Εισαγωγή
Ο άνθρακας αποτελεί το κύριο καύσιμο που χρησιμοποιείται στην παραγωγή τσιμέντου στην Κίνα και έναν από τους βασικούς δείκτες της κατανάλωσης πρώτων υλών καύσης στην παραγωγή τσιμέντου. Η ποιότητα του άνθρακα επηρεάζει όχι μόνο την απόδοση και την ποιότητα της παραγωγής κλίνκερ τσιμέντου, αλλά και το κόστος της, καθώς ο άνθρακας υψηλής ποιότητας με υψηλότερη θερμογόνο δύναμη επιτρέπει υψηλότερες θερμοκρασίες επεξεργασίας ή μειώνει την κατανάλωση άνθρακα στην ίδια θερμοκρασία επεξεργασίας, μειώνοντας έτσι το κόστος καυσίμων. Τα προηγμένα μέσα δοκιμών και η ενίσχυση της διαχείρισης ποιότητας του άνθρακα αποτελούν σημαντικά στοιχεία για τη διασφάλιση της μείωσης της κατανάλωσης άνθρακα και της βελτίωσης της ποιότητας των τσιμεντοειδών προϊόντων.
Η συμπεριφορά καύσης του άνθρακα στη βιομηχανία τσιμέντου είναι πολύπλοκη. Οι παραδοσιακές βιομηχανικές μέθοδοι αναλυτικής αξιολόγησης [1] δεν είναι πλέον εφαρμόσιμες. Ένα παράδειγμα αποτελεί η μέθοδος του αδιαβατικού θερμιδόμετρου, κατά την οποία ο άνθρακας τοποθετείται σε αδιαβατικό δοχείο και η θερμογενετική του αξία υπολογίζεται με τη μέτρηση της μεταβολής της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του δοχείου. Αν και η μέθοδος αυτή χρησιμοποιεί απλό εξοπλισμό, τα αποτελέσματα των μετρήσεων είναι σχετικά ανακριβή.
Στην παρούσα εργασία, ο χαρακτηρισμός του άνθρακα πραγματοποιείται με τη χρήση ενός ταυτόχρονου θερμικού αναλυτή (STA) της εταιρείας NETZSCH, τύπου Jupiter®. Χρησιμοποιήθηκαν καμπύλες θερμοβαρυτομετρικής ανάλυσης (TGA) και διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC) για τον προσδιορισμό βασικών παραμέτρων καύσης, συμπεριλαμβανομένων των θερμοκρασιών έναρξης και λήξης της εξώθερμης αντίδρασης (Tonset, Tend), της αρχικής θερμοκρασίας απώλειας μάζας (Ti), του μέγιστου ρυθμού απώλειας μάζας (Vmax), τη συνολική εξωθερμική θερμότητα (q) και τον μέσο ρυθμό καύσης (v). Με βάση αυτές τις παραμέτρους, καθορίστηκαν τρεις δείκτες αξιολόγησης,
- ένταση καύσης (I),
- μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας (Q) και
- ο δείκτης χαρακτηριστικών καύσης (S)
. Αυτοί οι δείκτες παρέχουν μια ποσοτική βάση για την αξιολόγηση της απόδοσης της καύσης άνθρακα. Στη βιομηχανία τσιμέντου, ο άνθρακας με βέλτιστη συμπεριφορά καύσης χαρακτηρίζεται από χαμηλή ένταση καύσης (I), υψηλή μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας (Q) και υψηλό δείκτη χαρακτηριστικών καύσης (S), γεγονός που αντανακλά μια ευνοϊκή ισορροπία μεταξύ συμπεριφοράς ανάφλεξης, θερμικής απόδοσης και συνολικής αντιδραστικότητας.
Μέθοδος μέτρησης
Για τη σειρά πειραμάτων, επιλέχθηκαν δύο δείγματα άνθρακα − ο άνθρακας Α και ο άνθρακας Β. Κάθε δείγμα είχε μάζα περίπου 10 mg. Το πρόγραμμα θερμοκρασίας που εφαρμόστηκε εκτεινόταν από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος (RT) έως τους 1000 °C. Η θέρμανση πραγματοποιήθηκε με σταθερό ρυθμό 10 K/min σε ατμόσφαιρα αέρα. Ο Πίνακας 1 παρουσιάζει όλες τις σημαντικές παραμέτρους των καμπυλών TGA και DSC, μαζί με το αντίστοιχο σύμβολο, τη μονάδα μέτρησης και τον ορισμό.
