Диссертация (1097990), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Электрические печи имеют температуру вспенивания порядка 1100С, а использование газовой горелки позволяет повысить температуру до 1400С. С целью исследования зависимости механических свойств графитовой фольги от режимов термообработки намибыла создана опытная линия, в которой термолиз окисленного графита производился за счет энергии, выделяющейся при сгорании пропан-бутановойсмеси (Рисунок 55 и Рисунок 56).Рисунок 51. Зависимость насыпной плотности ТРГ от температуры обработки окисленного графита на основе ИСГ различных ступеней.Рисунок 52. Зависимость степени расширения окисленного графита наоснове ИСГ различных ступеней от температуры обработки.- 105 -Рисунок 53.
Зависимость насыпной плотности ТРГ, полученного на основе ИСГ различных ступеней с использованием различных окислителей.Рисунок 54. Зависимость степени расширения окисленного графита, полученного на основе ИСГ различных ступеней с использованием различныхокислителей (температура термодеструкции 1000°С).- 106 -абРисунок 55. Установки газопламенного получения терморасширенногографита (а) и узел предварительной прокатки ТРГ (б).Рисунок 56. Принципиальная схема вспенивания окисленного графита ввысокотемпературном реакторе.Использование установки газопламенного вспенивания позволило показать, что существенную роль на насыпную плотность, а, следовательно, имеханические свойства, кроме температуры термодеструкции играет и ско-- 107 рость нагрева частиц окисленного графита (Рисунок 57).Рисунок 57.
а) Зависимость насыпной плотности терморасширенногографита от расхода окисленного графита и мощности газовой горелки (скорости нагрева частиц ОГ); б) зависимость прочности графитовой фольги отнасыпной плотности ТРГ.2.3.2. Установка модификация низкоплотных углеродных материаловпиролитическим углеродомДля получения образцов низкоплотных углеродных материалов, насыщенных пироуглеродом, нами была создана установка (Рисунок 58), позволяющая производить пиролиз метана в импульсном режиме при температурах до 1100С. Используемый для пиролиза природный газ отбирался от городской распределительной сети низкого давления (1,05 МПа) или от баллона c метаном. Образцы низкоплотного углеродного материала (графитоваяфольга, прессованные образцы ТРГ различной плотности) при комнатнойтемпературе помещались в кварцевый реактор, представляющий собой трубудиаметром 68×4 мм, длиной 1000 мм.
Размеры реакционной зоны реактора- 108 пиролиза ограничивают предельные габариты заготовок 500 мм по длине и50 мм по ширине и высоте. Образцы помещались в центральную часть реактора, расположенную в изотермической зоне спирального нагревателя печиизготовленного из фихралевого сплава (Рисунок 58, поз. 1).Рисунок 58. Установка для пиролиза метана.Процесс пиролиза метана автоматизирован и управляется программами, заложенными в процессоры регулятора температуры и контроллерапневматической системы. Задание режимных параметров процесса пиролизаосуществляется с пульта оператора.
С помощью кнопок управления регулятора температуры (Рисунок 59, поз. 10; Рисунок 58, поз. 3) задается требуемый режим работы нагревателя печи (Рисунок 58, поз. 1), для чего в памятьрегулятора вводятся:– стационарная температура пиролиза, Т;– время, необходимое для достижения этой температуры, η.Процесс нагрева контролируется по показаниям цифрового регуляторатемпературы.
В память контроллера (Рисунок 59, поз. 12; Рисунок 58, поз. 5)- 109 вводятся также параметры, определяющие работу пневматической системы врежиме пиролиза:– рабочее давление, Р2, в смесительной емкости (Рисунок 59, поз. 14);– длительность состояния «открыт», t1, (см. врезку Рисунок 59) впускного электромагнитного клапана (Рисунок 59, поз. 11);– длительность единичного рабочего цикла, t3, и длительность состояния «закрыт» в этом цикле, t2, выпускного электромагнитного клапана(Рисунок 59, поз. 11);– общая длительность проведения пиролиза, t.Уровень откачки воздуха отслеживается цифровым табло контроллера(Рисунок 58, поз. 4), показывающим давление, измеряемое пьезодатчиками(Рисунок 59, поз. 3 и 13). При достижении предельного вакуума электромагнитные клапаны установки переводятся в состояние «закрыто».
В этом состоянии визуально в течение минуты фиксируется факт отсутствия/наличияпроизвольного роста давления, измеряемого датчиками, чем проверяетсягерметичность вакуумной системы и ее частей. После проверки герметичности при разогретой до требуемой температуры печи контроллер пневматической системы переводится в режим «пиролиз» и открывается шаровой кранлинии метана (Рисунок 59, поз. 18) и установка работает в авторежиме:– таймер контроллера обнуляется и начинается отсчет текущего времени (t);– запускается внутренняя программа контроллера, отрабатывающаяциклограмму импульсного пиролиза (см. врезку Рисунок 59) с установленными выше (п.
