«Pазработка программного обеспечения вычесления температурного поля в нестационарном режиме»

2 . Вычисление температурного поля трубчатого реактора пиролизной установки
Расплавленные пластмассы характеризуются высокой вязкостью и низкой теплопроводностью. Применяя падающий пленочный пиролизный реактор для борьбы с отходами пластмасс, можно не только повысить эффективность теплопередачи, но и решить проблему потока. В данной работе экспериментально исследован процесс пиролиза расплавленного полипропилена (ПП) в вертикальном падающем пленочном реакторе и обсуждено влияние температуры нагрева на продукты пиролиза. Установлено, что при повышении температуры с 550°С до 625°С выход пиролизного масла снижается с 74,4 мас.% (±2,2 мас.%) до 53,5 мас.% (±1,3 мас.%). Основными составами пиролизного масла являются С9, С12 и С18, причем преобладают реакции β-деления. Содержание легкой фракции С6-С12 пиролизного масла составляет 69,7 мас.%. По сравнению с другими пиролизными реакторами выход масла из вертикально падающего пленочного пиролизного реактора несколько выше, чем из трубчатого реактора, равен выходу масла из вращающегося печного реактора и несколько ниже, чем в реакторе со средним псевдоожиженным слоем.
1.2.Тепловые процессы в трубчатом реакторе пиролизной установки
Баланс массы на пиролизере
С целью прогнозирования поведения химического вещества реактор, информация о кинетике реакции, термодинамика, тепломассообмен и схемы течения обычно необходимы. Частично, в случае барботажа реакторы с псевдоожиженным слоем поток и взаимодействие фаз явления, как правило, являются наиболее сложным моделированием задачи.

Первоначально доминирующий предложенный подход к моделированию была ли адаптация идеальных моделей потока, включая пробковый поток, непрерывный перемешанный танк или смешанный поток, дисперсия и бак в серии [13]. Туми и Джонстон [14] были первыми предложить двухоблачный model, который впоследствии был модифицирован в нескольких других исследованиях. Главноеулучшение заключается в том, что эти модели предложили то, что они дают возможность исследователям принять во внимание наблюдаемое отсутствие-однородность плотных псевдоожиженных слоев, определение разбавленного пузырьковая и плотная эмульсионные фазы. Псевдоожиженный слой модели реакторов: 1) базовая двухзонная модель, 2) фургон

Двухзонная модель Димтера, 3) двухзонная модель Дэвидсона-Харрисона
Зональная модель и 4) Трехзонная модель Кунии-Левеншпиля.
В данном исследовании была использована базовая двухзонная модель из-за ее простота по сравнению с моделью Кунии-Левеншпиля и ее точность по сравнению сдвумя другими моделями [15]. Общая предположения модели можно обобщить следующим образом [16]:
Были приняты во внимание две фазы: эмульсия и пузырьковая фаза. В эмульсионной фазе гетерогенные реакции происходят в пузырьке фаза гомогенных реакций.
 Поток газа в пузырьковой фазе находится в пробковом потоке.
 Эмульсионная фаза хорошо перемешивается.
 Реакций в надводной части реактора не происходит.
 Слой находится в изотермических условиях.
 Char состоит только из углерода и ограничен эмульсионная фаза.
Пиролиз биомассы включает в себя несколько очень сложных реакции, включающие значительное количество промежуточных продуктов и конечных продуктов; таким образом, формулаточной реакции путь механизмакинетическая модель nd по-прежнему сложна и следовательно, доминирующий подход к разработке кинетических модели должны использовать измеримую и упрощенную кинетику. Следовательно, это дало возможность исследователям на протяжении годы, чтобы выдвинуть различные схемы реакции и кинетические Модели. Путем пересмотра механизмов пиролиза биомассы вверх на сегодняшний день единственным абсолютным результатом является то, что сырая биомасса разлагается на неконденсирующиеся газы (такие в _{виде H2},_CO2 и CO), био-масла (или смолы) и твердого углерода (char) [17]. Существует три основных подхода к реакции пиролиза механизм: 1) Одноступенчатая глобальнаяреакция, 2) комбинированнаяреакция модели и 3) модели с вторичным крекингом гудрона. Один шаг глобальные модели были в основном разработаны на ранних стадиях моделирование пиролиза и предположение, что биомасса разлагается до летучие вещества и кокс. Наиболее используемая модель для описания древесины пиролиз является конкурирующей моделью реакции. Он предлагает три конечные продукты с изменяющимся выходом обугливания. Это эмпирический модель и как таковая она была максимально простой. Наконец,, самые последние модели учитывают вторичную смолу крекинг. Это фактически расширение конкурирующих модель реакции, но особенность также разложение смолы на газы и char [17]. One step global modelsand d compet reaction модели уступают по сравнению с моделями со вторичной смолой крекинг, поскольку они рассматривают фиксированнуючасть угля для выход летучих веществ. Фактически, последние модели более универсальны и таким образом, они были использованы в настоящем исследовании для описания схема реакции пиролиза. В частности, разработанная модель Ди Блази и др. [18] было использовано в этом исследовании. Рисунок 1 изображена схема реакции предложенной модели.На основе этого механизма для каждого компонента скорость образования или исчезновения определяется следующим образом уравнения кинетической скорости:

