Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Көмір газификациясы процесінің кинетикалық сызбасы.
Плазмохимиялық реакторларда кө мір ө ң деудің бастапқ ы химиялық сатысы кө мірден ұ шыш заттардың бө лінуі болып табылады. Біріншілік ө німдердің қ ұ рамы жә не олардың кө мірден бө ліну жылдамдығ ы жалын тү зетін газдың температурасы мен қ ұ рамына тә уелсіз екендігі эксперименталды жолмен[125] дә лелденді. Осылайша, бұ л сатыны тү рлі плазмохимиялық реакциялар (пиролиз, гидропиролиз жә не булы газификация) ү шін бір кинетикалық механизм арқ ылы сипаттауғ а болады. Тү рлі кө мірлерді ИҚ спектроскопия кө мегімен зерттеуолар негізінен функционалды топтардың концентрациясы арқ ылы ажыратылатындығ ы кө рсетілді. Функционалды топтардың бө лінуі мен ыдырауын сол ә діспен зерттеу жә не тү зіоген ө німдердің (CH4, H2O, CO, Н2, CO2 жә не т.б.) концентрациясын анық тау осы функционалды топтардың бө ліну жә не ыдырау реакцияларының жылдамдық константасын жә не олардан соң ғ ы ө німдердің тү зілу жылдамдығ ын береді. Бұ л топтардың бө лінуінің жылдамдық константасы кө мірдің балық типтері ү шін бірдей. Кө птеген кө мірлер ү шін олардағ ы тү рлі функционалды топтардың концентрациясы туалы мә ндер жоқ. Мұ ндай жағ дайда, бірінші жуық тау бойынша кө мір ыдырауында бө лінетін біріншілік ө німдердің қ ұ рамы мен жалпы саны кө мірді жартылай кокстеу ө німдерінің шығ ымының анализінің стандартты ә дістерімен анық талады[22]. Осылайша ұ шқ ыш заттардың қ ұ рамы концентрациясы ә р тү рлі функционалды топтардың жалғ ыз жиынтығ ымен кө рсетіле алады. Модельде кө мір қ ұ рамы органикалық жә не минералды бө ліктерінің суммасы тү рінде кө рсетілген. Органикалық бө лік – функционалды топтардың (CH4, H2O, CO, CO2, Н2, шайыр) жә не кө мірдің жиынтығ ы, ал минералды бө лігі – сә йкес жылу физикалық қ асиеттері бар кү л. 3.1-кестеде [127]-ден алынғ ан жә не осы модельде ұ шқ ыш заттардың кө мірден бө ліну сатысындағ ы кинетикасын сипаттау ү шін қ олданылғ ан химиялық су, сутек, кө міртек оксиді, кө міртек диоксиді, этилен, метан жә не шайыр тү зілу реакцияларының кинетикалық параметрлерінің мә ні келтірілген. Негізгі міндет ұ шқ ыш компоненттердің жә не кө міртектің арй қ арай ө згерулері кезінде тү зілген ө нім қ ұ рамын есептеу болғ андық тан, «шайыр» термині тү сіндіріп кетуді талап етеді. Кө мір пиролизі кезінде тү зілген шайыр қ ұ рамын зерттеу шайырдың тү зілуіне жү здеген компоненттер қ атысытындығ ын кө рсетті. Шайырдың дә л қ ұ рамы белгісіз. Сондық тан шайырдың тү зілуінің барлық реакцияларын есепке алу мү мкін емес. Осығ ан байланысты, шайыр қ ұ рамын шайыр молекуласының негізгі қ ұ рылымын қ амтитын негізгі компоненттер тү рінде жазу ұ сынылды. Шайырдың негізгі компоненті – бензол (C6H6) [29] деп есептелінеді. Біріншілік ө німдердің ары қ арай ауысулары (11)-(51) радикалды реакциялармен сипатталады. Олардың константалары [130; 131] жұ мыстардан алынғ ан. 3.1-кесте - реакциялардың кинетикалық параметрлері.
