numeryczne modelowanie procesu gazyfikacji

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

numeryczne modelowanie procesu gazyfikacji

Postautor: stolec » 16 paź 2008, 15:44

Czytałem na tym forum różne wątki m.in "Sprawność procesu zgazowania" itp, rózni użytkownicy starają się prowadzic tam obliczenia chemiczne, dotyczace procesu zgazowania, wysuwac wnioski czy lepszy jest metan czy, wodór, czy opłaca się uzywac tlenu i powietrza. Wiekszość tych obliczeń jest ,państwo wybaczą troche nieudolna i bardzo, bardzo zgrubna.

Poniewaz chodzi mi po głowie wykonanie samochodu zasilanego HG, może niczego powaznego, powiedzmy małego 2-osobowego samuraja z paką z tyłu, raczej dla zabawy i swojskiego klimatu, przepychanek z urzedami niż dojazdu do roboty, postanwiłem stworzyć w miare rzetelny model numerczny procesu gazyfikacji. Jest to ważne dla tego alby zaprojektować sensowny generator (raczej imbert rozbudowany o rekuperacje ciepła i izolacje termiczną), trzeba oszacować wystepujace temperatury, aby dobrac materiał, oraz policzyć np co daje wprowadzenie rekuperacji i czy warto. Typowe imberty nie posiadały ani izolacji cieplnej ani rekuperatora gaz-powietrze, dlatego temperatury w nich panujace były niewielkie, ale i wydanosci takie sobie. Chłopaki z "vedbil.se" mieli zużycie 1m3/1000km, zakładając że takie auto normalnie pali 6l benzyny/100km i że 1l benzyny=3kg drewna powinni spalać 0,3-0,4 kubika.

Żeby rozwiać wątpiwości i błędn tok myslenia przytocze pare wypowiedzi.
Celuloza jest wielocukrem o różnej długości cząsteczki, więc ciężko wyliczyć ciepło reakcji - entalpia zależałaby od długości cząsteczki.
i tak i nie, standardowo przyjmuje się około 1000[kJ/mol] /monomer, dla przykładu dla glukozy 1200, dla skrobi 2200 czyli 1100/monomer. W praktyce jednak drewno to nie celuloza, dla tego entalpie lepiej wyliczyc podstawiając za nią x do zbiansowanej reakcji spalania, zaś wartość uwolnionej energii +E po prawej stronie wyliczyć z katalogowego ciepła spalania interesujacego nas drewna.
W reakcji odwracalnej C+CO2 <-> 2 CO już przy 900°C jest prawie 100% CO.
i tak i nie, zakładasz że reagenty wystepują w stosunku stehiometrycznym, wtedy wstarczy podstawić do szkolnego wzoru na stałą równowagi reakci, ktora spokonie można znaleść dla 900C. Jeśli jednak wystepuje nadmiar/niedomiar jednego z substratów, w mieszaninie reakcyjnej wystepuja inne gaz które choć nie biorą udziału w tej reakcji mają wpływ na stosunek (cisnienie cząstkowe substratu/cisnienie), ta równowaga może mieć niezle odhyły. Reakcja zwana reakcją Boudouarda, jest doskonale zbadana i świetnie się opisuje, model jednak polega na wyliczeniu entalpi swobodnej (energi Gibbsa) i jej minimalizację ze względu na współrzędną reakcji (zmienna informujaca w jakim stopniu reakcja przebiegła), stałą równowagi dla dowolnej temperatur wylicza się z izobary Vant Hoffa. Ta metoda daje bardzo dobre wyniki (rzędu 99%), dla dowolnych proporcji reagentów i dodatków biernych typu azot.

Nie wiem jeszcze czy użyje po prostu excelowskiego solvera czy będę pisał jakis program w C, czas pokaże, wydaje mi się modelowanie owego procesu z dokładnością rzędu 90% jest realne gdyż taką dokładność osiągaja znane mi opracowania dot piecy hutniczych czy koksowni. Pewnie dokładny kod programu zachowam dla siebie, niemniej jednak znaną mi teoria zamierzam podzielić się.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 16 paź 2008, 16:00

W modelu trzeba załozyć istnienie 2 stref o zupełnie innej charakterstce. Strefy utleniania (spalania niecalkowitego) i stref redukcji. Załozenie to jest zgodne z realiami, zwłaszcza że w obu strefach występują inne temperatry. Oba modele posiadają 2 elementy wspólne, produkty z 1 strefy wnoszą swój skład i temperature (energie cieplną) jako substraty do 2 strefy, oraz bilans węglą którego niespalona część oczywiście również przechodzi do 2 strefi ale co najważniesze ustala się stan równowagi, że w strefie utleniania (1) spala się tyle węgla, żeby wydzielona energia wystarczyła do całkowitego zgazowania tego co sie nie spali. Założenie tej równowag wynika z tąd że w prawidlowo pracujacej zgazowarce, w popiele praktycznie nie ma niespalonego węgla, no i węgiel sie nie "rozmnaża".

