Rozwój modelowania matematycznego dekarbonatyzacji wapieni

Lech, R.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Rozwój modelowania matematycznego dekarbonatyzacji wapieni

Autorzy

Lech R.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://www.cementwapnobeton.pl/

Identyfikatory

Warianty tytułu

Development of mathematical modelling of thermal decomposition of limestones

Języki publikacji

Abstrakty

W artykule przedstawiono dwa podejścia do opisu dekarbonatyzacji wapieni: dekarbonatyzację ziarna wapienia i dekarbonatyzację wsadu wapienia w piecu szybowym. Wprowadzenie najwolniejszego etapu do opisu dekarbonatyzacji ziarna wapienia było podstawą sformułowania matematycznego modelu procesowego dekarbonatyzacji. W dalszym rozwoju modelowania matematycznego dysocjacji wapieni zastosowano w obu wspomnianych podejściach między innymi bilanse masy i ciepła oraz równania rozkładu temperatury np. w nieprzereagowanym rdzeniu ziarna oraz w wytworzonym wapnie z warunkami brzegowymi dla transportu ciepła i stężenia ditlenku węgla na powierzchni rozdziału ciało stałe – gaz. Na opór przepływu gazów przez wsad oraz dekarbonatyzowanego wsadu przez szyb pieca stosuje się równania ruchu. W modelach tych nie uwzględnia się kontrakcji warstwy wsadu powstającej podczas dysocjacji na skutek skurczu, rozkruszania się i przemieszczania się ziaren wsadu względem siebie. Kontrakcja warstwy wapienia podczas dysocjacji jest obecnie przedmiotem badań.

The two approaches to mathematical modeliing of thermal decomposition of limestones are presented in the paper. They are: thermal decomposition of limestone grain and thermal decomposition of the limestone charge in shaft furnace. The introduction of the slowest stage to describe the thermal decomposition of a limestone grain was the base for formulation of a mathematical model of thermal decomposition of limestone grain. In the both above mentioned approaches the mass and the heat balances and equations of temperature distribution e.g. in unreacted core of the grain and in arose lime layer together with the boundary conditions for heat transfer and carbon dioxide concentration on the solid/gas interface are applied in the further development of mathematical modelIing of thermal decomposition of limestones. The equations of motion are used to calculate the bed resistance force to gas flow movement and shaft walls resistance to charge movement. The contraction of charge is neglected in the models. The contraction occurs during thermal decomposition due to shrinkage, crumbling and reciprocal dislocation of the charge grains during flow through a furnace shaft. The contraction of a layer of limestone grains due to thermal decomposition is presently the subject of study.

Słowa kluczowe

wapno palone proces produkcji wapień dekarbonatyzacja modelowanie matematyczne

quicklime production process limestone thermal decomposition mathematical modelling

Wydawca

Fundacja Cement, Wapno, Beton

Czasopismo

Cement Wapno Beton

Rocznik

2012

Tom

R. 17/79, nr 4

Strony

187--199

Opis fizyczny

Bibliogr. 41 poz., il.

Twórcy

autor

Lech R.

Katedra Technologii Materiałów Budowlanych, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo–Hutnicza im. Stanisława Staszica

