1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Аналогичный результат был получен и для других высокомолекулярных составляющих (кислоты, фенол, левоглюкоззн) при термолнзе древесины, сланца и бурого угля. Приведенные данные показывают, что уже образовавшиеся в процессе термолнза высокомолекулярные вещества, продолжая некоторое время оставаться в реакционной зоне при повышенных температурах, разлагаются с выделением вторичных ннзкомолекулярных продуктов термолиза. При высоких температурах процесса, когда вторичные реакции разложения высокомолекулярных веществ протекают достаточно интенсивно, количество их, фиксируемое в улавливающей системе, резко Рис. 8-9. Выход смолы Время вреоыаанва чаетвц из торфа в процентах из сухую массу в опытах по тсрмолизу цзровзвсси и реакцневвоз зоне !.6-0 а; чаетвцы — вракцвя !00— !60 ввм термолиза: 1 —,'ехр щей, образовавшаяся в результате первичного распада за время пребывания топлива в реакционной зоне; /г — константа скорости образования этой составляющей; о„ вЂ” доля этой составляющей, разложившаясязавремя пребывания летучихвзоне термолиза.
В этом случае скорость разложения рассматриваемой составляющей может быть выражена линейным дифференциальным уравнением «~ «т — "-2 — = й, 1 — ехр — 1 Ы( — ) — и, ° (8-8) а Здесь ш, — скорость летучих в реакционной зоне; х/ш„— время пребывания летучих в зоне термолнза; Йр — константа скорости разложения данной составляющей.
Решая это уравнение относительно о„и подставляя решение в зависимость (8-7), для изотермической задачи получим 1/ = ( "«~~т ~р«з««) ~ (а~~/~ — ь/ач) (8-9) уменьшается; это явление могло бы и не наблюдаться при очень быстром выводе летучих из зоны термолиза. По-видимому, в основном этим обстоятельством объясняется различие в составе летучих, получаемых при так называемом высокоскоростном нагреве топлива, по сравнению с квазистатическими выходами.
Для более точного определения выхода той или иной (особенно высокомолекулярной) составляющей летучих следует учитывать совокупность реакций, которые, с одной стороны, прпводят к образованию данного вещества, а с другой — ведут к его разложению (термическому уничтожению). Механизм влияния режимных характеристик (температуры и времени) на выход высокомолекулярных продуктов термолиза можно представить себе, например, если предположить, что процессы образования и последующего разложения данного вещества в первом приближении подчиняются законам мономолекулярной реакции первого порядка.
Тогда доля данной составляющей в общем выходе летучих за время пребывания топлива и летучих в реакционной зоне будет «1Ф ..р[ ( и~ * 1~ —,. (8-7) а'« / а Здесь х — эффективная длина зоны термолиза технологпческого аппарата, в которой перемешается топливо и выделяющиеся продукты термолиза;гв, — скорость перемещения топлива в реакционной зоне; х/ш, — время пребывания топлива в зоне как Ет и йш из тои же таблицы.
Максимальный выход той или иной составляющей приближенно может быть принят по данным квазистатических выходов. Кинетические ха- Е, Мдж)ноль е, е-а ов' Соеявненне Муравьиная кислота Уксусная кислота Пропионовая кислота Метиловый спирт Простейший фенол 78,7 129,2 87,1 93,6 139,8 2,3 1Оа 2,88 Ют 1,05 1Оа 8,!5.108 3,16 108 рактеристики процесса разложения некоторых органических соединений, входящих в состав летучих веществ, приведены в табл. 8-4 (А. И. Киприанов). Ход расчета по зависимости (8-9) см. ниже, в примере 8-5. Для неизотермической задачи решение уравнения (8-8) усложняется.
Можно полагать, что в дальнейшем, когда будет накоплено достаточно данных по кинетике образования и термическому разложению отдельных (наиболее важных) составляющих продуктов термолиза различных топлив, динамику процесса термолиза и состав получающихся продуктов можно будет достаточно строго описывать, суммируя решения уравнений типа (8-8) для каждой составляющей. Это выражение определяет выход данной составляющей (в отношении к максимальному ее количеству) с учетом двух процессов: образования этой составляющей при термолизе органической массы топлива и разложения ее за время пребывания летучих в реакционной зоне. Можно полагать, что в первом приближении значения кинетических констант процесса образования Н80 и СО9 могут быть приняты по табл.
8-8 (Еа и йоа); константы процесса образования других со- Таблица 8-4 ставляющнх летучих Кинетические константы процесса разложении могут быть приняты продуктов тернолнза ЕО. РОль летучих В ЛРОцессе ВОсплАменений прирОдных твердых тОЛПНВ Исследования процесса воспламенения природного твердого топлива, проводившиеся как в лабораторных условиях (с отдельной частицей, потоком частиц, элементарным факелом), так и на промышленных установках и укрупненных стендах, отчетливо показывают, что летучие играют весьма большую роль при воспламенении и на начальных стадиях горения топлива (В.
И. Николаев, Б. Д. Кацнельсон, Ю. Н. Корчунов, С. В. Бухман, С. Л. Шагалова и др.). Чем больше летучих содержится в исходном топливе, тем при прочих равных условиях быстрее происходит его воспламенение и тем интенсивнее оно выгорает. Выход и горение летучих чаще всего опережает горение кокса, так как выходящие с поверхности частиц летучие протиЗанаа НЕ 8898 225 водействуют диффузии окислителя к поверхности кокса.
Однако в зависимости от размера частиц и от условий их обтекания потоком, в пограничном слое (нли на его участках) может создаваться разная концентрация летучих. У мелких частиц или на участках поверхности с интенсивной внешней диффузией у крупных частиц интенсивность выхода потока летучих с поверхности частицы меньше интенсивности их отвода из пограничного слоя. Концентрация летучих в нем становится исчезающе малой. При этом становится возможным доступ окислителя к поверхности кокса и (при благоприятных температурных условиях) его горение, причем горение летучих происходит в объеме факела между частицами. У крупных частиц летучие, выходящие из частицы, образуют около нее в пограничном слое оболочку из горючей смеси летучих и окислителя.
Эта оболочка и воспламеняется в момент, когда создаются благоприятные условия. Затем летучие продолжают диффундировать из куска топлива к образовавшейся поверхности горения. К ней же подходит и вступает в реакцию кислород из внешней среды. В течение некоторого времени выходящие из куска летучие удерживают поверхность горения на некотором расстоянии от поверхности частицы, не допуская кислород к реакции с коксом. По мере уменьшения интенсивности выхода летучих начинается проникновение кислорода к поверхности кокса и его горение. Таким образом, при расчете процесса воспламенения твердого природного топлива необходимо оценивать во времени различные стадии формирования парогазовой смеси летучих и окислителя, в которой происходит воспламенение, в зависимости от условий нагрева частиц или кусков топлива, попадающих в топочную камеру.
Для того чтобы сосредоточить внимание на особенностях процесса, ниже, при анализе механизма воспламенения топлива, условиями нагрева частицы будем задаваться. Анализ процесса воспламенения топлива начнем с анализа механизма воспламенения отдельной частицы. Рассмотрим условия насыщения пограничного слоя газа (который окружает частицу) выделяющимися нз топлива продуктами термического разложения. Для наглядности воспользуемся пленочной гипотезой о передаче тепла н вещества н будем сопровождать дальнейшие рассуждения конкретными примерами.
Рассмотрим процесс воспламенения малой единичной частицы топлива (торфа) в неограниченной среде с постоянной температурой. Частица топлива, попадая в среду с повышенной температурой, вносит с собой пограничную пленку воздуха, которая, с одной стороны, является как бы приемником выделяющихся из топлива летучих, а с другой — зоной, в которой, возможно, начнется воспламенение. Эффективную толщину пограничной пленки для сферической частицы можно найти из известного соотношения: 6,66/6„= 1/(И и — 2), 226 где б,ее — эффективная толщина пленки; 6, — размер частицы. Из приведенного равенства видно, что для весьма малых частиц (Ип-~2) относительная толщина пограничной пленки весьма велика. Ниже будет показано, что концентрации летучих в пограничном слое пропорциональны квадрату радиуса частицы.
Поэтому можно ожидать, что концентрации летучих в пограничном слое для частиц очень малого размера весьма невелики. Каким же образом определить концентрацию летучих в пограничной пленке? Для этого необходимо знать интенсивность выделения летучих (выход летучих в единицу времени). Пренебрегая в первом приближении нестацнонарностью процесса диффузии н считая, что выделившиеся летучие протекают сквозь пограничный слой за счет диффузии н за счет молярного переноса, уравнение передачи можно записать следующим образом: Я,= 4про( — П вЂ” "+аС„), лР (8-10) Я, = 4кр'( — 1? — '+шС,), (8-11) где С, — концентрация окислителя (воздух). Если воспламенение еще не произошло, то можно считать, что Я,=О; с другой стороны, в любой момент времени С„+С,= = Со „где Со в — начальная концентрация окислителя, моль/мо. Решая при указанных предположениях уравнения (8-10) и (8-11), находим ов 4пРвВСов ЛСл Кл— Сов — Сл ЛР (8-12) Полагая, что прн р=го (где г~ — радиус пограничной пленки) С,=О, после интегрирования уравнения (8-12) получаем С вЂ” С О п (8- 8 (-1) Сов 4МЭСов ~ оо Р ) Из последнего выражения, зная выход летучих во времени, можно получить концентрации летучих в любой точке пленки в данное время.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
