MATHEMATICAL APPARATUS FOR CALCULATING STRUCTURAL SOLUTIONS OF THE GASIFICATION INSTALLATION
DOI 10.12737/2073-0462-2023-60-67 УДК 004.942:662.761
Keywords:
gasification, poultry farming, construction, basic elements, structural solutions.Abstract
To simulate thermal decomposition processes in a gasification plant, a thermodynamic equilibrium
model is adopted. The system of equations describing the chemical equilibrium for the gas phase consists of nonlinear
algebraic equations in logarithmic form: the law of mass action (dissociation); equations of conservation of matter; an
equation that establishes the equality of partial pressures and the number of moles of substances in decomposition products, as well as the equality of the mixture pressure and the total number of moles of substances. In order to verify the
results of numerical studies and the adequacy of the mathematical model, experimental studies were carried out. To
conduct experimental studies, it is necessary to design a gasification plant in which synthesis reactions of high-calorie
fuel gas will be carried out. The key goal of the work was to develop the design of a gasification plant with such
parameters that would ensure the processing of all generated waste in the shortest possible time, which include: the
volume of the gasification plant, the number of sections of the plant, since the gasification plant operates in a periodic
mode. To solve the set goal, it is necessary to start from the stage of mathematical calculations of the necessary
geometric characteristics of the main components and elements of the gasification plant. The gasification plant operates
intermittently. From the moment of loading the raw materials to unloading the hall, 1 hour passes, and during the reboot
period, the second parallel operating unit is put into operation. The volume of the gasification plant is selected based on
the daily generated waste (raw materials). In the process of work, it is necessary to observe the operating mode according to two main parameters: the amount of steam supplied should be 0.230 kg/kg of water vapor to the loaded raw material; the temperature in the installation volume is maintained at the level of 1273K. The main design solutions for which
it is necessary to carry out preliminary calculations to justify their design are the volume of the gasification plant, the
dimensions of the steam nozzle and the geometric characteristics of the plows. Plows serve to intensify heat and mass
transfer in the volume of the gasification plant. The steam nozzle is used to distribute water vapor over the area of the
grate. The calculation of the volume of the gasification plant serves to justify the number of sections of this plant based
on the amount of raw materials to be disposed of, since the plant operates in a periodic mode.
References
Литература
Демин А.В. Оценка экологичности и эффективности процессов газификации биомассы / А.В. Демин //
Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2021. − № 1 (79). − С. 40–50.
Pandey S. Poultry Litter Gasification in a Fluidized Bed Reactor: Effects of Gasifying Agent and Limestone
Addition / D. S. Pandey, M. Kwapinska, A. Gómez-Barea [et al.] // Energy & Fuels. – 2016. – Vol. 30. – P. 3085 –
Galindo A. L. Biomass Gasification on a Downdraft Gasifier with a Two-Stage Air Supply: Effect of Operat
ing Conditions on Gas Quality / A. L. Galindo, E. S. Lora, R. V. Andrade [et al.] // Biomass and Bioenergy. – 2014. – Vol. 61. – P. 236 – 244.
Ibyatov, R. I. Mathematical modeling of the grain trajectory in the workspace of the sheller with rotating
decks / R. I. Ibyatov, A. V. Dmitriev, B. G. Ziganshin [et al.] // International Scientific-Practical Conference
“Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2019). Vol. 17. –
Kazan: EDP Sciences, 2020. – P. 00093. – DOI 10.1051/bioconf/20201700093.
Sabirov, R.F. Influence of physical factors on viability of microorganisms for plant protection / R. Sabirov,
– DOI 10.22616/ERDev2019.18.N211.
Khaliullin, D.T. Theoretical justification of design and technological parameters of hulling machine main
working bodies / D. Khaliullin, I. Badretdinov, I. Naficov, R. Lukmanov // Engineering for Rural Development. –
Virtual, Jelgava, 2021. – P. 1501-1506. – DOI 10.22616/ERDev.2021.20.TF321.
