АНАЛИЗ  ЗАВИСИМОСТИ  ЭНЕРГИИ  АКТИВАЦИИ  И  ПРЕДЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОГО  МНОЖИТЕЛЯ,  ПРИ  ПИРОЛИЗЕ  ДРЕВЕСИНЫ  В  ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ  СРЕДЕ,  ОТ  ПРОЦЕНТНОГО  СОДЕРЖАНИЯ  КИСЛОРОДА

Лощилов  Сергей  Андреевич

ассистент  кафедры  ИиОД,  Заволжского  филиала  НГТУ  им.  Р.Е.  Алексеева  г.  Нижний  Новгород

Email:  sergei@2lemetry.com

Катаева  Лилия  Юрьевна

д-р  физ.-мат.  наук,  доц.,  проф.  кафедры  ПМ  НГТУ  им.  Р.Е.  Алексеева  г.  Нижний  Новгород

Лощилов  Александр  Андреевич

соискатель  НГТУ  им.  Р.Е.  Алексеева,  г.  Нижний  Новгород

ACTIVATION  ENERGY  AND  PRE-EXPONENTIAL  FACTOR  DEPENDENCY  ON  OXIGEN  PERCENT  QUANTITY  ANALYSIS,  FOR  WOOD  PYROLYSIS  PROCESS  IN  OXIDATIVE  ENVIRONMENT

Loshchilov  Sergey  Andreevich

assistant,  NNSTU  n.a.  R.E.  Alekseev,  Zavolzhsky  department  Nizhny  Novgorod

Kataeva  Lilija  Jurjevna

dr.  of  math  and  physics,  professor  NNSTU  n.a.  R.E.  Alekseev  Nizhny  Novgorod

Loshchilov  Alexander  Andreevich

applicant  NNSTU  n.a.  R.E.  Alekseev  Nizhny  Novgorod

АННОТАЦИЯ

Проанализированы  экспериментальные  термогравиметрические  данные  пиролиза  хвои  сибирского  кедра,  при  различных  значениях  процентного  содержания  кислорода  в  окружающем  воздухе.  Установлены  значения  энергии  активации  и  предэкспоненциального  множителя    для  каждого  из  экспериментов.  Построены  графики  зависимости  обоих  параметров  от  процентного  содержания  кислорода  при  помощи  полиномиальной  аппроксимации,  в  линейной  и  логарифмической  шкале.

ABSTRACT

Experimental  thermo  gravimetric  data  of  Siberian  pine  needles’  pyrolysis  are  analyzed  at  various  oxygen  percentages  in  ambient  air.  For  each  of  experiments  there  are  defined  values  of  energy  of  activation  and  pre-exponential  factor.  There  are  made  plots  of  both  parameters  against  oxygen  percentage  with  a  help  of  polynomial  approximation  in  a  linear  and  a  logarithmic  scale. 

Ключевые  слова:  энергия  активации;  пиролиз;  лесные  пожары

Keywords:  energy  of  activation;  pyrolysis;  forest  fires.

Работа  выполнена  при  финансовой  поддержке  13-03-91164-ГФЕН_а  «Экспериментальное  исследование  кинетики  и  механизма  термического  разложения  лесных  горючих  материалов  и  процессов  распространения  пламени  по  их  слою»

Для  определения  термокинетических  постоянных  для  реакций  имеющих  место  при  пиролизе  древесины,  в  рамках  данного  исследования,  были  использованы  экспериментальные  данные  с  термогравиметрической  установки,  осуществлявшей  нагрев  материала  с  постоянной  во  времени  скоростью  увеличения  температуры  при  постоянном  давлении.  В  рамках  одного  эксперимента  концентрация  кислорода  поддерживалась  постоянной. 

Для  оценки  термокинетических  постоянных  по  кривой  потери  массы,  был  использован  итерационный  метод  подбора  этих  значений  усовершенствованным  методом  половинного  деления  [1].  Метод  основан  на  анализе  близости  экспериментально  полученной  кривой  к  теоретической,  при  предполагаемых  значениях  энергии  активации  и  предэкспоненциального  множителя  [2].  Такой  подход,  в  отличие  от  прямого  метода  оценки  термокинетических  постоянных,  позволяет  добиться  как  совпадения  самой  кривой  потери  массы  с  экспериментальной,  так  и  совпадения  кривой  ее  производной  с  производной  от  экспериментальной  кривой  [3].

После  обработки  экспериментальных  данных  по  указанной  методике  были  получены  значения  термокинетических  постоянных.  Построив  в  Excel  зависимость  полученных  данных  от  процентного  содержания  кислорода  (рис.  1,  рис.  2),  можно  сделать  выводы.

Рисунок  1.  Зависимость  предэкспоненциального  множителя  от  процентного  содержания  кислорода:  k1  —  предэкспоненциальный  множитель  первой  стадии,  k2  —  предэкспоненциальный  множитель  второй  стадии

Рисунок  2.  Зависимость  энергии  активации  от  процентного  содержания  кислорода:  E1  —  предэкспоненциальный  множитель  первой  стадии,  E2  —  предэкспоненциальный  множитель  второй  стадии

Как  и  предполагалось,  при  увеличении  процентного  содержания  кислорода,  увеличиваются  и  значения  термокинетических  постоянных.

На  основе  полученных  данных  была  построена  логарифмическая  зависимость,  представленная  на  рисунках  3  и  4:

Рисунок  3.  Логарифмическая  зависимость  предэкспоненциального  множителя  от  процентного  содержания  кислорода:  k1  —  предэкспоненциальный  множитель  первой  стадии,  k2  —  предэкспоненциальный  множитель  второй  стадии

Рисунок  4.  Логарифмическая  зависимость  энергии  активации  от  процентного  содержания  кислорода:  E1  —  предэкспоненциальный  множитель  первой  стадии,  E2  —  предэкспоненциальный  множитель  второй  стадии

Список  литературы:

1.Korobeinichev  O.P.,  Liliya  Kataeva,  Dominique  Cancellieri.  2013,  Wildfire  Chemistry.  The  Kinetics  and  the  Mechanism  of  Fuels  Pyrolysis,  their  Ignition  and  Combustion,  IV  Fire  Behaviorand  Fuels  CONFERENCE,  St.  Petersburg.

2.Lukáš  Gašparovič,  Zuzana  Koreňová,  Ľudovít  Jelemenský,  Kinetic  study  of  wood  chips  decomposition  by  TGA.  PROCEEDINGS  of  36th  International  Conference  of  Slovak  Society  of  Chemical  Engineering,  Tatranské  Matliare,  Slovakia

3.Matala  А.,  Lautenberger  С.,  Hostikka  S.,  2012,  Generalized  method  for  pyrolisis  kinetic  parameter  estimation  and  comparison  to  existing  method.  Journal  of  Fire  Sciences,  30:339.