Жылуаккумуляторлық материалдар

Жұмыстың мақсаты: полиэтиленнің пентадеканмен, гептадекан, октадекан, генэйкозан, май қышқылдарымен қоспаларын алу және олардың жылуаккумуляторлық материалдар ретінде қолдануыдуын анықтау үшін оның балқу температурасын, фазалық ауысулардың меншікті жылуын және балқымалардың эксплуатациялық қасиеттерін анықтап, зерттеу.
Полимерлерді пайдалану аумағының кеңеюі жылуаккумуляторлық материалдар үшін олардың тек термодинамикалық қасиеттерін ғана біліп қоймай, солсияқты осы қасиеттерінің тұрақтылығын да білу керек. Сондықтан, полиэтилендердің алқу температурасы мен жылуын анықтау кезде үлгілер 10 – 15 қыздыру – салқындату циклдеріне ұшырайды. Тәжірибе нәтижелері 1 кестеде келтірілген.
Қазіргі таңда энергия сыйымдылық материалдарды іздеу барлық бағытта жүргізіліп жатыр, бұлар тек жасанды материалдар емес, сол сияқты табиғи текті материалдар болып табылады. Жылуаккумуляторлық материалдар ретінде балауыз сияқты табиғи олигамерлер қолданылуы мүмкін.
Таулы балауыздардың кен орны қол жетімді болуы, оның ерекше қасиеттері, яғни пластикалығы, араласуы және фазалық ауысудың жеткілікті жоғары жылуының болуы жылуаккумуляторлық композициясының негізгі компоненті ретінде перспективті етеді. Біз өсімдік және жануар текті балауыздарды зерттедік: карнаубский, канделильский, семеновский, техникалық, церизин, қоңыр көмір, озокерит және торфтық балауыздар келесі мақсатта жылуаккумуляторлық материалдар негізі ретінде қолданылады. Балауыздардың термодинамикалық қасиеттерін зерттеу үшін сканирлейтін калориметрде дифференциалдау әдісімен өткізілді. Осы арқылы фазалық ауысудың температурасы мен фазалық ауысудың меншікті жылуы анықталды.
Тәжірибе көрсеткендей

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
1. Боровская Л.В., Шабалина С.Г. ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОСКОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 4 – стр. 98-99 2. URL:www.rae.ru/snt/?secti (дата обращения: 18.03.2014).
3. Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А. Охрана природы : Учеб. для с.-х. учеб. заведений. - М.: Агропромиздат, 1995.
4. Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей.-М.:Агар, 1999.
5. Корнеева А.И. Общество и окружающая среда. - М.: Мысль, 1995.
6. Миллер Тайлер. Жизнь в окружающей среде. Перевод Алексеевой Б.А. под редакцией Г.А. Ягодина. Москва: Прогресс. Пангея, 1993.
7. Человек и экология : Сборник / Ред. Н. Филипповский. - М.: Знание, 1990.

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

Сирек жер металдары қосылған органикалық және бейорганикалық қышқылдардың жылуаккумуляторлық қасиеттерін зерттеу
Жылуаккумуляторлары үшін төмен молекулалы органикалық заттармен полиэтиленнің балқымалары
Жұмыстың мақсаты: полиэтиленнің пентадеканмен, гептадекан, октадекан, генэйкозан, май қышқылдарымен қоспаларын алу және олардың жылуаккумуляторлық материалдар ретінде қолдануыдуын анықтау үшін оның балқу температурасын, фазалық ауысулардың меншікті жылуын және балқымалардың эксплуатациялық қасиеттерін анықтап, зерттеу.
Полимерлерді пайдалану аумағының кеңеюі жылуаккумуляторлық материалдар үшін олардың тек термодинамикалық қасиеттерін ғана біліп қоймай, солсияқты осы қасиеттерінің тұрақтылығын да білу керек. Сондықтан, полиэтилендердің алқу температурасы мен жылуын анықтау кезде үлгілер 10 - 15 қыздыру - салқындату циклдеріне ұшырайды. Тәжірибе нәтижелері 1 кестеде келтірілген.
1 кесте
Базалық маркалы полиэтилендердің қасиеттері
Полиэтилен маркалары
Фазалық ауысу температуралары
Фазалық ауысудың жылуы, °С
кДжкг К
НД-216
127,0
400
172,6

