книги из ГПНТБ / Механизация процессов добычи и переработки торфа

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Р С Ф С Р

КАЛИНИНСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ’ ИНСТИТУТ

Кафедра «Торфяные машины и комплексы»

МЕХАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ

ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ ТОРФА

Труды Калининского политехнического института

М О С К В А 1 9 7 4

УДК 622.331.001.5:378

Гос. публмчмся

научно-тсйничвом**

библиотека СССР

ЭКЗЕМПЛЯР

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

W34 fir-

В настоящей работе описаны конструкции машин, применяемых в торфяной промышленности. Приведены их технические характеристики.

Помещенные в работе статьи дают представление об основных научно-исследовательских работах по ме­ ханизации добычи и переработки торфа.

Труды предназначены для инженерно-технических

© ЦНИИТЭстроймаш, 1974 г.

Канд. техн. наук Э. И. АБЛЕКИМОВ, инж. Г. В. СЕЛЕЗНЕВА

КВОПРОСУ ПРИРОДЫ САМОРАЗОГРЕВАНИЯ

ИСАМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОРФА

Имеющиеся данные по исследованию причины саморазо­ гревания и самовоспламенения складированного торфа про­ тиворечивы в результате отсутствия общепризнанной теории или рабочей гипотезы, на основе которой можно было бы проводить целенаправленные эксперименты и логически объ­ яснить накопленный опытный материал.

Разработка такой гипотезы имеет актуальное значение как в теоретическом, так и в практическом отношении. На ее основе можно было бы выработать научно обоснованные методы борьбы с саморазогреванием и самовоспламенением торфа, приносящими значительный ущерб народному хозяй­ ству, так как потери составляют 5—10% товарной продукции

иснижается качество [1, 2].

Внастоящее время большинство исследователей при объ­ яснении и изучении причин саморазогревания торфа [3—11] придерживаются биологической концепции. Однако в послед­ ние годы все большего внимания заслуживает точка зрения, основанная на химической природе саморазогревания торфа

врезультате окисления органического вещества кислородом

воздуха аналогично саморазогреванию складированного угля.

Первая серьезная попытка обосновать эту теорию путем анализа литературы и материалов экопериментов была сде­ лана в работе Сергеева Б. Ф. [1].

Многие исследования [7—11] подтверждают, что даже стерилизованный путем обработки водяным паром торф спо­ собен поглощать кислород и выделять углекислый газ, т. е. окисляться, причем часто в несколько раз эффективнее ис­ ходного образца. Это, несомненно, свидетельствует об опре­ деляющей роли химических процессов окисления при саморазогревании торфа. Сторонники биологической концепции

3

отводят им вспомогательную роль и необоснованно полагают, что такие реакции возможны лишь при температуре 65— 75°С.

Анализ литературы [1] показывает, что в начальный мо­ мент питательных веществ в торфе недостаточно для интен­ сивного развития микрофлоры, а, следовательно, биогенные процессы вряд ли являются инициаторами разогревания торфа.

Из экспериметальных данных [1] видно, что при темпе­ ратуре 55°С стерилизованный торф выделяет тепла и погло­ щает кислорода лишь на 30—35% меньше исходного, а при температуре 22—24°С проявляет одинаковую с ним актив­ ность. Эти результаты свидетельствуют о том, что биогенные процессы являются в значительной степени следствием хими­ ческого окисления органического вещества торфа, создаю­ щего благоприятные температурные и питательные условия для развития микрофлоры.

Интересно отметить, что при низких температурах тепло­ выделение вызвано лишь химическими реакциями окисления и что даже при средних температурах оно является опреде­ ляющим.

Первостепенная роль химического окисления и его цеп­ ная природа подтверждаются в работах [1, 12—14], показы­ вающих, что перекисные соединения и вещества, ускоряющие их распад, усиливают термогенные процессы в торфе.

Рассмотрим возможность реакции окисления торфа с по­ зиций цепного радикального механизма с учетом природы торфа.

Для протекания цепного инициирования (зарождение це-

'пей) свободнорадикального окисления органического веще­ ства необходимо образование первичных радикалов.

Их источником является реакция взаимодействия моле­ кулы органического вещества с кислородом воздуха.

гцением тепла, что затрудняет их протекание при нормаль­ ных температурах. Но в присутствии катализаторов (солнеч­ ная радиация, соли металлов переменной валентности) ре­ акция ускоряется и легко протекает даже при низких тем­ пературах. Особенно эффективно действует солнечная радиа-

4

ция в присутствии сенсибилизаторов —веществ, эффективно поглощающих свет с последующей передачей энергии моле­ кулам реагента. При этом энергия активации инициирования снижается до нуля. В качестве сенсибилизаторов могут слу­ жить перекиси, азосоединения, красители и др. Каталитиче­ ское инициирование, несомненно, может иметь место при хранении торфа в караванах.

