Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В настоящее время в связи с интенсификацией технологических процессов, в частности, связанных с сорбционно-каталитическими процессами, большое внимание уделяется разработке прочных сорбирующих материалов, в том числе в виде изделий. Подобные материалы находят широкое применение в оптической технике, электронике и т.п. Зачастую использование насыпной шихты гранулированного материала сопряжено с рядом трудностей (низкая гидравлическая устойчивость, пыление). Решением данной проблемы может быть создание принципиально новых сорбционно-активных материалов в виде законченных конструкционных изделий функционального назначения, обладающих компактной физической формой - адсорбционных блоков, сорбирующих элементов, характеризующихся возможностью управления сорбционно - десорбционными процессами. В связи с этим актуальной проблемой является отработка процесса получения сорбирующих изделий с использованием неорганических водных полимерных систем в качестве связующих материалов и неорганических твердых пористых материалов как наполнителей, нанесенных на теплопроводящие элементы, а также изучение характера взаимодействия поверхности наполнителя со связующим с целью установления возможности регулирования параметров получаемых конструкционных изделий. Одним из направлений внедрения блочных сорбирующих материалов является холодильная техника, в частности, испарительные системы охлаждения, связанные с использованием в качестве хладагентов воды и водных растворов. Наряду с этим, в связи с большой энергоемкостью холодильных систем, большое внимание уделяется поиску альтернативных источников энергии, в том числе бросовой тепловой энергии. Это ведет к увеличению количества разработок таких испарительных методов охлаждения, где использовались бы экологически безопасные хладагенты, с возможностью регенерации энергией в виде тепла.
ПЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Целью работы является разработка композиционного сорбирующего материала на основе минеральных сорбентов и неорганических полимерных связующих материалов в виде изделия, нанесенного на теплопроводящий элемент, для направленного регулирования сорбционно - десорб-ционных процессов.
Для достижения цели необходимо:
разработать методику получения блочных сорбирующих материалов на основе неорганических сорбентов - наполнителей и минеральных матриц - связующих, как в виде пористых конструкций, так и в виде модифицированных гигроскопическими добавками блоков,
исследовать полученные материалы с использованием комплекса адсорбционных, термографических, теплофизических, гидравлических и кинетических методов исследования, для установления характера взаимодействия материалов матрицы, наполнителя и модификатора и особенности протекания процесса адсорбции полученными композиционными материалами;
исследовать работу сорбирующего изделия в составе: блочный сорбент - тепло-передающий элемент в режиме сорбция - десорбция при осуществлении регенерации путем непрямого нагрева с передачей энергии по теплопроводящему элементу,
и создать алгоритм определения его оптимальных-массогабаритных характеристик;
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ і
БИБЛИОТЕКА | СП« 08
на основе разработанного сорбирующего изделия сконструировать испаритель
ную холодильную установку, использующую тепловую энергию, изучить основные
закономерности ее функционирования и разработать программу расчета параметров
адсорбционной холодильной машины такого типа в соответствии с условиями экс
плуатации.
исследовано влияние состава композиционного сорбирующего материала, дисперсности твердого пористого наполнителя и введения гигроскопической добавки хлорида лития в блочный сорбирующий материал на сорбционные и прочностные свойства получаемых изделий, разработан метод дополнительной пропитки связующим готовых блочных изделий.
впервые выявлен характер изменения теплофизических и кинетических характеристик блочных пористых материалов, получаемых с использованием неорганических полимерных материалов, а также их пористой структуры, по сравнению с исходной шихтой дисперсных адсорбентов;
впервые получены композиционные сорбирующие материалы, нанесенные на теплопроводящий элемент, определены основные закономерности процессов адсорбции и десорбции на данных изделиях, интенсифицируемые подачей и снятием тепловой энергии по теплопроводящему элементу, позволяющие производить расчет оптимальных массогабаритных параметров в зависимости от заданных условий функционирования;
на базе разработанного композиционного сорбционно-активного материала в виде изделия на теплопередаюшем элементе создана принципиально новая адсорбционная испарительная холодильная установка, работающая с использованием тепловой энергии.
Разработаны композиционные материалы в виде изделий, в том числе нанесенные на теплопроводящий элемент, регенерируемые тепловой энергией, которые могут быть использованы в широком ряде интенсивных адсорбционных процессов, где требуется механическая устойчивость сорбирующего материала на раздавливание, например, в электронике, оптической технике, а также в процессах, связанных с управлением стадиями адсорбции - десорбции, например, в циклических холодильных процессах, в парогенераторах и т.п. Полученные в работе материалы и изделия были исследованы в ГУЛ «НКТБ «Кристалл» Минобразования России» и институте химии силикатов РАН имени И.В. Гребенщикова и рекомендованы к применению в качестве осушителей, парогенераторов и сорбционных насосов.
На базе разработанного сорбирующего изделия сконструирована и смонтирована адсорбционная холодильная установка, характеризующаяся отсутствием вредных химических, электромагнитных и шумовых воздействий на окружающую среду. Получены экспериментальные данные, позволившие установить оптимальную область охлаждения для холодильных установок данного типа, исследована ее цикловая работа в режиме охлаждение - регенерация, выявлены основные технологические показатели процесса. Оформление разработки возможно как в виде промыш-
ленного холодильника, функционирующего рядом с источником тепловых выбросов (АЭС, ТЭЦ, ТЭС, металлургические и горно-обогатительные предприятия и т.п.), так и в виде кондиционера воздуха для регулирования климата салона автомобиля, с использованием выделяемого двигателем тепла.
Разработка конструкции адсорбционного элемента данного типа позволит решить широкий круг проблем техники охлаждения, а также смежных направлений химической промышленности.
