ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА КИЗЕЛЬГУРОВОГО ШЛАМА ПИВОВАРЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Авторы
Файлы
Литература

Визир Д.М. 1 Шахов С.В. 1 Шабанов И.Е. 1 Толстова Е.С. 1

1 Воронежский государственный университет инженерных технологий Статья в формате PDF 504 KB 1. Об экономической эффективности нового способа термической регенерации кизельгура / С.Т. Антипов, В.В. Пойманов, С.В. Шахов, Д.М. Визир // Финансы. Экономика. Стратегия. – 2010. – № 12. – С. 21-24. 2. Математическая модель процесса термической регенерации кизельгура / С.Т. Антипов, Д.М. Визир, А.В. Жучков, С.В. Шахов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2012. – № 1. – С. 35-40. 3. Визир Д.М. Исследование свойств кизельгура как объекта термической регенерации // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2012. – № 1. – С. 7-9. 4. Антипов С.Т. Разработка энерго- и ресурсосберегающего способа термической обработки кизельгура / С.Т. Антипов, С.В. Шахов, Д.М. Визир // Современные энергосберегающие тепловые технологи (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ-2011: сб. материалов IV междунар. науч.-пpaкт. конф. – М.: Изд-во Моск. гос. агроинж. ун-та им. В.П. Горячкина, 2011. – Т. 1. – С. 262-264.

На предприятиях пивоваренной отрасли наибольшее распространение получили кизельгуровые фильтры: они надежны, просты в устройстве и экономически выгодны.

Однако существует ряд проблем, связанных с использованием кизельгура: ограниченность ресурсов высококачественного диатомита, а также большие расходы на утилизацию. Поэтому в настоящее время ученые сосредоточили усилия на следующих направлениях: поиск новых методов регенерации кизельгура; использование альтернативных материалов и оборудования для фильтрования.

При использовании в среднем 1 кг кизельгура на 30 л пива ежегодно производится несколько тысяч тонн кизельгурового шлама, который предприятия за собственные средства должны утилизировать. Однако проблема состоит в том, что кизельгуровые отходы ввиду значительного количества связанного азота могут привести к накоплению в земле и воде нитратов [1, 2].

Одним из перспективных направлений является термическая регенерация кизельгура. При этом образуется материал, который снова может использоваться для фильтрации пива. Однако высокие температуры ведут к качественным изменениям продукта. Доля пригодного кизельгура составляет, в большинстве случаев, малую величину. Поэтому разработка тепло- и ресурсосберегающего способа термической регенерации кизельгура, режимные параметры которого обеспечивают высокие качественные показатели регенерируемого кизельгура с точки зрения его повторного использования в процессе осветления пива является актуальной задачей [3, 4].

Целью работы является научное обеспечение и разработка способа термической регенерации кизельгура для повторного его использования в процессе осветления пива и разработка инновационных технологических и конструкторских решений при пpaктической реализации процесса.

Материалы и методы исследования. Проведение экспериментальных исследований пиролиза кизельгурового шлама обусловлено необходимостью выявления закономерностей термического разложения органических составляющих в условиях ограниченного доступа кислорода. Исходя из этого для более точного осуществления процесса и возможности изучения влияния отдельных факторов на эффективность проведения процесса без возмущающих неконтролируемых воздействий сопутствующих факторов эксперименты осуществлялись на специально сконструированной установке периодического действия.

В состав схемы экспериментальной установки (рис. 1) входят следующие элементы: вертикальный пиролизный реактор с рубашкой 1, двойная шиберная заслонка 2, горелка 3, воздушный кожухотрубчатый конденсатор 4, вентилятор 5, емкость – сборник жидкой фpaкции 6, каплеотбойник 7, фильтр 8 и вентилятор 9. Все элементы установки соединены между собой системой трубопровода 10 и крепятся на раме 11. Трубопровод между реактором и конденсатором снабжен сбросным клапаном, на этом же трубопроводе расположена термопара для измерения температуры выходящей парогазовой смеси. Для обеспечения и контроля заданного режима утилизации и безопасного проведения эксперимента внутри реактора также располагается термопара.

Рис. 1. Схема пиролизной экспериментальной установки:1 – пиролизный реактор, 2 – двойная шиберная заслонка, 3 – горелка, 4 – конденсатор, 5 – вентилятор, 6 – емкость сборник, 7 – каплеотбойник, 8 – фильтр, 9 – вентилятор, 10 – система трубопровода, 11 – рама

Реактор (рис. 2) в свою очередь состоит из следующих основных элементов: корпус реактора 1, рубашка 2, выгружатель 3, патрубок парогазовой смсси 4, патрубок топочных газов 5, нижний патрубок рубашки 6, фланец байонетный 7. Снаружи корпус реактора 1, выполненный из стали 08X181110 Г, снабжен рубашкой 2, внутри которой циркулируют продукты горения топлива, обогревающие реактор и обеспечивающие процесс пиролиза. К рубашке 2 приварены опоры, с помощью которых реактор устанавливается на раме. К фланцу корпуса сверху крепится двойной шибер, через который производится загрузка сырья.