Demin A.V. Thermo−chemical equilibrium modeling and simulation of biomass gasification / A.V. De
min, R.YaDyganova., N.N. Fakhreev // International Conference on duction and Processing (ICEPP−2020), E3S
Web of Conferences. 2020. – Vol. 161, 01081. – P.1–3.
Демчук С.В. Пат. 9767 Республика Беларусь, МПК F23G5/27 C10J3/00 C02F11/10 Способ газифика
ции органических отходов или низкокалорийного топлива / Демчук, С.В., Скоромник, О.Д.; патентообла
датель Демчук Сергей Всеволодович, Скоромник Олег Дмитриевич. – а 20040607; заявл. 01.04.2004;
опубл. 28.02.2006.
Токарев Г.Г. Газогенераторные автомобили / Г.Г. Токарев. – М.: Машгиз, 1955. – 207 с.
Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / Ф. Стренк. – Польша: 1971. – 384 с. Пер.
с польск. под ред. Щупляка И.А. – Л.: Химия, 1975. – 384 с.
Фахреев Н.Н. Экспериментальные исследования процесса утилизации подстилочного помета пти
цы методом термического разложения с применением паровой газификации / Н.Н. Фахреев //Вестник
Алтайского государственного аграрного университета. 2020.− № 10(192). − С. 133−137.
Зиганшин Б.Г. Математическое моделирование и экспериментальные исследования газификации
отходов птицеводства / Б.Г. Зиганшин, И.Х. Гайфуллин, Н.Н. Фахреев // Техника и технологии в живот
новодстве. − 2022. − № 3 (47). − С. 78−84.
Алемасов В.Е. Основы теории физико-химических процессов в тепловых двигателях и энергетиче
ских установках / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.С. Черенков.– М.: Химия, 2000. – 520 с.
Горение и течение в агрегатах энергоустановок: моделирование, энергетика, экология / В.Г. Крю
ков, В.И. Наумов, А.В. Демин, А.Л. Абдуллин, Т.В. Тринос. − М.: «Янус−К», 1997. – 304 с.
Демин А.В. Математическое моделирование процессов термической утилизации углеродсодержа
щих отходов: монография «Новые технологии, материалы и оборудование в энергетике» / А.В. Демин,
Р.Я. Дыганова Н.Н. Фахреев. – Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2018. –
Т. 3. – С. 210–227.
Единый реестр субъектов малого и среднего предпринимательства Федеральной налоговой служ
бы Российской Федерации [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ofd.nalog.ru/index.html]
Фахреев Н.Н. Оценка эффективности внедрения перспективных способов утилизации отходов
АПК методом термической деструкции / Н.Н. Фахреев // Энергоресурсоэффективность и энергосбереже
ние в Республике Татарстан. Труды XVI Международного симпозиума «Энергоресурсо-эффективность и
энергосбережение». Казань: Издательство: ИП Шайхутдинов А.И., 2016. − С. 304−307.
Рудаков, А. И. Повышение энергетической эффективности сублимационной сушки сельскохозяй
ственных материалов / А. И. Рудаков, И. Р. Нафиков, Б. Л. Иванов // Вестник Казанского государственно
го аграрного университета. – 2007. – Т. 2. – № 2(6). – С. 101-105.
Ганиев А.С. Использование удобрений из куриного помета для выращивания органической про
дукции / А.С. Ганиев, Ф.С. Сибагатуллин, Б.Г. Зиганшин, З.М. Халиуллина, И.Х. Гайфуллин // Вестник
Казанского государственного аграрного университета. – 2022. – Т. 17. № 1 (65). – С. 9-14.
Гайфуллин И.Х. Влияние препарата мефосфон на эффективность процесса получения биогаза и
утилизации углеродсодержащих отходов / И.Х. Гайфуллин, З.М. Халиуллина, Б.Г. Зиганшин, Ю.Х. Шоге
нов, Э.А. Галлямов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2021.
