содержание   ..   80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  ..

Кинетика термораспада древесины

 Кинетические кривые термораспада сухих березовых опилок с размером частиц 0,25—2 мм в атмосфере азота при различных температурах показаны на рис. 45. Видно, что при 250 °С потеря массы происходит с очень небольшой скоростью, при 270° — за 1 ч нагрева теряется около 50 % массы, при 290° разложение идет со значительной скоростью и примерно через 20 мин потеря массы, достигнув 60%, прекращается, наконец, при температуре 400 °С термораспад протекает с большой скоростью и за 5 мин теряется более 70 % массы древесины.

Разработка математической теплофизической модели процесса пиролиза кусковой древесины наталкивается на большие трудности из-за неоднородного строения древесины — анизотропии физических свойств, наличия пустот и т. п.— и дефектов в структуре, образующихся при сушке и пиролизе в древесине и угле. Поэтому больших успехов в этом направлении не достигнуто.

Предложенная рядом авторов математическая модель процесса пиролиза кусковой древесины (толщиной до 2 см) представляет собой сложную систему дифференциальных уравнений, в которые входят значения температуры, времени, давления, плотности, теплопроводности и удельной теплоемкости древесины и угля, проницаемости их, физических свойств летучих продуктов, скоростей тепловых и материальных потоков, энергии активации термораспада древесины и многих других величин. Расчетные данные для пиролиза кленовой древесины удовлетворительно согласуются с экспериментальными при скоростях нагрева поверхности до 2,1 Дж/см2-с.

Кинетика и общая характеристика процесса термораспада березовой древесины при неизотермическом нагреве показаны на рис. 46. На Д7Т-кривой четко выделяются стадии распада ксилана с максимумом потери массы при 280 и целлюлозы при 330 °С потеря массы лигнина не прослеживается. На ДТА-кривой имеются две эндотермические области: первая — с экстремумом при температуре 220 °С отвечает начальной стадии дегидратации и деструкции ксилана и целлюлозы, а также, по-видимому, разрушению и перестройке первичной структуры лигнина; вторая эндотермика с максимумом при температуре 345 °С, совпадающая с температурной областью интенсивной потери массы целлюлозой, вызвана эндотермическим процессом

деполимеризации. ТГ-кривая показывает, что основная потеря массы происходит в момент распада ксилана и целлюлозы; после температуры 350 °С скорость потери массы резко уменьшается. Остаток при 500 °С составляет около 24 % от древесины.

Пиролиз древесины протекает в несколько стадий, характеризующихся различными скоростями распада (ДТГ- и 7Т-кривые) и энергиями активации. Величина энергии активации колеблется в зависимости от температурного интервала, скорости нагрева и ряда других факторов от нескольких десятков до нескольких сот (до 350) кДж/моль. Например, энергия активации термораспада древесины бука в интервале температур 300—340 °С равна примерно 90—100 кДж/моль.