Energochłonność przetwarzania materiałów roślinnych na cele energetyczne

Podobne dokumenty
WPŁYW PARAMETRÓW ZAGĘSZCZANIA BIOMASY ROŚLINNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE BRYKIETÓW

WPŁYW WILGOTNOŚCI MATERIAŁU I ŚREDNICY KOMORY NA PARAMETRY ZAGĘSZCZANIA MISKANTA OLBRZYMIEGO

ZAPOTRZEBOWANIE MOCY PODCZAS ROZDRABNIANIA BIOMASY ROŚLINNEJ DO PRODUKCJI BRYKIETÓW

OCENA TRWAŁOŚCI BRYKIETÓW WYTWORZONYCH Z MASY ROŚLINNEJ KUKURYDZY PASTEWNEJ

WPŁYW CECH FIZYCZNYCH SUROWCÓW ROŚLINNYCH NA JAKOŚĆ I ENERGOCHŁONNOŚĆ WYTWORZONYCH BRYKIETÓW

WPŁYW ŚREDNICY KOMORY I WILGOTNOŚCI SŁOMY PSZENNEJ NA PARAMETRY ZAGĘSZCZANIA. Stanisław Skonecki, Janusz Laskowski

OCENA JAKOŚCI BRYKIETÓW Z BIOMASY ROŚLINNEJ WYTWORZONYCH W ŚLIMAKOWYM ZESPOLE ZAGĘSZCZAJĄCYM

OCENA ENERGETYCZNA PROCESU ZAGĘSZCZANIA WYBRANYCH SUROWCÓW ROŚLINNYCH W BRYKIECIARCE ŚLIMAKOWEJ*

WPŁYW WILGOTNOŚCI MATERIAŁU I NACISKU TŁOKA NA PARAMETRY ZAGĘSZCZANIA I WYTRZYMAŁOŚĆ AGLOMERATU ŚLAZOWCA PENSYLWAŃSKIEGO (SIDA HERMAPHRODITA)

OCENA CECH JAKOŚCIOWYCH PELETÓW WYTWORZONYCH Z BIOMASY ROŚLINNEJ *

WPŁYW WILGOTNOŚCI WIÓRÓW DREWNA SOSNY I TOPOLI NA PARAMETRY BRYKIETOWANIA

WPŁYW WIELKOŚCI CZĄSTEK ROZDROBNIONEJ PSZENICY NA PARAMETRY PROCESU ZAGĘSZCZANIA

NAKŁADY ENERGETYCZNE W PROCESIE BRYKIETOWANIA WIERZBY SALIX VIMINALIS L.

OCENA WŁAŚCIWOŚCI ENERGETYCZNYCH I MECHANICZNYCH BRYKIETÓW Z MASY POŻNIWNEJ KUKURYDZY

Dlaczego biopaliwa? biomasy,

OCENA WYDAJNOŚCI BRYKIETOWANIA ORAZ JAKOŚCI BRYKIETÓW WYTWORZONYCH Z WYBRANYCH SUROWCÓW ROŚLINNYCH*

NAKŁADY ENERGETYCZNE W PROCESIE MIELENIA ZRĘBKÓW WIERZBY SALIX VIMINALIS L.

Cechy peletów z biomasy roślinnej w aspekcie logistyki dostaw 5

Dlaczego biopaliwa? biomasy,

OCENA GĘSTOŚCI USYPOWEJ I ENERGOCHŁONNOŚCI PRODUKCJI PELETÓW W PELECIARCE Z DWUSTRONNĄ MATRYCĄ PŁASKĄ*

ANALIZA WYBRANYCH CECH JAKOŚCIOWYCH PELETÓW WYTWORZONYCH Z SUROWCÓW ROŚLINNYCH *

ANALIZA CECH FIZYCZNYCH BRYKIETÓW Z BIOMASY ROŚLINNEJ *

WPŁYW DODATKU SORBITOLU NA WYBRANE CECHY PRODUKTU PO AGLOMERACJI WYSOKOCIŚNIENIOWEJ

WPŁYW WILGOTNOŚCI NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE ZIARNA PSZENICY

NAKŁADY ENERGII W PROCESIE GRANULOWANIA ŚRUT PSZENICY O RÓśNYM STOPNIU ROZDROBNIENIA. Ryszard Kulig, Janusz Laskowski

WPŁYW CZASU DOCIERANIA MATRYCY PIERŚCIENIOWEJ NA OBCIĄśENIA W UKŁADZIE ROBOCZYM GRANULATORA W PROCESIE GRANULOWANIA PASZ

CIŚNIENIOWE ZAGĘSZCZANIE TROCIN SOSNOWYCH I TOPOLOWYCH PARAMETRY PROCESU I JAKOŚĆ AGLOMERATU. Stanisław Skonecki, Ryszard Kulig, Milena Potręć

pobrano z

Stanisław Skonecki, Janusz Laskowski

WPŁYW WILGOTNOŚCI I STOPNIA ROZDROBNIENIA NA ENERGIĘ ZAGĘSZCZANIA I WYTRZYMAŁOŚĆ BRYKIETÓW ŁUBINOWYCH

OCENA JAKOŚCI PELETÓW WYTWORZONYCH Z WYBRANYCH SUROWCÓW ROŚLINNYCH *

APARATURA BADAWCZA I DYDAKTYCZNA

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI SUROWCÓW STOSOWANYCH DO PRODUKCJI BIOPALIW STAŁYCH *

WPŁYW DODATKU OLEJU DO ZIARNA PSZENICY NA ENERGOCHŁONNOŚĆ PROCESU ROZDRABNIANIA

The investigation of the briquetting process of mixtures of the plant waste materials

MODELOWANIE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ O ZMIENNEJ TWARDOŚCI

PL B1. ECOFUEL SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Jelenia Góra, PL BUP 09/14

WPŁYW TECHNICZNEGO UZBROJENIA PROCESU PRACY NA NADWYŻKĘ BEZPOŚREDNIĄ W GOSPODARSTWACH RODZINNYCH

Wpływ stopnia rozdrobnienia pędów wierzby oraz ciśnienia aglomeracji na trwałość brykietów

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI PELETÓW WYTWORZONYCH Z TRAWY POZYSKANEJ Z TRAWNIKA PRZYDOMOWEGO

Badania doświadczalne wielkości pola powierzchni kontaktu opony z nawierzchnią w funkcji ciśnienia i obciążenia

WPŁYW TEMPERATURY NA GĘSTOŚĆ I TRWAŁOŚĆ BRYKIETÓW WYTWORZONYCH W BRYKIECIARCE ŚLIMAKOWEJ *

TECHNIKI ORAZ TECHNOLOGIE SPALANIA I WSPÓŁSPALANIA SŁOMY

Energochłonność procesu granulowania mieszanek paszowych. Energy consumption of the feed mixtures granulation process

- ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

Analiza procesu rozdrabniania nasion soi

Inżynieria Rolnicza 5(93)/2007

GĘSTOŚĆ i POROWATOŚĆ POCIĘTEGO I ZMIELONEGO MATERIAŁU Z ROŚLIN ENERGETYCZNYCH

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I CHEMICZNE SUROWCÓW ROŚLINNYCH STOSOWANYCH DO PRODUKCJI BIOPALIW

ZALEŻNOŚĆ WSPÓŁCZYNNIKA DYFUZJI WODY W KOSTKACH MARCHWI OD TEMPERATURY POWIETRZA SUSZĄCEGO

PORÓWNANIE DWÓCH SPOSOBÓW OKREŚLENIA WYTRZYMAŁOŚCI BRYKIETÓW Z MATERIAŁÓW DROBNOZIARNISTYCH

Logistyczne aspekty w procesie produkcji biomasy w postaci brykietów

Proces zagęszczania wysłodków buraczanych w aspekcie logistyki dostaw

WPŁYW STOPNIA ROZDROBNIENIA SŁOMY NA TRWAŁOŚĆ KINETYCZNĄ BRYKIETÓW

ZASTOSOWANIE MODELU RRSB DO PREDYKCJI WYDZIELENIA MIESZANINY PRZEZNACZONEJ DO PRODUKCJI PELETÓW I BRYKIETÓW

Systemy jakości w produkcji i obrocie biopaliwami stałymi. Zajęcia VI - Ocena jakościowa brykietów oraz peletów. grupa 1, 2, 3

Konferencja dofinansowana ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

WPŁYW WIELOKROTNYCH OBCIĄŻEŃ STATYCZNYCH NA STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA I WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE MASY ZIARNA

CHARAKTERYSTYKA WYBRANYCH BIOPALIW Z BIOMASY STAŁEJ

Gęstość właściwa cząstek biomasy pochodzenia leśnego o różnych wymiarach i wilgotności pomniejszona o objętość porów wewnętrznych

Załącznik nr 2B do Kontraktu. Paliwo

BUDOWA UKŁADU MIESZAJĄCO-ZAGĘSZCZAJĄCO-DOZUJĄCEGO GRANULATORA DO MATERIAŁÓW ROŚLINNYCH

WYKORZYSTANIE STATYSTYKI WEIBULLA W ANALIZIE ODKSZTAŁCEŃ ZIARNA PSZENICY PODCZAS ŚCISKANIA

Mateusz Stasiak, Marek Molenda BIOMASA SYPKA. WŁAŚCIWOŚCI, PROBLEMY I NOWA METODA BADAWCZA.

