Формализация процесса переработки древесины термическим методом в реакторе кипящего слоя

Реальная физическая картина процесса быстрого пиролиза отходов деревообработки, как показывает анализ, довольно сложна. По этому для получения конструктивного математического описания процесса неизбежны упрощения описания системы или ее частей, что обеспечивает простоту и удобство ее использования при сохранении необходимой степени адекватности.

Учитывая сложность процесса, целесообразно принять следующие допущения:

  • 1) Предполагаем, что процессы диффузии и фильтрации парогазовой смеси в древесной частице ввиду малости ее размера в условиях кипящего слоя не оказывают значительного влияния на выход продуктов термического разложения.
  • 2) Специфика технологии измельчения древесины до размера 1 - 2 мм позволяет частице принять форму в виде шара, что приводит рассмотрение процесса термического разложения к виду одномерной асимметричной задачи со сферической системой координат.
  • 3) Парогазовая смесь, образующаяся в процессе термического разложения, подчиняется закону идеального газа, поскольку процесс протекает при достаточно высоких температурах и давлении значительно ниже критического для данных парогазовых смесей.
  • 4) Учитывая сложность и многостадийность механизма деполимеризации и вторичного реагирования продуктов, механизм быстрого пиролиза древесины представляем в виде формального двухстадийного процесса с конкурирующими реакциями и образованием трех основных групп продуктов термического разложения (древесный уголь, смесь паров, неконденсируемый газ).

Газ

Древесина —? Пары

X

Уголь

Рис. 2.2. Механизм реакций двухстадийного термического разложения древесины

При этом полагаем, что разложение исходной древесины осуществляется в виде формальных необратимых реакций первого порядка, схема которых представлена на рис. 2.2. Причем первичные реакции Кь К2, К3 - эндотермические и проходят в древесной частице, а вторичные Кд, К5- экзотермические и проходят в объеме реактора, трубопровода и конденсатора.

  • 5) Полагаем, что эффективные коэффициенты и теплофизические характеристики системы парогазовая смесь - пористый каркас в процессе термического разложения изменяются линейно в зависимости от относительной доли прореагировавшей древесины (%), 0 - состояние, соответствующее древесине, 1
  • - уголь.
  • 6) Из-за сильного различия температурных режимов сушки и пиролиза при разработке математической модели рассматриваем термическое разложение древесины достаточно низкой влажности (до 10%), что позволяет учитывать влияние влаги в рамках механизма формальной кинетики, исключая отдельное уравнение переноса влаги из состава математической модели. Данное допущение можно обосновать тем, что в промышленной технологии пиролиза древесины сушку осуществляют предварительно в виде отдельной самостоятельной стадии с соответствующим аппаратурным оформлением.
  • 7) Принимаем равновесное распределение начальных параметров системы.
  • 8) Принимаем, что в реакторе кипящего слоя твердая фаза в виду интенсивного перемешивания движется в соответствии с моделью идеального смешения, а газовая фаза подчиняется закону идеального вытеснения.
  • 9) Принимаем, что в трубопроводах и газоходах движение газа осуществляется в соответствии с моделью идеального вытеснения.
  • 10) Полагаем, что капли распиливаемого хладагента в связи с малостью формы имеют сферическую форму.
  • 11) Исключаем возможность внутренней циркуляции капли и предполагаем, что передача тепла осуществляется преимущественно теплопроводностью.

Технологический процесс переработки древесины методом пиролиза с утилизацией парогазовой смеси можно представить в виде трех основных существенных стадий:

  • -термическое разложение древесины в реакторе с образованием парогазовой смеси и угля;
  • -движение смеси по газоходу в горячей зоне в присутствии угольных частиц с последующей очисткой;
  • -конденсация парогазовой смеси.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >