桉木锯末热解的动力学分析及数值模拟

《Industrial Crops and Products》：Kinetics analysis and numerical simulation of eucalyptus sawdust pyrolysis

热重分析研究桉木锯末热解动力学，确定干燥预热带n级反应和Jander型三维扩散，快速失重阶段为n=2.58和2.00，活化能分别为82.42和143.40 kJ/mol，碳化阶段建立新拟合方程，R2>0.97。

　　

程泽鹏|陈志文|王明峰|任永志|张科

摘要

本研究采用热重分析（TGA）方法，在氮气氛围（99.99%，流量30 mL/min）下，以5、10、15、20和30 ℃/min的加热速率（20–900℃）研究了桉树木屑的热分解特性和动力学参数。桉树木屑的热解过程分为三个阶段：干燥和预热（DH）、快速失重热解（FP）以及碳生成（CG）。机理函数拟合结果表明，DH阶段遵循n阶反应，FP阶段遵循Jander型三维扩散模型。DH阶段和FP阶段的活化能（E）、预指数因子对数（lgA）以及反应级数（n）分别为82.42 kJ/mol、10.77 s?1和2.58；FP阶段分别为143.40 kJ/mol、9.00 s?1和2.00。这些结果与FOW方法和Friedman方法在转化率（α）为0.2–0.8范围内估算的E和lgA值高度一致。对于CG阶段，通过数值模拟对α、温度（T）和加热速率（β）进行拟合，得到一个新的反应过程拟合方程：$\backslash alpha\; =\; 0.8695\backslash beta^\{0.1319\}\backslash ln\; T\; -\; 5.0275\backslash beta^\{0.1442$。较高的决定系数（R2 > 0.9700）证实了该方程的可靠性。本研究为优化桉树木屑的热解过程和指导反应器设计提供了重要的理论支持。