Использование модуля Para View и Rocky при моделировании процесса экструдирования биотоплива

1.

Санкт-Петербургский государственный Горный университет
Использование модуля Para View и Rocky при моделировании
процесса экструдирования биотоплива
МАКАРОВ В.И., группа НД-13-3
ЛОГАШОВА Д.С., группа НД-13-3
руководитель
ЕПИФАНЦЕВ К.В., к.т.н., ассистент кафедры Метрологии и управления качеством,
09 марта 2017 года, г. Санкт-Петербург

2.

Актуальность работы
В России ежегодно образуется около 130 млн м3 вторичных органических отходов.
Промышленной переработке подвергается не более 2%, а остальные вывозятся на свалки и полигоны для
захоронения. Экологическое влияние свалок крайне негативно, что стало причиной выделения
государством грантов и программ по поддержке предприятий по переработке отходов.
В настоящее время ведется активное сотрудничество Горного Университета и ООО
«Балткотломаш» по изучению процесса экструзии отходов и переработки их в топливо. Администрация
компании «Балткотломаш» имеет с Горным университетом совместные патенты и разработки с 2012 года.
.

3.

.
Совместный патент ООО «БКМ» и Горного университета

4. Анализ сырья, пригодного для формования и сжигания

WASTE IN RUSSIA
41 % Organical Waste
35 % Paper
9 % Clothes
8 % Glass
4 % Metall
3 % Plastics

5.

Материалы
В качестве основного сырья для экструдирования были выбраны отходы RDF англ. переводится как refuse derived fuel топливо, полученное из твёрдых отходов (из мусора и т.п.) путем его переработки. Топливо было Топливо на основе мусора (англ.
refuse-derived fuel (RDF)) – это очищенная от вредных примесей высококалорийная горючая фракция размером ~25 мм.
RDF представляет собой твердое топливо, производится путем измельчения и обезвоживания твердых бытовых отходов (ТБО).
Состоит в основном из горючих компонентов ТБО, таких как пластик и биоразлагаемые отходы.
Состав:
бумага и картон…………………………….…………20 %
смешанная упаковка, бумага и полимеры…………18 %
пластик………………………………………………....2 %
пищевые и растительные отходы…………………....60 %

6. Эксперимент по формованию смеси RDF

Операция экструзии – неотъемлемая часть производственного процесса изготовления
окускованного топлива. Достоинства машин для производства окускованного топлива, такие как
непрерывность подачи, герметичность, простота конструкции, возможность агрегатирования с
другим оборудованием, обусловили их широкое применение. Оборудование для формования
было сконструировано на основе экструдера с нагревающимся до 400 градусов корпуса

7.

Результаты эксперимента
В результате формования были получены гранулы, однако из-за отсутсвия автоматического
регулирования скорости вращения шнека и температурной регулировки через 2 часа в экструдере
образовалась пробка, из-за которой была прекращена работа машины. Трехмерное моделирование было
проведено в среде PARA VIEW програмvного модуля YADE.

8. Описание среды Para View

Программное обеспечение Yade Yet Another Dynamic Engine
применяется для расчётов по методу дискретных элементов на основании
разработок Создан учёных из Франции (Университет Гренобля). Yade нашло
применение во многих сферах: переработки и разрушения горных пород,
анализа работы модульных установок и отдельных машин по прессованию
сыпучих веществ, изучению влияния различных сил на тело, созданное из
сыпучих сред. Результаты расчёта опытной установки в программной среде
производятся по методу дискретых элементов (Descret element method DEM)

9. Моделирование сыпучей среды

1
2
3
4
5
1 - бумага и картон, 2 -смесь ткани и полиэстера, 3-смешанная упаковка, полимеры,
4-пластик, 5- пищевые и растительные отходы

10. Описание сыпучих сред при смешивании компонентов

11. Проблема при заштыбовывании экструдера описана с помощью YADE

12.

13.

14. Моделирование в cреде Rocky

Рассмотрим вопрос изменения скорости частиц при
прохождении через формообразующий канал матрицы с
коническим сужением. От метода DEM YADE вычисления
были переведены в среду DEM Rocky. Отличие данной
программы в том, что данная разработка – позволяет
пользоваться функцией создания частиц сложной
несферической формы и возможностью рассчитывать их
разрушение.

15.

В 1 положении - Начальный
этап заполнения шихтой
канала, скорость движения
– 0,1 м/с.
1 положение
2 положение
Во 2-м положении Скорость продолжает
увеличиваться по всей
длине канала,
в переходной части
достигает 0,25 м/с.
В 3 положении увеличение скорости
происходит в переходной
части от конусной части
к цилиндрической (указано
стрелкой) и достигает 0,51.
В 4 положении средняя
скорость движения частиц
по каналу матрицы
составляет
0,34 м/с.
3 положение
4 положение
5 положение
Рисунок 6 - DEM моделирование движения частиц в фильере
5 положение – завершение
эксперимента.

16. Отношение скорости к позициям в фильере

17. Экструдер в Rocky

18.

Тест по определению усилий в сформованной пробке
Было принято решение провести тест сформовавшейся пробки на прессе
Testometric в Научном центре геомеханики и проблем горного производства. Для
начала нижняя и верхняя поверхности пробки были отпилены до ровной текстуры,
затем от нижней части была отделена верхняя часть

19.

Опредление предела разрушения пробки

20.

Результаты эксперимента на одноосное сжатие
№ исп
1 образец
2 образец
Нагрузка макс. (N)
Смещение разруш. (mm)
3907,600
2,902
4788,900
14,090
L, мм
115
125
P кг/м2
56,38050057
69,09626859

21. Вывод

Благодаря проведенным экспериментам удалось получить
информацию о координатах возникновения пробки и ее твердости в
различных
частях.
На
основании
исследований
был
модернизирован существующий эструдер МН-3, него были
добавлены датчики давления, на расстоянии 115 см от края
матрицы и тензодатчик , способный распознавать усилие на шнеке
600 кН.

22. Спасибо за внимание!