Καθορισμός παραμέτρων δεικτών αξιολόγησης
Χρησιμοποιώντας τις βασικές παραμέτρους της καμπύλης θερμικής ανάλυσης, μπορούν να οριστούν οι ακόλουθες τρεις παράμετροι δεικτών αξιολόγησης [2] (βλ. πίνακα 1 για τις συντομογραφίες).
α) Ένταση καύσης (I)
Η ένταση καύσης του άνθρακα υποδηλώνει την ένταση της στιγμιαίας απελευθέρωσης θερμότητας κατά τη διάρκεια της εξωθερμικής διαδικασίας. Ορίζεται ως:
β) Μέση ένταση εκλύσεως θερμότητας (Q)
Η μέση ένταση εξόθερμης αντίδρασης του άνθρακα εκφράζει την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ανά μονάδα μάζας άνθρακα ανά μονάδα θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της περιόδου από την αρχή έως το τέλος της εξόθερμης δραστηριότητας του άνθρακα. Ορίζεται ως:
γ) Δείκτης χαρακτηριστικών καύσης (S)
Τα χαρακτηριστικά καύσης του άνθρακα αποτελούν έναν συνολικό δείκτη του άνθρακα, ο οποίος περιλαμβάνει την ευφλεκτότητα, το σημείο ανάφλεξης, την ένταση καύσης και τον χρόνο καύσης του άνθρακα. Από αυτές τις απόψεις, σε συνδυασμό με την αντίστοιχη βιβλιογραφία [3-4], μπορεί να
Πίνακας 1: Σημαντικές παράμετροι των καμπυλών TGA και DSC με σύμβολο, μονάδα μέτρησης και ορισμό.
| Παράμετρος | Μονάδα | Ορισμός | |
|---|---|---|---|
Θερμοβαρυτομετρία (TGA) | |||
| Θερμοκρασία έναρξης της απώλειας μάζας | Ti | °C | Η θερμοκρασία στην οποία ο άνθρακας αρχίζει να χάνει βάρος (θερμοκρασία ανάφλεξης). |
| Χρόνος πλήρους καύσης | t98% | min | Ο χρόνος που απαιτείται για την καύση του 98% του καυσίμου. |
| Θερμοκρασία πλήρους καύσης | T98% | °C | Η θερμοκρασία που αντιστοιχεί στην καύση του 98% του καυσίμου. |
| Μέσος ρυθμός καύσης | V | %/min | Το συνολικό ποσοστό απώλειας βάρους διαιρούμενο με τον χρόνο πλήρους καύσης. |
Διαφορική θερμοβαρυτομετρία (DTG) | |||
| Μέγιστος ρυθμός απώλειας μάζας | Vmax | %/λεπτό | Ο μέγιστος ρυθμός απώλειας μάζας. |
Ροή θερμότητας (DSC) | |||
| Θερμοκρασία έναρξης της εξωθερμικής κορυφής | Tonset | °C | Θερμοκρασία του άνθρακα κατά την έναρξη του εξωθερμικού φαινομένου |
| Θερμοκρασία λήξης της εξωθερμικής κορυφής | Tend | °C | Θερμοκρασία στο τέλος του εξωθερμικού φαινομένου |
| Εμβαδόν της εξωθερμικής κορυφής | q | J/g | Εξωθερμική ικανότητα του άνθρακα |
| Ύψος της κορυφής της εξωθερμικής καμπύλης | H | Ύψος της εξωθερμικής κορυφής σε σχέση με τη γραμμή βάσης του DSC | |
| Πλάτος μισής κορυφής της εξωθερμικής κορυφής (πλάτος) | W | min | Χρόνος που αντιστοιχεί στο πλάτος της κορυφής στο μισό του ύψους της εξωθερμικής κορυφής. |
Αποτελέσματα και Συζήτηση
Οι καμπύλες STA του άνθρακα Α και του άνθρακα Β παρουσιάζονται στα σχήματα 1 και 2, αντίστοιχα. Όπως μπορείτε να δείτε, και τα δύο δείγματα παρουσιάζουν δύο στάδια απώλειας μάζας. Το πρώτο, έως τους 150 °C, οφείλεται στην απελευθέρωση υγρασίας. Οι αντίστοιχες απώλειες μάζας για τον άνθρακα Α και τον άνθρακα Β είναι 1,8% και 1,6%, αντίστοιχα, γεγονός που υποδηλώνει συγκρίσιμες περιεκτικότητες σε υγρασία. Το δεύτερο, σημαντικά μεγαλύτερο στάδιο απώλειας μάζας, αντιστοιχεί στη θερμική αποσύνθεση και την καύση των δειγμάτων άνθρακα.
