close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Моделирование изменения объема каменных углей в зависимости от их влагосодержания.

код для вставкиСкачать
88
УДК 622.333:543.812:53.072
А.С. Ворошилов (аспирант ООО «ВостЭКО»)
Моделирование изменения объема каменных углей
в зависимости от их влагосодержания
Предложена модель изменения объема угля в зависимости от влагосодержания со сложной пористой структурой.
Ключевые слова: ИЗМЕНЕНИЕ ОБЪЕМА, УГОЛЬ, ВЛАГОСОДЕРЖАНИЕ, ДАВЛЕНИЕ
____________________________________________________________________________________
В работе [1] предложена термодинамическая теория изменения размеров микропористых
адсорбентов со структурой, состоящей из микропор. С другой стороны, как показано в [2], процесс
сорбции в микро- и супермикропорах имеет схожую физическую природу, и поэтому, на наш
взгляд, можно применить подход термодинамической теории к более сложным структурам, имеющим как микро-, так и супермикропоры, к которым можно отнести каменные угли.
В основе предлагаемой модели лежат положения термодинамической теории (TT), теории
объемного заполнения микропор (ТОЗМ) и используются следующие допущения:
1 Заполнение микро- и супермикропор происходит независимо и последовательно.
2 Заполнение поры сорбентом количественно описывается кривыми термодинамической
теории и теории объемного заполнения микропор.
3 Поры считаем равномерно распределенными по объему угля.
Следует отметить, что, как показывают экспериментальные данные,
а / а М = 0,9.
Таким образом,
ξ = ξ м + ξ см
где
ξ м = μ м0 x м
0
ξ см = μ см
x см
xм =
a
=е
aм
(k м Vm ) + (x м g R T
(k см Vm ) + (xсм g R T
⎛ А
−⎜⎜
⎝ Ем
⎞6
⎟
⎟
⎠
⎛ А ⎞
xсм
,
k м Vm ) ln [x м (1 − x м
k см Vm ) ln [x см
) ];
(1 − xсм ) ] ;
- степень заполнения микропор;
6
⎟
−⎜⎜
a
Е ⎟
=
= е ⎝ см ⎠ - степень заполнения супермикропор;
a см
а – влагосодержание, кг⋅кг-1;
ам – предельное влагосодержание микропор, кг⋅кг-1;
асм – предельное влагосодержание супермикропор, кг⋅кг-1;
ем – характеристическая энергия адсорбции в микропорах, Дж⋅моль-1;
есм – характеристическая энергия адсорбции в супермикропорах, Дж⋅моль-1;
A = R T ln ( p p0 ) - максимальная работа адсорбции, Дж⋅моль-1;
(1)
89
p0 – давление насыщенных паров воды, Па;
p - давление паров воды, Па.
Или учитывая то, что
ξ=
V − V0
,
V0
ξ м = V0 + V0 * μ м0 x м
(k м Vm ) + V0 * (x м g R T
k м Vm ) ln [x м (1 − x м
) ].
Типичная кривая изменения объема угля в зависимости от влагосодержания представлена
на рисунке 1. Здесь следует отметить, что монотонное уменьшение объема угля в процессе сушки
при выходе влаги из мезопор сменяется на рост его объема при выходе влаги из супермикропор.
Рисунок 1 - Изменение объема угля в зависимости от влагосодержания пласта 4 Внутреннего
шахты им. Ворошилова
Были проведены оценочные расчеты изменения объема по предложенной выше модели. В
качестве примера на рисунке 2 представлен результат моделирования и экспериментальные данные пласта 4 Внутреннего шахты им. Ворошилова.
90
Рисунок 2 - Кривая изменения объема угля, построенная с помощью предложенного уравнения
Экспериментальные результаты по изменению объема угля в зависимости от влагосодержания были обработаны с помощью предложенного уравнения. Из графика, представленного на
рисунке 3, следует, что соответствие теории и эксперимента можно считать удовлетворительным.
Рисунок 3 - График изменения внутрипорового давления
При извлечении влаги из супермикропор (от
ϕ = 0,3 до ϕ = 0,12 ) происходит резкое из-
менение внутрипорового давления (от – 4,5 ⋅ 10 до 3,5 ⋅ 10 Па), что приводит к увеличению объе8
7
91
ма угля. Вследствие этого увеличиваются свободный от влаги объем пор и константа скорости
сорбции кислорода.
После освобождения супермикропор начинается выход влаги из микропор (от
ϕ = 0,12 до
ϕ = 0,03 ), который сопровождается изменением давления в порах (от 3,5 ⋅ 10 7 до -1,75 ⋅ 10 8 Па) и
сжатием угля. После достижения определенного минимума (от
ϕ = 0,03 до 0) снова начинается
процесс расширения угля и уменьшения внутрипорового давления (от -1,75 ⋅ 10 Па до 0).
8
Очевидно, что теория вполне применима не только для углей, но и для других адсорбатов,
имеющих сложную пористую структуру.
На базе синтеза термодинамической теории изменения размеров микропористых адсорбентов при адсорбции и теории объемного заполнения микропор М.М. Дубинина предложена математическая модель изменения объема и внутрипорового давления каменных углей со сложной
пористой структурой, имеющих микро- и супермикропоры.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Беринг, Б.П. Термодинамическая теория изменения размеров микропористых адсорбентов при адсорбции /Б.П. Беринг, О.К. Красильникова, В.В. Серпинский // Доклады Академии наук
СССР. – 1976. –Т. 231. - № 2. - С. 373-376.
2 Дубинин, М.М. Микропористость и адсорбционные свойства углеродных сорбентов /М.М.
Дубинин // Известия АН СССР. – 1983 - № 3. – С. 487-493.
COALS VOLUME CHANGE MODELLING SUBJECT TO THEIR MOISTURE CONTENT
A.S. Voroshilov
Coal volume change model is suggested
subject to moisture content at complex pore
structure
Key words: VOLUME CHANGE, COAL,
MOISTURE CONTENT, PRESSURE
Ворошилов Алексей Сергеевич
тел.: (3842) 64-02-60
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
250 Кб
Теги
углем, моделирование, каменный, зависимости, влагосодержания, объем, изменения
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа