Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования

Диссертационная работа:

Потапов, Сергей Владимирович. Исследование процессов адсорбции ксенона, криптона, кислорода и азота на микропористом углеродном адсорбенте при повышенных давлениях применительно к системам аккумулирования газов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.04.03 / Потапов Сергей Владимирович; [Место защиты: Моск. гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана].- Москва, 2011.- 196 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/2105

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы

Развитие адсорбционных технологий и широкое внедрение их в промышленность пришлось, в основном, на XX век. Разработка новых видов топлива, химия высокочистых веществ и материалов, нефте- и газопереработка, решение проблем экологии, защиты человека, медицины нашли эффективное решение при применении процессов сорбции на микропористых адсорбентах, таких как микропористые активные угли, цеолиты, силикагели и т.д.

В последние десятилетия, возрастает интерес к созданию систем обращения, извлечения и аккумулирования технически важных и физиологически активных газов, таких как СН4, Н2, Ог, СО, СОг, Хе, Кг, N2 и Аг для решения задач по созданию энергетических установок, применяемых в нефте- и газопереработке, медицине, системах жизнеобеспечения человека в экстремальных ситуациях, электронной, космической технике и других областях.

Однако, несмотря на значительное количество публикаций о решении конкретных технологических задач с применением адсорбционных методов, в данной области все еще остается большое количество принципиальных трудностей, связанных прежде всего с отсутствием экспериментальных данных по адсорбции и ее энергетике. Наибольшее значение имеют данные в широких интервалах давлений и температур, особенно в области высоких давлений.

Другой важной проблемой, определяющей энергетику адсорбции, является учет адсорбционно-стимулированной деформации адсорбента. Однако развитию исследований в этом направлении долгое время мешали большие экспериментально - методические трудности и отсутствие теории адсорбционной деформации. При адсорбции на «жестких» адсорбентах, таких как микропористые активные угли и цеолиты, несмотря на то, что их деформация, как правило, не велика, тем не менее, из-за высокого модуля всестороннего сжатия пористого твердого тела, энергия, затрачиваемая на деформацию, существенна и вносит изменение в поведение термодинамических функций адсорбции. Строгая теория адсорбционной деформации в настоящее время отсутствует. Ее построение сдерживается, с одной стороны, отсутствием достаточного объема надежных экспериментальных данных в широкой области давлений и температур, а с другой стороны, чрезвычайной сложностью математического моделирования адсорбционной системы. Ввиду чего, непосредственные измерения адсорбции и адсорбционной деформации пористых твердых тел в широких интервалах давлений и температур необходимы и актуальны.

Третьей, важной проблемой, является термодинамика адсорбции при высоких давлениях. Подавляющее большинство работ в данной области проводилось без учета влияния неидеальности газовой фазы и неинертности адсорбента. Такой подход справедлив лишь при исследованиях в области давлений не выше атмосферного. Для корректного анализа поведения термодинамических функций адсорбции в широкой области давлений,

необходимо использовать новые методы исследования, позволяющие учитывать неидеальность газовой фазы и деформацию адсорбента.

Все это определяет актуальность данной работы, направленной на изучение свойств адсорбционных систем в широких интервалах давлений и температур, адсорбционной деформации адсорбента и термодинамики адсорбции для систем адсорбционного аккумулирования газов.

Все отмеченные проблемы, требуют для своего решения комплексного подхода, основывающегося на современных методах исследования адсорбционных систем и новых теоретических подходах для их описания.

Цель работы. Установить общие закономерности адсорбции, адсорбционной деформации адсорбента и поведения термодинамических функций адсорбционных систем в широких интервалах изменения параметров адсорбционного равновесия при адсорбции газов: Хе, Кг, ( и N2 на микропористом углеродном адсорбенте АУК, обладающем высокой гетерогенностью поверхности, для систем адсорбционного аккумулирования газов.

