A SIMPLE MODEL TO ESTIMATE AND COMPARE EFFICIENCY OF FLUIDIZED BED REACTOR WITHOUT AND WITH CIRCULATION
Аннотация
Предложена простая модель для оценки и сравнения эффективности реактора с кипящим слоем при отсутствии и наличии циркуляции частиц. Модель базируется на детерминированных дифференциальных уравнениях движения одиночной частицы, где ее масса меняется с течением времени благодаря тому или иному физическому или химическому процессу в реакторе. Изменение массы частицы описано уравнением кинетики реакции первого порядка. Постоянная скорости реакции считается пропорциональной поверхности частицы и скорости ее обтекания газом. Численные эксперименты с моделью выполнены для случая, когда объем частицы остается постоянным, но ее плотность уменьшается. Это соответствует, например, сушке частицы без ее сжатия. Скорость процесса обработки частицы оценена временем, необходимым для уменьшения способной вступить в реакцию массы частицы на 95%. Показано, что скорость преобразования частицы растет с ростом скорости газового потока. Однако, в то же время, время пребывания частицы в реакторе уменьшается, и степень завершения реакции уменьшается для прямоточного реактора. Из этого следует, что в прямоточном реакторе преимущественна обработка частиц в слое, близком к плотному. В реакторе с циркуляционным кипящим слоем частица, достигшая его вершины, направляется вниз реактора и может участвовать в процессе несколько раз до тех пор, пока не будет достигнута заданная степень завершения реакции. В этом случае предпочтительна высокая скорость газа, поскольку при ней интенсифицируется процесс обмена между газом и частицей, и эффективность всего процесса может быть значительно повышена.
Литература
Mizonov V., Mitrofanov A., Ogurtzov A., Tannous K. Modeling of Particle Concentration Distribution in a Fluid-ized Bed by Means of the Theory of Markov Chains. Part. Sci. Technol. 2014. V. 32. P. 171-178.
Dehling H.G., Hoffmann A.C., Stuut H.W. Stochastic models for transport in a fluidized bed. SIAM J. Appl. Math. 1999. V. 60. P. 337-358.
Dehling H.G., Dechsiri C., Gottschalk T., Wright C., Hoffmann A.C. A stochastic model for mixing and segregation in slugging fluid-ized beds. Powder Technol. 2007. V. 171. P. 118-125.
Berthiaux H., Mizonov V., Zhukov V. Application of the theory of Markov chains to model different processes in particle technology. Powder Technol. 157. P. 128-137.
Adamczyk W.P., Wecel G., Klajny M., Kozołub P., Klimanek F., Białecki R.A. Modeling of particle transport and combustion phenomena in a large-scale circulating fluidized bed boiler using a hybrid Euler–Lagrange ap-proach. Particuology. 2014. V. 16. P. 29-40.
Adamczyk W.P., Kozołub P., Kruczek Numerical ap-proach for modelling particle transport phe-nomena in a closed loop of a circulating fluidized bed. Particuology. 2016. V. 29. P. 69-79.
Qi X., Zhu J., Huang W. A new correlation for predicting solids concentration in the fully developed zone of circu-lating fluidized bed risers. Powder Technol. 2008. V. 188. P. 64-72.
Balasubramaniani N., Srinivasakannan C. Drying of granular materials in circulating fluidized beds. Adv. Pow-der Technol. 2007. V. 18. P. 135-142.
Van den Moortel T., Azario E., Santini R., Tadrist L. Experimental analysis of the gas–particle flow in a circu-lating fluidized bed using a phase Doppler particle analyz-er. Chem. Eng. Sci. 1998. V. 10. P. 1883-1899.
Mizonov V., Zhukov V., Korovkin, A., Berthiaux H. On Possible Instability of Throughputs in Complex Milling Circuits. Chem. Eng. Process. 2005. V. 44. P. 267-272.
Mizonov V., Zhukov V., Zaitsev V. Optimal Positioning of the Circulating Load Input along the Tube Mill Length. Chem. Eng. & Technol. 2014. 37. P. 873-878.
Mizonov V., Mitrofanov A., Camelo A., Ovchinnikov L. Theoreti-cal Study of Particulate Flows Formation in Circulating Fluidized Bed. Recent Innovations in Chemical Engineering. Recent Innovations in Chemical Engineering. 2018. 11(1). P. 20-28. DOI: 10.2174/2405520410666170620105102.
Mitrofanov A., Mizonov V., Tannous K., Ovchinnikov L. A Markov chain model to describe fluidization of parti-cles with time-varying properties. Part. Sci. Technol. 2018. V. 36. N 2. P. 244-253. DOI: 10.1080/02726351.2016.1243180.
Run-Jia Liu, Rui Xiao, MaoYe, Zhongmin Liu. Analysis of particle rotation in fluidized bed by use of dis-crete particle model. Advanced Powder Technology. 2018. V. 29. N 7. P. 1655-1663. DOI: 10.1016/j.apt.2018.03.032.
Chladek J., Jayarathna Ch.K., Moldestad B.M.E., Tok-heim L.-A. Fluidized bed classi-fication of particles of dif-ferent size and density. Chem. Eng. Sci. 2018. V. 177. P. 151-162. DOI: 10.1016/j.ces.2017.11.042.
Saeidi F., Tavares L.M., Yahyaei M., Powell M. A phenomenolog-ical model of single particle breakage as a multi-stage process. Miner-als Eng. 2016. V. 98. P. 90-100. DOI: 10.1016/j.mineng.2016.07.006.
Mingge Deng, Wenxiao Pan, Karniadakis G.E. Anisotropic single-particle dissipative particle dy-namics model. J. Computat. Phys. 2017. V. 336. P. 481-491. DOI: 10.1016/j.jcp.2017.01.033.
HaoWu, Grévain D., Jensen L.S., Glarborg P., Clausen S., Dam-Johansen K. Experiments and modeling of single plastic particle conversion in suspension. Fuel Processing Technology. 2018. V. 178. P. 213-225. DOI: 10.1016/j.fuproc.2018.05.003.
Yao Xu, Ming Zhai, Shuai Jin, Xun Zou, Shubin Liu, Peng Dong. Numerical simulation of high-temperature fusion combustion charac-teristics for a single biomass particle. Fuel Processing Technology. 2019. V. 183. P. 27-34. DOI: 10.1016/j.fuproc.2018.10.024.
Linjian Ma, Zeng Li, Mingyang Wang, Houzhen Wei, Pengxian Fan. Effects of size and loading rate on the mechanical properties of single coral particles. Powder Technol. 2019. V. 342. P. 961-971. DOI: 10.1016/j.powtec.2018.10.037.