1 strefa utleniania:

Najpierw drewno. Typowy skład pierwiastkowy drewna, odpowiada wzorowi CH1.45O0.7

po pomnozeniu przez 6 otrzymujemy C6H8.7O4.2 widać że troche sie to różni od celulozy, jest to spowodowane głównie zawartością ligniny zawierajacej stosunkowo niewiele tlenu. Ciepło spalania wnosi 16-18 MJ/kg w przeliczeniu na sucha masę. W ten skład i ciepło spalania łapie się wiekszośc bimasy od dębu, poprzez sosne i kore sosnową po zrebki wierzby. Oczywiscie wartosc opałowa to co innego, zwłaszcza przeliczona na rzeczywista masę wraz z wilgocią.

Standardowa entalpia tworzenia....

spalanie całkowite drewna:

CH1.45O0.7 + 1.0125O2 -> CO2 + 0.725H2O + E

ponieważ masa naszego fikcyjnego związku będącego równoważnikiem drewna (dalej będdę nazywał go "trociak") wynosi 24,65 g/mol a ciepło spalania Qsp, E=0,02465*Qsp [MJ], standardowe entalpie tworzenia CO2 i H2O znamy, entalpie "trociaka" oznaczamy jako H i układamy równanie.

Po rozwiązaniu:

H=-600,74+0,02465*Qsp

dla Qsp=17MJ/kg mamy H=-181,69kJ

Jak pomnozymy przez 6 mamy -1090 czyli tak pi razy oko jak cukry. Kalkulacje będe prowadził dla takich koszmarnych współczynników, bo szukanie wspólnej wielokrotnosci mija sie tu z celem, poza tym zalezy mi aby mieć 1 mol węgla.

Teraz wilgotność, skład i ciepło spalania dot suchej masy na prawde drewno zawsze jest wilgotne, nikt go raczej nie suszy nad P2O5 w eksykatorze :) wprowadzimy więc mamy wzór:

[CH1.45O0.7+wH2O] gdzie w=1,36944n*(1-n)

gdzie n-wigotność w ułamku bezwzględnym czyli dla 20% n=0,2itd

Teraz trzeba ułożyć reakcje spalania niekompletnego, zakładam że wodór wiadomo, węgiel zaś spala się do CO2 na ile starczy tlenu a reszta zostaje jako węgiel.

[CH1.45O0.7+wH2O] + (0,0125+x)O2 + (0,0538 + 4,3x)N2 -> xCO2 + (1-x)C + (0,725+w)H2O + (0,0538 + 4,3x)N2 + E

energie trzeba sobie wyliczyć, ja to zrobiłem w excelu, dla dowolnej wartości opalowej i wilgotności (wzory powyżej).

Za pewne ktoś zauważy pozorny błąd, spalanie nie przebiega do CO2 tylko w miarę wzrostu niedoboru tlenu najpierw do CO2, potem do CO a na końcu dopiero powstaje węgiel. Reakcja C+CO2<->2CO jest odwracalna, bilansowanie jej już w strefie utleniania nie ma sensu, ponieważ będzie to jedna z podstawowych reakcji przebiegajacych w strefie redukcji(2), i zostanie zbilansowana wraz z innymi procesami.