Т. 16. № 3 (63). С. 19-26.
Юнусов, Г. С. Теоретические исследования катка для малогабаритной почвообрабатывающей ма
шины / Г. С. Юнусов, Н. Н. Андержанова, А. В. Алешкин [и др.] // Вестник Казанского государственного
аграрного университета. – 2021. – Т. 16. – № 2(62). – С. 80-85. – DOI 10.12737/2073-0462-2021-80-85.
Халиуллин, Д. Т. Исследование движения зерна в конфузоре пневмомеханического обрушивателя
семян подсолнечника / Д. Т. Халиуллин, Э. Г. Нуруллин // Вестник Казанского государственного аграрно
го университета. – 2010. – Т. 5. – № 4(18). – С. 122-124.
Дыганова Р.Я. Пат. 2754911 Российская Федерация, МПК C10J3/20 F23G5/27 B09B3/00 Установка
для газификации углеродсодержащих отходов / Дыганова Р.Я., Демин А.В., Фахреев Н.Н; патентооблада
тель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Казанский государственный энергетический университет». – 2021104704; заявл. 11.11.2020;
опубл. 09.09.2021.
References
Demin AV. [Assessment of environmental friendliness and efficiency of biomass gasification processes]. Vo
prosy sovremennoi nauki i praktiki. Universitet im.V.I. Vernadskogo. 2021; 1 (79). 40-50 p.
Pandey DS, Kwapinska M, Gómez-Barea A. Poultry litter gasification in a fluidized bed reactor: effects of gasi
fying agent and limestone addition. Energy & Fuels. 2016; Vol.30. 3085-3096 p.
Galindo AL, Lora ES, Andrade RV. Biomass gasification on a downdraft gasifier with a two-stage air supply:
effect of operating conditions on gas quality. Biomass and Bioenergy. 2014; Vol.61. 236-244 p.
Ibyatov, R. I. Mathematical modeling of the grain trajectory in the workspace of the sheller with rotating decks /
R. I. Ibyatov, A. V. Dmitriev, B. G. Ziganshin [et al.] // International Scientific-Practical Conference “Agriculture and
Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES 2019). Vol. 17. – Kazan: EDP Sciences,
– P. 00093. – DOI 10.1051/bioconf/20201700093.
Sabirov, R.F. Influence of physical factors on viability of microorganisms for plant protection / R. Sabirov, A. R.
Valiev, L. Karimova [et al.] // Engineering for Rural Development.Vol. 18. – Jelgava: 2019. – P. 555-562. – DOI
22616/ERDev2019.18.N211.
Khaliullin, D.T. Theoretical justification of design and technological parameters of hulling machine main work
ing bodies / D. Khaliullin, I. Badretdinov, I. Naficov, R. Lukmanov // Engineering for Rural Development. – Virtual,
Jelgava, 2021. – P. 1501-1506. – DOI 10.22616/ERDev.2021.20.TF321.
Demin AV, Dyganova RYa, Fakhreev NN. Thermo-chemical equilibrium modeling and simulation of biomass
gasification. International Conference on production and processing (ICEPP−2020). E3S Web of Conferences. 2020;
Vol.161. 01081. 1-3 p.
Demchuk SV, Skoromnik OD. Pat. 9767 Respublika Belarus', MPK F23G5/27 C10J3/00 C02F11/10 [Method for
gasification of organic waste or low-calorie fuel]. Demchuk Sergey Vsevolodovich, Skoromnik Oleg Dmitrievich.
; zayavl. 01.04.2004; opubl. 28.02.2006.
Tokarev GG. Gazogeneratornye avtomobili. [Gas generating cars]. Moscow: Mashgiz. 1955; 207 p.
Strenk F. Peremeshivanie i apparaty s meshalkami. [Stirring and stirrer apparatuses]. Pol'sha: 1971; 384 p. trans
lated from Polish by editorship of Shchuplyak I.A. Leningrad: Khimiya. 1975; 384 p.
