Диссертация (1090080), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

Для определениянаправления протекания активации композита были рассмотрены две модели(рисунок 4.10):модель1.Газификацияуглеродапроисходитнаповерхностикомпозиционного материала с уменьшением его габаритных размеров (рисунок4.10 б).модель 2.

Газификация углерода происходит с образованием пор (рисунок4.10 в).Были сделаны следующие допущения:1. композиционный материал имеет форму цилиндра диаметром D ивысотой L (габаритные размеры), при этом высота цилиндра привосходит егодиаметр (рисунок 4.10 а).2. при протекании газификации углерода по модели 1 происходитизменение исходного диаметра D до d0.1733. при протекании газификации углерода по модели 2 в исходном телепроисходит образование поры в форме цилиндра диаметром d1 и высотой L.(а) – исходный материал; (б) – окисление на поверхности; (в) – окисление впоре.Рисунок 4.10 – Газификация углерода композиционного материалаВ таблице 4.10 приведены формулы для расчета удельной поверхностиматериала для рассматриваемых моделей.Таблица 4.10 – Формулы для расчета удельной поверхности материалаИсходный материалS 0уд 4D(4.4)Модель 1S1уд 4D 1  Модель 2уд(4.5) S 2 4 (D  D  )(4.6)где: ρ – плотность, – степень активации углеродного материала.На рисунке 4.11 представлены зависимости изменения относительнойповерхности композита от степени его активации.

Значение относительной174поверхности рассчитывалось как отношение текущей удельной поверхностиматериала к исходной.92Относительная поверхность8765431210102030405060Степень активациирасчетная зависимость, моделирующая протекание газификации по: 1 –модель 1; 2 - модель 2.активация при температуре, °С: ■ – 300; ▲ – 450;  – 650.Рисунок 4.11 - Влияние степени активации образца на его относительнуюповерхностьВидно, что к кривой 1, моделирующей протекание газификации углерода наповерхностиактивируемогоматериала,ближерасполагаютсяточки,характеризующие относительную поверхность материала, полученного при 650°С. Уменьшение температуры активации приводит к тому, что расположениеточек, характеризующих относительную поверхность материала, смещается ккривой 2, моделирующую протекание газификации углерода с образованием пор.175Иначе говоря, при невысоких температурах проведения процесса активациигазификация углерода происходит во всем объеме материала, что приводит кполучениюпродукта,обладающегоразвитойповерхностьюи пористымпространством.

Повышение температуры процесса способствует тому, чтогазификация углерода протекает на поверхности материала, что затрудняетформирование пористого пространства продукта.В таблицах 4.11 и 4.12 приведены условия активации образца ПУНВ6 ихарактеристики активированного материала.Таблица 4.11 - Условия активации образца ПУНВ6Температура, °С300450650Степень окисления, %№ образца10АПУНВ130АПУНВ260АПУНВ310АПУНВ430АПУНВ560АПУНВ610АПУНВ730АПУНВ860АПУНВ9Таблица 4.12 - Характеристики активированных композитовАктивность по метиловомуУдельная адсорбционнаяоранжевому, мг/гповерхность, м2/г123АПУНВ159400АПУНВ262550АПУНВ370690АПУНВ465350АПУНВ570480АПУНВ675510АПУНВ7180220№ образца176Продолжение таблицы 4.12123АПУНВ8200300АПУНВ9210370Следует отметить, что проводить активацию композиционных материаловПК3 и ПУНВ6 при степенях выше 60 % не целесообразно, т.к.

ухудшаласьпрочность получаемого активированного композита, а при степени активации ~80 % фиксировалось его разрушение.Повышение температуры активации (таблица 4.9 и таблица 4.12), присопоставимых степенях окисления, приводит к тому, что значение удельнойадсорбционной поверхности материалов уменьшается. Можно было ожидать, чтои активность по метиловому оранжевому материалов, также будет снижаться,однако, онавозрастает. Это может быть объяснено тем, что повышениетемпературы активации приводит к тому, что размер пор материала возрастает.Так, для образца АПК3 полученного при 300 С средний диаметр пор составил 3,5нм (суммарный объем пор 1,2 см3/г), а для образца АПК9 полученного при 650 С40 нм (суммарный объем пор 0,95 см3/г).Поры с большим размером болеедоступны для сорбции высокомолекулярных веществ, что и объясняет большиезначения активности по метиловому оранжевому для образца АПК9 по сравнениюс образцом АПК3.На образование пор в материале в процессе активации влияют степеньпироуплотнения и упорядоченность структуры пироуглерода.

Так, проведениепроцессапироуплотнениякоксапритемпературе350Сдостепенипироуплотнения 500 % и последующая активация композита при 450 °С достепени активация 50 %, позволили получить образец, характеризующийсяактивностью по метиловому оранжевому 85 мг/г и удельной адсорбционнойповерхностью 850 м2/г.

Следует отметить, что если перед активациейпироуплотненный материал подвергался термообработке (температура 950 °С,177среда аргон, экспозиция 1,5 часа), то образующийся после активации материалхарактеризуется удельной адсорбционной поверхностью, равной 1350 м2/г иактивностью по метиловому оранжевому 95 мг/г.Получение углерод-углеродного композита может быть основано наиспользовании в качестве исходного материала сажи, образующейся в процессеэлектрокрекинга. Так, например, в таблице 4.13 показано влияние условийполучения композита на основе сажи электрокрекинга, характеризующейсяудельной адсорбционной поверхностью 100 м2/г, на его активность пометиловому оранжевому.Таблица 4.13 – Влияние условий получения композита на его сорбционнуюспособностьАктивностьТемператураСтепеньТемператураСтепеньпопироуплотненияпироуплотненияактивации,активации,метиловомуС%С%оранжевомумг/г650100650100140500220500100132400250400100125300100300100120Таким образом, установлено, что:варьируяусловиямипроведенияпироуплотненияуглеродныхнановолокон, коксов, сажи и активации образующихся углеродных композитов,можно получать углерод-углеродные композиционные материалы с широкимдиапазоном характеристик.Рассмотренные в главе 4 «Получение углеродных композиционныхматериалов» результаты исследований представлены в следующих публикациях:[257] в соавторстве сПешневым;А.

