АНАЛІЗ КОНСТРУКТИВНОГО ОФОРМЛЕННЯ ШАХТНИХ ПЕЧЕЙ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВИСОКОЯКІСНОГО ПРОДУКТУ, ОТРИМАНОГО В ХОДІ ВИПАЛУ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2024.01.05Ключові слова:
вапно, кінетика процесу, гранулювання, піч, математичний опис, теплообмін, адсорбція, викидиАнотація
Проведено аналіз шахтних печей для випалу вапняку. Виявлені недоліки роботи сучасних печей при випаленні вапняку полідисперсного складу. Розглянута конструкція печі з підвищеною ефективністю, яка забезпечує збільшення продуктивності на 20‒25%, утилізацію відходів карбонатної сировини, зниження витрат тепла на 10%. В ході експериментальних досліджень було встановлено кінетичні процеси випалення. Надано дані експлуатації печі з рекомендованими конструктивними змінами. Було розглянуто питання розподілу топкових газів по перетину шахтної печі, характер руху матеріалу і газу, кінетика процесу. Розглянуто питання про використання газоподібного палива в шахтних випальних печах для виробництва вапна високої активності. Проведені дослідження вапняку високої якості, отриманого в процесі випалу в шахтній печі. За результатами cкануючої електронної мікроскопії було доведено, що отриманий в процесі випалу продукт на 100% належить до кальцію оксиду без додаткових домішок чи шкідливих речовин. За результатами поросиметрії було досліджено вапно і визначені аспекти пористої структури матеріалу, таких як діаметр та загальний об’єм пор, площа поверхні, об’ємна й абсолютна щільності. Встановлено, що матеріал містить макропори, та демонструє комбінацію щілинних та циліндричних пор. За допомогою азотної поросиметрії (за методом БЕТ методом математичного опису фізичної адсорбції, заснований на теорії полімолекулярної (багатошарової) адсорбції) була визначена площа поверхні, яка склала 84,0м2/г. Кореляція між діаметром пор і площею поверхні була визначена за допомогою методу DFT (теорія функціоналу густини) і було встановлено наступне: питома площа поверхні матеріалу – 66,5 м2/г; загальний об’єм пор – 0,18 см3/г; діаметр пор – 4,08 нм. Також було встановлено, що досліджуваний зразок містив різні групи пор в діапазоні від 0,54 нм до 33,24 нм. Групи пор мали бімодальний розподіл у матеріалі, і саме пори меншого діаметру мали форму щілини, а пори більшого діаметра виглядали як циліндричні пори. Циліндричні пори є результатом термохімічних перетворень за участю складових компонентів.
Посилання
Karzun E. H. Bohlaenko D. V., Shaporev V. P., Shaporev P. V. Doslidzhennia protsesu zmochuvannia vapna vodoiu pered podacheiu yii v hidrator u vyrobnytstvi vysokodyspersnoho hidroksydu kaltsiiu abo pushonky. Skhidnoievropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii, 2007, 1/3 25, pp. 41‒46.
Shakhyn I. Kh., Shaporev V. P., Lopukhyna O. A. Analiz sposobiv vyrobnytstva vapna ta vypalu karbonatnoi syrovyny. Visnyk NTU «KhPI», 2003, 3, pp. 76‒90.
Kuparinen K., Vakkilainen E. Green pulp mill: Renewable alternatives to fossil fuels in lime kiln operations. BioRes, 2017, 12(2), pp. 4031‒4048, doi: 10.15376/biores.12.2.4031-4048.
Manning R., Honghi T. Impact of cofiring biofuels and fossil fuels on lime kiln operation. TAPPI Journal, 2015, №7, pp. 474–80, doi: 10.32964/tj14.7.474.
Thommes M. Physical adsorption characterization of nanoporous materials. Chemie Ingenieur Technik, 2010, 82, pp. 1059‒1073, doi: 10.1002/cite.201000064.
