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基本信息

作品名稱:
一種用于生物質熱解動力學過程的新等轉化率方法
大類:
自然科學類學術論文
小類:
能源化工
簡介:

用等轉化率方法求解動力學參數是復雜生物質熱解動力學過程控制的關鍵環節。本作品通過在推導過程中引入微小量,并采用迭代計算方法,提出了一種新的迭代線性等轉化率方法。該方法比傳統線性方法精確,比非線性方法計算速度快且復雜度低,并能精確解析傳統方法不能有效求解的活化能隨反應進程劇烈變化的動力學過程。新方法應用于甜高粱莖桿殘渣等生物質熱解反應動力學的過程控制,大幅提高了過程控制的響應速度和精度。

詳細介紹:

近年來國際能源短缺問題突出,各種新型替代能源廣受關注。生物質熱解技術因其能將生物質原料轉化為生物油而成為最具前景的生物質能轉化技術之一。而生物質熱解動力學的研究是生物質熱解技術應用的基礎,其對于生物質熱解工藝的優化,熱解機理的探究以及生物質熱解反應動力學的過程控制具有十分重要的意義。
生物質熱解反應動力學過程是一個復雜反應過程,而在復雜的反應動力學分析中,用等轉化率方法求解動力學參數是其過程控制的關鍵環節。然而,傳統的線性等轉化率方法在計算時會引入較大的系統誤差,而非線性等轉化率方法計算復雜度高。
本作品根據反應動力學基本方程,在推導過程中引入微小量,并采用迭代計算方法,提出了一種新的迭代線性等轉化率方法。該方法比傳統線性等轉化率方法精確,比非線性方法計算速度快且復雜度低,并能精確解析傳統方法不能有效求解的活化能隨反應進程劇烈變化的動力學過程。該方法的提出為反應動力學領域的一個理論創新。
本作品首先利用理論模擬反應動力學數據驗證了新方法的有效性。在此基礎上,作品將新方法應用于甜高粱莖桿殘渣等生物質熱解反應動力學的過程控制,大幅提高了過程控制的響應速度和精度。
此外,在進行實驗數據預處理時,作品研究并提出了一種改進的Logistic混合模型預處理方法,較西班牙學者Ramón Artiaga教授提出的Logistic混合模型方法提高了預處理精度。
新的迭代線性等轉化率方法自2009年11月發表以來,被引用5次,其中他引4次。國際反應動力學研究領域的權威專家,Thermochimica Acta主編Sergey Vyazovkin教授在其撰寫的論文“Sergey Vyazovkin. Thermal analysis. Analytical Chemistry, 2010, 82(12), 4936-4949”中給予了該方法較高的評價,認為該方法對于活化能隨反應進程劇烈變化的動力學過程也能精確求解。國際反應動力學研究領域的權威專家,羅馬尼亞科學院熱分析與量熱委員會副主席,Journal of Thermal Analysis and Calorimetry副主編Petru Budrugeac教授也給予了該方法很好的評價,認為該方法能在較Vyazovkin方法更短的時間內精確解析熱解動力學過程。
作品研究成果在Journal of Computational Chemistry, Chemistry Engineering Science, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry等國際權威期刊上發表論文7篇。
[1] A New Iterative Linear Integral Isoconversional Method for the Determination of the Activation Energy Varying with the Conversion Degree. Journal of Computational Chemistry, 2009, 30, 1986–1991. (IF = 3.769,第二作者,第一作者為通訊聯系人、指導老師)
[2] Evaluation of realistic 95% confidence intervals for the activation energy calculated by the iterative linear integral isoconversional method. Chemical Engineering Sciences, 2011, 66, 2879-2882. (IF = 2.136,第二、三、四作者,第一作者為通訊聯系人、指導老師)
[3] Application of the golden section search algorithm in the nonlinear isoconversional calculations to the determination of the activation energy from nonisothermal kinetic conversion data. Solid State Sciences, 2010, 12, 829-833. (IF = 1.675,第二、四作者,第一作者為通訊聯系人、指導老師)
[4] Kinetic analysis of wheat straw pyrolysis using isoconversional Methods. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2009, 98, 325–330. (IF = 1.587,第二作者,第一作者為通訊聯系人、指導老師)
[5] Modified Logistic Mixture Model for Kinetics of Sweet Sorghum Bagasse by Dynamic Thermogravimetric Analysis. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects (Accepted). (IF = 1.094,第四作者,第一作者為通訊聯系人、指導老師)
[6] Thermal decomposition kinetics of sweet sorghum bagasse analysed by model free methods. Journal of the Energy Institute, 2011, 84, 1-4. (IF = 0.659,第一作者,第二作者為通訊聯系人、指導老師)
[7] Weibull mixture model for isoconversional kinetic analysis of biomass oxidative pyrolysis. Journal of the Energy Institute, 2009, 82, 4-7. (IF = 0.659,第二作者,第一作者為通訊聯系人、指導老師。該文同時還參加了6th International Symposium on Multiphase Flow, Heat Transfer and Energy Conversion的交流)

獲獎情況:

第十二屆“挑戰杯”作品 二等獎
作品的相關內容發表SCI論文7篇。其中關于新方法的提出、驗證及預處理方法各發表一篇,關于新方法的應用發表三篇。(由于字數限制,僅列出3篇,詳見附加材料)
[1] A New Iterative Linear Integral Isoconversional Method for the Determination of the Activation Energy Varying with the Conversion Degree. Journal of Computational Chemistry, 2009, 30, 1986–1991. (IF = 3.769,第二作者,第一作者為通訊聯系人、指導老師)
[2] Evaluation of realistic 95% confidence intervals for the activation energy calculated by the iterative linear integral isoconversional method. Chemical Engineering Sci

作品圖片

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