Рис. 2. Пиролизный реактор:1 – корпус реактора, 2 – рубашка, 3 – выгружатель, 4 – днище, 5 – патрубок парогазовой смеси, 6 – патрубок топочных газов, 7 – нижний патрубок рубашки, 8 – фланец байонетный

К фланцевому соединению нижнего патрубка рубашки 7 тангенциально крепится горелка, продукты сгорания от которой служат для обогрева реактора 1.

Для удаления из системы, поднимающегося снизу вверх потока топочных газов в рубашке 2 служит патрубок топочных газов. В нижней части реактора смонтирован выгружатель 3. Установка периодического действия, поэтому во время работы разгрузочное устройство закрыто байонетным фланцем 8. Для разгрузки зольного остатка предназначен шнековый выгружатель 3. Для отвода из реактора 1 парогазовой смеси, полученной в процессе пиролиза, установлен верхний патрубок 5. Кроме этого, для исключения тепловых потерь в окружающую среду и обеспечения безопасности при работе с установкой, снаружи реактор предусмотрена теплоизоляция в виде листов минеральной ваты.

Результаты исследования и их обсуждение. Для близкой имитации промышленной переработки кизельгурового шлама пивоваренного производства после серии опытов с загрузкой в реактор небольших объемов пиролизная установка была опробована при циклической загрузке с возможным заполнением на половину реактора. Устанавливаемая температура в реакторе 450 °С. Полученные результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1

Значения параметров проводимого процесса

	Продолжительность цикла, мин	t, °C в реакторе	t, °C парогазовой фpaкции	t, °C в сборнике	t, °C выходящих газов	t, °C топочных газов
Вид сырья	Отработанный кизельгур
1	0	467,9	61,2	25,7	23	65,7
2	30	450,9	101,1	26	25,5	62,5
3	60	451,2	94,1	26	27,4	67,8
4	90	427,7	103,7	25,5	29,4	70,5
5	120	441,8	94,9	25	32	72,3
6	150	465,8	90,2	24,7	31,5	71,5
7	180	457,3	83,4	24,8	30,9	70,4
8	210	432,5	104,8	24,9	31,9	71,3
9	240	433,6	113,2	24,9	34,1	70,2
10	270	463,1	96,8	24,8	32,8	69,7
11	300	442,5	92,8	25,1	32,8	68,9
12	330	428,5	103,5	25,2	33,6	67,6
13	360	452,7	110,7	25,1	31,8	64,3
Итого:	360	–	–	–	–	30

На рис. 3 представлена графическая зависимость температур выходящих продуктов и температуры в камере во время процесса пиролиза, а на рис. 3 влияние различных факторов на процесс пиролиза.

Рис. 3. Зависимость температур пиролиза от времени процесса

В процессе каждой загрузки наблюдалось небольшое падение температуры в реакторе при внесении новой порции сырья. А также происходило колебание в процессе пиролиза температуры парогазовой фазы.

При выгрузке продуктов из пиролизной установки было заметно, что часть сырья осталась не переработанной (рис. 5).

Рис. 4. Зависимость показаний ДМЦ от времени процесса

Рис. 5 Выход продуктов пиролиза отработанного кизельгура

Поэтому для исследования в лаборатории было взято несколько проб. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Данные лабораторного исследования

Материал	Масса исходная, г	Масса влаги		Органика (летучие)		Остаток (неорганика)
Материал	Масса исходная, г	г	%	г	%	г	%
Отработанный кизельгур	1,37	0,97	70,8	0,07	5,1	0,33	24,1
Переработанный остаток	1,683	0,35	20,8	0,053	3,15	1,28	76,05
Не переработанный	2,047	1,06	51,8	0,09	4,38	0,897	43,82
Чистый кизельгур	0,3	0,1	33,3	0,05	16,7	0,15	50

Заключение

В переработанной части остатка доля сухого остатка преобладает, по сравнению с чистым сырьем влаги в этом продукте намного меньше. Однако в не переработанном остатке, как и в исходном сырье, большую часть составляет влага.

Работа представлена на Международную научную конференцию «Актуальные вопросы науки и образования», Россия (Москва), 21-23 мая 2012 г. Поступила в редакцию 22.06.2012.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ТОВАРОВ И ПОДГОТОВКА ТОВАРОВЕДОВ-ЭКСПЕРТОВ

Статья в формате PDF 92 KB...

25 03 2026 10:33:56

СОБСТВЕННОСТЬ НА ЗЕМЛЮ: ИСТОРИОГРАФИЧЕСКИЙ АСПЕКТ

Статья «Собственность на землю: историографический аспект» представляет собой историографический анализ проблемы отношений собственности на землю с точки зрения различных школ экономической мысли. В ней раскрываются противоречия теории земельной собственности с современной пpaктикой землепользования. ...

24 03 2026 0:44:49

ГИГЕНИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ СОЧЕТАННОГО ТЕЧЕНИЯ ХРОНИЧЕСКОГО ГАСТРОДУОДЕНИТА И ИНСУЛИННЕЗАВИСИМОГО САХАРНОГО ДИАБЕТА НА ТЕРРИТОРИЯХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НЕБЛАГОПОЛУЧИЯ

Статья в формате PDF 146 KB...