Zmienną x <0;1> mozna nazwać współczynnikiem niedomiaru tlenu czy jakoś tam, dla x=0, mamy układ zamknięty(piroliza), dla x=1 całkowite spalanie i do strefy redukcji nie przechodzi węgiel. Dokładny wzór na energię można sobie wyliczyć, ja mam go w excelu dla dowolnej wilgotności i wartości opałowej, jak doszlifuje rzucę na ftp, zamiast pisać takie potworki.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 16 paź 2008, 18:13

błąd........

oczywiscie ma być: w=1,36944*n/(1-n)

jak ktoś widzi błędy w założeniach chętnie posłucham rad.

jak dojdę z arkuszem liczącym, energię i temperaturę rzucę go na ftp, i zajmę się najciekawszymi procesami tymi w strefie redukcji, o ile dokładne liczenie temperatury w strefie utleniania nie ma sensu (dokładnie znamy energię), to w strefie redukcji będzie to już konieczne. Może ktos sie orientuje lub posiada współczynniki itp, pozwalające w sposób przbliżony szacować ciepło właściwe gazów dla zmiennych temperatur, zakładając że Cp nie jest stałe, tylko jest funkcją temperatury, wtedy nie liczy się ze wzoru Q=m*Cp*(T2-T1) tylko Q=int(T1->T2) m*Cp(T)*dT, gdzie int to całka :?: :?: :?: :?:

Awatar użytkownika
Lis
Site Admin
Posty: 1758
Rejestracja: 24 gru 2003, 23:26
Lokalizacja: Warszawa
Kontaktowanie:

Postautor: Lis » 16 paź 2008, 19:31

Może ktos sie orientuje lub posiada współczynniki itp, pozwalające w sposób przbliżony szacować ciepło właściwe gazów dla zmiennych temperatur, zakładając że Cp nie jest stałe, tylko jest funkcją temperatury, wtedy nie liczy się ze wzoru Q=m*Cp*(T2-T1) tylko Q=int(T1->T2) m*Cp(T)*dT, gdzie int to całka :?: :?: :?: :?:
Współczynników nie mam, ale kiedy liczyłem pracę magisterską, takie obliczenia robił za mnie komputer. Mój model układu na gaz drzewny zakładał, że gaz "jest gotowy" -- o określonym składzie, temperaturze i ciśnieniu. Ale ze schładzaniem gazu i jego spalaniem sobie radził, więc zakładam, że potrafił ciepła właściwe policzyć. :)

Modelowałem w programie HYSYS.
Interesują Cię alternatywne paliwa i odnawialne źródła energii? Na pewno zaciekawią Cię też przygotowania na trudne czasy (tzw. nowoczesny survival) :!:

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 16 paź 2008, 20:51

Dzięki za info, jak byś mógł rzuć jakieś linki, z opisem do tego oprogramowania, bo szczerze mówiąc z technologi chemicznej jestem zielony, nigdy nie studiowałem niczego związanego z chemia ani nie pracowałem w tym zawodzie więc zupełnie nie orientuję się w stosowanych w branży narzędziach obliczeniowych.

Jednak nie wydaje mi się aby istniało narzędzie które pozwoli na modelowanie tak złożonego procesu, jakby z gotowych klocków. Inaczej mówiąc program który, na podstawie takich danych jak ciepło spalania i wilgotność wsadu, temp powietrza doprowadzonego itp, liczył skład otrzymanego gazu, temp gazu itp, raczej znając charakterystykę procesu chemicznego "modeluje" sie aparaturę. Przynajmniej na nic takiego nie natrafiłem ani nic o tym nie wiadomo kilku znajomym osobom co niby siedzą w temacie (dr chemii), więc staram się stworzyć taką teorię, nawet jak nie będę pierwszy to jest to fajna zabawa.

Darek
Doświadczony
Posty: 557
Rejestracja: 27 lut 2006, 18:16
Lokalizacja: Mazury

Postautor: Darek » 18 paź 2008, 14:49

Dokładne rozpracowanie zgazowania od strony teoretycznej z pewnością będzie
ciekawe. Sam od ćwierć wieku nie miałem doczynienia z teorią chemiczną i bardzo
dużo zapomniałem. Dlatego licząc ciepło reakcji zgazowania przyjąłem bardzo
proste założenia. Przede wszystkim potraktowałem zgazowarkę jako czarną
skrzynkę, gdzie wrzuca się substraty i wychodzą okreslone produkty. A obieg
ciepła podczas zgazowania w 100% podlega prawu Hessa, co oczywiście jest
bardzo daleko idącymi uproszczeniami. Na dokladkę mam duże braki w literaturze,
nie mam nawet dobrych tablic. Zatem z przyjemnościa poczytam dokładniejszą
analizę i mam nadzieję, że powoli moja pomięć się uzupełni ;) A musze
powiedzieć, że temat strasznie mnie wciągnął. Na tym forum podałem link
do PDF traktującego o teoretycznej stronie zgazowania. Jeżeli nie masz go
jeszcze, to podaję link:

http://e-collection.ethbib.ethz.ch/ecol ... h14341.pdf

Interesuje mnie, skąd posiadasz dane nt. składu chemicznego drewna? Czy
uwzględnia on także sporą zawartość olejków eterycznych, głównie w drewnie
iglastym? Zauważyłem, że w modelu brak jest pirolizy. Czy to zwykłe
przeoczenie, czy celowe działanie mające na celu uproszczenie obliczeń?

