RESEARCH INTO THE INFLUENCE OF LOCAL THERMOPHYSICAL EFFECTS ON THE THERMAL DECOMPOSITION OF A SUSPENDED LAYER OF DISPERSED DOLOMITE
Authors: Мизонов В.Е. , Митрофанов А.В. , Тихомирова И.А. , Касаткина Н.К. 
Published: July 2024

В статье представлен анализ современного состояния исследований в области термического разложения доломитовых материалов. Результаты анализа показывают, что исследователи в основном делают акцент на изучение эффектов наномасштабного и микромасштабного уровня. Вместе с тем учет эффектов мезоскопического масштаба при математическом моделировании может быть ключевым фактором получения точных и доступных в инженерной практике численных решений. Целью работы является развитие предложенного ранее расчетного подхода для исследования влияния локальных теплофизических характеристик процесса на брутто-реакцию термического разложения частиц доломита. Одиночная частица массой 0,012 грамм рассматривается в качестве предела декомпозиции системы. Скорость разложения такой частицы рассматривается в рамках традиционной кинетической схемы. Модель термического разложения для навески указанных выше одиночных частиц разработана на основе положений теории цепей Маркова и позволяет описывать тепло- и массоперенос в дисперсных средах. Отличительной чертой модели является то, что она описывает процесс на промежуточном (мезоскопическом) уровне его декомпозиции. Модель включает две параллельные цепи ячеек: одна – для твердого вещества, другая – для теплоносителя. Сходственные ячейки цепей могут обмениваться теплотой и массой, а продольное продвижение теплоносителя описывается матрицей переходных вероятностей. В ячейке для частиц содержатся стоки теплоты, обусловленные протеканием реакций. Переходные матрицы поставлены в соответствие с текущими физикохимическими параметрами протекания процессов, что делает предлагаемую модель нелинейной. Заимствованные из литературы экспериментальные данные и полученные расчетные результаты находятся в хорошем соответствии для изотермического процесса. Расчетные результаты отчетливо показывают необходимость учета теплового эффекта реакции разложения доломита для его достоверного описания. Предложенная модель позволяет получить результат, который не вытекает с очевидностью из существующего уровня инженерных расчетов. Последнее позволяет рассматривать модель в качестве достоверной научной основы для операционного контроля и проектирования реакторов.

The article provides a literature review of thermal decomposition of the dolomite group. The analysis indicated that researchers usually emphasize the nanoscale and microscale effects. At the same time, accounting for the effects of mesoscale in mathematical modeling can be a key determinant for achieving accurate and feasible numerical simulations. The research extends the previously conducted studies and aims to develop the model approach to assessing the effect of local thermophysical characteristics on the gross reaction of thermal decomposition of dolomite particles. A single particle with the mass of 0,012 grams is considered as the minimum decomposition unit. The rate of the single particle decomposition is described using the traditional kinetic scheme. The model of the thermal decomposition for a batch of the particles is based on the Markov chain theory and allows simulating the heat and mass transfers in particulate solids. It is essential feature of the model that it provides an intermediate (mesoscale) level of the process decomposition. The model contains two parallel chains of cells: one for the particulate solid and another for the heat substance. The homologic cells of the chains can exchange heat and mass while longitudinal advance of the heat carrier is described by the matrix of transition probabilities. The cell for particles contains heat discharge caused by the ongoing reactions. The transition matrices are associated with current physical properties of substances involved that makes the proposed model nonlinear. The comparison of the published experimental and the obtained results are well agreed for the isothermal process. The obtained results clearly prove the necessity to take into account the enthalpy of dolomite decomposition for the purpose of reliability. The proposed model enables to get the result which cannot be deducted from conventional methods of engineering calculations and this allows сonsidering the model as the scientific basis for operating control and design of the reactors.