PORÓWNANIE METOD ROZDRABNIANIA BIOMASY DLA APLIKACJI W PRZEMYSLE ENERGETYCZNYM ZE SZCZEGÓLNYM UWZGLĘDNIENIEM ROZDRABNIANIA

ENERGOCHŁONNOŚĆ ROZDRABNIANIA RDZENI KOLB KUKURYDZY CUKROWEJ

Ciśnieniowa granulacja nawozów

Międzynarodowa aktywność naukowa młodej kadry Wydziału Metali Nieżelaznych AGH na przykładzie współpracy z McMaster University w Kanadzie

ANALIZA ROZDRABNIANIA WARSTWOWEGO NA PODSTAWIE EFEKTÓW ROZDRABNIANIA POJEDYNCZYCH ZIAREN

WPŁYW STOPNIA ROZDROBNIENIA GRANULOWANEJ MIESZANKI PASZOWEJ NA WYTRZYMAŁOŚĆ KINETYCZNĄ GRANUL I WYDAJNOŚĆ PRODUKCJI ZWIERZĘCEJ

WPŁYW WARUNKÓW KONDYCJONOWANIA NA ENERGOCHŁONNOŚĆ ROZDRABNIANIA ZIARNA JĘCZMIENIA I KUKURYDZY

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

INŻYNIERIA ROLNICZA AGRICULTURAL ENGINEERING

BADANIA WYTRZYMA OŒCI NA ŒCISKANIE PRÓBEK Z TWORZYWA ABS DRUKOWANYCH W TECHNOLOGII FDM

FIZYCZNE I MECHANICZNE WŁAŚCIWOŚCI PELETÓW Z TROCIN SOSNOWYCH Z DODATKIEM TROCIN DRZEW LIŚCIASTYCH

WPŁYW ZMIENNOŚCI GATUNKOWEJ I ODMIANOWEJ SŁOMY NA PRZEBIEG I EFEKTY PROCESU JEJ BRYKIETOWANIA METODĄ ZWIJANIA

Stanisław Skonecki, Milena Potręć, Janusz Laskowski

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ NA SIŁĘ CIĘCIA I SIŁĘ ŚCISKANIA ZIEMNIAKÓW

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I MECHANICZNE PELETÓW W ZALEŻNOŚCI OD SKŁADU I TEMPERATURY ICH PRZECHOWYWANIA

ENERGY CONSUMPTION OF MAIZE GRAIN CRUSHING DEPENDING ON MOISTURE CONTENT

ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII POWIERZCHNI

INFLUENCE OF CONDITIONING ON THE OUTPUT LOSSES DURING PELLETING OF PLANT MATERIALS

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII ROLNICZEJ WE WROCŁAWIU NR 512 ROZPRAWY CCXXIX

WPŁYW WILGOTNOŚCI NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE PSZENŻYTA ODMIANY PAWO

WPŁYW CZYNNIKÓW AGROTECHNICZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI ENERGETYCZNE SŁOMY 1

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ NA ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH MARCHWI

WYKORZYSTANIE KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH W SUSZARNICTWIE PRODUKTÓW ROLNYCH UTILIZATION OF SOLAR COLLECTORS FOR DRYING OF AGRICULTURAL PRODUCTS

WPŁYW WILGOTNOŚCI NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE ZIARNIAKÓW OWSA I JĘCZMIENIA

WPŁYW WILGOTNOŚCI SŁOMY ZBOŻOWEJ NA STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA UZYSKIWANYCH BRYKIETÓW

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

WPŁYW WYBRANYCH WŁAŚCIWOŚCI SUROWCÓW NA CECHY WYTRZYMAŁOŚCIOWE GRANULATU

MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA PELETÓW WYTWORZONYCH ZE SŁOMY PSZENNEJ I JĘCZMIENNEJ NA RYNKU ENERGII CIEPLNEJ

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNO-MECHANICZNE TOPINAMBURU (HELIANTHUS TUBEROSUS L.)

ANALIZA PROCESU CIĘCIA STATYCZNEGO ŁODYG WIERZBY SALIX VIMINALIS L.

Efektywny rozwój rozproszonej energetyki odnawialnej w połączeniu z konwencjonalną w regionach Biomasa jako podstawowe źródło energii odnawialnej

SZACOWANIE POTENCJAŁU ENERGETYCZNEGO BIOMASY RO LINNEJ POCHODZENIA ROLNICZEGO W WOJEWÓDZTWIE KUJAWSKO-POMORSKIM

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

Rozdrabnianie wygrzewanego ziarna zbóż

ODDZIAŁYWANIE CIŚNIENIA NA EFEKTYWNOŚĆ ZAGĘSZCZANIA TROCIN WYBRANEGO DREWNA MIĘKKIEGO

GRANULACJA CIŚNIENIOWA ANALIZA UKŁADU ROBOCZEGO Z PŁASKĄ MATRYCĄ

Transkrypt:

