1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Эти данные позволяют судить о составе летучих разных топлив в зависимости от температурного уровня процесса, а следовательно, об их удельной теплоте сгорания и других свойствах, но только при относительно медленном нагреве топлива. 2!3 вещества могут быть использованы в народном хозяйстве в качестве полуфабрикатов или товарных продуктов. На указанной особенности твердых природных топлив базируются такие производства, как коксохимия, энергохимия и др.
Ориентировочно состав продуктов термолиза некоторых сортов топлива может быть охарактеризован данными табл. 8-1. Более точной характеристикой состава продуктов термолиза топлива является квазистатический выход летучих, представля- 5) у )5 а) у гб го оооо лю боо гоо боа г( обоо бор бао угу) г( О4ОО ббб и УОО ООО К о) а~ го оааобоо боо уоо боо г( Ооббббб бба УОО ббб К % о,г5 щ $75 боо боо уоо боо г( Рис. 8-!. Квазнстатический выход летучих из торфа в процентах на сухую массу (предельный выход полукокса У'» с=728'5,; А'-!), а — выход воды разлоисения; 6 — кислот (в пересчете на уксусную кислоту), в — смолы; г — полукокса; д — СОз, г — СНь н С„Н,; ис — СО; и — Н, 2(4 ж) 7 б,о гб уо чб .~гоо боо боо уоо аг г( е) ) ((б г(Ф ц Квазистатнческий выход продуктов термического разложения органической массы твердых природных топлив уточняет представление о свойствах топлива, но, как уже указывалось, может непосредственно служить только для оценки процесса термолиза при относительно медленном нагреве (например, при слоевых процессах различного вида: в ретортах, печах, слоевых топках и т.
и.). Если топливо находится в реакционной зоне кратковременно, секунды или доли секунды (например, в пыле- угольном факеле, при технологических процессах в условиях аэровзвеси), то при анализе процесса необходимо учитывать его кинетику. Точный расчет состава продуктов термолиза твердых природных топлив в зависимости от температуры и времени представляет собой сложную задачу, причем кинетические характеристики, необходимые для этого расчета, полностью еще не обобщены. Вместе с тем некоторые исходные данные для расчетов имеются, рассмотрим их более подробно. Как показано в гл. 1, твердое топливо представляет собой сложный комплекс веществ, физико-химическая структура которых и форма связей между которыми недостаточно изучены.
Процесс термического разложения отдельных составляющих топлива, по-видимому, представляет собой разрыв физико-химических связей внутри этих составляющих с образованием многочисленных нестойких активных промежуточных продуктов. Последние очень быстро реагируют между собой, в результате чего образуются более устойчивые продукты термолиза — смолы, кислоты, неконденснруемые газы и др. Таким образом, можно предположить, что процессом, определяющим выход продуктов во времени («тормозящим процессом») является первичный распад исходных составляющих топлива. В ряде инженерных задач не требуется знать состав продуктов термолиза топлива, но нужны ответы на более простые вопросы: какое количество летучих может выделиться из топлива, каков нх элементарный состав, за какое время и в каком процентном отношении произойдет разложение топлив при его термолизе в условиях данного промышленного агрегата (при определенном температурном режиме).
Как уже отмечалось в гл. 1, суммарный выход летучих связан с соотношением между содержанием углерода и водорода в топливе. Так, на рис. 8-2 и 8-3 приведены результаты анализа топлив с целью получения характеристик летучих. Эти данные могут быть аппрокснмпрованы зависимостями: для суммарного выхода летучих в процентах (рис. 8-2) У", = 8,33Н'/С" — 0,165; для суммарного содержания (в процентах) углерода в летучих С", (рнс, 8-3) С",/С" = 380Н "/С вЂ” 28. 215 л Р 002 404 444 оов йм йц йн йя Оа04 48 аз с,; гп оц оы Рис, 8-3. Зависимость содержания углерода в летучих от содержания углерода и водорода в топливе ч Рис.
8-2. Суммарный выход летунах в зависимости от содертхании углерода и водорода в топливе Как следует из рис. 8-4 — 8-6, некоторые характеристики летучих зависят не от отношения количества водорода в топливе к количеству углерода, а от топливного коэффициента р. Относительное содержание (в процентах) углерода в летучих (рис. 8-4) С",/)/; = 190~+ 25; относительное содержание (в процентах) кислорода в летучих (рис, 8-5) О",/(/," = 66 — 220(); теплота сгорания летучих (в МДж/кг) (рис. 8-6) Я"„= 105р+ 33.