ВД-276
119,0
392
179,9

277 - базалық
134,5
307,5
222,3

276 - базалық
138,0
411
300,8

273 - базалық
133,0
406
205,9

273 - базалық
127,5
400,5
226,8

216 - базалық
127,0
400
155,8

Тәжірибелер көрсеткендей, полиэтилендер 110-138 °С балқу температурасына ие болады және фазалық ауысудың жылу эффектісі 56 кДжкг - ден 300 кДжкг.
Полиэтилендердің фазалық ауысу жылуы кристалдық фазаның құрамы пропорционалды өзгереді, яғни, полимердің кристалдану дәрежесіне тәуелді, ол өз кезегінде, үлгінің бұрынғы жайтына тәуелді. Тәжірибеде 273 базалық маркалы полиэтилен (Буденнов химиялық комбинаты), Ч (ТУ 6-09-3660-74) квалификациялы гептадекан және ХЧ (МРТУ 6-09-4664-87 ) квалификациялы пентадекан қолданылды.
Балқымаларды біртекті материал алу үшін компоненттерді құм моншасында қыздырып арастырады. Н - парафин 1,5,10 және 30 мас. % құрамды қоспалар алынады. Балқу температурасы мен фазалық ауысулардың меншікті жылуын зерттеуді ДСМ-2М диффереренциалды - сканирлейтін калориметрде жүргізеді. Навесканың массасы 0,04-0,26 г шектерінде алынды. Сканирлеу біркелкі қыздыруда минутына 8 градус (тепе - теңдік жағдайға келтіру үшін) жылдамдығымен өткізіледі. Эталон зат ретінде микрокалориметр калибровкасы үшін индий, сол секілді танымал балқу температурасы бар пальмитин қышқылы қолданылды.
Фаза ауысу затының жойылуын үлгінің массасының термошкафқа 70°С қыздыруға дейін және қыздырудан кейін массасының айырмашылығымен анықтайды. Массаны әрбір он минут сайын тұрақты шамаға жеткенше анықтап отырады.
Сурет. 3. Қоспаның фазалық ауысуының температурасының пентадекан үлесінің массасына тәуелділігі (Тбалқу= -0,0068x2 + 0,5195x + 97,515 - балқу температурасының пентадекан құрамынан тәуелділігі, Ткр = -0,0068x2 + 0,5195x + 96,515 - кристалдану температурасының пентадекан құрамына тәуелділігі).
Сурет. 5. н - парафин қоспасының (пентадекан және гептадекан) 273 базалық маркалы полиэтиленмен ликвидус сызығы.
Қоспаны полиэтилен - октадекан және полиэтилен - генэйкозанды компоненттерін араластырып, 130 °С температураға дейін қыздырып алады. Үлгілердің навескасын калориметрге орналастырып, 8 омин жылдамдығымен қыздырады.
Алынған мәліметтер қоспалардың балқу температурасы бойынша 4 кестеде көрсетілді.
Алынған мағлұматтар бойынша фазалық ауысу материалы ретінде құрамында 5-30 мас.%. полиэтилен қоспасын пайдалануға ұсынылады.
Кесте. 3. Полиэтилен - октадекан және полиэтилен - генэйкозан қоспаларының балқу температуралары.

Төменмолекулалы заттың көлемдік үлесі

Полиэтилен - октадекан қоспасының тәжірибелік балқу температуралары

Полиэтилен - генэйкозан қоспасының тәжірибелік балқу температуралары
0,01
анықталмаған
398,3
0,1
393

394
0,2
390

391
0,3
387

388
0,4
384

385
0,5
383

383
0,7
378

379,5
0,8
376

378
0,9
376
372

Сурет. 6. Н - парафин қоспаларының (октадекан мен генэйкозан) 273 базалық маркалы полиэтиленмен ликвидус сызығы.
ДСК әдісімен полиэтилен балқымаларының В3 және В4 маркалы парафиндермен, стеарин қышқылымен, түрлі молекулалық массалы полиоксиэтиленмен балқу және кристалдану сипаты зерттеліп анықталды. Балқымалардағы парафин құрамы 10 - нан 80 мас. %, стеарин қышқылының 10 - нан 90 мас. %, полиоксиэтиленнің 10 - нан 90 мас. % құймаларында бастапқы заттардың балқу температурасына сәйкес келмейтін фазалық ауысуда екі эндотермиялық эффект байқалды. Барлық жүйелер айналған эвтетиканы түзеді. Полиэтиленнің парафин көмірсутектерімен немесе май қышқылдарымен балқымалары жоғары құрылысты гельқұрылысқа ие болады. Жоғары дисперсті тор құрылысқа 130 - 150°С температураға дейін балқымаған жағдайда түзеді, бұдан жоғары температурада балқымадан бөлінбеген парафин көмірсутектер немесе май қышқылдары 110 +- 10°С төмен температурада полиэтиленнің жұмсаруы байқалады. Балқымалардың механикалық қаситтері полиэтиленнің механикалық қасиеттері ұқсас келеді. Балқымадағы фаза ауысудың жоғары шек саны балқыманың механикалық беріктілігімен шектеледі, ал фаза ауысудың төменгі шек саны балқыманың жылу сыйымдылығымен шектеледі. Бұл термотұрақталудың үлкен уақытына жеткілікті қамтамасыз етуі керек.
Масса шығынының ззерттеу нәтижелері 4 кестеде келтірілген.
4 кесте. 130°С температурада үлгі массасының өзгеруі
н-парафин түрлері
Уақыт, мин
Үлгі массасы, г
Массаның өзгеруі, %
Пентадекан
10
0,1254
0,00