Mariusz Szymanek 1, Wojciech Tanaś 2, Flaieh Hammed Kassar 3, Magdalena Kachel-Jakubowska 4, Aleksandra Prus 5 Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Energochłonność przetwarzania materiałów roślinnych na cele energetyczne Wstęp W krajach przemysłowych energia pozyskiwana z biomasy stanowi około 3%. Jakkolwiek około 50% populacji ludzkości, pochodzącej głównie z krajów rozwijających się, korzysta w około 35% z energii wytwarzanej z biomasy. W skali całego świata udział energii pochodzący z biomasy wynosi około 14% [Ramage i Seurlock, 1996]. Biomasa jest definiowana jako wszystkie materiały roślinne, łącznie z drewnem oraz trawami i produktami ubocznymi przy ich zbiorze oraz przetwarzaniu [Grover i Mishra, 1996]. Od strony chemicznej składa się ona głownie z trzech komponentów: celulozy, hemicelulozy i ligniny. Jednym z zabiegów przetwarzania biomasy na cele energetyczne jest jej rozdrabnianie oraz zagęszczanie [Opielak i Komsta, 2000]. Struktura fizyczna biomasy oraz jej wytrzymałość odgrywa znaczącą rolę w trakcie tego procesu. Zagęszczanie biomasy ma na celu zmniejszenie jej objętości i uzyskanie wzrostu gęstości. Taka postać biomasy sprawia, że transport oraz logistyka jej jest ekonomiczniejsza. W czasie procesu zagęszczania nie dochodzi do zmiany wartości opałowej surowca. Jakkolwiek proces ten może eliminować wodę oraz częściowo lotne nie palne materiały, które mogą wpłynąć na wzrost wartości opałowej surowca [Antal i in., 1990]. Wartość energetyczna określana jako wartość kalorymetryczna zależy od procentowej zawartości węgla i wodoru [Demirbas, 2001]. Biomasa może być wykorzystana w sposób bezpośredni w wyniku jej spalania oraz pośredni poprzez przetworzenie jej na ciekłe (np. alkohol) lub gazowe paliwa (np. biogaz) [Mashchenko i in.., 2005]. Wartość energii netto uzyskiwana z biomasy poprzez spalanie zawiera się w przedziale od 8 MJ/kg (mokra biomasa) do 27 MJ/kg (sucha biomasa) [Demirbas, 1998]. Celem pracy była ocena i analiza wybranych czynników wpływających na energochłonność przetwarzania biomasy na cele energetyczne. Rozdrabniania materiałów roślinnych Rozdrabnianie (obróbka rozdrabniająca) ma na celu podzielenie materiału na drobne części o zbliżonych wymiarach [Zawiślak 2006, Dziki D. 2008]. Obróbkę rozdrabniającą można podzielić na rozdrabnianie przez zastosowanie narzędzi tnących lub rozdrabnianie poprzez miażdżenie. Rozdrabnianie narzędziami tnącymi można zaliczyć do obróbki cięciem. Z kolei ogólnym przykładem sposobu rozdrabniania produktów narzędziami tnącymi jest siekanie. Siekanie ma na celu podzielenie materiału na drobne części o zbliżonych wymiarach i nieregularnym, lecz zbliżonym do siebie kształcie. Na rysunku 1 przedstawiono schemat ideowy siekania. 1 dr hab. M.Szymanek, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Maszynoznawstwa Rolniczego 2 prof. dr hab. inż. W.Tanaś, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Maszynoznawstwa Rolniczego 3 mgr Flaieh Hammed Kassar Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Maszynoznawstwa Rolniczego 4 dr M.Kachel-Jakubowska Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Eksploatacji Maszyn i Zarządzania Procesami Produkcyjnymi 5 mgr A.Prus Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Maszynoznawstwa Rolniczego Logistyka 5/2015 603

Rys. 1. Zasada siekania: Pr płaszczyzna podstawowa (czołowa), Pf płaszczyzna pracy, Pp-płaszczyzna tylna, Ppr płaszczyzna tylna robocza, Prr płaszczyzna podstawowa robocza, vn prędkość wzdłużna cięcia, u prędkość posuwu, n prędkość obrotowa Źródło: [Czyżyk i in. 1982]. Od strony cięcia materiału istotna jest jego wytrzymałość na ściskanie, zginanie i przecinanie jak też jego gęstość. Właściwości te są zróżnicowane co do odmiany, dojrzałości, wilgotności oraz struktury komórkowej rośliny, a także od miejsca i sposobu (kierunku) cięcia oraz geometrii ostrza noża. Igathinathane et al., [2006] podają, że podczas cięcia (cięcie technologiczne), zanim materiał zostanie przecięty podlega dużej deformacji i ściskaniu, stąd też materiały o wyższej wilgotności wymagają większych nakładów energetycznych potrzebnych do ich rozdrobnienia [Hakkila, 1989]. Z kolei Person [1987] podaje, ze energia potrzebna do przecięcia materiału roślinnego wzrasta wraz z wiekiem oraz dojrzałością rośliny. W obróbce przez miażdżenie nie mamy do czynienia z narzędziami wyposażonymi w krawędź tnącą. W tym przypadku różnie ukształtowane, tępe elementy robocze wywierają na obrabiany materiał nacisk o charakterze dynamicznym. Earle [1983] podają, że zużycie energii podczas rozdrabniania można wyrazić wzorem: de dl K n L (2) gdzie: L rozmiar cząstki materiału, K i n stałe. Teoria Rettinge a zakłada, że praca wykonana w procesie rozdrabniania jest bezpośrednio proporcjonalna do powstałej nowej powierzchni produktu. Bazując na tej teorii można wyliczyć powierzchnię produktu. Teoria ta zakłada, że cała włożona energia jest całkowicie transferowana do powierzchni rozdrabnianego materiału. Jeżeli n = 2 to równanie (2 ) przybiera postać: gdzie: Kr stała Rettinger a, Lp początkowy rozmiar materiału, Lf rozmiar cząstki materiału po rozdrobnieniu. l l E K R ( ) (3) L L Wiele badań wykazało jednak, że teoria ta zawiera zbyt daleko idące uproszczenia. W rzeczywistości, nie cała włożona energia rozdrabniania jest transferowana do materiału, ponieważ zależy ona od rodzaju urządzenia rozdrabniającego oraz warunków rozdrabniania. Z kolei teoria Kicka zakłada, że energia wymagana do rozdrobnienia materiału jest bezpośrednio proporcjonalna do rozmiaru cząstki o wymiarze dl/l [Bond, 1961]. To znaczy, że n jest równe 1. Energię tą można zapisać wzorem: P f 604 Logistyka 5/2015