Авторами была сделана попытка определить эффектив­ ную суммарную энергию активации (Е) процесса саморазогревания торфа [9, 16]. Найденная величина Е составила г» 11 ккал, что характерно для цепных радикальных процес­ сов, протекающих'с весьма низкой энергией активации ини­ циирования. Это 1свидетельствует о том, что образование первичных радикалов протекает главным образом под дей­ ствием солнечной радиации.

который отрывает атом водорода от ближайшей молекулы органического вещества с образованием гидроперекиси и но­ вого свободного радикала.

Реакция 2а протекает быстро и практически без энергии

активации. Теплота этой реакции составляет от 8 до 46— ал ,

моль

т. е. довольно значительную величину, способную вызывать разогрев торфяной массы. Реакция 26 приводит к образо­ ванию гидроперекиси, играющей важную роль в окислении. Эта реакция, несмотря на низкую энергию активации в тор­ фяной массе, затруднена из-за отсутствия гомогенности. Тепловой эффект при этом часто положителен и составляет

моль

В процессе окисления постепенно накапливаются перекисные соединения, которые распадаются при отсутствии ка­ тализаторов при высоких температурах, а в их присутствии при низких температурах на новые свободные радикалы. Катализаторами могут являться ионы металлов переменной валентности, амины, кислоты и др. Эти реакции могут слу­ жить мощным источником свободных радикалов и тем самым вызывать самоускорецие процесса. Наличие же в торфяной массе активных катализаторов не вызывает сомнений.

Реакция обрыва цепей происходит в результате взаимо­ действия свободных радикалов (рекомбинация)

5

из-за малой подвижности и закрепленности радикалов в дис­ персных частицах. По-видимому, увеличение влажности спо­ собствует их протеканию. Следует ожидать, что в условиях хранения торфа в глубинных слоях может иметь место на­ копление свободных радикалов. Такие радикалы можно рас­ сматривать как «спящие», т. е. ожидающие благоприятных условий для участия в реакциях.

Вероятно, это может послужить объяснением самовозго­ рания греющегося торфа при попадании внутрь его кисло­ рода воздуха. Действительно, резкое увеличение концентра­ ции кислорода в глубинных богатых «спящими» радикалами слоях торфа приводит к взрывоподобному развитию реакций с большим выделением тепла в единицу времени при затруд­ ненном теплоотводе, в результате чего и происходит воспла­ менение.

Из предлагаемой химической свободнорадикальной кон­ цепции саморазогревания и самовоспламенения торфа сле­ дует, что эффективными способами борьбы с этими явления­ ми могут служить меры, способствующие изоляции каравана от солнечной радиации, и в особенности от кислорода воз­ духа, так как даже в темноте в присутствии кислорода воз­ можны окислительные процессы. Процессы саморазогрева­ ния можно замедлить путем эффективного распределения в торфяной массе сильных ингибиторов. Роль влаги, видимо, сложна, так как до некоторых пор увеличение влажности способствует гомогенизации массы и тем самым облегчает процессы окисления.

Однако при значительном содержании влаги эти реакции могут замедляться из-за уменьшения концентрации реа­ гентов.

Повышение влажности облегчает обрыв цепей и теплоот­ вод, тем самым уменьшая концентрацию «спящих» радика­ лов и снижая вероятность самовоспламенений.

Проведенные работы по изоляции торфяных караванов синтетическими пленками показали эффективность мер изо­ ляции торфа от кислорода воздуха в борьбе с саморазогреванием и самовозгоранием его при хранении.

6

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. С е р г е е в Б. Ф. Окислительно-термогенные процессы в складиро­ ванном фрезерном торфе. Объединенный научно-технический отчет Кали­ нинского филиала ВНИИТП; пос. ТОС, 1964.

4.Б е г а к Д. А. Изменение фрезерного торфа при саморазогревании. Труды Инсторфа, вып. 13, 1934.

5.Б а х А. Н. Собрание трудов по химии и биохимии. Изд. АН СССР,

1950.

фрезерного торфа. Труды ВНИИТП, вып. XV, 1957.

8. О с т а н и н С. Н., С т р ы г и н Н. Н., Р о д и о н о в а М. С., М е г е р -

с к а я О. М. Исследование группового состава легкоокисляемых веществ, а также выяснение роли ферментов в процессе саморазогревания и само­ возгорания фрезерного торфа. Тематические справки ВНИИТП, ч. 1, 1954.

процессов и испытания действия химических веществ на процесс саморазо­ гревания торфа. Тематические справки ВНИИТП, 1953.

12. С т р е л к о в С. С., М а л ы ш е в К. И. Изменение химического со­ става торфа и роль железа при его саморазогревании. Труды ВНИИТП, вып. XV, 1957.

