基于三种算法的瓜子壳热解动力学分析

doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2021.05.005

生物质化学工程 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (5): 30-34.doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.05.005

基于三种算法的瓜子壳热解动力学分析

李若晗¹, 姬爱民¹^,*(), 杜铎²

1. 华北理工大学冶金与能源学院, 河北唐山 063200
2. 唐山市环境规划科学研究院, 河北唐山 063000

收稿日期:2020-08-17 出版日期:2021-09-30 发布日期:2021-09-13
通讯作者: 姬爱民 E-mail:jiam@ncst.edu.cn
作者简介:姬爱民, 副教授, 硕士生导师, 研究领域: 生物质能源; E-mail: jiam@ncst.edu.cn
李若晗(1996-), 男, 河北邢台人, 硕士生, 主要从事生物质能源研究
基金资助:
河北省自然科学基金资助项目(E2014209218)

Pyrolysis Kinetic Analysis of Melon Seed Shells Based on Three Algorithms

Ruohan LI¹, Aimin JI¹^,*(), Duo DU²

1. School of Metallurgy and Energy, North China University of Science and Technology, Tangshan 063200, China
2. Tangshan Environmental Planning Science Research Institute, Tangshan 063000, China

Received:2020-08-17 Online:2021-09-30 Published:2021-09-13
Contact: Aimin JI E-mail:jiam@ncst.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用热失重法研究瓜子壳在氮气气氛中的热解过程，结果显示：瓜子壳在50℃/min的升温速率下主要热失重区间为167~427℃，最大失重速率发生在354.42℃，达42.9%/min。将瓜子壳参与反应的物质分为伪纤维素、伪半纤维素和伪木质素，假设瓜子壳在热解过程中由3个独立互不影响的平行反应而成，分别运用遗传算法（GA）、非线性最小二乘法（NLS）、高斯拟合-遗传算法（GGA）建立瓜子壳热解动力学模型，对瓜子外壳在热解过程中的动力学参数求解。结果表明：GGA算法性能最优，模拟DTG曲线与实验数据偏离度最小，仅为1.12%；与GA相比，其迭代次数少且计算稳定；与NLS相比，其计算快、对初始值要求不高。

关键词: 热重实验, 平行反应, 算法, 模型

Abstract:

The pyrolysis process of the melon seed shell in nitrogen atmosphere was used as the research object by the thermal weight loss method. The main components of the shell of melon seeds are: hemicellulose, cellulose, and lignin. It is assumed that the shell of melon seeds is formed by three independent parallel reactions during the thermal decomposition process, respectively, genetic algorithm (GA) and nonlinear least squares method. (NLS), Gaussian fitting-genetic algorithm (GGA), establish the kinetic model of the pyrolysis of the melon seed shell, the kinetic parameters of melon seed shell during thermal decomposition were solved. The results show that the GGA algorithm has the minimum deviation between the simulated data and the experimental data and the best performance. The deviation is only 1.12%.

Key words: thermogravimetric experiment, parallel reactions, algorithm, model

中图分类号:

TQ35
TK62

李若晗, 姬爱民, 杜铎. 基于三种算法的瓜子壳热解动力学分析[J]. 生物质化学工程, 2021, 55(5): 30-34.

Ruohan LI, Aimin JI, Duo DU. Pyrolysis Kinetic Analysis of Melon Seed Shells Based on Three Algorithms[J]. Biomass Chemical Engineering, 2021, 55(5): 30-34.

图/表 4

图1

表1

表2

图2

参考文献 18

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模型 model	组分 component	反应级数(n) reaction series	活化能(E)/(kJ·mol^-1) activation energy	比例系数 ratio	指前因子/min^-1 refers to the former factor
初始值 initial value	伪半纤维素pseudo hemicellulose	1	217.0	0.5(C₁)	1.06×10¹⁹
	伪纤维素pseudo cellulose	1	251.1	0.5(C₂)	4.26×10²⁰
	伪木质素pseudo lignin	1	71.2	1-C₁-C₂	5445.6
GA	伪半纤维素pseudo hemicellulose	1.3	118.5	0.361	1.169×10¹¹
	伪纤维素pseudo cellulose	1.5	264.6	0.383	1.561×10²⁴
	伪木质素pseudo lignin	1	65.1	0.256	1361
GGA	伪半纤维素pseudo hemicellulose	1.4	118.5	0.351	1.123×10¹¹
	伪纤维素pseudo cellulose	1.5	284.6	0.393	1.031×10²⁴
	伪木质素pseudo lignin	1	68.2	0.256	119.52
NLS	伪半纤维素pseudo hemicellulose	1.4	139.4	0.356	1.223×10¹¹
	伪纤维素pseudo cellulose	1.4	236.6	0.371	8.211×10²³
	伪木质素pseudo lignin	1	73.5	0.273	123.52

算法 algorithm	偏离度/% deviation degree	运行时间/s elapsed time	迭代次数 number of iterations	是否依赖初始值 depend on initial value	计算稳定性 computational stability
NLS	3.58	—	—	是yes	稳定stable
GA	1.68	16325	800	否no	不稳定unstable
GGA¹⁾	1.12	136/128/96	60/60/40	否no	稳定stable

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