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 20 paź 2008, 13:11

Interesuje mnie, skąd posiadasz dane nt. składu chemicznego drewna? Czy uwzględnia on także sporą zawartość olejków eterycznych, głównie w drewnie iglastym?
ten wzór wziąłem dokładnie z jakiegoś opracowania (postaram się go znaleść), dot wad i zalet współspalania biomasy z węglem w tradycyjnych EC, był on uznawany za bardzo dobre przybliżenie, na pewno lepsze niż celuloza. Po przeliczeniu na procenty masowe, trafia mniej więcej w środek widełek składu pierwiastkowego drewna podawanego w starej poczciwej encyklopedii PWN.

Opracowania nie czytałem, zciągnę i chetnie przeczytam, na razie nie miałem za wiele czasu, zaraz nadrobię :D

Nie uwzgledniam pirolizy, ponieważ jest ona całkowicie nieodwracalna, i przebiega wg jednego schematu biomasa -> C+H2O, uznałem że wydatek energetyczny na pirolize, można zbilansować na razem z częściowym spaleniem w strefie utleniania. Czy to dobrze zobaczy się, na razie nie miałem czasu coby pobawic się w obliczenia.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 23 paź 2008, 11:03

opracowanie przejrzałem pobieżnie i jest ciekawe ale nie ma tam tego co mnie najbardziej interesuje, czyli sposobu liczenia przebiegu reakcji w różnych warunkach. Owszem jest podany ogólny wzór przebiegu gazyfikacji (2.9) i wykres zalezności udziału poszczególnych składników od wydatku powietrza (Stochiometric ratio - ja oznaczyłem jako x), ale nie wiem jak to było liczone.

Na razie zrobiłem bardzo wstępny model, iz to co się dzieje w strefie redukcji jest oparte na 2 konkurujących o 1 substrat (węgiel) reakcjach:

C+CO2 -> 2CO
C+H2O -> CO+ H2O

(poinąłem metanizacje)

stałe równowagi tych reakcji są znane w różnych temp. to i fajnie można rozwiązać układ.

Co zauważyłem ogromny wpływ na przebieg reakcji ma przekazywanie ciepła z powstałego gazu przed strefe reakcji (ogrzewanie powietrza i piroliza paliwa), jeśli założyć że to przekazywanie w ogóle nie występuje, otrzymujemy gaz zawierający ok 65%N i WO 2 MJ/m3, natomiast gdy założyć że gaz oddaje na tyle ciepła aby wstępnie odgazować paliwo, rozgrzewając je do 300C i odparowując wodę (na co pozwala konstrukcja chyba każdego generatora), gaz ma 50%N i WO 4,2 MJ/m3.

Niby szczegół a wpływ ogromny, już teraz widzę że rekuperacja to podstawa dobrego generatora.

zakładałem wilgotnośc 20% i ciepło spalania 17MJ/kg (WO ok 14 MJ/kg)

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 02 lis 2008, 20:30

zrobiłem wstępny modelik, opierający sie na poprzednich założeniach oraz na tym iż po strefie utleniania mamy tylko (C,CO2,H20 i N20(ukł1) i w tej mieszaninie jako w układzie izolowanym przebiegają reakcje prowadzące do znajdujacego sie w stanie równowagi układu (C,CO2,CO,H2O,H2 i N2)(ukł2):

x: C+CO2->2CO
y: C+H2O->CO+H2
(metanizacja chwilowo pominięta)

oczywiście jest kilka innych możliwości np:
CO+H2O->CO2+H2 itp

ale można zauważyć że dowolne reakcje przebiegające między wymienionymi gazami, można zapisać za pomocą tych 2 dokładnie jako ich złożenie, inaczej mówiąc za pomocą współrzednych reakcji x i y można przedstawić wszystkie przejścia w układzie (2).