Από τις καμπύλες STA μπορούν να εξαχθούν οι βασικές παράμετροι των θερμικών χαρακτηριστικών των δύο ειδών άνθρακα, οι οποίες παρατίθενται στον πίνακα 1.
Όπως φαίνεται στον πίνακα 1, οι θερμοκρασίες ανάφλεξης των δύο ειδών άνθρακα, κατά φθίνουσα σειρά, έχουν ως εξής: άνθρακας Β > άνθρακας Α. Η θερμοκρασία ανάφλεξης αντανακλά τον βαθμό δυσκολίας ανάφλεξης του άνθρακα. Όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία ανάφλεξης, τόσο ευκολότερη είναι η ανάφλεξη του άνθρακα. Η εξωθερμική ικανότητα των δύο τύπων άνθρακα, κατά φθίνουσα σειρά, έχει ως εξής: άνθρακας Β > άνθρακας Α· όσο υψηλότερη είναι η εξωθερμική ικανότητα, τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα του άνθρακα. Ο χρόνος καύσης των δύο δειγμάτων άνθρακα, κατά φθίνουσα σειρά, έχει ως εξής: άνθρακας Α > άνθρακας Β. Γενικά, όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος καύσης, τόσο χειρότερη είναι η απόδοση καύσης.
Οι τρεις παράμετροι των δεικτών αξιολόγησης των δύο ειδών άνθρακα παρατίθενται στον πίνακα 2. Για τη βιομηχανία τσιμέντου, όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης καύσης (S), τόσο καλύτερη είναι η απόδοση καύσης του άνθρακα και τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα του άνθρακα. Ωστόσο, η συνολική απόδοση καύσης του άνθρακα δεν μπορεί να προσδιοριστεί από αυτόν τον μοναδικό δείκτη. Πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη το μέγεθος της έντασης καύσης (I) και η μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας (Q). Μόνο ο άνθρακας με χαμηλή ένταση καύσης (I), υψηλή μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας (Q) και υψηλό δείκτη χαρακτηριστικών καύσης (S) παρουσιάζει ανώτερη συνολική απόδοση.
Όπως φαίνεται στον πίνακα 3, ο άνθρακας Β έχει υψηλότερη ένταση καύσης και μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας από τον άνθρακα Α. Ωστόσο, ο δείκτης χαρακτηριστικών καύσης του (5,35 × 10⁻⁹) είναι χαμηλότερος από αυτόν του άνθρακα Α (5,46 × 10⁻⁹). Γενικά, ο άνθρακας Α διαθέτει ανώτερη συνολική απόδοση καύσης.
Πίνακας 2: Αποτελέσματα των μετρήσεων TGA και DSC για τους άνθρακες Α και Β.
| Παράμετρος | Μονάδα | Άνθρακας Α | Άνθρακας Β |
|---|---|---|---|
| °C | 412 | 416 | |
| Ti | m/W/mg | 12,24 | 13,16 |
| H | v | 27,80 | 25,80 |
| W | J/g | 20509 | 20520 |
| q | °C | 247 | 248 |
| Tonset | °C | 706 | 689 |
| t98% | min | 26,8 | 24,8 |
| T98% | °C | 692 | 676 |
Ti: Χρόνος ανάφλεξης; H: Ύψος της εξωθερμικής κορυφής; W: Πλάτος στο μισό της εξωθερμικής κορυφής; q: Εμβαδόν της εξωθερμικής κορυφής;Tonset: Θερμοκρασία έναρξης της εξωθερμικής κορυφής;Tend: Θερμοκρασία λήξης της εξωθερμικής κορυφής;t98%: Χρόνος πλήρους καύσης;T98%: Χρόνος πλήρους καύσης; v: Μέσος ρυθμός καύσης;Vmax: Μέγιστος ρυθμός απώλειας μάζας
Πίνακας 3: Τρεις παράμετροι δεικτών αξιολόγησης των τύπων άνθρακα Α και Β.