4.2.1.3) длительностями t1, t2 и t3;– метан поступает в реактор, где при высокой температуре подвергается пиролизу, разлагаясь на углерод и водород согласно уравнениюСН4 → С + 2Н2↑;– по истечении времени t2, отведенного в цикле импульсного пиролизана реакцию разложения метана, открывается выпускной клапан, и газоваяфаза из реактора сбрасывается в ресивер (поз. 6);- 110 – из ресивера газообразные продукты непрерывно работающим вакуумным насосом (поз. 7) удаляются в трубопровод технологической вентиляции (благодаря этому давление в ресивере постоянно поддерживается на низком уровне), откуда после разбавления воздухом в соотношении 1:100 000сбрасываются в атмосферу;Рисунок 59.
Схема установки для пиролиза метана.- 111 – по завершении периода единичного цикла, с момента t3, в изложенном выше порядке импульсный пиролиз многократно повторяется в течениезаданного времени t;– при истечении t контроллер автоматически переходит в режим «ручное управление» (все электромагнитные клапаны закрываются) и выдаетсясигнал «пиролиз окончен».В процессе пиролиза также образуется мелкодисперсная сажа, котораяулавливается специальным фильтром (поз. 4), предотвращающим ее вынос ватмосферу. По завершении пиролиза реактор охлаждался до комнатной температуры. Контроль над процессом охлаждения осуществляли по показаниямрегулятора температуры (8).Полученные образцы извлекали из реактора, и определяли относительный процент привеса (Δm): m 100 (mкон . mисх.
),mисх.где mкон. – масса образца после пиролиза, mисх. – масса исходного образца. Массу образцов определяли на аналитических весах с точностью 0,0001 г.2.3.3. Динамика пироуплотнения графитовой фольги в зависимости от ееплотностиПироуплотнение графитовых фольг осуществляли путем пиролиза метана в импульсном режиме при температуре 1060±3ºC и давлении метана20±2 кПа на специальной созданной установке (рисунок 58 ). Количествоосаждаемого пироуглерода изменяли путем варьирования времени процесса.С целью исследования динамики пироуплотнения графитовой фольгибыли исследованы образцы одинаковой толщины и площади базисных поверхностей, но при этом они имели с различную исходную плотность.- 112 -Рисунок 60.
Относительный привес ПУ в зависимости от времени процесса для ГФ толщиной h=0,3мм с различной начальной плотностью.Зависимость относительного привеса ПУ от времени для ГФ разнойплотности на начальном участке линейна и отличается угловыми коэффициентами (Рисунок 60). Уменьшение скорости уплотнения ПУ при увеличениивремени процесса свидетельствует о том, что часть пор в ГФ закрываетсяосажденным ПУ (увеличивается закрытая пористость) и дальнейшее пироуплотнение идет преимущественно на поверхности материала.На линейном участке графика ( аппроксимирован методом наименьшихквадратов) по тангенсу угла наклона (угловой коэффициент) прямой былирассчитаны скорости привеса ПУ в процессе пироуплотнения (ν).Результаты расчетов для ГФ различной плотности показали, что скорость уплотнения растет с увеличением пористости (Рисунок 60).
При этомзависимость относительного привеса от времени начинает отклоняться отлинейной тем раньше, чем ниже пористость графитовой фольги. Другимисловами, закрытие пор пироуглеродом происходит тем быстрее, чем большеплотность ГФ Зависимость ν (ρ) хорошо описывается экспоненциальнойфункцией: ν=0,065·е-ρ/ ρ1 ,где ρ1=1г/см3 (Рисунок 61).- 113 -Рисунок 61.
Зависимость скорости уплотнения ПУ от плотности (ρ) иудельной поверхности (Sуд) исходной графитовой фольги.В зависимости от условий получения ТРГ (природа интеркалята, номерступени интеркалированного соединения графита, исходный графит и т.д.)графитовая фольга при одной и той же плотности может иметь сильно различающуюся удельную поверхность [184]. Поэтому более корректно, с нашейточки зрения, будет рассмотреть зависимость начальной скорости уплотнения ПУ от удельной поверхности исходной графитовой фольги (Рисунок 61).Зависимость скорости уплотнения от удельной поверхности исходной ГФ(Sуд) в диапазоне от 16 м2/г до 38 м2/г хорошо описывается линейной функцией: ν=0,0011·Sуд.-0,006.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
