Дослідження технологічних параметрів піролізу зношених автомобільних шин при їх статичному навантаженні

Abstract

Вступ. Проблеми утилізації зношених автомобільних шин гостро постають на теренах нашої країни, оскільки обсяг останніх безперервно збільшується. Крім того, недосконалість наявних методів термічної утилізації зношених автошин спонукає до розробки новітньої технології піролізу в поєднанні зі статичним навантаженням. Проблематика. Через відсутність даних щодо особливостей робочого процесу, що ускладнює проведення налагоджувальних робіт та реалізацію утилізації гумових відходів термічним розкладанням під дією статичного навантаження в промислових умовах, важливим є визначення особливостей деструкції гумових відходів в реакторі устаткування під час статичного стискання. Мета. Визначення фізичних характеристик теплотехнічного процесу деструкції зношених автошин в піролізному реакторі в поєднанні зі статичним навантаженням. Матеріали й методи. Для оцінки ефективності запропонованого методу проведено серію експериментальних досліджень: традиційний піроліз подрібнених автошин в реакторі та піроліз автошин зі статичним навантаженням. За допомогою програми COMSOL Multiphysics досліджено теплофізичні характеристики вертикального піролізного реактора, заповненого автошинами, при взаємодії температури й статичного стискання. Результати. Шляхом використання програмою методу кінцевих елементів та розв'язання диференціального рівняння теплопровідності, побудовано графіки, що демонструють теплопровідність і процес розподілу температурного поля всередині піролізного реактора за умов ущільнення перероблюваних продуктів. Розраховано термін перебування автошин в реакторі, що складає 7,8 год. Визначено оптимальний тиск на автошини, необхідний для досягнення максимального ущільнення. Висновки. Обґрунтовано підвищення продуктивності установки утилізації гумотехнічних відходів шляхом впровадження в технологічну схему багатоконтурного циркуляційного піролізу статичного навантаження. Показано ефективність застосування статичного навантаження під час процесу, про що свідчить збільшення коефіцієнту теплопровідності масиву автошин в реакторі і, як наслідок, більш рівномірний розподіл температури в об'ємі ущільнених автошин.

Introduction. Disposal of waste tires is a pressing problem in our country, since their amount has been constantly increasing. Inadequacy of the existing methods for thermal waste tire utilization has given rise to the necessity of developing an advance technology for their pyrolysis combined with static load. Problem Statement. Since no data on specific features of work process are available, this complicates the adjustment works and implementation of waste tire utilization by thermal decomposition under static load in industrial conditions. The determination of specific features of waste tire destruction in the reactor under static load is a relevant problem to be solved. Purpose. To determine the physical parameters of waste tire destruction in the pyrolysis reactor, under static load. Materials and Methods. To assess the effectiveness of the proposed method a series of experiments have been carried out. It includes the conventional pyrolysis of grinded waste tires in the reactor and tire pyrolysis under static load. Using COMSOL Multiphysics program, the physical parameters of vertical pyrolysis reactor filled with tires under temperature effect and static compression have been studied. Results. Diagrams that show thermal conductivity and distribution of temperature field inside the pyrolysis reactor in the case of compaction of processed products have been built using the method of end elements and solution of differential thermal conductivity equation. The time of tire stay in the reactor has been estimated as 7.8 hours. Optimal pressure on tire, which is required for maximum compaction has been determined. Conclusions. Raising performance of the plant for waste tire utilization by introducing static load into the process technology for multi-loop circulation pyrolysis has been substantiated. The use of static load has been shown to be an effective method, as it leads to an increase in the thermal conductivity coefficient of waste tire mass in the reactor and, consequently, a more even temperature distribution in the compacted tire mass.

Введение. Проблемы утилизации изношенных автомобильных шин остро стоят в нашей стране, поскольку их объем непрерывно увеличивается. Кроме того, несовершенство существующих методов термической утилизации изношенных автошин побуждает к разработке новой технологии пиролиза в сочетании со статической нагрузкой. Проблематика. Из-за отсутствия практических знаний особенностей рабочего процесса затрудняется проведение наладочных работ и реализация утилизации резиновых отходов термическим разложением под действием статической нагрузки в промышленных условиях, важным является определение особенностей деструкции резиновых отходов в реакторе оборудования при статическом сжатии. Цель. Определение физических характеристик теплотехнического процесса деструкции изношенных автошин в пиролизном реакторе в сочетании со статическим нагружением. Материалы и методы. Для оценки эффективности предложенного метода проведена серия экспериментальных исследований: традиционный пиролиз измельченных автошин в реакторе и пиролиз автошин со статической нагрузкой. С помощью программы COMSOL Multiphysics исследовано тепло-физические характеристики вертикального пиролизного реактора, заполненного автошинами, при взаимодействии температуры и статического сжатия. Результаты. Путем использования программой метода конечных элементов и решения дифференциального уравнения теплопроводности, построены графики, демонстрирующие теплопроводность и процесс распределения температурного поля внутри пиролизного реактора в условиях уплотнения перерабатываемых продуктов. Рассчитан срок пребывания автошин в реакторе, что составляет 7,8 ч. Определено оптимальное давление на автошины, необходимое для достижения максимального уплотнения. Выводы. Обоснованно повышение производительности установки утилизации резинотехнических отходов путем внедрения в технологическую схему многоконтурного циркуляционного пиролиза статической нагрузки. Показана эффективность применения статической нагрузки во время процесса, о чем свидетельствует увеличение коэффициента теплопроводности массива автошин в реакторе и, как следствие, более равномерное распределение температуры в объеме уплотненных автошин.