Исходя из того, что процесс термолиза топлива представляет собой разрыв физико-химических связей внутри его составляющих с последующим весьма быстрым образованием конечных продуктов разложения, можно выделить отдельные группы свя- % ВО '00 О ОГО 024 020 010 Рис. 8ыи Относительное содержание углерода в летучих 216 ур 75 У 8УР ба 878 878 РМ Рис. 8-5. Относительное содержание кислорода н летучих зей, которые разрушаются при определенных условиях с определенной скоростью, примерно одинаковой для данной группы связей. В этом случае скорость выделения продуктов термолиза, образующихся в результате разрушения такой группы связей, можно ааписать следующим образом: (8-1) ат ~ См ) где о~ — доля продуктов термолнза данной группы в общем количестве продуктов термолиза, получающаяся за время т в результате разрушения связей данной группы; См — доля продуктов термолнза данной группы в общем количестве продуктов термолиза, получающаяся при полном разрушении связей данной группы (0<о~~~Сег).
й =й е-вжат'г (8-8) — константа скорости реакции, характеризующей разрушение связей данной группы; Т вЂ” температура, в общем случае являющаяся функцией времени т; пв — порядок реакции, ниже принимаемый равным 1, что для реакций разложения в первом приближении допустимо. Если в результате эксперимента удается определить количественные (типы Са~) н кинетические (йм и Ес) характеристики Рв* 8-6. Теплота сгорании летучвх н ааавсивостк от топливного коэффи- циента Бувте тех групп связей, распад которых независимо друг от друга определяет в основном ход процесса термолиза, то суммарный эффект этого процесса можно достаточно точно представить как сумму решений уравнений типа (8-1). В этом случае для нзотермических условий процесса можно записать: и тт=ХСстч1 — с '), (8-3) к=! где )у — суммарное количество летучих, выделтпошееся к моменту времени т; и — число групп реакций, учитываемое при описании процесса термолнза; Са; — количественная характеристика определенной группы реакций.
Если С„выражается в относительных величинах (т. е. Сщ+Соз+ ... +Се„=1), то О: <)у<1. Для получения истинного значения )У необходимо в уравнение (8-3) перед знаком суммы ввести в качестве множителя )уо — суммарное количество летучих, которое практически может выделиться при полном термическом разложении органической (или сухой) массы данного топлива. Зависимость (8-3) не может, конечно, полностью описать все стороны весьма сложного процесса термического разложения органической массы природных топлив, однако она отражает суммарную кинетику процесса, связывая ее с основными факторами — температурой и временем.
Необходимо отметить, что эта зависимость широко применялась и применяется большинством исследователей, занимавшихся изучением кинетики термолиза природных топлив (М. Ф. Струнников, 3. Ф. Чуханов, А. П. Кашуричев и др.). Различия у отдельных авторов в подходе к аналитическому описанию процесса заключается главным образом в методах определения и трактовке величин, входяших в уравнение (8-3), в частности Сст и /со Многие исследователи описывают суммарную кинетику процесса термолиза, исходя из однокомпонентной схемы расчета [в уравнении (8-3) и=1; См=1). Для качественной оценки процесса и решения ряда инженерных задач во многих случаях монсно считать такую схему приемлемой, так как она дает представление об интенсивности процесса.
Однако совпадение расчетных и экспериментальных данных прп однокомнонептной те бо 4о Рис В-7. Сопоставление результатов расчета тсрнолиза по одно- н днухком- понснтноя стет|с с даниынн опыта Слышная линия — ааиные опыта, штрнхо. и я - р,шчст ао аапоконнонситноа схеме; штрихпунктираая — расчет «о Хнухкомпо. нснтиоа схеме О Об УО уб г,с с г1в схеме расчета неудовлетворительное.
Так, на рис. 8-7 сплошной линней нанесены опытные данные о суммарном выходе летучих нз древесины прн температуре 643 К (изотермические условия), а штриховой линией — данные расчета по однокомпонентной схеме. Принято: максимальный выход летучих в расчете на сухую древесину У'Лис = 83,6 ',4; Е=69 9 МДж/кмоль; Аз=38,3 с '. (4з сопоставления видно, что совпадение, опытных и расчетных данных внешне неудовлетворительное. Однако расчет покааывает, что основной процесс термолиза в данном случае заканчиТаблица В-2 Кинетические караятеркстнкн для расчета терпелива 1и ТОПЛИВО ь М ОЯ 1 Л 1 О л 72, Древеснна Торф 91, З1, 25, 20, 10,' Сланец Уголь бурый жирный » коксовый » тощвй вается за 7 — 8 ч, а не за десятки часов и не за секунды нлн доли секунды, поэтому приближенная оценка процесса может производиться по однокомпонентной схеме. Кинетические характеристики для расчета термического разложения по однокомпонентной схеме приведены в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
