Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
3 results
Search Results
Item Закономірності фільтраційного сушіння органічної сировини для виготовлення альтернативного палива(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Госовський, Роман Романович; Атаманюк, Володимир Михайлович; Національний університет «Львівська політехніка»; Білей, Петро Васильович; Ляпощенко, Олександр ОлександровичДисертаційна робота присвячена дослідженню основних закономірностей фільтраційного сушіння подрібнених стебел соняшника, зокрема, гідродинаміки, тепломасообміну, внутрішньодифузійних процесів перенесення вологи та кінетики зневоднення для подальшого брикетування та отриманням альтернативного палива. Визначено основні фізико-механічні характеристики шару подрібнених стебел соняшника, а саме: насипну, уявну, істинну густини; загальну пористість, внутрішню пористість частинок, порізність шару; питому поверхню; еквівалентний діаметр каналів, крізь які фільтрується тепловий агент. На основі узагальнення результатів досліджень, запропоновано рівняння в безрозмірній формі для опису гідродинаміки стаціонарного шару подрібнених стебел соняшника, а також визначений коефіцієнт гідравлічного опору цього шару, що дає змогу прогнозувати енергетичні затрати на процес фільтраційного сушіння використовуючи рівняння Дарсі-Вейсбаха. Отримано критеріальні рівняння, які дають змогу визначати коефіцієнти тепловіддачі від теплового агенту до стаціонарного шару сухих та вологих подрібнених стебел соняшника, а також коефіцієнти масовіддачі. Встановлено залежність коефіцієнта ефективної внутрішньої дифузії вологи в навколишнє середовище від температури для зовнішніх та внутрішніх тканин подрібнених стебел соняшника. На основі експериментального дослідження кінетики фільтраційного сушіння подрібнених стебел соняшника за різних висот шару, швидкості фільтрування та температури теплового агенту встановлено раціональні параметри процесу, за яких затрати на висушування будуть найменшими. Визначено оптимальний кінцевий вологовміст подрібнених стебел соняшника за якого корисна різниця між затратами на фільтраційне сушіння вологої сировини та калорійністю паливних брикетів становитиме приблизно 8,84 – 8,86 МДж/кг сух.м. Основні фізико-механічні характеристики експериментальної партії паливних брикетів з подрібнених стебел соняшника а саме: щільність, міцність на згинання, стирання та скидання відповідають вимогам ДСТУ EN 15234-2:2013 Порівняльний аналіз ефективностей висушування подрібнених стебел соняшника фільтраційним методом та сушінням в обертовому сушильному барабані показав, що використання установки фільтраційного сушіння дасть змогу зекономити 847,5 кВт год на 1000 кг паливних брикетів. Розроблена принципова схема установки фільтраційного сушіння подрібнених стебел соняшника, яка захищена патентом України №115284 на корисну модель та розроблено методику її розрахунку. The dissertation is devoted to the research of the filtration drying basic regularities of the crushed sunflower stems, in particular, hydrodynamics, heat transfer, internal diffusion processes of moisture transfer and kinetics of dehydration for further briquetting and obtaining alternative fuel. The analysis of available literature sources showed that the processes of heat and mass transfer during the filtration drying of organic raw materials were insufficiently studied, therefore, experimental and theoretical studies of organic materials drying are actual problems. The basic physical and mechanical characteristics of a layer of crushed sunflower stems are determined, such as: bulk, apparent, true densities; total porosity, internal porosity of particles, porosity of the layer; specific surface area; the equivalent diameter of the channels through which the thermal agent is filtered. On the basis of the generalization of the research results, the equation in the dimensionless form for the description of the hydrodynamics of the stationary layer of crushed sunflower stems has been proposed, as well as the hydraulic resistance coefficient of this layer has been determined, which allows to predict the energy costs for the filtration drying process using the Darcy-Weisbach equation. Criterion equations have been obtained to determine the coefficients of the heat transfer from the thermal agent to the stationary layer of dry and wet crushed sunflower stems, as well as the coefficients of the mass transfer. The process of diffusive mass transfer during crushed sunflower stems drying of prismatic and round shapes particles has been mathematically described. The temperature effect on effective internal diffusion coefficient has been examined for external and internal tissues of crushed sunflower stems. The deduced equations allow to calculate theoretically the effective diffusion coefficients for the crushed sunflower stems within temperature range of 293‒373 K. On the basis of the experimental study of the kinetics of the filtration drying of crushed sunflower stems at different heights of the layer, the filtration rate and the temperature of the heat agent, rational