Solid pyro-process is the process obtaining a desired product by solid heating. It has energy intensity characteristic and uncertainties due to the external disturbances. Thus, numerical model to analyze internal phenomena is necessary. The author suggested several numerical models based on one-dimensional system for the representative high temperature solid reactors; flash dryer, cyclone preheater, which are pneumatic reactor, and rotary kiln. Rotary kiln model based on heat and mass balance considering simultaneously flame combustion of the solid fuel, chemical reaction of the raw meal, and heat transfer among the gas-solid-wall was proposed. Combustion speed was calculated according to the flame temperature and the concentration of each reactant. In case of the pneumatic reactors, heat and mass transfer phenomena were analyzed on the basis of the hydro-dynamic relation between the solid particles and the conveying hot gas flow. The validation of the unit reactor model was carried out, and finally the case analysis of the cement process considering the heat recovery as an integrated reactor model of the rotary kiln and pneumatic reactors was conducted. The model could be used to understand the physical phenomena such as progressive combustion and solid reaction and to calculate the energy efficiency of the plant. In appendices, industrial applicable, such as finding optimal air input conditions as fuel specification, was checked.
고체고온공정은 고체 원료를 가열하여 생산품을 얻는 공정으로 에너지 집약적이고 외란 요소에 따른 불확실성이 큰 공정이다. 내부 현상을 분석할 수 있는 수치 해석 모형이 필요하며, 대표적 반응기인 로터리킬른, 그리고 기류식 반응기인 플래시 건조기와 사이클론 예열기의 1차원 기반 수치해석 모형을 제시하였다. 로터리킬른에 대하여 고체연료의 화염 연소, 고체 장입물의 화학 반응, 기체-고체-벽면 간의 열전달이 동시에 고려된 열물질정산 기반 해석 모형을 제시하였다. 연소 속도는 화염 온도와 반응 참여물의 농도에 따라 계산되었다. 기류식 반응기에 대해서는 기체와 고체 입자의 입도에 따른 유체수력학적인 관계를 기반으로 열, 물질 전달현상을 분석하였다. 단일 반응기 모형 타당성 검토를 진행하였으며, 최종적으로는 로터리킬른과 기류식 반응기들이 통합된 해석 모형으로 폐열 회수가 고려된 시멘트 공정에 대한 사례 분석을 하였다. 모형을 통해 점진적인 연소나 고체 반응과 같은 내부 물리현상을 지배하는 주요 파라미터를 이해함과 동시에 공장 에너지 효율을 계산하였다. 부록에서는 공기나 연료 투입조건에 따른 최적 공기 투입 조건 산출과 같은 산업 응용 가능성을 확인하였다.