Fakhreev NN. [Experimental studies of the process of poultry litter manure utilization by thermal decomposition
method using steam gasification]. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2020; 10(192).
-137 p.
Ziganshin BG, Gayfullin IKh, Fakhreev NN. [Mathematical modeling and experimental studies of poultry waste
gasification]. Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. 2022; 3 (47). 78-84 p.
Alemasov VE, Dregalin AF, Cherenkov AS. Osnovy teorii fiziko-khimicheskikh protsessov v teplovykh
dvigatelyakh i energeticheskikh ustanovkakh. [Fundamentals of the theory of physical and chemical processes in ther
mal engines and power plants]. Moscow: Khimiya. 2000; 520 p.
Kryukov VG, Naumov VI, Demin AV, Abdullin AL, Trinos TV. Gorenie i techenie v agregatakh energoustano
vok: modelirovanie, energetika, ekologiya. [Combustion and flow in units of power plants: modeling, energy, ecology].
Moscow: Yanus-K. 1997; 304 p.
Demin AV, Dyganova RYa, Fakhreev NN. Matematicheskoe modelirovanie protsessov termicheskoi utilizatsii
uglerodsoderzhashchikh otkhodov: monografiya. “Novye tekhnologii, materialy i oborudovanie v energetike”.
[Mathematical modeling of thermal utilization processes of carbon-containing wastes: monograph. “New technologies,
materials and equipment in the energy sector”]. Kazan': Kazanskii gosudarstvennyi energeticheskii universitet. 2018;
Vol.3. 210-227 p.
Unified register of small and medium-sized businesses of the Federal Tax Service of the Russian Federation.
[Internet]. Available from: https://ofd.nalog.ru/index.html]
Fakhreev NN. [Evaluation of the effectiveness of the introduction of promising methods for the disposal of
agricultural waste by thermal destruction method]. Energoresursoeffektivnost' i energosberezhenie v Respublike Ta
tarstan. Trudy XVI Mezhdunarodnogo simpoziuma “Energoresurso-effektivnost' i energosberezhenie”. Kazan': Iz
datel'stvo: IP Shaykhutdinov A.I. 2016; 304-307 p.
Rudakov AI, Nafikov IR, Ivanov BL. [Improving the energy efficiency of freeze drying of agricultural
materials]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2007; Vol.2. 2 (6). 101-105 p.
Ganiev AS, Sibagatullin FS, Ziganshin BG, Khaliullina ZM, Gayfullin IKh. [Use of fertilizers from chicken
manure for growing organic products]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2022; Vol.17.
(65). 9-14 p.
Gayfullin IKh, Khaliullina ZM, Ziganshin BG, Shogenov YuKh, Gallyamov E.A. [Influence of mephosphon on
the efficiency of the process of obtaining biogas and utilization of carbon-containing wastes]. Vestnik Kazanskogo
gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021; Vol.16. 3 (63). 19-26 p.
Yunusov GS, Anderzhanova NN, Aleshkin AV. [Theoretical studies of a roller for a small-sized tillage ma
chine]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021; Vol.16. 2 (62). 80-85 p. –
DOI 10.12737/2073-0462-2021-80-85.
Khaliullin DT, Nurullin EG. [Study of grain movement in the confuser of a pneumomechanical sunflower seed
chopper]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2010; Vol.5. 4 (18). 122-124 p.
Dyganova RYa, Demin AV, Fakhreev NN. Pat. 2754911 Rossiiskaya Federatsiya, MPK C10J3/20 F23G5/27
B09B3/00 [Installation for gasification of carbonaceous wastes]. Patentoobladatel' Federal'noe gosudarstvennoe
byudzhetnoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego obrazovaniya “Kazanskii gosudarstvennyi energeticheskii univer
sitet”. 2021104704; zayavl. 11.11.2020; opubl. 09.09.2021.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
Categories
License
Copyright (c) 2026 Vestnik of Kazan state agrarian university
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