parameters of the process have been determined in view of reducing energy costs for drying and obtaining the high quality raw material for the alternative fuel production. The optimum final moisture content of crushed sunflower stems has been determined in view of the maximum difference between the costs of the filtration drying of raw materials and the caloricity of fuel briquettes. The basic physical and mechanical characteristics of the fuel briquettes experimental batch such as density and strength are complaing with the requirements of DSTU EN 15234-2:2013. A comparative analysis of drying effectiveness by filtration method and by drying in rotary drying drum has shown that the use of a filtration drying plant will save 847,5 kWh per 1000 kg of fuel briquettes. The recommendations and conclusions that allow to simulate the process of the filtration drying during to develop of the new high-efficiency energy saving equipment for the production of solid biofuels from sunflower waste have been developed and substantiated. The scheme of the filtration drying installation for crushed sunflower stems has been protected by the patent of Ukraine №115284.Item Портландцемент композиційний з підвищеним вмістом лужних оксидів та волокнистоцементні вироби на його основі(Національний університет "Львівська політехніка", 2012) Круць, Тарас МиколайовичВ дисертаційній роботі теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено можливість отримання волокнистоцементних виробів з необхідними фізико-механічними показниками при підвищеному вмісті в цементній матриці лужних оксидів, кількість яких зростає в складі портландцементного клінкеру внаслідок використання альтернативних видів палива. Оптимізовано суміші для енергетичного використання в цементній промисловості, які при заданій калорійності палива мінімізують вміст лужних оксидів та SО3 в клінкері. Для виробництва волокнистоцементних виробів розроблено спеціальний портландцемент композиційний на основі клінкеру з підвищеним вмістом лужних оксидів, що одержується шляхом системного підходу до вибору гранулометричного та речовинного складів. Основні результати праці знайшли промислове впровадження при виробництві листів волокнистоцементних хвилястих з необхідними фізико-механічними показниками.В диссертационной работе теоретически обоснована и экспериментально подтверджена возможность получения волокнистоцементных изделий с необходимыми физико-техническими показателями при повышенном содержании в цементной матрице щелочных оксидов, количество которых возрастает в составе портландцементного клинкера в результате использования альтернативных видов топлива. Проведен анализ влияния каменного угля, торфа и вторичных топливных материалов (изношенные шины, биомасса и др.) на химико-минералогический состав клинкеров и оптимизированы смеси на их основе для энергетического использования в цементной промышленности, которые при заданной калорийности топлива минимизируют содержание щелочных оксидов и SО3 в клинкере. Микрозондовым рентгеноспектральным анализом портландцементного клинкера установлено, что такие основные элементы как кальций, силиций, алюминий распределяются в составе клинкерных минералов, тогда как атомы калия и серы концентрируются локально в порах клинкера на границе раздела фаз с образованием самостоятельной фазы - водорастворимого минерала арканита K2SO4. При этом содержание щелочных оксидов составляет 1,0 ± 0,2 мас.% K2O и 0,14 ± 0,03 мас.% Na2O, а содержание SO3 колеблется в пределах 0,5...0,8 мас.%. Активность клинкера после ТВО, полученного при использовании альтернативных видов топлива, составляет 36-38 МПа. Портландцемент ПЦА на основе клинкера с повышенным содержанием щелочных оксидов по срокам схватывания (начало - 2 ч 30 мин, конец – 3 ч 40 мин) и показателями прочности при изгибе/сжатии через 2 и 7 сут (соответственно 5,5/26,8 и 6,1/34,4 МПа) соответствует требованиям технологии асбестоцементного производства, в то же время содержание щелочных оксидов (Na2O = 0,75-0,85 масс.%) превышает допустимые пределы (Na2Oe ≤ 0,50 мас.%). Показано, что вследствие взаимодействия водорастворимого арканита с двуводным гипсом с образованием комплексной соли K2SO4.СаSO4.Н2О (минерал сингенит) на ранней стадии структурообразования часть двоводного гипса не полностью выполняет роль традиционного замедлителя схватывания портландцемента, что может вызвать деструктивные явления в цементном камне. Поэтому при рекуперации технологической воды в процессе производства волокнистоцементных изделий возрастает ее щелочность до 80…100 мг-экв/л вследствие увеличения содержания калия сульфата в суспензии, что приводит к повышенному водосодержанию первичного слоя асбестоцемента на сетчатом цилиндре, при этом наблюдается снижение фильтрующей способности и возникают деструктивные явления в цементной матрице. Разработан и оптимизирован гранулометрический и вещественный состав портландцемента композиционного на основе клинкеров с повышенным содержанием щелочных оксидов и показано, что при производстве волокнистоцементных изделий прочность цементной матрицы растет за счет