search query: @keyword modelling / total: 145
results-list
reference: 26 / 145
« previous | next »
Author:Eskelinen, Aleksi
Title:Dynamic modelling of a multiple hearth furnace
Monipohjaisen uunin dynaaminen mallinnus
Publication type:Master's thesis
Publication year:2014
Pages:x + 172 s. + liitt. 35      Language:   eng
Department/School:Biotekniikan ja kemian tekniikan laitos
Main subject:Process Systems Engineering   (KE3004)
Supervisor:Jämsä-Jounela, Sirkka-Liisa
Instructor:Zakharov, Alexey
Electronic version URL: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201405221861
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  2055   | Archive
Keywords:multiple hearth furnace
modelling
dynamic
calcination
monipohjainen uuni
mallinnus
dynaaminen
kalsinointi
Abstract (eng):The aim of this thesis is to develop a dynamic model of a multiple hearth furnace (MHF) used for the kaolin calcination process.
The resulting model facilitates in studying the complex physico-chemical phenomena occurring inside the furnace and providing a dynamic simulator for monitoring purposes.
The dynamic model also provides means to develop a better control over the temperature profile of the kaolin bed moving inside the furnace.
In addition, it is of utmost importance to run the process with minimum energy losses together with minimum possible emissions.

The literature part first introduces a common kaolin wet processing production chain after which the kaolin calcination process is studied in detail.
Next, calcination reactions and the effects of factors, such as heating rate, particle size and impurities in the raw material to the calcination reactions are studied.
Additionally, five different mathematical models similar to the kaolin calciner (MHF) are reviewed to understand the restrictions and the requirements for the development of a dynamic model of the MHF.

Particularly, the dynamic model of the MHF is developed in the experimental part.
First, the modelling equations for the reaction kinetics, mass and heat transfer and conservation, including the heat exchange parameters, are described.
Subsequently, experimental test are performed on a 1:12 scaled pilot model of the industrial furnace that determines the solid bed dynamics matrix.
This matrix describes the solid bed movement and mass distribution in the furnace.
To solve the system of the model equations the mathematical solving algorithms are introduced; the reaction rates are solved explicitly, the solid bed mass transfer is calculated using the developed mixing model, the mass and energy balances of the gas phase are solved with the internal division method, the temperature profiles of the cooling air, the central shaft and the arms and the walls are computed using the Euler method combined with internal division method and the solid bed energy balance is solved combining the Euler method with the mixing model.
The MHF model is implemented under the MATLAB environment.
In addition, a graphical user interface is developed for the MHF simulator.

The dynamic behaviour of the model is tested using step changes in the three inputs, namely the feed rate, the gas and air flows to the hearth 4 and the gas and air flows to the hearth 6, individually.
In addition, the behaviour under simultaneous changes in each input variables is studied and finally the dynamics of the simulated model are tested and validated using the real industrial data.

The results show that the response of the model to the aforesaid changes is reasonable.
It is also noticed that the response of the gas phase temperature is almost immediate and the response time of the changes in the solid bed composition is even over 700 minutes in some cases.
Comparing the simulated results obtained from the dynamic model to that of the industrial data, the model behaves satisfactorily and the simulated temperature profile matches to the measured temperatures.
Abstract (fin):Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää dynaaminen malli monipohjaisesta uunista (MPU), jota käytetään kaoliniitin kalsinoimiseen.
Mallia tullaan käyttämään uunissa tapahtuvien monimutkaisten fysikaalis-kemiallisten ilmiöiden tutkimiseen ja sitä voidaan hyödyntää myös prosessin tilan seurannassa.
Dynaaminen malli tukee myös uunin lämpötilaprofiilin säätöstrategian kehittämistä.
Lisäksi on myös tärkeätä kyetä ajamaan prosessia mahdollisimman pienillä energiahäviöillä ja päästöillä.

Diplomityön kirjallisuusosassa esitellään aluksi yleinen kaoliniitin märkäkäsittely-tuotantoketju, jonka jälkeen kaoliniitin kalsinointiprosessiin paneudutaan yksityiskohtaisemmin.
Seuraavaksi perehdytään kaoliniitin kalsinointireaktioihin ja niihin vaikuttaviin muuttujiin, kuten lämmitysnopeuteen, hiukkaskokoon ja raaka-aineen epäpuhtauksiin.
Lisäksi kirjallisuusosassa esitellään viisi kaoliniitin kalsinointiuunin kanssa samankaltaisia matemaattista mallia, jotta MPU:n dynaamisen mallin kehittämiseen liittyvät rajoitteet ja vaatimukset ymmärrettäisiin paremmin.

Kokeellinen osa keskittyy erityisesti MPU:n dynaamisen mallin kehittämiseen.
Aluksi esitellään reaktioiden kineettiset yhtälöt sekä yhtälöt joilla kuvataan massan ja lämmön siirto- ja säilymisilmiöt sekä lämmönsiirtoparametrit.
Seuraavaksi alkuperäisen uunin 1:12 pienoismallilla on suoritettu kokeellisia testejä, joilla on määritetty kiintoainepedin dynamiikkamatriisi.
Matriisi kuvaa kiintoainepedin liikkumista ja massan jakautumista uunissa.
Matemaattiset algoritmit, joita käytetään mallin yhtälöryhmien ratkaisemiseen, on esitetty seuraavaksi; reaktionopeudet ratkaistaan eksplisiittisesti, kiintopedin massansiirto ratkaistaan käyttämällä diplomityössä kehitettyä sekoitusmallia, kaasufaasin massa- ja energiataseet ratkaistaan intervallijako-menetelmällä, jäähdytysilman, keskiakselin ja sekoituskäsien sekä uunin seinien lämpötilaprofiilit ratkaistaan yhdistämällä Eulerin menetelmä ja intervallijako-menetelmä ja viimeiseksi kiintopedin energiatase ratkaistaan yhdistämällä Eulerin menetelmä ja sekoitusmalli.
MPU-malli on toteutettu MATLAB ympäristössä.
Lisäksi MPU simulaattoriin on kehitetty graafinen käyttöliittymä.

Mallin dynaamista käyttäytymistä on testattu erillisillä askelkokeilla kolmessa syöttösuuressa: kaoliniitin syöttömäärässä, kaasu- ja ilmasyötöissä pohjalle 4 sekä kaasu- ja ilmasyötöissä pohjalle 6.
Lisäksi mallin käyttäytymistä yhtäaikaisille askelmuutoksille jokaisessa syöttösuureessa on testattu ja lopuksi simuloidun mallin dynaaminen käyttäytyminen on testattu ja varmennettu käyttämällä teollisuudessa kerättyä dataa.

Tulokset osoittavat että mallin vaste edellä mainittuihin askelmuutoksiin on järkevä.
Kokeissa huomattiin myös kaasufaasin lämpötilan reagoivan lähes välittömästi muutoksiin syöttösuureissa ja että kiintopedin koostumuksen muuttumisen vasteaika voi olla jopa 700 minuuttia eräissä tapauksissa.
Verrattaessa dynaamisen mallin käyttäytymistä teollisuusdataan, mallin vaste käyttäytyy tyydyttävästi ja simuloitu lämpötilaprofiili täsmää mitattuihin lämpötiloihin.
ED:2014-06-01
INSSI record number: 49159
+ add basket
« previous | next »
INSSI