No abstract

No abstract

No abstract

Термохимическая переработка твердых видов топлива включает в себя некоторые дополнительные процедуры, в частности процесс сушки. Сушка частиц может быть реализована в различных вариантах псевдоожиженного состояния. Системы с псевдоожиженным слоем широко распространены из-за их высокой производительности и интенсивности тепло-и массопереноса. Современные требования к скорости и энергетической эффективности процессов побуждают обращаться к поиску инструментов для прогнозирования этих процессов и их операционного контроля. В связи с этим развитие простой, но информативной модели описания технологических переделов в кипящем слое остается актуальной задачей. Материалы и методы: Теория цепей Маркова используется в качестве математической основы моделирования. Предложенная модель дополнена следующими полуэмпирическими субмоделями: межфазного теплообмена, межфазного массообмена и изменения коэффициента сопротивления частиц в зависимости от чисел Re и Ar. Верификация модели выполнена в ходе специально предпринятых экспериментальных исследований, которые предполагали регистрацию как локальных, так и валовых характеристик процесса. Результаты: На основе теории цепей Маркова предложены ячеечные модели сушки в кипящем слое и циркуляционном кипящем слое. Переходные матрицы поставлены в соответствие с физическими параметрами потоков, участвующих в процессе сушки, что позволяет формировать эти матрицы в соответствии с текущим состоянием системы и делает предлагаемую модель нелинейной. В свою очередь, это позволяет осуществлять прогнозирование термопреобразования материала. Модель, основанная на теории цепей Маркова, была дополнена независимыми полуэмпирическими субмоделями процессов в псевдоожиженном слое и успешно использована для описания сушки Выводы: Показано, что гидродинамическое состояние слоя во всех исследованных режимах является лимитирующим для процесса сушки. Полученные экспериментальные и расчетные результаты находятся в хорошем соответствии. Предложенная математическая модель может быть рассмотрена как научная основа для операционного контроля и проектирования установок кипящего слоя и ЦКС. Ключевые слова: кипящий слой, циркуляционный кипящий слой, вектор состояния, переходная матрица, скорость витания частицы, теплоотдача, массоотдача, содержание влаги, твердое топливо.

A simple model to estimate and compare efficiency of fluidized bed reactor without and with circulation is proposed. The model is based on the deterministic differential equations of a single particle motion in an upstream gas flow where the particle mass varies with time due to this or that physical or chemical process in the reactor. The particle mass variation is described by the equation similar to the equation of the first order chemical reaction kinetics. The constant of the reaction rate is proportional to the particle surface and the local velocity of gas flow around the particle. Numerical experiments with the model were done for the case when the particle volume remains constant but the particle density is decreasing. It corresponds, for example, to the process of particle drying without its shrinking. The rate of the process of particle treatment was estimated as the time, which is necessary to covert 95% of particle mass, which is capable to enter the reaction. It is shown that the rate of particle conversion grows with the gas flow velocity. However, at the same time, the particle residence time is getting smaller, and the degree of the reaction completion becomes less for direct-current reactor. It follows from that that in a direct-current reactor the bed close to the dense one is preferable. In a circulating fluidized bed reactor, the particle after reaching the top of it is directed to the bottom of the reactor and can participate in the process several times until it reaches the required degree of reaction completion. In this case much higher gas flow velocity is preferable because it intensifies gas-particle exchange, and the efficiency of the process can be considerably improved.