Solver fajnie minimalizuje mi energie Gibbsa, ale dla stałej temperatury, a w układzie izolowanym temperatura jest funkcją składu, tzna w miarę przebiegu reakcji endotermicznych spada. Niestety solver nie trawi zapętlenia i głupoty liczy. Gdy policzę recznie tzn wpisze temp pow 1200K policze skład równowagowy i otrzymuje temp gazów 850K więc obniżam do 1100 i otrzymuje 890 i tak dalej aż trafie. Uzyskuje sklady zgodne z opracowaniem

http://e-collection.ethbib.ethz.ch/ecol ... h14341.pdf

wtedy węgiel znika przy udziale tlenu 0,35 i mamy gaz o WO 5,5

niestety gdy podepnę pod komórke z temperaturą temp wynikową wywala się na zapętleniu i przerywa obliczenia za wcześnie tj tak przy 1100-1200K, wtedy gaz ma 3,5 MJ/m3, poza tym w excelu nie da się uwzglednić pewnej rzeczy. że reakcje x i y nie sa do końca odwracalne, one są odwracalne w wys temperaturze ale gdy temp spada przestają być odwracalne. Np rekcja boudouarda (x) ma "przeskok" równowagi od 0-100% w temperaturach 900-1100K dla ok 1000K rownowaga ustala sie na 50%, ale w temperaturach nizszych niż 800K przebiega tak wolno że można założyć że wcale. W temp pokojowej równowaga jest przesunięta całkowicie w stronę C+CO2, co oznaczałoby że CO samorzutnie dysproporcjonuje na C i CO2, co nie zachodzi jest on gazem trwałym, a dokładnie zachodzi niezwykle wolno.

Wyniki są całkiem obiecujace wiec zajmę się napisaniem modelu w C, przynajmniej będę mial pełną kontrole nad tokiem obliczeń.

Zauważyłem ciekawą rzecz zgodną z praktycznymi wykresami dla sędziwego Imberta. Że niby powyżej 1100K nie powinno być wogole CO2 a jest go sporo, im drewno wilgotniejsze tym wiecej niezaleznie od temperatury. Wytłumaczenie jest proste reakcje x i y konkurują o ten sam substrat węgiel, ponieważ H2O jest dużo więcej niż CO2 ta reakcja "wygrywa", gdy zabraknie węgla nie ma co redukować już węgla, oczywiście może zajść reakcja:
CO2+H2->CO+H2O
ale ona jest złożeniem reakcji które uznałem za bazę dokładnie można ją przedstawić jako x-y, i nie jest od nich liniowo niezależna.

Awatar użytkownika
DJ_KS
Doświadczony
Posty: 159
Rejestracja: 21 lis 2007, 12:57
Lokalizacja: Bory Tucholskie

Postautor: DJ_KS » 04 lis 2008, 09:09

A nie myślałeś tego wykonać we Flux-ie. To program do obliczania i prezentacji numerycznej procesów. Jest to program francuski w wersji angielskiej. Dzięki niemu obliczysz to co potrzebne w niedługim czasie (paręnaście sekund powinny potrwać obliczenia) i dla każdego miejsca przestrzeni zgazowywarki. Wprowadzisz warunki brzegowe i przyłożone energie. Po odpowiednim opisaniu procesu dostaniesz czytelne wykresy temperatur w poszczególnych częściach urządzenia, a także w miarę realną wartość opałową i metanową gazu.

Nie chcę dyskutować nt. CO powinieneś zrobić, bo najzwyczajniej wiedzy mi brakuje, ale mogę przesłać Ci parę informacji dotyczących NARZĘDZI jakie warto zastosować.

Pozdrawiam serdecznie.

P. S.
Habilitacja się szykuje :?: Bo widać poważnie się zabierasz do tematu...
Pomóżmy sobie i Światu, a najbardziej naszym kieszeniom... ;p

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 04 lis 2008, 20:43

jakbyś miał wiedzę w jakim programie można taki proces modelować, skąd wziąść ten program, jakąś instrukcje itp, byłbym wdzięczny.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 11 gru 2008, 15:35

chwilowo zarzucam excela, koło świąt będę się trochę nudził w domu to postaram się pchnąć temat, doczytam książki które sobie pozamiawiałem, spotkam się ze znajomymi co się porozjeżdżali i robią np doktoraty z chemii i takie badziewia, obiecali zerknąć w temat i coś doradzić, przynajmniej wybór oprogramowania, i jakąś książkę do niego. To badziewie w excelu wyczyszcze z glupich wstawek i wrzuce, liczy średnio ale niektóre rzeczy jak wpływ temperatury, wilgotności itp dają ciekawe wnioski,ogólnie fajna zabawa.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 29 sty 2009, 10:59