Кокс қ алдығ ы мен су буы, оттекпен кө міртек диоксиді арасындағ ы ә рекеттесілер ((7)-(10) реакциялар бұ л сатылардың жылдамдық константалары [132]-ден алынды. Жоғ арыда кө рсетілген реакциялардың ә рбірі бірдей элементарлы стадиялардан (реагенттің бө лшек бетіне адсорбциясы, диссоциация, газ фазадаң ы реакциялар, десорбция жә не т.б.) тұ ратын кү рделі процесс болып табылады. Дә лірек механизм бұ л модельде қ арастырылмағ ан. Тек қ ана (7)-(10) реакцияларымен сә йкес ө згерістер қ арастырылғ ан. Белгілі бір жағ дайларда (7)-(10) реакциялар кинетикалық ауданда диффузия жылдамдығ ына тә уелсіз жылдамдық пен жү реді. Басқ а жағ дайда диффузия жылдамдығ ы процесс жылдамдығ ын едә уір тө мендете алады. (7)-(10) реакциялар бірінші кинетикалық реттілікке сә йкес ө теді деген болжам бар. Яғ ни, химиялық реакция жылдамдығ ы циясына тура пропорционал. Бұ л жағ дайда негізгі мү ше , мұ ндағ ы - химиялық реакция жылдамдығ ының келтірілген константасы. Ол химиялық реакцияның жылдамдық константасымен jth масса алмасу коэффициентітінің kj мә ндеріне тә уелді. Жә не кеуекті қ ұ рылымдар бө лшектерінде ө тетін реакцияларды ескереді: , мұ нда жә не - бө лшектің ішкі жә не сыртқ ы меншікті беттері, l [м-1], α j –реакцияның ену терең дігі, м;; - массалық алмасу коэффициенті, м·с-1; Di - i -компоненттің бө лшекке қ атысты диффузия коэффициенті, м2·с-1; i индексі диффузиясы есепке алынатынO2, CO2, H2 компоненттерін білдіреді. Масса алмасу коэффициенттері Ленард-Джонс [133] молекула ішілік ә рекеттесудің потенциалды функциясын жә не Нуссельттің келесідей диффузиялық санын: Nudif=2+0, 65 Re 1/2 Pr 1/3dif, Прандтль диффузиялық санын: Prdif=η /(ρ gDi) [134, 135] ескере отырып есептелінген. (7)-(10) –реакциялардың жү ру режимін бағ алау ү шін [136] –да ұ сынылғ ан критерийлер қ олданылды: – кинетикалық режим, – ауыспалық режим,
– диффузиялық режим. Физикалық тұ рғ ыдан кинетикалық режим бө лшек бетіндегі химиялық реакцияның жылдамдығ ы реагенттің бө лшекке диффузия жылдамдығ ына қ арағ анда ә лдеқ айда аз болғ ан кезде сыртқ ы кинетикалық ауданда қ олданылады. Химиялық реакцияның жылдамдығ ы реагенттің бө лшекке диффузия жылдамдығ ына қ арағ анда жоғ ары болса, диффузияның сыртқ ы ауданында диффузиялық режим іске асырылады. Егер, реагентті бетке алын келу жылдамдығ ы мен беттегі химиялық реакция жылдамдығ ы сә йкес келетін болса, процесс ауыспалы ауданда ө теді. Ұ шқ ыш заттар бө ліну нә тижесінде кө мір бө лшектерінде кеуектер пайда болғ анда химиялық реакция мен реагенттер диффузиясын тек қ ана бетте емес, кеуектерде де орын алады деп қ арастыруымыз керек. Бө лшектерге газдың диффузиясынның жылдамдығ ы келесідей: Wdif=β iSl(CV-CS), (3.11) Мұ нда: CV жә не CS – жалпы кө лемдегі жә не бө лшектің бетіндегі газ компоненттерінің концентрациялары. Бө лшектегі (7)-(10) нхимиялық реакциялардың жылдамдығ ы: (3.12) Мұ нда: - бө лшектің ішкі реакциялық бетінің толық ішкі бетіне қ атынасы. [137] жұ мыстағ ы ұ сыныстарғ а сә йкес кө мір бө лшектері ү шін бұ л қ атынас 5 %-ғ а тең, яғ ни жә не - бұ л ә рекеттесу эффективтілігінің коэффициенті деп аталады. Cl ү шін келесі формула қ олданылады: мұ нда, r –бө лшектің радиусы бойымен центрінен бетіне дейінгі арақ ашық тығ ы. Vs φ -ге кө бейтілгенде ә рекеттесетін бө лшек кө лемінің бө лігін аламыз. Wdif=Wj болғ анда CS мә нін аламыз: , , мұ нда, kD=β iSl. (3.13)
|