gdzie: Ks stała Kicka a, Logistyka - nauka L f E K K ln (4) L P Teoria Kick a bazuje na wykresie siła-naprężenie, który powstaje podczas testu ściskania [Bond, 1961]. Teorię Bond a z kolei można zdefiniować jako energię rozdrabniania jednostki masy danego ciała od wymiaru nieskończenie dużego do wymiaru 100 m. Energię te można zapisać: 10W i 10Wi W (5) d D gdzie: Wi indeks pracy, będący wyznacznikiem odporności materiału na rozdrabnianie, d wymiar liniowy ciała przed rozdrobnieniem, D wymiar liniowy cząstki po rozdrobnieniu, Zagęszczanie materiałów roślinnych Proces zagęszczania biomasy roślinnej obejmuje trzy podstawowe etapy: - rozdrobnienie produktu, - sprężysto elastyczna deformacja produktu, - mechaniczne połączenie rozdrobnionych cząstek. Ponadto proces ten, w zależności od rodzaju technologii zagęszczania oraz rodzaju materiału, może obejmować takie operacje jak nawilżanie, chłodzenie i przesiewanie (rys. 2). Rys. 2. Technologia produkcji brykietów Źródło: [Nalladurai, Morey 2007] W zależności od stopnia zagęszczenia wyróżniamy[sudhagar, Tabil, Sokhansanj 2006a]: bele 150-400 kg/m 3, brykiety 650-750 kg/m 3, pelety 600-1000 kg/m 3, kostki 500-800 kg/m 3. Całkowita jednostkowa energia potrzebna do zagęszczania, wytworzenia brykietu jest sumą energii potrzebnej do zagęszczenia luźnej masy materiału oraz energii potrzebnej do ekstruzji zagęszczonego materiału (rys. 3). Logistyka 5/2015 605

max E max 1 1 Pmax P E c E P max o Rys. 3. Jednostkowa energia zagęszczania oraz ekstruzji biomasy Źródło: [Sudhagar, Tabil, Sokhansanj 2006] 0 Czynniki wpływające na proces i energię zagęszczania biomasy Na proces zagęszczania oraz jednostkową energię zagęszczania wpływają takie czynniki jak [Łysiak i Laskowski 1999, Obidziński 2005, Sudhagar, Tabil, Sokhansanj 2006b]: właściwości fizyczne materiału (wilgotność materiału, gęstość usypowa),wartość siły ściskania, temperatura oraz czas trwania zagęszczania, metoda zagęszczania. Wilgotność biomasy produktów pochodzenia rolniczego zawiera się w szerokim zakresie od 5% do 80%. Zależy ona od odmiany, dojrzałości, części rośliny oraz warunków pogodowych. Słoma z takich roślin jak np. pszenica czy jęczmień ma względnie mniejszą wilgotność niż z roślin jak np. kukurydza. Ponadto jest ona istotnie zróżnicowana pomiędzy poszczególnymi częściami rośliny. Szczególnie jest to widocznie przy słomie kukurydzianej. Na rysunku 4 przedstawiono procentowy udział poszczególnych frakcji słomy kukurydzianej (bez ziarna). [Pordesimo i in., 2004, Niedziółka, Szymanek, Zuchniarz 2007]. 15% 8% 28% 8% 41% Leaf Buttom stalk Top stalk Cob Husk Rys. 4. Zawartość procentowa wybranych frakcji słomy kukurydzianej i osadek Wilgotność zagęszczanego materiału oraz wartość przyłożonej siły w procesie zagęszczania wywierają istotny wpływ na przetwarzany surowiec. Decydują one o jego gęstości oraz wytrzymałość mechanicznej [Sitkei 1986; Sudhagar, Tabil, Sokhansanj 2004b]. Na rysunku 5 przedstawiono zmiany wartości ciśnienia zagęszczania i wilgotności na jednostkowe zużycie energii zagęszczania. 606 Logistyka 5/2015

Rys. 5. Jednostkowe zużycie energie w czasie zagęszczania słomy kukurydzianej Źródło: [Sudhagar, Tabil, Sokhansanj 2006a]. Przy najniższym ciśnieniu (5 MPa) energia ekstruzji była mniejsza niż energia zagęszczania dla wszystkich poziomów wilgotności. Natomiast przy wyższym ciśnieniu (10 i 15 MPa) energia ekstruzji była prawie równa z energią zagęszczania. Autorzy Sudhagar, Tabil, Sokhansanj [2006a] wpływ ciśnienia zagęszczania słomy kukurydzianej oraz wilgotności materiału na zapotrzebowanie energii do brykietowania wyrazili równaniem: gdzie: E jednostkowe zużycie energii (MJ/t) P - ciśnienie (MPa) M - wilgotność słomy (% wb). E = 1,55 + 1,8 0P + 0,13 M ; R 2 = 0,96 (6) Autorzy Sudhagar, Tabil, Sokhansanj [2006] podają, że maksymalna gęstość około 950 kg/m 3 została uzyskana przy wilgotności w zakresie od 5 do 10%. Zagęszczanie przy wilgotności 15% i ciśnieniu 15 MPa wpływało negatywnie na gęstość brykietu. Przy wyższej wilgotności można było zaobserwować popękaną powierzchnię brykietu oraz jej osiowe rozprężenia. Podobne skutki zauważyli również Smith i in.. [1977] w czasie zagęszczania słomy pszenicznej. Gustafson i Kjelgaard [1963] z kolei w czasie zagęszczania siana zauważyli, że w zakresie wilgotności od 28-44% gęstość brykietu spada wraz z jej wzrostem. Andrejko i Grochowicz [2006] w swoich badaniach stwierdzili, że wzrost wilgotności nasion łubinu od 9,5 do 15% wpływa na obniżenie energii zagęszczenia o około 54%. Podobne wnioski wysuneli Al-Widyan i in. [2002] podczas zagęszczania wytłoków z oliwek. Wamukonya i Jenkins [1995] podają, że względnie wysoką jakość brykietów z odpadów rolniczych oraz drzewnych otrzymali przy wilgotności materiału 12-20%. Sudhagar, Tabil, Sokhansanj [2006] stwierdzają jednak, że najlepszej jakości brykiety są otrzymywane przy wilgotności 5-10% natomiast Grover i Mishra [1996] twierdzą, że wilgotność w zakresie od 8-10% zapewnia, że są one wytrzymałe i nie popękane brykiety. W tabeli 1 przedstawiono równania regresji dla zużycia energii podczas rozdrabniania różnych materiałów roślinnych w zależności od średnicy sita i wilgotności materiału [Sudhagar, Tabil, Sokhansanj 2004a]. Tab. 1. Równania regresji dla zużycia energii (E) w kwh/t w zależności od wilgotności rozdrabniania materiału roślinnego oraz średnicy sita (S). Materiał roślinny Wilgotność, % 8% 12% Słoma jęczmienna E = -16,45S+76,52 (r 2 =0,99) E = -9,16S 2 +24,22S+43,12 (r 2 =0,99) Słoma pszeniczna E = -16,30S+65,08 (r 2 =0,97) E = -4,07S 2 +7,48S+41,95 (r 2 =0,98) Słoma kukurydziana E = -16,78S+64,38 (r 2 =0,96) E = 45,31S 2-30,86S+55,45 (r 2 =0,96) Logistyka 5/2015 607

Autorzy przedstawili zmiany zużycia energii rozdrabniania za pomocą funkcji liniowych przy wilgotności 8% i funkcji kwadratowej przy wilgotności 12%. Proces peletowania lub brykietowania wymaga zastosowania rozdrobnionego materiału. Jakkolwiek rozdrabianie na drobne frakcje jest bardzo drogie i z reguły wymagane tylko przy peletowaniu. Według Samsona i in.[2005] do brykietowania długość sieczki powinna wynosić 6-8 mm, natomiast Kaliyan i Morey [2006] podają, iż zmniejszenie geometrycznego wymiaru cząstek słomy kukurydzianej od 0,8 do 0,66 mm powoduje wzrost gęstości brykietu o 5-10% oraz wpływa na wzrost jego wytrzymałości o 50-58% przy ciśnieniu zagęszczania 100 MPa oraz o 62-75% przy ciśnieniu 150 MPa, przy wilgotności 10%. Wiąże się to, jednak ze wzrostem zużycia energii od 0,8 do 1,3 MJ/t dla słomy kukurydzianej i od 2,5 do 4,3 MJ/t dla prosa rózgowatego. Występujące tarcie między materiałem zagęszczanym a matrycą wytwarza opór, powodując zagęszczanie materiału [Sudhagar, Tabil, Sokhansanj 2004a]. Według Abd-Elrahim i in.. [1981] około 40% energii włożonej w czasie zagęszczania słomy kukurydzianej i siana zostaje zużyte na proces zagęszczania, a pozostałe 60% na pokonanie oporów tarcia. Podobne wnioski wysunęli O Dogherty i Wheeler [1984] podczas zagęszczania słomy bawełnianej i jęczmiennej. Hann and Harrison [1976] podaje z kolei, że energia tarcia wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia zagęszczania. Energię tą można zmniejszyć na skutek wstępnego ogrzania matrycy a przez co i skróceniu czasu ekstruzji [Reed, 1980]. Jakkolwiek Sitkei [1986] uważa, iż ogrzewanie matrycy w czasie zagęszczania w celu zwiększenia temperatury materiału może wpływać na niestabilność i pęknięcia powierzchni otrzymanego produktu. Sudhagar, Tabil, Sokhansanj [2006a] podają, że wstępne zabiegi takie jak: nawilżanie, kondycjonowanie, stosowanie dodatków chemicznych lub oddziaływania fizyczne na materiał przed zagęszczaniem znacząco redukują właściwości sprężyste, co wpływa na zmniejszenie nakładów ponoszonych na zużycie energii w czasie zagęszczania. Według Austina et al. [1964] wartość energii tarcia jest ściśle związana z rodzajem zastosowanego zespołu zagęszczającego. Na rysunku 6 przedstawiono zależność wytrzymałości brykietu od jego wilgotności [Pazanov i in.., 2007]. Rys. 6. Zależność jednostkowej wytrzymałości brykietu od wilgotności i ciśnienia zagęszczania (25 MPa, 60 MPa, 100 MPa) Pazanov i in..[2007] stwierdzili, że wytrzymałości brykietu wzrasta wraz ze zmianą ciśnienia zagęszczania aż do momentu kiedy wilgotność materiału będzie równa maksymalnej molekularnej pojemności wodnej. Wówczas to wzrost wytrzymałości brykietu wraz ze zwiększaniem siły zagęszczania może być tylko wtedy uzyskany, gdy dojdzie do redukcji jego wilgotności. Wraz ze wzrostem siły zagęszczania dochodzi do redukcji porowatości w brykiecie, a przez to i spadek wilgotności brykietu. Podsumowanie Przeprowadzona ocena i analiza procesu rozdrabniania i zagęszczania biomasy roślinnej w oparciu o przegląd literatury wykazała, że jakość produktu finalnego (brykiet, pelet) oraz nakłady energetyczne ponoszone w czasie jego wytwarzania są uzależnione od wielu czynników, na które wpływ mają rodzaj zasto- 608 Logistyka 5/2015