jeśli chodzi o pomoc to niewiele uzyskałem bo znani mi chemicy g... wiedzą, inaczej mówiąc są żywymi przykładami surrealistycznej rzeczywistości Polskiej nauki gdzie stary i kulawy marcowy docent dając zła ocenę studentowi 2 roku przekreślił jego szansę na pozostanie na uczelni za 3 lata, a ten biedak zarabiał na życie pisząc za kasę magisterki, doktoraty i nawet jakąś książkę habilitacyjną...

Inaczej mówiąc robią co muszą i w ogóle ich to nie interesuje. Szczerze mówiąc problem jest nietypowy, typowe programy modelują konkretne reakcje, np synteze amoniaku, bierzemy jakies gazy, podgrzewamy do okreslonej temperatury, znamy stałą równowagi szybkosci itp. Tu jest inaczej proces jest izolowany, mamy 2 niewiadome czyli temperatura która ustali się na końcu i wsp "nadmiaru/niedomiaru" powietrza który ustali się tak aby praktycznie cały węgiel się wypalał. Przebieg reakcji oprócz stałych typu skład drewna zależy od tych zmiennych, z kolei temperatura jest wynikiem przebiegu reakcji, wiec mamy zależność uwikłaną, zarówno temperatura jak i skład który ją determinuje zależy od współczynnika x, ten zaś koryguje się na podstawie składu tak aby ilosc węgla -->0. Nie można tego wrzucić do jednego worka pt "minimalizacja funkcji uwikłanej w warunkami brzegowymi" bo te równowagi ustalaja się z inna szybkoscia poza tym mamy ograniczenia wprowadzające histereze mianowicie np reakcja Bouduarda ponizej pewnej temperatury przestaje być odwracalna. algorytm wyglada mniej wiecej tak:

1)policz temp maks w strefie utleniania T

2)policz skład równowagowy w tej temperaturze T

3)policz ile zostało energii cieplnej i jaka byłaby temp gdyby nie założona stałość temperatury - wylicz T1

4)za pewne T>T1 zmniejsz T o krok dT

5)powtarzaj 2-4 dopóki T=T1 otrzymujemy skład i temperature gazu jaki bedzie po wyjściu z generatora, teraz zobacz czy węgiel pozostał czy wypalił się dokładnie do 0:

jeśli zostało węgla zwiększ wsp powietrza x, jeśli węgiel wypalił sie dokładnie do 0 zmniejsz x.

powtarzaj kroki 2-5 aż węgla pozostanie bardzo mało np 0.01 (aby mieć pewność że jest to granica, powyżej pewnej wartości gdy węgla "braknie" x można zwiekszać az sie dojdzie do H2O i CO2 i ilośc wegla nie spadnie bo go już nie ma)

Jeśli ktoś ma jakieś twórcze pomysły jak to inaczej zrobić, konkretne wytyczne do programu który to rozwiąże itp byłbym wdzięczny, nawet krate piwa kupie :)




Tak wiec kod przerzuciłem z Excela do C, do minimalizacji użyłem prymitywnej metody najszybszego spadku z ograniczeniami na dodatność masy/liczby moli składników za pomocą zewnętrznej funkcji kary. Co zauważyłem (robiąc sobie zrzuty do csv-ki siatki wartosci funkcji-2 zmniennych wiec na płaszczyźnie) ze układ jest fatalnie uwarunkowany, tj funkcja szybko spada ale minimum jest niemalże płaskie i jeszcze ciągnie się wzdłuż granicy pola rozwiazań, czyli de fakto nie jest to minimum ale kres dolny. Uzyskane wyniki są już całkiem obiecujące powiedziałbym że przypominają inne opracowania, co ciekawe łatwo zauważyc że jeśli nie zawrócić żadnej energii to gaz jest fatalny np dla drewna 10% wilg i 17MJ/kg:

//===========================
skład molowy i masowy drewna
C =1.00 47.0%
H =1.68 6.6%
O =0.74 46.5%

n_C =0.049883
n_CO2 =0.513298
n_CO =0.436819
n_H2O =0.278560
n_H2 =0.563415
e1 =-0.063298
e2 =0.563415

skład po wykropleniu wody
CO2 =14.671817
CO =12.485770
H2 =16.104329
N2 =56.738084

wartosc opalowa =3.632287

sprawnosc zgazowania =0.728010

gibbs =-2.130287
T =906.303331
//============================

natomiast jeśli zawrócic tyle energii co ogrzanie powietrza doprowanego do generatora do 300C mamy