| Παράμετρος | Μονάδα | Άνθρακας Α | Άνθρακας Β |
|---|---|---|---|
| Ένταση καύσης, I | mW/mg·min | 0,440 | 0,525 |
| Μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας, Q | J/g·°C | 44,721 | 46,594 |
| Δείκτης χαρακτηριστικών καύσης, S | 5,46 x 10⁻⁹ | 5,35 × 10⁻⁹ |
Συμπέρασμα
Τα χαρακτηριστικά καύσης των δειγμάτων άνθρακα μπορούν να μελετηθούν με τη χρήση του συστήματος ανάλυσης θερμικής εξέλιξης ( NETZSCH, STA) Jupiter®. Οι βασικές παράμετροι των δειγμάτων άνθρακα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης μπορούν να προσδιοριστούν από τις καμπύλες TGA, DTG και DSC, όπως η θερμοκρασία ανάφλεξης, η απελευθέρωση θερμότητας και ο χρόνος πλήρους καύσης.
Με βάση τις θερμικές παραμέτρους που προκύπτουν, μπορούν να υπολογιστούν επιπλέον ολοκληρωμένοι δείκτες — δηλαδή, η ένταση καύσης, η μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας και ο δείκτης χαρακτηριστικών καύσης. Αυτοί οι δείκτες αξιολόγησης παρέχουν μια ολοκληρωμένη περιγραφή της συμπεριφοράς καύσης του άνθρακα και επιτρέπουν μια πιο αξιόπιστη σύγκριση μεταξύ διαφορετικών δειγμάτων άνθρακα, υποστηρίζοντας έτσι την επιλογή του καταλληλότερου άνθρακα για μια δεδομένη εφαρμογή.
Εισαγωγή
Ο άνθρακας αποτελεί το κύριο καύσιμο για την παραγωγή τσιμέντου στην Κίνα και αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους δείκτες για την κατανάλωση πρώτων υλών-καυσίμων στην παραγωγή τσιμέντου. Η ποιότητα του άνθρακα επηρεάζει όχι μόνο την απόδοση και την ποιότητα της παραγωγής κλίνκερ τσιμέντου, αλλά και το κόστος της, καθώς ο άνθρακας υψηλής ποιότητας με υψηλότερη θερμογόνο δύναμη επιτρέπει υψηλότερες θερμοκρασίες επεξεργασίας ή, σε σταθερή θερμοκρασία επεξεργασίας, μειώνει τη ζήτηση άνθρακα, εξοικονομώντας έτσι κόστος καυσίμων. Οι σύγχρονες μέθοδοι δοκιμών και η βελτίωση της ποιότητας του άνθρακα αποτελούν σημαντικούς παράγοντες για τη διασφάλιση της μείωσης της κατανάλωσης άνθρακα και της βελτίωσης της ποιότητας των προϊόντων τσιμέντου.
Η συμπεριφορά καύσης του άνθρακα στη βιομηχανία τσιμέντου είναι πολύπλοκη. Οι συμβατικές βιομηχανικές μέθοδοι αναλυτικής αξιολόγησης [1] δεν είναι πλέον εφαρμόσιμες. Ένα παράδειγμα αποτελεί η αδιαβατική θερμιδομετρία, κατά την οποία ο άνθρακας τοποθετείται σε αδιαβατικό δοχείο και η θερμική περιεκτικότητα του άνθρακα υπολογίζεται με τη μέτρηση της μεταβολής της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του δοχείου. Αν και η μέθοδος αυτή απαιτεί μόνο απλό εξοπλισμό, τα αποτελέσματα των μετρήσεων είναι σχετικά ανακριβή.