взаимодействия гранулированного доменного шлака с калия сульфатом, при этом щелочные компоненты связываются в рентгеноаморфные фазы CSH(I) и цеолитоподобные щелочно-щелочноземельные гидроалюмосиликаты, а карбонатные добавки способствуют стабилизации гексагональных гидратов типа AFm-фаз. Установлена взаимосвязь микроструктуры и прочности цементной матрицы с повышенным содержанием щелочных оксидов с показателями средней плотности, влажностных деформаций и коробления асбестоцементных листов; показано, что листы асбестоцементные волнистые на основе портландцемента композиционного по показателям прочности на изгиб (17,9 МПа) и ударной вязкости (1,97 кДж/м2) отвечают нормативным требованиям. Значения минимальной планочной нагрузки разрушения в пределах 2900-4000 Н и момента изгиба на 1 м длины при разрыве (43,5-77,7 Н.м) определяют их показатели надежности. Сочетание в структуре безасбестовых волокнистоцементных изделий искусственных волокон с высоким и низким модулем упругости обеспечивает упруго-вязкий характер разрушения. Осуществлен в условиях ПАО "Ивано-Франковскцемент" промышленный выпуск специального портландцемента композиционного на основе клинкера, полученного с альтернативными видами топлива, и его внедрение при производстве листов волокнистоцементных волнистых с использованием хризотил-асбеста (АТ технология) и синтетических волокон (NT технология). Фактический экономический эффект от производства листов волокнистоцементных волнистых в расчете на опытную партию портландцемента композиционного в количестве 600 т составил 89,34 тыс. грн. The work gives theoretical background and practical proofs to possibility of producing fibre cement articles with the necessary physical and mechanical properties at elevated content of alkali oxides in the cement matrix; their quantity is increasing in Portland cement clinker due to use alternative fuels. Mixes for energetic using in the clinker burning process, which at given caloric value minimize content of alkali oxides and SO3 were optimized. Using special Portland-composite cement with a high content of alkali oxides obtained by a systematic approach to the selection of particle size and material composition for production fibre cement articles was proposed. The main results of the work had industrial implementation in the production of fibre cement roofing sheets with improved physical-mechanical parameters.Item Низькоенергоємні цементи, модифіковані комплексними поліфункціональними добавками(Національний університет "Львівська політехніка", 2010) Новицький, Юрій ЛеонідовичThe thesis is devoted to solve actual problems in the cement industry, related with decline energy intensity of cement production, which is achieved on the relevant technological stages due to deep dehydration by complex thinner of raw slurry, the replacement of natural gas to alternative fuels when burning Portland cement clinker, development of mixed cements with low content of clinker component modified with admixtures of plastiсizing and accelerating action. The influence of new generation plasticizers on the properties of slurry is set; the properties of Portland cement clinker, burned on gas and alternative fuel, are investigated; optimization of low-energy modified blended cements is made and patterns of hydration processes are established; construction engineering properties of modified mixed cements and concretes based on them are studied; practical approbation of the developed cements is made; reasonably rational fields of use are motivated and technical, economical and environmental efficiency of their production is determined. Диссертационная работа посвящена решению актуальных проблем в цементной промышленности, связанных со снижением энергоемкости цементного производства. В работе проведен аналитический обзор многочисленных исследований в области технологии вяжущих веществ и показано, что проблема энергосбережения должна иметь комплексный характер на всех переделах технологического производства цемента и может быть решена за счет глубокого обезвоживания комплексными разжижителями сырьевых шламов, замены природного газа на альтернативные виды топлива при обжиге портландцементного клинкера, разработки смешанных цементов с пониженным содержанием клинкерной составляющей, модифицированных добавками пластифицирующе-ускоряющего действия. Результаты экспериментальных исследований по выявлению влияния ПАВ и электролитов на свойства сырьевых цементных шламов свидетельствуют, что высокий эффект водоредуцирующего действия комплексных модификаторов обусловлен суммарным воздействием на диффузионную оболочку частиц шлама молекул ПАВ и ионным обменом между щелочным катионом электролита и катионом, находящимся в диффузионном слое твердой фазы сырьевой дисперсии. Для оценки эффективности модифицирования сырьевых шламов комплексными химическими добавками за разжижающим действием и влагосодержанием введено соответственно коэффициенты текучести и водоредуцирования. Введение комплексных добавок в состав исследуемых суспензий позволяет обеспечить их агрегативную устойчивость за счет реализации термодинамического и кинетического факторов. Показана возможность замены природного газа на уголь и использованные автомобильные шины в качестве технологического топлива при обжиге портландцементного клинкера. Установлены особенности процессов клинкерообразования при использовании альтернативных видов топлива. Зола от сжигания изношенных шин, характеризующаяся повышенным содержанием ZnO и SO3 (соответственно 42,0 и 26,0 масс.