view in publisher's site

CFD analysis of fast pyrolysis process in a pilot-scale auger reactor

Highlights•Simulating fast pyrolysis process in a pilot-scale auger reactor by using CFD.•Validating CFD model thoroughly with the experimental data.•Adopting MFM to simulate multiphase flow dynamics and chemical kinetics.•Selecting rotating reference frame to simulate the effect of screw rotation.•Conducting a parametric study considering various operational factors.AbstractIn this work, an auger pilot-scale fast pyrolysis process computational fluid dynamic (CFD) model was developed for use as a design tool for scale-up. Multiphase flow dynamics and chemical kinetics were included in the multi-fluid model (MFM). Rotating reference frame (RRF) was adopted to simulate the effect of rotation of the auger in the reactor. The model predictions were validated with experimental data at three temperatures (450, 475, and 500 °C) and four biomass feed rates (1, 1.5, 2.5, 3.5 kg/h). Good agreement was observed between the simulations and the experiment. A parametric study of the process was carried out to study the impact of operating factors including biomass feed rate (1–4 kg/h), operating temperature (400–600 °C), and vacuum pressure (0–500 mbar). Other parameters studied included using nitrogen as a carrier gas (1–10 kg/h) and varying the angular velocity of the screw (45–95 rpm). The results illustrate that the predicted optimum temperature for maximising bio-oil production is 500 °C. Bio-oil yield increased as the biomass feed flow rate increased due to shorter vapour residence time, minimising further reaction of the non-condensable fraction in the vapour phase. Introducing nitrogen shows the same effect, increased yield due to decreased vapour residence time. Increasing the angular velocity of the screw enhances the flow of vapours in the reactor; however, the rotational speed must be balanced against the increase in unreacted biomass. The simulation gave an optimum of 70 rpm for the angular velocity of the screw.

تحلیل CFD از فرآیند حرارتی سریع در یک رآکتور auger در مقیاس آزمایشی

نکات مهم (Simulating)در یک رآکتور auger در مقیاس آزمایشی با استفاده از CFD به کار می‌رود. * Validating مدل CFD به طور کامل با داده‌های تجربی. استفاده از MFM برای شبیه‌سازی دینامیک جریان چند فازی و سینتیک شیمیایی. * انتخاب چارچوب مرجع چرخشی برای شبیه‌سازی اثر چرخش پیچ. انجام یک مطالعه پارامتری با توجه به کاربردهای مختلف عملیاتی در این اثر، یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی سریع و دینامیک (CFD)برای استفاده به عنوان یک ابزار طراحی برای افزایش مقیاس توسعه داده شد. دینامیک جریان سیال و سینتیک شیمیایی در مدل چند سیال (MFM)گنجانده شدند. چارچوب مرجع دوار (RRF)برای شبیه‌سازی اثر چرخش مته در رآکتور بکار گرفته شد. پیش‌بینی‌های مدل با داده‌های تجربی در سه درجه (۴۵۰، ۴۷۵، و ۵۰۰ ° C)و چهار نرخ تغذیه زیست توده (۱، ۱.۵، ۲.۵، ۳.۵ کیلوگرم / h)تایید شدند. توافق خوبی بین شبیه‌سازی‌ها و آزمایش مشاهده شد. یک مطالعه پارامتری از این فرآیند برای مطالعه تاثیر عوامل عملیاتی از جمله میزان خوراک زیست توده (۱ - ۴ کیلوگرم / h)، دمای عملیاتی (۴۰۰ - ۶۰۰ درجه سانتی گراد)و فشار خلا (۰ - ۵۰۰ mbar)انجام شد. سایر پارامترها مورد مطالعه شامل استفاده از نیتروژن به عنوان یک گاز حامل (۱ - ۱۰ kg / h)و تغییر سرعت زاویه‌ای پیچ (۴۵ - ۹۵ rpm)بودند. نتایج نشان می‌دهند که دمای مطلوب پیش‌بینی‌شده برای به حداکثر رساندن تولید روغن زیستی ۵۰۰ درجه سانتی گراد است. بازده زیستی - نفت به علت افزایش نرخ جریان خوراک زیست توده به دلیل زمان اقامت بخار کوتاه‌تر، به حداقل رساندن واکنش بیشتر بخش غیر condensable در فاز بخار، افزایش یافت. وارد کردن نیتروژن تاثیر مشابهی را نشان می‌دهد، بازده افزایش‌یافته به علت کاهش زمان اقامت بخار. افزایش سرعت زاویه‌ای پیچ، جریان بخارات را در رآکتور افزایش می‌دهد؛ با این حال، سرعت دورانی باید در برابر افزایش زیست توده زیستی متعادل شود. در شبیه‌سازی، ۷۰ دور در دقیقه برای سرعت زاویه‌ای پیچ استفاده شد.

ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.