Στην παρούσα εργασία, ο χαρακτηρισμός δύο τύπων άνθρακα πραγματοποιείται μέσω ταυτόχρονης θερμικής ανάλυσης με τη χρήση ενός οργάνου STA Jupiter® της εταιρείας NETZSCH. Με βάση τα αποτελέσματα της θερμοβαρυτομετρίας (TG) και της διαφορικής θερμιδομετρίας (DSC), προσδιορίστηκαν σημαντικές παράμετροι καύσης, συμπεριλαμβανομένων των θερμοκρασιών έναρξης και λήξης (Tonset,Tend) της εξώθερμης αντίδρασης, της θερμοκρασίας αρχικής απώλειας μάζας (Ti), του μέγιστου ρυθμού απώλειας μάζας (Vmax), τη συνολική εξωθερμική θερμότητα (q) και τον μέσο ρυθμό καύσης (v).
Με βάση αυτές τις παραμέτρους, οι δείκτες αξιολόγησης
- ένταση καύσης (I),
- μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας (Q) και
- ο δείκτης χαρακτηριστικών καύσης (S)
. Οι δείκτες αυτοί παρέχουν μια ποσοτική βάση για την αξιολόγηση της απόδοσης καύσης του άνθρακα. Οι απαιτήσεις για τη χρήση άνθρακα στη βιομηχανία τσιμέντου είναι η βέλτιστη συμπεριφορά καύσης μέσω χαμηλής έντασης καύσης, υψηλής μέσης έντασης απελευθέρωσης θερμότητας και υψηλού δείκτη χαρακτηριστικών καύσης. Αυτό αντανακλά μια ευνοϊκή ισορροπία μεταξύ της συμπεριφοράς ανάφλεξης, της απελευθέρωσης θερμότητας και της συνολικής αντιδραστικότητας.
Μέθοδος και παράμετροι μέτρησης
Δύο διαφορετικά δείγματα άνθρακα (άνθρακας Α και Β, μάζας περίπου 10 mg) θερμάνθηκαν από θερμοκρασία δωματίου στους 1000 °C με ρυθμό θέρμανσης 10 K/min στον αέρα. Ο Πίνακας 1 παρουσιάζει όλες τις σημαντικές παραμέτρους των καμπυλών TG και DSC, μαζί με τα σύμβολα, τις μονάδες και τους ορισμούς τους.
Δείκτες καύσης:
Οι μεμονωμένες τιμές που μετρήθηκαν χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για τον προσδιορισμό της έντασης καύσης, της μέσης έντασης απελευθέρωσης θερμότητας και του δείκτη χαρακτηριστικών καύσης [2] (βλ. πίνακα 1 για τις συντομογραφίες).
α) Ένταση καύσης (I)
Η ένταση καύσης του άνθρακα υποδηλώνει την ένταση της στιγμιαίας απελευθέρωσης θερμότητας σε αυτή την εξωθερμική διαδικασία και ορίζεται ως:
β) Μέση ένταση θερμοαπόδοσης (Q)
Η μέση εξωθερμική ένταση του άνθρακα υποδεικνύει την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ανά μονάδα μάζας άνθρακα και ανά μονάδα θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της περιόδου από την αρχή έως το τέλος της εξωθερμικής δραστηριότητας του άνθρακα και ορίζεται ως εξής:
γ) Δείκτης χαρακτηριστικών καύσης (S)
Τα χαρακτηριστικά καύσης του άνθρακα αποτελούν συνολικούς δείκτες της ποιότητάς του, συμπεριλαμβανομένης της ευφλεκτότητας, του σημείου ανάφλεξης, της έντασης καύσης και της διάρκειας καύσης. Με βάση αυτές τις πτυχές και λαμβάνοντας υπόψη τη σχετική βιβλιογραφία
Πίνακας 1: Σημαντικές παράμετροι των καμπυλών TG και DSC με σύμβολο, μονάδα μέτρησης και ορισμό.