10
0,0822
34,45

20

0,0704
43,86

30
0,0435
65,31

40

0,0393
68,66

30

0 0,1230
0

10

0,1185
3,65

20

0,1177
4,31

30

0,1080
12,19

40

0,1070
13,01
Гептадекан
10
0 0,1131
0

10
0,098
13,35

20

0,0897
20,69

30

0,0669
40,85

40

0,0595
47,39

30

0 0,2563
0

10

0,2519
1,71

20

0,25
2,45

30

0,2455
4,21

40

0,2444
4,64

6 және 7 суретерде полимердің ұстап тұратын қабілетін сипаттайтын үлгінің массасының өзгеру динамикасы берілген.Ұқсастық тәуелділігі октадекан мен генэйкозан жағдайында байқалады. Бұл нәтижелер ЖАМ композициясы ретінде құрамында 30 мас % н-парафинді ұсынуға болады. Төмен балқитын компоненттің құрамының 70 мас. % ұлғаюы мақсатты түрде жүзеге асады, яғни, бұл заттың балқу және қайта кристалдану кезінде үлкен шығынына байланысты болады.
6 сурет. Үлгі массасының массаның шығыны:
гептадекан - полиэтилен ( 30 мас %)
пентадекан - полиэтилен ( 30 мас %)
гептадекан - полиэтилен ( 10 мас %)
пентадекан - полиэтилен ( 10 мас %)
7 сурет. Үлгі массасының 100°С температурада ұстап тұрған кездегі массаның өзгеруі.
Полиолефин негізіндегі балқымалар композициялық типті материалдар үшін толтырғыштар ретінде пайдаланылуы мүмкін, соның ішінде термотұрақтылықтың екі температуралық интервалдарымен ТАМ ретінде де пайдаланылады.
Алынған нәтижелерге сүйеніп, полиэтилен мен полипропиленнің стеарин қышқылымен, парафин мен ПЭГ - 115 полиэтиленгликольмен балқымасы дайындалды. Жылуаккумуляторлық жүйеде қолданылатын перспективті балқымалардың қасиеттері 5 кестеде келтірілді.
5 кесте.Полиэтилен негізіндегі балқымалардың физика - химиялық қасиеттері
Материал құрамы
Төменмолекулалы компоненттің балқу температурасы,°С
Жоғарымолекулалы компоненттің балқу температурасы,°С
Механикалық беріктіліктің шығын температурасы,°С
эндотермиялық эффект жылуы, кДжкг
Аз балқитын компоненттің балқуы
Стеарин қышқ-75
Полиэтилен 273-25
66-72
120-128
134
250
128
Стеарин кышк-75
Полипропилен -25