Bibliografia

1. R. S. Boynton, Chemistry and technology of lime and limestone, John Wiley and Sons Inc., pp. 132 – 164, New York, London, Sydney 1966.
2. V. J. Azbe, Theory and practice of lime manufacture, Part I, Rock Product, Feb. 1953, pp. 100 – 103.
3. V. J. Azbe, Theory and practice of lime manufacture; Part II, Rock Product, March 1953, pp. 102 – 104.
4. J. Wührer, Données scientifiques et techniques relatives à la caisson du calcaire, Rev. Matér. Constr., N° 519, pp. 339 – 347 (1958).
5. J. Wührer, Données scientifiques et techniques relatives à la caisson du calcaire, Rev. Matér. Constr., N° 520, pp. 16 – 22 (1959).
6. A. Kapcia, Badania zależności czasu dysocjacji termicznej bryły wapienia w funkcji liczby Reynoldsa opływających ją gazów, Praca magisterska, AGH, Wydz. Inż. Mat. i Ceram., Kat. Techn. Mat. Bud., Kraków 2011.
7. G. Seidel, H. Huckauf, J. Stark, Technologie des ciments, chaux, plâtre, Edit. Septima, pp. 34 – 38, Paris 1980.
8. H. Eigen, Brennen von kleinstückigem Kalkstein im Querstromofen, Zement–Kalk–Gips, 10, 9, pp. 346 – 354 (1957).
9. J. Wührer, G. Radermacher, Mathematische Behandlung des Problems der Entsäuerung von stückingen Carbonaten, insbesondere von Kalkstein, Chem. – Ing. Techn. 28, pp. 328 – 336 (1956).
10. A. Müller, K. Ohme, Kinetische Untersuchungen zur Kalziumkarbonatzersetzung im Kreislaufreaktor, Diss. HAB., Weimar 1972.
11. A. Müller, R. Schrader, K. Ohme, Kinetik der thermischen Dissoziation von Marmor im Flugstaubreaktor; Chem. Techn. 28, 5, pp. 279 – 280 (1976).
12. K. Ohme, R. Schrader, A. Müller, Kinetik der thermischen Dissoziation von Kalkstein und Zementrohmehl im Flugstaubreaktor; Silikattechn., 26, 12, pp. 403 – 407 (1975).
13. E. Cremer, W. Nitsch, Über die Geschwindigkeit der CaCO3–Zersetzung in Abhängigkeit vom CO2 – Druck, Z.f. Elektrochem., 66, pp. 697 – 702 (1962).
14. B. Vosteen, Physikalische und chemische Kinetik der thermischen Zersetzung von Kalk; Diss. TU, Braunschweig 1970.
15. A. Barański, Kinetyka chemiczna, in A. Bielański, et al. (eds.), Chemia fizyczna, pp. 833 – 838, PWN, Warszawa 1980.
16. J. Szekely, J. Evans, H. Y. Sohn, Gas – solid reactions, Academic Press, pp. 125 – 128, New York, San Francisco, London 1976.
17. A. Burghardt, G. Bartelmus, Inżynieria reaktorów chemicznych, Reaktory dla układów heterogenicznych, T. II, pp. 339 – 345, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 2001.
18. P. A. Ramachandran, L. K. Doraiswamy, Modeling of noncatalytic gas – solid reactions, A. I. Ch. E. J., 28, 8, 1982; pp. 881 – 900 (1982).
19. J. Pigoniowa, K. Gumiński, Statyka chemiczna, in A. Bielański, et al. (eds.), Chemia fizyczna, pp. 743 – 775, PWN Warszawa 1980.
20. M. D. Koretsky, Engineering and chemical thermodynamics, pp.457 – 458, John Wiley & Sons, Inc. 2004.
21. St. Bretsznajder, O przebiegu reakcji typu Aciało stałe+Bgaz ↔ Cciało stałe; in E. Błasiak et al. (eds.), Kataliza i katalizatory, pp. 329 – 373, PWT Warszawa 1952.
22. J. Dereń, J. Haber, R. Pampuch, Chemia ciała stałego, pp. 543 – 594, PWN Warszawa 1975.
23. F. P. Glasser, Kinetics of cement making reactions, 8° Congresso Internacional de Química do Cimento, vol.VI, pp. 15 – 32, 22 – 27 de setembro de 1986.
24. F. P. Glasser, Reactions occurring during cement making; in P. Barnes, (edit.) Structure and performance of cements, pp. 70 – 75, APS, New York, London 1983.
25. C. N. Satterfield, F. Feakes, Kinetis of the thermal decomposition of calcium carbonate, A. I. Ch. E. J., 5, 1, pp. 115 – 122 (1959).
26. A. W. D. Hills, The mechanism of the thermal decomposition of calcium carbonate, Chem. Eng. Sc., 23, pp. 297 – 320 (1968).
27. J. Khinast, G. F. Krammer, Ch. Brunner, G. Staudinger, Decomposition of limestone: the influence of CO2 and particle size on the reaction rate, Chem. Eng, Sc., 51, pp. 623 – 634 (1996).
28. R. Lech, A mathematical model of thermal decomposition of limestones, Part 1 – Set of the model equations, Sil. Ind., 73, 11 – 12, pp. 205 – 218 (2008).
29. B. Bożek, A mathematical model of thermal decomposition of limestones, Part 2 – The algorithm of numerical calculation, Sil. Ind., 74, 7 – 8, pp. 189 – 193 (2009).
30. R. Lech, Mathematical model of the thermal dissociation of spherical limestone grain with regard to shrinkage, Part 1: Equation set of the model, CWB, vol. XVI/LXXVIII, No.5, pp. 257 – 269 (2011).
31. B. Bożek, Mathematical model of the thermal dissociation of spherical limestone grain with regard to shrinkage. Part 2: Numerical algorithm of calculation, CWB, vol. XVI/LXXVIII, No.5, pp. 270 – 277 (2011).
32. S. K. Bhatia, D. D. Perlmutter, A random pore model for fluid – solid reactions: I. Isothermal, kinetic control, A. I. Ch. E. J., 26, 3, pp. 379 – 386 (1980).
33. S. K. Bhatia, D. D. Perlmutter, A random pore model for fluid – solid reactions: II. Diffusion and transport effects, A. I. Ch. E. J., 27, 2, pp. 247 – 254 (1981).
34. Y. M. Gordon, M. E. Blank, V. V. Madison, P. R. Abovian, New technology and shaft furnace for high quality metallurgical lime production, Proceedings of Asia Steel International Conference – 2003, Vol – 1; pp.1.b1.1 – 1.b.1.6, Jamshedpur, India, April 9 – 12, 2003.
35. Y. M. Gordon, V. Shvidkiy, Y. Yaroshenko, Optimization of the design and operating parameters of shaft furnaces, METEC Congress, 2003, 3rd International Conference on Science and Technology of Ironmaking, pp.311 – 316, Düsseldorf, June 16 – 20, 2003.
36. D. J. Cumberland, R. J. Crawford, The packing of particles, Elsevier, pp. 99 – 118, Amsterdam, Oxford, New York, Tokyo 1987.
37. S. Bretsznajder, Podstawy technologii ogólnej, in W. Bobrownicki, A. Justat, S. Pawlikowski, (eds.), Technologia chemiczna nieorganiczna, pp. 44-49, WNT, Warszawa 1965.
38. Maerz Ofenbau AG, The MAERZ parallel flow regenerative lime kilns, pp. 3-19, Zürich 2002.
39. H. Piringer, A. Loebner, Optimization of capital costs during the development of a new generation of Maerz PFR lime kilns, Zement Kalk Gips, 57, 2, pp. 40 – 49 (2004).
40. R. Lech, Thermal decomposition of limestone: Part – 2 Influence of contraction, phase composition, phase concentrations and heating on calcination time, Sil. Ind., 71, 7 – 8; pp. 110 – 114.
41. A. Bolewski, M. Budkiewicz, P. Wyszomirski, Surowce ceramiczne, pp.231 – 233, Wyd. Geologiczne, Warszawa 1991.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BTB6-0005-0001