ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ (ОТХОДЫ ПОДСОЛНЕЧНИКА)
Keywords:
кинетика пиролиза, пиролиз биомассы, отходы подсолнечника, Comsol multiphysics, деградация, метод КиссинджераAbstract
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.
References
Jaroenkhasemmeesuk C., Tippayawong N., Thermal degradation kinetics of sawdust at
intermediate heating rates, Appl. Therm. Eng., 103 (2016), pp. 170-176.
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,
, (2023).Muqobil energetika/Альтернативная энергетика/Alternative energy #01 [12) 2024
03.2024 51
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
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.
, (2016), 335-341. (http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2015.09.057).
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).
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).
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).
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
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).
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.
Mamatkulova S. Comsol multiphysics yordamida oʻsimlik biomassasining piroliz
jarayonini modellashtirish. Innovatsion texnologiyalar 3(52), 2023. (In Uzb.).
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
Singh P, Singh RK, Gokul PV, Hasan SH, Sawarkar AN. 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
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.