66-72

68-72
120-128
140-150
134

100
250

180
128

150

Парафин В4-75
Полиэтилен 273-25

56-58

120-123
100
190
123
Парафин В4-30
Полиэтилен 273-70

46-65

120-123
62
110
123
Парафин В4-50
Полиэтилен -50

46-65

120-123
92
170
130
Полиоксиэтилен-
полиэтилен

50-72

128-135
120
300
130

5 кестеде келтірілген материалдар үшін балқыту кезінде массаның шығыны 0.5-3 мас. % кем емес. Полипропилен негізіндегі балқымалар полиэтилен негізіндегі балқымаларға қарағанда аз сомалық жылу сыйымдылығымен сипатталады. Материалдардың тығыздығы 0,87 - 0,92 гсм аспайды.
Барлық алынған балқымала құю әдісімен жылуаккумуляторлық бұйымдарды жасау үшін пайдаланылады. Полиэтиленнің н - парафиндермен балқымалары парафин (30 - 50 мас.%) мен полиэтилен (қалған мөлшері) балқымасынан тұтқырланған жазық цилиндр түрінде дайындалған термобигуди ретінде қолданылады.
Жұмсартуда полиэтиленнің бастапқы температурасы 120°С аз болмауы керек, ал парафин - фазалық ауысу температурасы 45°С кем болмауы керек.
Зерттеу жылуэнергетика аумағына жатады, жиірек, жылуаккумуляторлық заттар ретінде қолданылатын галогенидтер, метаванадтар, сульфаттар және сілітілік элементтердің молибдатын құрайтын жылуаккумуляторлық құрамдарды өңдеуде қолданылады. Құрамы 6,1-6,2% литий фториді, 23,4-24,2 литий хлориді, 24,8-27,6% литий метаванадаты, 27,1-27,6% литий молибдаты және 17,3-17,8% литий сульфаты. Сол сияқты жылутехникада пайдаланылатын тұрақты температураны ұстап тұру үшін жылу аккумуляторларында және соған ұқсас құралдарда қолданылады.
Құрамында фторид, хлорид және литий молибдаты бар жылуаккумуляторлық құрам белгілі. Жылу аккумуляторындағы қоспаның жұмыстық балқу температурасы 436°С тең (Жылуаккумуляторлық құрам. А.С. №1274287 01.08.86 ж.). Қоспаның балқу температурасы 387°С, балқудың меншікті энтальпиясы 222 Джг (Бейорганикалық химия журналы. - 2000. - 45, №12. - С.2072-2074). Балқудың жоғары температурасы бұл құрамды тұрақты температура жағдайында 360-363°С интервалында ұстап тұруға мүмкіндік жоқ.
Қазіргі зерттеу жылуаккумуляторлық материал ретінде 360-363°С температура интервалында құрамның жұмысын қамтамасыз етеді.
Құрамында фторид, хлорид, метаванадат және литий молибдаты, қосымша келесі қатынаста литий сульфаты бар жылу аккумуляторлық құрамның техникалық нәтижесіне қол жеткіземіз, мас.%:
Литий фториді 6,1-6,2
Литий хлориді 23,4-24,2
Литий метаванадаты 24,8-25,3
Литий молибдаты 27,1-27,6
Литий сульфаты 17,3-17,8
Шахталық типті электропештерге сусындандырылған тұздар квалификациясын балқытады х.ч..
Мысал 1. 0,61 г (6,1 мас.%) литий фториді + 2,42 г (24,2 мас.%) литий хлориді+ 2,48 г (24,8 мас.%) литий метаванадаты + 2,71 г (27,1 мас.%) литий молибдаты + 1,78 г (17,8 мас.%) литий сульфаты. Қоспаның балқу температурасы. Балқудың меншікті энтальпиясы 280 Джг.
Мысал 2. 0,62 г (6,2 мас.%) литий фториді + 2,34 г (23,4 мас.%) литий хлориді + 2,53 г (25,3 мас.%) литий метаванадаты + 2,76 г (27,6 мас.%) литий молибдаты + 1,75 г (17,5 мас.%) литий сульфаты. Қоспаның балқу температурасы 360°С. Балқудың меншікті энтальпиясы 280 Джг.
Мысал 3. 0,62 г (6,2 мас.%) литий фториді + 2,37 г (23,7 мас.%) литий хлориді + 2,52 г (25,2 мас.%) литий метаванадаты + 2,76 г (27,6 мас.%) литий молибдаты + 1,73 г (17,3 мас.%) литий сульфаты. Қоспаның балқу температурасы 363°С. Балқудың меншікті энтальпиясы 278 Джг.
Мысал 4. 0,61 г (6,1 мас.%) литий фториді + 2,42 г (24,2 мас.%) литий хлориді + 2,50 г (25,0 мас.%) литий метаванадаты + 2,74 г (27,4 мас.%) литий молибдаты + 1,73 г (17,3 мас.%) литий сульфаты. Қоспаның балқу температурасы 363°С. Балқудың меншікті энтальпиясы 284 Джг.
Берілген конструктивті интервалдардан тыс балқу температурасы жоғарылап бірфазалық бұзылады, яғни, жылу бөліну біртекті болмайды.
Кестеде түпнұсқа ретінде таңдалған құрамжәне ұсынылатын құрамның физика - химиялық қасиеттерінің салыстырмалы физика - химиялық сипаттамалары.
Құрамы
Қоспа құрамы, мас. %
Балқудың меншікті энтальпиясы, Джг
Балқу температурасы, °С
түпнұсқа
6,3 29,3 44,9 19,5 -
222
387
LiF
6,1 24,2 24,8 27,1 17,8
280
362
LiCl
6,2 23,4 25,3 27,6 17,5
280
360
LiVO3
6,2 23,7 25,2 27,6 17,3
278
363
Li2MoO4
6,1 24,2 25,0 27,4 17,3
284
363

Кестенің нәтижелеріне сүйенсек, ұсынылатын құрамның түп нұсқаға қарағанда айтарлықтай артықшылықтары бар: жылу аккумуляторында 360-363°С температура диапазонында жұмыс істеу қабілеттілігін қамтамасыз етеді; 56-69 Джг жоғары меншікті балқу энтальпиясы. Келтірілген құрам жылу аккумуляторлық материал ретінде ғана емес, сол сияқты жылу тасымалы ретінде ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.