Где mb, mt^{, mg и mc - массовые доли} багасса, смола, газ и уголь соответственно. Константы скорости вышеуказанные реакции (k_1-5) могут быть выражены с помощью уравнения Аррениуса уравнение ( зависит от температуры). Термин пробкового потока в сочетании с термином осевой дисперсии был использован приблизительные потоки газа и углерод присутствуют в эмульсионная фаза. Кроме того, массоперенос между учитывалась пузырьковая и эмульсионная фазы [19, 20, 21]. Наконец, был рассмотрен общий баланс масс для потребление багассы и предполагалось , что выход концентрация равна нулю (полная конверсия). В таблице 3 представлены гидродинамика, связанная с моделью.
Баланс массы пузырьковой фазы:

Баланс массы эмульсионной фазы:
Баланс массы для разложения багассы:

Граничные условия: площадь каждого пузырька _{(предполагались сферические пузырьки)} а количество пузырьков задается общим объемом занятые пузырьки делятся на объем каждого пузырька
Где индексы b и e относятся к пузырьку и эмульсии фаза соответственно, _ начальные массовые концентрации (1 для багасса и 0 для угля, смолы и газов), U поверхностный скорость газа (м/с), f объемная доля (^м3/^м3), D эффективная диффузия газа (^м2/с), R скорость реакции (кмоль/^м3с) в пузырьковой или эмульсионной зоне передача m ass коэффициент между эмульсией и пузырьковой фазой, z осевое расстояние (м), Б вес багассы в реакторе
(кг), Win - скорость поступления багассы в реактор (кг/с), Wout
(равна нулю) - скорость выхода багассы из реактора (кг / с) и L длина реактора. Кроме того, следует отметить, что ^{связаны как. Общая пустота слоя} установлено, что минимальная псевдоожижающая способность фракции а т, эдс, равная 0,4 и входная скорость азота (псевдоожижающего агента), U₀, равно 1,5 м/с [16]. Термин относится к межфазной области между пузырьковой и эмульсионной фазами и рассчит параметры ^{фитинг пиролиза} кинетическая модель к экспериментальным данным для багассы [23] была выполнено (пределы были взяты из Ди Блази и Бранки [24] и см. Пиролиз древесины) путем минимизации суммы квадратов ошибки между экспериментальными и расчетными значениями. Для этого цель процедура оптимизации на основе генетических алгоритмов с последующим использованием градиентного метода (SQP – fmincon) функция в Matlab) была разработанав программе Matlab.
Генетический алгоритм, стохастический, был использован для оценки семейство решений, близких к (потенциально) глобальному оптимуму и Последовательное квадратичное программирование (функция fmincon) было впоследствии применяется для расчета конечного оптимума [25]. В таблице 4 приведены расчетные значения приведенной выше кинетической параметры для случая багассы, а также их ограничения.
Кинетические данные быстрого пиролиза, рассчитанные для багассы подгонка модели реактора (уравнения 5-7) к имеющимся экспериментальные данные и проверка на соответствие заявленным пределам для пиролиза древесины