С. Филимоновым, Д. А. Олусваген, Б. В.178[258] в соавторстве с Д. О. Абу, Б. В. Пешневым;[259] в соавторстве с Б. В. Пешневым;[260] в соавторстве с А. Ю. Пилипейко, Б. В. Пешневым, Р. И. Эстриным;[261] в соавторстве с Б. В. Пешневым, В. В. Федоровой;[262] в соавторстве с Б. В. Пешневым, Р. И. Эстриным, Д. С. Каратаевой, Е.С. Жеребцовой, Ю. А. Варигиной.[263] в соавторстве с А. С. Филимоновым, Б. В.

Пешневым, В. Б. Пешневой;[264] в соавторстве с Б. В. Пешневым, А. С. Филимоновым;[265] в соавторстве с Б. В. Пешневым;[266] соавторов нет.1795 Аппаратурно-технологическое оформлениеНарисунке5.1представленасхемаиспользованияпродуктов,образующихся при разложении жидкого органического сырья в электрическойдуге.Рисунок 5.1 – Схема использование продуктов электрокрекинга180В предложенной схеме реализуются различные технологические процессы.Ихописаниеможетосновыватьсянаметодологиифункциональногомоделирования, стандартизованная в Российской Федерации [267]. Проведениефункционального моделирования с последовательной декомпозицией отдельныхпроцессовпозволяетчеткорегламентироватьвыполняемыедействия,технологическое оборудование, а также выбор управляющих параметров.Функциональноемоделированиепроцессамипредполагаетпоследовательное осуществление следующих этапов:вербальное описание технологических процессов;установление взаимосвязей между свойствами продукта и условиямиих синтеза, выявление управляющих параметров;последовательнаядекомпозиция«отобщегокчастному»технологических процессов и процессов управления.Следует отметить, что не все части предложенной схемы изученыодинаково подробно.

Исходя из этого, можно предложить следующее вербальноеописание технологических процессов:Анализ состава сырья процесса электрокрекинга.Необходимостьопределениясоставасырьясвязанастем,чтохарактеристики образующихся продуктов (газ и сажа) зависят от используемогосырья. Так, например, концентрация ацетилена в газах электрокрекингауглеводородных фракций различается. Кроме того, при наличии в составе сырьягетероатомных соединений в газах электрокрекинга могут присутствоватьмоноокид углерода, хлористый и цианистый водород, аммиак [7].Приобразовании последних возникает необходимость в дополнительной стадииочистки газа электрокрекинга.Электрокрекинг.Технология электрокрекинга включает операции связанные с подачей сырьяв реактор и проведением процесса электрокрекинга. При разложении сырьяобразующаяся сажа диспергируется в объем жидкой фазы, что влияет набезопасность протекания процесса.

Поэтому в технологии электрокрекинга181необходимо предусматривать операцию фильтрации суспензии, продуктамикоторойявляютсясажасадсорбированныминаееповерхностивысокомолекулярными продуктами (паста) и фильтрат, возвращаемый на стадиюэлектрокрекинга. Регулируя кратность циркуляции, можно варьировать составжидкой фазы, поступающей на разложение, образующегося газа, а такжехарактеристики паст и саж.Дляпроведенияпроцессаэлектрокрекингавлитературе[268-286]предложено большое количество реакционных аппаратов. Многообразие ихконструкций объясняется тем, что разложение сырья может осуществляться подвоздействием различныхтипов электрических разрядов.Так, например, дляразложения сырья под воздействием низковольтных нестационарных разрядовпредложены аппараты, в объеме которых находятся стационарные электроды, накоторые подается электрический ток и свободно перемещающиеся подвижныеэлектроды. Стационарные электроды могут выполняться в виде решетки,имеющей форму «беличьего колеса», единичной решетки или многояруснойконструкции.

Подвижные электроды, куски кокса или графита, находятся внутри«беличьего колеса» или на поверхности решеток.Конструкции реакторов, работа которых основывается на использованииННР, характеризуются относительной простотой, что, совместно с не высокимпотреблениемэлектроэнергиинапроведениепроцесса,являетсяихпреимуществом. Однако, несмотря на отмеченные достоинства, реактора имеют исущественные недостатки. К нимотносится невозможность управления:движением промежуточных контактов, что приводит к неравномерному износуэлектродов;частотойследованияразрядовискоростьюопусканияпромежуточных контактов на стационарные электроды, что приводит к нестабильной работе реактора и колебаниям в потреблении электроэнергии.Следует также отметить, что в аппаратах использующих ННР сложно проводитьразложение высоковязкого сырья.Отмеченные для реакторов, использующих ННР, недостатки, отсутствуют уаппаратов, в которых разложение сырья осуществлялось под воздействием182стационарного низковольтного дугового разряда, возникающего между двумястационарнорасположеннымиэлектродами,ккоторымподводитсяэлектрический ток.Одним из условий возникновения низковольтного разряда являетсянеобходимостьрасположенияэлектродовнанебольшомдруготдругарасстоянии.

Характеристики

Список файлов диссертации