13. С т р е л к о в С. С. Химические исследования процесса саморазо­ гревания и самовозгорания фрезерного торфа. Тематические справки

Г. П. АРСЕНЬЕВ

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗАНИЯ ВЕРХОВОГО ТОРФА НА МАЯТНИКОВОМ КОПРЕ

При конструировании рабочих органов, фрезеров важно знать процессы, протекающие при взаимодействии режущего элемента с торфяной залежью. Наибольшие трудности встре­ чаются при фрезеровании верхового торфа малой степени разложения, имеющего значительное количество слаборазложившихея волокон, которые затрудняют отделение струж­ ки от залежи.

С целью выявления некоторых закономерностей в процес­ се резания верхового торфа и облегчения научно обоснован­ ных расчетов режущих, элементов были проведены исследо-

7

вания на маятниковом копре в лаборатории кафедры «Тор­ фяные машины и комплексы» с применением скоростной киносъемки и тензометрирования. Объектом исследования является медиум-торф со степенью разложения 10% и влаж­ ностью 90% в виде монолита ненарушенной структуры.

Маятниковый копер состоит из массивного основания, на котором смонтирована вертикальная труба. В верхней части трубы шарнирно подвешен маятник, снабженный устройст­ вом для закрепления режущего элемента. На нижней части трубы имеется подвижная муфта, жестко связанная со сто­ лом, на котором установлен ящик для образца торфа. По­ средством штурвала с винтом стол можно перемещать в вер­ тикальном направлении, обеспечивая тем самым желаемую глубину резания.

Перед началом эксперимента маятник поднимается на определенную высоту и удерживается в таком положении с помощью специального зуба, входящего в вырезы на верх­ ней части маятника. Для осуществления рабочего хода по­ ворачивается пусковая рукоятка, и маятник под действием силы тяжести движется вниз, благодаря чему режущая кром­ ка резца приобретает на участке резания скорость « 5 ujc.

Для исследований применялся режущий элемент в виде плоского ножа Т-образной формы, изготовленный из плек­ сигласа толщиной 10 мм с углом резания 90°.

Для визуального наблюдения за процессом резания была произведена скоростная киносъемка камерой СК.С.

Запись тангенциальных усилий, возникающих на режу­ щей кромке ножа в процессе резания, осуществлялась с по­ мощью тензодатчиков сопротивления и универсальной аппа­ ратуры: усилителя 8 АНЧ и осциллографа марки Н-102.

Глубина резания была принята равной 7,5 мм, частота киносъемки 2500 к/с. Скорость протягивания пленки в осцил­ лографе— 0,5 м/с.

Процесс фрезерования торфа на протяжении одного ра­ бочего цикла можно разделить на три этапа: 1) внедрение резца в залежь; 2) отделение стружки (стружкообразование); 3) сбрасывание стружки с резца.

Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов. Первый, самый кратковременный, этап осуществляется в течение ты­ сячных долей секунды и характеризуется начальной прямой АВ осциллограммы (рис. 1). В это время режущая кромка и нижняя часть передней грани ножа производят уплотнение торфа, который принимает форму трехгранной призмы на ширине режущей кромки. Внедрение ножа в залежь создает в определенном объеме как перед резцом, так и в подрезцо­ вом пространстве упругопластические деформации. Из усло­ вий предельного равновесия следует, что максимальные ка­ сательные напряжения возникнут по двум плоскостям под

8

углом 45° — а (а —угол внутреннего трения) к направлению главных напряжений. Сдвиг торфа возможен только в сто­ рону свободной поверхности залежи. Действие же напряже­ ний, направленных внутрь залежи, вызовет деформации упругого и пластического сжатия.

Первый этап продолжается до первого мгновенного сдви­ га торфяного слоя.

Рис. 1. Осциллограмма усилий резания

Подпор пласта, подлежащего срезу, преодолевает сопро­ тивления, препятствующие движению торфа по передней грани ножа, и начинается второй этап — стружкообразование, — характеризующийся мгновенными последовательными сдвигами торфяных слоев по направлению плоскостей сдви­ га. Следует отметить, что неоднородность физико-механиче­ ских свойств даже в пределах одного торфяного слоя, под­ тверждается и осциллограммой.

Покадровый анализ материалов скоростной киносъемки показал, что сдвиговые деформации, в основном пластиче­ ские, уменьшаются в сторону, противоположную свободной поверхности залежи, и на расстоянии, равном примерно 1,0— 1,5 глубины резания от плоскости среза, деформации не наблюдается.

На некотором расстоянии от конечной точки рабочего цикла, когда слой торфа, подлежащий резанию, становится настолько незначительным, что не создает противодавления, происходит скалывание его и разрыв слаборазложившихся волокон, которые обволакивают режущую кромку и препят­ ствуют движению стружки по передней грани ножа.

На осциллограмме этот период характеризуется конечной кривой СД по форме, приближающейся к прямой, линии.

Этап стружкообразования заканчивается в момент, когда стружка полностью отделена от залежи.

После второго этапа начинается третий — этап сбрасыва­ ния стружки с резца. Как видно из рис. 2, образующаяся в процессе резания стружка по форме напоминает призму трапецеидального сечения, несколько изогнутую в сторону

9