Trong quá trình nhiệt phân nhanh bột gỗ và bã mía trong lò tầng sôi, còn một lượng sinh khối chưa tham gia phản ứng (mkpu) thoát ra khỏi lò và được thu hồi trong sản phẩm rắn Việc xác định hàm lượng sinh khối này được thể hiện theo phụ lục 7
Giá trị nhiệt độ bắt đầu thực hiện quá trình nhiệt phân tp của gỗ cao su và bã mía được xác định bằng kết quả phân tích nhiệt khối lượng TGA trên thiết bị Perkin Elmer STA6000 Thí nghiệm được thực hiện với 4,62 mg gỗ cao su và 4,3 mg bã mía và được gia nhiệt từ 30 °C đến 700 °C với tốc độ gia nhiệt 80 độ/phút trong môi trường khí nitơ Kết quả TGA thể hiện trên hình 2 8 Dựa vào kết quả này ta chọn giá trị nhiệt độ trung bình bắt đầu thực hiện nhiệt phân của gỗ là: tp = 290 °C, của bã mía là tp = 245 °C
Gỗ Bã mía
Bắt đầu nhiệt phân
Nhiệt độ, °C
Hình 2 8: Kết quả phân tích TGA của gỗ và bã mía
Thay kết quả tính toán ni và ci trong bảng 2 2, giá trị nhiệt độ bắt đầu nhiệt phân tp và các giá trị khối lượng sinh khối chưa phản ứng mkpu tương ứng với các giá trị nhiệt độ tf khác nhau vào công thức (2 11), sử dụng phương pháp xác định nghiệm
K h ố i l ư ợ
theo phương pháp Newton với sai số đến ε = 10-6 tính được thời gian nhiệt phân cho các hạt gỗ và bã mía theo các giá trị bán kính R khác nhau Kết quả xác định thời gian nhiệt phân phụ thuộc vào bán kính R và nhiệt độ phản ứng tf của hạt gỗ và bã mía được thể hiện trên hình 2 9 và phụ lục 4
2,2 1,8 1,4 1 0,6 0,2 Bột gỗ 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Bã mía 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,9 2 Bán kính, mm Bán kính, mm
Hình 2 9: Mối quan hệ giữa bán kính và thời gian nhiệt phân nhanh Nhận xét:
- Từ đồ thị trên hình 2 9 hoặc dữ liệu ở phụ lục 4 cho thấy rằng bán kính hạt sinh khối càng tăng thì thời gian nhiệt phân càng tăng Theo đó ta chọn được bán kính hạt sinh khối phù hợp với thời gian nhiệt phân nhanh tương ứng với mỗi giá trị nhiệt độ phản ứng khác nhau Kết quả nghiên cứu này làm cơ sở cho việc thiết kế và vận hành tối ưu quá trình nhiệt phân nhanh
- Theo kết quả nghiên cứu ở chương tổng quan, điều kiện thực hiện nhiệt phân nhanh là thời gian lưu sản phẩm phản ứng trong lò phải nhỏ hơn 2 s Vì vậy, kích cỡ mỗi loại sinh khối phải có giới hạn nhất định Từ hình 2 9 hoặc phụ lục 4 cho thấy tại nhiệt độ phản ứng là tf = 450, 475 và 500 ºC, bán kính R phù hợp của bột gỗ để thực hiện phản ứng nhiệt phân nhanh phải nhỏ hơn 0,95 mm; 0,96 mm và 0,97 mm; của bã mía phải nhỏ hơn 1,6 mm; 1,65 mm và 1,7 mm Như vậy, trong khoảng nhiệt độ thực hiện phản ứng nhiệt phân từ 450 đến 500 ºC các kích cỡ phù hợp của sinh khối có sự sai khác nhỏ Từ kết quả nghiên cứu này cho thấy để thuận lợi cho quá trình vận hành ta lựa chọn bán kính phù hợp cho quá trình nhiệt phân bột gỗ là nhỏ hơn 0,95 mm; bã mía là nhỏ hơn 1,6 mm Kết quả này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Binh M Q Phan (2014) [9], Zhongyang Luo (2005) [104], K Papadikis (2009) [54]
Thời
- Từ đồ thị trên hình 2 9 ta thấy ở cùng nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng, bán kính phù hợp để thực hiện quá trình nhiệt phân nhanh của hạt bã mía lớn hơn hạt gỗ Điều này được giải thích là do khối lượng riêng và nhiệt dung riêng của bã mía nhỏ hơn gỗ