| Παράμετρος | Σύμβολο | Μονάδα | Ορισμός |
|---|---|---|---|
| Θερμοβαρυτομετρία (TG) | |||
| Θερμοκρασία έναρξης απώλειας μάζας | Ti | °C | Η θερμοκρασία στην οποία το δείγμα αρχίζει να χάνει μάζα (θερμοκρασία ανάφλεξης). |
| Χρόνος καύσης | t98% | min | Χρόνος που απαιτείται για την καύση του 98% του καυσίμου. |
| Θερμοκρασία καύσης | T98% | °C | Θερμοκρασία στην οποία έχει καεί το 98% του καυσίμου. |
| Μέσος ρυθμός καύσης | V | %/λεπτό | Συνολική απώλεια μάζας διαιρούμενη με το χρόνο καύσης. |
| Διαφορική θερμοβαρυτομετρία (DTG) | |||
| Μέγιστος ρυθμός απώλειας μάζας | Vmax | %/λεπτό | Ο μέγιστος ρυθμός απώλειας μάζας. |
| Διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC) | |||
| Θερμοκρασία έναρξης της εξωθερμικής κορυφής | Tonset | °C | Θερμοκρασία κατά την έναρξη του εξωθερμικού φαινομένου. |
| Θερμοκρασία λήξης της εξωθερμικής κορυφής | Tend | °C | Θερμοκρασία στο τέλος του εξωθερμικού φαινομένου. |
| Εμβαδόν της εξωθερμικής κορυφής | q | J/g | Ενθαλπία καύσης του δείγματος. |
| Ύψος της εξωθερμικής κορυφής | H | mW/mg | Ύψος της εξωθερμικής κορυφής σε σχέση με τη γραμμή βάσης του DSC. |
| Μισό πλάτος της εξωθερμικής κορυφής | W | min | Χρόνος που αντιστοιχεί στο μισό πλάτος της εξωθερμικής κορυφής. |
Αποτελέσματα και Συζήτηση
Οι καμπύλες TG και DSC του άνθρακα Α και του άνθρακα Β παρουσιάζονται στα σχήματα 1 και 2. Και τα δύο δείγματα παρουσιάζουν δύο στάδια απώλειας μάζας. Το πρώτο, έως περίπου 150 °C, μπορεί πιθανώς να αποδοθεί στην απελευθέρωση υγρασίας. Συγκριτικά, οι άνθρακες Α και Β παρουσιάζουν παρόμοια περιεκτικότητα σε υγρασία σε αυτό το σημείο (1,8% και 1,6%, αντίστοιχα). Το δεύτερο στάδιο απώλειας μάζας, το οποίο είναι σημαντικά μεγαλύτερο, αντιστοιχεί στη θερμική αποσύνθεση και την καύση των δειγμάτων άνθρακα.
Οι καμπύλες παρέχουν τις βασικές παραμέτρους των θερμικών ιδιοτήτων των δύο τύπων άνθρακα. Ο Πίνακας 2 παραθέτει τα αποτελέσματα για τα επιμέρους δείγματα.
Οι θερμοκρασίες ανάφλεξης του δείγματος άνθρακα Α (412 °C) και του δείγματος άνθρακα Β (416 °C) παρουσιάζουν παρόμοιες τιμές, με τη θερμοκρασία του δείγματος άνθρακα Β να είναι ελαφρώς υψηλότερη. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ανάφλεξης, τόσο πιο δύσκολη είναι η ανάφλεξη του άνθρακα. Η ενθαλπία καύσης του άνθρακα Β είναι επίσης υψηλότερη από αυτή του άνθρακα Α. Όσο υψηλότερη είναι η ενθαλπία καύσης, τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα του άνθρακα. Μια άλλη σημαντική παράμετρος κατά τη χρήση του άνθρακα είναι ο χρόνος καύσης: όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια, τόσο χειρότερη είναι η απόδοση καύσης. Η σύγκριση των δύο δειγμάτων δείχνει ότι το δείγμα άνθρακα Α, με χρόνο σχεδόν 28 λεπτά, υπερβαίνει ελαφρώς το δείγμα άνθρακα Β (περίπου 26 λεπτά).