sowanego materiału, skład granulometryczny, jego właściwości fizyczne i chemiczne oraz technologia wytwarzania i parametry konstrukcyjno-eksploatacyjne stosowanych urządzeń. Organizując zabieg rozdrabniania lub zagęszczania należy mieć na uwadze, że o jakości produktu finalnego oraz ponoszonych nakładach energetycznych decyduje często nie tylko wpływ pojedynczych parametrów, ale także ich kombinacje (interakcje). Streszczenie W pracy przedyskutowano wpływ wybranych czynników wpływających na proces rozdrabniania i zagęszczania biomasy roślinnej w aspekcie jakości pozyskiwanego produktu finalnego (brykietu, peletu) oraz ponoszonych nakładów energetycznych. Przedstawiono także wybrane teoretyczne podstawy dotyczące rozdrabniania i zagęszczania. ENERGY-CONSUMING AT PROCESSING OF PLANT MATERIALS FOR ENERGY PUR- POSES Summary In the paper the influence of chosen factors on process of disintegration and densification was presented. The quality and energy consumption of final product (briquette, pellets) was evaluated. Some chosen theory of this proces s was showed. Bibliografia [1] Abd-Elrahim Y. M., Huzayyin A. S., Taha I. S. 1981. Dimensional analysis and wafering cotton stalks. Transactions of American Society of Agricultural Engineers 24 (4), 829 832. [2] Al-Widyan M. I., Al-Jalil H. F., Abu-Zreig M. M. and Abu-Hamdeh N. H. 2002. Physical durability and stability of olive cake briquettes. Canadian Biosystems Engineering, 44: 3.41-3.45. [3] Andrejko D., Grochowicz J. 2006. Effect of the moisture content on compression energy and strength characteristics of lupine briquettes. Journal of Food Engineering, 83, 116-120. [4] Antal M. J., Mok W. S. L. 1990. Review of methods for improving the yirld of charcoal from biomass. energy and fuel, 3(4), 221-226. [5] Austin L. G., Klimpel R. R.. 1964. The theory of grinding. Industrial and Engineering Chemistry. 56(11): 19-29. [6] Bond F. C. 1961. Crushing and grinding Calculations. Part I. British Chemical Engineering, 6(6), 375-385. [7] Czyżyk E., Porankiewicz B., Staniszewski J., Wojtal R. 1982. Podstawy mechanicznej obróbki surowców i produktów spożywczych cięciem. Wyd. Akademii Rolniczej w Poznaniu. [8] Demirbas A. 2001. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals. Energy conversion and Management, 42: 1357-1378. Earle R. L., Earle M. D. 1983. Unit operations in Food processing. NZIFST(Inc.) [9] Dziki D. 2008. Analiza wstępnego zgniatania ziarna zbóż na rozdrabnianie udarowe udarowe. Rozprawy naukowe Akademii Rolniczej w Lublinie, z. 326. [10] Grover P. D., Mishra S.K. 1996. Biomass briquetting: technology and practices; Regional Wood Energy Development program in Asia. Field document No. 46, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Bangkok, Thailand. [11] Gustafson A. S., Kjelgaard W. L. 1963. Hay pellet geometry and stability. Agricultural Engineering, 44 (8): 442-445. [12] Hakkila P. 1989. Utilization of residual forest biomass. Heidelberg, Berlin, Springer Verlag. Logistyka 5/2015 609

