مدل سازی ریاضی فازهای تشکیل دهنده کلینکر سیمان و مطالعه پارامترهای تأثیرگذار عملیاتی در حالت پایدار

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی شیمی، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

کوره سیمان به عنوان قلب کارخانه در تولید کلینکر به حساب می آید که در آن گاز و مواد جامد به صورت جریان موازی و ناهمسو در تماس با هم دیگر قرار می گیرند. در این پژوهش مدل ریاضی توزیع غلظت مواد و فازهای تشکیل دهنده کلینکر با توجه به معادله پیوستگی و سینتیک واکنش های شیمیایی در نقطه ­های گوناگون کوره در راستای طول آن مطالعه شد. مدل سازی در حالت پایدار با حفظ اصول فیزیکی و شیمیایی فرایند و اثر وجود کوتینگ بررسی شد .نقش پارامترهای تأثیرگذار مانند: ترکیب درصد خوراک ورودی، دما، انرژی فعال سازی، شدت جریان خوراک، سطح مقطع و دور کوره بر معادله ­های حاکم و مدل به دست آمده در حالت پایدار مطالعه و با استفاده از نرم افزار Matalab-7 به صورت هم زمان حل شد.مقایسه نتیجه­های به ­دست آمده از مدل و داده ­های تجربی نشان می ­دهد که تطابق مناسبی بین آن­ ها با خطای کم ­تر از 3% وجود دارد که جواب قابل پذیرشی برای اعتبار سنجی مدل است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] عزیزیان، محمدرضا، "تکنولوژی پخت سیمان"، چاپ اول(ویرایش سوم)، تهران، انتشارات کتاب دانشجو-کتاب پدیده (1385).

[2] Lyons J.W.. Experimentation with a Wet-Process Rotary Cement Kiln via the Analog Computer, I &EC Process Design and Development, 1(1): 29-  (1962).

[3] Boateng A.A., Barr P.V., A Thermal Model for the Rotary Kiln Including Heat Transfer Within the Bed, Int. J. Heat Nass Transfer, 39(10): P 2131(1996).

[4] Metzger M.,  “Simplified Mathematical Model of the Rotary Kiln Dynamical Properties” Control of Distributed Parameter Systems Proceedings of the Third IFAC Symposium, Toulouse, France, 29 June–2 July, Pages 491-497 (1983).

[5] Alihosseini.A, Abbaszadeh.A, Bastani. D., The Necessity of Revising Energy Consumption and the Ways of Reducing Energy Consumption in Cement Industry, Journal of Environmental Science and Technology, 6: 75-83 (2015)

[6] Mwaiselage J., Bratveit M., Moen B., Mashalla Y., Cement Dust Exposure and Ventilatory Function Impairment: An Exposure-Response Study, J. Occupy. Environ. Med., 46(7): 658-67 (2004).

[7] Blumberg J.M., “Modeling and Control of the Cement Manufacturing Process”, PhD Thesis,
The University of Manchester (1970).

[8] Schwertmann T., “Themodynamic Aspects of the Counterflow Lime Burning Process”, ZKG International, 9(57): 64-77 (2004).

[9] Yuan J., Darabi P., Salcuden M., Modelling of Flow, Combustion, Clinkers Formation and NOx Emission in Long Rotary Cement Kilns, ZKG International, 12(60): 54-67 (2007).

[10] Zhang Y., Cao S., Shao S., Chen Y., Liu S., Zhang S.,  Aspen Plus-Based Simulation of Air Pollutants Emission, Clean Techn. Environ Policy., 13(3): 459-468 (2011).

[11] Goshayeshi H.R., Kerdar Poor F., Modeling of Rotary Kiln in Cement Industry, Energy and Power Engineering, 8: 23-33 (2016).

[12] Wang S., Lu J., Li W., Li J., Hu Z., Modeling of Pulverized Coal Combustion in Cement Rotary Kiln, Energy & Fuels, 20: 2350-2356 (2006).

[13] Mastorakos E., Massias A., Tsakiroglou C., Goussis D.A., Burganos V.N., Payatakes A.C., CFD Predictions for Cement Kilns Including Flame Modelling, Heat Transfer and Clinker Chemistry, Applied Mathematical Modeling, 23(1): 55-76 (1999).

[13] زنجانی ثابت، علیرضا؛ ثابتی، محمد تقی؛ بهینه ­سازی کوره دوار سیمان به کمک آلگوریتم ژنتیکی، مجله مهندسی شیمی ایران، (10)55 : 4 تا15 (1390).

[14] Goshdastidar P.S., Annadan Unni, V.K., Heat Transfer in Non-reacting Zone of a Cement Rotary Kiln, Tran. ASME, 118: 169-172 (1996).

[15] Holder Bank Company Cement Seminar, “Cement Course,” Swietzerland, (1991).

[16] بیگم مختاری حسینی، زهرا؛ شنوائی زارع، تکتم؛ کمالی­فر، یونس؛ حذف کربن دی اکنسید از گاز دودکش کارخانه سیمان توسط کلینوپتیلولیت طبیعی منطقه سبزوار، نشریه شیمی و مهندسی شیمی، (2)34: 62 تا 72 (1394).

[17] ابول پور، بهادر؛ افصحی، محمد مهدی؛ سهرابی، مرتضی؛ بررسی اثر ریز ساختار آهک بر مدل­سازی احیای هیدروژنی مولیبدن دی سولفید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی، (4)30: 25 تا 41 (1390)

[18] Nastac D.C., Kaantee U., Liimatainen J., Hupa M., Mutean M., Influence of P(v) on the Characteristics of Calcium and the Hydration of Clinkers, Advance in Cement Research, 19(3): 93-100 (2007).

[19] Welham N.J., A Parametric Study of the Mechanically Activated Carbon Thermic Reduction of Limonite, Materials Engineering, 9(12): 1189-2000 (1996).

[20] Poulsen L.S., Jakobsen H.J., Skibstedt J., Incorportion of Phosphourus Guset Ions in the Calcium Silicate Phases of Portland Cement from 31P MAS NMR Spectroscopy, Inorganic Chemistry, 49: 5522-5529 (2010).

[21] Alihosseini A.F., Karbalaie ghomi N-S., Dehghani Modavar M., Operational Properties of Organic Composition (Liginin Sulfonante) in Portland Cement- Acomparative Study with Gypsum in Portland Cement, Journal of Applied Chemical Sciene International, 2(1): 41-48 (2015).

[22] Alihoosseini A., Hosseini S.H., Abbaszadeh A.R., Study of Compress Strength and Time Setting of Concrete by Additives of Silica Fume and Nano Silica, Asian Journal of Chemistry, 24(2): 903-907 (2012).