【摘要】：快速熱解液化是將固態(tài)的農(nóng)林剩余物轉(zhuǎn)化為液態(tài)的生物油一種熱化學(xué)轉(zhuǎn)化手段,生物油可以作為燃料提供能量,也可以作為原料提供高附加值化學(xué)成分,具有巨大的發(fā)展?jié)摿�。快速熱解是一個(gè)物理和化學(xué)反應(yīng)相耦合的復(fù)雜過程,雖然目前建立了很多熱解模型,如一維、二維、三維、濕材、縮核模型等,但模型還有許多地方需要完善,如模型方程中反應(yīng)熱源項(xiàng)的表達(dá)內(nèi)容、模型適用情況等。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室制備的攪拌式快速熱解反應(yīng)器,采用動(dòng)力學(xué)熱分析方法和偏微分?jǐn)?shù)值求解有限元軟件,研究了一維、二維、三維數(shù)學(xué)模型的適用情況；平板、圓柱體兩種幾何模型對(duì)顆粒溫度分布的影響；第一類和第三類兩種邊界條件對(duì)顆粒溫度分布影響；采用熱解過程4個(gè)階段動(dòng)力學(xué)方程表示不同溫度階段的反應(yīng)熱源項(xiàng)對(duì)顆粒溫度分布的影響；熱解氣體在x、y軸方向擴(kuò)散對(duì)顆粒溫度分布的影響；5種不同尺寸對(duì)熱解過程中顆粒溫度分布的影響。本文主要獲得了如下成果： (1)落葉松樹皮和實(shí)木的熱失重曲線有明顯的區(qū)別；顆粒尺寸對(duì)熱解主要階段起始溫度有影響；在一定范圍內(nèi),失重率隨含水率增大而增大。 (2)采用積分法和微分法及40種動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù),對(duì)4種不同尺寸和含水率的落葉松樹皮進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,并分別求解獲得了其熱解過程中4個(gè)階段的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和方程,含水率為15%,大小為0.8mm的樹皮顆粒適合熱解。 (3)粉碎后的落葉松樹皮顆粒主要呈現(xiàn)片狀和針狀外形,在建立熱解過程中幾何模型時(shí),平板和圓柱體幾何模型比較符合實(shí)際情況。通過對(duì)兩種幾何模型的模擬計(jì)算,表明圓柱體幾何模型熱解時(shí)間比平板幾何模型要減少約1倍；圓柱體幾何模型受氣體擴(kuò)散影響較大,需要考慮各向異性和擴(kuò)散壓力。 (4)建立的平板三維傳熱模型如下,并可以對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化得到一維和二維模型。建立的圓柱體二維模型方程為： (5)樹皮顆粒尺寸小于1mm時(shí),可以采用一維或二維模型模擬其熱解過程的溫度分布；顆粒尺寸小于0.8mm時(shí),不適合采用三維模型模擬溫度分布；三維模型模擬大顆粒溫度分布時(shí),應(yīng)盡量考慮物性參數(shù)的各向異性及熱解氣體的擴(kuò)散阻礙等情況。 (6)對(duì)于尺寸小于0.8mm的樹皮顆粒,采用第一類和第三類邊界條件對(duì)模擬獲得的溫度分布沒有顯著影響。 (7)熱解氣體擴(kuò)散方向?qū)︻w粒溫度分布有顯著的影響,沿著擴(kuò)散方向,溫度呈現(xiàn)由高到低趨勢(shì)。 (8)采用動(dòng)力學(xué)方程參與表達(dá)反應(yīng)熱(∑i=14(H*dα/dt)i)比Arrhenius常數(shù)K參與表達(dá)反應(yīng)熱(∑i=14(H*K)i)更加準(zhǔn)確。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2735625