[13] Igathinathane C., Womac A. R., Sokhansanj S., Narayan S. 2008. Knife grid size reduction to preprocess packed beds of high and low-moisture switchgrass. Bioresource technology. [14] Hann S. A., Harrison H.P. 1976. Friction in and energy required or extruding alfalfa. Canadian Agricultural Engineering,18, 21 25. [15] Kaliyan N., Morey R.V. 2006. Densification characteristics of corn stover and switchgrass. ASABE Paper No. 066174. St. Joseph, Mich. ASABE. [16] Łysiak G., Laskowski J. 1999. Analiza energochłonności rozdrabniania ziarna zbóż i nasion roślin strączkowych. Inżynieria Rolnicza, 5(11), 178-193. [17] Maschenko V. N. Kniss V. A., Kobelev C. A. 2005. Preparation of oxidized nickel ores for melting. URO RAN, Ekaterinburg. [18] Nalladurai K., Morey R. V. 2007. Roll press briquetting of corn stover and switchgrass. A pilot scale continuous briquetting study. ASABE Paper Number 076044. Department of Bioproducts and Biosystems Engineering, University of Minnesota, 1390 Eckles Ave, St. Paul, MN, USA - 55108. [19] Niedziółka I., Szymanek M., Zuchniarz A.2007. Ocena właściwości energetycznych i mechanicznych brykietów z masy pożniwnej kukurydzy. Inżynieria Rolnicza, 7(95), 145-153. [20] Obidziński S., 2005. Granulowanie materiałów roślinnych w pierścieniowym układzie roboczym granulatora. Rozprawa doktorska. Politechnika Białostocka. [21] O Dogherty, M. J., Wheeler J. A. 1984. Compression of straw to high densities in closed cylindrical dies, Journal of Agricultural Engineering Research, 29(1): 61-72. [22] Opielak M., Komsta H. 2000. Kierunki badań procesu rozdrabniania sypkich materiałów rolno-spożywczych. Zeszyty Naukowe Politechnik i Opolskiej, 60, 195-202. [23] Persson S. 1987. Mechanics of cutting plant material, An ASAE Monograph number 7 in a series published by American Society of American Engineers. [24] Pordesimo L. O., Sokhansanj S., Edens W. C. 2004. Moisture and yield of corn stover fractions before and after grain maturity. Transactions of the ASAE, 47:1597 603. [25] Puzanov A. P., Polyanskii A. I., Mashenko V. N. and Kobelev V. A. 2007. Strength of briquettes in relation to compaction pressure with variable linear dimensions of particles and moisture content. Refractories and Industrial Ceramics, 48 (4), 262-267. [26] Ramage J., Scurlock J. 1996. Biomass, Renewable Energy-Power for a Sustainable Future, Oxford University Press. [27] Reed T. B. 1980. Thermal conversion of solid wastes and biomass, in: Biomass Densification Energy Requirement, G. Trezek, and L.Diaz, ed., pp. 169-177, London, UK: Elsevier Applied Science. [28] Samson R., Mani S., Boddey R., Sokhansanj S., Quesada D., Urquiaga S., Reis V., Lem C.H. and Carpio C. 2005. The potential of C4 perennial grasses for developing a global bio-heat industry. Critical Reviews in Plant Science, 24(5-6):461-495. [29] Sitkei G., 1986. Mechanics of Agricultural Materials. Elsevier, Amsterdam. [30] Smith E., Probert S., Stokes R. and Hansford R. 1977. The briquetting of wheat straw. Journal of Agricultural Engineering Research, 22: 105-111. [31] Sudhagar Mani S., Lope G. Tabil L.G., Sokhansanj S. 2004a. Mechanical properties of corn stover grind. Transactions of the ASAE 47(6): 1983-1990. 610 Logistyka 5/2015

[32] Sudhagar Mani S., Lope G. Tabil L.G., Sokhansanj S. 2004b. Grinding performance and physical properties of wheat and barley straws, corn stover and switchgrass. Biomass and Bioenergy 27(4): 339-352. [33] Sudhagar Mani S., Lope G. Tabil L.G., Sokhansanj S., 2006a. Effects of compressive force, particle size and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from grasses. Biomass and Bioenergy, 30, 648-654. [34] Sudhagar Mani S., Lope G. Tabil L.G., Sokhansanj S. 2006b. Compaction behavior of some biomass grinds. CSAE Paper No. 02-305. Mansonville, QC: CSAE. [35] Zawiślak K. 2006. Przetwarzanie ziarna na cele paszowe. Rozprawy naukowe Akademii Rolniczej w Lublinie, z. 288. [36] Wamukonya L., Jenkins B. 1995. Durability and relaxation of sawdust and wheat straw briquettes as a possible fuels for Kenya. Biomass and Bioenergy 8 (3), 175 179. Logistyka 5/2015 611

612 Logistyka 5/2015