НОВЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ
Аннотация
Целью данного исследования является проверка корреляционного метода Коутса -Редферна и разработка нового метода анализа кинетических характеристик для брутто процесса термического разложения пиролизной смолы при неизотермических условиях. Указанный процесс термического преобразования был исследован экспериментально методом термогравиметрического анализа. Существует несколько кинетических моделей, чтобы анализировать механизм пиролиза в терминах формальных реакций. В рамках этого подхода кинетические параметры процесса пиролиза могут быть оценены по данным полной потери массы в процессе нагрева (термогравиметрический анализ – ТГА). Процедура термогравиметрического анализа может проводиться как в изотермических, так и в неизотермических условиях, но всегда экспериментальные данные, полученные в ее процессе, должны быть преобразованы в подходящие корреляционные соотношения. Полученные результаты показали, что реакция пиролиза протекает в диапазоне температур от 540 К до 700, К и индукционный период процесса составляет примерно 224 мин. Кинетические параметры были установлены традиционным методом Коутса –Редферна. Для снижения трудоемкости идентификационных процедур по сравнению с методом Коутса–Редферна и учета наличия индукционного периода реакции был предложен новый метод расчета кинетических параметров. В результате исследования было показано, что по сравнению с методом Коутса –Редферна предложенный способ дает более достоверную зависимость для расчета кинетических параметров. Предложенный метод использует алгоритм Коутса–Редферна для оценки механизма реакции, но величина постоянной скорости реакции определяется непосредственно из получаемых экспериментальных данных о скорости термического превращения.
Литература
Fortov V.E., Popel’ O.S. The current status of the development of renewable energy sources worldwide and in Russia. Thermal Eng. 2014. V. 61. P. 389–398. DOI: 10.1134/S0040601514060020.
Prakash N., Karunanithi T. Kinetic Modeling in Biomass Pyrolysis-A Review. J. Appl. Sci. Res. 2008. V. 4. N 12. P. 1627–1636.
Paloposki T., Saastamoinen J., Klobut K., Tuomaala P. Analysis of wood firing in stoves by the oxygen consumption method and the carbon dioxide generation method. Biomass and Bioenergy. 2014. V. 61. P. 1-24. DOI: 10.1016/j.biombioe.2011.12.041.
Malko M.V., Vasilevich S.V. Kinetics of pyrolysis of wood biomass under isothermal conditions. Izv. NAN Belarusi. Ser. fiz.-tekhn. nauk. 2019. V. 64. N 3. P. 321–331 (in Russian). DOI: 10.29235/1561-8358-2019-64-3-321-331.
Mitrofanov A., Mizonov V., Tannous K., Ovchinnikov L. A Markov chain model to describe fluidization of particles with time-varying properties. Partic. Sci.Technol. 2018. V. 36 (2). P. 244-253. DOI: 10.1080/02726351.2016.1243180.
van der Hoef M.A., van Sint Annaland M., Deen N.G., Kuipers J.A.M. Numerical simulation of dense gas-solid fluidized beds: A Multiscale modeling strategy. Annu. Rev. Fluid Mech. 2008. N 40. P. 47–70. DOI: 10.1146/annurev.fluid.40.111406.102130.
Mitrofanov A., Mizonov V., Camelo A., Tannous K. Application of the theory of Markov chains to theoretical study of processes in a circulating fluidized bed. Partic. Sci. Technol. 2019. V. 37. N 8. P. 1028-1033. DOI: 10.1080/02726351.2018.1525459.
Bobkov S.P. Simulation of basic transfer processes by means of cellular automata. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2009. V. 52. N 3. P. 109-114 (in Russian).
Bobkov S.P., Voitko Yu.V. Aplication of a system of cellular automata to model the problems of non-linear heat conduction. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2009. V. 52. N. 11. P. 126-128 (in Russian).
Bobkov S.P. Application of the probabilistic approaches to model technological processes. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2005. V. 48. N 7. P. 105-112 (in Russian).
