Миронов А. М. Теоретичні та експериментальні дослідження теплообмінних процесів термічного розкладу вуглецевмісної сировини в удосконаленому піролітичному апараті

Об’єктом дослідження є теплообмінні процеси, які відбуваються в апараті піролізу вуглецевмісної сировини. Метою роботи є теоретичне та експериментальне дослідження теплообмінних процесів в апараті піролізу вуглецевмісної сировини задля забезпечення його енергоефективного функціонування шляхом впровадження нових технологічних та конструктивних параметрів. Методи дослідження: методи оптично-растрової електронної мікроскопії застосовано для дослідження будови деревинної сировини; гідродинамічними та логометричними методами із залученням фіксуючої автоматики на приладах-вологомірах визначено швидкість випаровування вологи з об’єму матеріалу; для визначення температур використано контрольно-вимірювальну техніку, зокрема восьмиканальний прилад РТЭ-4.8; результати експериментальних досліджень процесу піролізу деревної сировини та умов теплопереносу в об’ємі камер технологічної установки фіксувалися за допомогою сучасних методів автоматизованого аналізу та контролю; математичні методи деформованого багатогранника Нелдера та Міда, принцип оцінки адекватності задач за Адамаром, принцип регуляризації за Тихоновим, чисельний принцип бісекції, а також базові принципи вирішення зворотної задачі теплопровідності використані при обробці даних експерименту з визначення коефіцієнту теплопровідності сировини; методи математичного моделювання та статистики, а також мову програмування Java застосовано для аналізу та узагальнення результатів досліджень; для проведення розрахунків використано безкоштовні математичні пакети, а також пакет тривимірного твердотільного моделювання КОМПАС. Теоретичні та практичні результати: вивчено ключові теплофізичні характеристики деревини та запропоновано заходи для підвищення енергетичної ефективності процесу піролізу вуглецевмісної сировини задля отримання високоякісного деревного вугілля. Наукова новизна: вперше експериментально обґрунтовано вплив етапу підготовки вуглецевмісної сировини на подальшу переробку матеріалу, а також визначено залежність між коефіцієнтом теплопровідності і початковою пористістю вуглецевмісної сировини та якістю кінцевого продукту піролізу; експериментально одержано нові наукові дані щодо сукупності теплових процесів, які відбуваються в просторі піролітичного апарату та всередині деревної сировини під час процесу піролізу; вперше описано новий спосіб ідентифікації коефіцієнта теплопровідності вуглецевмісної сировини, який захищено патентом України (Пат. UА 103355. Спосіб ідентифікації коефіцієнта теплопровідності деревини); вперше для умов проведеного теплофізичного експерименту розроблено математичну модель процесів теплопровідності, що відбуваються у вуглецевмісній сировині протягом виробничого циклу вуглевипалювання; вперше вирішено внутрішню зворотну стаціонарну задачу теплопровідності для отримання значень коефіцієнту теплопровідності деревини у діапазоні температур від 20° до 640°С; розроблено і науково обґрунтовано новий енергоефективний метод раціонального розміщення сировини в просторі піролітичного апарату, яка враховує складність її геометричної форми та дозволяє економити початкові енергетичні ресурси на виробництві. Ступінь впровадження: результати роботи впроваджено у навчальний процес кафедри інтегрованих технологій, процесів та апаратів Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Сфера використання: енергетична, хімічна, піролітична та вуглевипалювальна галузі.