Innowacyjność w technice granulowania (peletowania) biomasy Hejft Roman Politechnika Białostocka Wydział Mechaniczny Zakład Techniki Rolno-Spożywczej Innowacyjność w technice granulowania (peletowania) biomasy

Wprowadzenie Granulowanie (peletowanie) i brykietowanie to najczęściej występujące w praktyce przemysłowej rodzaje ciśnieniowej aglomeracji materiałów pochodzenia roślinnego. Podczas granulowania i brykietowania, rozdrobniony materiał roślinny pod działaniem sił zewnętrznych i wewnętrznych, ulega zagęszczeniu, a otrzymany produkt (aglomerat) uzyskuje określoną, stałą formę geometryczną. Granulowanie, brykietowanie materiałów roślinnych znalazło powszechne zastosowanie: w produkcji pasz przemysłowych, w produkcji ekologicznego paliwa stałego, w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i innych.

Biomasa np. słoma zbóż, łodygi roślin, trociny, trzcina, łuski, wióry, kora, itp. pyły drzewne, papier, rozdrabniani przesiewanie suszenie mieszanie granulat ( pelet) schładzanie magazynowanie

Układy robocze granulująco-brykietujace Schemat budowy granulatora (brykieciarki) z płaska matrycą: A-uniwersalne urządzenie granulujące-brykietujące, B-rejestrator temperatury, C-rejestrator poboru mocy, D-termoelement NiCr-Ni; l-dozownik (bezstopniowa regulacja), 2-rolki zagęszczające, 3-nieruchoma płaska matryca, 4-obudowa wału napędowego, 5-wysyp aglomeratu, 6-przekładnia pasowa, 7-podstawa, 8-silnik elektryczny, 9-wał napędowy, 10-nóż obcinający; b) widok uniwersalnego urządzenia granulująco-brykietującego (zdjęty dozownik): dane techniczne; moc -15 kW, prędkość zespołu rolek - 210 obr/min, wymiary - 970 mm x 600 mm x 1720 mm, szerokość rolki - 102 mm

a) b)

Metoda granulowania bezciśnieniowego polega na przesypywaniu drobnoziarnistego lub pylistego materiału pochodzenia roślinnego zmieszanego z cieczą granulacyjną. Tą cieczą może być podwyższona wilgotność materiału. Cząstki materiału pod wpływem sił zewnętrznych oraz sił wzajemnego oddziaływania łączą się, stopniowo zagęszczają i zwiększają swoją objętość. Mechanizm tworzenia się granulki polega na łączeniu się cząstek przy pomocy mostków cieczy.

Przykładowo: skład granulometryczny rozdrobnionej słomy jęczmiennej, kukurydzianej, owsianej, pszennej, rzepakowej (wg. Skoneckiego i innych) na rozdrabniaczu bijakowym ML500 o sicie o średnicy oczek 4mm ; suma fakcji < 0,2mm, 2mm-0,315mm, 0,315mm- 04mm, 04mm-05mm stanowi dla słomy jęczmiennej ok. 40%, dla słomy kukurydzianej ok. 50%, słomy owsianej ok. 48%, słomy pszennej 38%, słomy rzepakowej ok.30%.Należy zaznaczyć , że ponad 95% cząstek to frakcja do 1,2mm. Wielkość tych cząstek nie sprzyja aglomeracji ciśnieniowej. Można z przybliżeniem przyjąć, że cząstki o wymiarach oscylujących wokół 0,5 średnicy otworów w matrycy są odpowiednie do granulowania (peletowania) . Optymalna wielkość cząstek zależy zarówno od właściwości fizyko-chemiczno-biologicznych przetwarzanego surowca roślinnego jak i geometri układu roboczgo „ matryca-rolki prasujące” (często określana jest w testach próbnych). Rozdrobniony materiał roślinny poddawany granulowaniu (peletowaniu), należałoby przed doprowadzeniem do układu roboczego „matryca-rolki prasujące”, poddać mechanizmowi bezciśnieniowej aglomeracji. Pozwoli to na skierowane do układu roboczego zagęszczonych cząstek o odpowiednich wymiarach.

