ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ (ОТХОДЫ ПОДСОЛНЕЧНИКА)
Ключевые слова:
кинетика пиролиза, пиролиз биомассы, отходы подсолнечника, Comsol multiphysics, деградация, метод КиссинджераАннотация
Аннотация. Введение. В данной статье изучена кинетика процесса пиролиза биомассы частиц отходов подсолнечника на основе программного обеспечения (ПО) Comsol multiphysics, которая позволяет определить скорость химических реакций, происходящих в процессе разложения материала, и выявить основные факторы, влияющие на скорость и эффективность пиролиза. Полученные модели довольно хорошо описывают тенденции изменения температур. Был сделан вывод, что процесс пиролиза биомассы частицы отходов подсолнечника происходил в диапазоне температур 440-717 К. При температуре 440 К биомасса начала терять массу, а потеря массы остановилась при температуре 717 К. Кинетические параметры были рассчитаны методом Киссенжер. Для вычислений кинетических и постоянных параметров использовался метод наименьших квадратов и корреляционный анализ. Результаты будут полезны в будущем для оптимизации процесса и условий процесса пиролиза биомассы.
Методы и материалы. Для проведения анализа в данном исследовании использовалась биомасса отходов подсолнечника, так как данная биомасса имеет высокие тепловые способности и высоким выходом бионефти. Размер частиц составлял 0,02 м2, использованы теплофизические свойства подсолнечника. Анализ проводился с применением программного обеспечения Comsol Multiphysics.
Результаты. При моделировании процесса пиролиза биомассы отходов подсолнечника на основе ПО Comsol Multiphysics, для измерения изменения температур были установлены температурные датчики на поверхности биомассы и в центре биомассы. Получены данные изменения температуры в зависимости от времени. Полученные модели довольно хорошо описывают тенденции изменения температур, особенно температуры в центре биомассы.
Заключение. Кинетические параметры были рассчитаны методом Киссенжер. Для вычислений кинетических и постоянных параметров использовался метод наименьших квадратов и корреляционный анализ. Результаты будут полезны в будущем для оптимизации процесса условий процесса пиролиза биомассы. В методе Киссинджера кинетические параметры были одинаковыми для всего процесса пиролиза. Коэффициент корреляции между температурой и скоростью нагрева в модели равен 0,86.
Скачивания
Библиографические ссылки
[1] Jaroenkhasemmeesuk C., Tippayawong N., Thermal degradation kinetics of sawdust at intermediate heating rates, Appl. Therm. Eng., 103 (2016), pp. 170-176.
[2] Uzakov G., Mamatkulova S., Ergashev, S.: Thermal mode of the condenser of a pyrolysis bioenergy plant with recuperation of secondary thermal energy. E3S Web of Conferences, 411, 01021, (2023).
[3] Haykiri-Acma, H.,Yaman, S. and Kucukbayrak, S., “Effect of heating rate on the pyrolysis yields of rapeseed”, Renewable Energy, Vol. 31, (2006), 803-810. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2005.03.013
[4] Islam, M.A., Auta, M., Kabir, G. and Hameed, B.H., “A thermogravimetric analysis of the combustion kinetics of karanja (Pongamiapinnata) fruit hulls char”, Bioresource Technology, Vol. 200, (2016), 335-341. (http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2015.09.057).
[5] Uzakov G., Mamatkulova S., Ergashev Sh. and el. Modeling of heat exchange processes in a condenser of a pyrolysis bioenergy plant. BIO Web Conf., 71 02021. DOI: https://doi.org/10.1051/bioconf/20237102021, (2023).
[6] Mishra, G., Kumar, J. and Bhaskar, T., “Kinetic studies on the pyrolysis of pinewood”, Bioresource Technology, Vol. 182, (2015), 282-288. (http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2015.01.087).
[7] Mamatkulova S. G. and Uzakov G. N.: Modeling and calculation of the thermal balance of a pyrolysis plant for the production of alternative fuels from biomass. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science Т 1070 1, (2022).
[8] Damartzis, Th., Vamvuka, D., Sfakiotakis, S. and Zabaniotou, A., “Thermal degradation studies and kinetic modeling of cardoon (Cynaracardunculus) pyrolysis using thermogravimetric analysis (TGA)”, Bioresource Technology, Vol. 102, (2011), 6230-6238. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2011.02.060
[9] Zhai, M., Li, G., Zhang, Y., Dong, P., Qi, G. and Huang, Y., “Kinetic parameters of biomass pyrolysis by TGA”, Bio Resources, Vol. 4, (2016), 8548-8557. (http://dx.doi.org/10.15376/biores.11.4.8548-8557).
[10] Kaczor Z., Buliński Z., Werle S.: Modelling approaches to waste biomass pyrolysis: a review, Renewable Energy, 2020, Volume 159, Pages 427-443, ISSN 0960-1481, https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.05.110.
[11] Mamatkulova S. Comsol multiphysics yordamida oʻsimlik biomassasining piroliz jarayonini modellashtirish. Innovatsion texnologiyalar 3(52), 2023.
[12] Singh S, Sawarkar AN. Thermal decomposition aspects and kinetics of pyrolysis of garlic stalk. Energy Sources, Part A:Recovery. Utilization, and Environmental Effects 2020. https://doi.org/10.1080/15567036.2020.1716891
[13] Singh P, Singh R.K., Gokul P.V., Hasan S.H., Sawarkar A.N. Thermal degradation and pyrolysis kinetics of two Indian rice husk varieties using thermogravimetric analysis. Energy Sources, Part A: recovery, Utilization, and Environmental Effects; 2020.
https://doi.org/10.1080/15567036.2020.1736215
[14] Heydari, M., Rahman, M. and Gupta, R., “Kinetic study and thermal decomposition behavior of lignite coal”, International Journal of Chemical Engineering, Vol. 2015, (2015), 1-9. (http://dx.doi.org/10.1155/2015/481739).
