас, ми прийшли до висновку, що будь- який матеріал можна пресувати і отримувати паливо на нашому обладнанні, використовуючи нашу ж технологію. Необхідно тільки змінювати і оптимізувати робочі органи машин для конкретного матеріалу.

Особливо хотілося б відзначити якість одержуваного матеріалу, що значно відрізняється від матеріалів сухого пресування. Калорійність підвищується на 10-15%, щільність 1100-1200кг / м. куб., твердість 100-110 кг / см.кв. (Дані отримані для лушпиння насіння соняшника). Це все отримано на пресі потужністю 15кВт, розвиваючому зусилля 15 тонн. Такі ефективні показники можна отримати тільки використовуючи мікро- подрібнення, яке відкриває нові напрямки використання біомаси.

 

Сучасні соломорізки є високоефективними подрібнюють і перемішують, здатні вирішувати комплекс питань диспергування мінеральної і органічної сировини, від наддрібного, до надтонкого помолу матеріалів різного складу, вологості, міцності. Висока помольна потужність, низька собівартість помелу дозволяють використовувати дезінтегратори там, де застосування інших видів подрібнюючого обладнання економічно не доцільно. За рахунок зміни способу подрібнення (вільний удар) для отримання тонкомолотого матеріалу споживання енергії знижується в 2-4 рази (це залежить від матеріалу), а маса обладнання знижується в 15-20 разів. Порівнюючи дезінтегратор з іншим подрібнюючим обладнанням, ми бачимо його перевагу за сукупністю технологічних результатів і прямих витрат на їх отримання. Видатний радянський вчений, родоначальник

ударної дезінтеграторної активації, доктор технічних наук Йоханес Олександрович Хинт порівнював робочі органи соломорізки з різцями металообробних верстатів. Він стверджував, що механіко-хімічна дія змінює якісні характеристики матеріалів приблизно на 30% і дозволяє отримувати матеріали з новими невідомими характеристиками. Висновки щодо ударного подрібнення та активації матеріалів з більшою механічною енергією, зроблені Й.А. Хинт в 50х-70х роках минулого століття, грунтувалися на глибокому розумінні фізичної природи руйнування твердого тіла, його будови. Під впливом зовнішнього навантаження в тілі виникають напруги, переважаючі сили з'єднання і внутрішнього зчеплення, і воно руйнується. При подрібненні біомаси руйнування відбуваються на молекулярному рівні. Величезне значення даного процесу передбачив Д.І. Менделєєв: «Щоб між твердими тілами протікали реакції, необхідно як дрібно подрібнити і перемішати їх між собою. Через це, взаємодія значно прискорюється ».

3. Зберігання готової продукції. Основна вимога - зберігання в сухих закритих приміщеннях. Умови зберігання повинні бути такі ж, як і у зернових культур. У залежності від обсягів виробництва продукції необхідний запас складських приміщень.