Proces granulowania i brykietowania jest procesem wysokoenergochłonnym (energochłonność procesu w zależności od przetwarzanego materiału może wynosić od ok. 10-15 do ok. 80-100 kWh/t produktu, Układy robocze granulujace (brykietujące): „matryca-rolki zagęszczające” urządzenia do granulowania (brykietowania) zużywają się po krótkim okresie pracy (ok. 1/10- 1/15 czasu eksploatacji całego urządzenia), Koszt układu roboczego „matryca – rolki zagęszczające”, ze względu na materiały konstrukcyjne, pracochłonność jego wykonania, stanowi około 10-20 % kosztu pozostałych zespołów urządzenia. Biorąc pod uwagę, że możliwe jest realizowanie procesu granulowania i brykietowania w tym samym urządzeniu należy zwrócić szczególną uwagę na uniwersalne konstrukcje matryc. .

Do jednych z podstawowych parametrów matryc zaliczyć należy współczynnik prześwitu matrycy – tj. stosunek powierzchni otworów do powierzchni roboczej matrycy Wyniki badań nad wpływem wyżej wymienionego parametru na gęstość otrzymanego produktu i energochłonność jednostkową procesu można scharakteryzować następująco: - matryca o otworach o średnicy ф =6,5 (mieszanka paszowa T2) Zmiana współczynnika prześwitu matrycy z 0,31 do wartości 0,45 powoduje spadek gęstości o około 128kg/m3 (tj. o około 11%) oraz spadek energochłonności jednostkowej o około 0,014 kWh/kg (tj. o około 24 - matryca o o otworach o średnicy ф =28mm (mieszanka z 45% udziałem słomy) Zmiana współczynnika prześwitu matrycy z 0,245 do wartości 0,305 powoduje spadek gęstości o około 21kg/m3 (tj. o około 2%) oraz spadek energochłonności jednostkowej o około 0,0084 kWh/kg (tj. o około 8%).

Rozdrobniony materiał roślinny poddawany granulowaniu WNIOSKI Rozdrobniony materiał roślinny poddawany granulowaniu (peletowaniu), należałoby przed doprowadzeniem do układu Roboczego „matryca-rolki prasujące”, poddać mechanizmowi bezciśnieniowej aglomeracji. Pozwoli to na skierowane do układu roboczego zagęszczonych cząstek o odpowiednich wymiarach. Modernizacja granulatorów (peleciarek), w większości przypadków poprzez zmiany konstrukcji układów dozujących , pozwoliłaby aby dostarczany do układu roboczego materiał nie zawierał frakcji pylistych i drobnych cząstek.

jednocześnie otrzymywać zarówno brykiety jak i granulat (pelet). Konstrukcja matrycy granulujaco-brykietujacej pozwala jednocześnie otrzymywać zarówno brykiety jak i granulat (pelet). Takie rozwiązanie podwyższa znacząco współczynnik prześwitu matrycy, a tym samym zmniejsza się energochłonność jednostkowa procesu Konstrukcja matrycy pozwala również na oszczędności materiałowe, zmniejszyć pracochłonność wykonania matryc, a tym samym ich koszty produkcji, a także na regenerację zużytych matryc, wymianę lub regenerację tulejek

1. Chłopek M., Dzik T., Hryniewicz M.: Metoda doboru elementów Literatura 1. Chłopek M., Dzik T., Hryniewicz M.: Metoda doboru elementów układu roboczego granulatora z płaska matrycą. Chemik 2012, 66,5, 493-500 2. Demianiuk L.: Brykietowanie rozdrobnionych materiałów roślinnych. Praca doktorska. Politechnika Białostocka. 2001, Białystok. 3. Hejft R.: Ciśnieniowa aglomeracja materiałów roślinnych. Radom. Bibl.Prob.Ekspl.,2002 4. Hejft R, Obidziński S.: Konstrukcje matryc w granulatorach z układem roboczym „płaska matryca – rolki zagęszczające” Chemik 2012, 66,5, 479-484 5. Skonecki S., Potręć M., Laskowski J.: Właściwości fizyczne i chemiczne odpadów rolniczych. Acta Agrofizyka, 2011, 18(2), 443-455h.

Dziękuję za uwagę!!!