%), и зола от сжигания угля с повышенным содержанием SiO2 и Al2O3 (соответственно 58,6 и 23,6 масс.%), присаживаясь на обжигаемый материал, вызывает несущественные изменения химического и минералогического состава клинкера. Клинкер, обожженный с использованием угля и автомобильных шин, становится менее однородным и более пористым. Повышение пористости обеспечивает улучшенную размолоспособность клинкера. Активность клинкера после ТВО, полученного из модифицированного шлама при использовании альтернативного топлива, составляет 35-38 МПа, что соответствует первой группе эффективности после пропаривания. Разработаны и предложены составы тонкомолотых смешанных цементов ШПЦ ІІІ/А-ПЛ, ПЦЦ ІV/А-ПЛ, модифицированных комплексными добавками пластифицирующе-ускоряющего действия, которые обеспечивают повышенную пластичность цементно-песчаного раствора (РК=160-210 мм) и существенный технологический эффект; а с учетом водоредуцирующего действия (20-30%) получаются композиции с повышенной ранней и марочной прочностью (технический эффект). Физико-химическое модифицирование тонкомолотых шлаковых цементов комплексными щелочесодержащими добавками позволяет интенсифицировать процессы гидратации за счет сульфатно-щелочной активации шлакового стекла и образования на ранних стадиях гидратации повышенного количества AFt-фаз, а в неклинкерной части вяжущего дополнительного количества СSH-фаз, гидрогеленита и смешанных щелочно-щелочноземельных гидроалюмосиликатов, которые являются основной причиной роста прочности цементного камня на основе ШПЦ III/A-ПЛ. Низкоэнергоемкий модифицированный шлакопортландцемент ШПЦ III/А-ПЛ характеризуется улучшенными строительно-техническими свойствами, в частности, прочность раствора на основе такого цемента превышает прочность раствора на основе ШПЦ III/А на 10-25%, а коэффициент коррозионной стойкости (КС6) составляет 0,94, что позволяет отнести его к классу сульфатостойких (ССШПЦ 400-Д60-ПЛ ДСТУ Б В.2.7-85-99). Бетонные смеси на основе низкоэнергоемких смешанных цементов, модифицированных комплексными добавками на основе суперпластификаторов и щелочесодержащих ускорителей, на 30-40% дольше сохраняют запроектированную марку за удобоукладываемостью. Бетоны на модифицированных смешанных цементах характеризуются высокой прочностью в последующие сроки твердения, химической стойкостью к воздействию агрессивных сред, высокой термостойкостью, постоянством изменения объема, стойкостью к истиранию и сульфатной агрессии. Разработаны эффективные технологические методы для ресурсо- и энергосберегающих технологий производства модифицированных смешанных цементов, характеризующихся заданными строительно-техническими свойствами. Разработаны комплексные модификаторы для глубокого обезвоживания сырьевых шламов ОАО "Николаевцемент" и ОАО "Ивано-Франковскцемент", что позволяет снизить влажность шлама на 7-9% и энергоемкость портландцементного клинкера на 4-8%. Показана возможность частичной и полной замены основного технологического топлива для обжига портландцементного клинкера, природного газа - альтернативными видами топлива – каменным углем и изношенными автомобильными шинами. По результатам теоретических и экспериментальных исследований предложены технологические схемы производства низкоэнергоемких цементов, которые реализованы на ОАО "Ивано-Франковскцемент" и ОАО "Николаевцемент" и на их базе произведен выпуск портландцементного клинкера на основе модифицированных шламов с использованием альтернативного топлива, а также низкоэнергоемких смешанных цементов, модифицированных полифункциональными добавками. Дисертаційна робота присвячена розв'язанню актуальних проблем в цементній промисловості, пов’язаних із зниженням енергоємності цементного виробництва, що досягається на відповідних технологічних ланках за рахунок глибокого обезводнення комплексними розріджувачами сировинних шламів, заміни природного газу на альтернативні види палива при випалі портландцементного клінкеру, розробки змішаних цементів з пониженим вмістом клінкерної складової, модифікованих добавками пластифікуюче-прискорюючої дії. Встановлено вплив пластифікаторів нового покоління на властивості сировинних цементних шламів; досліджено властивості портландцементного клінкеру, випаленого на газі та альтернативних паливах; проведено оптимізацію складів низькоенергоємних модифікованих змішаних цементів та встановлені закономірності процесів їх гідратації; досліджено будівельно-технічні властивості модифікованих змішаних цементів та бетонів на їх основі; виконано практичну апробацію розроблених цементів, обгрунтовано раціональні області використання та визначено техніко-економічну і екологічну ефективність їх виробництва.