Задачи исследования

  1. Комплексно, в широких интервалах давлений и температур, в докритической и сверхкритической областях исследовать адсорбцию и адсорбционно-стимулированную деформацию адсорбционных систем: «микропористый углеродный адсорбент АУК - технически важные газы: ксенон, криптон, кислород и азот».

  2. Установить общие закономерности и предложить теоретическое описание адсорбции в изученных интервалах давлений и температур, а также поведения зависимостей адсорбционной деформации адсорбента АУК при адсорбции ксенона, криптона, кислорода и азота.

3. Провести теоретический анализ поведения зависимостей
дифференциальной мольной изостерической теплоты адсорбции исследуемых
адсорбционных систем от а-р-Т - параметров равновесия с учетом
адсорбционной деформации и неидеальности газовой фазы.

4. Исследовать эффективность адсорбционного концентрирования
ксенона, криптона, кислорода и азота на микропористом углеродном
адсорбенте в зависимости от давления и температуры.

Научная новизна

1. Впервые проведен комплекс исследований адсорбции ксенона,
криптона, кислорода и азота на супергетерогенном микропористом углеродном
адсорбенте АУК с узким распределением пор по размерам в широких
интервалах давлений и температур в докритической и сверхкритической
областях.

2. Впервые проведен комплекс исследований адсорбционно-
стимулированной деформации супергетерогенного микропористого
углеродного адсорбента АУК при адсорбции ксенона, криптона, кислорода и
азота в широких интервалах давлений и температур.

3. На основе теории объемного заполнения микропор рассчитаны а-р-Т -
зависимости для исследованных газов на микропористом углеродном
2

адсорбенте АУК в области докритических и сверхкритических давлений и температур.

4. Предложена методика описания адсорбционной деформации
адсорбента АУК, на основе обобщенного потенциала межмолекулярного
взаимодействия Букингема-Корнера.

5. Установлены зависимости дифференциальной мольной изостерической
теплоты адсорбции от величины адсорбции исследуемых газов на
микропористом углеродном адсорбенте АУК в интервале температур от 177.7
до 393 К и давлений от 1 Па до 6 МПа, с учетом неинертности адсорбента и
неидеальности газовой фазы.

6. Проведена оценка абсолютной и относительной эффективности
адсорбционного аккумулирования ксенона, криптона, кислорода и азота на
микропористом углеродном адсорбенте АУК в интервале температур от 177.7
до 393 К и давлений от 1 Па до 6 МПа.

Практическая значимость работы. Комплекс полученных данных по адсорбции газов, адсорбционно-стимулированной деформации адсорбента АУК и температурной зависимости дифференциальных мольных теплот адсорбции анализируемых систем может быть использован для развития теории адсорбции на неинертных адсорбентах. Полученные данные внесены в Банк данных по адсорбции и адсорбционным процессам Научного совета РАН по физической химии.

Предложен метод прогнозирования условий максимальной эффективности адсорбционного концентрирования ксенона, криптона, кислорода и азота в замкнутых объемах при высоких давлениях для энергетических установок.

Разработаны и созданы лабораторные образцы аккумуляторов ксенона и кислорода для приготовления физиологически активных газовых смесей, а также система рециклинга медицинского ксенона.

Достоверность полученных результатов обеспечивается

использованием оригинального оборудования и методик, разработанных в ИФХЭ РАН и аттестованных Отделом метрологии института, метрологическими службами фирмы «Baratron» и Московского завода «Манометр» и «ВНИИФТРИ».

Рекомендации к внедрению. Полученные результаты могут быть использованы при разработке аккумуляторов и концентраторов Хе, Кг, N2, ( в системах использования физиологически активных газов и дыхательных газовых смесей. Адсорбционные аккумуляторы и концентраторы Хе, Кг, N2, ( использованы в работах ИМБП РАН и Московского НИИ СП им. Н.Д. Склифосовского.

Публикации. Результаты диссертации отражены в 6 научных статьях в журналах, рекомендуемых ВАК, 7 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 196 страницах текста, содержит 58 рисунков, 18 таблиц и список литературы из 238 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net