Οι τρεις παράμετροι αξιολόγησης για τους δύο τύπους άνθρακα παρατίθενται στον πίνακα 3. Για τη βιομηχανία τσιμέντου, όσο υψηλότερος είναι ο δείκτης καύσης (S), τόσο καλύτερη είναι η απόδοση καύσης του άνθρακα και τόσο καλύτερη η ποιότητά του. Ωστόσο, η συνολική απόδοση καύσης του άνθρακα δεν μπορεί να προσδιοριστεί μόνο από αυτόν τον δείκτη. Πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη η ένταση καύσης (I) και η μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας (Q). Επομένως, ο άνθρακας που χρησιμοποιείται πρέπει να έχει χαμηλή ένταση καύσης (I), υψηλή μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας (Q) και υψηλό δείκτη χαρακτηριστικών καύσης (S) για να είναι κατάλληλος για χρήση στη βιομηχανία τσιμέντου.
Με βάση αυτή την παρατήρηση και σύμφωνα με τον πίνακα 3, διαπιστώνεται ότι ο άνθρακας Α παρουσιάζει καλύτερη απόδοση καύσης σε σχέση με τον άνθρακα Β, λόγω της χαμηλότερης έντασης καύσης και του υψηλότερου δείκτη καύσης που διαθέτει.
Πίνακας 2: Αποτελέσματα των μετρήσεων TG και DSC των δειγμάτων άνθρακα Α και Β.
| Παράμετρος | Μονάδα | Άνθρακας Α | Άνθρακας Β |
|---|---|---|---|
| Ti | °C | 412 | 416 |
| H | mW/mg | 12,24 | 13,16 |
| W | min | 27,80 | 25,80 |
| q | J/g | 20509 | 20.520 |
| Tonset | °C | 247 | 248 |
| Τάση | °C | 706 | 689 |
| t98% | min | 26,8 | 24,8 |
| T98% | °C | 692 | 676 |
| V | %/λεπτό | 3,150 | 3,394 |
Ti: θερμοκρασία ανάφλεξης; H: ύψος της εξωθερμικής κορυφής; W: μισό πλάτος της εξωθερμικής κορυφής; q: ενθαλπία καύσης;Tonset: θερμοκρασία έναρξης της εξωθερμικής κορυφής;Tend: τελική θερμοκρασία της εξωθερμικής κορυφής·t98%: χρόνος καύσης·T98%: θερμοκρασία καύσης· V: μέσος ρυθμός καύσης·Vmax: μέγιστος ρυθμός απώλειας μάζας
Πίνακας 3: Υπολογισμένες παράμετροι καύσης των δειγμάτων άνθρακα Α και Β.
| Παράμετρος | Μονάδα | Άνθρακας Α | Άνθρακας Β |
|---|---|---|---|
| Ένταση καύσης I | mW/mg·min | 0,440 | 0,525 |
| Μέση ένταση θερμικής απελευθέρωσης Q | J/g·°C | 44,721 | 46,594 |
| Δείκτης χαρακτηριστικών καύσης S | 5,46 × 10⁻⁹ | 5,35 × 10⁻⁹ |
Περίληψη
Τα χαρακτηριστικά καύσης διαφόρων δειγμάτων άνθρακα μπορούν να μελετηθούν με τη χρήση του συστήματος ανάλυσης θερμοβραχυχρόνου NETZSCH STA Jupiter®. Από τα αποτελέσματα των μετρήσεων TG, DTG και DSC μπορούν να προσδιοριστούν βασικές παράμετροι των δειγμάτων άνθρακα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας καύσης, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία ανάφλεξης, η απελευθέρωση θερμότητας και ο χρόνος καύσης.
Με βάση αυτές τις τιμές μέτρησης, μπορούν επιπλέον να υπολογιστούν συνολικοί δείκτες, όπως η ένταση καύσης, η μέση ένταση απελευθέρωσης θερμότητας και ο δείκτης χαρακτηριστικών καύσης. Αυτοί οι δείκτες αξιολόγησης παρέχουν μια ολοκληρωμένη περιγραφή της συμπεριφοράς καύσης του άνθρακα και επιτρέπουν μια πιο αξιόπιστη σύγκριση μεταξύ διαφορετικών δειγμάτων άνθρακα, υποστηρίζοντας την επιλογή του άνθρακα που ταιριάζει καλύτερα σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή.