THERMAL MODELLING OF THERMOSYPHON TORREFACTION REACTOR

Abstract

Thermosyphon torrefaction reactor was created to torrefied rice straw and corncob under non – oxidative torrefaction. A mathematical modelling was established to describe the behavior of a thermosyphon torrefaction reactor over heating and drying period. The target temperature of 493.15 K, due to the effect of decomposition chemical was not happened. To study temperature distribution within thermosyphon torrefaction reactor via the model is based on the first law of thermodynamic for control volume. The uniform state, uniform flow process is useful in the analysis of processes. The equations can be solved by using the runge – kutta 4th order method for ordinary differential equations and simulated by Matlab 2014. The model is compared to experimental data obtained from a thermosyphon torrefaction reactor. The heat transfer characteristics of heating rate of thermosyphon torrefaction reactor was predicted. The results indicate that the heating rate rapidly decreases with increasing the heat resistance. The increase the hot air in combustor results in increase the heating rate and the moisture content increase with decreasing the heating rate.

ในงานวิจัยนี้จะทำการสร้างเตาปฏิกรณ์ทอรีแฟคชั่นชนิดเทอร์โมไซฟอนที่ประกอบด้วยท่อความร้อนชนิดเทอร์โมไซฟอนผ่านหลักการทำงานของการส่งผ่านความร้อนของสารทำงานในระบบสุญญากาศสำหรับใช้ในการส่งผ่านความร้อนจากท่อเทอร์โมไซฟอนไปยังเตาปฏิกรณ์ภายใต้บรรยากาศที่ไม่มีออกซิเจนและสร้างแบบจำลองคณิตศาสตร์ของเตาปฏิกรณ์ทอรีแฟคชั่นชนิดเทอร์โมไซฟอนในช่วงระยะให้ความร้อนจนถึงระยะทำระเหย ที่อุณหภูมิเป้าหมายของชีวมวลมีค่า 493.15 K เนื่องจากไม่มีการสลายตัวทางความร้อนเชิงเคมีในช่วงอุณหภูมินี้ โดยการสร้างแบบจำลองคณิตศาสตร์จะอาศัยกฎข้อที่หนึ่งทางเทอร์โมไดนามิกส์ที่พิจารณาในปริมาตรควบคุมแบบ Uniform – State, Uniform - Flow Process (USUF) ใช้วิธีการคำนวณระเบียบวิธีเชิงตัวเลขแบบรุงเง – คุตต้าอันดับ ที่สี่ (Runge - Kutta 4th order method for ordinary differential equations) และทำการคำนวณด้วยโปรแกรม Matlab 2014 พร้อมทั้งทำนายลักษณะการให้ความร้อนของเตาปฏิกรณ์ทอรีแฟคชั่นชนิดเทอร์โมไซฟอน ได้แก่ อัตราการให้ความร้อนแก่ชีวมวล สำหรับแหล่งให้ความร้อนคือก๊าซหุงต้ม (LPG) ผลที่ได้จากการวิจัยพบว่า การทำนายอัตราการให้ความร้อนของเตาปฏิกรณ์ทอรีแฟคชั่นชนิดเทอร์โมไซฟอนอยู่ในช่วงความคลาดเคลื่อน Absolute average error และ Absolute bias error เท่ากับ ±8.98 %และ 1.38 % ตามลำดับ อัตราการให้ความร้อนแก่ชีวมวลจะลดลงอย่างรวดเร็วตามการเพิ่มขึ้นของความต้านทานความร้อนเมื่อความต้านทานความร้อนมีค่าน้อยๆ (0.5 ถึง 3.0 K/W) และอัตราการให้ความร้อนแก่ชีวมวลจะลดลงอย่างช้าๆเป็นเชิงเส้นเมื่อความต้านทานความร้อนมีค่ามาก (3.5 ถึง 10.0 K/W) อัตราการให้ความร้อนแก่ชีวมวลจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของอากาศร้อนในห้องเผาไหม้และปริมาณความชื้นเริ่มต้นแบบเปียกในชีวมวลเพิ่มขึ้นจะส่งผลให้อัตราการให้ความร้อนแก่ชีวมวลมีค่าลดลงอย่างรวดเร็วเป็นเชิงเส้นในระยะอุ่นร้อนและในระยะทำระเหย เมื่อปริมาณความชื้นเริ่มต้นแบบเปียกมีค่าน้อยๆ (5 - 10 wt%) อัตราการให้ความร้อนแก่ชีวมวลมีค่าลดลงอย่างรวดเร็วและเมื่อปริมาณความชื้นเริ่มต้นแบบเปียกมีค่ามากๆ (10 - 30 wt%) อัตราการให้ความร้อนแก่ชีวมวลมีค่าลดลงอย่างช้าๆ