A. Alothman Z. A Review: Fundamental Aspects of Silicate Mesoporous Materials. Materials, 2012, 5(12), pp. 2874‒2902, doi: 10.3390/ma5122874.
Grubeša N., Vračević M., Ranogajec J., Vučetić V. Influence of pore-size distribution on the resistance of clay brick to freeze-thaw cycles. Materials, 2020, 13(10), pp. 2364, doi: 10.3390/ma13102364.
Piringer H. Lime shaft kilns. Energy Proc, 2017, 120, pp. 75–95, doi: 10.1016/j.egypro.2017.07.156.
Senegačnik A., Oman J., Širok B. Annular shaft kiln for lime burning with kiln gas recirculation. Appl Therm Eng, 2008, 28 (7), pp. 785–792, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2007.04.015.
Dorofeienko S. O. Chyselne modeliuvannia rukhu sypuchoho materialu v reaktori shakhtnoho typu. Teoretychni osnovy tekhnolohii, 2007, vol. 41, 2, pp. 205–212.
Dorofeienko S. O. Chyselne modeliuvannia perebihu bi dyspersnoho sypuchoho materialu v reaktori shakhtnoho typu. Teoretychni osnovy khimichnoi tekhnolohii, 2007, vol. 41, 6, pp. 625–629.
Shaporev P. V., Raiko V. F., Sebko V. V. Pro mozhlyvist zbahachennia vapniakiv klasu 40–150 mm iz vykorystanniam fotoelektronnoho separatora. Visnyk NTU «KhPI», 2010, 16, pp. 139–153.
Matiukhin V. I., Yaroshenko Yu. H., Zhuravlov S. Ya., Morozova, Ye. V., Matiukhina A. V. Tekhnolohichni mozhlyvosti vykorystannia pryrodnoho hazu v shakhtnykh pechakh dlia vypalu vapniaku. Visti vyshchykh navchalnykh zakladiv, Chorna metalurhiia, 2020, 63 (1), pp. 13–18.
Vytiaganets V., Shaporev V., Pitak I., Baranova A. Constructive design and features of the processes in the roasting shaft furnaces by using gaseous fuel. Bulletin of NTU "KhPI". Series: New solutions in modern technologies. – Kharkiv: NTU "KhPI", 2021, 2 (8), pp. 96–100, doi:10.20998/2413-4295.2021.02.14.
Matthias T., Katsumi K., Alexander V. and other. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem., 2015, 87(9–10), pp. 1051–1069, doi: 10.1515/pac-2014-1117.
Gabrijela H., Milica P., and other. A Brief Evaluation of Pore Structure Determination for Bioaerogels. Gels, 2022, 8(7), pp. 438, doi: 10.3390/gels8070438.
Gritsenko C., Lepalovskij V., Volochaev M., Komanicky V., Gorkovenko A., Pazniak H., Gazda M., Andreev N., and Rodionova V. Complex Study of Magnetization Reversal Mechanisms of FeNi/FeMn Bilayers Depending on Growth Conditions. Nanomaterials, 2022, 12, pp. 1178, doi: 10.3390/nano12071178.
Liu C. A theoretical study of magnetization reversal in exchange biased synthetic antiferromagnet. J. Magn. Magn. Mater., 2022, 564(2), pp. 170193, doi: 10.1016/j.jmmm.2022.170193.
Merkel M., Reginka M., Huhnstock R., and Ehresmann A. Polycrystalline exchange-biased bilayers: Magnetically effective versus structural antiferromagnetic grain volume distribution. Phys. Rev. B, 2022, 106, 014403, doi: 10.1103/PhysRevB.106.014403.
Congxiao Liu. Classification of hysteresis loops for exchange biased F/NM/F trilayer with antiferromagnetic interlayer coupling. J. Appl. Phys, 2023, 134, 043904, doi: 10.1063/5.0154790.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Валентин Витяганець, Інна Пітак
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