23 03 2026 3:40:30

МЕТОДЫ ПОДДЕРЖАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПЕРСОНАЛА БАНКА

Статья в формате PDF 115 KB...

22 03 2026 6:59:45

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР РЕКУРРЕНТНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Уникальные возможности линейных рекуррентных уравнений первого порядка А(n+1) = aA(n) + b позволяют хаpaктеризовать закономерности изменения различных свойств органических соединений (А) не только в пределах локальных групп гомологов, но и одновременно всех рядов с одинаковыми гомологическими разностями. Более того, рекуррентные соотношения применимы к функциям не только целочисленных (число атомов углерода в молекуле), но и равноотстоящих значений аргументов A(x+Δx) = aA(x) + b, (Δx = const). Этот способ аппроксимации проиллюстрирован на примерах температурных зависимостей растворимости различных веществ в воде и даже времен релаксации в высокочастотных полях. ...

21 03 2026 23:33:52

РИЗОГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ ЧЕРЕНКОВ ВИНОГРАДА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА

Статья в формате PDF 89 KB...

20 03 2026 21:51:27

ВОЗМОЖНОСТЬ ВЫРАЩИВАНИЯ ОДНОЛЕТНИХ ЦВЕТОЧНО-ДЕКОРАТИВНЫХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ОТКРЫТОГО ГРУНТА МУРМАНСКА

Статья в формате PDF 118 KB...

19 03 2026 11:19:50

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ ФИНАНСОВОЙ СТРАТЕГИИ ПРЕДПРИЯТИЯ

Статья в формате PDF 125 KB...

18 03 2026 5:22:32

АНОМАЛИИ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

С целью проверки космологических и геологических теорий всё больший интерес вызывают измерения аномалий: увеличение радиусов орбит планет, увеличение радиусов планет, замедление вращения планет. Технические возможности таких измерений имеются. Эмпирическая Теория Вселенной позволяет легко вычислять указанные аномалии. В статье показан метод расчёта аномалий и некоторые результаты для планет Солнечной системы. Сравнение расчёта с уже имеющимися измерениями (удаление Луны от Земли, удаление Земли от Солнца, замедление вращения Земли) показывает хорошее согласие расчёта и измерения. ...

17 03 2026 3:48:19

КЛИМАТ КАК ГЛОБАЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА: ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ, БУДУЩЕЕ

Статья в формате PDF 237 KB...

16 03 2026 0:46:48

О ПРЯМОМ ТЕОРЕТИЧЕСКОМ РАСЧЕТЕ ДРЕЙФОВЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ИОННЫХ КРИСТАЛЛАХ

Статья в формате PDF 128 KB...

15 03 2026 8:17:43

ЛЕТНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ЛАГЕРЯ КАК ЧАСТЬ ПРОГРАММЫ ОЗДОРОВЛЕНИЯ ДЕТЕЙ

Статья в формате PDF 122 KB...

14 03 2026 15:55:53

ВЗАИМОСВЯЗАННОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЕДИНОЙ СИСТЕМЕ РЕЧНОГО ВОДОСБОРНОГО БАССЕЙНА; ПРОЯВЛЕНИЕ В КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЯХ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНЫХ ЛИВНЕЙ В ВЫСОКОГОРНЫХ ОБЛАСТЯХ С РЕЗКОРАСЧЛЕНЕННЫМ ГОРНЫМ РЕЛЬЕФОМ

В настоящей работе предлагается оригинальный подход для объяснения процессов образования и распространения селей в горных условиях в условиях резкого увеличения вовлекаемых в этот процесс водных масс. Нами предлагается модель, согласно которой необходимыми условиями возникновения селя являются следующие: наличие глубинного трещинообразования в русле горной реки, перепад высот, наличие пула водной массы (обычно, – над областью будущего возникновения селя), обеспечивающего необходимый перепад гидростатического давления, а также выпадение осадков в виде обильных дождей, тающих снегов в верховьях селеопасных рек, провоцирующих это явление. Одним из принципиальных базовых допущений, на котором строится наша модель и которое подтверждается наблюдениями селевых катастроф, является то, что объем/масса водного селевого выброса может существенно превосходить оцениваемое количество выпавших осадков на поверхности. В связи с этим естественное объяснение получает общеизвестный факт, что не все ливневые дожди приводят к катастрофическим последствиям. Сущность и новизна нашей модели заключается в том, что в селевом взрыве активно участвуют как поверхностные, так и подземные воды, т.е. речь идет о 3D-механизме формирования селя. При этом в русле создается определенный участок – ворота селя, где начинает идти интенсивная подземная подпитка водой (за счет перепада давлений) основного импульса селя. И этот процесс может играть доминирующую роль. Нами предлагается математическая модель рождения и распространения селя, в основе которой лежат представления нелинейной гидродинамики волновых процессов с формированием солитонов. В рамках развиваемой концепции в заключительном разделе 5 данной статьи приведен краткий анализ возможных причин произошедшего катастрофического наводнения в г. Крымске (июль 2012 г.). ...