//============================
skład molowy i masowy drewna
C =1.00 47.0
H =1.68 6.6
O =0.74 46.5

n_C =0.066165
n_CO2 =0.387188
n_CO =0.546647
n_H2O =0.220953
n_H2 =0.621023
e1 =-0.037188
e2 =0.621023

skład po wykropleniu wody
CO2 =12.450330
CO =17.577894
H2 =19.969486
N2 =50.002289

wartosc opalowa =4.768782

sprawnosc zgazowania =0.849609

gibbs =-2.288159
T =936.576190
//============================

czyli całkiem całkiem, takie podgrzanie powietrza to zawrócenie jedynie ok 25% energii cieplnej wynoszonej przez gaz, choć wartosc opałowa wzrasta znacznie, temperatura tylko o 30K, fajnie widac że ta doprowadzona "energia rekuperacji" zostaje zgromadzona w gazie.

Awatar użytkownika
Lis
Site Admin
Posty: 1758
Rejestracja: 24 gru 2003, 23:26
Lokalizacja: Warszawa
Kontaktowanie:

Postautor: Lis » 29 sty 2009, 11:30

Rany, odwaliłeś kawał BARDZO DOBREJ ROBOTY! Gratuluję wytrwałości i niezrażania się brakiem źródeł wiedzy. :)

Jeśli chodzi o wyniki, bardzo mi się podobają. Mam tylko kilka pytań.

Jak rozumiem, sprawność zgazowania liczysz jako stosunek wartości opałowej gazu drzewnego do wartości opałowej drewna. Jest to rzecz jasna jak najbardziej poprawne merytorycznie, choć nie uwzględnia innych niż silnikowe zastosowań gazu drzewnego. Bo ta zimna sprawność nie uwzględnia entalpii gazu, czyli po prostu jego temperatury.

Czy ja dobrze rozumiem, że T jest temperaturą wychodzącego z ostatniej warstwy zgazowania gazu?

Myślę, że zanim on zdąży opuścić gazogenerator, to trochę się schłodzi, więc część energii zostanie niejako zawrócona do procesu a sprawność nieco podskoczy.

Pytam Cię o te temperatury, bo chciałbym spróbować policzyć sobie entalpię gazu. :D
Interesują Cię alternatywne paliwa i odnawialne źródła energii? Na pewno zaciekawią Cię też przygotowania na trudne czasy (tzw. nowoczesny survival) :!:

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 29 sty 2009, 11:49

sprawnosc jest liczona jako stosunek wartosci opalowej gazu do ciepła spalania drewna z którego ten gaz uzyskano czyli jako sprawnosć zimną. Sprawności gorącej nie musisz liczyć bo wynosi ona 100% ponieważ w tym modelu założyłem że proces zachodzi w warunkach izolowanych i nie ma strat, nie jest to wielki błąd bo sprawności gorące są rzędu 95%, i będzie to ostatnia rzecz jaką w programie uwzględnię. Narazie najbardziej wnerwia mnie fakt że przez owe żenujące uwarunkowanie układu, ilość węglą waha się między -0.05 a +0.08 po prostu algorytm nie potrafi się lepiej "wstrzelić" w warunek końca. Oczywiście gwoli ścisłości sprawność gorąca bedzie 100%-ciepło spalania pozostałego węgla, ale ten węgiel pozostaje prze niedokładny algorytm.

Temperatura wychodzi z ostatniej warstwy gazu (jest to model układu współprądowego), naturalnie że jak ogrzać powietrze to ta temp spadnie, ale to już postprocessing, wspomniane ogrzanie powietrza do 300C gazem o temp 900K (ca 600C) którego jest ze 3x wiecej niz powietrza jest całkowicie realne nawet w zwykłym imbercie gdzie gaz jeno opływa rurki z powietrzem, ponieważ jest to zawrócenie moze 10% energii cieplnej gazu.

W układzie pominałem metanizację, bo w temp rzedu 900K ona praktycznie nie zachodzi zajdzie potem, gdy temperatura zacznie spadać ale to juz za generatorem tzn za warstwą węgla.


Wróć do „Pytania”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 1 gość

cron