- •Раздел 1
- •1.1 Химический состав сплавов
- •Эталон для сравнения – фса 25 - Fe - 10, Si - 65, Al - 25 .
- •1.2 Технология получения и физические свойства
- •Дисперсный состав порошка сплава фса 25
- •Физические свойства порошков кристаллических сплавов
- •1.3 Методика проведения опытов
- •1.4 Результаты кинетических исследований
- •Термодинамические и кинетические данные реакций взаимодействия
- •1.5 Математическое описание процесса выделения водорода из воды
- •Зависимость полноты реакции от температуры, давления, концентрации едкого натра и содержания алюминия в сплавах фса
- •Раздел 2
- •Опытные и расчетные данные по теплоотдаче одиночной неподвижной сферической частицы сплава фс 90 Ба4
- •Раздел 3
- •3.1 Результаты испытаний кинетического реактора
- •3.2 Исследование процесса получения водорода в газогенераторе авг-45
- •Результаты испытаний газогенератора авг-45 на сплавах ферросилиция с добавками бария фс 75 Ба1 и фс 75 Ба4 и сплавах фса 15, фса 30 и фса 30 Мн1
- •Термодинамические и кинетические данные реакций взаимодействия сплавов с водным раствором едкого натра (авг-45)
- •Характеристики баллонных водородных реакторов
- •Опытные и расчетные данные по теплоотдаче от частиц сплавов к раствору едкого натра в газогенераторе авг-45
- •Термодинамические данные реакций взаимодействия сплавов с водой и водным раствором едкого натра с учетом влияния давления, рассчитанные на полупериод реакции τ0,5 (авг-45)
- •3.3 Методика расчета реакторов баллонного типа
Термодинамические и кинетические данные реакций взаимодействия сплавов с водным раствором едкого натра (авг-45)
№ опыта |
Тип сплава |
Удельная энергия Гиббса, – ∆G, кДж/кг |
Максимальная скорость выделения водорода |
Коэффициент – L∙108, м3/(м2∙с∙кДж) | ||
W∙103, м3/(кг∙с) |
W∙105, м3/(м2∙с) | |||||
1 |
ФСА 30 Мн1 |
13344,8 |
8,81 |
16,3 |
1,222 | |
2 |
ФСА 30 |
13202,4 |
1,87 |
4,2 |
0,325 | |
3 |
ФСА 15 |
14012,7 |
1,59 |
7,02 |
0,501 | |
4 |
ФС 75 Ба1 |
10147,2 |
8,97 |
18,6 |
1,84 | |
5 |
ФС 75 Ба4 |
10141,04 |
3,4 |
6,48 |
0,639 |
С повышением температуры коэффициент пропорциональности L между максимальной скоростью выделения водорода и удельным значением энергии Гиббса возрастает для сплава ФСА 30 Мн1 приблизительно в четыре раза, для ФС 75 Ба4 - в 1,7 раза, для ФС 75 Ба1 - в 2,4 раза, тогда как для ФСА 15 этот коэффициент изменяется слабо, а для ФСА 30 несколько снижается – см. табл. 1.7, 3.3. Отмеченная закономерность свидетельствует о разном характере отслоения образующегося гидроксидного слоя.
С ростом размеров аппаратов следует ожидать усиления неравномерности циркуляции потоков, что должно отразиться на интенсивности газовыделения. В данном случае следует представить коэффициент L в виде зависимости от критерия Re жидкости подъемного потока
L = k Ren, (3.2)
где k – коэффициент пропорциональности;
n – постоянная, характеризующая гидродинамический режим потока.
Значения критерия Re определяют по методу, разработанному для испарителей. Зависимости коэффициента L от числа Рейнольдса для кинетического реактора и баллонного газогенератора АВГ-45 представлены на рисунке 3.4. Характеристики реакторов приведены в таблице 3.4.
По данным ИПМаш получены зависимости для следующих сплавов:
ФСА 11 с 16,6 %-м NaOH
L* = 1,5 ∙ 10–5 Re–0,55; (3.3)
ФСА 25 с 10 %-м NaOH
L* = 0,153 ∙ 10–6 Re–0,17; (3.4)
ФС 75 с 15 %-м NaOH
L* = 4 ∙ 10–6 Re–0,48. (3.5)
Автором установлены зависимости для сплавов:
ФС 75 Ба1 с 13,3 %-м NaOH
L* = 0,39 ∙ 10–7 Re–0,38; (3.6)
ФСА 30 с 13,3 %-м NaOH
L* = 0,4 ∙ 10–6 Re–0,28; (3.7)
ФСА 30 Мн1 с 13,3 %-м NaOH
L* = 0,416 ∙ 10–6 Re–0,305. (3.8)
Уравнения (3.3) - (3.4) рассчитаны для условий t = 100 °C (373 К), P ≤ 0,1 МПа и справедливы в интервале 4∙104 < Re < 8∙105; (3.5) – при t = 227 °C (500 К), P ≤ 1 МПа и для чисел Рейнольдса 3∙105 < Re < 2∙105; (3.6), (3.8) – при t = 250 °C (523 К), P ≥ 1 МПа и для чисел Рейнольдса 12∙104 < Re < 17∙104; (3.7) – при t = 177 °C (450 К), P ≥ 1 МПа и для чисел Рейнольдса 17∙104 < Re < 19∙104.
Подтвержден факт снижения коэффициента L с ростом размеров аппарата для каждого типа реакции. Неравномерность циркуляции потоков усиливается с ростом плотности частиц сплавов. За счет пульсации давления сохраняют производительность реактора. Увеличение давления в реакторе сопровождается повышением температуры смеси. Во время резкого снижения давления жидкость вскипает, что вызывает интенсивное перемешивание фаз.
Термодинамические и кинетические данные реакций взаимодействия сплавов с водой и водным раствором едкого натра, проведенные в кинетическом реакторе, приведены в таблице 1.7.
Таблица 3.4