Zhukov V.P., Belyakov A.N. Simulation of combined heterogeneous processes based on discrete models of the Boltzmann equation. Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51. P. 88–93. DOI: 10.1134/S0040579517010158.
Mitrofanov A.V., Mizonov V.E., Vasilevich S.V., Malko M.V. Experiment-calculating study of thermal decomposition of natural dolomites in fluidized bed. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2018. V. 61. N 3. P. 93−99 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20186103.5722.
Muravyev N.V., Pivkina A.N., Koga N. Critical appraisal of kinetic calculation methods applied to overlapping multistep reactions. Molecules. 2019. V. 24. N 12. P. 2298. DOI: 10.3390/molecules24122298.
Dhaundiyal A., Mohammad A. Th., Laszlo T. Thermokinetics of forest waste using model-free methods. Universitas Scientiarum. 2019. V. 24. N 1. P. 1-31. DOI: 10.11144/Javeriana.SC24-1.tofw.
Dhaundiyal A., Singh S.B., Hanon M.M., Rawat R. Determination of kinetic parameters for the thermal decomposition of Parthenium hysterophorus. Environ. Climate Technol. 2018. V. 22. P. 5–21. DOI: 10.1515/rtuect-2018-0001.
Coats A.W., Redfern J.P. Kinetic parameters from thermo-gravimetric data. Nature. 1964. V. 201 (4914). P. 68-69. DOI: 10.1038/201068a0.
Flynn J.H. The ‘Temperature integral’– Its use and abuse. Thermochim. Acta. 1997. V. 300. P. 83-92. DOI: 10.1016/S0040-6031(97)00046-4.
Khawam A., Flanagan D.R. Role of isoconversional methods in varying activation energies of solid-state kinetics: II. Nonisothermal kinetic studies. Thermochim. Acta. 2005. V. 436. P. 101-112. DOI: 10.1016/j.tca.2005.05.015.
Kozlov A.N., Svischev D.A., Khudyakova G.I., Ryzhkov A.F. Kinetic analysis of thermo-chemical conversion of solid fuels. Chem. Sol. Fuel. 2017. N 4. P. 12-21 (in Russian). DOI: 10.3103/S0361521917040061.
Braun R.L., Burnham A.K., Reynolds J.G., Clarkson J.E. Pyrolysis kinetics for lacustrine and marine source rocks by programmed micropyrolysis. Energy Fuel. 1991. V. 5. P. 192–204. DOI: 10.1021/ef00025a033.
Lopes F.C.R., Tannous K., Rueda-Ordóñez Y.J. Combustion reaction kinetics of guarana seed residue applying isoconversional methods and consecutive reaction scheme. Biores. Technol. 2016. V. 219. P. 392–402. DOI: 10.1016/j.biortech.2016.07.099.
Vasilevich S.V., Malko M.V., Asadchii A.N., Degterev D.V. Development of experimental setup for liquid pyrolysis products production means of the biomass thermo-chemical conversion. Vestn. GGTU named after P.O. Sukhoy. 2019. N 1. P. 65-69 (in Russian).
Mizonov V.E., Mitrofanov A.V., Tannous K., Camelo A. A simple model to estimate and compare efficiency of fluidized bed reactor without and with circulation. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2019. V. 62. N 3. P. 83-88. DOI: 10.6060/ivkkt201962fp.5852.
Mizonov V.E., Mitrofanov A.V., Tannous K., Ovchinnikov L.N. Computational and experimental study of granulation in fluidized bed reactor. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2019. V. 62. N 5. P. 97-103. DOI: 10.6060/ivkkt.20196205.5814.
Mizonov V.E., Mitrofanov A.V., Basova E.V., Shuina E.A., Tannous K. Theoretical study of heat conduction in multilayer spherical body with phase transformation in layers. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [ChemChemTech]. 2020. V. 63. N 7. P. 54-60. DOI: 10.6060/ivkkt.20206307.6206.
